Формирование исследовательской культуры учащихся на уроках биологии через проблемное обучение

Знания – дети удивления и любопытства

Луи де Бройль

Обучаемость проявляется как уровень самостоятельности в учебной деятельности ученика.

П.И. Третьяков и И.Б. Сенновский выделяют 3 уровня обучаемости:

• III уровень обучаемости - наиболее высокий, творческий уровень обучаемости (способность самостоятельно интегрировать новые знания в систему собственных знаний, умение проектировать новые способы решений и т. д.)
• II уровень обучаемости — высокий, прикладной уровень обучаемости (способность активно использовать приобретенные знания в знакомой ситуации).
• I уровень — репродуктивный уровень обучаемости, позволяющий ученику понимать и запоминать новую информацию, применять ее по алгоритму.
• меньше  I уровня — случаи, когда ученик не может на уроках данного предмета проявить даже минимальные возможности (группа учебного риска).

В 2006/2007 уч.г. используя модифицированную методику “Уровень обучаемости учащихся на уроках биологии” П.И. Третьякова и И.Б. Сенновского, в МОУ СОШ №2 с.п. “Село Хурба” было проведено мониторинговое исследование среди учащихся 5-11-х классов. Результаты которого показали;

Полученные результаты вызвали вопрос “Что же нужно сделать, чтобы добиться высокого уровня обучаемости?”

Я пришла выводу, что чтобы добиться высокого результата в обучении, необходимо научить детей мыслить, находить и решать проблемы, используя для этой цели знания из разных областей, коммуникативные и информационно-технологические умения, сформировать познавательный интерес, развивать творческое мышление через формирование исследовательской культуры учащихся.

Основной способ формирования познавательного интереса и развития творческого мышления у школьников — это проблемное обучение биологии. Основа которого- проблемная ситуация.

На своих уроках я планирую и создаю проблемную ситуацию, затем направляю учащихся на ее решение и организую его. Таким образом, ребенок ставится в позицию субъекта своего обучения и, как результат, у него образуются новые знания, он овладевает новыми способами действия. Трудность управления проблемным обучением заклюю чается в том, что возникновение проблемной ситуации – акт индивидуальный, поэтому от учителя требуется использование дифференцированного и индивидуального подхода к обучающимся.

Методические приемы создания проблемных ситуаций, используемые мною в работе, можно представить в виде пирамиды:

• я “подвожу” школьников к противоречию и предлагаю им самим найти способ его разрешения;
• сталкиваю противоречия практической деятельности;
• излагаю различные точки зрения на один и тот же вопрос;
• предлагаю классу рассмотреть явление с различных позиций (например, с точки зрения военного, юриста, финансиста, педагога);
• побуждаю учащихся делать сравнения, обобщения и выводы, сопоставлять факты;
• ставлю конкретные вопросы (на обобщение, обоснование, конкретизацию, логику рассуждения);
• определяю проблемные теоретические и практические задания (например, исследовательские);
• ставлю проблемные задачи (с недостаточными или избыточными данными, с неопределенностью в постановке вопроса, с противоречивыми данными, с заведомо допущенными ошибками, с ограниченным временем решения, на преодоление “психологической инерции”).

Используя данные методические приёмы можно создать проблемную ситуацию и подвести учащихся к её решению.

Решение задачи может осуществляться используя пирамиду шагов:

1. Учитель читает условие задачи, формулирует проблему и вопросы к учащимся.
2. Школьники самостоятельно обдумывают проблему и находят пути ее решения, а также привлекают необходимую для этого новую (дополнительную) информацию.
3. Учащиеся предлагают найденные способы решения, оценивают их рациональность, указывают на слабые стороны и недостатки предложенных вариантов решения, ведут поиск путей их преодоления.
4. Школьники самостоятельно или при помощи учителя подводят итоги решения задачи; обосновывают выбор лучшего решения; если возможно — проверяют его правильность.

Каким же образом идёт подготовка к проведению урока с проблемной ситуацией?

Периоды подготовки и проведения уроков с постановкой проблемы.

1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ.

В нем активное участие принимают и учитель, и учащиеся. Учащиеся делятся на группы (команды, экипажи), получают или набирают определенные задания, которые необходимо выполнить до урока: подготовка сообщений на тему предстоящего урока, составление вопросов, кроссвордов, викторин, изготовление необходимо дидактического материала и т. д.

2. СОБСТВЕННО УРОК.

Выделяется три основных этапа урока.

Первый этап. Ставятся проблемы, выясняется степень готовности к их решению, к нахождению путей достижения целей урока. Намечаются ситуации, участие в которых позволит решать познавательные, развивающие и воспитательные задачи. Качество выполнения учащимися предварительных заданий влияет на их интерес к предстоящей работе. При проведении урока я учитываю отношение учащихся к оригинальной форме урока, уровень их подготовленности, их возрастные и психологические особенности.

Второй этап. Сообщение нового материала, формирование знаний учащихся в различных "нестандартных" формах организации их мыслительной активности.

Третий этап. Он посвящен формированию умений и навыков. Контроль обычно не выделяется во времени, а "растворяется" в каждом из предшествующих этапов.

3. АНАЛИЗ.

При анализе данных уроков целесообразно оценить как итоги обучения, воспитания, развития учащихся, так и картину общения – эмоциональный тонус урока не только при общении учителя с учащимися, но и учащихся между собой. Очевидно, что рассмотренные частности – это только ориентиры, наметки для педагогического творчества. Но они устанавливают некоторые "точки опоры".

Проблемное обучение на уроках биологии я провожу через решение задач.

Что такое задача? Это возникшая в естественных условиях или искусственно сформированная ситуация, в которой требуется получить определенный полезный результат.

Чем отличается контрольный вопрос от задачи?

Часто вопрос требует простого воспроизведения какой-то порции известной информации: откройте учебник, прочитайте соответствующий раздел, запомните – ответ готов.

При решении задачи необходимо:

– умение сопоставлять знания таким образом, чтобы прийти к правильному выводу;
– четкое знание терминов;
– правильное решение задачи (полезный результат).

Прежде чем предложить решить учащимся задачу, следует повторить пройденный материал главы, темы или курса. На каждом уроке ученик имеет возможность получить оценку, а класс – полезную информацию. Все это повышает интерес учащихся к предмету, помогает им получать информацию из дополнительных источников, составлять задачи, интересные вопросы для уроков и внеклассных мероприятий. И, конечно, постоянно звучит вопрос “Почему?” Ученики не только излагают материал, но и отвечают на этот вопрос, начинают верить в себя. Ученик может больше, чем думает об этом сам.

Таким образом, в ходе решения задач можно определить, умеет ли учащийся использовать свои знания и насколько успешно он это делает. Опираясь на них, решать многочисленные задачи, которые ставит перед нами жизнь. Но самое главное - это не просто правильно решить задачу, а понять путь к ее решению. Задача – это тренажер мыслительной деятельности. Самостоятельное решение задачи – это маленькое открытие для каждого учащегося, это чувство удовлетворенности, положительные эмоции, не утомительная нагрузка, а интересная работа.

Приведу здесь несколько примеров использования познавательных задач.

1. Королевские пингвины оставляют до пяти месяцев детенышей без еды в суровых климатических условиях. Как выживают пингвинята? (Птенцы собираются в большую стаю, в которой постоянно перемещаются птенцы снаружи к центру стаи, согреваясь и охлаждаясь. Все зависит от количества птенцов).
2. Глубокой ночью тарантулы выходят на охоту. Тарантул ждет добычу, прыгает на змею ланцетоголова (одна из самых ядовитых змей), прокусывает кожу и впрыскивает яд, обеспечив себя пищей на очень длительное время. Как узнает тарантул о приближении жертвы? Как питается паук? (Тарантул чувствует движение земли, когда ползет змея, внезапно набрасывается, яд обездвиживает змею. Переваривание пищи происходит вне организма, т.е. в жертве, пауки всасывают переваренную пищу).
3. Пыль – необходимая составная часть u1072 атмосферы, она обеспечивает естественный ход природных и естественных явлений. Из космоса на поверхность нашей планеты ежегодно поступает 106 т. вещества в виде пыли. При извержении вулкана ее выделяется до 75 млн. м3, при испарении капель воды в атмосферу попадает соль, химическая промышленность выделяет 1 млн. т. фреонов, соединений серы и т.д. Какова польза и какой вред пыли в атмосфере? (Пылинка – ядро конденсации водяных паров, от наличия пыли зависят оптические свойства атмосферы, пыль поглощает солнечную радиацию, уменьшает земное излучение, защищает от чрез- мерного нагревания и препятствует излишней теплоотдаче, увеличивает турбулентность тропосферы).
4. Площадь, реагирующая на запахи, у человека равна приблизительно 4,8 см², собаки – 64,5 см², у акулы – 130 см². Почему такая большая разница реагирующей поверхности? (Акуле мешает воспринимать запахи большая плотность воды, у собаки обоняние служит поиску пищи, человеку помогает сохранять здоровье, иногда и жизнь).

В 5-6-х классах, изучая тему “Транспорт веществ в растении”, учащиеся впервые должны усвоить такие понятия, как диффузия, осмос, концентрация веществ, транспирация, корневое давление и прочие. Для этого им необходимо знать особенности строения молекулы воды как диполя, то, что разноименно заряженные частицы притягиваются, как происходит испарение, как вещества растворяются и что такое концентрация веществ. Здесь требуются знания из физики, химии, чтобы суметь представить как молекулы воды “карабкаются” по тоненьким трубочкам – сосудам корней, стеблей, листьев, проникая в каждую клеточку.

При изучении темы “Значение воды в жизни растения. Экологические группы растений” можно использовать задачи следующего содержания.

1. У водяного ореха чилима под водой образуются тяжелые плоды. Почему они не могут потопить растение? (Образуются вздутия – своего рода “спасательные пояса”, наполненные воздухом, увеличивается объем подводной части растения, уравновешивая плод в воде).
2. Эвкалипт – самое высокое дерево, но под ним не бывает тени и никогда не растет трава, а в августе вся кора сбрасывается и ствол совершенно гол, в народе его называют “бесстыдница”. Почему? (Эвкалипт – живой “насос”. Листья расположены ребром к солнцу, не нагреваются, а устьица открыты круглосуточно. Листья не дают тени. Земля под деревом сухая, а травы не могут расти без влаги. Древесина по мере роста дерева увеличивается быстрее, чем кора. Последняя поэтому разрывается и падает).

В 6-м классе при изучении темы “Роль зеленых растений в жизни человека”

я использовала в группах задания проблемно-исследовательского характера, выполняя которые, учащиеся используют знания общих закономерностей и находят правильное решение в незнакомой ситуации. В этом задании есть главное понятие, с которым ребята уже знакомы, а метод анализа ситуации запрограммирован в уточняющих вопросах задания, которые заставляют учащихся в новой ситуации выделять уже имеющиеся элементы и соотносить их в соответствии с предложенной ситуацией.

1. Человек за сутки потребляет в среднем 430 г кислорода и выдыхает 900 г углекислого газа. Подсчитайте, какое количество углекислого газа выдыхается всеми жителями нашего села за сутки (в селе живут 1502 человека)? Какое количество кислорода потребляет население села в течение суток? Сколько гектаров леса необходимо для восстановления нормального состава воздуха, если известно, что один гектар леса поглощает за сутки столько углекислого газа, сколько выдыхает двести человек?”

В 7-м классе по теме “Тип членистоногие” необходимо отследить причинно-следственные связи: функция –> строение –> среда.

1. Планария имеет сильно уплощенное тело толщиной 0,06 см.
2. Рак и беззубка имеют жабры.
3. У пауков и насекомых есть трахеи, благодаря чему воздух поступает прямо к тканям.

А. О каком физическом процессе, происходящем в живых организмах, можно судить по приведенным данным?

Б*. Какой должна быть дыхательная поверхность для того, чтобы могла происходить диффузия?

Ответ:

А. Процесс, о котором идет речь – газообмен, который осуществляется у всех организмов путем диффузии.

Б*. Для того чтобы могла происходить диффузия, дыхательная поверхность должна быть:

– проницаемой;
– достаточно тонкой, потому что диффузия эффективна на расстоянии не более 1 см;
– влажной;
– достаточно большой, чтобы обеспечить потребность организма в кислороде.

В воздухе в единице объема содержится во много раз больше О₂, чем в таком же объеме воды. В том случае, когда отношение поверхности к объему велико, организм получает достаточное для поддержания жизни количество О₂.

8-й класс. Тема “Внутренняя среда организма. Кровь”.

1. Через решение этой задачи лучше усваивается значение гомеостаза и то, что жизнедеятельность клеток организма зависит от нормального солевого состава крови.

Демонстрация опыта.

Заполним три пробирки раствором NaCl различной концентрации: 0,9%, 0,2%, 2% и добавим туда небольшое, но одинаковое количество крови. Наблюдая за цветом жидкости в пробирках, спустя 10-15 минут можно заметить, что в растворах NaCl различной концентрации эритроциты ведут себя по-разному. Они не изменяются, где концентрация 0,9%. Эритроциты осядут на дно пробирки, и жидкость останется прозрачной. В пробирке с более низким (0,2%), чем в плазме, содержание NaCl эритроциты набухнут, их оболочка разрывается. Гемоглобин выходит наружу и окрашивает жидкость в пробирке в розовый цвет.

В пробирке с более высоким содержанием NaCl (2%) эритроциты сморщиваются, оседают на дно, т.к. вода из них выходит наружу. Учащиеся должны объяснить увиденное на основе знаний осмоса, осмотического давления. Ученики воочию наблюдают явление, демонстрирующее роль гомеостаза в человеческом организме.

2. Найдите сходство и различие между человеком и простейшим животным, живущим в водоеме.
3. У человека в крови появились эритроциты, имеющие серповидную форму. О чем может свидетельствовать этот факт и каковы его последствия?
4. Эритроциты человека в 3 раза меньше эритроцитов лягушки, но их в 1 кв. мм в 13 раз больше, чем у лягушки. Как объяснить этот факт?

Ответ. У человека интенсивность обмена веществ выше. Большая поверхность всей массы эритроцитов обеспечивает их большую способность к транспортировке кислорода.

Тема “Опорно-двигательная система”.

1. Средний вес человека варьирует в пределах 70-90 кг. Чистый вес скелета человека составляет 7-8 кг. Чем же в этом случае объясняется его высокая прочность при относительной легкости?
2. Вопрос-противоречие: При ударах ломаются кости рук и ног, так как они внутри полые. Но именно эти кости могут выдерживать значительный груз (до 2 тонн) и не ломаться. Почему?

Тема “Пищеварение”.

1. Многие подростки не вынимают весь день жвачку изо рта. Какой опасности они подвергаются, и почему так происходит?
2. Врачи уже давно замечали, что иногда у человека некоторые пищеварительные железы вследствие заболевания почти прекращают свою работу, а больные этого не замечают, на их пищеварении это не отражается. Как же тогда переваривается пища? Какое открытие позволило разгадать эту тайну?

Ответ. Разгадать эту тайну позволило открытие пристеночного пищеварения. Крохотные количества ферментов, выделяемые больной железой, адсорбируются кишечной стенкой, накапливаются и сохраняются. При их участии и происходит переваривание пищи.

Решение учащимися проблемных ситуаций на уроках привело к следующим результатам:

1. Результаты единого государственного экзамена;
2. Наблюдается рост усвоения общебиологических понятий учащимися согласно мониторинговым исследованиям по методике Усовой.
3. В результативности участия учащихся в предметных олимпиадах различного уровня;
4. Увеличению учащихся с 3 уровнем обучаемости. Данное исследование так же было проведено с использованием методикиП.И. Третьякова и И.Б. Сенновского

В заключение отметим, что в применении проблемного подхода на уроке биологии имеются свои трудности:

1. Проблемное обучение требует большего количества времени, чем обычное изложение материала учителем.
2. Школьники должны обладать определенной биологической эрудицией, поскольку отсутствие знаний не позволит им успешно обсуждать поставленную проблему.
3. От учителя биологии требуются отличное знание предмета, а также гибкость и оперативность в работе на уроке.

Следовательно, работу по развитию исследовательской культуры учащихся проводить значительно труднее, чем работать в объяснительно-иллюстративном плане, как это обычно бывает при “догматическом” обучении.

Однако преимущества того подхода в обучении также не менее очевидны: у учащихся в наибольшей степени развиваются навыки самостоятельной работы; формируется умение творчески, нестандартно решать учебные задачи; большинство учащихся начинает положительно относиться к учебе; интерес к предмету заставляет школьников читать больше биологической литературы, расширяя таким образом свои познания в области данной науки.

Таким образом, работа по развитию исследовательской культуры у учащихся (при её методически грамотной реализации) оказывает позитивное влияние на усвоение учащимися всех четырех компонентов содержания биологического образования: знаний, умений и навыков (способов деятельности), опыта творческой деятельности и опыта эмоционально-ценностного отношения к миру, природе и изучению биологии.

Презентация