Методика використання історії досліджень фітогормонів у позаурочному вивченні біології в старшій школі

Науковий керівник - доктор історичних наук, професор Дефорж Г.В.

Анотація

У статті розкривається інформація про практичне використання історичного досвіду досліджень фітогормонів на основі дослідів Ч. Дарвіна та П. Бойсен-Єнсена з власною модифікацією дослідів для учнів у формі позакласного навчально-дослідного проекту.

Ключові слова: фітогормони, навчально-дослідний проект, щоденник дослідника, позаурочна діяльність учнів.

Постановка проблеми. На сучасному етапі розвитку суспільства та школи, для вчителя біології поставлено відносно нове завдання - сформувати в учнів цілісну біологічну картину світу, а не просто навчити різним розділам біології. Проте розглядаючи всю шкільну освіту з біології від її самого початку до завершення (з 6 по 11 класи) можна помітити, що сформувати цілісну біологічну картину світу вчителю не вдається в повній мірі.

Так, біологія рослинних організмів вивчається учнями в 6 класі, але зміст матеріалу який подається учням більше звернений на морфологію, анатомію та різноманітність рослин, а інформація щодо фізіології рослин відсутня. Такий розподіл інформації, щодо вивчення рослинних організмів є правильним, враховуючи вікові особливості учнів 6 класу, адже вивчення фізіології рослин вимагає знань органічної хімії, яка починає вивчатись аж в 9 класі та продовжує вивчатись в 10 та інших спряжених з ботанікою наук. Але для формування цілісної біологічної картини світу учням необхідні знання з фізіології рослин: про механізми росту рослин, про реагування на різні подразники, адаптивні можливості рослин.

Можливість часткового ознайомлення учнів з фізіологією рослин їм надається в 11 класі, під час вивчення біології і екології усіх живих організмі в поєднанні з їх середовищем життя. Все вивчення фізіології рослин покладено суто на розгляд вчителя, адже в програмі для учнів 11 класу є вимога до знань учнів в області екології рослин та їх будови, а фізіологія рослин може розкриватися вчителем у конкретних прикладах під час вивчення тої чи іншої теми, а підбір прикладів покладено на розгляд вчителя. Тому є необхідність розширювати знання учнів щодо фізіології рослинних організмів за рахунок позаурочного вивчення біології в старшій школі.

Аналіз досліджень та публікацій. В основу створення методики лягли дані досліджень відомих вчених фізіологів рослин, англійського вченого Ч.Р. Дарвіна, як одного з перших вчених, який досліджував це питання та датського вченого П. Бойсен - Єнсена в області дослідження явища фототропізму рослин, а саме біохімічної частини регуляції цього процесу. Явище фототропізму показує, яким чином рослинний організм орієнтується в просторі, щодо напрямку освітлення. Не менш важливими є педагогічні дослідження проектної діяльності учнів, О.О. Пєтухова та О. Є. Рибнікова, щодо впливу проектів на мотивацію вивчення навчальних предметів.

Мета статті - Продемонструвати методику поглиблення знань та практичних умінь старшокласників в області фізіології фітогормонів рослин, під час позаурочного вивчення біології.

Виклад основного матеріалу. Формуючи методику практичного дослідження фітогормонів рослин для учнів 11 класу, важливо розуміти, на якому рівні знань даної теми знаходяться учні. Враховуючи особливості шкільної освіти, учні володіють невеликою кількістю знань про гормони рослин та й фізіологію рослин взагалі. В цьому аспекті учні старшої школи за рівнем знань вчення про фітогормони, схожі на перших вчених, які досліджували фітогормони. В такому випадку, можна використати та модифікувати на сучасний погляд ті експерименти перших дослідників фітогормонів, які були початком відкриття всіх даних про ці регулятивні речовини рослин. фітогормон позакласний дослідний

Першим з вчених, якому успішно вдалось виявити природу явища, в основі якого лежать фітогормони був Чарльз Роберт Дарвін. У 1880 році Чарльз Дарвін в книзі "Про здатності рослин до руху" описав досліди по вивченню згинання проростків злаків у напрямку до світла. Було встановлено, що світло сприймається тільки самою верхівкою колеоптиля (спеціалізований орган проростаючої насінини злаків), тоді як вигин відбувається в нижчележачій зоні, яка сама по собі нечутлива до світла. Дарвін припустив, що в рослині існує якийсь хімічний стимул (фітогормон), який переміщується з верхівки до ефекторної (чутливої) зони, викликаючи в ній характерний вигин рослини.

Завдяки дослідам, Дарвін встановив, що, якщо світити на проросток злаку з одного боку, він згинається до світла. Однак якщо на верхівку проростка надіти непроникний для світла ковпачок і після цього поставити в умови одностороннього освітлення, вигину не відбувається. Таким чином, органом, що сприймає однобічне освітлення - є верхівка рослини [1].

Ідеї Ч. Дарвіна отримали розвиток лише через 50 років в роботах данського дослідника І. Бойсен- Єнсена. Досліди І. Бойсен-Єнсена привели його до висновку, що в верхівці проростків злаків виробляється особлива речовина, яка пересуваючись до нижче лежачих клітин, регулює їх зростання в фазі розтягування. Оскільки ця речовина виробляється в одній частині рослини, а викликає фізіологічний ефект в інший, вона була віднесена до ростових речовин рослини. Саме на основі висновків обох вчених та їх дослідах буде побудовано шкільний дослід [2].

Враховуючи сучасний рівень доступу до інформації та рівень освіти суспільства, досліди Дарвіна і Бойсен-Єнсена було модифіковано в сучасній вигляд, дещо змінено обладнання і в результаті сам дослід набув такого вигляду:

Суть експерименту полягає в встановлені дії регулюючих речовин на ріст та розвиток рослини за умови одностороннього освітлення.

У якості дослідних рослин виступають насіння Пшениці твердої (Triticum durum) та Гороху посівного (Pisum sativum).

Візьміть десять однакових ємкостей для висадки насіння, розділіть їх на дві рівні групи по 5 ємкостей. Кожна пара ємкостей з різних груп, представлятиме собою один зразок для досліду (група №1 з пшеницею):

1. "Зразок №1" - Контроль (без втручання в ріст рослини)

2. "Зразок №2" - Зріз верхівки проростку

3. "Зразок №3" - Непрозорий ковпачок на верхівці стебла, яке щойно з'явилось над грунтом

4. "Зразок №4" - Непрозорий чохлик на стеблі молодої рослини

5. "Зразок №5" - Ріст насіння в непоживному середовищі - пісок

Те саме стосується групи №2 з горохом.

Зразків має бути дві групи: відповідно однодольні - пшениця тверда та дводольні - горох посівний. В кожний зразок засівається по три насінини з одного систематичного класу (пшениця з пшеницею), тобто в зразках по три насінини пшениці, так само для гороху; загалом по 15 насінин.

Після встановлення методики проведення експерименту, залишається питання щодо графічної реалізації дослідження учнів. Найбільш підходящою формою реалізації обраного досліду в позакласному вивченні біології є позакласний навчально-дослідний учнівський проект.

Метод проектів, як педагогічна технологія, виник ще в 20-х роках ХХ ст. у США. Метод проектів склав основу учнівських проектів. Вони стали поширеними. Вперше їх включено в навчальну програму з біології для основної школи в 2013 році [4].

Методичні можливості методу проектів, як сучасної педагогічної технології навчання, є вагомим чинником посилення мотивації до вивчення предмету. Дослідники Б.В. Пєтухова, О. Є. Рибникова, О.О. Пєтухов зазначають, що в основній школі, коли починається вивчення великого обсягу матеріалу, в учнів послаблюється інтерес до того чи іншого предмета. Проведення одноманітних уроків, використання традиційних методів та засобів навчання не сприяють активізації пізнавальної діяльності й мотивації до здобуття знань. Метод проектів дає змогу посилити мотивацію до навчання [3].

Наступним важливим методичним питанням є організація учнівського експерименту та реалізація проекту учнів. Для полегшення осмислення суті дослідження та кращого виконання досліду, було створено спеціальний документ: "Щоденник дослідника". Цей документ побудований у формі поставлених завдань по змісту досліду, виконуючі які, учні наближаються до реалізації свого проекту.

Одним із перших завдань щоденника є ознайомлення учнів з теоретичними даними, які допоможуть у формулюванні спостережень за зразками, узагальнень та висновків щодо отриманих спостережень. З метою самоконтролю учнями рівня засвоєння теоретичного матеріалу в кінці теоретичної частини було створено короткий контроль знань (рис. 1) з запитаннями різного характеру, від відкритих запитань і тестів до задачі по визначенню конкретних параметрів насіння.

Рис. 1. Сторінка самоконтролю знань із "Щоденника дослідника" навчально-дослідного учнівського експерименту.

Ще одним важливим методичним кроком в сторону зацікавлення учнів є завдання по створенню обладнання для дослідження. Це поглиблюватиме розуміння учнів суті досліду, та полегшує вчителю практичну реалізацію експериментів.

Так одним із найважливіших матеріалів з обладнання є коробки, які забезпечуватимуть умови одностороннього освітлення дослідних зразків. Для того, щоб учні змогли самостійно підготувати дану коробку, в "щоденнику дослідника" наведено теоретичні рекомендації, формули, розрахунки по створенню даного обладнання, а також подано графічну 3D модель, яка показує кінцевий вигляд готової коробки (рис. 2).

Схожого типу завдання створено до кожного з елементів обладнання навчально-дослідного експерименту. Таким чином все обладнання для досліду готується учнями самостійно, вчитель лише контролює як правильно учні зрозуміли методику по створенню обладнання, та слідкує за технікою безпеки.

Рис. 2. Модель готової спец-коробки для забезпечення умов одностороннього освітлення (коробка з непрозорого матеріалу та отвір, який забезпечує потрапляння світла на рослину лише з одного боку).

З першого дня дослідження, учні роблять відповідні позначки в "щоденнику дослідника". Кожен день досліду прописаний в щоденнику, крім того вказано перелік дій для учнів щодо дослідних зразків: коли зрізати верхівку зразка №2, в який момент необхідно одягнути непрозорий чохлик на верхівку пагону зразків №3 і т. д. Приклад одного із днів експерименту та завдань в щоденнику подано на рис. 3.

Рис. 3. Приклад завдань в "щоденнику дослідника" четвертого дня досліду.

Ще одним із цікавих завдань для учнів, які містить "щоденник дослідника" - це додаткові завдання на опрацювання теоретичного матеріалу з коротким коментарем учня прочитаного матеріалу. Не менш важливим типом завдань для учнів, під час проектної діяльності учнів, є завдання на прогнозування подальшого розвитку експерименту чи дослідження в цілому. Приклад одного із таких завдань, які наявні в щоденнику дослідника подано на рис. 4.

Кінцевим результатом реалізації учнівського навчально-дослідного проекту має стати створення учнями презентації за змістом фото кожного дня експерименту, повністю заповнений з усіма виконаними завданнями "щоденник дослідника" учня, на основі якого учні за невеликої допомоги вчителя готуватимуть презентацію до проекту.

Рис. 4. Приклад завдання для учнів на прогнозування подальшого ходу учнівського експерименту з відведеним місцем для думки учня.

За змістом спостережень та виконаних завдань учні повинні будуть сформулювати загальний висновок, який освітлює більшість явищ, які учням вдалось спостерігати за час проведення експерименту та суть механізмів, які лежать в основі спостережуваних явищ.

В якості додаткової мотивації на майбутні дослідження учнів з біології та не дивлячись на те, що навчально-дослідний учнівський проект - позакласна форма роботи, вчитель може поставити додаткову оцінку в класний журнал. Відповідно оцінка буде залежати від якості реалізації та виконання проекту. Проте не варто перетворювати проект - в роботу учнів заради оцінки, гарна оцінка має стати результатом навчально-дослідного проекту.