Организация исследовательской деятельности школьников в рамках предпрофильной подготовки.
статья по биологии (8 класс) по теме

Учитель биологии

муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

 «Основная общеобразовательная школа №5 города Лесосибирска»

 Красноярского края

Писарева Наталья Александровна.

Организация исследовательской деятельности школьников в рамках предпрофильной подготовки учащихся.

Формирование  основных компетентностей  у учащихся особенно эффективно происходит в  процессе самостоятельной поисково-исследовательской деятельности. Исследовательская деятельность – один из методов проблемного обучения,  который способствует  воспитанию у школьников инициативы, активного добросовестного отношения к  научному эксперименту, увеличивает интерес к изучению  проблем окружающего мира. Организуя исследовательскую деятельность на уроке, приходиться делать выбор между качеством знаний и  освоением новых способов действий  учащимися. Поэтому  исследовательскую деятельность  наиболее  результативно можно организовать при  изучении курсов по выбору.

Курс по выбору, который я предлагаю учащимся называется « Мир, в котором я живу. Экология среды обитания человека».

Данный  курс является межпредметным (ориентационным), ему в большей мере присуща развивающая функция.  Содержание материала включает новые прогрессивные знания, позволяет формировать исследовательские навыки и практические умения в области состояния окружающей среды и влияние ее на здоровье человека, воспитывает экологическую культуру и гражданскую сознательность учащихся.

Курс входит в программу предпрофильной подготовки  школы и  рассчитан на учащихся 8-9-х классов. Преподавание курса ведется в группах сменного состава, которые формируются в начале каждой  учебной четверти из учащихся, желающих изучить данный курс. Каждая группа изучает данный курс в течение одной учебной четверти. Курс имеет исследовательскую направленность. Область и объект исследования  определяется учащимися совместно с педагогом.

Цели курса:

-заложить основы экологического мировоззрения;

-сформировать первоначальные представления о взаимосвязи состояния здоровья человека и среды обитания.

Задачи курса:

- научить учащихся выявлять наиболее актуальные для среды обитания современного человека проблемы;

-познакомить с методиками получения качественных и количественных показателей экологического состояния среды жизни человека;

-развивать творческие и коммуникативные способности;

-формировать навыки исследовательской деятельности.

По окончании изучения курса учащиеся должны:

1. Иметь представление об основных закономерностях взаимовлияния компонентов окружающей среды.
2. Знать методику проведения простейших экологических исследований.
3. Уметь:

• наблюдать и производить сбор информации из различных источников;
• проводить математическую и графическую обработку данных исследований;
• интерпритировать результаты исследований, делать выводы;
• участвовать в дискуссиях и публичных выступлениях.

Конечным продуктом курса является групповая  исследовательская работа учащихся, которая оформляется в виде доклада и презентации.

Исследовательская деятельность предполагает наличие нескольких основных этапов:

Этап 1. Подготовительный.

Учащиеся изучают литературу, занимаются сбором предварительных данных об объекте изучения, подбирают методики и необходимое оборудование, заводят дневники.

Этап 2. Экспериментальный

В процессе эксперимента, полевых исследований, экспедиций, социальных опросов и других видов деятельности учащиеся проводят системные наблюдения, сбор информации, описание объектов исследования.

Этап 3. Камеральный

Осуществляется обработка образцов экспедиционных материалов, составляются таблицы, проводится математическая обработка результатов, построение карт, диаграмм, графиков.

Этап 4. Аналитический

Проводится работа по выявлению причинно – следственных связей, закономерностей, проблем. Составляются рекомендации и предложения.

Этап 5.Отчетный

Составляется отчет об исследовательской работе по  следующим разделам:

- актуальность темы;

- цель и задачи исследования;

- литературный обзор;

- экспериментальная часть (описание методик исследования, постановки эксперимента, использование и комментарий чертежей, диаграмм, таблиц, фотографий);

- выводы и предложения по работе;

-список литературы.

На основе полученных материалов готовятся доклады на конференции, оформляются творческие работы на конкурсы.

Этап 6. Информационный

Этот этап предусматривает ознакомление коллектива школы, населения микрорайонов, органов власти, печати с полученными результатами предложениями и рекомендациями.

Исходя из этих этапов, составлено тематическое планирование  курса.

Тематическое планирование

Занятия проходят не в обычном аудиторном режиме, а в индивидуальном  режиме каждого учащегося, но в то же время каждый из них работает на общий результат.

1. Первое занятие является вводной лекцией, в ходе которой учащиеся знакомятся с особенностями исследовательской деятельности, ее этапами, методами применяемыми, в научных исследованиях.  Учащиеся заводят индивидуальные папки, куда в дальнейшем помещается дневник исследований  и все необходимые материалы, памятки к выполнению лабораторных исследований.  После первого занятия учащиеся получают задание выделить проблему среды обитания человека, которая интересует  их лично .
2. Второе занятие  посвящено определению области и объекта  исследования и планированию выполнения исследования.  Выслушиваются все предлагаемые учащимися проблемы  и выбирается единые  для группы область и объект  исследования. Определяются методы, которые можно применить при разработке исследования  темы, проводится планирование,  и заполняется дневники исследований. Домашним заданием является  изучение учащимися степени освещенности исследуемого объекта в литературе.

3. На третьем занятии происходит оформление текста введения к исследовательской работе. Занятие проходит в виде практической работы в библиотеке школы. Данное занятие разрабатывается совместно с библиотекарем и   позволяет учащимся получить навыки работы с различными источниками информации, оформления цитат, сносок и списка используемых источников информации. Результатом становится оформление учащимися вводной статьи к исследовательской работе. Данный текст может  быть подготовлен индивидуально, в паре или в группе по выбору учащихся. Домашним заданием является  составление списка используемых  источников информации, пользуясь  памяткой, подготовленной библиотекарем школы и помещенной в рабочую папку.

4 . На следующих двух занятиях  проводятся  намеченные лабораторные и полевые исследования по изучаемому объекту, соц.опросы, анкетирования и т.д. Результативность данной работы учащихся зависит от организационной деятельности педагога. Для  рациональной организации занятия необходимо заранее приготовить  для учащихся  инструктивные карты, опросники, таблицы, дневники,  куда будут вноситься данные  наблюдений, измерений или проведенных  действий. Главной задачей этих занятий является  накопление и фиксация необходимых для анализа данных.  Но задачей педагога на этом этапе является и привитие учащимся правил техники безопасности, рациональной организации труда  при проведении различных видов работ .

5. Далее в течение двух занятий  осуществляется обработка образцов экспедиционных материалов, составляются таблицы, проводится математическая обработка результатов, построение карт, диаграмм, графиков. Выявляются причинно – следственные связи, закономерности, проблемы. Составляются рекомендации и предложения.
6. Наиболее сложным для учащихся является  составление  отчета и  подготовка выступления. Здесь многое зависит от организационного мастерства учителя, поскольку необходимо организовать распределение  труда учащихся при подготовке общего проекта.
7. Свои исследовательские работы учащиеся представляют затем  на  школьных  и городских научно-практических конференциях.

Подобная организация исследовательской деятельности учащихся имеет ряд положительных сторон:

- позволяет  в течение одного учебного года большому количеству учащихся  осуществить необходимые для самоопределения  пробы научной деятельности  в области биологии и экологии ;

-способствует формированию у учащихся организационной, коммуникационной и исследовательской компетентностей, которые в дальнейшем с успехом используются на других предметах;

- не ограничивает учащихся и педагога  в тематике исследовательской работы.

В качестве примера работы по данной программе представляю дидактический материал для организации исследовательской работы учащихся по теме:

«Влияние автомобильного транспорта на воздушную среду города ». Данные материалы  предоставляются учащимся на занятиях в печатном или электронном виде и располагаются в индивидуальных папках учащихся, которые затем служат черновыми материалами для написания текста исследовательской работы. Разработанные дидактические материалы позволяют применять различные формы организации учащихся на занятиях (фронтальная работа, групповая, индивидуальная).

Подобным же образом организуется работа с другой группой учащихся по другой экологической проблеме в следующей четверти.

Приложение.

Дидактический материал для организации исследовательской работы учащихся по теме: «Влияние автомобильного транспорта на воздушную среду города ».

Занятие №1. Тема: Этапы научно-исследовательской деятельности. Методы исследования.

Цель: Раскрыть основные этапы научного исследования и познакомиться  с важнейшими методами, применяемыми в биологических исследованиях.

Из всего многообразия видов исследовательской деятельности учащихся можно выделить три основных:

- теоретические исследования;

- прикладные, опытно-проблемные;

- системные комплексные исследования по программе мониторинга чего – либо.

Теоретико – исследовательская работа      прежде всего направлена на изучение литературы, подготовку докладов, статей, тематических конференций, рефератов.

Большинство прикладных опытно – проблемных исследований проводится в виде индивидуальных экспериментальных заданий и самостоятельных исследований по прикладной проблемной тематике, например по изучению и описанию каких – либо объектов, моделированию процессов и явлений с целью получения новых знаний прикладного характера.

Третий вид деятельности, включающий системные и комплексные исследования, предусматривает коллективную экспериментальную работу, проводимую по определенным пространственным и временным показателям с целью оценки состояния и слежения за изменениями объекта изучения.

Исследовательская деятельность предполагает наличие нескольких основных этапов:

Этап 1. Подготовительный.

Учащиеся изучают литературу, занимаются сбором предварительных данных об объекте изучения, подбирают методики и необходимое оборудование, заводят дневники.

Этап 2. Экспериментальный

В процессе эксперимента, полевых исследований, экспедиций, социальных опросов и других видов деятельности учащиеся проводят системные наблюдения, сбор информации, описание объектов исследования.

Этап 3. Камеральный

Осуществляется обработка образцов экспедиционных материалов, составляются таблицы, проводится математическая обработка результатов, построение карт, диаграмм, графиков.

Этап 4. Аналитический

Проводится работа по выявлению причинно – следственных связей, закономерностей, проблем. Составляются рекомендации и предложения.

Этап 5.Отчетный

Составляется отчет об исследовательской работе по  следующим разделам:

- актуальность темы;

- цель и задачи исследования;

- литературный обзор;

- экспериментальная часть (описание методик исследования, постановки эксперимента, использование и комментарий чертежей, диаграмм, таблиц, фотографий);

- выводы и предложения по работе;

-список литературы.

На основе полученных материалов готовятся доклады на конференции, оформляются творческие работы на конкурсы.

Этап 6. Информационный

Этот этап предусматривает ознакомление коллектива школы, населения микрорайонов, органов власти, печати с полученными результатами предложениями и рекомендациями.

Методы, применяемые в научно – исследовательской работе:

                     Общенаучные                                                                             Специальные

 библиографический                                                                                      наблюдение

сравнительный                                                                                               эксперимент

описательный                                                                                                 физико-химические

исторический                                                                                                   математические

 графический                                                                                                    лингвистические

аналитический                                                                                                статистические  

Практические задания:

Для приведенных ниже конкретных ситуаций  наметьте наиболее подходящие методы исследования.

1. Необходимо выяснить  уровень общей заболеваемости учащихся класса.
2. Необходимо выяснить, какие  молочные продукты пользуются наибольшим спросом у покупателей.
3. Необходимо выяснить особенности питания старшеклассников
4. Необходимо выяснить, как влияет газетный заголовок на интерес читателя к материалу

Домашнее задание:К следующему занятию определите для себя проблему, исследованием которой вы хотите заняться.

Занятие №2  Выбор темы, объекта, целей, задач и методов исследования.

Цель: Сформулировать тему, цели и задачи исследования.

Разработать примерный план программы исследования

Проблема исследования – что предстоит открыть доказать, изучить с новых позиций

Тема отражает проблему в ее характерных чертах. Точная формулировка темы

• Уточняет проблему
• Отчерчивает рамки исследования
• Конкретизирует основной замысел
• Создает предпосылки успеха работы в целом

Актуальность выбранной темы обосновывает необходимость проведения исследования

• Почему важно исследовать эту тему?
• Чем она значима для текущего момента, для современной ситуации?

Объект и предмет исследования

Цель формулируется кратко и предельно точно и выражает то основное, что намеревается сделать исследователь

• Предполагает итоговый результат
• Должна быть проверяема и конечна
• Как правило начинается с глаголов: «выяснить», «выявить», «определить», «обосновать», «провести».

Задачи отражают последовательность достижения цели

• Это то, что необходимо сделать, чтобы получить намеченный результат (проанализировать литературу, сопоставить, измерить, сравнить, оценить…)
• Это шаги в достижении цели

Методы

• Те способы деятельности, которыми будем пользоваться, чтобы решить поставленные задачи (см. занятие №1)

Выводы

• Должны быть сформулированы по каждой заявленной задаче исследования
• Основной результат должен соответствовать заявленной цели работы , быть кратким и четким

Практические задания:

1. Выберите проблему исследования; сформулируйте тему, цель и задачи исследования; укажите, в чем актуальность исследования, его объект и предмет; определитесь с методами исследования.
2.  Спланируйте ход деятельности и оформите дневник исследования

Тема:_______________________________________________________________________________________________________________________________________

Актуальность:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Объект исследования:__________________________________________________

Предмет исследования:_________________________________________________

Цель:_______________________________________________________________________________________________________________________________________

Задачи:______________________________________________________________

             ______________________________________________________________

             ______________________________________________________________

             ______________________________________________________________

              _____________________________________________________________

Методы:______________________________________________________________

                ______________________________________________________________

                ______________________________________________________________

                ______________________________________________________________

                ______________________________________________________________

                ______________________________________________________________

Заметки по выполнению работы:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Домашнее задание: Подобрать литературу, где отражены вопросы по исследуемой теме

Занятие №3 Тема: Источники информации и работа с ними. (работа в библиотеке школы)

Цель: Составить введение к исследовательской работе. Подготовить обзор литературы по исследуемой проблеме.

Задание 1: Используя тексты из различных источников(учебники, справочники, интернет), составьте введение к научно-исследовательской работе.

Текс введения должен отражать следующие аспекты:

• Актуальность темы работы –почему важно исследовать именно эту тему; чем она значима для текущего момента, для города, для самих учащихся.
• Постановка проблемы -  какую, отсутствующую на данный момент информацию мы хотим  выявить в ходе работы
• Разработанность исследуемой темы -  что говориться в литературе по данному вопросу
• Цель работы
• Задачи
• Методы, которые будем использовать

Объем введения должен составлять 1-3 страницы

Задание №2: Составьте список используемых вами источников информации, пользуясь «Правилами оформления      библиографического описания документов».

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Занятие №4 Тема:  Проведение лабораторных и полевых исследований.

Цель: Провести учет автотранспортной нагрузки на выбранном участке дороги

Методика:

1. Выберите участок автотрассы длиной примерно 0,5 км с хорошим обзором.
2. Измерьте шагами длину участка (l, м), предварительно определив среднюю длину своего шага.
3. Подсчитайте количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в определенный период суток в течение 20 минут, при этом заполняйте таблицу №1.
4.  Подсчитайте и внесите в таблицу количество единиц автотранспорта, проходящего за 1 час.
5. Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей за 1 час( L, км), по формуле:

                                                                   L=N*l, где  N – количество автомобилей каждого типа, проходящее за 1 час

                                                                                        l – длина участка, км

Полученный результат занесите в таблицу.

6. Проведите такое исследование трижды и определите среднее количество каждого вида автомобилей, проходящих на  выбранном участке за один час.

Таблица №1

Домашнее задание: Продумайте вопросы для беседы с сотрудником ГИБДД  с целью выяснения сведений по количеству автомобилей в городе, преобладающим маркам автомобилей, техническому состоянию автомобилей, мероприятиям, проводимым по борьбе с вредными выбросами автотранспорта.

Занятие №5 Тема:  Проведение лабораторных и полевых исследований.

Цель: Провести анкетирование автомобилистов.

Получить данные о ситуации с автомобильным транспортом в городе у сотрудников ГИБДД

Задание 1. В ходе беседы с сотрудником ГИБДД выясните необходимые сведения по количеству автомобилей в городе, преобладающим маркам автомобилей, техническому состоянию автомобилей, мероприятиям, проводимым по борьбе с вредными выбросами автотранспорта.

Задание 2.  Проведите анкетирование 100 владельцев автомобилей по следующим вопросам:

 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Занятие №6  Тема: Обработка полученных данных и анализ результатов исследований.

Задание №1 Расчетная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта.

Цель : определить количество основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных газов автомобилей за 1 час.

Памятка: К выбрасываемым автомобилями вредным веществам относятся угарный газ (CO), углеводороды – несгоревшее топливо, оксиды азота (NO2 ), сажа.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчета являются:

- количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени (т.е. за час) См таблицу №1

- нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице №2)

- значения эмпирических коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего.( приведены в таблице №3) Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента в литрах  при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (также в литрах), необходимого для проезда  1км (т.е. равного удельному расходу)

Таблица №2

Таблица №3

Ход выполнения работы.

1. Рассчитайте количество топлива (Q,л) разного вида, сжигаемого за 1 час двигателями автомашин, по формуле:

Q=L*Y, гдеY – удельный расход топлива, L -   общий путь, пройденный  данным видом автомобилей

Значения Y возьмите из таблицы №2, а значение L – из расчетов, сделанных на 4-ом занятии. Полученный результат занесите в таблицу №4

2. Определите общее количество сожженного топлива каждого вида ({Q) и занесите результат в таблицу №4

3. Рассчитайте количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего.     Для этого нужно L*K (L  - путь каждого вида машин в км ; К – эмпирические коэффициенты из таблицы №3) .Внесите данные в таблицу №5

Таблица №4

Таблица №5

4. Составьте устный отчет о проделанной работе ( по плану) и сформулируйте  выводы

План:

Тема и цель задания

Какие данные использовались для выполнения, их источники

Методы , используемые для выполнения задания

Полученные результаты

Выводы:

Задание №2  Определение величины автотранспортной нагрузки на исследуемом участке дороги.

Цель: Определить величину автотранспортной нагрузки и сравнить ее с требованиями санитарной нормы. Установить динамику по данному показателю за последние годы.

Памятка: К выбрасываемым автомобилями вредным веществам относятся:  угарный газ (CO), углеводороды – несгоревшее топливо, оксиды азота (NO2), сажа.

 Санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью не более 200 автомобилей в час. Только при таких условиях количество вредных веществ  в воздухе не будет превышать предельно допустимой конценрации  этих веществ, что является безопасным для окружающей среды.

Ход выполнения работы:

1. По данным таблицы №1(см занятие №4) определите средний показатель общего количества автомобилей, проходящих на исследуемом участке дороги за 1час,  в ноябре 2011года.
2. Используя  текст исследовательской работы учащихся школы 2007 г,  выявите аналогичный показатель  количества автомобилей на этом же участке в 2007 году.
3. Внесите данные первого и второго этапа работы в таблицу:

Таблица №6

4. Постройте диаграмму, которая будет демонстрировать величину автотранспортной нагрузки в 2007 и 20011 годах в сравнении с санитарной нормой.

5.  Составьте устный отчет о проделанной работе ( по плану) и сформулируйте  выводы

План:

Тема и цель задания

Какие данные использовались для выполнения, их источники

Методы , используемые для выполнения задания

Полученные результаты

Выводы:

Задание №3 Обработка данных анкетирования автомобилистов

Цель: Выявить степень осведомленности владельцев автомобилей тем, каково влияние этого вида транспорта на окружающую среду города. Определить их отношение к проблеме загазованности воздуха в районах автотрасс.

Памятка:

Особенно много выхлопных газов автомобили выделяют в момент торможения и набора скорости. Машины , работающие в холостом режиме, выжигают кислород и насыщают атмосферу выхлопными газами.

Ход работы.

1) Полученные в ходе опроса данные, обобщите, высчитайте процентное соотношение вариантов ответов по каждому вопросу, внесите в сводную таблицу.

Всего было опрошено:

2) Составьте устный отчет о проделанной работе ( по плану) и сформулируйте  выводы

План:

Тема и цель задания

Какие данные использовались для выполнения, их источники

Методы , используемые для выполнения задания

Полученные результаты

Выводы:

Занятие №7   Тема: Обработка полученных данных и анализ результатов исследований.

Цель: Закончить проведение расчетной оценки количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта и сравнить показатели с ПДК.

Рассчитайте:

1. массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле: m = V∙ М: 22,4,

где 22,4 – объем 1 моль газа (л/моль)

М – молярная масса (г/моль)

 V – количество вредных веществ (л) (см. занятие №6, Таблица №5)

2. количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ  для обеспечения санитарно- допустимых норм  окружающей среды. (см. справочный материал).

  Результаты запишите в таблицу №7

Таб №7 Показатели экологического состояния атмосферы

Принимая во внимание  близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали.

Справочный материал:

Основные свойства загрязнителей воздушной среды

*ПДКвНП – предельно-допустимая концентрация воздуха населенных пунктов.

**ПДКврз – предельно-допустимая концентрация рабочей зоны

*** Класс опасности (1 –чрезвычайно опасные; 2 – высокоопасные; 3 – умеренно опасные;

 4 – малоопасные (ГОСТ 12.1.007 -76).

**** Кумулятивный эффект – накопление в организме токсичных веществ либо продуктов их превращений, вследствие чего происходит усиление токсического действия.

Домашнее задание: Оформить текст исследовательской работы, учитывая правила оформления работы, по плану:

1. Введение
2. Влияние автотранспорта на воздушную среду города Лесосибирска.

1. Характер влияния автотранспорта на атмосферу.
2. Автотранспортная нагрузка  на участке дороги в северной части города.
3. Количество вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при движении автотранспорта.
4. Отношение автомобилистов к проблеме загрязнения воздушной среды автотранспортом.

3. Выводы.
4. Приложение.
5. Библиография.  

Занятие №8  Тема: Подготовка статьи и презентации исследовательской работы .

Цель: Подготовить текст и презентацию работы для выступления на школьной  научно – практической конференции.

Занятие проходит в виде консультации, доработки и представления  выполненных проектов научно – исследовательских работ. В ходе обсуждения определяются учащиеся для участия в ШНПК.

Учащимся вручаются сертификаты об окончании курса и выполнении зачетной работы.

                                 Занятие №9 Тема: Отчет о результатах исследования.

Цель: Информировать собравшихся о результатах проведенных исследований, познакомить с рекомендациями.

Выступление учащихся с докладом

Учащимся вручаются сертификаты об окончании курса и выполнении зачетной работы.

Литература.

1 Алексеев С. В. Экологический практикум школьника. Учебно-методический комплекс.-М.: Учебная литература,2005

2 Ашихмина Т. Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие.-М.: Агар, 2000.

3 Высоцкая М. В.Экология. Элективные курсы. 9 класс. – Волгоград: Учитель,2006.

4. Маслова Е. В. Творческие работы школьников. Алгоритм построения и оформления; Практическое пособие. – М.: АРКТИ, 2006. – 64с.(Школьное образование)