Методические разработки к урокам биологии и экологии

Научно-исследовательская деятельность учащихся в урочное и внеурочное время по биологии в рамках ФГОС ООО.

Стандарты нового поколения ориентируют педагога на развитие у учащихся мотивации к творческому труду, готовности к профессиональному выбору, умения ориентироваться в мире социальных ценностей. На данном этапе становления личности особого внимания заслуживает исследовательская деятельность школьников. Организация исследовательской деятельности на уроках является одним из приоритетов современного образования.

 Формирование исследовательской позиции учащихся – задача нелегкая. Ребят к поисково-исследовательской деятельности необходимо подготавливать, всегда помня, что в стенах школы «не мыслям надобно учить, а учить мыслить». Чтобы научить школьников рациональным способам мыслительной деятельности, необходимо знать пути формирования приемов умственной деятельности – практический и теоретический – и целесообразно их использовать

   В своей педагогической практике важное место я отвожу исследовательской работе- работе, связанной с решением творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным результатом. Учебное исследование имеет целью приобретение учащимися навыка исследовательской деятельности, освоения исследовательского типа мышления, формирования активной позиции в процессе обучения. 

Какие же конкретно задачи я ставлю при обучении учеников исследовательской деятельности? Их можно наметить несколько, но ведущими будут следующие:

• формировать и развивать творческие способности ученика;
• развивать умения и навыки в постановке цели и нахождения способов их достижений;
• создать мотивирующий фактор в обучении и самообразовании;
• заложить основы чувства индивидуальной ответственности за свои поступки, принятые решения и действия;
• развить у ученика коммуникативные, личностные, регулятивные умения и навыки и т.д.

    Грамотно проводить исследования может не только человек, занимающийся наукой профессионально, но и тот, кто еще учится в школе. Поэтому одним из важнейших условий повышения эффективности учебного процесса является организация учебной исследовательской деятельности и развитие её основного компонента – исследовательских умений, которые не только помогают школьникам лучше справляться с требованием программы, но и развивают у них логическое мышление, создают внутренний мотив учебной деятельности в целом.

Функции учителя находятся в тесной связи с функциями учащихся. Учитель по существу программирует учение школьников и, кроме того, организует, наблюдает и анализирует самостоятельную работу учащихся. Ведущая роль учителя при выполнении учащимися самостоятельной учебно-исследовательской работы не только сохраняется, но и расширяется, усложняется.

   Проблема исследования связана с преодолением противоречия между необходимостью активизации познавательной деятельности, развития исследовательских наклонностей школьника, его познавательного интереса к изучению биологии и преобладанием анатомо-морфологического материала в содержании школьного курса биологии.

      Еще Сухомлинский отмечал: «Страшная эта опасность – безделье за партой, безделье месяцы, годы. Это развращает морально, калечит человека и … ничего не может возместить того, что упущено в самой главной сфере, где человек должен быть тружеником – в сфере мысли».

      Разнообразие объектов и процессов, изучаемых на уроках биологии, обеспечивает огромные возможности для исследовательской деятельности, в процессе которой обучающиеся учатся излагать свои мысли, работать индивидуально, в группе и в коллективе, конструировать прямую и обратную связь. Организация исследовательской деятельности позволяет учителю обеспечить самостоятельную отработку пропущенного учебного материала – например, провести самостоятельное исследование по заданной теме в форме наблюдения и записать результаты, а также мотивировать успешного ученика головоломным заданием – например, провести исследование на базе медиа – лаборатории с использованием компьютера и защитить результаты исследования.

Элементы исследовательской деятельности на уроках биологии применяю уже  с  5-го класса. Во время исследовательской работы  каждый ученик имеет возможность реализовать себя, применить имеющиеся у него знания и опыт, продемонстрировать  свою компетентность, ощутить успех.

      Задания исследовательского характера увлекают детей. Исследовательскую деятельность провожу в три этапа: исследовательские игры для детей 5-6 классов; исследовательские проекты для среднего звена 7-8 классы; научно-исследовательские работы 9-11 классы. Получая собственный экспериментальный материал, обучающиеся проводят анализ и делают выводы о характере исследуемого материала. Например, в работе «Покормите птиц зимой» ребята подсчитывают количество птиц в районе школьного участка, наблюдают за их поведением и делают выводы о характере их питания, разнообразии.

   Привлекая учащихся к исследованиям, учитываю  их интересы. Все, что изучается, должно стать для ученика личностно — значимым, повышать его интерес и уровень знаний. Однако, предлагаемые темы и рекомендуемые ученику методы исследования не должны превышать его психолого-физиологические возможности. Исследовательская деятельность должна вызывать желание работать, а не отталкивать своей сложностью и непонятностью. Так, например, теоретические экспресс-исследования ориентированы на работу по изучению и обобщению фактов, материалов, содержащихся в разных источниках. Темы таких исследований позволяют изучать самые разные объекты в их реальном окружении, в действии, давать большой материал и позволяют увидеть множество тем для собственных изысканий, построения различных гипотез.      Учащиеся 5-6 классов успешно справляются с такой формой исследования. Так, при изучении темы “Приспособленность растений к условиям окружающей среды”, ребята по материалам учебника знакомятся с тем, как приспособлены к обитанию в засушливых условиях кактусы, верблюжья колючка.

 В 7-9-х классах теоретические исследования оформляются в виде реферата, содержащего гораздо больший объем информации по выбранному направлению исследования. В процессе поиска информации для написания реферата ученик приобретает навыки работы с каталогами в библиотеке, классификации и систематизации материала, знакомится с основами оформления текстовых документов, учится выделять главное, анализировать данные и делать выводы. Работа над рефератом помогает глубже разобраться в теме, усвоить ее, вырабатывает навыки организованности и целеустремленности, необходимые при изучении любого предмета. Практикую  специальные лабораторные работы по инструктивным карточкам. У учащихся развиваются навыки самостоятельных наблюдений, умения исследовательской и практической работы, как в классе, так и в окружающей среде.

Проведение учебного эксперимента

Сюда относятся все лабораторные и практические  работы по биологии, начиная с 6-го класса и заканчивая 11 классом. Выполняя лабораторную работу,  ученик получает субъективно новые знания.

При выполнении этих работ учащиеся приобретают навыки наблюдения, фиксирования и правильного оформления результатов наблюдений, анализа полученных данных, делают выводы.

В 6 классе при проведении лабораторных работ организую небольшое исследование с помощью цифрового  микроскопа.

Большое внимание уделяю  практическим работам в разделе «Общая биология», которые можно использовать в экологии при изучении «отдельных» тем. Время проведения практических работ — в течение года. Цель проведения подобных работ — совершенствование умений и навыков, учащихся по организации поисковой и исследовательской деятельности. Задания практических работ имеют экологическую направленность и выполняются индивидуально или в группах. Они создают условия для личной заинтересованности ученика в конечном результате его деятельности и в самом процессе его достижения. 

Исследовательские проекты

Исследовательские проекты  считаю  высшей ступенью исследовательской деятельности учащихся. Овладев методом  теоретических экспресс-исследований,  приобретя навыки практической экспериментальной работы, учащиеся успешно справляются с экспериментальной частью проектов, выполняемой по специально подобранным методикам. Однако, для выполнения учебного проекта одного урока недостаточно.

 Домашние задания также могут носить  исследовательский  характер:

 1.  Описание растений и животных по плану

 2.Наблюдение за живыми объектами (за поведением рыб в аквариуме, поведением хомячка в клетке, реакцией комнатных растений на время суток и др.)

3.  Наблюдение за своим организмом (частота дыхания после физической нагрузки, реакция организма на время суток и др.)

4. Опыты с растениями и домашними животными (выработка условных рефлексов).

5.Творческие задания – стихи, сочинения «Путешествие с капелькой воды по зеленому растению», «Путешествие с молекулой кислорода по организму», «Путешествие по клетке», кроссворды, викторины, презентации.

Летние задания:

1. Составить электронный  гербарий (различных семейств покрытосеменных растений, виды сложных листьев у растений, виды жилкования листьев у растений и др.)
   2.Составление электронной  коллекций (коллекция бабочек, коллекция раковин брюхоногих или двустворчатых моллюсков и др.)

Самостоятельная деятельность:

Недостаток времени на уроках зачастую не позволяет в полной мере развить у учащихся творческие способности, наблюдательность и самостоятельность, приобрести трудовые умения и навыки. Поэтому основной акцент в своей деятельности я делаю на внеклассную работу. В процессе внеклассных занятий учащиеся развивают интеллектуальные, мыслительные способности, вырабатывают настойчивость и трудолюбие, углубляют знания о растениях и животных, развивают интерес к окружающей природе, учатся применять полученные знания на практике, у них формируется естественно – научное мировоззрение. 

Отметим актуальность вопроса организации самостоятельной учебно-исследовательской деятельности учащихся:

• Самостоятельная учебно-исследовательская деятельность обладает развивающем потенциалом и может выступать средством самореализации, самообразования, развития учащихся.
• Организация самостоятельной учебно-исследовательской деятельности предполагает создание условий для освоения учащимися не только фактологических знаний, но и способов познавательной деятельности, которые могут быть перенесены в будущую учебную и профессиональную деятельность.
• Самостоятельная учебно-исследовательская деятельность предполагает раскрытие и учет индивидуальных возможностей и особенностей учащегося, использование учебного и жизненного опыта ребенка.
• Самостоятельная учебно-исследовательская деятельность оказывает определенное влияние на интеллектуальную и на эмоционально – волевую сферу личности ребенка. Это проявляется в установлении психологически комфортных отношений между учителем и учеником, заинтересованности предметом., ценностном отношении к познанию, формировании личностных качеств – ответственности, трудолюбия и самостоятельности.

Исследовательская работа  на пришкольном участке:

Одним из достижений современной цивилизации является создание Всемирной информационной сети, без которой сейчас невозможно представить деятельность учителя и организацию научно-исследовательской работы с учащимися.

Мы сотрудничаем: вместе ставим цели и задачи, корректируем наблюдения,  отбираем факты, значимые в данной работе, формулируем гипотезу, составляем план для проведения наблюдения. Ученики работают с огромным объемом информации по теме (отбирают, анализируют и применяют в работе).

Ученик, выполнив проект и защитив его, учится:

• планировать работу;
• письменно и устно представлять результаты своей работы;
• защищать и отстаивать свою точку зрения;
• отвечать за результаты работы;
• оформлять работу и т.д.

Постоянно овладевая умениями и навыками рационального учебного труда, тренируя себя по вопросам и заданиям, наблюдениям и опытам с натуральными объектами, учащиеся самостоятельно приобретают знания, дополняя и углубляя.

Главным смыслом исследования в сфере образования есть то, что оно является учебным. Это означает, что его главной целью является развитие личности учащегося, а не получение объективно нового результата, как в «большой» науке. Если в науке главной целью является производство новых знаний, то в образовании цель исследовательской деятельности – в приобретении учащимися навыка исследования как универсального способа освоения действительности, развитии способности к исследовательскому типу мышления, активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе на основе приобретения новых знаний. Приобщение учащихся к исследовательской деятельности дает возможность осуществлять оперативный контроль промежуточных результатов деятельности учащихся, позволяет повысить темп урока, увеличив его педагогический эффект. К тому же учитель, используя исследовательский метод, освобождается от видов рутинной работы и может направить внимание на решение более сложных вопросов, требующих высокой квалификации и творческого мышления. Не следует также забывать и о таком положительном моменте, как увеличение доли самостоятельной работы учащихся, их большей увлеченности предметом. Работы, выполненные учащимися, готовят их к исследовательской деятельности на студенческой скамье.  

Для успешной организации исследовательской деятельности на уроке необходимо тщательно продумывать формы уроков. В своей работе я использую такие формы как урок-семинар, урок-защита идей, урок-ролевая игра, урок- конференция, урок- круглый стол и т. д. Для достижения поставленных целей урока и учета степени самостоятельности обучающихся использую следующие методы: репродуктивный, частично-поисковый, исследовательский. В процессе обучения биологии на лабораторных и практических занятиях использую: 1) исследование биологических объектов под микроскопом 2) исследование состава тел живой природы 3) исследование строения организма 4) наблюдения за живыми объектами 5) наблюдения за процессами жизнедеятельности организма 6) исследование надорганизменных уровней организации живой материи (вид и экосистема). Важно так организовать учебную работу, чтобы обучающиеся ненавязчиво усваивали процедуру исследования: можно сделать акцент на значимость ожидаемых результатов, предложить оригинальное или неожиданно сформулированное учебное задание. Важно обеспечить «видение» обучающимися более общей проблемы, нежели та, которая отражена в условии задания. В идеале, проблему должен сформулировать сам ученик, однако, на практике такое

При изучении механизмов функционирования и регулирования систем органов и организма в целом (раздел «Человек и его здоровье») широко привлекается биологический эксперимент как в виде лабораторных работ и самонаблюдений, так и в виде примеров из истории науки и данные современной науки. Из опыта работы приведу разные формы организации исследовательской деятельности обучающихся на уроках биологии в 8классе при выполнении лабораторных работ. Урок «Ткани и органы». Лабораторная работа «Изучение микроскопического строения тканей». Инструктивная карточка: 1. Рассмотрите с помощью светового микроскопа клетки из разных групп тканей (эпителиальную и мышечную). 2. Установите особенности строения клеток, их соединение и характер межклеточного вещества. 3. Форма отчета: А) Зарисуйте клетки, относящиеся к разным группам тканей. Б) Обозначьте органоиды, видимые в световой микроскоп. В) Опишите ткани организма человека по плану: ткань, особенности строения и соединения клеток. Г) Сделайте вывод: как особенности строения клеток ткани связаны с выполняемыми функциями. Урок «Строение и функции головного мозга» (приложение №1). Лабораторная работа «Определение безусловных рефлексов различных отделов мозга». В начале урока ставлю проблемный вопрос «Можно ли утверждать, что чем больше мозг, тем умнее человек?». Для ответа на данный вопрос предлагаю рассмотреть познавательные задания: 1) Вес мозга И.С.Тургенева – 2012 г, Анатоля Франса – 1017г, а у Луи Пастера, как показало вскрытие, после перенесенной болезни вообще не работала половина переднего мозга. Выскажите ваше мнение. 2) У слона самый большой мозг, но он не самое «умное» животное, так как важно соотношение веса мозга к весу тела. У слона оно невысокое, а у дельфина – выше, чем у человека. Но ведь человек держит рыбку, а дельфин за ней прыгает, а  не наоборот. Почему? Выскажите ваше мнение. Учащиеся приходят к выводу, что ответ кроется в строении мозга человека и важно знать функции разных отделов мозга. Лабораторную работу организую в парах: один ученик – испытуемый, другой – исследователь. Обучающиеся работают по инструктивной карточке, где указаны действия каждого из них (первая и вторая колонки таблицы). В ходе выполнения работы они заполняют графу «Что наблюдали?». Для того, чтобы сделать вывод иответить на вопрос «Какой отдел ЦНС действовал?», учащиеся должны изучить материал параграфа. В заключение урока подводим итоги работы. Урок « Кровь, ее состав. Клеточные элементы крови». Лабораторная работа «Изучение микроскопического строения крови». Лабораторная работа может проводиться в трех вариантах: иллюстративном, частично-поисковом и исследовательском.

Иллюстративная лабораторная работа

Инструктивная карточка №1

 Рассмотрите микропрепараты крови лягушки и человека, найдите доказательства того, что кровь человека в единицу времени единицей объема переносит кислорода больше, чем кровь лягушки (увеличение общей поверхности эритроцитов и относительного содержания гемоглобина). 2. Сравните эритроциты лягушки и человека. По каким признакам можно судить об увеличении поверхности эритроцитов, а по каким – об увеличении относительного содержания гемоглобина в эритроцитах. 3. Запишите вывод: Кровь человека в единицу времени единицей объема переносит кислорода больше, чем кровь лягушки, так как: 1) увеличивается общая поверхность эритроцитов вследствие…, 2) увеличивается относительное содержание гемоглобина вследствие

Частично-поисковая лабораторная работа

 Инструктивная карточка 1.

Рассмотрите микропрепараты крови лягушки и человека. 2. Сравните эритроциты лягушки и человека, обратив внимание на размеры эритроцитов, наличие или отсутствие ядра. 3) Сделайте вывод: чья кровь в единицу времени единицей объема переносит больше кислорода и почему? Исследовательская лабораторная работа Инструктивная карточка 1) Исследуйте микроскопическое строение крови лягушки и человека, сравнив их эритроциты. 2) Найдите и проанализируйте факты, доказывающие, что чья-то кровь переносит в единицу времени единицей объема больше кислорода. 3) Сделайте вывод: за основу можете взять рабочую гипотезу: «Перенос кислорода будет зависеть от…, значит необходимо найти доказательства наличия этих причин»

Урок «Регуляция дыхания»

Лабораторная работа «Определение частоты дыхания».

 Инструктивная карточка 1) Пронаблюдайте за движениями своей грудной клетки.2) Сосчитайте, сколько дыхательных движений вы делаете в течение 1 минуты сидя, после 10 приседаний. 3) Объясните разницу полученных данных и запишите вывод. 4) Решите следующие биологические задачи: А) Сколько воздуха проходит через легкие человека при спокойном дыхании в 1 минуту, в 1 час, в сутки (вдох – 500мл воздуха, частота дыхания – 18 раз в минуту). Б) Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится 20% кислорода, определите, сколько кислорода человек пропускает через легкие в сутки при спокойном дыхании.

Урок «Пищеварение в ротовой полости» Лабораторная работа «Действие слюны на крахмал» В начале работы определяем цель эксперимента: доказать, что ферменты слюны расщепляют крахмал и выдвигаем рабочую гипотезу. Затем знакомимся с оборудованием: накрахмаленные картофельным крахмалом салфетки, спички, вата или ватные палочки, йодная вода, химические стаканы или чашки Петри. В ходе организационной беседы планируем эксперимент с использованием логической конструкции: «если, то…» «Если ферменты слюны расщепляют крахмал, то после действия слюны мы не обнаружим крахмал с помощью качественной реакции (йодной воды). То есть если после обработки слюной накрахмаленной салфетки поместить ее в раствор йода, то салфетка не посинеет. Как доказать, что именно слюна, а не вода расщепляет крахмал? Ребята приходят к выводу, что надо провести такой же опыт, но вместо слюны взять воду. Таким образом, для проведения эксперимента нам необходимо взять две накрахмаленные салфетки и на одну нанести простой рисунок слюной (эксперимент), а на другую водой (контроль). И если наше предположение верно, то на салфетке проявиться белый рисунок. Далее работа проводится фронтально по инструктивной карточке

Урок «Пищеварение в желудке». Лабораторная работа «Воздействие желудочного сока на белки». Инструктивная карточка 1. Налейте в пробирку 3-4 мл желудочного сока (соляная кислота). 2. Добавьте хлопья белка. 3. Подержите на водяной бане при температуре 38-39 градусов полчаса. 4. Запишите вывод: за основу можете взять рабочую гипотезу: «Если в желудке происходит расщепление белков до аминокислот, то необходимо выяснить условия действия ферментов желудочного сока». Таким образом, на уроках биологии исследовательская работа может быть организована в процессе выполнения учащимися лабораторных и практических работ. Ряд исследований под руководством учителя учащиеся могут провести вне урока, а результаты сообщить и продемонстрировать на уроке (например, выработка условных рефлексов у аквариумных рыбок, изучение двигательнойактивности некоторых позвоночных животных – 7 класс). Написание учащимися рефератов – также исследовательская работа, если в ней есть практическая часть с результатами. Например, в 11 классе при подготовке рефератов по теме «Антропогенные факторы и их воздействие на биосферу» предлагаю учащимся карточки-задания для проведения экологических исследований

Карточка №1 Тема «Загрязнение воздуха выхлопными газами автотранспорта» Цель: определить количество выхлопных газов, поступающих в атмосферу от автомашин. Задания для исследования 1. Выберите определенный участок автодороги, расположенный вблизи школы или дома. 2. Подсчитайте, сколько проехало по автодороге за 1 час легковых, грузовых машин, автобусов, использующих дизельное топливо. 3. Используя данные таблицы 1, определите, какое количество выхлопных газов в среднем поступает в атмосферу за 1 час (за сутки) на этом участке дороги

Таблица 1

Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу одним автомобилем в течение суток (в граммах)

Химические соединения Грузовики Легковые Автобусы

СО                                       502,2             225, 8        227,9

NO                                         2 70,4           43,8          17,7

С                                           19,3                  -                3

SO                                          2 4,5               -                 0,7

Рb                                           0,2                0,27             0,08

4. Сделайте выводы

Карточка №2

Тема «Анализ состояния почвы дачного участка» Цель: научиться определять кислотность почвы. Оборудование: две пробирки, индикаторная бумага, раствор хлорида калия.Задания для исследования 1. Возьмите 2-3 грамма почвы с вашего приусадебного или дачного участка. Приготовьте почвенную вытяжку, поместив почву в пробирку и добавив 10 мл раствора хлорида калия. Когда содержимое пробирки отстоится, возьмите полоску индикаторной бумаги и опустите её в почвенную вытяжку. Через 2 сек достаньте индикаторную бумагу, сверьте её цвет с эталоном шкалы рН (табл. 3) и определите тип почвы. Таблица 3 Шкала для определения кислотности почвы

Высокая кислотность  рН 1-2  

Умеренная кислотность   рН 3-4  

Слабая кислотность рН 5-6

 Нейтральная среда  рН 7

Щелочная среда  рН 8

2. Сделайте выводы о необходимости известкования почвы вашего дачного участка путем внесения известняка и золы. 3. Выясните, применяют ли ваши родители удобрения и ядохимикаты при выращивании растений на дачном участке. Какие правила использования химикатов вы знаете?

Карточка №3 Тема «Выявление парникового эффекта» Цель: построить модель, демонстрирующую парниковый эффект. Оборудование: прозрачная емкость с крышкой, термометр, пластмассовая ложка, электрическая лампа, вода, почва. Задания для исследования 1. Возьмите прозрачную емкость, пластмассовую коробку или стеклянную банку и поместите на дно темный грунт, например почву, слоем 2-3 см. Грунт увлажните. Вертикально поместите термометр в емкость. Накройте емкость крышкой или стеклом и на высоте 20-30 см установите лампу. 2. Не включая лампу, запишите температуру, установившуюся внутри емкости. Оставив крышку на сосуде, включите лампу и записывайте температуру каждую минуту в течение 20 минут. Почему температура увеличивается? Сравните этот процесс с парниковым эффектом на Земле. 3. Как повлияет существенное повышение средней температуры нашей планеты на очертание материков? Предложите возможные пути решения проблемы «парникового эффекта». Исследовательский метод я использую также при работе с учебной и дополнительной литературой, осуществляя анализ текста. Например, в 11 классе (профильный уровень) урок «Первые русские эволюционисты» провожу в форме урока-семинара (приложение №2). Для этого класс делится на четыре группы по 3-4 человека в группе. Каждой группе предлагается один текст о русском ученом, внесшем вклад в развитие эволюционной теории, а также лист исследования. В течение 20 минут учащиеся внимательно изучают тестовый материал и заполняют соответствующую графу в таблице, подготавливают небольшое сообщение о том, что узнали. Затем представители группы рассказывают о том, что узнали. В итоге знания каждого становятся знаниями всех. В конце урока провожу тестирование, чтобы оценить знания каждого ученика. Исследовательская учебно-познавательная деятельность школьника обладает большим потенциалом для формирования у них опыта творческой деятельности, поскольку предполагает не только усвоение действий, выполняемых по образцу, но и самостоятельный поиск и создание нового субъективно значимого знания. Такой опыт формируется на основе личностно-ориентированного подхода в обучении, одним из путей реализации которого, является применение в обучении метода проектов. Метод проектов представляет собой гибкую модель организации учебного процесса, ориентированную на творческую самореализацию личности обучающегося путём развития его интеллектуальных и физических возможностей, волевых качеств и творческих способностей в процессе создания (под контролем учителя) образовательного продукта, обладающего объективной или субъективной новизной и имеющего практическую значимость. Любой проект ориентирован на решение конкретной проблемы и рассчитан на определённого потребителя. Основные требования к организации проекта:  проект создается по инициативе учащихся и должен быть значимым для них и для их ближайшего окружения;  решаемая с помощью проекта проблема и предполагаемые результаты должны иметь практическое (возможно, и научное) значение;  работа учащихся над проектом является самостоятельной и носит исследовательский характер;  проект планируется и разрабатывается заранее, исходя из конкретных целей и задач, допускаются изменения в процессе его осуществления. Метод проектов позволяет создать условия, при которых школьники, с одной стороны, могут самостоятельно осваивать новые знания и способы действия, а с другой – применять на практике ранее приобретённые знания и умения. Это позволяет делать упор на творческое развитие личности. «Проектное обучение – полезная альтернатива классно-урочной системы, но оно отнюдь не должно вытеснять ее», - считает В. В. Гузеев (3). Учебный проект предполагает коллективную форму деятельности. Одна из его основных задач – осуществление межпредметных связей и создание некоторого образовательного продукта в процессе взаимодействия учащихся друг с другом и с учителем. Составление перечня вопросов, определение задач, работы, выбор методов изучения обозначенной проблемы и способа презентации проекта, распределение ролей и обязанностей между его участниками - всё это осуществляется в процессе коллективного обсуждения. При этом учитель выступает в обсуждении и принятии решений в качестве старшего товарища. С обучающей деятельности учителя акцент переносится на познавательную деятельность ученика: первый задаёт “пространство” возможных целей и путей их достижения, из которых второй выбирает те, что наиболее соответствуют его индивидуальности. Таким образом, создаются условия для непрерывного самообразования, интеллектуального и творческого развития обучающихся. Деятельность ученика организуется не только как удовлетворение познавательной потребности, но и целого ряда потребностей развития личности ученика: самоутверждение, самовыражение, самоопределение, самоактуализация. Ученик себя адаптирует к социуму, проходит первые социальные пробы, то есть осуществляет самосовершенствование. В своей практике использую последовательность работы над проектом, включающей несколько этапов: подготовка, планирование, исследование  формулирование результатов и выводов, защита проекта, оценка результатов и процесса проектной деятельности. Например, в 8 классе тема «Дыхание» завершается уроком «Заболевания органов дыхания, их предупреждение». В ходе урока обучающиеся вовлекаются в исследовательский проект «Изучение функциональных возможностей дыхательной системы у курильщиков и некурящих подростков» (приложение №3). Для этого выдвигается рабочая гипотеза: «Влияет ли курение на работу дыхательной системы у подростков?» и изучается методика проведения исследования (рекомендации СЮН). В исследовании участвуют два подростка: один – курящий, другой – нет. На уроке анализируем полученные данные, а оформлением проекта занимается творческая группа учащихся во внеурочное время. К научно – исследовательской работе школьники приобщаются постепенно. В 8-9 классах ребята выступают с небольшими сообщениями по результатам наблюдений, лабораторных работ. В профильных 10-11 классах, приобретя опыт исследовательской работы, обладая достаточным багажом теоретических знаний, старшеклассники выполняют более серьезные исследовательские работы.

      Опыт исследовательской деятельности – необходимый компонент подготовки школьников к решению многообразных учебных, впоследствии – жизненных задач, в том числе и выбора будущей профессии.

Лабораторная работа №1 "Изучение морфологического критерия вида"

Цель:

1. Научиться выявлять морфологические признаки растения;
2. Научиться сравнивать морфологические признаки растений разных видов;
3. Обосновать значение признаков растений для изучения понятия морфологического критерия вида.

Оборудование: гербарий растений разных видов – клевер белый, клевер розовый, клевер красный, клевер пашенный, лапчатка серебристая, лапчатка прямостоячая, зверобой продырявленный, зверобой, полынь горькая, полынь обыкновенная, боярышник колючий, боярышник кроваво-красный и др.

Ход работы:

1. Рассмотрите растения двух видов одного рода, охарактеризуйте особенности внешнего строения основных органов растения (корень, стебель, листья, цветки, плоды, семена).

2. Дайте морфологическую характеристику изучаемых видов.

3. Результаты исследований занесите в таблицу:

4. На основе анализа своей работы ответьте на вопросы:

– Почему возможны ошибки при установлении видовой принадлежности только по одному из критериев, например морфологическому?
– Существуют ли трудности в определении вида растения, найденного в природе?
– Для всех ли видов организмов характерен морфологический критерий? Ответ обоснуйте.

5. Сделайте вывод.

Конспект открытого урока

в 6 классе на тему « Фотосинтез или величайшая тайна зеленого растения» с использованием новых образовательных технологий,  учителя биологии ГБОУ СОШ №8 «ОЦ» г. Новокуйбышевска  Поповой Ольги Ивановны (высшей категории, победителя нацпроекта «Образование» 2008г.)

Тема: Фотосинтез или величайшая тайна зеленого растения

Цель: изучить сущность процесса фотосинтеза, показать его важность для жизни на Земле.

Задачи:

1.Выявить приспособления растений к процессу фотосинтеза и необходимые условия для его протекания, научиться определять продукты фотосинтеза, выяснить значимость фотосинтеза для жизни на Земле.

2.Продолжить формирование экспериментальных умений учащихся, навыков наблюдения, прогнозирования, умения делать выводы и объяснять результаты своих наблюдений.

3.Воспитывать уважение к труду других людей, культуру учебного труда, чувство патриотизма на примере трудов К.Тимирязева, развивать познавательный интерес к предмету.

Оборудование: табл. «Строение растительной клетки» и «Строение хлоропласта»; компьютер, проектор, экран, живые экземпляры растений, спирт, соляная кислота, пипетки, покровные стекла, иглы, ножницы, микроскоп, вода, йод, пробирки, ацетат свинца, фильтровальная бумага, пинцет, ступка с пестиком,

Ход урока

1.Орг.момент(постановка цели и задач урока)

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно – он решит, что вы над ним смеётесь». – писал К.Тимирязев.

Как вы думаете, что он имел в виду?

Голландский естествоиспытатель Ян Баптист Ван-Гельмонт не только занимался врачебной практикой, но и экспериментировал с растениями. Он решил узнать, как питается растение.

«Как лишенное рта растение питается? Как поступают в его организм питательные вещества?»

Сегодня на уроке мы должны ответить на следующий вопрос: Можно ли считать фотосинтез гениальным изобретением природы?

Нам следует решить ряд ситуационных задач.

• В чем сущность процесса фотосинтеза.
• Какие приспособления имеют растения для протекания данного процесса?
• Можно ли управлять процессом фотосинтеза?
• Может ли человек извлечь пользу для себя из данного процесса?
• Могут ли растения питаться другими способами?
• Могут ли животные питаться с помощью фотосинтеза?
• Какова роль фотосинтеза для жизни на Земле?

Работаем в группах. Каждой группе выдается кейс. Каждая группа получает свою задачу для решения.

кейс №1. Какие приспособления имеют растения для фотосинтеза?

Ответы учащихся

1. Лабораторная работа. Рассмотреть внешнее строение листьев нескольких комнатных растений.

Вывод: Растения имеют плоскую листовую пластинку, черешок для прикрепления листа к побегу, в основном имеют зеленую окраску.

2. Опыт. Рассмотреть положение листьев комнатного растения по направлению к окну. Развернуть растение в противоположную сторону.

Наблюдение. Через два дня листья растения были вновь направлены в строну окна.

Вывод: Черешок служит для поворачивания листовой пластинки к свету.

Лабораторная работа. Рассмотреть порядок расположения листьев на нескольких комнатных растениях.

Наблюдение. Растения имеют большое количество листьев, расположенных на побеге мозаично, не затеняя друг друга.

Вывод: Листья растения располагаются таким образом, чтобы как можно больше света попадало на листовые пластинки.

3.Лабораторная работа. Приготовить и рассмотреть под микроскопом микропрепарат кожицы листа лука, амариллиса и др.

Вывод: Плотное расположение клеток кожицы листа предохраняет лист от механических повреждений, прозрачные, неокрашенные клетки способствуют проникновению света, а наличие устьиц обеспечивает газообмен.

4.Лабораторная работа. Рассмотреть под микроскопом микропрепарат листа камелии.

Вывод: Клетки мякоти листа ярко – зеленые, т. к. содержат зеленые пластиды – хлоропласты; расположены рыхло, между ними есть пространства, заполненные воздухом.

5.Опыт. Измельчить листья зеленого растения, поместить в колбу, влить спирт и осторожно нагреть на спиртовке.

Наблюдение. Спирт окрасился в изумрудно –зеленый цвет.

Вывод: Листья растений содержат пигмент хлорофилл, который придает

зеленый цвет растениям.

Предположение: окраска хлорофилла

определяется наличием в нем атома магния

Опыт. В пробирку с вытяжкой хлорофилла добавим несколько капель соляной кислоты – атом водорода заместит атом магния и окраска измениться на оливково – бурую.
В ту же пробирку добавим небольшое количество ацетата меди и подогреем содержимое на спиртовке – атом водорода заместится на атом меди и окраска вновь станет зеленой.

Вывод: Зеленая окраска хлорофилла определяется наличием в нем атома металла, вне зависимости от того, будет ли это магний или другой металл.

6.Опыт. С обильно политого растения пестролистной герани или бегонии, стоящей на свету срезают листочек, 

опускают в кипящую воду, а затем в стакан с горячим спиртом для обесцвечивания. Обесцвеченный лист обливают раствором йода.

Наблюдение. Не весь лист окрасился в синий цвет.

Вывод: Только зеленые пластиды принимают участие в процессе фотосинтеза.

Какие приспособления имеют растения для фотосинтеза?

Выводы:

множество листьев с плоской поверхностью;

черешок для поворачивания листьев к свету;

мозаичное расположение листьев;

прозрачные, неокрашенные клетки кожицы листа для проникновения света;

устьица, обеспечивающие газообмен;

особые пластиды хлоропласты, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, способный улавливать солнечный свет.

Как, в каком направлении шла эволюция растений?

В сторону образования черешковых листьев, зеленой окраски, улавливающих самый короткий спектр света.

Кейс №2. Какие условия необходимы для фотосинтеза?

Ответы учащихся:

1. Опыт. Два растения герани обильно поливают, одно из них ставят в темное место, а другое оставляют на свету. Через трое суток срезают по одному листочку с каждого растения, опускают в кипящую воду, а затем в стакан с горячим спиртом для обесцвечивания. Обесцвеченные листья и дольку картофеля обливают раствором йода.

Наблюдение. Лист с растения из темного места остался светлым, а другой и долька картофеля окрасились в синий цвет.

Вывод: При помощи солнечного света в клетках растений образуется крахмал.

2. Опыт. Одно из растений герани обильно поливают, а другое оставляют сухим, оставляют оба растения на свету. Через трое суток срезают по одному листочку с каждого растения, опускают в кипящую воду, а затем в стакан с 

горячим спиртом для обесцвечивания. Обесцвеченные листья и дольку картофеля обливают раствором йода.

Наблюдение. Листья политого растения имеют более интенсивную синюю окраску.

Вывод: Вода необходима для образования крахмала и выделения кислорода.

Опыт. В две банки из светлого стекла помещают по 5-6 веточек герани, доливают немного воды, затем опускают зажженные свечи укрепленные на проволоке и закрывают. Когда свечи погаснут, их вынимают. Одну банку ставят на свет, а другую в темное место. На следующий день банки открывают и вносят зажженные свечи.

Наблюдение. В банке, стоящей на свету свеча горит, а в другой гаснет.

Вывод: растения на свету в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

Какие условия необходимы для фотосинтеза?

Выводы:

Углекислый газ, вода, солнечный свет.

Кейс №3. Какие продукты образуются в процессе фотосинтеза?

Ответы учащихся: крахмал и кислород.

Кейс №4 В чем же сущность процесса фотосинтеза?

Организация фотосинтетического аппарата листа. Активность первичных реакций фотосинтеза и их регулирование.

По современным представлениям процесс фотосинтеза включает следующие этапы: фотофизический, фотохимический (световой) и ферментативный (темновой).

Фотофизический этап фотосинтеза. Первоначальный акт фотосинтеза у всех фото синтезирующих организмов связан с поглощением квантов (фотонов) света. Свет имеет двойственную, корпускулярную и волновую природу, т.е. он представляет поток частиц с разной энергией (фотонов) и электромагнитных волн. У высших растений в поглощении света участвуют три группы пигментов — хлорофилл а и b и каротиноиды. Полагают, что хлорофилл включается в общую последовательность фотосинтетических реакций в двух участках и что в действительности существует две фотосистемы (ФС I и ФС II).

Фотохимический (световой) этап фотосинтеза.

Так как весь кислород фотосинтеза выделяется из воды, общее уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:

Фотосинтез представляет собой окислительно-восстановительный процесс, в котором вода окисляется до О2 ,а углекислый газ восстанавливается до углеводов.

Сущность происходящих реакций фотосинтеза на свету была выяснена в 50-х годах американским физиологом и биохимиком растений Д.И. Арноном. Им было высказано предположение о том, что в процессе фотосинтеза происходит не фотолиз воды (разрыв молекулы Н-О-Н на два радикала Η и ОН), требующий большого количества энергии (110 ккал/моль), а фотоокисление, т.е. мобилизация электрона. В других опытах, проведенных в лаборатории Д.И. Арнона, было показано, что выделенные из листьев шпината хлоропласты под действием света способны восстанавливать НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный) и фосфорилировать АДФ (аденозиндифосфат). Эти процессы протекают в тилакоидах хлоропластов. Полученный из стромы хлоропластов гомогенат, лишенный мембран, ассимилировал СО2, если в реакционной среде присутствовали НАДФ.Η (никотинамидадениндинук-леотидфосфат восстановленный) и АТФ (аденозинтрифосфат):

В этих опытах было открыто явление фотофосфорилирования и показано, что НАДФ.Н и АТФ — конечные продукты световой фазы фотосинтеза, а также установлено протекание световой фазы в тилакоидах хлоропласта, а темновой — в его строме.

Различают циклическое и нециклическое фотофосфорилирование, соответственно двум типам потока электронов. При циклическом потоке электроны, переданные от молекулы хлорофилла первичному акцептору, возвращаются к ней обратно, а при нециклическом — происходит фотоокисление воды и передача электрона от воды к НАДФ. Энергия, выделяемая в ходе этой окислительно-восстановительной реакции, частично используется на синтез АТФ. 

Оба типа фотофосфорилирования принято включать в световую фазу фотосинтеза, однако свет необходим только на первых этапах этих процессов (перенос электрона по цепи переносчиков может происходить в темноте). В зависимости от состояния хлоропластов расположение и набор переносчиков в электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) могут меняться (Якушкина, 1993).

Ферментативный (темповой) этап фотосинтеза. Сущность темновых реакций процесса фотосинтеза была раскрыта в исследованиях М. Кальвина. Он установил, что в присутствии СО2 рибулезодифосфат (РДФ) в темноте используется для образования фосфоглицериновой кислоты (ФГК), дальнейшее превращение которой требует света. На основании полученных данных предложена следующая схема процесса фотосинтеза:

На схеме видно, что РДФ является акцептором, который присоединяет CO2 с образованием фосфоглицериновой кислоты. В отсутствие света РДФ быстро используется, при этом накапливается определенное количество ФГК. На свету при участии продуктов световой фазы ФГК восстанавливается до фосфоглицеринового альдегида (ФГА). Частично ФГА путем ряда превращений используется на регенерацию акцептора (РДФ). Для регенерации РДФ также используете АТФ, образующаяся на световой фазе, что обеспечивает поддержание количества РДФ на свету на постоянном уровне. Таким образом, в каждом цикле принимают участие 3 молекулы РДФ и образуется 6 молекул триозы (ФГА). Из них 5 молекул ФГА идет на регенерацию акцептора через ряд промежуточных продуктов, обозначенных на схеме А, Б, В. Как показано на схеме, каждая 6-я молекула ФГА выходит из цикла и используется для построения углеводов.

Следовательно, темновые реакции фотосинтеза представляют разветвленный цикл, включающий три взаимосвязанные фазы: карбоксилирование — превращение рибулезофосфата в рибулезодифосфат, являющийся акцептором СО , и образование двух молекул ФГК; восстановление ФГК в ФГА и регенерация РДФ. Экспериментально установлено, что характер превращений ФГК зависит от специфических особенностей обмена веществ отдельных видов растений, условий их корневого питания, интенсивности света и его спектрального состава и т.п. (Рубин, 1979).

Кейс №5 Можно ли управлять процессом фотосинтеза?

Домашний отложенный эксперимент.

1.Условия минерального питания

Опыт: В один ящик с богато удобренной почвой , а в другой с обедненной почвой высадим рассаду томатов и оставим на две недели. В течение этого срока будем поливать первый ящик обильно, а второй как обычно.

Наблюдение: Во втором ящике у томатов листовая пластинка уже и бледнее.

Вывод: Для ускорения процесса фотосинтеза необходимо хорошее минеральное питание и достаточная влажность

2. Опыт: Одно из растений томатов оставить в классе на подоконнике, а другое, внешне одинаковое, поместить под полиэтиленовый колпак и оставить на две недели. В течение этого времени периодически сжигать опилки под колпаком для увеличения концентрации СО2.

Наблюдение: Томаты, растущие под колпаком развиваются лучше.

Вывод: Для увеличения продуктивности растений в теплицах необходимо повышенное содержание углекислого газа.

Для решения этой проблемы на открытых полях—активизация деятельности почвенных микроорганизмов путем внесения органических удобрений.

 3.Оптимизация посадки

Опыт: В один ящик высадим рассаду томатов густо, а в другой на оптимальном расстоянии и оставим на две недели.

Наблюдение: Во втором ящике растения развиваются лучше.

Вывод: Необходимо высаживать растения на оптимальном расстоянии для лучшего обеспечения солнечным светом.

Солнечный свет—состоит из нескольких волн, окрашенных в цвета радуги. Ученые провели исследование и выяснили в каких лучах спектра фотосинтез идет интенсивнее:

 Вывод: В процессе эволюции растения приспособились к поглощению именно тех лучей солнечного спектра, энергия которых наиболее полно используется в ходе фотосинтеза.

Кейс №6 Какое значение имеет фотосинтез для Земли?

Нам всегда говорят, что зеленые растения очищают воздух. Но так ли это? Интересно, что различные породы деревьев способны поглощать различное количество углекислого газа:

 Зная это, можно выбирать растения для озеленения городов. А что же с выделением кислорода? Ученые подсчитали: 1 га кукурузных посевов выделяет в год 15 тонн кислорода, что достаточно для дыхания 30 человек, а дерево средней величины обеспечивает трех человек. Однако , не следует забывать, что дыхание, процесс, обратный фотосинтезу. Таким образом, сколько кислорода выделилось при фотосинтезе, столько же его израсходовалось при дыхании. Кроме того, кислород расходуется и животными для дыхания, при горении и гниении. Оказывается ,основное возмещение кислорода происходит за счет деятельности фитопланктона, так как в глубоких водоемах отмершие 

организмы оседают глубоко на дно и разлагаются там без доступа кислорода. Поэтому, в водоемах доля кислорода значительно больше, чем в атмосфере.

Сегодня много говорят и пишут о абиогенном происхождении кислорода атмосферы, исключающим участие живых организмов в этом процессе. Рассмотрим долю различных источников поступления кислорода в атмосферу Земли.

Известно, что кислород выделяется в атмосферу в процессе фотосинтеза. Но где же первые растения брали кислород для дыхания?

Оказывается, еще в очень древних геологических слоях Земли обнаружены сине -зеленые водоросли(сейчас их чаще называют цианобатериями) , которые не обладали способностью дышать, а механизм распада органических веществ у них напоминал процесс брожения. Таким образом, сине-зеленые водоросли имея способность к фотосинтезу и не используя кислород для дыхания, явились его накопителями. Накопление кислорода на нашей планете стало мощным стимулом для появления принципиально новых организмов, способных существовать в различных условиях.

Могут ли растения питаться другим способом?

медиарассказ о растениях- хищниках.

Итоги урока:

1.Назовите приспособления растений к процессу фотосинтеза.

2.Укажите условия, необходимые для процесса фотосинтеза.

3.Назовите продукты фотосинтеза.

4.В чем заключается сущность процесса фотосинтеза?

5.Каково значение процесса фотосинтеза для Земли?

Необходимо составить каждой группе синквейн по итогам урока.

Рефлексия: О фотосинтезе можно говорить не только на уроках биологии и химии. Если по-настоящему любить природу, можно описать этот процесс красивым литературным языком. Послушайте выдержку из работы К.А. Тимирязева (предложить учащимся закрыть глаза и мысленно нарисовать картинку к тексту).

Когда-то, где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервные клетки. Этот луч Солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу. К. Тимирязев.

Домашнее задание:

По выбору:

1.Составить вопросы теста

2.Изготовить кластер по данной теме.

3.Составить кроссворд

Список использованной литературы

1. В.Б.Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. Общая биология 10-11 кл. – М.: «Дрофа» 2008

2. Н.В. Чебышев . Биология.Пособие для поступающих в ВУЗы - М.: «Новая волна». 2010.

3.Л.А. Николаев . Химия жизни. – М.: «Просвещение» 1973.

4.В.И. Артамонов. Занимательная физиология растений. – М.: «Агропромиздат» 1991.

Разработка инструментария формирования естественнонаучной грамотности обучающихся ___5__ класса по биологии

Разработайте задание для школьников, направленное  на развитие способности научно обосновывать явления, применять методы естественнонаучного исследования или задание, направленное на развитие методологических знаний обучающихся.

Текст задания: Саша решил завести  сибирского бурундучка. Но прежде чем пойти в зоомагазин,  он сначала узнал в каких условиях обитает сибирский бурундучок в экосистемах, что он ест, каковы его размеры, как размножается. Саша хотел , чтобы бурундучок  чувствовал себя хорошо. Он обратился к своему товарищу за советом, у которого уже жил бурундучок.

Товарищ Саши рассказал, что Сибирский бурундучок –это зверек мельче белки, с пушистым рыжевато-серым мехом и пятью полосами вдоль спины. Уши у него не большие, без кисточек, хорошо развиты защечные мешки которые открываются в уголках рта. В них бурундук переносит кедровые орешки, семена и зерна в кладовую камеру своей норы. Весной у самки появляются 4-5 голых слепых детеныша, которых они кормят молоком. К осени  молодые бурундуки становятся взрослыми и самостоятельными и каждый строит свои норы. Поэтому им нужна большая клетка.

Задание №1

В каких  трех предложениях текста описываются признаки, на основе которых можно сделать вывод о том,  что сибирского бурундучка относят к группе млекопитающих? Запишите  номера выбранных предложений.(ответ:2,3,4)

Ответ:___________

Задание №2

Сделайте описание бурундучка  по следующему плану:

А) Каков бурундук по размеру?

Ответ:_________________________________________

Б) Чем бурундук питается?

Ответ:_________________________________________

В)В чем бурундук переносит еду?

______________________________________________

Г)Когда у бурундука появляются детеныши?

Работу выполнил:___Попова  Ольга Ивановна______________________