ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра  зоологии

Учебно-методический комплект дисциплины модуля: «Использование средств ИКТ в организации учебно-исследовательской деятельности школьников по курсу биологии»

 

Курс ГОС ВПО ДПП. ОПД Ф.08

 

Конспект лекций

 

 

Специальность:   050102 – биология;  квалификация:  учитель биологии;

Специальность:   050103 – география; квалификация:  учитель географии;

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

 

Заведующий кафедрой

Литвинов Н.А. 

«___» _____________ 200 __ г.

 

 

 

Ведущие лекторы:

Ст. преп. Сипатова Н.И.,  доцент Шураков С.А

 

Одобрен на заседании кафедры

«___» _________ 2006 г. протокол № ________

Пермь

2007


 

СТРУКТУРА

конспекта лекций по дисциплине «Использование средств ИКТ в организации учебно-исследовательской деятельности школьников по курсу биологии»

Лекция №1

Тема

Основы  методики организации учебно-исследовательской  работы  учащихся при изучении биологических объектов

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Методические аспекты организации учебно-исследовательской деятельности по биологии с учащимися.

2. Алгоритм совместной  учебно-исследовательской работы преподавателя и учащегося.

3. Знакомство с  программой  «1С: Образование 3.0 (4.0) Школа».

4. Учебники и программы, используемые в практике организации учебно-исследовательской работы по курсу «Животные».

Краткое содержание лекционного материала

1.      Методические аспекты   организации  учебно-исследовательской  деятельности  по биологии с  учащимися

            Учащиеся не достаточно хорошо представляют, каковы пути научного познания мира, даже, если речь идет о естественных науках, изучаемых в  школе: биология, экология, химия, физика. Учитель на конкретных примерах может наглядно продемонстрировать учащимся процесс научного познания. Более того, он может  смоделировать его на примере организации учебно-исследовательской деятельности учащихся, то есть вовлечь самих  учащихся в моделирование  процессов научного познания.

            С этой целью во многих школах России ещё в 50-е, 70-е и особенно в 90- годы прошлого века была создана система школьных научных обществ учащихся (НОУШ). В данный вид деятельности были вовлечены лучшие научные  и методические кадры страны. Организация этого вида учебной деятельности (учебно-исследовательской)  реализована как на базе  общеобразовательной школы, так и во внешкольных учреждениях дополнительного образования. Научно-исследовательская деятельность формирует  у школьника более полные  представления о целостной картине мира, способствует систематизации  предметных (биологических) знаний, влияет на формирование естественно-научного мировоззрения и  развитие мыслительных действий. Она способствует развитию коммуникативных качеств личности, формирует общую культуру человека и определяет динамику роста общего уровня воспитанности.         Что же конкретно учащиеся должны знать, уметь, чему обучиться, чтобы быть готовыми к выполнению учебно-исследовательской работы под руководством учителя?             В чём должна выражаться готовность учителя к руководству данным видом деятельности учащихся? В чём заключается специфика вопроса на современном этапе развития ситуации в области организации учебно-исследовательской деятельности школьников?

            В настоящее время данная проблема актуализируется системой инноваций в области освоения информационно-коммуникационных технологий и новых  технических средств передачи учебных знаний средствами цифровых образовательных ресурсов в ИКТ- насыщенной среде.

            Учителю биологии целесообразно организовать предметно-обучающую деятельность, возможно в форме элективного курса для школьников среднего звена. Такой элективный курс должен включать: лекционные занятия, лабораторно-практические работы, индивидуальные дифференцированные задания для каждого учащегося. В структуре тематического планирования курса должны быть предусмотрены часы для индивидуальной работы. В лекционном курсе школьники должны кратко познакомиться с философскими основами познания мира. Не будем останавливаться на методах познания мира, тем не менее, следует вспомнить, что существуют два правомерных пути познания материального мира: естественно-научный и образно-чувственный. Первый из них опирается на инструментальные методы  исследования и включает в себя  приемы: научное описание объектов, явлений, систематизация, наблюдение в природе, лабораторный эксперимент, обобщение полученных результатов научного поиска.  Образно-чувственный путь познания базируется в основном на образно-мыслительных процессах, классифицируемых в исторической концепции естествознания, как умозаключение, представление. Умозаключение может опираться как на чувственные, бытовые, так и на научные приёмы познания. В настоящее время в системе методов познания мира оба пути считаются правомерными. В программе школьного элективного курса целесообразно опираться на  методы естественно-научного познания мира, так как  область изучаемых нами дисциплин  базируется на материалистических концепциях познания мира. Целесообразно данные материалы включить в теоретическую часть лекционного курса занятий с учащимися на подготовительном этапе работы по тематике учебно-исследовательской деятельности учащихся, и проиллюстрировать её при помощи цифровых образовательных ресурсов (фрагментов ЦОР, видеофильмов, фотографий), представленных в виде презентации в M.P.Point.

            Существует  определенный классический  алгоритм проведения научных биологических исследований. Этот алгоритм, чаще всего в интерпретированном, «облегченном» с точки зрения сложности и научности виде переносится в практику организации учебно-исследовательской работы с учащимися. Школьники не представляют, как проводится  научный или учебно-исследовательский поиск в биологии.

            Познакомимся с алгоритмом познавательной деятельности, с которым вам  необходимо будет познакомить учащихся на занятиях элективного курса.  Учитель  выступает в качестве организатора учебно-исследовательской деятельности учащегося, при условии, что деятельность совместная.

            Во-первых, рассмотрим общие указания. Ваша  совместная учебно-исследовательская деятельность начинается с определения  цели, задачи, предмета и объекта исследования, выдвигается рабочая гипотеза, на базе которых, в последствии будут сформулированы выводы. 

            Далее, устанавливаются научные  методы  и методика исследования: систематизация материала, описание биологических объектов, наблюдение, эксперимент. Если это эксперимент, то далее вычленяются этапы эксперимента: пробный, начальный, констатирующий эксперимент. Представим более конкретную схему некоторых элементов данного алгоритма с момента определения цели учебно-исследовательской работы.

            Цель: познакомиться с  (биологическими объектами, их описанием, процессами, явлениями, динамикой процессов…) в уголке живой природы, на пришкольном учебно-опытном участке, на приусадебном участке, в кабинете или лаборатории, в школьной экспедиции, в лагере труда и отдыха.

            Методические указания: вам необходимо собрать натуральный биологический  материал, описать, систематизировать, провести измерения, наблюдения, обработать полученные результаты при помощи методов математической статистики, оформить материалы, подготовить отчет для выступления на  заседании НОУШ, заключительной учебно-исследовательской конференции школьников.

            Задачи: познакомиться с основами методики учебно-исследовательской работы на конкретных объектах; выяснить, какие существуют закономерности, взаимосвязи. Научиться  собирать, систематизировать, гербаризировать, описывать эти объекты,  обрабатывать материалы и представлять их при помощи виртуальных методов.

            В процессе работы предусматривается сбор  и систематизация теоретического  материала, описание методики исследований, заполнение таблиц, оформление рисунков,  описание наблюдаемых биологических  процессов  и явлений, написание отчетов исследований, оформление заключений и выводов.

            Далее вычленяется объект и предмет исследования, если в этом есть необходимость, но для учащихся это достаточно сложная задача и в учебно-исследовательской работе их можно пропустить.       

            Во-вторых, рассмотрим подробный алгоритм совместной  учебно-исследовательской деятельности преподавателя и учащегося.

2. Алгоритм совместной  учебно-исследовательской работы преподавателя и учащегося

1.            Учащиеся под руководством  учителя или научного руководителя формулируют проблему и определяют область  учебных исследований.

2.            Совместно определяют цели, задачи,  объект  и предмет исследования.

3.            Определяют характер биологической учебно-исследовательской  работы: содержание, количество и название глав, разделов, методику исследований и сбора материалов, чтение и конспектирование научных литературных источников.

4.            Совместно проводят оформление введения, так как учащиеся крайне редко могут сделать это самостоятельно, и нередко вообще пропускают его.

5.            Поиск  и выполнение учебно-исследовательской работы начинается с литературного обзора проблемы и освещения его в научной, учебной  и научно-популярной литературе, содержание которой излагается в исторической последовательности.  Учащиеся не до конца осознают важность этого поиска и считают, что представленность теоретических знаний в учебно-исследовательской работе не очень  важна. Во всем тексте работы указываются ссылки на авторов предыдущих исследований. Нередко учащиеся ограничиваются 2-3 научными источниками. Учитель разъясняет  учащимся, что неправомерно  брать за основу  научных исследований ограниченное количество литературы. Необходимо объяснить учащимся, что следует цитировать мнение  различных авторов, на работы которых обязательны ссылки в тексте.

6.            Учитель показывает, как вести поиск научной информации при помощи средств Internet,  с использованием информации наиболее значимых для учащихся сайтов, ссылки на информационные источники сети. Учитель помогает проанализировать учащемуся информацию, представленную на различных ЦОР по теме исследования и отобрать нужные фрагменты.

7.            В соответствии с методикой биологических исследований, проводится сбор биометрического  материала, разбираются возможные ошибки, которые учащиеся, не имеющие богатого научного опыта, могут допустить, учитываются возможные  артефакты.

8.            Проводится совместный анализ, описание и оформление  полученных данных, возможность представить эти исследования в форме таблиц, графиков, составляется словесное описание явлений. Обработка и оформление полученных научных результатов при помощи  программного обеспечения ПК. Эта часть работы должна быть осуществлена под контролем учителя. Знакомство с программами  «1С: Образование 3.0  (4.0.) Школа», Photo Editor, AutoCAD 2008 – Русский,  GPS- совместимыми программами (OZI Explorer).

9.            Совместная работа по описанию и оформлению итогов работы в форме обобщений и выводов в соответствии с поставленной целью, задачами, предметом и объектом исследования, гипотезой. Эта часть работы также осуществляется совместно с учителем и при его непосредственном контроле.

10.        Учитель знакомит учащихся с правилами оформление письменной работы в соответствии с требованиями в M. Word: 12 кегль, с интервалом  пропуска – полторы строки, шрифт - Times New Roman, с обязательной нумерацией страниц, оглавлением. Работа может быть представлена на заключительную Российскую конференцию учащихся, победителей в конкурсе учебно-исследовательских работ, которая ежегодно проводится в Обнинске.

11.        Учитель помогает учащимися аккуратно оформляется приложение, где  в учебно-исследовательской работе представляются материалы, наглядно доказывающие достоверность проведенных исследований и полученных данных, а именно: фото и видеофрагменты, которые могут быть получены несколькими способами: извлечены из стандартных ЦОР, получены из сети Internet, либо сделаны самостоятельно учащимися.

12.        Учитель помогает учащемуся составить текст тезисов для публикации и текста доклада. Устный  доклад, сообщение на 10-15 минут, оформление презентации  в M.P.Point.  выполняется под непосредственным руководством учителя. Проводится репетиция демонстрации и доклада, его хронометраж.

13.        Выступление на учебно-исследовательской конференции, анализ и корректировка совместной деятельности, исправление ошибок.

         Учителю следует учитывать, что некоторые возрастные  особенности психики подростка обостряют восприятие даже небольших неудач и ошибок в учебно-исследовательской деятельности. Именно поэтому учителю необходимо контролировать и комментировать все этапы работы учащегося.

         Для успешной организации и руководства  учебно-исследовательской  деятельностью вам необходимо познакомиться с некоторыми основами биометрии, так как большая часть  сбора и обработки биологического материала проводится  посредством  статистической обработки материалов. Демонстрационные материалы размещены в папке для студентов. Более конкретные примеры будут рассмотрены на практических занятиях на основе изучения амфибий, как наиболее доступного биологического материала. Более подробно данный вид деятельности учителя будет рассмотрен на  практических занятиях.

         Учитель тщательно готовиться к проведению теоретических и практических занятий с учащимися, оформляет планы-конспекты уроков и презентации к ним. Рассмотрим пример конкретной презентации учителя биологии МОУ СОШ «Гимназия №1 города Перми» Жураковой Татьяны Васильевны: «Организация учебно-исследовательской деятельности учащихся»  (Приложение 4).

По итогам просмотра можно сделать заключение, вы представляете, какими методическими приёмами  будет  реализовано руководство  учебно-исследовательским поиском учащихся по сбору и оформлению  биологического материала.

         Познакомимся  с основами биометрии и с тем, как  данные результаты могут быть представлены в работах учащихся. Материалы  обработки полученных данных находятся в папке: «Методические материалы для преподавателя». Рассмотрим пример презентации: «Введение в исследование». Демонстрируется презентация.

         Для удобного сбора данных и их систематизации по теме исследования учебно-исследовательского поиска можно рекомендовать учащимся программу «1С: Образование 3.0 (4.0) Школа». Познакомимся  с возможностями данной программы.

3. Знакомство с  программой  «1С: Образование 3.0 (4.0) Школа»

         "1С: Образование 3.0" является системой программ для поддержки и автоматизации образовательного процесса. В конкретный продукт, входящий в систему программ "1С: Образование 3.0", включаются те функции и возможности, которые отвечают назначению этого продукта. С помощью системы программ "1С: Образование 3.0" можно создавать и использовать в учебном процессе различные образовательные комплексы. Образовательные комплексы могут содержать в себе разнообразные наглядные, справочные, тестовые и другие материалы.

    Система "1С: Образование" может устанавливаться как в локальном варианте, так и в сетевом (клиент-серверном), в котором несколько пользователей могут работать с системой одновременно с разных клиентских ПК. Вне зависимости от варианта установки "1С: Образование 3.0" является многопользовательской системой, в которой информация о прохождении учебного материала, а также объекты, созданные пользователем, для каждого пользователя хранятся индивидуально.

    В состав системы "1С: Образование 3.0" входят прикладные модули Навигатор и Администратор, компоненты и сервисные утилиты.

    Прикладной модуль Навигатор предназначен для работы с учебными материалами как в режиме библиотеки, так и в режимах курса и урока. Этот модуль обеспечивает взаимосвязанность объектов, полнотекстовый поиск и поиск по атрибутам, позволяет выводить объекты на проектор, добавлять свои объекты, создавать и настраивать подборки объектов, создавать тесты и курсы. В прикладном модуле Навигатор можно назначать уроки пользователям и отслеживать состояние и статистику по прохождению уроков в курсах. Также поддерживаются различные интерфейсы в зависимости от ролей пользователя.

    Объектами в образовательном комплексе могут быть как простые базовые объекты (ресурсы), например иллюстрации, анимации, видеофрагменты, текстовые фрагменты и др., так и составные объекты (учебные модули), например упражнения, вопросы, гипертекстовые документы, демонстрации, лекции, тесты, уроки и др. Модуль Навигатор сопровождается компонентами для создания новых объектов, подборок объектов, курсов.

    Компонент Редактор слайда предназначен для создания объекта учебного материала "слайд". Он позволяет создать слайд и произвести его атрибутирование.

    Компонент Редактор страницы предназначен для создания объекта учебного материала "страница". Он позволяет создать объект "страница" и произвести его атрибутирование.

    Компонент Редактор вопроса предназначен для создания объекта учебного материала "вопрос". Он позволяет создать объект "вопрос" и произвести его атрибутирование.

    Компонент Редактор презентации предназначен для работы с учебным материалом как с набором связанных объектов. Он позволяет сгруппировать слайды для их последовательного отображения. Созданная презентация может быть атрибутирована.

    Компонент Редактор подборки предназначен для работы с учебным материалом как с набором связанных объектов. Он позволяет сгруппировать страницы для их последовательного отображения. Созданная подборка может быть атрибутирована.

    Компонент Редактор теста предназначен для организации работы с вопросами и тестами. Он позволяет сформировать тест из набора уже существующих вопросов, создать новый вопрос, произвести настройку теста, выполнить атрибутирование теста и вопросов.

    Компонент Редактор курсов предназначен для создания объекта учебного материала "курс". Этот компонент обеспечивает просмотр и формирование курса, в нем отображаются все курсы, доступные пользователю.

    Модуль Администратор предназначен для регистрации пользователей, распределения их по группам и распределения их прав на доступ к образовательным комплексам.

    Сервисная утилита Настройка соединения предназначена для определения и настройки параметров соединения клиентского рабочего места системы для доступа к серверу.

    Образовательные комплексы содержат учебные материалы, такие как справочники, лекции, тесты, практикумы, тренажеры и др. Состав учебных материалов может варьироваться в зависимости от целей и задач данного образовательного комплекса. При запуске прикладного модуля Навигатор без указания образовательного комплекса в окне входа в систему можно увидеть список всех установленных образовательных комплексов. Список установленных образовательных комплексов также доступен в модуле Администратор.


© ЗАО "1C", 2003−2005
http://www.1c.ru
1c@1c.ru

         Самостоятельно познакомьтесь  с содержанием программы «1С: Образование 3.0 (4.0) Школа. Содержание представлено следующим перечнем (Приложение1).

 

4. Учебники и программы, используемые в практике организации учебно-исследовательской работы по курсу «Животные»

         В настоящее время разработано несколько комплектов учебников и программ по содержанию курса «Животные», а именно,  учебники Латюшина В.В., Шапкина В.А. по полной линейной программе И.Н.Пономаревой,  Захарова В.Б., Сонина Н.И. по концентрической  программе  Н.И.Сонина, учебник Пасечника по программе Пасечника, а также учебник Никишова А.И., Шаровой И.Х. по неполной программной линии. Цифровые образовательные ресурсы, предложенные для работы в школе  сконструированы таким образом, что они, обладая определенной универсальностью, могут быть использованы в практике работы  школы, обучающей детей по любой из этих программ. При конструировании материалов, мы придерживались в своей работе этой же концепции: материалы должны быть универсальны, так как они готовят учителей к работе по любой государственной программе. Будущие учителя биологии  на занятиях методики  знакомятся с полным комплектов ЦОР и  учебников,  предлагаемых для обучения учащихся в России, то есть  с веером программ, ЦОР, учебников и учебных пособий.

Лекция №2

Тема

Методика обработки    материалов   учебно-исследовательского поиска учащихся с использованием ИКТ -технологий

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции

1. Основы биометрии и  её использование в практике  выполнения учебно-исследовательской деятельности учащихся.

2. Примеры моделирования  биологических процессов средствами ЦОР.

3.  Компьютерная обработка результатов  биологических исследований.

1. Основы биометрии и  её использование в практике  выполнения учебно-исследовательской деятельности  учащихся

         В процессе сбора  данных, как  результата  учебно-исследовательской работы учащихся, возникает необходимость провести некоторые  измерения морфологических показателей натуральных биологических объектов. Не всегда учащиеся, студенты, учителя представляет, как правильно провести  эти измерения и обработать полученные данные. На  результат измерений  оказывает воздействие большое количество артефактов, следовательно, неправильно сделанные измерения могут привести к искаженным научным результатам. Учащихся следует ознакомить с правилами проведения измерений и перечнем ошибок, которые могут  возникнуть в результате  реализации проекта учебно-исследовательской деятельности, познакомить их с основами биометрии.

         Биометрия – наука о статистическом анализе массовых явлений в биологии, т.е. таких явлений,  в массе которых обнаруживаются закономерности, не выявляемые на единичных случаях  биологических наблюдений, экспериментов и исследований.

         Познакомимся с презентацией по данной теме (Приложение 2) .       

Все биологические измерения необходимо проводить при помощи точных измерительных инструментов: стальной линейки, микрометра, штангенциркуля, аналитических весов, аптекарских весов (в полевых условиях),  а полученные данные вносить в лабораторный журнал. Учитель должен показать учащимся, как правильно пользоваться этими инструментами и обучить их на практике приемам проведения измерений. Преподаватель должен убедиться в том, что учащиеся освоили работу и методику сбора  учебно-исследовательских материалов по темам работ.

         Предметом школьных исследований может быть любой биологический объект. Лучше выбирать для выполнения школьниками учебно-исследовательских работ не ядовитые, не опасные, доступные и не находящиеся под угрозой вымирания  объекты. Такими объектами изучения  могут быть земноводные – это  лягушки, тритоны, жабы, ужи, членистоногие:  насекомые, паукообразные, ракообразные. Это могут быть рыбы,  птицы, обитающие в  естественных, антропогенных биоценозах или содержащиеся дома, в живом уголке.  Над ними  могут  проводиться не единичные, а  групповые наблюдения. Например, на особях одного и  того же вида, пола, возраста (амфибий, рыб, насекомых, пресмыкающихся, птиц), называемых в данном случае, единицами наблюдения. Если они объединяются для группового наблюдения, то это –  статистическая совокупность.  Статистическая совокупность может образовывать статистический комплекс. Например, в массе изучаемых животных (амфибий) может быть выделена  группа контрольных и опытных животных на различных площадках (биотопах или в живом уголке). Первичный сбор материалов полевых учебных биологических исследований проводится: на пришкольном участке, в школьной экспедиции, в  эколого-биологическом лагере, на школьной полевой практике, при наблюдениях в природе или в условиях научной, учебной лаборатории.

         Учитель и ученик выбирают объекты для наблюдения с учащимися при выполнении учебно-исследовательских работ (Приложение3)  совместно. При выборе биологических объектов следует учитывать личные интересы учащегося. Работа должна быть для него интересной и посильной, в противном случае, исследования учащегося могут быть не завершены.

         Признаки биологических объектов, их свойства и классификация отражают  процессы научного, учебно-исследовательского наблюдения за биологическими объектами, они проводятся по тем критериям, по которым возможно отличить одну единицу наблюдения от другой, например, одну травяную лягушку от другой. Это необходимо для статистической обработки материалов и сравнения особей, процессов, анализа  биологических явлений.

         Все биологические признаки варьируют: варьирование – характерное свойство всего живого, общее свойство живой материи. Эти колебания, называемые вариациями (вариантами) чаще всего  и являются сутью изучения большинства биологических объектов и явлений. Подавляющее большинство биологических исследований в мире проводится именно по выявлению тех или иных вариаций в пространственной или временной динамике. Так проводятся биологические  исследования, приводящие в конечном итоге к написанию курсовых работ, выпускных квалификационных работ, кандидатских  и докторских диссертаций.             Именно по такой схеме выполняются учебные исследования учащихся, то есть, ученик должен смоделировать работу ученых – биологов при сборе и обработке собственных биологических исследований.

         В настоящее время большинство  таких  исследований и обработки полученных данных полевых исследований, математической и словесной интерпретации  проводятся при помощи стандартного комплекта  программ ПК. Это методы дистанционного наблюдения,  статистической обработки материалов статического и динамического моделирования  биологических и экологических явлений.

         В настоящее время биометрия служит объективной основой  сравнительного метода, без которого вообще невозможно познание реальной действительности биологических закономерностей и явлений. Поистине  трудно переоценить ту роль, которую призвана играть биометрия в развитии биологии, экологии и смежных биологических наук. И можно не сомневаться, что в ходе дальнейших успехов естествознания роль биометрии в  научно-исследовательской работе  и профессиональной подготовке учителей биологии будет возрастать. Совершенно очевидно, что учитель в работе с учащимися на первом этапе подготовки должен сам освоить данные приемы исследований, а затем, научиться их реплицировать в своей работе с учащимися при осуществлении учебно-исследовательской работы с учащимися. Если полученные  учащимися данные достаточно достоверны и проводятся на большой выборке биологических объектов, выполнены при непосредственном руководстве научным сотрудником данной области исследований, то они могут представлять  даже научный интерес.

         В биометрии существует несколько методов исследований. Наибольшее распространение получил выборочный метод,  показатели средних величин и показателей вариации, закон распределения.  При помощи методов биометрии стала возможна статистическая оценка генеральных параметров, статистические сравнения, а также проверка  научных гипотез. При помощи современных приемов компьютерного анализа существенно облегчились процессы корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализа различных популяций животных и растений в различных биотопах. Биометрические способы обработки научных данных возможно проводить при помощи программ ПК, что существенно облегчило работу ученых – практиков, получающих материалы исследований традиционным способом: в экспедициях и на полевых практиках при проведении научно-исследовательской и учебно-исследовательской работы в лаборатории.

         Местоположение биологических объектов в природе определяется и наносится на карту при помощи прибора GPS и совместимых  с этим  устройством программ.          Некоторые учебно-исследовательские работы могут быть  проделаны  на музейных объектах, особенно в случае, если в школе имеется собственный музей.

         На практических занятиях вы познакомитесь с приёмами компьютерной обработки  некоторых биологических данных.

         Некоторые процессы и явления могут быть показаны при помощи современных ЦОР, например: опыты по изучению законов генетики и селекции, процессы размножения земноводных, рыб, компоненты растительных сообществ и т.д. Они могут быть продемонстрированы при  докладах и сообщениях в учебно-исследовательской деятельности. При изучении явлений и процессов микромира используется видеоглаз, совмещенный с телевизором или компьютером, при помощи которых  проводится наблюдение, осуществляется  видеозапись.    

2. Примеры моделирования  биологических процессов средствами ЦОР

         Конкретные примеры  моделирования биологических процессов и явлений рассмотрим на примере  некоторых моделей, представленных в комплекте  стандартных ЦОР. Хорошо показаны модели регулирования численности компонентов в биоценозах в разделе «Экология» на диске «Открытая биология», версия 2.6. (демонстрация на экране). Удачно рассмотрено размножение земноводных (демонстрация на экране) на этом же диске. Подумайте, какой характер математической зависимости отражает данное биологическое явление? С другими примерами вы ознакомитесь на практических занятиях.

            На практических занятиях вам будет предоставлена возможность  широкого ознакомления с комплектами ЦОР в практике работы учителя биологии. Необходимо отметить демонстрации, которые позволяют моделировать биологические процессы и явления, выбранные учащимися в качестве учебно-исследовательских работ. Рассмотрим некоторые конкретные примеры.

            Пример №1. Изучение закономерностей передачи наследственных признаков у  растений гороха посевного (Законы Менделя) из пособия «Открытая биология»  (демонстрация примера на экране). Наглядно показываем, как  могут протекать автоматические процессы регулирования наследования  менделеевских и других признаков биологических объектов. Как их можно представить в практике оформления учебно-исследовательских работ? При изучении наследования признаков окраски у некоторых биологических объектов (растений и животных): герани, петуньи, фиалки, комнатных рыбок, мух дрозофил, кошек, лабораторных мышей.

            Пример №2. Вегетативное размножение растений, оздоровление посадочного материала, образование каллюса из листа растения – все эти и другие явления могут быть продемонстрированы из ЦОР «Биотехнология».

            Пример №3. Экологические группы животных. Наземно-водные животные. Видеофрагмент пособия «Общая биология. Экологические факторы. Влажность».

            Пример №4. Экосистема широколиственного леса. Фрагмент содержания диска «Экология. Под редакцией А.К.Ахлебина, В.И.Сивоглазова».

            Кроме  перечисленных ресурсов целесообразно познакомить студентов и учащихся с такими программами, как  «1С: Образование 3.0. (4.0.) Школа»,  M. Photo Editor, OZI Explorer. Эти программы позволят учащимся: во-первых, системно укомплектовать собственные ресурсные материалы,  во-вторых, выполнить рисунки, схемы приборов, установок, изобразить детали моделей и  манипуляции с ними,  в-третьих, определить точные координаты обитания изучаемых  в природе объектов при выполнении учебно-исследовательской работы. Учащимися могут быть использованы материалы ресурсов сети Internet.

            В настоящее время  в практике научных исследований широкое применение при изучении тех или иных процессов и явлений получили методы компьютерного моделирования.  Они позволят достаточно достоверно рассчитать,  показать, наглядно удостовериться в правильности выдвинутых предположений или  биологических гипотез. Некоторые типы  моделирования, которые  могут быть выполнены в стандартной программе  последних версий M. Excel.  

3. Компьютерная обработка биологических исследований

В качестве примера будут рассмотрены приемы имитационного моделирования в среде  Excel., а именно, статистические и динамические модели.  Необходимость  такого знакомства продиктована тем, что учащиеся, пытаясь пользоваться наиболее распространенными приемами обработки полученных в ходе  осуществления учебно-исследовательской работы  биологическими данными, не вполне понимают их  научный смысл. Как показала практика, они не всегда могут четко и ясно выразить смысл данной обработки и ответить достаточно грамотно на поставленные вопросы при защите своих проектов, хотя в большинстве  работ учащихся приводится данная статистическая обработка материалов. При этом учащиеся могут воспользоваться ЦОРами для демонстрации  некоторых статических и динамических моделей.

Что же такое: имитационное моделирование, и где его можно использовать при  изучении  биологических процессов, явлений, законов? Имитационная модель – это компьютерная программа, которая служит для количественного отображения поведения реальных биологических объектов в разных условиях. Смысл построения имитационных моделей состоит из необходимости:

·  установить, выразить уравнением количественные закономерности протекания явлений природы;

·  оценить модельные параметры коэффициентов пропорциональности между переменными уравнений.

         Параметры моделей часто имеют глубокий биологический смысл, поскольку выражают существо отношений между характеристиками биологических объектов исследования. Моделирование пока не столь широко распространено, как того требуют сложные задачи современной биологии, особенно, научных исследований в области прикладной морфологии, физиологии животных, экологии. Одним из препятствий этому служит распространенное мнение, что  «полноценными» могут быть лишь дающие прогноз аналитические модели.

         Предлагаем дать  количественное объяснение с помощью имитационного моделирования – научиться составлять модели, основанные на простейших (линейных) алгебраических уравнениях, и определять значения их параметров посредством внешних процедур «оптимизации». Вместо составления и решения дифференциальных уравнений предлагается составлять программы и настраивать параметры имитационных моделей. Обе эти проблемы оптимально решаются в  среде пакета  Excel.

         Способ построения моделей на  листе  Excel отличается от традиционных способов программирования – это табличное программирование.  На листе  Excel модель предстает в своих деталях, как таблица. Ячейки таблицы заполнены формулами, имитирующими либо выборку вариант (статические модели), либо ход процесса (динамические модели). Каждая ячейка  содержит формулу, которая  вычисляет соответствующее «модельное» значение варианты или характеристику системы на очередном временном шагу. Процедура оптимизации выполняется с помощью отдельной программы «Поиск решения», встроенной в пакет Excel.

         Помимо программирования самой модели и настройки её параметров требуется доказать значимость модельных параметров, адекватность модели. Для решения этой задачи на листе  Excel приходится конструировать целую имитационную систему, состоящую из следующих компонентов:

·        блок исходных данных, зачастую состоящий из массива независимых  и зависимых переменных;

·        блок расчета модельных данных, собственно имитационная модель, состоящая из уравнений; осуществляет расчет скрытых и явных переменных;

·        блок параметров, участвующих в  расчете модельных данных и изменяемых в процессе настройки;

·        блок расчета отличий реальных и расчетных значений переменных;

·        значение суммы отличий между моделью и реальностью, оно минимизируется в процессе настройки;

·        блок процедуры настройки (программа «Поиск решения»);

·        блок графического представления результатов;

·        блок статистической оценки результатов.

         В результате несложных действий мы получаем очень гибкий инструмент описания действительности. Возможности имитационной модели: она может стать сложной и детализированной или, напротив, простой и обобщающей, выражающей законы, управляющие всем миром, всей живой системой.

 

Лекция №3

Тема

Организация работы НОУШ, учебно-исследовательской работы  с учащимися на примере работы с амфибиями

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции

1. Развитие учебно-исследовательской деятельности учащихся в школе.

2. Методика инструктирования учащихся по содержанию учебно-исследовательской работы на занятиях НОУШ.

3. Методика   сбора и обработки учебно-исследовательских материалов учащихся на примере изучения биологии, экологии и  морфологии амфибий.

4. Обработка полученных данных учебно-исследовательских работ, использование  программ ПК.

1. Развитие учебно-исследовательской деятельности учащихся в школе

            В настоящее время в нашей стране накоплен огромный опыт  работы школьных научных обществ. Следует отметить, что инициатором движения школьников в данном виде деятельности выступили ведущие педагоги Дома научного технического творчества молодёжи и Московского городского Дворца школьников. Они  планомерно стали отстаивать право  учащихся внести посильную лепту в творчество детей и юношества, право участвовать в учебно-исследовательском движении учащихся. Уже в  конце 70-ых годов прошлого века здесь сложилась инновационная научно-педагогическая среда, способствующая развитию научных и творческих наклонностей у  подростков, позволившая утолить жажду  научного поиска.  В настоящее время данный вид учебной деятельности признан в стране и  мировой педагогической практике.

            Обратимся к определению научно-исследовательской деятельности ученых  и учебно-исследовательской деятельности учащихся. Выделим общие и отличительные качества этих видов деятельности.

            Научно-исследовательская деятельность определяется предметом и объектом исследования определенной области знаний. Она может осуществляться только высококвалифицированными кадрами, прошедшими длительную специальную подготовку. Для научной деятельности требуется совершенное оборудование, специальная лаборатория. Над многими мировыми проблемами науки трудятся большие коллективы ученых, целые научно-исследовательские институты.

            Школьники не могут организовать научную деятельность, но они могут приобщиться к миру научного познания через те виды учебной  деятельности, которые возможно осуществить в рамках школы и НОУШ.  Поэтому, правомерно использовать понятие не научно-исследовательская, а учебно-исследовательская деятельность учащихся. Во-первых, невозможно осуществить полную научную достоверность научного поиска. Во-вторых, учителю не столь важно совершить с учащимися настоящие научные открытия, насколько важно показать путь, который проходит научное исследование. В-третьих, учитель может развить мыслительные действия у учащихся  методическими  средствами и приемами педагогической работы в  период интенсивного умственного развития. Учебно-исследовательская деятельность представляется педагогам как инструмент развития личности, как средство обогащения новыми знаниями, как способ формирование мировоззрения через сотрудничество учителя и учащегося. Она призвана представлять не столько результат научного исследования, не являющееся в данном случае  самоцелью, а средство учебно-воспитательного процесса.

            Учебно-исследовательская деятельность теорию исследовательской деятельности, методику её организации, практику организации, программы и тематические планы учителей-новаторов. Теория исследовательской деятельности разрабатывалась, как российскими, так и зарубежными педагогами. Она базируется на законах общей дидактики, теории развитии индивидуальных способностей и приёмах  формирования коммуникативных качеств личности.  Соотношение этих и некоторых дополнительных  компонентов обучения составляет  технологию обучения. Технологии обучения, подробно представленные в работах Г.К. Селевко «Современные образовательные технологии» и  работах Дьяченко В.К., подробно рассматривались в курсах педагогики и  методики обучения биологии, не будем подробно останавливаться на содержательной стороне технологий.

            Организация учебно-исследовательской деятельности учащихся подразумевает создание новой модели современной школы. Исследовательская деятельность в данном случае выступает, как механизм формирования мотивационной сферы учащегося, коррекции его самооценки. Естественно, должны быть выработаны  критерии оценки эффективности  учебно-исследовательской деятельности учащихся.

            Одна из поблеем образования, воспитания и развития – это построение образовательных технологий, дающих возможность быстрой  адаптации к окружающей действительности. Это новая возможность осваивать не суммы готовых знаний, а методы освоения новых знаний в условиях стремительного увеличения информационного потока. Проблема актуальна для людей зрелого возраста: уметь осваивать принципиально новые специальности и новые приёмы трудовой деятельности. В России осуществляется коллективное развитие образовательной технологии исследовательской деятельности учащихся, её концептуальное осмысление, создание программно-методического обеспечения учебно-образовательного процесса.

            Исследовательская деятельность – это и путь вхождения подростка в пространство культуры. Интеллектуальный потенциал  подростка аналогичен интеллекту взрослого человека. Принципиальное отличие мышления подростка от взрослого заключается лишь в том, что у подростка меньше жизненного и интеллектуального опыта. Наука выступает, как элемент общей культуры, а подросток в роли культурного деятеля, наука как культурная реальность и  подросток приобщается к ней в процессе учебно-исследовательской  деятельности. В школьной среде складываются традиции учебно-исследовательской деятельности, культурные традиции нации. Научный подход реализуется в ряде принципов: естественности, осознанности, самодеятельности, наглядности, культуросообразности. 

            Учебно-исследовательская деятельность учащихся осознаётся сегодня как факт положительный и необходимый. Кроме необходимого условия личностного роста, она формирует и оттачивает столь важный механизм, как рефлексия. Психологическая рефлексия, личностная, социальная. Уровни развития рефлексии формируются у учащегося постепенно в ходе  длительной учебно-исследовательской деятельности.

            Проведение школьниками ученических исследований определяет для учителя биологии большой фронт инновационной деятельности. Преподаватель предлагает  учащимся большой перечень учебно-исследовательских работ по предмету. Творческие работы: на заданную тему, реферативные работы, отчёты об экспедициях и поездках, исследовательские работы.

            Выделим этапы работы учащегося над проектом: подготовительный, формирование целей и задач, фиксация наблюдений, документирование, оформление результатов, обобщение. Название темы, введение, цель, задачи, методика, описание работы, выводы, литература, приложение – все эти этапы работы учащийся выполняет при непосредственном  контроле  преподавателя. Экспертиза учебно-исследовательской работы – как,  кем  и по каким критериям оценивается работа?  Как проводится оценка сообщения, стендового доклада?

            Практика организации исследовательской деятельности. Она может быть организована, как во время учебы, так и во время каникулярной деятельности. Например, по анатомии, зоологии во время учебной деятельности. По зоологии, ботанике, общей биологии – в  лагере труда и отдыха: экологическом, биологическом,  в научном обществе учащихся, творческом объединении. Развитие творческих способностей детей.  В основу данного вида деятельности положены принципы развивающего обучения. При этом, несомненно, формируются нравственные качества личности,  её валеологическая направленность.

            Учащиеся должны быть подробно проинструктированы по содержанию данного вида деятельности. Нами предлагается следующая методика инструктирования.

2.Методика инструктирования учащихся по содержанию учебно-исследовательской работы на занятиях НОУШ

            Содержание информации, адресованной школьникам, принимающим участие в учебно-исследовательской работе учащихся, может быть представлено в виде инструкции для учащихся, в форме памятки для юного исследователя. С такой инструкцией можно познакомить учащихся как  при организации самостоятельной, индивидуальной или групповой форме работы на занятиях элективного курса по  учебно-исследовательской деятельности учащихся. Познакомимся с содержанием  учебных материалов для юного исследователя.

Памятка для юного исследователя

НАУКА – процесс получения новых знаний.

УЧЕБНОЕ  ИССЛЕДОВАНИЕ – получение новых знаний,   значимых  для конкретного учащегося.

ПРОБЛЕМА   ИССЛЕДОВАНИЯ – это вопрос, требующий  разрешения при учебном  исследовании. Проблема должна быть конкретной, доступной,   актуальной!

ГИПОТЕЗА  исследования  - это предполагаемый  ответ на  поставленную проблему.

ЦЕЛЬ  исследования  - вопрос, на который Вы хотите   получить ответ. Цель должна быть конкретной!

ЗАДАЧА – это указание на один из возможных путей достижения цели. Цель разбивается на последовательные конкретные действия.

ЧИТАЯ  литературу по исследуемой Вами проблеме, Вы можете  найти:

-         то, что Вы не знали  по данной проблеме;

-         ссылки другие работы, в которых освещается  Ваша проблема.

       Обязательно  делайте   ВЫПИСКИ  из  библиотечной литературы, не забывая  записывать, какие сведения, откуда взяты.

ПЛАНИРОВАНИЕ  работы подразумевает необходимость выбрать методику проведения исследования, рассчитать, каким должен быть необходимый объем наблюдений или количество опытов, прикинуть, на какую часть работы, сколько времени у Вас уйдет.

ЭКСПЕРИМЕНТ –  метод  научного  познания, при помощи которого  в  контролируемых  и управляемых  условиях  исследуются явления природы.

ОПЫТ – воспроизведение  какого-нибудь  явления, создание чего-либо в  определенных условиях  с целью исследования, испытания.

НАБЛЮДЕНИЕ – метод научного познания, при помощи которого осуществляется визуальное наблюдение и регистрация процесса наблюдения за объектом исследования.

Как сформулировать экспериментальную задачу, уточнить цель  школьного эксперимента

1.      Мысленно сформулируйте (пусть сначала это будет недостаточно четко) отношения между неизвестными данными и возможными условиями эксперимента.  Для  этого поставьте  перед собой вопрос: что дано? Что надо экспериментально проверить, получить?  Каковы возможные условия эксперимента?

2.      Попытайтесь на время отвлечься от излишних представлений, сведите цель эксперимента к одному вопросу, сформулируйте его. Разбейте цель на конкретные задачи.

3.      Уточните словесные формулировки задач.  Запишите их в тетради, максимально используя понятия, величины и т.д.

4.      Нельзя ли сформулировать  цель и задачи проще, точнее?

5.      Проанализируйте, корректно ли сформирована вами цель и  задачи. Для этого на основании записи содержания задач ответьте на следующие вопросы: достаточно ли данных или их слишком много? Выполнимо  ли условие?   Возможно ли выполнить такой   эксперимент (о котором идет  речь) в условиях школы, дома, пришкольного участка, уголка живой природы?

Как составить план проведения  школьного эксперимента

1.      Уточните и, насколько возможно, конкретизируйте конечную цель проведения эксперимента. Для  этого еще раз осмыслите условие и требование задач.

2.      Вычислите промежуточные цели проведения эксперимента. Для этого мысленно разбейте задачи на подзадачи.

3.      Мысленно представьте все возможные варианты проведения  эксперимента.

4.      Выберите из всех возможных вариантов проведения эксперимента наиболее рациональные: с точки зрения возможности получить наиболее точный результат при использовании минимума приборов и материалов, с точки зрения минимальной затраты времени.

5.      Запись плана эксперимента должна быть по возможности краткой, отражающей лишь основные этапы учебно-исследовательской работы.

6.      Предусмотрите, какие таблицы, рисунки, схемы вам необходимо будет выполнить в процессе эксперимента.

7.      Подумайте, когда и что вам придется измерить в процессе эксперимента или наблюдения, а что можно вычислить после его выполнения.

8.      Продумайте и предусмотрите в плане, какие приемы и средства исследования могут быть вами использованы в ходе выполнения учебно-исследовательской работы.

9.      После составления плана проанализируйте его еще раз. Для этого представьте себе мысленно работу от начала до конца; от конца к началу.

10.  Помните, что хорошо составленный план должен обладать определенной гибкостью, т.е. возможностью определенной перестройки ваших действий в случае возникновения затруднений.

Как рационально  использовать в эксперименте время и  материальные  средства

1.      Если экспериментальная задача может быть решена различными способами, то при составлении плана предпочтение нужно отдавать тому способу, по которому за минимальное время может быть получен наиболее надежный и точный результат.

2.      При составлении плана эксперимента или наблюдения стремитесь правильно распределить время на каждый этап его выполнения, уделив больше времени наиболее сложным и трудным этапам.

3.      Стремитесь провести эксперимент или наблюдение, используя минимальное число приборов и материалов.

4.      Рационально используйте площадь  поверхности стола при подготовке установки к эксперименту, наблюдению.

5.      Используйте вспомогательные приспособления (например, подставки, зажимы, штативы).

6.      При выполнении задания следите за временем.  Укладываетесь ли вы в график времени, предусмотренный планом?  Не расходуете ли время на пустые разговоры с товарищем?

Как правильно наблюдать и описывать наблюдаемые процессы и явления

1.      Осмыслите цель  наблюдения, а для этого поставьте перед собой вопрос: для  чего проводится наблюдение?

2.      Уточните предмет наблюдения. В связи с этим поставьте перед собой вопрос: что будете наблюдать, исследовать?

3.      Наблюдение осуществляйте по заранее  разработанному плану. Для этого представьте его мысленно или запишите предварительно в тетрадь.

4.      До начала наблюдения определите, когда будете осуществлять фиксацию наблюдаемых явлений: в процессе наблюдения  или сразу же после его окончания.

5.      Выберите способ наблюдения.  Наблюдать можно прямым способом –  визуально,  или косвенным способом – при помощи  приборов (фотоаппарата, магнитофона, специальных приборов)

6.      Наблюдение, как и эксперимент, необходимо проводить несколько раз; это повышает его объективность.

7.      При описании явлений, процессов обращайте внимание на то, как они протекали во времени  и при каких условиях.

8.      Помните, что цель описания – указать наиболее точно и полно признаки наблюдаемых предметов,  процессов, явлений.

9.      При описании результатов наблюдений обратите внимание на то, что существенно нового было обнаружено и что общего, сходного с ранее известным. Описание наблюдаемых явлений, процессов может быть выражено в словесной форме, представлено аналитически – в виде формул и уравнений, графически – в виде рисунков, схем, графиков.

Требования к биологическому эксперименту, наблюдению

1.      Эксперимент или наблюдение должны соответствовать цели исследования.

2.      Подобрать соответствующие приборы, условия проведения.

3.      Предусмотреть  варианты и контроль.

КОНТРОЛЬ – это объект изучения, в котором  параметры близки к оптимальным (обычным).

ВАРИАНТ - это объект изучения, в котором  изменены  изучаемы параметры.

4.      Контроль и каждый из вариантов должен быть в многократной повторности.

5.      Необходимо аккуратно фиксировать все результаты исследования, наблюдения.

6.      Любые изменения в ходе опыта необходимо тщательно фиксировать.

Ошибки при выполнении опытной  работы

Случайные   ошибки вызваны неизвестными факторами.  Они неизбежны, но надо их свести к минимуму!

Методические ошибки  связаны с постановкой и измерениями в ходе опыта. Их можно избежать, переделав опыт или пересчёт результатов.

Грубые ошибки сделаны по незнанию. Результаты  таких ошибок следует  изъять.

Как использовать учебную и справочную литературу

1.      Прежде чем использовать учебную справочную  или дополнительную литературу, уточните, что вас  интересует: определение понятий, сущность закона, элемент в теории, устройство прибора и т.д.

2.      Подумайте, где наибольшая  вероятность получить ответ на интересующий вас вопрос: в учебнике, справочнике или в дополнительной литературе.

3.      Прежде всего, используйте учебник и после этого уже дополнительную литературу.

4.      Открывая книгу, не листайте  беспорядочно ее страницы, а используйте оглавление, предметный и именной указатель.

5.      В зависимости от целей используйте следующие виды чтения: чтение-просмотр, когда книгу просматривают бегло, изредка  задерживаясь на отдельных страницах. Цель такого просмотра – первое знакомство с книгой, получение первого представления о ее содержании; чтение выборочное или неполное,  когда читают основательно и сосредоточенно не весь текст, а  только нужные места для определенной цели; чтение полное (или сплошное), когда внимательно прочитывают весь текст;  чтение с различного рода записями прочитанного.

6.      Отыскав в книге нужную вам главу, параграф или страницу, не стремитесь ограничиваться их беглым просмотром, а выпишите необходимую  для вас  информацию; читая о сущности понятия, теории, устройства прибора, выделите главное, мысленно или письменно представьте план прочитанного.

Как оформлять учебно-исследовательскую работу

 НАЗВАНИЕ  РАБОТЫ  должно четко отражать сущность проделанной работы.  Избегайте очень широких названий обобщающего характера.

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….стр.

I.  ОБЩАЯ ВВОДНАЯ  ЧАСТЬ………………………………………………………стр.

1.1. Является  ли  работа теоретического или практического характера…………..стр.

1.2. Обоснование  целей и задач, актуальность исследования……………………...стр.

II ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………..стр.

2.1. Обзор должен  быть кратким. Каждая цитата  должна сопровождаться ссылкой на автора.

III. ОСНОВНАЯ  ЧАСТЬ……………………………………………………………...стр.                      

3.1. Биологическая характеристика объекта исследования…………………………стр.

3.1. Где в природе  растет, как выглядит, какие требования у растения к изучаемому фактору.

       3.2. Методика исследования (указать, как велось исследование, описать опыты, повторности, как велся учет  и обработка результатов)………………………………...стр.

       3.3. Результаты исследования (таблицы, графики, анализ таблиц и графиков)…..стр.

      IV. ВЫВОДЫ (краткая формулировка  результатов: что получено, установлено, доказано)…………………………………………………………………………………...стр.

      V. ЛИТЕРАТУРА (список,  используемой литературы  в  алфавитном порядке авторов работ ф.и.о., название  произведения  или статьи из книги,  издательство, год издания)…………………………………………………………………………………….стр.

      VI. ПРИЛОЖЕНИЕ (дополнительные  таблицы,  рисунки, т.е. то, что поможет лучшему пониманию полученных результатов)………………………………………..стр. 

                                                                                    

            На практических занятиях вы         подробно  познакомитесь с содержанием учебно-исследовательской работы с учащимися  в НОУШ. Методика сбора и обработки учебно-исследовательской работы учащихся может быть более подробно рассмотрена на примере  изучения биологии, экологии, морфологии амфибий.

3. Методика   сбора и обработки учебно-исследовательских материалов учащихся на примере  изучения  биологии, экологии и  морфологии амфибий

         На предыдущих полевых практиках вы   познакомились с некоторыми методиками учета и наблюдений  за позвоночными животными в естественных условиях обитания. Некоторые из этих явлений могут быть смоделированы и продемонстрированы в школе при помощи  средств ЦОР.  В частности, видовое многообразие и  процесс размножения земноводных и пресмыкающихся могут быть показаны  при использовании  материалов диска «Открытая биология», версии 2.6., диска «Экология. 10-11. Учебное пособие» (демонстрация фрагментов раздела   «Виртуальные экскурсии» -  «Болото, как экосистема»),

         Рассмотрим содержание некоторых биологических исследований на примере работы с земноводными. Можно предположить, что широкое распространение амфибий рептилий, отсутствие ярко выраженных ядовитых свойств у большинства животных (не рекомендуем работать с ядовитыми змеями), несложное оборудование  и  достаточно простые методики исследования и другие преимущества могут сделать эту работу общедоступной. Опустим методику определения  видового состава амфибий и рептилий и сосредоточим внимание на специальных научных полевых, экспедиционных методах исследования амфибий, необходимых учащимся при выполнении учебно-исследовательских работ.

            Следует отметить, что компьютерные технологии изучения, учета  и наблюдения совершенствуются с каждым годом. Несмотря на  дороговизну и  высокую стоимость все чаще и чаще используются  радиотелеметрические методы при помощи интегральных транспортеров с микрочипом (PIT tag). Такая система позволяет отслеживать перемещение животных в пространстве, и считывать научную информацию непосредственно с экрана монитора компьютера.                  Демонстрируются фрагменты результатов наблюдений за колебаниями численности позвоночных животных, представленные на  дисках: «Общая биология. Экологические факторы. Влажность». Используются для демонстрации материалы гипертекстового учебника  диска «Экология» 10-11 класс» под редакцией А.К. Ахлебинина, В.И. Сивоглазова для изучения законов продуктивности популяции: цепи питания,   показывается  зависимость колебаний численности популяции от возрастного состава, биологических особенностях вида, плотности популяции. На материалах ЦОР наглядно показывается взаимосвязь организмов и среды, а также некоторые приемы изучения позвоночных животных в  естественной среде обитания (материалы фото и видеоальбомов). Следует отметить, что в этом случае большое значение приобретают такие методы исследования, как цифровая фотография и видеосъемка изучаемых объектов. Изучение материалов  ЦОР позволяет наглядно показать некоторые биологические  объекты в их естественной среде обитания, что немаловажно на всех этапах выполнения учебно-исследовательской работы учащихся, особенно, если дикие  изучаемые животные содержатся в искусственных условиях террариума, зоопарка, живого уголка, в домашних условиях.

Методы исследования амфибий, изучение популяционно-экологических и морфологических признаков амфибий и рептилий

            Изучение биотопов. Одна из задач юного исследователя при выполнении учебно-исследовательской работы: предоставить наиболее полный и достоверный научный материал об изучаемых биологических объектах, в  том числе и об амфибиях  изучаемой популяции в условиях их естественной среды обитания. С этой целью в период с ранневесеннего этапа полевого сезона до поздней осени, а иногда и в зимнее время обследуются все водоемы, в которых могут обитать и  размножаться земноводные, а также прилегающие к ним  естественные биотопы. Определяется видовой состав и ведется учет численности всех отловленных животных. При изучении биотопов обязательно проводится  описание рельефа местности, почвы, растительности, метеорологических факторов, гидрологическая и гидрохимическая характеристика водоема по известным методикам.  Необходимо провести фотографирование отдельных компонентов рельефа, растительности, формы и характерных признаков водоёмов, так как все вышеперечисленные факторы существенно влияют на видовой состав, окраску, возрастные характеристики популяции амфибий. Полученные в период экспедиционной работы фотодокументы являются ценным научным материалом и существенно облегчают работу  по описанию биотопов, а также являются доказательством научной достоверности новых биологических исследований. Изучение и уточнение видового состава  проводится методов отлова амфибий в  ловчие канавки. Учащихся следует тщательно проинструктировать, что канавки необходимо проверять каждые 30-40 минут, иначе попавшие в них животные могут  погибнуть.

      Количественный учет. При выполнении школьной учебно-исследовательской работы проводится обязательный количественный учет земноводных. Он является весьма важным показателем научных исследований структуры и видового состава популяции и  позволяет оценить численность, проследить её динамику, выявить характер распределения. В дальнейшем можно  создать  мультимедийную модель структурных показателей популяции. Учет проводится в период максимальной активности животных методом относительного учета численности на маршрутах (метод трансект) и пробных площадках. Ширина трансекты  колеблется от 1 до 4 м в зависимости от характера местности, длина маршрута произвольна. Результаты учета могут быть представлены  показателями относительной численности, либо в виде показателя плотности населения.  Может быть произведен учет и на пробных площадках от 1 до 1000 м2. Данные учета заносятся в компьютер и  в дальнейшем могут быть обработаны  непосредственно при использовании программы M. Excel.

      Размерные показатели амфибий. К основным внешним морфологическим признакам амфибий относятся размерные показатели, масса, индексы и особенности окраски. При выполнении учебно-исследовательской работы по изучению амфибий проводятся измерения длины некоторых частей тела и взвешивания животных.

         Измерения производятся штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Необходимо, чтобы весь материал был обработан руками одного исследователя. Учитываются следующие показатели длины тела и некоторых частей тела амфибий: L.- длина тела; L.c.-длина головы; L.tc.-ширина головы; P.a.-длина передней конечности: от основания до конца самого длинного пальца; P.p.-длина задней конечности: от основания до конца самого длинного пальца и некоторые другие показатели. Далее вычисляются индексы (не менее 20 особей) отдельно для самцов и самок, молодых и взрослых особей, так как имеется половой диморфизм. Масса животного (W) определяется прижизненно  с точностью до 100 мг, для чего используются равноплечные  аптечные весы, далее вычисляется  относительная масса амфибии: W/L. Данные также заносятся в  компьютер. Целесообразно сфотографировать некоторые, особенно выдающиеся экземпляры амфибий рядом с металлической линейкой или штангенциркули, а также рабочие моменты научных исследований. Интересно в данном случае провести видеозаписи, доказывающие подлинность ваших изысканий.

         Окраска амфибий. При выполнении учебно-исследовательской работы при определении видового и возрастного показателей популяции большое внимание уделяется окраске животных. Описание окраски проводится на свежем материале и является важнейшим  популяционно-видовым показателем для земноводных. Вполне целесообразно провести фотографирование цифровой камерой спинной  и брюшной поверхности отловленных особей, что в дальнейшем существенно поможет внести необходимые уточнения в описание. Хорошие результаты дает фенетика и изучение встречаемости фенов в популяции, например фен пятнистости спины (у бесхвостых земноводных) и позволяет проследить и смоделировать микроэволюционные процессы.

         Все полученные в результате полевых, экспедиционных исследований данные учета и изучения земноводных для дальнейшей обработки материалов заносятся в компьютер и  в дальнейшем обрабатываются  непосредственно при использовании программы M. Excel  для статического и динамического моделирования  биологических и экологических процессов, явлений, законов.

4. Обработка полученных данных учебно-исследовательских работ использование  программ ПК

         Все полученные при  выполнении учебно-исследовательских работ данные, проходят математическую обработку, словесное описание и  интерпретацию. Обработка и интерпретация: во-первых, показывает, насколько достоверны полученные данные, во-вторых,  пояснения делают материал более понятным и  усиливают его научную значимость, а также показывают  уровень осмысления учащимся полученных в результате  исследований биологических данных. В современных условиях для этой цели может быть использовано программное обеспечение ПК. Данные  школьных учебно-исследовательских работ  целесообразно обработать в пакете приложений  М. Excel, а также  в среде     Stat GraphicsДля  более полного понимания принципов математической обработки материалов предлагаем вам ознакомиться с некоторыми приёмами классической  математической обработки  материалов полевых биологических исследований и оценить, насколько она трудоёмка по сравнению  с обработкой материалов при помощи  инструментальной системы ПК. В настоящее время практически не  существует достоверных биологических исследований, которые не проходили бы статистической обработки материалов на стадии, как пробного, так и констатирующего  эксперимента, описания  или наблюдения.

Математическая обработка полученных данных

         Статистическая  обработка данных подразумевает нахождение некоторых зависимостей и описания посредством приемов математической статистики биологических процессов и явлений. При обработке данных вам необходимо вместе с учащимися  рассчитать: среднюю арифметическую, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, ошибку средней арифметической, коэффициент корреляции, а также определить критерии проверки гипотез. Более подробно данные материалы вам будут представлены для  самостоятельного изучения на практических занятиях, они находятся в папке «Демонстрационные материалы для преподавателя» и в папке «Демонстрационные материалы для студентов».

Данную статистическую обработку полученных данных о биологических объектах, процессах и явлениях можно проводить при помощи пакета MS Excel 2000; программ Statistica 5.5, Statistica 6. и их последующих версий. В данных пакетах программ уже содержатся все необходимые  математические функции. Обработка материалов при помощи данного пакета существенно облегчила первичную и итоговую обработку биологического материала при помощи методов математической статистики.

Полученные цифровые данные при выполнении учебно-исследовательских работ обработайте при помощи методов математической статистики. Целесообразно их обработать с помощью пакета программ M. Excel, что упрощает и облегчает обработку полученных результатов при анализе материалов учебно-исследовательских работ. Полученные материалы могут быть обработаны и представлены презентабельнее, чем  при  использовании старых приемов. Статистическая обработка  биологических данных существенно упрощает и  повышает точность полученных результатов. Из вышесказанного следует, что без должной математической обработки новые биологические данные не  будут достоверными.

         Значимость полученных в результате биологических исследований подтверждается показом фрагментов ЦОР «Биотехнология»: Генетическая инженерия (основные методы).

         На заключительной стадии оформления  ученических исследований  школьная учебно-исследовательская работа оформляется в соответствии с требованиями к стандарту и по плану определенному  совместно с учителем. Обычно работа оформляется  при использовании программы M. Word. В содержание рукописи  могут быть включены все подготовленные, обработанные ученические материалы по теме исследований. Далее готовится  краткое выступление и сопроводительная презентация, выполненная в программе M.P.Point.  С некоторыми примерами вы можете познакомиться самостоятельно при изучении материалов для студентов.

Учебные наглядные пособия, используемые на лекциях

1. Используемые  на  лекциях ЦОР

№ п/п

Наглядное

пособие

Вид наглядного пособия (рисунок, схема, карта, видеофильм и т. д.)

Носитель информации (электронный, бумажный и т. д.)

1

Открытая биология  (CD) /Автор курса Д.И. Мамонтов. Под ред. А. В. Маталина – М.: ООО «Физикон», версия 2.6, 2002 (http://www.physicon.ru/.).

учебные объекты ЦОР

электронный

3

Общая биология. Экологические факторы. Влажность. М.: Современная гуманитарная академия.

DVD, видеоиллюстрации

электронный

4

Экология (CD)  /Под ред. А.К. Ахлебинина, В.И. Сивоглазова –  М: «1 М.»:  Министерство обр. РФ, ГУ РЦ ЭМТО,  ООО «Дрофа»,  ЗАО «1С Образование 3.0 (4.0) Школа», 2003-2004, (1c@1c/ru,http//repetitor.1c.ru), (hotline@1c.ru).

мультимедиа презентации (тексты, графика, видео)

электронный

5

Экология (CD)   НФПК. В 2 ч., 2004.

Цифровые мультимедиа презентации, Web-страницы

электронный

6

"Экология. Конструирование биосферы", 10-11 класс

ООО "Квазар-Микро. Ру"

Экология, 10 класс

Цифровое мультимедийное пособие

электронный

7

Биотехнология. Учебное электронное издание по курсу. М: Мин. Обр. РФ. ГУ РЦ ЭМТО, ЗАО «Новый диск», YDP Interactive Publishing, 2003. (support@pmedia.ru.)

Цифровое мультимедийное пособие

электронный

2.Презентации, подготовленные преподавателем для сопровождения лекции.