В 1996 году наша школа вступила в международную образовательную организацию “Международный Бакалавриат” (МБ). Учащиеся, окончившие обучение по программам МБ и успешно сдавшие экзамены, получают дипломы, дающие им право поступать в ВУЗы Европы, Азии, Австралии и Африки без дополнительных экзаменов. Все школы, входящие в МБ, обязаны следовать единым требованиям к обучению и стандартам международного образования, которые формируются центральным комитетом МБ. Вступление в Международный Бакалавриат открыло для нас интересные возможности, позволяющие сделать изучение курса биологии более познавательным и увлекательным, расширить спектр умений и навыков, с которыми ученики выходят из школы, более эффективно применять индивидуальный подход в обучении.
В отличие от традиций обучения биологии, принятых в России, в международной школе акценты смещены с теоретических знаний на исследовательскую деятельность учащихся, на обучение навыкам проведения полноценного естественнонаучного исследования, включающего эксперимент. Мы начинаем развивать исследовательские умения учеников с 1 класса в курсе “Окружающий мир”. Учителя начальной школы ставят перед детьми простые исследовательские вопросы и помогают им провести простые эксперименты. Постепенно, из года в год, исследовательские проблемные вопросы и технологии эксперимента становятся все сложнее, степень самостоятельности учащегося в ходе исследования становиться все больше, а помощь учителя – все меньше. К 10 классу задача учителя заключается в том, чтобы подобрать подходящую тему для исследования, составить краткую инструкцию для учащихся, подобрать необходимое оборудование и оценить лабораторные отчеты, выполненные учащимися по результатам исследования. Таким образом, перед учителем, решившим развивать учениках исследовательские навыки, встают три основных вопроса:
1. Как подобрать тему для исследования и организовать его в рамках урока на каждой ступени обучения?
2. Как оценить работу ученика на каждой ступени обучения?
3. Как составить индивидуальные рекомендации и определить направление работы с каждым учеником и с классом в целом?
В одной статье невозможно ответить на все эти вопросы применительно ко всем ступеням образования, поэтому давайте ограничимся тем, как подобрать тему, организовать и оценить итоговое контрольное исследование в 10 классе в рамках темы “Фотосинтез”.
Разобьем нашу работу на несколько этапов.
Этап 1. Выбор темы исследования.
Чтобы выбрать подходящую тему, надо сначала решить, какие именно умения и навыки Вы собираетесь проверять. Для проведения самостоятельного научного исследования учащийся должен уметь:
1) ставить исследовательский вопрос;
2) определять переменные и постоянные величины эксперимента;
3) формулировать и объяснять гипотезу;
4) подбирать необходимое для проверки гипотезы оборудование;
5) составлять процедуру эксперимента для проверки гипотезы;
6) собирать экспериментальную установку;
7) собирать и записывать в таблицу данные, полученные в ходе эксперимента;
8) обрабатывать данные и представлять их в графической форме;
9) делать вывод относительно правомерности поставленной гипотезы;
10) анализировать достоверность данных;
11) предлагать улучшения эксперимента для устранения неточностей или ошибок;
12) писать лабораторный отчет.
Вы можете подобрать тему так, чтобы учащиеся смогли продемонстрировать не все, а только одно, два или три умения. Например, можете организовать сбор количественных или качественных данных в ходе наблюдений. В нашей школе разработаны методики таких работ. Если Вам интересно, пишите по адресу galinae@mes.ru. Однако, наша статья посвящена итоговому контрольному исследованию, следовательно, работа, которую Вы предлагаете Вашим ученикам, должна давать им возможность показать все перечисленные умения и навыки. Для этого должны быть выполнены следующие условия:
– исследование носит проблемный характер;
– результат исследования заранее не известен учащимся;
– эксперимент позволяет получить минимум два массива количественных данных, находящихся в ясной зависимости друг от друга;
– на исследуемых объект или процесс оказывают влияние несколько факторов, один из которых определяется как переменная величина, а остальные – как постоянные величины эксперимента.
Кроме того, выбранное Вами исследование должно базироваться на достаточно простом и коротком эксперименте, чтобы учащиеся могли уложиться в 30–35 минут урочного времени.
Всем этим требованиям удовлетворяет тема “Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении”, который можно провести в течение одного урока в теме “Фотосинтез” в качестве заключения этой довольно сложной темы.
Этап 2. Составление инструкции.
После того, как тема определена, Вы можете приступить к составлению инструкции для учащегося. При этом, чтобы ничего не забыть, лучше всего делать так, чтобы каждый пункт инструкции соответствовал тому или иному умению или навыку. Такая инструкция будет направлять учащегося в работе и в написании лабораторного отчета, позволит ученику проявить все умения и навыки, необходимые для проведения экспериментального исследования, а Вам – беспристрастно и дифференцированно оценить ученика. Ниже приводится пример инструкции, которая выдается учащимся на дом за неделю до исследования с тем, чтобы они продумали гипотезу, переменные величины и ход эксперимента. Курсивом записано примерное содержание ответов учащихся на оценку “отлично”.
Тема исследования:
“Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении”
Инструкция.
Учени........ 10....... класса .....................................................................................................................
Дата ..................................
Введение.
Известно, что зеленое растение в процессе фотосинтеза поглощает из окружающей среды воду и углекислый газ и образует кислород и органические вещества. Кислород выделяется в окружающую среду. У водных растений выделяемый кислород виден как цепочка пузырьков, струящихся из среза стебля. Освещенность можно изменять, меняя расстояние между растением и источником света, а также меняя мощность источника света.
Этих знаний достаточно, чтобы составить эксперимент по определению интенсивности фотосинтеза в растении в зависимости от внешнего фактора - освещенности.
В данной работе Вы будете использовать водное растение Элодея канадская или Кабомба.
1. Исследовательский вопрос.
Четко и кратко сформулируйте исследовательский вопрос, начинающийся со слов “Каким образом” и “Почему”. Точно укажите, что именно Вы будете исследовать.
Исследовательский вопрос: Каким образом и почему уровень освещенности влияет на интенсивность фотосинтеза в водном растении?
2. Переменные и постоянные величины эксперимента.
Назовите переменные, которые вы будете использовать в этом исследовании.
Освещенность (или расстояние между источником света и растением) - независимая переменная; количество пузырьков газа – зависимая переменная, температура воды – константа.
3. Гипотеза
3.1. Дайте прогноз того, каким закономерностям будут подчиняться изучаемые переменные.
3.2. Покажите прогнозируемые закономерности в виде графика (график 1).
3.3. Объясните Ваш прогноз с точки зрения механизма фотосинтеза.
Гипотеза строится на основе знаний механизма фотосинтеза. Прогнозируемый результат: интенсивность фотосинтеза (количество пузырьков) прямо пропорционально освещенности до определенного ее значения (точка А на графике 1), при котором интенсивность фотосинтеза стабилизируется. В диаграмме иллюстрирующей прогноз (графике 1), по оси Х откладывается освещенность (в условных единицах), а по оси Y - интенсивность фотосинтеза (также в условных единицах).
График 1. Зависимость интенсивность фотосинтеза от освещенности (прогноз).
4. Оборудование
Запишите оборудование, которое Вы будете использовать в ходе эксперимента.
5. План эксперимента
Запишите последовательность действий, которые Вы будете выполнять в ходе эксперимента. Не забудьте про то:
– как Вы будете изменять и измерять независимую переменную;
– как Вы будете измерять зависимую переменную;
– как Вы будете контролировать постоянную величину эксперимента.Водное растение помещается в цилиндр с водой срезом вверх. Предварительно на верхушку побега прикрепляется канцелярская скрепка, чтобы растение не всплывало. Цилиндр с растением устанавливают на расстоянии 40 см от лампы мощностью 100 Вт. Растение отгораживается от других источников света непрозрачным экраном. Затем подсчитывается количество пузырьков, выделяемых из среза растения, за 1 минуту. Опыт повторяется при расстоянии 35 см, 30 см, 25 см, 20 см, 15 см, 10 см, и 5 см. Подсчеты делаются по три раза на каждом расстоянии для вычисления среднего количества пузырьков в каждом случае.
6. Зарисуйте и соберите установку, которую Вы будете использовать в ходе эксперимента.
7. Результаты эксперимента.
Запишите количественные данные, полученные в ходе Вашего эксперимента в таблицу.
Все данные записываются в таблицу, составленную учащимся.
8. Обработка и представление результатов эксперимента.
8.1. Вычислите освещенность, при которой проводился эксперимент. Для этого разделите единицу на квадрат расстояния между источником света и растением. Результаты вычислений занесите в таблицу.
8.2. Представьте усредненные данные в наиболее подходящей графической форме (график 2).
!! Помните: у Вас есть независимая и зависимая переменные. Каждая переменная измеряется в каких-нибудь единицах !!Освещенность (в условных единицах) вычисляется по формуле: 1/d2, где d – расстояние между растением и лампой. По результатам строится график: на оси Х откладывается освещенность (независимая переменная), по оси Y – среднее количество пузырьков, выделяемых в минуту (зависимая переменная). График обязательно должен иметь название.
9. Обсуждение полученных результатов и выводы.
9.1. Оцените и объясните полученные результаты.
9.2. Сделайте вывод относительно наблюдаемых Вами закономерностей и правильности Вашей гипотезы.
Делается вывод о влиянии освещенности на фотосинтез и о правильности гипотезы. Построенный по результатам эксперимента график сравнивается с графиком, иллюстрирующим прогноз.
10. Оценка достоверности результатов эксперимента.
Для выявления ошибок в эксперименте подумайте:
– о размере и содержимом пузырьков газа;
– о температуре воды.К недостаткам эксперимента относится следующее: пузырьки имеют различный размер и, следовательно, содержат различное количество газа; точно не установлено, что в пузырьках находится именно кислород; при малом расстоянии между лампой и растением вода в цилиндре нагревается, что ускоряет фотосинтез.
11. Видоизменение методики эксперимента.
Предложите изменения эксперимента для получения более достоверных и точных данных.
Для получение более достоверных данных газ, выделяемый растением, должен быть собран в мерную пробирку для определения его объема. Для этого растение помещается в стакан с водой, накрывается воронкой, на носик которой надевается градуированная пробирка, заполненная водой. Газ собирается в пробирке методом вытеснения воды. Наличие кислорода в мерной пробирке доказывается с помощью тлеющей лучинки. Хорошо, если к описанию прикладывается рисунок, изображающий аппарат для сбора газа при различных значениях освещенности.
12. Лабораторный отчет.
Еще раз просмотрите инструкцию и проверьте, все ли необходимые элементы присутствуют в Вашем лабораторном отчете
Данная инструкция используется как клише, по которому мы составляем инструкции для лабораторных и исследовательских работ не только по биологии, но также по физике и химии в 7–10 классах. В 10 классе количество вспомогательной информации минимально, в 7 классе инструкция состоит из подробных поэтапных заданий, направляющих учеников в исследовании. Ответ на каждое задание ученик может написать в этой же инструкции, для чего в ней предусмотрено место. Таким образом, из инструкции в процессе работы получается полноценный лабораторный отчет. В 8 и 9 классах количество направляющей вспомогательной информации постепенно уменьшается, но лабораторный отчет, как и в 7 классе, оформляется в инструкции. В 10 классе учащиеся самостоятельно пишут лабораторный отчет на отдельном листе бумаги.
Этап 3. Проведение работы.
Поскольку исследование, которое мы разбираем в этой статье, является итоговым, Ваша задача на уроке сводится к роли наблюдателя, следящего за соблюдением учащимися техники безопасности и иногда направляющего деятельность учащихся в нужное русло.
Этап 4. Оценивание работы учащихся.
Вопрос “Как оценить умения и навыки учащегося объективно?” занимает умы учителей не первое десятилетие. Можно ли полностью положиться на существующую ныне обобщающую пяти бальную систему оценивания? Наверное, нет, потому что, во-первых, не существует четкого описания уровней , соответствующих выставляемой в журнал “единице”, “двойке”, “тройке” и так далее. Во-вторых, такая система не позволяет дифференцировано оценить умения и навыки учащихся, а это необходимо не только для учеников, но и для нас, учителей. Вводя дифференцированное “критериальное” оценивание, Вы “убиваете” сразу двух “зайцев”:
– получаете четкое представление о слабых и сильных сторонах каждого ученика;
– получаете ясное представление о Ваших собственных слабых и сильных сторонах как учителя;
Конечно, составлять критерии оценивания самостоятельно, трудно и хлопотно, поэтому мы используем критерии оценивания, принятые в Международном Бакалавриате, как основу для собственных критериев, используемых в нашей школе с 1 по 10 класс. Каждый применяемый для оценивания критерий находится в строгом соответствии с перечисленными выше умениями и навыками учащихся, снабжен описанием четырех возможных уровней овладения тем или иным умением и указанием количества баллов в соответствии с каждым уровнем. В таблице 1 представлено общее описание каждого уровня, назовем его “уровнем достижения”, который может достичь учащийся 10 класса в зависимости от качества выполненного им исследования, и баллы, соответствующие этим уровням.
Таблица 1. Описание “уровней достижений” учащихся и баллы, выставляемые согласно каждому уровню.
Уровень |
Описание уровня достижений учащегося |
Баллы |
0 |
Учащийся не демонстрирует данное умение или данный навык в ходе исследования | 0 |
1 |
Учащийся делает серьезные ошибки в ходе исследования и в лабораторном отчете | 1 |
2 |
Учащийся делает небольшие ошибки в ходе исследования и в описании исследования или выполняет работу не до конца | 2 |
3 |
Учащийся самостоятельно демонстрирует данное умение или данный навык в ходе исследования, полностью и без ошибок описывает его в лабораторном отчете | 3 |
Таким образом, в ходе оценивания мы пытаемся найти подходящий уровень для каждого умения или навыка учащегося и выставить соответствующий балл. Такой подход практически полностью устраняет субъективность в выставлении оценки. Не секрет, что учитель сознательно или неосознанно часто завышает или занижает оценки, выставляемые “хорошим” и “плохим” ученикам. “Критериальный” подход с четким описанием “уровней достижений” позволяет однозначно выставить соответствующий балл вне зависимости от того, какой ученик оценивается.
В рассматриваемой нами работе “Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении” можно оценить 12 умений и навыков максимум на 3 балла, следовательно, максимальное количество баллов, которое ученик может получить за итоговую исследовательскую работу равняется 36. Что же в этом случае поставить в журнал и дневник ученика?
Этап 5. Определение итоговой оценки за работу и анализ результатов
Итоговая оценка выставляется по пяти балльной системе, исходя из суммы набранных баллов, а именно:
0–7 баллов – “неудовлетворительно”, “1”;
8–15 баллов – “неудовлетворительно”, “2”;
16–22 балла – “удовлетворительно”, “3”;
23–29 баллов – “хорошо”, “4”;
30–36 баллов – “отлично”, “5”.
Для того, чтобы не высчитывает отметки на калькуляторе, Вы можете внести баллы, полученные учащимися по каждому навыку, в таблицу 2 и выполнить все подсчеты средствами Microsoft Excel.
Таблица 2. Результаты исследовательской работы по биологии в 10 классе на тему: “Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении”.
Умения и навыки, оцениваемые в ходе исследования:
1 – постановка исследовательского вопроса;
2 – определение переменных и постоянных величин эксперимента;
3 – формулировка и объяснение гипотезы;
4 – подбор необходимое для проверки гипотезы оборудование;
5 – составление процедуры эксперимента для проверки гипотезы;
6 – сборка экспериментальной установки;
7 – сборка и запись данных, полученных в ходе эксперимента
8 – обработка данных и представление их в графической форме;
9 – формулировка вывода относительно правильности поставленной гипотезы;
10 – анализ достоверности данных;
11 – предложения по улучшению эксперимента для устранения неточностей или ошибок;
12 – написание лабораторный отчет.
В первую колонку таблицы 2 вносится фамилия учащегося. В колонки, соответствующие умениям и навыкам, вносятся баллы, полученные учащимся по результатам написания лабораторного отчета (минимум “0” баллов и максимум “3” балла за каждое умение или навык).
Все подсчеты выполняются средствами Microsoft Excel.
В колонке “Сумма баллов” подсчитывается сумма баллов, набранная каждым учащимся. Для этого в ячейку N4 вводится соответствующая формула : =SUM(B4:M4). Далее формула “протягивается” через всю колонку.
В колонке “Отметка” производится автоматическое определение отметки, получаемой каждым учеником по пяти балльной системе в зависимости от суммы набранных баллов (см. Этап 5). Для этого в ячейку М4 вводится соответствующая формула: =IF(N4<8;1;0)+IF(AND(N4>=8;N4<=15);2;0)+IF(AND(N4>=16;N4<=22);3;0)+IF(AND(N4>=23;N4<=29);4;0)+IF(N4>=30;5;0). Далее формула “протягивается” через всю колонку.
В строке “Среднее значение” подсчитывается среднее количество баллов (ячейка N12) и средняя отметка по пяти балльной системе в классе (ячейка М12). Формула для вычисления среднего количества баллов: =AVERAGE(N4:N11); формула для вычисления средней отметки: =AVERAGE(М4:М11)
В строке “Максимальное значение” подсчитывается максимальное количество баллов (ячейка N13, формула: =MAX(N4:N11)) и максимальная отметка, полученная в классе (ячейка М13, формула: =MAX(М4:М11)).
В строке “Минимальное значение” подсчитывается минимальное количество баллов (ячейка N14, формула: =MIN(N4:N11)) и минимальная отметка, полученная в классе (ячейка М14, формула: =MIN(М4:М11)).
Эта довольна кропотливая работа на самом деле не занимает много времени, значительно облегчает анализ результатов работы учителя и позволяет учителю дать точные рекомендации учащимся по отработке конкретного умения или навыка. Кроме того, Вам совершенно не нужно составлять подобную таблицу для каждой исследовательской работы: таблица 2 – это клише, матрица для оценивания исследовательских умений и навыков учащихся на любой ступень образования. От 1 до 11 класса меняется лишь уровень требований, заданный описанием каждого уровня (см. таблицу 1). Например, для того, чтобы получить 3 балла за умение формулировать и объяснять гипотезу, в 10 классе ученик должен самостоятельно спрогнозировать результаты исследования и на основе сложных теоретических знаний объяснить, почему ожидаются именно такие результаты. В 7 классе ученику достаточно выразить предположение об ожидаемых результатах эксперимента и обосновать свое предположение на основе простых знаний, полученных на уроке, опираясь на наводящие вопросы учителя. Итак, таблица 2 является шаблоном для фиксации и анализа результатов итоговых исследований, проводимых на любой ступени обучения.
После выставления оценок в журнал Вам необходимо проанализировать результаты с тем, чтобы оценить общий уровень овладения учащимися умениями и навыками и уровень каждого учащегося на общем фоне.
Используя данные таблицы 2, Вы можете построить диаграмму, наглядно иллюстрирующую как общий уровень развития умений и навыков в классе, так и индивидуальный уровень каждого ученика относительно средней отметки в классе.
Диаграмма 1. Результаты исследовательской работы по биологии в 10 классе “Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении”.
Анализируя работу за год, Вы можете представить данные об успеваемости именно таким образом. Вам не придется тратить дополнительное время, поскольку данные о работах за несколько лет уже хранятся в Вашем компьютере.
Этап 6. Рекомендации.
Имея перед собой таблицу 2, Вы можете дать четкие рекомендации каждому учащемуся относительно того, над чем ему предстоит поработать в ходе следующих исследований. Если какое-либо умение “западает” у всего класса, включая отличников, это, возможно, означает, что Вы еще не в полной мере овладели технологиями обучения этому умению. Таким образом, Вы определяете и направление самосовершенствования.