ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ"

БУХВАЛОВ В.А.

Развитие творческих способностей учащихся на уроках биологии

c применением элементов теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)

К сожалению, приходится констатировать, что несмотря на продолжающуюся реформу содержания школьного образования, на уроках биологии преобладает информационно-репродуктивное обучение. Подобный подход не соответствует требованиям современного общества, где на первый план выходит не столько энциклопедичность знаний, сколько умение получать информацию, ее преобразовывать и творчески использовать для исследовательской или практической деятельности.
Во второй половине прошлого века Г.С. Альтшуллером была разработана теория решения изобретательских задач (ТРИЗ). В примитивной трактовке ТРИЗ представляет собой комплект алгоритмов формулирования и решения творческих задач. Элементы ТРИЗ можно применять как весьма эффективное средство для развития творческого мышления учащихся при обучении их биологии в школе. С 1987 г. такой эксперимент проводится автором и его коллегами из примерно десяти школ Латвии.
Реализация этой работы потребовала внес-ти значительные изменения в содержание курса. Наряду с традиционными информационными текстами, репродуктивными вопросами и лабораторными работами в курс были включены биологические проблемы – творческие задачи, которые составлялись как самим автором, так и его коллегами. Дополнительно к этому были созданы комплекты творческих работ по биологии исследовательского, экспертного, проектного и прогностического содержания, которые также используются на уроках и в качестве домашних заданий.
Предлагаемые восемь лекций – это сжатый курс основных видов учебной деятельности учащихся и методического обеспечения учителя, направленный на то, чтобы ознакомить коллег с ТРИЗ-подходом в преподавании биологии в школе.

Учебный план курса

Лекция 1. Структура и содержание биологического исследования

Специфика исследования в научной практике

Современную жизнь невозможно представить без науки. Зададим учащимся простой вопрос: в чем значение науки в обыденной жизни человека? Как ни странно, наши ученики много могут рассказать из теории науки: привести примеры закономерностей и законов, теорий и методов познания, но почему-то этот вопрос часто вызывает у них затруднение. А ведь ларчик открывается очень просто – всё, что окружает нас в школьном классе, есть прямое воплощение науки в практику: само здание школы построено в соответствии с законами возведения инженерных сооружений; парты, учебники, тетради созданы с учетом гигиенических норм; светильники в кабинете установлены в соответствии с законами электротехники. Даже наша одежда создана с учетом целого букета законов и закономерностей. Собираясь утром в школу, мы пользуемся мылом, готовим чай или кофе, делаем зарядку, и все это обеспечивается практическим применением знаний о научных закономерностях. Причем эти знания закладываются в нас с раннего детства родителями как простые истины, можно сказать аксиомы. Мы с детства привыкаем им следовать, не особо задумываясь над их правильностью.

Возникает первый вопрос: все ли у нас правильно в методиках преподавания предметов, если теорети-ческие закономерности учащиеся, в целом, знают неплохо, но просьба теоретически обосновать их собственные практические действия часто ставит их в тупик? Например, дети вряд ли смогут ответить на вопрос: какие законы физики надо знать, чтобы установить розетку? Или какие правила биологии нуж-но иметь в виду при уходе за комнатными растениями? Или, какие правила определяют, что нужно чистить зубы минимально два раза в день, а не, скажем, три или пять?

Научные исследования во многих случаях на-чинались с постановки конкретных практических задач, на которые ответов не было либо имеющиеся к тому времени ответы не позволяли в полной мере получать высокие практические результаты.

Возьмем классический пример с исследовани-ем питания растений. Еще древние земледельцы научились использовать навоз и золу для увеличе-ния урожайности растений. Однако постоянные, на про-тяжении веков, колебания урожайности ясно давали понять, что сочетания минеральных и органичес

ких удобрений подчиняются определенным правилам и зависят не только от почвы, но и от выращивае-мых культур. И только в конце XIX – начале XX в. агрохимия постепенно становится самостоятельной наукой, и выявляющей закономерности комплектации и применения удобрений на полях.

Таким образом, первая специфическая особенность научного исследования заключается в том, что вопросы, на которые ученые ищут ответы, возникают в реальной практической деятельности. Такие вопросы называются проблемами. Проблема – это вопрос, на который нет ответа вообще или имеющиеся ответы не являются конкретными, обеспечивающими эффективность практической деятельности. Проблемы – постоянные спутники нашей жизни, большие или маленькие, сложные или не очень, но они всегда там, где мы пытаемся что-либо делать. Можно, конечно, ничего не делать, но тогда возникает проблема выживания.

Ученые в большинстве своем – люди весьма наблюдательные и дотошные. Они всегда подвергают сомнению то, что многим кажется простым и понятным. Простой пример из работ Н.Коперника. Все знают, что Солнце встает на востоке и садится на западе. В начале XVI в. почти никто не сомневался, что именно Солнце вращается вокруг Земли, ведь движение Солнца видели все, движение Земли не видел никто. И только Н. Коперник засомневался: а так ли это или только кажется? В результате исследований ученому удалось доказать, что всё как раз наоборот: Солнце стоит на месте, а планеты, включая Землю, движутся вокруг него.

Но нужно ли заниматься перепроверкой всем известных истин?

Вернемся к примеру с применением удобрений на полях. Столетиями эта работа выполнялась на основе практического опыта. Можно утверждать, что земледельцы научились достаточно эффективно использовать различные сочетания минеральных и органических удобрений, но возникает вопрос: были ли эти практические решения наилучшими?

И здесь мы подходим ко второй специфической особенности научных исследований: результаты научных исследований не могут носить характера абсолютной истины, поскольку всегда ограничены методами познания и интеллектуальными возможностями исследователей и, следовательно, требуют периодической перепроверки. Это означает, что любая истина, даже самая, казалось бы, незыблемая, должна время от времени подвергаться сомнению и перепроверяться. Появляются новые методы исследований, и их применение часто приводит к существенным уточнениям в содержании истин, а иногда и к полной замене старых истин на новые.

Часто можно слышать, как молодые люди скептически заявляют, что, мол, в науке перспектив недостаточно: уже все или почти все крупные открытия сделаны, и тратить годы, а то и всю жизнь, на мелкие детали не имеет смысла. Кстати, во все времена большая часть молодежи скептически относилась к научной карьере и только немногие «начинали все заново», перепроверяя то, что считалось незыблемой истиной.

Всегда нужно помнить, что любая истина рождается как ересь и умирает как заблуждение. Правда, никто не знает времени жизни истины, да и невозможно его определить. Это время зависит от скорости появления новых методов познания и ученых с незаурядным интеллектом. Что мы знали о клеточном строении организмов до появления микроскопа? Ничего, кроме гипотез, на сей счет не было. Изобретение микроскопа привело к революционным открытиям в области строения и жизнедеятельности клеток и тканей, возникновению новых наук – цитологии, эмбриологии, гистологии.

Ученых в целом устраивала физическая картина мира, оформленная в стройную систему механики И.Ньютона, и вдруг, а так всегда в науке бывает, именно вдруг, появляется человек с незаурядным интеллектом, А.Эйнштейн, который выдвигает специальную теорию относительности вначале как гипотезу. И это дает новое направление для физических исследований и приводит к пересмотру всей физической картины мира, которая еще недавно ученым казалось простой, понятной и в целом не противоречивой.

Третья специфическая особенность научных исследований заключается в необходимости постоянного самообразования с целью изучения информации по всем вопросам, относящимся к сфере исследования. Наверное, ни в одной профессии нет такого жесткого требования постоянно изучать научную литературу и результаты новейших исследований, как в профессии ученого. Опыт других исследователей, изложенный в публикациях, оформляется в виде научной картотеки, которая с годами пополняется и является самым ценным инструментом научного познания. Не зря ведь говорят, что тот, кто владеет информацией, владеет истиной. Почему картотека так важна в научной деятельности? Потому что она определяет поле известной информации и четко обозначает границу, за которой начинается неизвестное.

В 1919 г. одесский счетовод И.Губерман с помощью элементарной алгебры вышел практически на те же положения специальной теории относительности, что и А.Эйнштейн. Каково же было его удивление и огорчение, когда он узнал, что эти положения уже открыты. Отрыв от информации о новейших исследованиях сводит научную деятельность на нет.

Четвертая специфическая особенность науки заключается в поиске и проверке всех возможных путей ведущих к истине. Такими путями являются научные гипотезы. Научная гипотеза всегда включает в себя определенные факты и допущения. Если гипотеза строится без научных фактов, лишь на одних допущениях, то чаще всего она лишена научного смысла. Это очень важный методологический аспект, определяющий объективность научных исследований.

Кто-нибудь задумывался над вопросом: а почему, собственно, интересные гипотезы приходят в голову, как правило, ученым, занимающимся исследованиями? Почему эти гипотезы не приходят в голову нам? Чем мы хуже? Вот, скажем, «отец русской авиации» Можайский, как-то гуляя под дождем, обратил внимание на то, как вода, стекающая из водосточной трубы, обтекает кирпич. Глядя на положение кирпича, он пришел к идее о форме крыла самолета. Другой пример: по мнению некоторых историков науки, химику Кекуле приснилась форма бензольного кольца. Может быть, и нам что-нибудь приснится или придет в голову, как Можайскому, если почаще гулять под дождем?

Ни то, ни другое. Увидеть научную гипотезу может только тот, кто погружен в информацию по данной теме. В основе гипотезы всегда лежат факты, и сама гипотеза, как интуитивное озарение, рождается лишь в том случае, если ученый регулярно осмысляет эти факты и создает в уме варианты различных последовательностей решения проблемы. В противном случае ничего не будет.

Называть это можно по-разному: инсайтом, озарением, шестым чувством, божественным откровением, как угодно. Но истина открывается только достойным, тем, кто доказал свое право на нее многолетним упорным трудом, а иногда и всей жизнью. Может поэтому нет среди Нобелевских лауреатов молодых и рьяных?

Что такое результаты научной работы? Допустим, что ученый всю свою жизнь посвятил тому, чтобы проверить ряд гипотез, и к концу жизни и карьеры убедился, что все они ошибочные. Может ли такое быть? Еще как! Мы ведь знаем имена тех ученых, которые добились несомненных успехов, творцов законов и теорий, авторов знаменитых и оригинальных гипотез, методов исследований. Но сотни имен ученых, которые не сделали великих открытий, остаются только в анналах специальной научной литературы. О них почти никто не знает. Они перепроверяли разнообразные гипотезы и убеждались сами и убедили других, что многие из этих гипотез несостоятельны. Выходит, жизнь впустую? Раз нет великих открытий, то какой же ты ученый?

Нет, не впустую. Их работы не менее важны, чем работы создателей законов и теорий. Именно благодаря их усилиям экономится время других ученых на ненужные поиски, сужается поле поиска истины. Гипотез, связанных с решением проблемы, может быть очень много – десятки и даже сотни. Возникает вопрос: а нужно ли все проверять? Может быть, достаточно проверить десять, тридцать или те, которые ученому кажутся наиболее близкими к истине?

Специфическая особенность научных исследований как раз в том и заключается, что нужно проверять все возможные гипотезы. Никто не знает и не может знать, а интуитивно это определить крайне сложно, какая гипотеза в результате практической проверки окажется истиной.

Более того, таких истин может быть несколько, что дает в последующем альтернативные направления в развитии науки и практики. Поэтому научное исследование требует терпения и многократной проверки.

Сделаем некоторые выводы из первой части нашей лекции.

Вывод первый – пессимистический. Научная работа чаще всего не приносит ни денег, ни славы. Как писал К.Э. Циолковский: «Я всю жизнь занимался тем, что не давало мне ни славы, ни хлеба, но я верил, в то, что в будущем мои работы принесут людям горы хлеба и бездну могущества» («Грезы о Земле и небе»).

Значит ли это, что наука – это занятие для людей не от мира сего. Вовсе нет. Уже в школе надо начинать подготовку к научной деятельности, обучая учеников азам научных исследований и поиску проблем, которые имеют перспективы для научной практики. Следует помнить, что общество может быть цивилизованным и конкурентоспособным только при условии конкурентоспособности научных институтов, имеющихся в этом обществе.

Одна из главных задач учителя – знакомить учащихся с новейшими исследованиями в изучаемой науке, с проблемами, над которыми в настоящее время работают ученые, методами их решений, практическими перспективами использования возможных решений. Что касается денег и славы, то ведь немало профессий, которые держатся на энтузиазме людей, выбирающих эти профессии. Профессии врача, учителя, инженера у нас не являются высокооплачиваемыми, но невозможно представить общество без этих профессий.

Второй вывод – оптимистический. Практика работы многих учителей показывает, что, начиная с 6–7-го классов, учащихся можно постепенно обучить методологии научных исследований. Более того, уже в школе отдельные ученики могут выполнить весьма успешные и интересные с научной точки зрения исследования.

Вывод третий – методологический. Изложенный выше материал представляет собой информацию для организации дискуссий с учащимися. По каждой особенности научных исследований можно проводить отдельные дискуссии, причем, начиная уже с 6-го класса. Ведь специфика научных исследований – это некоторые закономерности научной деятельности, понимание сути которых позволяет реально представить ученику работу ученого. Вкратце повторим последовательность ее основных этапов.

• Мир вокруг нас можно рассматривать как совокупность проблем, возникающих в практической деятельности, и важно научиться видеть и формулировать эти проблемы.

• Очень важно время от времени пересматривать известные закономерности, законы и теории, особенно сопоставляя их с новыми фактами. Должна идти настоящая «охота» за противоречиями между теорией и фактами. Именно противоречия и есть двигатель науки.

• Для накопления необходимой для научной работы информации нужна картотека. В идеале, картотеку нужно начинать составлять с детского сада, в крайнем случае, со школьной скамьи. Чем больше картотека по исследуемой теме, тем больше шансов на победу, т.е. на научное открытие, почет, славу, деньги, Нобелевскую премию, наконец. Это если с юмором подходить к делу. А если серьёзно, ведение картотеки требует постоянного самообразования – ведь нужно не просто выписать факт, но и проанализировать его взаимосвязь с другими фактами и теориями.

• Итак, сопоставив факты и теорию, мы увидели противоречие. Начинается самое интересное – формулирование гипотез для разрешения противоречий и их проверка. Гипотезы должны иметь хотя бы частичную фактологическую основу, т.е. быть научными, и чем гипотез будет больше, тем вероятнее, что хотя бы одна из них окажется истиной.

Но всё ли в этих выводах соответствует научной работе или что-то здесь не так? Вот об этом и нужно дискутировать с учащимися.

Структура биологического исследования и особенности его содержания

Исследование – это решение проблемы, включающее в себя теоретический анализ, оформление гипотез, практическую проверку полученных гипотез и оформление результатов. Научное исследование имеет следующую структуру.

1. Постановка проблемы, цели и задач исследования. От того, насколько правильно сформулирована проблема, зависят результаты всего исследования. Проблема исследования – это затруднение в объяснении жизнедеятельности организма или сообщества, недостаток или отсутствие информации о каком-либо объекте или процессе.

Формулирование проблемы начинается с краткого описания ситуации, в которой возникает проблема, после чего составляется формулировка самой проблемы.

Для формулирования проблемы о возникающем затруднении можно использовать следующую схему: выполнение действия (краткое описание его сути) дает положительный эффект (указывается, какой), но при этом возникает отрицательный эффект (указывается, какой).

Для формулирования проблемы о недостатке или отсутствии информации о какой-либо системе можно использовать следующую схему: повышение эффективности функционирования системы (указывается, какой) возможно в том случае, если будут созданы специальные условия (указывается, какие).

Исходя из сути проблемы, формулируется цель исследования. Цель – это ожидаемый результат исследования.

В соответствии с целью формулируются задачи исследования. В задачах исследования указываются основные этапы работы, их, как правило, три: теоретический анализ проблемы исследования, оформление гипотез решений проблемы в теоретическую модель и практическая проверка теоретической модели и ее коррекция.

2. Выбор методов исследования. Выбор методов исследования определяется поставленными задачами. Для выполнения каждой задачи следует тщательно продумать и выбрать теоретические и (или) практические методы.

К теоретическим методам относятся: сравнительный анализ информации из научной литературы, моделирование, системный анализ, методика решения противоречий, конструирование и проектирование.

К практическим методам исследования относятся: наблюдение, измерение, анкетирование, интервью, тестирование, беседа, метод рейтинга (определение значимости объекта, деятельности какой-либо личности или события путем использования специальной шкалы оценок), метод независимых характеристик (составление письменной характеристики объекта, личности или события большим количеством людей независимо друг от друга), эксперимент.

3. Теоретический анализ проблемы. Абсолютное большинство научных проблем не являются объективно новыми. Они уже когда-то ставились учеными в разных формулировках и имеют определенные решения. Другое дело, что имеющиеся решения малоэффективны или приводят в появлению нежелательных отрицательных последствий.

Поэтому первый этап теоретического анализа – это изучение и анализ научной и научно-популярной литературы. Без такого анализа велика вероятность того, что полученные результаты исследования будут повторять ранее известные решения проблемы.

Приступая к анализу научной литературы, следует, прежде всего, выбрать необходимые источники. Для этого лучше всего воспользоваться систематическим каталогом библиографического отдела научной библиотеки.

При работе с каждой книгой внимательно ознакомьтесь с оглавлением, выберите главы и параграфы, которые имеют непосредственное отношение к проблеме исследования. Из этих глав выписываются только те фрагменты, в которых содержится информация о методах решения проблемы, полученных решениях. Эти фрагменты выписываются полностью, либо составляются их аннотации.

Важнейшим условием правильного анализа научной литературы является сравнение различных подходов к решению проблемы, указание сильных и слабых сторон в каждом из полученных авторами решений. После завершения анализа научных монографий необходимо проанализировать научно-популярную литературу и, прежде всего, научно-популярные журналы. Часто результаты новейших исследований публикуются именно в научно-популярной литературе.

На втором этапе теоретического анализа выполняется решение проблемы с помощью методов диалектической логики и формулирования гипотез. Оптимальный путь – это решение проблемы всеми указанными выше методами: системным анализом, методикой разрешения противоречий. О применении этих методов будет рассказано во второй лекции.

На третьем этапе теоретического анализа сравниваются решения проблемы, полученные в процессе анализа научной литературы, и гипотезы, полученные при проведении диалектического анализа. В результате этой работы конструируется теоретическая модель цели исследования для последующей практической проверки.

4. Практическая проверка теоретической модели. Практическая проверка теоретической модели включает в себя, как правило, следующие три группы операций.

1. Практическая проверка теоретической модели с помощью экспериментов и ее коррекция. Исследователю следует помнить, что критерием истины является практика, а именно экспериментальная проверка полученных теоретических положений.

Планируя проведение экспериментов, следует придерживаться следующих правил: 1) максимальное исключение из опыта факторов, которые могут помешать его проведению или исказить результаты; 2) многократное повторение опытов; 3) сравнение результатов опыта с результатами в контрольном опыте, т.е. в отсутствие факта, действие которого исследуется, или в стандартных условиях; 4) возможные отрицательные последствия для участников опыта должны просчитываться заранее; 5) положительный результат опытов – это достижение устойчивых (воспроизводимых) положительных результатов в большинстве опытов.

2. Социометрия – это изучение мнений различных людей об экспериментальной системе с помощью бесед, анкетирования, интервью, методов рейтинга и независимых характеристик, тестов. Социометрия позволяет увидеть и оценить достоинства и недостатки экспериментальной системы глазами многих людей, как имеющих, так и не имеющих отношения к ее созданию. Важнейшим условием социометрии является предварительное ознакомление участников опросов с экспериментальной моделью. Люди должны знать то, о чем они будут высказывать свое мнение.

Для подготовки вопросов анкеты или интервью можно использовать следующую схему:

– Как вы относитесь к исследуемой системе?
– В чем, по вашему мнению, заключаются положительные стороны модели?
– В чем, по вашему мнению, заключаются отрицательные стороны модели?
– Как вы думаете, нужно ли внести в систему следующие изменения (указывается, какие именно)?– Какие изменения вы предлагаете внести в систему?

3. Математический анализ результатов экспериментов и социометрии предполагает построение графиков, диаграмм, составление уравнений, а также определение коэффицентов изменений полезных функций.

Графики и диаграммы строятся на основе общих правил. Коэффицент изменения каждой полезной функции системы рассчитывается как отношение количественного показателя полезной функции системы до воздействия к количественному показателю полезной функции после воздействия на изучаемую систему. Коэффиценты изменений полезных функций могут быть выражены в процентах, для этого полученные цифровые значения умножаются на 100%.

Математическая обработка полученных результатов позволяет более точно определить эффективность функционирования экспериментальной системы.

5. Составление выводов и предложений. Этот этап исследования включает в себя следующие две части.

1. Констатирующая часть. В этой части исследования составляются обобщенные выводы по каждой части работы. На основе теоретического анализа проблемы в выводах кратко отображается полученная теоретическая модель, ее сильные и слабые стороны. На основе практической части работы анализируются результаты экспериментов, указываются элементы коррекции, которые были внесены в теоретическую модель, – окончательно оформляется результат (цель) исследования.

На основании математической обработки результатов экспериментов и социометрии анализируется изменение эффективности функционирования полученной экспериментальной системы по сравнению с общепринятыми данными и отношение людей к ней.

Следует помнить, что в процессе исследования могут быть получены как отрицательные, так и положительные результаты. Принципиально важной является аргументация, которую предлагает исследователь для объяснения полученных результатов.

Завершая констатирующую часть, исследователь оценивает теоретические и практические результаты проведенного исследования.

2. Прогнозирующая часть. В этой части формулируются предложения по дальнейшим исследованиям изучаемой системы. Исследователь составляет краткий прогноз развития исследований системы, формулирует проблемы, которые могут возникнуть в ее деятельности, и составляет краткий план их решения.

6. Оформление списка использованной литературы. (В РФ для каждого вида публикаций установлены государственные стандарты (ГОСТ) библиографических описаний. За рубежом издатели определяют правила библиографических описаний для каждого вида издания.)

Список литературы, которая использовалась в процессе исследования, может быть составлен двумя способами: по алфавиту или по порядку использования. Если указываются научные монографии, то форма записи имеет следующий вид:

1. Иванов В.В. Балтийское море. – Рига: Просвещение,1987. – С. 34–37.
Указаны страницы издания, использованные в работе, но можно указать и общее количество страниц в книге. В этом случае вместо С. 34–37, записывается общее количество страниц в книге, например, 205 с.
Если указываются статьи из научных журналов или газет, то форма записи имеет следующий вид:

2. Петров А.Н. Заповедник Морицсала//Природа и мы. – 1989. – №7. – С. 32–41.

Сформулируем некоторые выводы по этой части лекции. Ознакомление учащихся с технологией научного исследования желательно построить через серию обсуждений его отдельных этапов на уроках. При этом рассказ учителя об особенностях каждого этапа желательно дополнять письменными размышлениями (эссе) учащихся на тему о значении данного этапа для процесса исследования и его результатов. Составление эссе рекомендуется проводить в группах, затем зачитывать и обсуждать, причем другим группам ставится задача опровергнуть основные выводы зачитываемого эссе.

Методика ознакомления учащихся с биологическим исследованием

Опыт обучения учащихся технологии научного исследования позволяет предложить как один из возможных вариантов методики преподавания следующий подход:

• 6–9-е классы – изучение элементов исследовательской деятельности;

• 10–11-е классы – целостное изучение технологии научного исследования.

Несомненно, что среди учащихся основной школы всегда будут дети с высоким интеллектуальным уровнем, которые к 7–9-му классу смогут провести целостное биологическое исследование, однако таких детей единицы.

Обучение анализу научной и научно-популярной литературы

В 6–8-х классах рекомендуется научить учащихся методике работы с информацией из научной и научно-популярной литературы. Существует пять вариантов такой работы (по степени усложнения): 1) картотека (набор аннотаций); 2) энциклопедическая справка; 3) доклад; 4) реферат; 5) обзорный анализ.

Сразу следует сказать об объеме работ. К сожалению, часто учителя завышают требования к объему докладов учащихся. Объемы информационных работ следует жестко ограничивать, следуя принципу: слов должно быть мало, мыслям должно быть тесно. Тем, кто сомневается в этом, можно напомнить, что докторская диссертация А.Эйнштейна по специальной теории относительности была изложена всего на 25 страницах. И это в то время, когда подобные диссертации писали не менее, чем на 150–200 страницах.

Картотека представляет собой набор карточек, на которых кратко изложено содержание статьи или книги. Обучение составлению картотеки следует начинать с текстов учебника. Примерный план аннотации может быть следующим: 1) название текста; 2) основные идеи текста; 3) факты, аргументы и опыты в поддержку основных идей; 4) противоречия между аргументами; 5) проблемы (недостаток или отсутствие информации о чем-либо). Объем карточки – не более половины страницы А4 (900 знаков).

Энциклопедическая справка представляет собой сборник карточек по выбранной теме. Объем энциклопедической справки растет с каждым годом.

Доклад представляет собой текст, в котором приводится сравнение двух или более мнений ученых, результатов исследований по выбранной теме. На первом этапе обучения возможно составление элементарных докладов по материалам энциклопедии или Интернета (это скорее информационное сообщение, нежели доклад). Основная задача доклада – сравнение различных мнений и поиск возможных противоречий. Объем доклада не более 3 страниц.

Реферат отличается от доклада тем, что на основе сравнения мнений разных ученых по выбранной теме автор реферата формулирует проблемы (противоречия) и выдвигает гипотезы для их решений. Эта форма работы оценивается выше, чем доклад. Объем реферата – не более 5 страниц.

Обзорный анализ – это реферат, в котором изложены основные научные мнения, результаты исследований по данной теме, сделан их сравнительный анализ, сформулированы проблемы (противоречия) и выдвинуты гипотезы. Объем обзорного анализа желательно ограничить 7–10 страницами.

Обучение формулированию проблем, их решению и выдвижению гипотез

Этот большой и достаточно сложный раздел мы рассмотрим подробно во второй и третьей лекциях.

Обучение наблюдениям, измерениям, опытам

Это традиционные элементы биологических исследований. Обучение методам этих исследований осуществляется в рамках программных лабораторных и практических работ. Однако необходимо сделать одно важное дополнение из теории решения изобретательских задач (ТРИЗ, подробнее о ТРИЗ – в следующих лекциях). Измерения должны выполняться в соответствии со следующими правилами.

1. Для точного определения состояния системы необходимо последовательное измерение всех ее изменений.

2. Если невозможно измерить параметры самой системы, то это можно сделать на ее копии или адекватной модели.

3. Если измерение параметров системы вызывает значительные трудности, то желательно так изменить систему, чтобы отпала необходимость в измерениях этих параметров.

4. Точность измерений можно повысить, если сравнить систему с одним или несколькими эталонами, параметры которых известны.

Обучение планированию исследований в 8–11-х классах

Под планированием исследований понимается специальная серия творческих заданий для учащихся, выполняя которые, они составляют описание плана предполагаемых исследований. Эту работу желательно начинать уже в 8-м классе. В средней школе эта работа должна быть обязательным составным элементом учебной деятельности учащихся.

Приведем несколько примеров таких заданий.

1. Составьте план исследования состояния окру-жающей среды в окрестностях вашей школы, используя в качестве индикаторов деревья, лишайники, видовой состав и количество травянистых растений.

2. По некоторым данным, ожирение у человека является генетическим заболеванием, а не следствием нерационального образа жизни. Составьте план исследования для определения реальных причин ожирения.

3. Ученые установили, что работы сердца человека недостаточно для перекачивания крови по организму. Составьте план исследования, которое необходимо было выполнить ученым.

Планирование исследования желательно проводить в группах или парах учащихся. Эти формы, особенно групповая форма, обеспечивают оптимальную организацию общения учащихся.

Учащимся можно предложить следующий алгоритм решения этой задачи, который является лишь одним из возможных алгоритмов планирования исследования.

1. Определите цель исследования: какой результат предполагается получить в процессе исследования? В чем практический смысл исследования?

2. Определите задачи и методы исследования – последовательность этапов работы для достижения цели.

3. Сформулируйте проблему исследования – затруднение, которое необходимо устранить, недостаток или отсутствие информации о цели исследования.

4. Сформулируйте гипотезу (гипотезы) исследования – предположение о возможном способе решения проблемы.

5. Составьте краткое описание информации, которую необходимо получить из научной литературы для построения теоретической модели проблемной ситуации.

6. Составьте описание наблюдений, опытов и измерений, которые необходимо выполнить для проверки гипотезы (гипотез).

7. Что будет содержаться в выводах из результатов исследования?

Пример планирования исследования

Ученые установили, что только 10% ДНК клеток человека регулярно работает на синтез белка. Какие исследования необходимо было провести ученым для такого вывода? Составьте его план.

Планируем исследование по следующему алгоритму.

1. Цель исследования – определение объема и состава регулярно работающих генов по отношению к общему объему генов. Практический смысл исследования заключается во многих аспектах, например в том, чтобы понять, какие гены интенсивно работают и, возможно, быстрее изнашиваются и как это влияет на продолжительность жизни человека. Еще один вариант – попытаться найти механизм регулирования работы генов, особенно выключения тех генов, работа которых нежелательна в данный возрастной период.

2. Задачи исследования:

1) анализ научной литературы: найти в научной литературе информацию о работе генов;

2) экспериментальные исследования для определения экспрессии генов (для определения белков будут использованы химические методы);

3) сравнение результатов экспериментальных исследований с данными, имеющимися в научной литературе.

3. Проблема исследования – необходимо получение точной информации об интенсивности работы и составе регулярно работающих генов человека в течение его жизни.

4. Гипотез может быть много, однако ограничимся одной: у человека регулярно работают не все гены, а только их часть, обеспечивающая синтез белков, необходимых для поддержания нормальной жизнедеятельности. Желательно, чтобы учащиеся выдвигали много гипотез, но планировать дальнейшие шаги исследования рекомендуется на основе одной гипотезы, которой ученики отдадут предпочтение. Планирование исследований по остальным гипотезам можно рекомендовать как домашнее задание или задание для углубленного изучения курса (дифференциация).

5. Из научной литературы необходимо получить следующую информацию: какие гены и как интенсивно работают, какие гены включаются только в определенный период, какие работают постоянно. Сравнить информацию из разных научных источников, сформулировать противоречия в виде проблемных вопросов.

6. Эксперименты предполагают определение синтезируемых белков в изолированных тканях тела человека, при этом желательно выбирать разные ткани для последующего сравнения. Необходимо определить, какие белки будут синтезироваться. Кроме того, образцы тканей необходимо взять у людей разного возраста для оценки возрастных изменений в экспрессии генов.

7. В выводах должны быть приведены обобщения по результатам каждого этапа работы (задачи), сравнение результатов экспериментов и теоретической модели, оценка соответствия полученных результатов гипотезе и формулировка перспектив дальнейших исследований.

Сделаем некоторые выводы по этой части лекции. В 6–7-х классах начинается начальное обучение учащихся технологии исследования. Подготовка карточек-аннотаций, энциклопедических справок, докладов, рефератов планируется учителем исходя из особенностей содержания тем и наличия дополнительной литературы. Аналитические обзоры рекомендуется выполнять в средней школе. Практические и лабораторные работы, опыты и измерения в классе и дома позволяют овладеть элементарными навыками практики исследований.

Начиная с 8-го класса желательно включать задания на планирование биологических исследований. Вначале – как обобщающие работы по двум-трем темам, чтобы учащиеся имели возможность выбора. Для этого ученикам предлагается несколько тем. В 10–11-х классах такие задания желательно включать в содержание каждой темы как на уроках, так и для домашнего выполнения.

Освоение учащимися планирования научных исследований позволяет отдельным ученикам со временем перейти к реальным научным исследованиям. Этот выбор делают сами ученики, и, чаще всего, он относится к исследованиям по экологической и природоохранной тематикам, а также к проблемам образа жизни детей и взрослых и его влиянию на их здоровье. Последние работы выполняются с помощью анкетирования, тестирования и других социометрических методов.

Вопросы и задания

1. Предложите темы и составьте описание методик проведения дискуссий с учащимися по специфическим особенностям научных исследований.

2. Правильно ли утверждение, что в споре рождается истина? Некоторые ученые заявляют, что в споре не истина рождается, а лишь обозначаются противоречия для поиска истины. Кому верить? Почему?

3. Молодой и амбициозный ученый твердо определил, что к 30 годам он просто обязан получить Нобелевскую премию за открытие, которое он обязательно сделает. Можно ли заранее спланировать такое открытие? Не подскажете ли секрет планирования?

4. Составьте план исследования влияния вегетарианского питания на состояние здоровья человека.

5. Составьте методику обучения учащихся планированию исследований на примере составления плана исследования проблемы влияния непрерывного самообразования на продолжительность жизни человека.

Литература для дополнительного чтения

1. Альтшуллер Г.С. Найти идею.– Новосибирск: Наука, 1986. – 209 с.

2. Бабанский Ю.К. Интенсификация процесса обучения // Биология в школе. – 1987.– №1. – С. 3–6.

3. Кларин М.В. Инновации в мировой педагогике: обучение на основе исследования, игры и дискуссии. (Анализ зарубежного опыта.) – Рига, НПЦ «Эксперимент», 1995. – 176 с.