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 8. Методика организации учебной деятельности учащихся для эффективного развития творческих способностей

Особенности тематического планирования

Типовые стандарты и программы по биологии ставят перед учителями задачи формирования и развития знаний, умений и навыков у учащихся, которые не могут быть целью биологического образования и являются лишь средствами для достижения цели. Целью биологического образования в школе является воспитание творческих и нравственных качеств личности в процессе усвоения основных закономерностей и методов биологии. Достижение поставленной цели осуществляется при решении следующих задач:

– формирование биологической культуры на основе усвоения основных закономерностей и методов;
– формирование умений работы с учебной информацией и самоорганизации познавательной деятельности;
– развитие комплекса интеллектуальных умений;
– развитие технологических умений научной деятельности (исследовательских, проектных, экспертных);
– развитие умений защищать свои убеждения и давать нравственную оценку деятельности человека в природе;
– изучение закономерностей творческой жизни личности на основе ознакомления с биографиями ученых.

Тематическое планирование составляется таким образом, чтобы в рамках каждой темы использовались творческие задания и методы их выполнения как при изучении теории, так и в практической части курса. Приведем примеры тематического планирования.

Тематическое планирование для 6-го класса
(35 ч, 3 ч – резервное время)

Тема 1. Биология и ее значение (4 ч)

Биология и ее структура. Наблюдение, эксперимент, мозговой штурм. Значение биологии.

Практикум

• Правила организации наблюдений и экспериментов.

• Решение биологических проблем с помощью мозгового штурма.

Тема 2. Бактерии (4 ч)

Строение и жизнедеятельность бактерий. Бактерии в природе и в жизни человека. Биологическое понятие, существенные признаки понятий. Биологическое исследование.

Практикум

• Планирование исследования активности почвенных бактерий.

• Решение биологических проблем с помощью мозгового штурма.

Тема 3. Грибы (4 ч)

Строение и жизнедеятельность грибов. Грибы в природе и в жизни человека. Методика подготовки доклада.

Практикум

• Составление докладов об охраняемых грибах нашего края.

• Планирование исследования по изучению заражения леса трутовиками.

Тема 4. Лишайники (4 ч)

Строение и жизнедеятельность лишайников. Бактерии, грибы, лишайники. Сравнительный анализ информации.

Практикум

• Составление доклада на основе информации из разных источников.

• Планирование исследования загрязненности воздуха по распространению лишайников.

Тема 5. Водоросли (4 ч)

Строение и жизнедеятельность водорослей. Водоросли в природе и в жизни человека. Методика подготовки реферата.

Практикум

• Составление рефератов о проблемах жизнедеятельности водорослей в водоемах нашего края.

• Решение биологических проблем с помощью мозгового штурма.

Тема 6. Мхи и папоротники (4 ч)

Строение и жизнедеятельность мхов и папоротников. Мхи и папоротники в природе и в жизни человека. Проблемы жизни мхов и папоротников. Метод контрольных вопросов.

Практикум

• Решение биологических проблем с помощью метода контрольных вопросов.

• Составление рефератов о проблемах мелиорации и сохранения болот.

Тема 7. Голосеменные растения (4 ч)

Строение и жизнедеятельность голосеменных растений. Голосеменные растения в природе и в жизни человека. Системный анализ.

Практикум

• Решение биологических проблем с помощью системного анализа.

• Составление докладов и рефератов о проблемах жизнедеятельности голосеменных растений.

Тема 8. Цветковые растения (4 ч)

Строение и жизнедеятельность цветковых растений. Цветковые растения в природе и в жизни человека. Проектирование.

Практикум

• Решение биологических проблем с помощью системного анализа.

• Проектирование модели экспозиции лекарственных растений нашего края.

Тематическое планирование для 10-го класса
(70 ч, 6 ч – резервное время)

Тема 1. Биология как наука (14 ч)

Структура биологии как науки: понятие и существенные признаки науки, специфика научной деятельности. Этапы и проблемы развития биологии. Методы решений биологических проблем: вепольный анализ, системный анализ. Биологическое исследование. Основные понятия биологии: «живая природа», «живой организм», «живая система», «процесс», «жизнедеятельность». Структура биологического понятия, существенные признаки, формулирование определений понятий.

Практикум

• Анализ проблем развития биологии с помощью мозгового штурма.

• Структурирование существенных признаков основных понятий биологии.

• Решение биологических проблем с помощью системного и вепольного анализа.

Тема 2. Клеточная теория (16 ч)

Вирусы. Творческая биография Д.И. Ивановского. Методы изучения клеток. Строение живых клеток. Функции органоидов клеток. История создания и структура классической клеточной теории. Проблемы развития клеточной теории. Проектирование современной клеточной теории.

Практикум

• Выделение существенных признаков строения клеток.

• Анализ клеточной теории на основе существенных признаков клеточного строения.

• Сравнительный анализ строения клеток на микропрепаратах.

• Решение проблем развития клеточной теории с помощью системного анализа.

• Семинар по проблемам стратегии научных исследований.

Тема 3. Вещества жизни (14 ч)

Методы изучения химического состава живых организмов. Неорганические вещества в живых организмах. Углеводы, жиры, белки. Ферменты, гормоны, витамины, яды. Нуклеиновые кислоты и АТФ. Проблемы преобразования веществ в клетках. Экспертиза современных исследований жизнедеятельности клеток. Творческая биография Л.Пастера.

Практикум

• Изучение химического состава растения.

• Составление проекта теории химического состава живых организмов.

• Решение проблем изменений химического состава живых организмов с помощью вепольного анализа.

Тема 4. Жизнедеятельность клетки (20 ч)

Формулирование понятия «жизнедеятельность». Методы изучения жизнедеятельности клеток. Основные процессы жизнедеятельности клетки: питание, хемосинтез, фотосинтез, биосинтез белка, энергетический обмен. Жизненный цикл клетки, митоз, мейоз. Творческая биография А.К. Тимирязева. Проблемы жизнедеятельности клеток. Экспертиза современных исследований жизнедеятельности клеток.

Практикум

• Решение проблем жизнедеятельности клеток с помощью вепольного анализа.

• Проектирование теории жизнедеятельности клеток.

• Семинар по планированию стратегии научной деятельности.

• Планирование исследований по открытию новых аспектов жизнедеятельности клеток

• Организация учебной деятельности учащихся

Для успешной организации учебной деятельности учащихся разработан специальный сборник поурочных карточек – практикум. В карточках представлены основные виды заданий и проблем, творческих работ, а также алгоритмы их выполнения. Практикум выдается каждому ученику и используется на уроках и при выполнении домашних заданий. Приведем фрагменты из практикума.

6-й класс

Строение и жизнедеятельность мхов и папоротников

Теория

1. Как вы думаете, в результате каких причин древние предки мхов и папоротников – многоклеточные водоросли – «вышли» на сушу из воды: 1) подъем морского дна; 2) пересыхание водоемов; 3) вынос течением на берег? Ответ поясните. Как можно проверить ваши предположения?

2. Прочтите в учебнике общую характеристику мхов и папоротников, выделите существенные признаки и составьте определения понятий. Сравните существенные признаки понятий.

3. Рассмотрите гербарии мхов и папоротников, прочтите материалы учебника об их строении и жизнедеятельности (питание, размножение) и составьте конспект. Какие проблемы возникают в жизнедеятельности этих растений?

Проблемы

Метод контрольных вопросов

Это модифицированный мозговой штурм, при котором для облегчения процесса решения задачи применяются контрольные вопросы, направляющие мышление решателей в область возможных ответов. Ниже приведены контрольные вопросы, предложенные автором метода А.Осборном.

Алгоритм метода контрольных вопросов

1. Прочтите внимательно условие задачи и предложите все возможные ответы.

2. Для формулирования решений постарайтесь ответить на следующие вопросы:

– Как по-новому применить систему (тело, вещество, явление, процесс)?
– Как упростить систему?
– Как изменить систему?
– Что можно увеличить в системе?
– Что можно уменьшить в системе?
– Что можно заменить?
– Что можно перевернуть наоборот?
– Каковы возможные комбинации элементов системы?

4. Почему мхи не замерзают зимой, ведь они накапливают большое количество влаги?

5. Причина заболачивания леса – накопление воды мхами. Как защитить лес от заболачивания? Нужно ли замедлять заболачивание леса? Почему?

6. Как защищаются мхи от избытка солей на засоленных почвах?

7. Какие проблемы возникают в процессе размножения мхов и папоротников?

8. Мхи и папоротники эволюционно древние растения, которые произошли от древних водорослей. Составьте реферат о происхождении мхов и папоротников. Какие проблемы эволюции растений и как могли быть решены при появлении мхов и папоротников?

Мхи и папоротники в природе и в жизни человека

Проблемы

9. Установлено, что некоторые мхи не погибают в полной темноте, хотя им нужен свет для фотосинтеза. Как это можно объяснить?

10. Используя материалы учебных пособий, составьте доклад о значении мхов и папоротников в природе и в жизни человека.

11. В одном районе осушили болото. Как вы считаете, приведет ли это к полному исчезновению мхов? Почему?

12. Используя материалы учебных пособий, составьте схемы образования торфа и каменного угля. Составьте проект искусственного получения торфа и угля.

13. Нарисуйте схему мха, который мог бы существовать в пустыне. Какие органы и как должны измениться? Почему?

14. Древние папоротники были древесными растениями, а современные – травянистые. Как вы думаете, почему вымерли древовидные папоротники?

15. Рассмотрите в Красной книге охраняемые мхи и папоротники вашего края. Почему необходима их охрана? Какие меры охраны этих растений вы можете предложить?

16. Климат на нашей планете с каждым годом становится все более сухим, что приводит к постепенному вымиранию мхов и папоротников. Нужно ли принимать специальные меры для их охраны? Почему?

17. С помощью каких опытов можно изучать питание мхов и папоротников?

Творческие работы

18. Мхи и папоротники нашего края.

План работы

1. Пользуясь научно-популярной литературой, определите видовой состав мхов и папоротников, произрастающих в вашем крае.
2. Проведите наблюдения в природе, соберите гербарные экземпляры мхов и папоротников и определите их видовой состав.
3. Составьте описания мест обитания мхов и папоротников, укажите проблемы, которые возникают в жизнедеятельности растений. Предложите решения этих проблем.
4. Оформите исследование в виде реферата.

19. Охраняемые мхи и папоротники нашего края.

План работы

1. Пользуясь научно-популярной литературой, определите видовой состав охраняемых мхов и папоротников, произрастающих в вашем крае.
2. Проведите наблюдения в природе, установите ареалы обитания охраняемых мхов и папоротников, их видовой состав.
3. Составьте описания мест обитания охраняемых мхов и папоротников, укажите проблемы, которые возникают в жизнедеятельности растений. Предложите решения этих проблем.
4. Оформите исследование в виде реферата.

Дополнительные задания

20. Сравните, используя конспекты, жизнедеятельность водорослей, мхов и папоротников.

21. О чем можно узнать при изучении торфяных залежей?

22. Докажите, что мхи и папоротники произошли от водорослей, для чего определите общие признаки их строения и жизнедеятельности.

23. К каким последствиям может привести усиленное размножение водорослей в водоеме?

24. Предложите способы защиты рыбы во время сильного размножения водорослей. Почему в этот период рыба нуждается в защите?

25. Какие наблюдения необходимо проводить в природе для определения численности и состояния охраняемых папоротников?

26. С помощью какого опыта можно установить минимальное количество влаги, при котором выживают мхи?

10-й класс

Белки, биосинтез белков

Теория

1. Прочтите материалы учебных пособий, выдели-

те существенные признаки белков и составьте определение понятия.

2. В своем определении жизни Ф.Энгельс написал: «Жизнь есть способ существования белковых тел...» Предложите более точное определение жизни, исходя из строения и функций белковых молекул.

3. Чем можно объяснить многообразие функций белковых молекул?

4. Составьте схему биосинтеза белка. Дайте определения понятиям: «транскрипция», «трансляция», «биосинтез».

Проблемы

5. Можно ли утверждать, что нам известны все функции белков? Почему? Какие исследования необходимы для изучения и открытия новых возможных функций белков?

6. Длительное время ученые считали, что наслед-ственную информацию передают белки. В 1944 г. группа американских исследователей экспериментально доказала, что за передачу наследственной информации отвечают нуклеиновые кислоты. Представлены два первых этапа исследования:

– выбрали штамм болезнетворных бактерий;
– разделили на фракции вещества, выделенные из бактерий.

Предложите следующие этапы исследования.

7. При исследовании свойств ДНК ученые обнаружили, что молекула обладает тепловой неустойчивостью: она разрушается даже при нормальной для организма температуре. Каким образом целост-ность ДНК сохраняется в организме? Используйте алгоритм системного анализа.

Алгоритм системного анализа

А. Составьте подробную схему системы, в которой возникла проблема.

Б. Определите проблемный элемент и укажите функцию, которую необходимо выполнить для решения проблемы.

В. Для получения необходимой функции измените:

– структуру и состав веществ проблемного элемента;
– форму и размеры проблемного элемента и системы;
– расположение проблемного элемента в системе;
– процессы взаимодействия проблемного элемента с другими элементами системы;
– стадии развития проблемного элемента;
– внесите в систему элементы из других систем и организуйте их взаимодействие с проблемным;
– объедините несколько проблемных элементов.

8. В каких случаях одно и то же вещество может быть либо неядовитым, либо сильным ядом?

9. В клетке всегда много ферментов, способных разрушать нуклеиновые кислоты. Почему же их деятельность не нарушает нормального функционирования клеточных ДНК и РНК?

10. Почему молекулы ферментов столь же велики, как и молекулы других белков, хотя их активный центр образован всего 10–20 аминокислотными остатками?

Семинар: «Технология поиска новых идей»

Обсудите в группах представленную технологию поиска новых идей. Составьте описание исследования белков или биосинтеза белков с помощью данной технологии.

1. Выбор и структурирование информационного поля – создание картотеки теорий, закономерностей, методов и технологий.

2. Сравнительный анализ структуры и содержания информационного поля и фактов из практики, поиск «белых пятен».

3. Анализ взаимной согласованности теорий и закономерностей, поиск противоречий между ними.

4. Анализ возможностей и ограничений методов и технологий для осуществления практической деятельности.

5. Формулирование новых гипотез, не противоречащих теориям и закономерностям.

6. Формулирование существенных признаков объектов и процессов информационного поля и сопо-ставление их с теоретическими закономерностями.

7. Сопоставление результатов экспериментов с теориями и закономерностями.

8. Сопоставление и (или) объединение теорий и закономерностей информационного поля с теориями и закономерностями смежных информационных полей.

9. Сопоставление теорий и закономерностей информационного поля с общенаучными теориями и закономерностями.

10. Выделение отдельных структурных элементов информационного поля и преобразование их в самостоятельные информационные поля.

Творческие работы

11. Белковая «почта».

Как в клетке продуцируются разные белки, известно уже достаточно подробно. Но до недавнего времени было непонятно, каким образом каждый белок попадает именно туда, где ему положено находиться, – в разные отделы клетки или «на экспорт», в другие уголки организма. Было неясно и то, как большие молекулы белков проникают через мембраны – оболочки, которыми окружена не только каждая клетка, но и каждая органелла внутри нее.

На эти вопросы ответил Гюнтер Блобель, американский биолог, получивший Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1999 г. Он показал, что молекулы снабжаются особыми метками, своего рода «почтовыми индексами», указывающими, куда направить тот или иной белок. Одновременно такая «этикетка», представляющая собой несколько аминокислот в определенном порядке, служит пропуском через мембрану. Эта метка прицеплена либо к одному из концов белковой молекулы, либо где-то к ее середине. В мембране имеются особые молекулы, проверяющие метку. Если она соответствует заложенному коду, белок пропускается через специальный канал. После прибытия в положенное место «этикетка» часто удаляется, что закрывает белку обратный путь. Одни метки дают белку возможность проникать в ядро, митохондрии и иные органеллы, другие открывают выход из клетки наружу.

Составьте примерный план исследования, которое выполнил ученый. Какие проблемы и как решались в процессе этого исследования?

12. Фотосинтетические «батареи».

В ходе экспериментов ученые выделили белки из хлоропластов обычного шпината. Важно заметить, что такие белки чрезвычайно чувствительны к изменениям условий окружающей среды и разрушаются в отсутствие воды, поэтому исследователям пришлось соединить их со специальными пептидными поверхностно-актив-ными веществами (ПАВ). Полученная в результате смесь была нанесена на стеклянную пластину с золотым покрытием, играющим роль электрода. Затем на смесь белков и ПАВ ученые распылили мягкий органический полупроводник и накрыли получившийся «бутерброд» еще одним электродом. Как отмечается в сообщении, полученная таким образом фотосинтетическая батарея преобразовывала в электрический ток 12% падающего на нее света. В перспективе исследователи планируют поднять коэффициент полезного действия минимум до 20% за счет использования нескольких белковых слоев и трехмерных структур, поглощающих больше света.

Составьте план дальнейших исследований по созданию фотосинтетических батарей.

Дополнительные задания

13. Ученые экспериментально доказали, что к аминокислотной последовательности белков имеет отношение только 10% ДНК. Как вы думаете, какие функции выполняют остальные 90% ДНК?

14. При изучении синтеза в клетке некоторого вещества обнаружилось, что через некоторое время после повышения его концентрации в цитоплазме похожее повышение происходит и в митохондриях. Однако известно, что через мембрану митохондрий это вещество проникнуть не может. Предложите объяснения этих фактов.

15. Фермент ускоряет в одинаковое количество раз скорость как прямой, так и обратной химических реакций. Создав большой избыток аминокислот в растворе, можно заставить фермент синтезировать белки. Согласны ли вы с этим утверждением? Почему?

16. Ученые установили, что действие фермента бактерий, фиксирующего атмосферный азот, подавляется кислородом воздуха. Как с этой трудностью справляются азотфиксирующие бактерии?

17. Какие функции могут выполнять белки, представленные несколькими молекулами в клетке, и белки, представленные большим количеством молекул в клетке?

18. Известно, что у представителей различных видов организмов встречаются белки со сходной первичной структурой. Предложите объяснения этому факту.

19. Ученые обнаружили, что при последовательном введении животным двух разных вирусов развитие второго вируса подавлялось, даже если он был смертельным. Как вы думаете, почему?

Литература

Давыдов В.В. Теория развивающего обучения. – М., 1996.

Бухвалов В.А. Практикум по биологии для учащихся 6–9-х классов. – Рига: Мацибу грамата, 1998. – 168 с.

Бухвалов В. А. Общая методика развивающего образования – Рига: Педагогический центр «Эксперимент», 2003. – 125 с.