ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ"

БУХВАЛОВ В.А.

Развитие творческих способностей учащихся на уроках биологии

c применением элементов теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)

Учебный план курса

Лекция 4. Экспертные работы по биологии

Специфика экспертизы

Каждый имеет большие или меньшие претензии быть экспертом, о чем свидетельствует модная когда-то фраза: «О том, как учить и лечить, у нас знает каждый». Однако считать себя экспертом и быть экс-
пертом – далеко не одно и то же. Кто такие эксперты и в чем суть экспертизы? Начнем с экспертизы.

Экспертиза – это оценка на основе сравнения структуры и функций системы с теоретическим эталоном, а также, при необходимости, и с прикладными образцами, созданными на основе теоретического эталона. Экспертное сравнение чаще всего осуществляется именно с теоретическим эталоном, особенно при необходимости определения структурной или функциональной новизны прикладной системы. Простой пример: учитель работает или считает, что он работает по системе развивающего образования, причем это может быть известная теоретическая система, например, система Эльконина–Давыдова, или оригинальная система самого учителя, разработанная на основе комбинирования различных систем развивающего образования. Экспертный анализ в данном случае предполагает сравнение основных структурных элементов системы работы учителя с одним или несколькими теоретическими эталонами, которые имеются у эксперта.

Еще один пример из области медицины. Врач считает, что физиологические показатели организма больного соответствуют определенной патологии, и назначает необходимое лечение. Однако выбранная терапия не дает должного эффекта, и излечения не наступает. Задача эксперта – сопоставить результаты диагностики с теоретическим эталоном симптомов болезни и попытаться понять, в чем ошибка: в диагнозе, выбранной терапии или в образе жизни больного.

Таким образом, проведение экспертизы предполагает составление оценки на основе сравнения объекта или процесса с выбранным теоретическим эталоном.

Что нужно знать и уметь, чтобы быть экспертом? Во-первых, эксперт в совершенстве должен знать основные теоретические эталоны, которые имеются в его профессиональной сфере и которые используются для сравнения. Во-вторых, эксперт должен уметь делать структурное и функциональное сравнение оцениваемой системы с эталоном. В-третьих, эксперт должен уметь объективно оценить преимущества и недостатки анализируемой системы и предложить способы ее совершенствования, модернизации.

Говоря о теоретических эталонах, мы имеем в виду научные закономерности, законы и теории. Причем эти понятия могут использоваться и как отдельные инструменты экспертизы, так и как специально составленные алгоритмы или экспертные системы. У каждого эксперта свой экспертный инструментарий.

Может ли каждый знать, как надо лечить и учить? Иными словами, может ли каждый быть экспертом? Конечно, нет. Хотя бы в силу того, что знать теоретические основы своей профессии, создавать из них эффективные экспертные системы и уметь их применять – многим просто не под силу. Для этого нужно 15–20 лет упорного труда и непрерывного повышения квалификации. Поэтому хорошие эксперты – люди не только уважаемые, но и высокооплачиваемые. Их мнение в большинстве случаев обжалованию не подлежит.

Практика школьного образования многие годы была ориентирована на использование информации, которая не подлежит сомнению. Детям предлагались уже доказанные истины, а задача детей – эти истины выучить и научиться применять для выполнения определенных заданий и работ. Подобный подход явно ущербен, ибо и наука, и практика развиваются на основе сомнений, и любая истина рождается как ересь и умирает как заблуждение. Но если в школе не учить сомнениям, а только истинам, которые безупречны, то рано или поздно ценность научной деятельности будет девальвирована, причем, прежде всего, в сознании тех, кто определяет развитие и финансирование науки, что мы сегодня и наблюдаем.

Трудно объяснить людям, что развитие экономики в государстве определяется не строительством новых заводов, а созданием новых технологий. Можно построить десять и двадцать заводов по производству устаревших морально и физически продуктов (например, автомобилей), но это не приведет к экономичесому росту, ибо покупать старье никто не будет. Наши люди уже усвоили простую истину капитализма: дешевое не может быть хорошим. Нужно вкладывать деньги в разработку новых, перспективных, технологий, которые позволят создавать предприятия с высоким уровнем добавочной стоимости. Это и есть основа для экономического роста. Но как этого достичь, если сначала надо оценить направления, в которых мы можем быть «впереди планеты всей»? Нужны эксперты, и не доморощенные, а мирового класса. А где их взять, если школьное и вузовское образование «повернуты» на заучивание, а не на обучение сомнениям?

Поэтому любой школьный курс, в том числе и курс биологии, должен стать средством обучения методам и технологиям творческой деятельности, и достойное место среди них должна занять технология экспертизы.

Объяснение специфики экспертизы и особенностей работы эксперта – это тема для вводной беседы с учащимися. Первые экспертные задания желательно использовать уже в 5–6-х классах, в 7–8-х классах такие задания следует использовать регулярно.

Приведем примеры основных групп таких заданий по принципу «от простого к сложному».

Сравнение предложенной информации с теорией

Простейшие экспертные задания – это задания на сравнение содержания предложенных текстов или отдельных тезисов с изученными теоретическими закономерностями. Часто такие задания называют заданиями на исправление ошибок.

Пример задания

Исправьте ошибки в следующих тезисах:

1) растения дышат углекислым газом и выделяют кислород при транспирации;
2) половой процесс характерен преимущественно для животных, растения размножаются спорами или вегетативно;
3) сердечный цикл показывает последовательность фаз сокращений сердца.

Следующая более сложная группа экспертных заданий – это задания на сравнение закономерностей и построение системы обобщений.

Пример задания

Сравните закономерности строения и жизнедеятельности плоских, круглых и кольчатых червей. Составьте общие закономерности строения и жизнедеятельности для всех трех типов животных.

Экспертиза исследовательских операций

Обучение научным исследованиям предполагает не только изучение технологии исследовательской деятельности, но и экспертизу отдельных этапов научного исследования в 5–9-х классах и целостных исследований в средней школе. Такие задания развивают аналитическое мышление учащихся, позволяют научиться оценивать и процесс, и полученные результаты исследования. В основной школе рекомендуется использовать экспертные задания для оценки отдельных этапов исследований.

Примеры заданий

1. Ученик набрал в огороде почву и раскрошил на нее шляпку белого гриба в надежде вырастить грибы. Но споры не проросли. Почему?

2. Ученики 6-го класса решили провести исследование распространения лишайников в окрестностях школы. Из изученных по энциклопедии 20 видов в окрестностях школы они обнаружили только четыре. Ребята сделали вывод, что другие виды в окрестностях школы не растут. Считаете ли вы этот вывод правильным? Почему?

3. Изучая особенности роста растений в условиях засоленных почв, ученый выдвинул гипотезу о том, что увеличение концентрации солей приводит к замедлению роста растений. Достаточно ли одной этой гипотезы для проведения исследования? Почему?

Для обучения учащихся выполнению таких заданий необходимо совместное составление алгоритма, который может иметь следующий вид.

Алгоритм экспертизы исследовательских операций

1. Прочтите условие задания и определите, к какой теме относится его содержание.

2. Проанализируйте соответствие содержания задания основным закономерностям этой темы.

3. Проанализируйте соответствие содержания задания логике научного исследования.

3.1. Формулирование проблемы – вопроса, на который нет ответа или имеющиеся ответы не дают подробной информации.
3.2. Выдвижение гипотез – предложено несколько гипотез с необходимым обоснованием каждой.
3.3. Анализ научной литературы – изложены альтернативные информационные материалы по проблеме, описаны противоречия между ними, представлена информация по «белым пятнам» в содержании темы.
3.4. Приведены описания наблюдений и опытов, результаты которых подтверждают или опровергают гипотезы.
3.5. Сделаны математические модели – таблицы, графики, диаграммы со статистикой положительных или отрицательных результатов наблюдений и опытов (помните, единичные факты в науке не имеют определяющего значения).
3.6. В выводах отражены сравнения между гипотезами и результатами анализа теории, гипотезами и результатами их практической проверки (наблюдения и опыты).
3.7. Список литературы включает в себя большое количество (не менее нескольких десятков) источников научной информации.

Технология экологической экспертизы

Развитие навыков теоретической экспертизы необходимо дополнять экспертными практическими работами, самыми простыми из которых являются работы экологического содержания. Такие работы в простейшем виде можно предлагать учащимся уже в 5–6-х классах. Приведем пример возможной технологии экологической экспертизы.

1. Выбор теоретических эталонов для сравнительного анализа. Теоретические эталоны – это закономерности, законы и теории, с которыми будем сравнивать оцениваемую систему.

2. Выделение основных признаков оцениваемой системы.

3. Сравнение основных признаков оцениваемой системы с теоретическими эталонами.

4. Выводы о степени соответствия оцениваемой системы теоретическим эталонам.

5. Формулирование проблем, составление плана дальнейших исследований или практических рекомендаций по результатам экспертизы.

6. Оценка нравственных аспектов деятельности и ее результатов, которая не менее, а, может быть более важна, чем профессиональная оценка. Для такой оценки можно использовать следующие критерии:

– деятельность не осуществляется за счет разрушения или уничтожения чего-либо полезного для людей и окружающей среды;
– результат деятельности не должен препятствовать развитию других полезных и необходимых видов деятельности;
– деятельность не должна требовать человеческих жертв и вызывать гибель животных;
– результат деятельности должен приносить пользу ее исполнителю и всем людям.

7. Модернизация технологии экспертизы для данного класса систем с учетом выполненной работы.

Самая важная часть работы та, в процессе которой учащиеся совместно с учителем или самостоятельно модернизируют – изменяют и дополняют – технологию экспертизы применительно к данному классу систем. Работа на этом шаге обеспечивает развитие у учащихся общей методологической культуры – умения модернизировать методы и технологии учебной и научной деятельности.

Приведем в качестве примера сокращенный вариант экологической экспертизы жилого района.

Экологическая экспертиза жилого района в городе

Учащиеся знакомятся с технологией экспертизы и совместно с учителем формулируют цель работы: оценить экологические условия одного из районов города и подготовить предложения по улучшению его экологического состояния.

Экспертиза включает следующие этапы

1. Выбор теоретических эталонов для сравнительного анализа.

Такими эталонами при проведении экологической экспертизы являются понятие «экосистема» и законы экологии Б.Коммонера.

Экосистема состоит из трех основных элементов (факторов): абиотического (неживого), биотического (живого) и антропогенного (вызванного деятельностью человека). Для каждого элемента в научной литературе имеются образцы допустимых параметров. Эту информацию учащиеся получают в процессе работы с научной и научно-популярной литературой.

Законы экологии показывают, как организована жизнедеятельность экосистемы:

– всё связано со всем – пищевые цепи и сети обеспечивают движение биомассы и энергии в экосистеме и ее жизнедеятельность;
– всё должно куда-то деваться – биомасса и энергия в экосистеме переходят из одних форм в другие и могут накапливаться, но это не приводит к разрушению экосистемы;
– за всё нужно платить – любые изменения в экосистеме компенсируются естественным образом, нарушенные цепи и сети восстанавливаются;
– природа знает лучше – жизнедеятельность экосистемы саморегулируется и постепенно одни экосистемы заменяются естественным путем другими (сукцессии).

2. Выделение основных признаков оцениваемой экосистемы.

Учащиеся проводят экспертизу жилого района города. Экспертиза включает в себя наблюдения и измерения параметров всех элементов экосистемы в течение одной-двух недель, изучение жизнедеятельности экосистемы с учетом законов экологии.

3. Сравнение основных признаков оцениваемой экосистемы с существенными признаками теоретических эталонов.

На основе сравнения составляются выводы о состоянии каждого элемента экосистемы, определяется степень нарушений законов экологии.

4. Составление выводов о степени соответствия оцениваемой системы теоретическим эталонам.

Выводы желательно составлять совместно с учителем. В выводах указываются лимитирующие факторы по каждому элементу экосистемы и причины возможных нарушений законов экологии.

5. Формулирование проблем, составление плана дальнейших исследований или практических рекомендаций по результатам экспертизы.

Ученики формулируют основные проблемы развития экосистемы, составляют план необходимых исследований для мониторинга состояния экосистемы. Подготавливаются предложения практического характера по улучшению экологического состояния экосистемы.

6. Оценка нравственных аспектов деятельности и ее результатов.

Ученикам предлагается дать оценку нравственным аспектов размещения жилого района и отношения его жителей и организаций к природе.

7. Модернизация технологии экспертизы для данного класса систем с учетом выполненной работы.

На основе проделанной работы учитель предлагает совместно подготовить подробный план экспертизы экосистемы с целью его использования для оценки состояния других экосистем (парков, окрест-ностей водоемов, лесов, лугов).

Составление экспертных систем

Стратегия развития творческих способностей учащихся предполагает постепенный переход от ознакомления с методом творческой деятельности к его применению на несложных примерах, затем к применению на сложных примерах и преобразованию метода. В 9–11-х классах начинается работа по составлению экспертных систем. Одним из таких видов заданий являются задания по проверке статистических данных научных исследований с помощью опросов. Приведем пример.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, входит в структуру ООН), здоровье человека определяют: 50% – образ жизни, 20% – наследственность, 20% – состояние окружающей среды, 8,5% – медицинская помощь. Как проверить эти данные?

Выполнение задания можно разделить на две части. Первая часть – теоретическое обсуждение способов проверки, вторая часть – проведение опроса пожилых людей.

В первой части работы учащиеся предлагают варианты проверки данных:

– разработка анкеты и анкетирование пожилых людей с целью изучения их образа жизни;
– изучение статистики заболеваний и причин смертности людей в своем городе;
– поиск в научной литературе альтернативных данных о факторах, определяющих здоровье человека, и сравнение их с данными ВОЗ.

На втором этапе работы учитель может предложить ученикам разработать анкету для опроса пожилых людей и провести ограниченный опрос, чтобы обобщить результаты и сравнить их с данными ВОЗ. Следует иметь в виду, что ученики не могут, да и не должны, выполнять полноценный опрос с выборкой в 2–2,5 тыс. респондентов, отсортированных по специальным критериям. Поэтому полученные результаты могут (и будут) значительно отличаться от данных ВОЗ. Однако определенные тенденции в любом случае будут проявляться.

Анкету для опроса пожилых людей ученики могут составлять в группах, парах или совместно с учителем. В нее можно включить следующие вопросы.

1. В вашем образе жизни преобладают (нужное подчеркнуть):

– умеренное и рациональное питание;
– постоянное движение, физические упражнения;
– умственный труд;
– регулярные прогулки и отдых на природе;
– регулярное общение с искусством (музыка, кино, театр, художественная литература, живопись);
– определенный режим дня;
– умеренное употребление алкоголя, табака или отказ от них;
– творческая деятельность;
– общение с животными;
– религиозные занятия.

2. Вы регулярно:

– общаетесь с людьми;
– сотрудничаете с коллегами и знакомыми;
– помогаете близким и друзьям, когда необходимо;
– проходите диспансеризацию;
– выполняете все назначения врача;
– уходите от конфликтов, когда в этом нет острой необходимости;
– выполняете взятые на себя обязательства.

3. В вашем роду не было (или единичные случаи):

– одинаковых болезней на протяжении поколений;
– скоропостижных смертей;
– несчастных случаев со смертельным исходом;
– психически больных родственников;
– тяжелых хронических заболеваний.

4. Вокруг вас часто или всегда:

– прекрасная природная среда;
– уютная и чистая обстановка;
– красота и комфорт;
– люди, которых вы уважаете и которые вам приятны;
– преобладают доброжелательные отношения между людьми.

Предложенные вопросы анкеты лишь образец, их можно изменить, дополнить, сделать более детальными. Однако даже такой простой анкеты достаточно для проверки данных ВОЗ.

Еще один вид экспертных работ – оценка планов исследований. В рамках курса биологии 9-го класса изучается раздел «Человек и его здоровье». Цель изучения этого раздела – обучение учащихся правилам здорового образа жизни на основе теоретических знаний анатомии и физиологии организма. Вот один из примеров экспертной работы по оценке планов исследований.

Ученики подготовили план небольшого исследования по влиянию закаливания на состояние здоровья. Оцените предложенный план и, если необходимо, внесите в него изменения и дополнения. Объясните предложенные вами изменения и дополнения.

План работы

1. По материалам научно-популярной и учебной литературы составьте описание методов и значения закаливания организма.
2. Проведите анкетирование учащихся разных параллелей классов и получите ответы на вопро-
сы: сколько учащихся и как часто занимаются закаливанием; какие методы закаливания используют ученики; какова частота простудных заболеваний у учащихся, занимающихся и не занимающихся закаливанием? Результаты анкетирования оформите в виде таблицы.
3. Постройте графики зависимости частоты простудных заболеваний у учащихся от периодичности проведения процедур закаливания.
4. Составьте выводы по каждому этапу работы и оформите исследование в виде реферата.

Экспертиза результатов исследования

Следующим, более сложным, шагом в развитии экспертных умений и навыков у учащихся являются работы по оценке результатов исследований в сравнении с научными теориями и закономерностями. Эти работы рекомендуется выполнять в 10–11-х классах, ибо для их выполнения требуется хорошее знание теории. Выполнение этих работ предполагает обучение учащихся систематизации теоретических закономерностей. Информацию о научных исследованиях можно почерпнуть в научно-популярных журналах. Приведем в качестве примера информацию из журнала «Наука и Жизнь» (№11, 2004).

Ожирение – заразная болезнь

Всемирная организация здравоохранения предупреждает: ожирение может стать эпидемией XXI в. Уже сейчас, впервые в истории человечества, на планете больше людей с излишним весом (около 300 млн), чем дистрофиков. Обычное объяснение – нездоровое питание, избыток жиров и углеводов в рационе. Но ученые подозревают, что важную роль играют и генетические факторы, и гормоны. А по мнению индийского исследователя Нихила Дхурандара, часто виноват вирус, и ожирение надо рассматривать как инфекционную болезнь.

Получив медицинское образование в США, Дхурандар в 1980-х гг. вернулся в родной Бомбей и открыл частную клинику по лечению ожирения. Клиентов оказалось хоть отбавляй: по оценкам самого врача, четверть населения города обладает лишним весом. Через клинику прошли около 900 пациентов. Дхурандар прописывал пациентам диету и физкультуру, как обычно делается в таких случаях. В 95% случаев после прекращения диеты пациенты снова набирали вес.

Но однажды врач заговорил о проблеме ожирения со знакомым ветеринаром, который как раз занимался изучением загадочной болезни домашней птицы. Куры гибли от увеличения печени и почек за счет отложения в этих органах большого количества жира. Почки и печень погибших птиц становились белыми от жира. Ветеринар С.Аджинкия обнаружил, что эта болезнь вызывается аденовирусом SMAM 1 (всего известно пять вирусов, вызывающих у животных усиленное отложение жира). «Мне бросилось в глаза, – говорит Дхурандар, – что симптомы необычны для вирусной болезни и что первые напрашивающиеся объяснения – это неправильный рацион птиц и слишком неподвижный образ жизни в тесных клетках. Но потом я подумал: если доказано, что ожирение птиц может вызываться вирусом, то нет ли подобного вируса у человека?» И он начал экспериментировать с курами.

Приобретя несколько десятков кур, Дхурандар разделил их на три группы. Первую заразил вирусом SMAM 1, второй позволил контактировать с зараженными птицами, а третью оставил в изоляции для контроля. Все три группы получали одинаковый корм и содержались в одинаковых условиях. Через две недели первые две группы растолстели (хотя содержание холестерина в крови осталось невысоким), а у третьей группы был нормальный вес. Тогда врач решил исследовать кровь своих пациентов на антитела к SMAM 1 и обнаружил их у 20% толстяков. Так же как куры, они страдали от накопления жира, но уровень холестерина оставался нормальным или почти нормальным. Наличие антител, как известно, говорит о том, что организм контактировал с данным вирусом в прошлом или заражен сейчас.

Текст интересен тем, что в нем предложена оригинальная гипотеза одной из возможных причин ожирения. До сих пор нам были известны три основные причины ожирения: генетическая; нерациональное питание; нарушение обмена веществ в результате заболеваний.

На первом этапе работы с текстом, группам учащихся предлагается составить планы проведения экспертизы предложенной информации. Затем составленные планы обсуждаются и утверждаются в качестве рабочих или составляется один обобщенный вариант плана экспертизы. Он может иметь следующую последовательность.

План экспертизы результатов исследования

1. Формулировка проблемы исследования. Есть ли противоречия с известными закономерностями?
2. На каких научных основаниях была выдвинута гипотеза исследования?
3. Особенности практической проверки гипотезы.
4. Сравнение основных выводов исследования с научными закономерностями и теориями.
5. Формулирование гипотетических новых закономерностей, изменений и дополнений к теориям.

Экспертиза процесса исследования

Часто в научной практике возникает необходимость проверить логику процесса исследования. Необходимость такой проверки диктуется прежде всего тем, что процесс исследования может быть многовариантным и выбранный ученым единственный вариант не может быть оценен без сравнения с другими вариантами. Одним словом, всё познается в сравнении. Как можно оценить эффективность процесса исследования, если его не с чем сравнивать? Как можно утверждать, что выбранный ученым путь исследования дал однозначный результат, если мы не знаем о других возможных путях?

Пример задания

В учебнике по биологии рассказывается о том, что в конце XIX в. Д.И. Ивановский открыл вирусы.
Исследование было выполнено с целью поиска способов борьбы с мозаичной болезнью табака. Фермеры несли большие убытки, причины заболевания и способы борьбы с ним в то время не были известны. Ивановский растер листья больного растения в ступке, растворил полученную кашицу и профильтровал ее через фарфоровый фильтр (фарфоровый фильтр не пропускает бактерий). Полученным фильтратом он опрыскал листья здоровых растений табака, и они заболели мозаичной болезнью.

Вопросы и задания.

1. Какова была логика рассуждений ученого?
2. Как ученый мог определить, что мозаичную болень вызывают живые существа меньше бактерий, а не скажем, химические вещества?
3. Составьте план другого варианта исследования причин мозаичной болезни.
4. Какие способы лечения мозаичной болезни мог предложить ученый?
5. Можно ли данное исследование считать экспертным образцом для оценки аналогичных исследований, когда проводится поиск причин заболеваний? Почему?

Развитие экспертных умений у учащихся является не менее важным, чем развитие исследовательских и проектных умений. В совокупности эти умения и обеспечивают основы теоретического мышления. Прежде чем планировать исследование проблемы, ученый должен провести научно обоснованную экспертизу опыта своих предшественников. Такая экспертиза должна дать ответы на следующие вопросы:

– какой логики придерживались ученые при проведении исследований;
– возможна ли другая логика планирования процесса исследования;
– как соотносятся полученные результаты исследований с теоретическими закономерностями, есть ли между ними противоречия;
– как решены противоречия;
– какие проблемы остались без объяснений, какие гипотезы не получили практического подтверждения и почему;
– можно ли выдвинуть другие формулировки проблем и гипотез;
– не возникают ли противоречия при сравнении результатов исследований разных ученых?

Экспертные задания и работы желательно проводить параллельно с другими видами творческих работ. Очень важно хотя бы раз в четверть проводить уроки-семинары по обсуждению особенностей творческих работ, их значения в практике познания и логике их планирования и проведения.

Вопросы и задания

1. В чем сущность научной экспертизы? Кто такие эксперты? Как стать экспертом?

2. Можно ли считать Ч.Дарвина экспертом? Какие экспертные работы выполнил Дарвин?

3. Из истории науки известно, что нередко ученые ставили опыты на себе, прививая какую-либо болезнь или опробируя новое лекарство. Чем диктовалась необходимость таких действий? Можно ли было тогда и можно ли сейчас отказаться от опытов на себе?

4. Составьте план урока-семинара по обсуждению значения экспертизы и экспертных исследований с учащимися на примере материалов лекции.

5. Какие теоретические основания можно выбрать для экспертизы учения Вернадского о биосфере? Составьте план экспертизы.

6. Как определяется теоретическая новизна при оценке докторских диссертаций? Как должна выглядеть экспертная система для оценки таких работ?

7. Составьте методику урока по ознакомлению учащихся с экспертизой процесса исследования.