Эксперимент, как метод преподавания биологии

2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Эксперимент как метод преподавания биологии в 6 классах

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Анализ понятия «метод обучения»

1.2 Сравнительные возможности методов обучения

1.3 Особенности проведения эксперимента в разделе «Растения»

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В обучении школьников наряду с установлением объема содержания учебного предмета и отбором материала для урока большое значение имеют методы преподавания. Без методов невозможно достичь поставленной цели, реализовать намеченное содержание, наполнить обучение познавательной деятельностью. Метод - сердцевина учебного процесса, связующее звено между запроектированной целью и конечным результатом. Его роль в системе «цели - содержание - методы - формы - средства обучения» является определяющей.

Понятие метода иногда относят только к деятельности педагога или к деятельности учащихся. В первом случае уместно говорить о методах преподавания. А во втором - о методах учения. Если же речь идет о совместной работе учителя и учащихся, то здесь, несомненно, проявляются методы обучения.

Метод обучения является сложным, многомерным и многокачественным образованием. Естественно, методы, выбранные соответственно содержанию и возрасту учащихся, обеспечивают высокое качество знаний.

Особенно важным является использование методов развивающих познавательную активность учащихся, именно поэтому целью моего исследования явилось попытка преподавания биологии с помощью экспериментальной деятельности учащихся в разделе «Растения».

Выбор этой темы продиктован несколькими причинами. Во-первых, эксперимент занимает в этом разделе значительное место - около трети уроков в целом или частично строится на материале опытов, описание которых дается в тексте школьного учебника или в заданиях к параграфу.

Во-вторых, важной особенностью учебных опытов этого раздела является то, что на них у учащихся впервые образуются представления о биологическом эксперименте, формируется ряд специальных и общепознавательных понятий. В результате этого, учитель биологии не только может, но и обязан использовать школьный биологический эксперимент как метод обучения. Преподавание биологии в 6 классе через экспериментальную деятельность приведет к тому, что в старших классах учащиеся будут обладают достаточно многими умениями и навыками.

Таким образом, темой выпускной квалификационной работы стало - эксперимент как метод преподавания биологии в 6 классах. Для рассмотрения данной темы нами было выделено ряд задач:

1. Изучение теоретических основ по заданной тематике исследования;

2. Выбор класса, который будет участвовать в эксперименте;

3. Адаптация учеников класса к данному исследованию;

4. Определение уровня развития познавательных способностей учащихся (по Б. Блуму), в начале исследования и на конечном этапе;

5. Проведение психологического тестирования учащихся;

6. Отбор по темам экспериментальных работ, планирование и подготовительная работа по учебным опытам с растениями;

7. Работа в классе с применением эксперимента как метода преподавания биологии;

8. Анализ проведенного исследования и установление степени эффективности использования эксперимента в качестве одного из методов обучения биологии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Анализ понятия «метод обучения»

Метод (от греческого слова metodos - буквально путь к чему-либо) означает способ достижения цели, определенным образом упорядоченную деятельность.

Методом обучения называют способ упорядоченной взаимосвязанной деятельности преподавателя и обучаемых, деятельности, направленной на решение задач образования, воспитания и развития в процессе обучения. Методы обучения являются одним из важнейших компонентов учебного процесса. Без сопутствующих методов деятельности невозможно реализовать цели и задачи обучения, достичь усвоения учащимися определенного содержания учебного материала [20].

При целостном подходе можно выделить 3 большие группы методов обучения:

1. Методы организации и осуществления учебно-познавательной деятельности

2. Методы стимулирования и мотивации учебно-познавательной деятельности

3. Методы контроля и самоконтроля за эффективностью учебно- познавательной деятельности [20].

В каждой из трех групп методов отражается взаимодействие педагогов и учащихся. Организаторские влияния учителя сочетаются здесь с осуществлением и самоорганизацией деятельности учащихся. Стимулирующее влияние педагога ведут к развитию внутреннего стимулирования учения у школьников. Контролирующее действие учителей сочетаются с самоконтролем учащихся.

Каждая из основных групп методов в свою очередь может быть подразделена на подгруппы и входящие в них отдельные методы. Поскольку организация и сам процесс осуществления учебно-познавательной деятельности предполагают передачу, восприятие, осмысливание, запоминание учебной информации и практическое применение получаемых при этом знаний и умений, то в первую группу методов обучения необходимо включить методы словесной передачи и слухового восприятия информации (словесные методы: рассказ, лекция, беседа и другие); методы наглядной передачи и зрительного восприятия учебной информации (наглядные методы: иллюстрации, демонстрация и другие); Методы передачи учебной информации посредством практических, трудовых действий и тактильного, кинестетического ее восприятия (практические методы: упражнения, лабораторные опыты, трудовые действия и другие).[22]

Выделение словесных, наглядных и практических методов нельзя считать обоснованным только во внешнем плане с точки зрения источников информации. Оно имеет определенное основание и во внутреннем плане через характеристику форм мышления.

Процесс учебного познания обязательно предполагает организацию осмысления учебной информации и логического ее усвоения. Поэтому необходимо выделить подгруппы методов организации: индуктивный процесс и дедуктивный, а также репродуктивной и проблемно поисковой вид деятельности учащихся.

Восприятие, осмысление и применение знаний может протекать под непосредственным руководством преподавателя, а также в ходе самостоятельной работы обучаемых. Отсюда возможно выделение методов самостоятельной работы, имя в виду, что другие методы обучения реализуются под руководством учителя. Каждая последующая подгруппа методов проявляется во всех предыдущих, и поэтому теперь говорят об обязательном применении методов в определенных сочетаниях с доминированием одного из видов их в данной ситуации [20].

Таким образом, рассмотрев возможные подгруппы методов, входящих в первую группу, обеспечивающих организацию и осуществление учебно-познавательной деятельности в учебном процессе, мы схематически можем представить их в виде схемы 1.1.1

2

Рисунок 1.1.1. Методы организации и осуществления учебно-познавательной деятельности

Методы стимулирования и мотивации учебно-познавательной деятельности, исходя из наличия двух больших групп мотивов, можно подразделить на методы стимулирования и мотивации интереса к учению и методы стимулирования и мотивации долга и ответственности в учении:

§ Методы стимулирования и мотивации интереса к учению;

§ Методы стимулирования и мотивации долга и ответственности в учении.

Методы контроля и самоконтроля в процессе обучения можно подразделить на составляющие их подгруппы, исходя из основных источников, получения обратной связи во время учебного процесса - устных, письменных, лабораторно-практических:

§ Методы устного контроля и самоконтроля;

§ Методы письменного контроля и самоконтроля;

§ Методы лабораторно-практического контроля и самоконтроля.

Для того чтобы активизировать учебную деятельность учащихся, используется весь арсенал методов организации и осуществления учебной деятельности - словесные, наглядные и практические методы, репродуктивные и поисковые методы, индуктивные и дедуктивные методы, а также методы самостоятельной работы.[13]

Каждый из методов организации учебно-познавательной деятельности обладает не только информативно обучающим, но и мотивационным воздействием.

В этом смысле можно говорить о стимулирующее - мотивационной функции любого метода обучения. Однако опытом работы учителей и наукой накоплен большой арсенал методов, которые специально направлены на формирование положительных мотивов учения, они стимулируют познавательную активность, одновременно содействуя обогащению школьников учебной информацией. Функция стимулирования в этом случае как бы выходит на первый план, содействуя осуществлению образовательной функции всех других методов.[26]

Основным источником интересов к самой учебной деятельности является, прежде всего, ее содержание. Для того чтобы содержание оказало особенно сильное стимулирующее влияние, оно должно отвечать целому ряду требований, сформулированных в принципах обучения (научность, связь с жизнью, систематичность и последовательность, и так далее). Однако имеются некоторые специальные приемы. К ним в первую очередь можно отнести создание ситуации новизны, актуальности, приближения содержания к самым важным открытиям в науке, технике, к достижениям современной культуры, искусства, литературы. С этой целью учителя подбирают специальные приемы, факты, иллюстрации, которые в данный момент вызывают особый интерес у всей общественности страны. В этом случае ученики значительно ярче и глубже осознают важность, значимость изучаемых вопросов и от того относятся к ним с большим интересом [20].

Но деятельность не может протекать успешно, если при этом не используются методы стимулирования, контроля, самоконтроля и самооценки.

Особенность методов обучения заключается, прежде всего, в формировании знаний, умений и навыков учебно-познавательной деятельности учащихся.

1.2 Сравнительные возможности методов обучения

Опираясь на общие принципы обучения, учитель должен иметь представление о том, когда рационально применять соответствующие методы обучения, то есть знать их сравнительные возможности.

При выборе и сочетании методов обучения необходимо руководствоваться следующими критериями:

1. Соответствие методов принципам обучения;

2. Соответствие целям и задачам обучения;

3. Соответствие содержанию данной темы;

4. Соответствие учебным возможностям школьников: возрастным (физическим, психическим); уровню подготовленности (образованности, воспитанности и развития); особенностям классного коллектива;

5. Соответствие определенным условиям и отведенному времени для обучения;

6. Соответствие возможностям самих учителей (опыт, теоретическая и практическая подготовленность, личностные качества учителя и прочее) [20].

Всякий метод предназначен для достижения какой-либо цели. Следовательно, метод предполагает сознание цели, знание способа деятельности по ее достижению, средств, с помощью которых эта деятельность может быть осуществлена. Но этого мало. Всякая деятельность предполагает объект деятельности. Это означает, что каждый метод требует каких-то, пусть примитивных, знаний об объекте его применения. Наконец, метод призван устойчиво вести к достижению цели; в противном случае следует признать, что метод либо не пригоден для избранной цели, либо был неправильно применен вообще или в данном конкретном случае.

Таким образом, любой метод предполагает цель его применения, деятельность по его осуществлению, средства для выполнения деятельности, которые могут быть предметными или интеллектуальными, знания об объекте деятельности, непременное достижение поставленной цели. Все это верно в отношении любого метода, но недостаточно для метода обучения.

Состав метода обучения несколько иной, и объясняется это тем, что обучение предполагает обучающегося субъекта, ученика, который является не только объектом воздействия, но и сознательным субъектом процесса. Нельзя учить и научить, если у ученика нет желания учиться, если у него не возникает цели, соответствующей цели обучающего, и, следовательно, если он сам не осуществляет деятельности, предусмотренной целью учителя. Поэтому метод обучения включает как бы два ряда сходных элементов, вызванных участием в процессе обучения двух его субъектов.

Таким образом, метод обучения предполагает цели обучения (которые воплощаются в обобщенных и частных целях обучающего), деятельность учителя наличными у него средствами (приборы, учебник, средства наглядности, слово, логические средства, содержание учебного материала и т.д.). Деятельность учителя вызывает соответствующую цель ученика. «Соответствующую»- так как цель ученика не обязательно точно совпадает с целью учителя.

Для достижения возникшей у ученика цели он осуществляет деятельность с помощью свойственных ему средств (предметных и интеллектуальных) над предъявленным ему содержанием. В ходе этой деятельности ученик усваивает изучаемое содержание и тем самым изменяется как личность - у него больше знаний в той же области, более совершенные навыки и умения, новые знания и новые умения, более глубокий интерес к учению, сдвиг в способностях и т.д.[11]

Наконец, метод обучения как следствие взаимодействия учителя и ученика достигает цели. Достижение цели выступает как критерий эффективности метода, правильности и четкости его реализации. Без достижения цели метод обучения (как и любой дугой) нельзя считать правильно примененным. Поэтому нельзя судить об учителе только потому, как он рассказывает, использует ли наглядность и технические средства обучения, организует ли самостоятельную работу и т.д. Необходимо всегда выяснять результаты обучения, степень эффективности всей деятельности учителя в соответствии с его целями.

Метод обучения является системой действий учителя, организующего практическую и познавательную деятельность ученика, которая устойчиво ведет к усвоению содержания образования.

Ясно, что анализ методов обучения, их выделение, прежде всего, зависит от целей обучения. Без предварительного их рассмотрения ничего о методах сказать нельзя, поскольку методы предназначены для достижения целей. Но и знание целей недостаточно. Необходимо знать особенности объекта, в отношении которого ставятся цели, т.е. ученика. Иными словами, надо знать, как усваивает ученик содержание того, чему его обучают, как оно изменяется под влиянием усвоения нового разнообразного содержания, т.е. знать закономерности усвоения.

Таким образом, нельзя искать одно ведущее начало в системе элементов метода обучения. Метод зависит от целей обучения, способов усвоения содержания образования учеником, т.е. способов учения, и способов деятельности обучающего. Рассмотрение каждого из этих аспектов порознь не дает ответа на вопрос о методах обучения. Если мы ограничимся определением методов по целям без учета способов учения, мы не сможем найти методы, соответствующие этим, не зависящим от воли учителя, способам. Если мы ограничимся только закономерностями учения, мы не осознаем, на какие цели направлено усвоение, и что надо усвоить. Не зная целей и закономерностей учения, нельзя найти эффективные способы деятельности учителя, обеспечивающие достижение целей обучения. Вот почему нельзя определять отдельно методы преподавания, методы учения, не соотнося, их друг с другом и с целями обучения.

Чтобы определить цели обучения, необходимо выяснить содержания образования, и его состав. Если оно будет однородным, то и методы достижения цели окажутся довольно однородными, если же оно разнородно по составу, то и методы надо будет определять в соответствии с целями, т.е. разными элементами содержания образования. Однако в педагогике не выработаны достаточно четкие способы отбора содержания учебных предметов и многие курсы перегружены. [20]

1.3 Особенности проведения эксперимента в разделе «Растения»

Постановка учебных опытов по разделу «Растения» предусмотрены школьной программой. Эксперимент занимает в этом разделе значительное место - около трети уроков в целом или частично строится на материале опытов, описание которых дается в тексте школьного учебника или в заданиях к параграфу.

Роль эксперимента в обучении естественным наукам огромна, так как она определяется содержанием предмета (значительное место в нем занимает физиологический материал), возрастными психологическими особенностями детей (преобладание образного конкретного мышления над абстрактным, неразвитость ряда познавательных умений), а также возможностями биологического эксперимента.

К.А. Тимирязев отмечал «…Люди, научившиеся ….наблюдениям и опытам, приобретают способность сами ставить вопросы и получать на них фактические ответы, оказываясь на более высоком умственном и нравственном уровне в сравнении с теми, кто такой школы не проделал». Значительное количество предусмотренных программой опытов при изучении данного раздела позволяют учителю использовать богатые возможности эксперимента для обучения, развития и воспитания учащихся, а также проводить планомерную работу по формированию и развитию понятий об эксперименте у учащихся как о методе науки. Однако дидактические возможности эксперимента могут быть реализованы полнее, если расширить тематику учебы опытов, т. е. увеличить (сверх программы) количество демонстрационных опытов и разнообразить их темы. [21]

Известно, что тематика учебных опытов определяется содержанием изучаемого материала (программой). Вместе с тем, в ней должны найти отражение общие задачи школы и преподавания биологии, такие, как изучение организма в тесной связи со средой обитания, политехническое обучение, развитие биологических понятий, развитие способностей учащихся. Исходя из этого, можно рекомендовать опыты, демонстрирующие:

1. само изучаемое явление (например, поглощение веществ корнем, образование крахмала в листьях);

2. условия протекания явления и основные закономерности его - в тех случаях это имеет большое познавательное или практическое значение (например, выделение кислорода листьями только на свету, незаменимость элементов минерального питания);

3. влияние различных внешних условий (например, разной температуры на прорастание семян, различной освещенности на фотосинтез);

Желательно знакомить учащихся и с опытами, показывающими применение знаний об изучаемом явлении в производстве (например, гидропонное выращивание растений, укоренение черенков с помощью ростовых веществ).

Очень важной особенностью учебных опытов этого раздела является то, что на них у учащихся впервые образуются представления о биологическом эксперименте, формируется ряд специальных и общепознавательных понятий: эксперимент, опыт, контроль, вариант опыта, цель опыта, сравнение, анализ в эксперименте, результат опыта, вывод, и т.д. Следовательно, готовя демонстрацию опыта, надо планировать и работу с учащимися над данными понятиями - по формированию и развитию их.

Анализ практики школы показывает, что отсутствие правильных понятий у учащихся нередко является причиной низкой педагогической эффективности учебного эксперимента. Учащиеся часто путают результат опыта с выводом, по-своему, неправильно понимают действие «сравнить» - в смысле приравнять, считать равными по какому - либо одному признаку.

Цель опыта - это то, что намечено для исследования (установления нового, подтверждения известного), например, выяснить, необходим ли свет для образования крахмала в листьях.

Результат опыта - это фактическое, что получилось в опыте, наблюдается в конце его, например, крахмал имеется только в той части листа, которая находилась на свету.

Вывод из опыта - это умозаключение по постановке и результатам опыта, сделанное в соответствии с целью данного опыта, например: свет- необходимое условие для образования крахмала в листьях.

Учащиеся должны хорошо уяснить что, для того, что бы сравнить необходимо установить, найти общее, одинаковое у рассматриваемых (сравниваемых) объектов (растений, вариантов опыта) и то, что у них разное, чем они отличаются друг от друга. Сравнение - непременное действие в изучении, познании, и в частности в эксперименте.

Учебные опыты в этом разделе не однотипны по методике. Для многих из них необходим контроль в виде второго растения (части растения), прибора. В таком эксперименте две составные части - опыт и контроль.

Опытные растения в эксперименте - те, на которые оказывают определенное действие, чтобы узнать, к чему это приведет; контрольные растения находятся в тех же общих условиях, что и опытные, но не подвергаются каким - либо воздействиям. То, что произойдет с контрольными растениями в учебном эксперименте, заранее известно - как-то, что должно быть (например, семена, имеющие в достатке воду, доступ воздуха и тепло прорастут). И, тем не менее, контроль необходим в любом эксперименте как методе науки, чтобы убедится в том, что ожидаемое действительно происходит, и исключить возможные недоразумения и ошибки в эксперименте.(9) Так, например, семена в упомянутом опыте могут не прорасти, из-за потери всхожести; или в опыте по изучению дыхания семян зажженная свеча (лучина) может гаснуть в контрольном сосуде из-за того только, что объем его или размер входного отверстия слишком малы, т.е. недостаточны для горения.

Учащимся надо понять, что только при наличии контроля в эксперименте можно быть уверенным, что изменения, полученные в опыте, вызваны вашим воздействием на растение, а не чем-либо иным, случайным, неизвестным. Контрольный объект необходим для того, чтобы опыт был убедительным, доказательным. Сравнение результатов, полученных в опыте и контроле, сопоставление их с исходными условиями в эксперименте и приводит к выводу - решению поставленной задачи - достижению цели опыта.

Необходимо обращать внимание учащихся на то, что в эксперименте применяется «правило единственного различия». Оно требует, чтобы различие между опытом и контролем, между вариантами сложного (комплексного) опыта и контрольными растениями в нем всегда было только по одному условию - тому, необходимость или действие которого выясняется в конкретном эксперименте. Все другие условия должны быть одинаковыми. Только при этом условии вывод из опыта является единственно верным и доказательным. Следовательно, в опытах с несколькими вариантами - по выяснению условий, необходимых для того или иного явления, сравнивать надо поочередно растения с каждого варианта с контрольными - в соответствии с «правилом единственного различия». Учащимся надо понять, что сравнение вариантов друг с другом (а не с контролем) не может дать достоверных знаний, так как эти варианты различаются между собой более чем по одному условию.

Если постановка опыта (с учетом вариантов) является сложной в данных условиях, ее можно заменить несколькими элементарными опытами со схемой: контроль - опыт (например, «есть вода, воздух, тепло» - «есть вода, воздух, нет тепла»; «есть вода, воздух, тепло»- «есть вода, тепло, нет воздуха» и т.д.) Специальные исследования показали, что усложненная схема опыта является педагогически более эффективной при условии основательной работы с учащимися над опытом.[13]

Очень важно в этом разделе - с самого начала изучения биологии и знакомства с экспериментом - учить школьников анализировать опыт, делать выводы из его, а не объяснять результаты опыта имеющимися знаниями. Необходимо формировать логику учащихся на основе логики эксперимента, природы, а не наоборот. Плохо, когда ученики говорят: «Лучинка горит, потому что в банке есть кислород», вместо того, чтобы заключить из опыта: «Лучинка горит, значит, в банке есть (появился) кислород».

Особенностью биологических опытов в этом разделе является то, что с их помощью изучается сложные процессы жизнедеятельности растения, для понимания которых у учащихся еще нет или недостаточно знаний по физике, химии и некоторых других, составляющих практический опыт человека.

Поэтому биологический эксперимент в этом разделе ограничивается изучением внешней стороны явлений (обнаружение явления, выяснение необходимых для него условий, установление зависимости явления от изменения внешних условий), без выяснения существа и механизма процессов. Однако и при таком элементарном подходе к эксперименту нередко возникают проблемы с пониманием опыта учениками из-за отсутствия необходимых знаний на уровне убеждения. Так, например, учащимся, изучающим этот курс трудно представить, что щелочь поглощает углекислый газ. А без уверенности в этом вряд ли будет убедителен (понятен) опыт, демонстрирующий необходимость углекислого газа для фотосинтеза, в котором используется щелочь. Не все учащиеся бывают убеждены, что слой растительного масла, покрывающий воду, предотвращает испарение ее, и в том, что испарение воды из блюдца, на которое помещен прибор, обеспечивает охлаждение прибора и листа растения в нем.[30]

Для того чтобы помочь учащимся понять опыт и получить знания из него, прежде всего, нужно использовать опыты с более простой для понимания методикой. Можно дать ученикам недостающие знания, показав вспомогательные опыты, прежде чем переходить к основному.

Обращая внимание учащихся на то, что все условия, кроме одного, одинаковы у опытных и контрольных растений, мы тем самым показываем, что не столь важно для результата опыта, как именно влияют эти условия, так как они действуют и опыте и в контроле, т.е. на все растения данного эксперимента. Но в любом случае необходимо объяснять, почему и с какой целью мы используем в опыте данное вещество (например, растительное масло, кипяченую воду), зачем мы делаем так, как делаем (например, опускаем в сосуд зажженную свечу), т.е. необходимо проводить работу, направленную на осмысление учениками всех действий в эксперименте.

Учителю необходимо понимать смысл всех действий в опыте, чтобы быть готовым ответить на все возможные вопросы учащихся, в том числе и по технике эксперимента. Проведение работы, направленной на осмысление учащимися методики эксперимента - важнейшее условие эффективности демонстрации опыта в этом разделе. Кроме этого, какой бы простой ни была методика школьного опыта, приходится иметь дело со сложнейшими явлениями жизни.[25]

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Предпринятое нами исследование было реализовано в рамках активной педагогической практики на базе Элвгинской средней общеобразовательной школы в 2009-2010 гг.

На первом этапе исследования (таблица 2.1.) проводилась работа по изучению теоретических основ по заданной тематике исследования, изучалась возможность использования эксперимента в качестве методов обучении биологии в основной школе. Проводилась работа по выбору класса, который будет участвовать в эксперименте. Исследование было решено проводить в 6-ом классе, так как у учащихся этого класса впервые встречаются с этим школьным предметом, у них уже существует целый ряд сформированных умений и навыков, но еще нет специальных умений, которые так важны в процессе обучения предмета биология.

В течение второго этапа проводилась адаптация учеников класса к данному исследованию. Для этого были проведены специальные внеурочные подготовительные занятия, направленные на выработку специальных умений и навыков, используемых в рамках учебного эксперимента, таких как:

§ результат опыта;

§ вывод;

§ сравнение;

§ анализ;

§ установление нового;

§ подтверждение известного и тд.

Кроме того, в рамках второго этапа, была проведена работа по определению уровня развития познавательных способностей учащихся (по Б. Блуму), проведено психологическое тестирование по отношению к предмету «Биология» и удовлетворённости отношением учителя биологии к своим ученикам.

В рамках третьего этапа был проведен отбор по темам экспериментальных работ, осуществлено планирование работы по подготовке опытов к урокам, проведена подготовительная работа по учебным опытам с растениями.

На четвертом этапе нашего исследования велась работа в классе с применением эксперимента как метода преподавания биологии, затем на пятом этапе был проведен анализ проведенного исследования и тестирование по установлению степени эффективности использования эксперимента в качестве одного из методов обучения биологии.

Таблица 2.1. Планирование работы по использованию эксперимента как метода преподавания биологии.

Планирование работы по подготовке опытов к урокам.

Важной особенностью большинства опытов с растениями является их относительно большая длительность (от нескольких дней до недель). В связи с этим необходимо заблаговременно спланировать работу по подготовке опытов к определенным урокам. Эта работа состоит из собственно постановки опыта на готовом объекте (комнатные растения, сельскохозяйственные растения, выращенные из семян) и из выращивания растений для опытов.

Полезно составить таблицу, в которой была бы указана продолжительность, как самих опытов, так и всей работы - от начала выращивания растений для опыта до получения результата в нем. Пользуясь данными таблицы и календарно-тематическим планом учителя, легко спланировать сроки начала работы по всем опытам, которые намечено провести.

Если опытов ставится много, то часть растений, выращенных для одного опыта, может стать объектом для проведения других опытов. Кроме этого, еще проще, можно замачивать и высевать семена фасоли каждые две недели - в тот период, когда предстоит постановка многих опытов, например, в октябре - ноябре.[15]

Подготовительные работы по учебным опытам с растениями.

Выбор и подготовка объектов для опытов.

В качестве объекта для опытов по изучению жизни растений обычно рекомендуются комнатные растении. Из относительно неприхотливых растений наиболее подходящими для этой цели являются: пеларгония, плектрантус, бальзамин, колеус. Лучше если растения будут не очень крупными, в нескольких экземплярах. Кроме того, учебные опыты могут быть проведены на сельскохозяйственных растениях, выращиваемых из семян.

Почти все опыты могут быть поставлены на фасоли обыкновенной, хорошими объектами для ряда опытов являются горох, бобы, рожь, пшеница; в экспериментах по минеральному питанию лучшие результаты получаются на томатах. Сельскохозяйственные культуры в качестве объекта учебных опытов имеют важные преимущества перед комнатными растениями. Их легко вырастить в необходимом количестве к определенному сроку. Опыты ставятся на молодых растениях, которые занимают мало место на окне, под лампой, что существенно для условий школы. Результаты ряда опытов на таких объектах получаются ярче и быстрее, чем на комнатных растениях, что исключительно важно для демонстрационного опыта.

Проращивание семян для опытов.

Проращивать семена необходимо для опытов на проростках и для выращивания растений на воде для других опытов. В почву можно сеять и проросшие и сухие семена. Один из способов проращивания семян заключается в том, что их располагают на лоскуте ткани, сложенном в несколько слоев, обильно увлажненном и положенном на дно плоской посудины. Сухие семена размещают на поверхности подстилки из ткани, прикрывают их краями лоскута, посудину накрывают стеклом или крышкой. Недостатком такого способа является то, что необходимо поддерживать нормальную влажность ткани - смачивать при необходимости или сливать излишек воды.

Выращивание растений на воде.

Для опытов выращивают растения на воде в обычных химических пробирках или в банках на 0,5-1 л. При выращивании растений этим способом необходимо сделать приспособление для удерживания семени на краях пробирки - прикрепить к сухому стеклу перекладину из пластилина или частично закрыть им отверстие пробирки. Пробирки наполняют некипяченой водой и устанавливают вертикально. Воду в пробирках можно не менять в течение 2-3 недель, если она остается прозрачной, при необходимости - доливать, чтобы еще небольшие корни не оказались вне воды, такое выращивание особенно ценно, если необходима для опыта неповрежденная корневая система.[15]

Отобранные экспериментальные работы

Опыты по изучению прорастания семян

Работа № 1. Набухание семян при прорастании.

Цель опыта: показать поглощение воды семенами при их набухании.

Объекты и оборудование: семена фасоли или гороха, две широкогорлые одинаковые стеклянные банки на 0,2-0,3 л; полиэтиленовые крышки или пленка, нитки или резиновые кольца для крепления пленки.

Постановка опыта. В одной банке 10-15 семян заливают водой примерно до половины их высоты («по пояс»), в другой банке столько же семян оставляют сухими - для сравнения в конце опыта. Обе банки закрывают крышками или пленкой, закрепляя последнюю ниткой, или резиновым кольцом. Продолжительность опыта один день. При демонстрации опыта не уроке отмечают большое увеличение размера набухших семян и поглощение ими всей воды, имевшийся в банке.

Работа № 2. Набухание семян в почве.

Цель опыта: показать, что семена при набухании отнимают воду у почвы.

Объекты и оборудование: семена фасоли или гороха, две широкогорлые одинаковые стеклянные банки на 0,2-0,3 л; полиэтиленовые крышки или пленка, нитки или резиновые кольца для крепления пленки, почва.

Постановка опыта. На дно двух банок насыпают почву нормальной влажности слоем 1-1,5 см. В одной банке в почву зарывают 10-15 сухих семян. В обеих банках почву уплотняют, и банки плотно закрывают полиэтиленовыми крышками или пленкой. Результат наблюдается через 1-2 дня.

При демонстрации опыта на уроке обращают внимание учащихся на то, что почва в банке с семенами разрыхлена и заметно иссушена (по сравнению с контрольной банкой без семян), а семена набухли.

Работа № 3. Сила, развеваемая семенами при набухании.

Цель опыта: показать, насколько велика механическая сила, создаваемая набухающим семенами.

Объекты и оборудование: семена гороха; небольшой стеклянный пузырек с пробкой; мелкий песок; пипетка аптечная; две деревянные планки; шпагат; полиэтиленовый мешочек.

Постановка опыта. Пузырек наполняют сухими семенами гороха и песком, добиваясь заполнения всех пустот среди семян. Это делают для того, чтобы разбухающие семена не могли заполнить все пустоты, что уменьшило бы давление семян на стенки пузырька. Затем в пузырек пипеткой вливают воду до полного смачивания песка, и если потребуется, досыпают еще песок. Пузырек закрывают пробкой и зажимают его сверху и снизу деревянными планками, концы которых туго стягивают шпагатом, чтобы семена не вытолкнули пробку и не отклонили дно пузырька, что снизило бы эффект. Всю установку помещают в полиэтиленовый мешочек. Через сутки пузырек оказывается расколотым.

Работа № 4. Необходимость для прорастания семян воды, тепла и доступа воздуха.

Цель опыта: показать, что для прорастания семян необходимо наличие одновременно трех внешних условий - воды, тепла, воздуха.

Объекты и оборудование: семена гороха или фасоли, пшеницы, ржи; четыре одинаковые небольшие банки или колбы, пузырьки; крышки или пробки к сосудам, кипяченая вода.

Постановка опыта. На каждую банку наклеивают этикетку с записью условий, создаваемых семенам: для банки № 1 - «Есть: вода, воздух, тепло», для банки № 2- «Есть: воздух, тепло, нет воды», для банки № 3 - «Есть: вода, тепло, нет воздуха», для банки № 4 - «Есть: вода, воздух, нет тепла». В каждую банку помещают 10-15 семян. В банки №№ 1 и 4 наливают воду «по пояс» семенам, у этих семян есть вода и доступ воздуха. В банку № 3, наливают воду более чем на половину ее высоты, надежно лишая семена доступа воздуха. Все банки закрывают и ставят рядом в комнате, кроме банки № 4, которую помещают в холодное место (в холодильник, между рамами окна, вне помещения). Продолжительность опыта 2-3 дня (для фасоли - лишь при температуре выше 18^оС, при более низкой - 5-7 дней).

При демонстрации опыта отмечают, что семена проросли в банке №1, где у них были вода, тепло и доступ воздуха и не проросли в других банках, в каждой из которых не было какого-либо одного условия из имеющихся у проросших семян. Для этого сравнивают банку № 1поочередно с банками №№ 2,3,4. Обращают внимание учащихся на то, что только при таком сравнении можно сделать неопровержимый вывод из опыта о необходимости того или иного условия для прорастания семян. Затем сравнивают (анализируют) все варианты опыта между собой, что позволяет сделать вывод о необходимости для прорастания семян одновременного наличия воды, тепла и воздуха вместе.

Вопросы на осмысление методики опыта. Какие условия созданы для семян в банке № 1 (№ 2,3,4)? Зачем (с какой целью) в одну банку наливают немного воды, а в другую много? (В банке, где много воды семена не имеют доступ к воздуху.) Какие банки нужно сравнивать между собой, чтобы сделать вывод о необходимости того или иного условия прорастания семян? Зачем сравнивают все банки между собой? (Чтобы сделать вывод о необходимости всех условий вместе.) Зачем банку № 1 закрывают крышкой? (Чтобы вода не испарялась.) Почему закрывают крышками все другие банки? (Чтобы они не отличались от банки № 1даже по этому условию.)

Работа № 5 Проращивание семян при различной температуре.

Цель опыта: показать влияние температуры на прорастание семян.

Объекты и оборудование: семена теплолюбивых растений: фасоли, помидоров, кукурузы и нетребовательных к теплу культур: гороха, ржи, пшеницы; 6-8 одинаковых банок из прозрачного стекла ил чашек Петри; лоскуты ткани или промокательная бумага; газетная бумага (для изготовления крышек к банкам); нитки или резиновые кольца, шпагат; термометр.

Постановка опыта. Дно банок выстилают лоскутом ткани или промокательной бумагой, сложенной в несколько слоев. В 3-4 банки помещают по 10-15 семян теплолюбивых растений одного вида. В другие 3-4- банки - столько же семян нетребовательной к теплу культуры. В каждые 3-4 банки наливают воды поровну и столько, чтобы она не покрывала семена «с головой». Закрывают банки с крышками из нескольких слоев газетной 2бумаги и помещают их в условия с различной температурой: 2-6^оС (в холодильник), 10-15^оС (между рамами или вне помещения), 18-20, 24-26^оС (у батареи отопления, в комнатной тепличке). Для расположения банок у батареи отопления их удобно подвешивать на шпагате там, где имеется необходимая температура. Продолжительность опыта 5-7 дней

Опыты по изучению дыхания семян.

Работа № 6. Поглощение кислорода при дыхании прорастающих семян (опыт с лучинкой).

Цель опыта: показать, что прорастающие семена дышат, поглощая кислород из воздуха, как корни, листья и другие органы растения.

Объекты и оборудование: зерна ржи (пшеницы, ячменя) или семена гороха, фасоли из расчета одно зерно (семя) на каждые 2-3 см³ объема используемых сосудов; две одинаковые колбы, бутылочки из прозрачного стекла объемом от 100см³ и более с диаметром отверстия не менее 12 мм; пробки к сосудам - резиновые или изготовленные из пластилина; лучинки; спиртовка.

Постановка опыта. Семена замачивают в воде. Через день или два набухшие или наклюнувшиеся семена помещают в один сосуд. Второй сосуд (контрольный) оставляют без семян, предварительно сполоснув его водой. Оба сосуда закрывают плотно пробками и ставят рядом в темное или слабо освещаемое место (чтобы появляющиеся ростки не позеленели). Продолжительность опыта для набухших семян 2-3 дня, для наклюнувшихся 1-2 дня. При демонстрации опыта на уроке в обоих сосудах проверяют наличие кислорода с помощью зажженной лучинки.

Работа № 7. Выделение углекислого газа при дыхании прорастающих семян (опыт с известковой водой).

Цель опыта: показать, что прорастающие семена выделяют углекислый газ при дыхании, как корни, листья и другие части растения.

Объекты и оборудование: зерна ржи (пшеницы, ячменя) или семена гороха, фасоли из расчета одно зерно (семя) на каждые 2-3 см³ объема используемых сосудов; две одинаковые колбы, бутылочки из прозрачного стекла объемом от 100см³ и более с диаметром отверстия не менее 12 мм; специальная пробка с воронкой и газоотводной трубкой, для вытеснения воздуха из сосудов или три одинаковые химические пробирки с пробками: резиновые или изготовленные из пластилина; лоскут бинта (марли) нитки; известковая вода.

Постановка опыта. Семена замачивают в воде. Через два дня, когда они наклюнутся, две порции их по 5-6 зерен или по 1-2 семени на пробирку объемом около 20 см³ -заворачивают в два маленьких мешочка из бинта, подвязав каждый мешочек к нитке длиной 20-25 см. Мешочки смачивают водой и помещают каждую в свою пробирку (мешочек должен свободно в нее входить). Семя фасоли или гороха можно подвесить к нитке (вместо помещения в мешочек), проколов иглой семядоли. Вторая пробирка с семенами служит повторностью - на случай неудачи с первой. Третью пробирку (контрольную) споласкивают и оставляют без семян. Все пробирки закрывают плотно пробками, оставляя конец нитки снаружи, и кладут рядом. Продолжительность опыта 1-2 дня. При демонстрации опыта, семена осторожно (чтобы не вытеснить воздух из пробирки) извлекают за нитку из пробирки. Это можно сделать на воздухе, держа пробирку дном вниз, но лучше под водой, опустив пробирку отверстием в кипяченую воду. Затем в эту пробирку и в контрольную наливают поровну известковую воду 1-2 см по высоте пробирки, закрывают их и встряхивают одновременно до тех пор, пока не появится явное помутнение известковой воды.

Постановка опыта в колбах (бутылочках) аналогична: в одну насыпают семена, другую оставляют без семян, но выявление углекислого газа в этом случае проводят посредством пропускания воздуха из сосудов в известковую воду. Таким способом можно определять углекислый газ и при постановке опыта в пробирках, но для этого надо сделать маленькую пробку с воронкой и газоотводной трубкой. Этот способ можно применить, с целью разнообразить методику учебного эксперимента.

Работа № 8. Поглощение кислорода и выделение углекислого газа при дыхании прорастающих семян (опыт с использованием чистого кислорода).

Цель опыта: показать поглощение чистого кислорода и выделение только углекислого газа при дыхании прорастающих семян.

Объекты и оборудование: проросшие зерна пшеницы или ржи с корешками длиной около 0,5 см; две пробирки химические; пробка корковая; нож или бритва; нитки; резиновая пробка к пробирке или пластилин; две колбы или пузырьки; две трубки стеклянные или пластиковые тонкие, длиной чуть больше высоты колбы (пузырька); 5-6 % раствор щелочи; прибор и вещества (например, КМnО₄) для получения кислорода или заряженная кислородная подушка; кристаллизатор или тазик с водой; палочка (карандаш).

Постановка опыта. Пробирки споласкивают водой. В одну из них помещают 15-20 проросших зерен. Вырезают из корковой пробки две маленькие пробочки такого размера и формы, чтобы они плотно держались в пробирке, но при этом с двух сторон оставался бы просвет меду пробкой и стенкой пробирки. Размер просвета меньше толщины зерна, он служит для прохождения воздуха. Пробочки подвязывают к нитке и вводят в каждую пробирку: опытную с семенами и контрольную без семян. Пробкой сдвигают семена ко дну пробирки, но так чтобы между семенами остались пустоты. Подготовленные таким образом обе пробирки наполняют чистым кислородом, способом вытеснения воды из пробирок и плотно закрывают пробирки пробкой, в которую вставлена трубочка. Пробирки укрепляют на колбе с раствором щелочи, опустив конец трубки в раствор. На следующий день вся или почти вся пробирка будет заполнена щелочью, поглотившей углекислый газ, который выделяли семена в процессе дыхания взамен поглощаемого кислорода. В контрольной пробирке, без семян ничего не изменится. Опыт убеждает учащихся в том, что при дыхании поглощается именно кислород, а выделяется только углекислый газ.

Работа № 9. Дыхание прорастающих семян при разной температуре.

Цель опыта: показать зависимость дыхания семян от температуры.

Объекты и оборудование: проросшие семена с корнем длиной 0,5-1 см одной культуры - пшеницы, ржи, фасоли, гороха; три (шесть) одинаковых пробирок; пробки к пробиркам - резиновые или изготовленные из пластилина; кипяченая вода; известковая вода.

Постановка эксперимента. Отбирают три (шесть) одинаковых по массе и длине корешка семени, помещают их по одному в пробирки с кипяченой водой. Сполоснув семена и пробирки, всю воду сливают, пробирки плотно закрывают пробками и помещают на один день в места с различной температурой: у батареи отопительной, на столе, на окне или между рамами, в холодильник и т.д. Убедительный результат получается при следующих температурах: для пшеницы, ржи гороха около 0, 6-10, 16-18^оС, для фасоли 4-10, 16-20, 26-30^оС. Перед тем как рассматривать результат опыта, все пробирки нужно выдержать 5-10 мин при комнатной температуре. На уроке при демонстрации опыта необходимо осторожно открыть одну пробирку (стараясь долго не нагревать ее рукой и тем самым не выпустить воздух) и вливают в нее немного известковой воды (1-2 см по высоте пробирки), пробку плотно закрывают и ставят в штатив. То же самое проделывают с остальными пробирками. Когда во все пробирки будет налит реактив, их встряхивают одновременно несколько раз и сравнивают степень помутнения известковой воды, по которой судят об интенсивности дыхания семян в разных температурных условиях.

Работа № 10. Рост и дыхание проростков.

Цель опыта: показать, что дыхание необходимо для роста проростков.

Объекты и оборудование: проросшие семена с корнем длиной 0,5-1 см одной культуры - пшеницы, ржи, фасоли, гороха; два (четыре) пробирки с пробками; прибор для получения углекислого газа; кристаллизатор или тазик с водой.

Постановка опыта. В две (четыре) предварительно смоченные водой пробирки помещают по одному проросшему семени, отмечают (записывают) длину корня и ростка. В одной (двух) пробирке оставляют атмосферный воздух, а в остальных заменяют его на углекислый газ (способом вытеснения воды), исключая возможность дыхания семян в этих пробирках. Все пробирки закрывают плотно пробками и кладут рядом. Продолжительность опыта два дня. При демонстрации опыта на уроке важно отметить прирост в длину растений из контрольной пробирки, там, где был атмосферный воздух. А также обращают внимание учащихся, что в опытных пробирках мы этого явления не наблюдаем, что позволяет сделать только один достоверный вывод: при росте и дыхании проростки используют кислород.