И. А. Кузин ;
Е. Н. Лимонова ;
Д. Ю. Петухова ;
Д. В. Пупов ;
Р. В. Шаламов
Турнир юных биологов
В конце 1970-х гг. в стенах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова возникла идея новой формы состязания школьников – турнира. От участников этих состязаний, кроме фундаментальных знаний, требовалось показать умение логически мыслить и анализировать, решать сложные научные проблемы и доказывать свою правоту в дискуссии. Эта идея вызвала широкий интерес педагогической общественности. Предполагалось, что турнир будет сочетать в себе и увлеченный поиск научных решений, и стремление научиться пользоваться фундаментальными знаниями, и спортивный азарт, и ораторское мастерство.
В 1979 г. был проведен первый Турнир юных физиков (ТЮФ), который с тех пор проводится ежегодно. В 1987 г. прошел I Международный турнир юных физиков, в котором на сегодняшний день участвуют команды из более чем из 30 стран.
Особенно успешно развивалось турнирное движение на Украине. Там в 1989 г. прошел Турнир юных химиков (ТЮХ), с тех пор тоже ставший ежегодным. В 2006 г. команда школьников из города Кирова приняла участие в XV Всеукраинском ТЮХ, после чего было принято решение организовать в России подобный турнир по биологии (ТЮБ).
Уже в конце января 2007 г. прошел первый ТЮБ в г. Кирове для команд из школ города. Его организатором выступил Центр дополнительного образования «Одаренный школьник» (ЦДООШ), широко известный в России как организатор игры-конкурса «Русский медвежонок – языкознание для всех», Уральских турниров юных математиков, Кубка памяти им. Колмогорова, Летней многопредметной школы (ЛМШ), Межрегиональной заочной школы развития.
В двух следующих турнирах приняли участие команды из Новосибирска, Уфы, Краснодара, Раменского (Московская обл.), Нижнего Новгорода, Череповца (Вологодская обл.), Качканара (Свердловская обл.), Саранска, Казани, Костромы, Заречного (Пензенская обл.). Победителем первого турнира стала команда из Нижнего Новгорода (Центр одаренных детей), второго – команда Раменской городской гимназии.
В этом году Всероссийский турнир юных биологов (ВТЮБ) будет проходить уже в третий раз. Это будет в ноябре во время осенних школьных каникул.
Что же представляет собой турнир юных биологов, чем он отличается от привычных олимпиад и конкурсов научных работ учащихся. Турнир биологов – это соревнование командно–личное, которое проводится в виде серии биологических боев. Команда состоит из 3–5 школьников 8–11-х классов общеобразовательных школ, лицеев и гимназий. Биологический бой представляет собой публичную научную дискуссию, в которой участвуют 3 команды: одна из них выступает в роли «Докладчика» и излагает свое решение обсуждаемой задачи, а две другие – «Оппоненты» и «Рецензенты» – подвергают его критическому анализу, задают вопросы, делают заключение о качестве проделанной работы.
Список задач, которые будут обсуждаться на турнире, распространяется заранее – как минимум за полгода до начала соревнований, поэтому каждая команда имеет достаточно времени на подготовку решений. Как правило, это задачи открытого типа, не имеющие окончательного и однозначного ответа, допускающие большое разнообразие подходов при их решении. Все задания выполняются коллективно, под руководством наставника команды. При подготовке можно использовать любые информационные источники и консультироваться со специалистами.
Турнирные задания необычны по форме, а их содержание может быть интересно как школьникам, так и специалистам-биологам.
Биологический бой на турнире
В каждом бою принимают участие три команды. Биологический бой проводится в три этапа, в каждом из которых команда выступает в одной из трех ролей: Докладчика, Оппонента или Рецензента. На каждом этапе от команды выступает только один участник. Ход боя регулирует ведущий, а все действия участников оценивает комиссия из нескольких членов жюри.
Решение задачи излагается Докладчиком в виде устного сообщения, в котором возможно использование различных иллюстративных материалов – презентаций, плакатов со схемами и графиками, фотографий и видеофрагментов. На изложение сути решения отводится ограниченное время – 7 мин, поэтому доклад должен быть четким и лаконичным, но при этом содержать все основные идеи, факты, доводы и логические обоснования предлагаемого командой решения.
Затем выступает представитель второй команды – Оппонент. Он отмечает положительные моменты в выступлении Докладчика, высказывает критические замечания к докладу и задает вопросы. Докладчик должен ответить на высказанные замечания и заданные вопросы – начинается полемика. Это позволяет понять глубину знаний Докладчика по данной тематике, выявить неточности и ошибки в предложенном решении.
Полемика участников во время боя
По истечении отведенного для этого времени к обсуждению подключается третья команда, которая выставляет Рецензента. Он дает краткую оценку выступлениям Докладчика и Оппонента, определяет, насколько полно они справились со своими обязанностями, анализирует понимание ими обсуждаемой проблемы. Рецензент имеет право задавать вопросы и Докладчику, и Оппоненту, на которые они должны ответить в ходе общей полемики. Важно отметить, что любые вопросы и содержание выступлений Оппонента и Рецензента не должны сводиться к навязыванию собственного решения – это является грубым нарушением регламента. В ходе боя обсуждается только предложенное Докладчиком решение задачи.
Ведущий может подключать к обсуждению и других членов команд - участниц боя, если у них появляются вопросы к выступающим. Затем поступают вопросы от членов жюри, которые могут быть адресованы всем трем участникам боя.
Главную роль в оценке работы команд играет жюри – на каждом бое присутствует комиссия состоящая из 3–10 человек – обычно это независимые эксперты, преподаватели, аспиранты и профессора вузов. В работе жюри могут участвовать руководители и наставники команд, но они могут оценивать только те бои, в которых не участвует их команда. Каждый член жюри работает индивидуально и независимо от остальных и в конце каждого этапа выставляет участникам оценки (от 3– до 5+). Оценки, выставленные каждым членом жюри, переводятся в баллы по специальной шкале и усредняются – так подводится итог каждого этапа.
Жюри на финальном бое
На следующем этапе боя обсуждается другая задача, и команды меняются ролями: команда-Докладчик становится Рецензентом, Оппонент – Докладчиком, а Рецензент – Оппонентом. Аналогичная смена ролей происходит и на третьем этапе, таким образом по окончании боя каждая команда побывает в каждой из трех возможных ролей.
Турнир обычно собирает много команд, поэтому чтобы определить победителя необходимо провести несколько серий боев. Каждая команда на пути к победе в турнире участвует в четырех четвертьфинальных боях, двух полуфинальных боях и финальном бое. Абсолютным победителем турнира может стать только одна команда.
Особенности турниров
Турниры ни в коем случае нельзя воспринимать как подобие биологических олимпиад. Турниры и олимпиады преследуют схожую цель – работу с талантливыми учащимися, но в турниры заложен совершенно иной принцип подготовки и оценивания участников. В чем же состоят особенности турниров?
Главное отличие турниров от всех остальных форм соревнований в том, что турнир – это соревнование командное. Структура соревнования позволяет во время боев выявлять уровень и глубину знаний каждого члена команды. Ценность турнира именно том, что он учит школьников работать в команде, а это важно, поскольку коллектив всегда сильнее и совместно можно добиться более высоких результатов. Кроме того, коллективные соревнования более интересные: участие в турнире требует от команды выстраивания собственной тактики и стратегии выступлений, формирует навыки создания таких внутриколлективных отношений, чтобы в первую очередь в выигрыше была команда. Благодаря всему этому турнир становится очень живым и зрелищным мероприятием – на любом бое всегда собирается много зрителей и болельщиков.
Другая особенность турниров состоит в том, что это активная и дискуссионная форма соревнований. На турнире важно не только суметь представить и обосновать свою точку зрения, но и защитить ее в полемике с оппонентами, рецензентами и членами жюри. Оппоненты и рецензенты должны уметь анализировать представленные решения, выделять их недостатки и достоинства. Участники учатся правильно формулировать и задавать вопросы, обобщать и давать собственную оценку. Причем все это делается «на ходу», так как заранее неизвестно, какое решение предложит команда-соперник.
Турнир – соревнование, требующее длительной и серьезной подготовки. Задачи турнира не имеют однозначных решений, а некоторые из них допускают только фантастические решения. И это не является их недостатком, поскольку при решении подобных задач наиболее полно проявляется умение школьников выдвигать собственные идеи, обобщать известные факты, логически рассуждать и даже фантазировать с учетом современных научных теорий. По тематике задач часто можно найти большое количество различной литературы, но найти в ней прямой ответ, как правило, невозможно. Т.е. процесс работы над задачей максимально приближен к научной деятельности: создание теоретической базы на основе анализа литературных данных и консультаций со специалистами, выдвижение собственной концепции, ее осмысление и обоснование, критическая проверка и обсуждение в команде, подготовка и представление доклада. Естественно, что все эти этапы школьники проходят не в одиночку – им помогает наставник команды. Заставить вызубрить учебник можно практически каждого ученика, а вот научить его искать нестандартные решения биологических проблем, думать не по шаблонам – значительно труднее. И участие в турнире во многом способствует развитию у школьников всех этих навыков. Но турнир отличается и от научных конференций – решение турнирных задач не предполагает производство конкретных научных знаний, а скорее ориентировано на творческое и интеллектуальное развитие школьников.
Еще одной важной особенностью является открытость организации турнира. Придумать задачу и прислать ее в методическую комиссию может любой желающий – это может быть и преподаватель МГУ, и простой школьник. Методкомиссия оставляет за собой право корректировать формулировки задач (по согласованию с авторами) и отбирать их для рейтингового голосования. Список задач рассылается всем членам жюри и авторам для индивидуального голосования, по результатам которого и определяется окончательный пакет задач для нового турнира. Открытость турнира позволяет привлечь новых участников, авторов задач, членов жюри.
Турниры – это здорово!
Однако не стоит думать, что турниры – это только бои с утра и до позднего вечера. Они очень ценны своей особой атмосферой, свободным общением и дружбой, которая здесь возникает. Конечно, жизнь участников во время турнира очень насыщенная – большую часть свободного времени они готовятся к следующим боям, но остается время и на общение, и «вечерние посиделки». Перед началом полуфинальных боев на турнире запланирован выходной день: с утра для желающих проводятся экскурсии по городу, а вечером лекции на актуальные биологические темы, которые специально готовят для турнира некоторые члены жюри.
Команда на финальном бое
Одним из самых запоминающихся мероприятий является жеребьевка команд, которая проходит до начала турнира и определяет порядок встреч команд на боях. Жеребьевка проводится в виде демонстрационной олимпиады – командам показывают на большом экране различные задания, после чего они заполняют специальные бланки для ответов и сдают их членам жюри. Тематика заданий может быть самая разная. Это могут быть картинки-ребусы, иллюстрирующие различные биологические процессы и закономерности, фрагменты фотографий растений и животных, рисунки и анимационные фильмы о жизни клетки. Традиционно одно из заданий жеребьевки посвящено поиску участниками биологических ошибок в видеофрагментах из известных голливудских блокбастеров. Так, на прошедших турнирах подобному разбору подверглись сцены из фильмов «Пятый элемент» и «Человек-невидимка». Со всеми заданиями можно ознакомиться на интернет-сайте турнира.
Пример заданий при жеребьевке команд. Приведены рисунки, которые иллюстрируют разные биологические закономерности: правила, законы, принципы. Нужно указать, какому правилу соответствует каждый рисунок. Все правила имеют своих авторов, поэтому необходимо указать также фамилии ученых, вперые его сформулировавших
Еще одной «изюминкой» турнира является конкурс капитанов перед финальным боем. В нем определяются роли команд-финалистов на первом этапе боя. Так на II ВТЮБ это состязание состояло из трех заданий. В первом капитанам предлагалось определить, кто из знаменитых ученых-биологов изображен на портретах. Второе задание было практического характера – по качественным реакциям следовало установить, в какой из пробирок находятся соответственно белок альбумин, глюкоза и растительное масло. Третье задание прошло в виде конкурса «Своя игра» – известной телевизионной интеллектуальной игры.
Полную информацию о Всероссийском турнире юных биологов (правила турнира, задания прошлых лет, примеры решения задач, методические рекомендации для подготовки, фотографии и многое другое) можно найти в сети Интернет на нашем сайте http://bioturnir.ru
Оргкомитет Всероссийского турнира юных биологов:
Центр дополнительного образования «Одаренный школьник» (ЦДООШ) при Департаменте образования Кировской области: (8332) 35-15-03, 35-15-04 (Директор – Перминова Екатерина Николаевна), (8332) 67-99-40 (Петухова Дарья Юрьевна, Лимонова Елена Николаевна), e-mail: center@extedu.kirov.ru (с пометкой «Турнир юных биологов»)
Задания III Всероссийского турнира юных биологов (2–8 ноября 2009 г.)
1. «Драконы»
В фольклоре многих народов упоминаются мифологические животные – драконы. В разных источниках их описания различаются, но в них и много общего. Проанализируйте различные мифы о драконах. Какие общие черты характерны для этих животных? Объясните с биологической точки зрения анатомические и физиологические особенности, характерные для драконов. Какое систематическое положение среди позвоночных занимают эти существа? Какие животные, описанные наукой, могли быть их прототипами?
2. «Асимметрия»
По внутреннему строению тело человека значительно асимметричнее, чем по внешнему. С чем это может быть связано? Верно ли это наблюдение для всех животных? Можно ли распространить этот принцип на остальные живые организмы? Приведите примеры и сделайте соответствующие пояснения.
3. «Вторично бесполые»
К преимуществам полового размножения обычно относят возможность объединения в одном геноме двух благоприятных или, наоборот, вредных мутаций, способность адаптироваться к постоянно изменяющейся среде и снижение конкуренции за ресурсы между родственниками. Тем не менее существуют организмы, вторично перешедшие к бесполому размножению. Приведите примеры таких организмов. В чем для них заключается выгода от бесполого размножения? Как вторично бесполые организмы компенсируют потерю преимуществ, связанных с половым размножением?
4. «Одноклеточный монстр»
Некоторые одноклеточные организмы настолько велики, что видны невооруженным глазом. Какие биотические и абиотические факторы среды благоприятствуют гигантизму у таких организмов? Как приспособления к данной жизненной форме проявляются на уровне питания, подвижности, формы клеток и внутриклеточной структуры? Почему макроорганизмы все же пошли по пути увеличения числа клеток, а не размеров самой клетки?
5. «Периодическая система»
Одной из основ химии является Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. В каких областях биологии возможно создание подобных периодических систем? Признаки какого типа могут быть положены в их основу? Для решения задач какого рода может быть полезно применение таких систем? Приведите наиболее удачный, по вашему мнению, пример построения периодической системы в биологии.
6. «Дублер»
Многие гипотезы происхождения человека придают большое значение в этом процессе случайным небиологическим факторам (извержениям вулканов, появлению горных хребтов). Допустим, что в отряде приматов не появился разумный вид. Предположите, в какой группе животных наиболее вероятно его появление. При ответе используйте информацию о последовательности этапов возникновения интеллекта, взяв за основу различные гипотезы антропогенеза.
7. «Жизнь без углеводов»
Углеводы, вероятно, менее обязательны для функционирования живых систем, чем нуклеиновые кислоты, белки или липиды. Приведите несколько примеров, когда традиционные функции углеводов выполняют другие вещества. Предложите принципы строения жизнеспособного безуглеводного организма. Какие экологические ниши он может занимать?
8. «Суперпаразит»
Рассмотрите жизненные циклы различных многоклеточных паразитических животных. Какие особенности этих циклов являются наиболее важными для выживания и размножения таких организмов? Какими критериями определяется приспособленность и «совершенство» паразита? На основе проанализированных вами данных предложите жизненный цикл для «суперпаразита», в наибольшей степени отвечающий сформулированным вами критериям.
9. «Жизнь генов»
Продолжительность «жизни» генов на несколько порядков превышает время жизни видов. Но тем не менее гены «рождаются» и «умирают». Перечислите возможные механизмы появления новых генов. Сравните эти механизмы по степени новизны получаемой нуклеотидной последовательности и по частоте встречаемости. Чем с этой точки зрения отличаются прокариоты и эукариоты?
10. «Информация и жизнь»
Существование живых систем предполагает коммуникацию, то есть передачу сообщений (информации) между частями системы. Приведите различные биологические примеры подобных коммуникационных структур. Какова природа сигналов, попадающих на вход коммуникационной цепи, и в каком виде передается информация? Выявите общие черты и различия в структуре и функционировании информационных подсистем на разных уровнях организации живого.
11. «Многоклеточность»
Клетки многоклеточного организма живут в едином сообществе, для которого опасно появление «эгоистичных» клеток, например раковых. Какие особенности многоклеточных организмов можно рассматривать как приспособления, препятствующие появлению или передаче «эгоистичных» клеток? Выделите среди них наиболее важные для возникновения и усложнения многоклеточности.
12. «Обратная трансляция»
Одной из основных концепций ламаркизма является возможность переноса информации от фенотипа к генотипу, обеспечивающая наследование приобретенных признаков. Механизмы такого переноса информации не выявлены, но в принципе их существование возможно. Одним из ключевых мог бы быть процесс обратной трансляции. Предложите молекулярный механизм обратной трансляции, основываясь на логике реально существующих клеточных процессов. Почему такой путь переноса информации не возник в ходе эволюции?
13. «Радикалы»
Появление в клетке свободных радикалов, например активных форм кислорода, может вызывать повреждения биологических макромолекул. Однако протекание некоторых биохимических процессов невозможно без участия свободных радикалов. Приведите соответствующие примеры. Насколько свободные радикалы важны для жизнедеятельности клетки? Как биологическим системам удается соблюдать баланс между полезными и вредными следствиями образования свободных радикалов?
14. «Самый старый»
Для животных разных видов характерна различная продолжительность жизни. Рассмотрите виды животных с быстрой сменой поколений и, наоборот, самых долгоживущих. Определите, какие экологические и эволюционные факторы регулируют продолжительность жизни в каждом из рассмотренных случаев. Чем, с этой точки зрения, может быть обусловлено существование «долгожителей»?
15. «Метаболическая инженерия»
В учебной литературе катаболические пути обычно сравниваются по выходу АТФ. Однако в природе, иногда даже внутри одного организма, могут сосуществовать несколько способов деградации одного и того же вещества, с большим и меньшим энергетическим выходом. В качестве примера можно привести гликолиз и пентозофосфатный путь. По-видимому, есть и другие критерии оптимальности катаболических путей, помимо количества образующейся АТФ. Предложите набор таких критериев. По каким критериям в разных условиях внутренней и внешней среды будет оптимален тот или иной из перечисленных выше путей?
Авторы задач: М.А. Волошина, В.А. Копысов, А.Н. Криштопа, И.А. Кузин, Д.В. Кузьмин, Е.Н. Лимонова, Ф.А. Маликова, В.В. Панов, Д.Ю. Петухова, Д.В. Пупов, А.Е. Сапрыгин, В.В. Чуб, Р.В. Шаламов, Е.С. Шилов.
Примеры заданий II Всероссийского турнира юных биологов
2. «Шестое чувство»
Органы чувств многих животных позволяют им улавливать сигналы, недоступные для восприятия человека. Как им это удается? Какое «шестое чувство», встречающееся у рассмотренных вами живых организмов, было бы наиболее полезным для человека? Оцените возможность соответствующего изменения биологической природы человека.
Ответ Быкова Алексея (г. Новосибирск, команда «ФМШ»)
Человек – очень ограниченное в восприятии существо. Многие животные способны воспринимать и анализировать сигналы, которые нам совершенно недоступны. Неплохо было бы человеку научиться воспринимать эти сигналы. Рассмотрим различные варианты дополнительного «шестого чувства», а также возможность соответствующих изменений биологической природы человека.
1. Зрение. Для человека видимой является небольшая область спектра с длиной волны примерно от 350 до 750 нм. Гремучая змея способна воспринимать инфракрасное излучение (длина волны от 750 нм до ≈0,5 см). Эта способность позволяет ей отличать живой объект от мертвого. Человек заменяет эту отсутствующую способность приборами инфракрасного (ночного) видения. Например, инфракрасные очки находят применение в военном деле, криминалистике и медицине.
Интересно было бы приобрести способность к зрению и в ультрафиолетовой области (длина волны от 180 до 400 нм). Такой способностью обладают насекомые, благодаря чему они могут ориентироваться по Солнцу в пасмурную погоду.
У некоторых животных более богатое цветовосприятие, чем у человека: птицы способны различать 4 базовых цвета. Ранними млекопитающими в результате мутации были утеряны 2 зрительных пигмента, а затем где-то в линии приматов произошла обратная мутация в гене одного из них, и современный человек способен различать 3 цвета.
Многие рыбы и головоногие моллюски могут видеть плоскость поляризации света, так как у них молекулы родопсина в зрительных рецепторах уложены аккуратными рядами. Человек же не видит плоскость поляризации света, и приобретение этой способности оказалось бы полезным для ориентации.
Хамелеоны способны к панорамному зрению: их глаза могут двигаться независимо друг от друга, что позволяет точнее определять расстояние до предметов. Было бы хорошо и человеку обладать такой способностью.
2. Слух. Человек имеет широкий диапазон восприятия звука, но не может слышать ультразвук. Способность воспринимать ультразвук позволяет точно определять расстояние до предмета – этим пользуются летучие мыши.
3. Химическое чувство. Оно имеется у человека, но не такое острое, как например, обоняние у собаки. У насекомых хеморецепторы локализованы не только на усиках и щупиках, но и на лапках. Неплохо было бы и человеку определять вкус и запах, например руками, не боясь отравиться.
А сейчас рассмотрим, какие чувства можно добавить к уже имеющимся.
4. Восприятие магнитного поля, которым, вероятно, руководствуются птицы в своих дальних перелетах, помогло бы человеку ориентироваться без компаса.
5. Восприятие и генерация электрического поля. К этому способны многие рыбы, а также ехидна и утконос. В нашей «электрической» цивилизации это очень бы пригодилось.
6. Создание третьего глаза, приспособленного для зрения на близком расстоянии, помогло бы избежать близорукости.
Подведем итоги: что же из всего этого реально?
– В первую очередь, возвращение утерянных генов: зрительного УФ-пигмента, обонятельных рецепторов и т.д.
– Затем можно сконструировать новые зрительные пигменты. Конструирование же новых сенсорных органов требует иннервации и средств обработки информации в мозге, что, может быть, и будет возможно в далеком будущем.