|
Авторcтво: Кузнецова Т.Л., к.б.н., ГБОУ гимназия № 402 Колпинского района Санкт-Петербурга |
Началось все с посещения учащимися отдела генетики для знакомства с передовыми методами исследований в селекционной работе. Непонятные поначалу термины, такие как секвенирование, ПЦР, амплификация [1], стали не только понятны, но притягательны для освоения.
Сотрудники лаборатории, поддержав зародившийся интерес, предложили ученикам принять участие в исследовании. Несколько месяцев проведенных в лаборатории привели к появлению на свет работы «Исследование SDS и CTAB методов выделения ДНК из растений» [4]. Однако, для многих ребят, это направление оказалось достаточно трудным, в том числе и по времени проведения исследований, так как оно трудно согласовывалось с расписанием уроков. А вот участие в изучении влияния устойчивых сортов на характер роста, развития и поведения насекомых – вредителей продолжается до настоящего времени.
То, что такие исследования имеют явную экологическую направленность, не вызывало никаких сомнений, был даже разработан долгосрочный план составления агроэкологических паспортов опытных полей Пушкинских лабораторий ВИР.
В долгосрочной работе больше заинтересованы взрослые научные сотрудники, а чтобы поддержать интерес у научных сотрудников среднего и старшего школьного возраста, необходимо видеть результат своей работы здесь и сейчас. Поэтому исследования планировались так, чтобы их провести за 2-3 месяца и приступить к обработке данных и написанию исследовательских работ.
Примерами таких исследований были выявление устойчивых сортов ячменя, пшеницы, овса, сорго, влияние предшествующего питания тлей на характер их развития при переходе на другие сорта и культуры злаков, влияние устойчивых и неустойчивых сортов злаковых культур на развитие тлей и состояние популяции, влияние разных видов тлей на характер роста различных зерновых культур при совместном и раздельном заселении и т.п. В этом году проводились работы по изучению влияния разных доз азотных удобрений на характер роста ячменя, с одной стороны, на проявление его устойчивости к тлям, с другой стороны, на характер развития тли на растениях, выращенных при разных дозах внесения азотных удобрений в почву при отсутствии вымывания нитрат ионов из почвы, с третьей.
Участие в Аграрных олимпиадах, проводимых Санкт-Петербургским государственным аграрным университетом, показал большую значимость этих работ. Когда же стали представлять результаты исследований на экологической олимпиаде школьников и научно-практических эколого-биологических конференциях старшеклассников, возникло ощущение, что направленность работ вызывает недоумение. Привычные исследования учащихся по экологии это состояние воды в водоемах, загрязнение воздуха, засорение территорий бытовым мусором и т.п. Практическая экологическая деятельность – это участие в субботниках, сбор макулатуры, проведение «Дня птиц» [3]. При чем здесь влияние растений на вредителей, да и что такое устойчивость сортов? Отвечая на вопросы после представления докладов, наши воспитанники упорно доказывали, что взаимодействие организмов не только в естественных биогеоценозах, но и в искусственно созданных экосистемах, примером которых является агроценоз, не только достойны, но и требуют вдумчивого изучения, чтобы избежать многочисленных ошибок при внедрении новых сортов в масштабное сельскохозяйственное производство. Приятно осознавать, что уже несколько лет и на устной сессии экологической олимпиады и эколого-биологических конференций работают секции агроэкологии.
Безусловно, что проведение исследований в лабораторных или полевых условиях в учебное время невозможно, поэтому программа работы кружка ОДОД гимназии построена таким образом, что основное время отводится практическим занятиям по ознакомлению или разработке методики постановки экспериментов, закладке опытов, таким образом, чтобы результаты можно было подвергать статистической обработке, осуществлению учетов и получению фактических данных, обучению методам их регистрации, ведению журналов наблюдений и учетов. На теоретические занятия отводится не более 25% учебного времени, а 75% и более на практические работы и проведение исследований [2].
На первом (подготовительном) этапе исследовательской деятельности на теоретических занятиях (или фрагментах занятий) учащиеся знакомятся с направлениями исследований, обоснованием актуальности их проведения, научной и практической значимости, учатся ставить цель и определять задачи своего исследования. На практических занятиях учатся работать с источниками информации – научной литературой, цифровыми источниками, интернет источниками, выбирают методы проведения исследования и учатся их обосновывать, закладывают опыты.
Вторым важным этапом является освоение учащимися простейших методов статистического анализа и, что немало важно, осознание необходимости математически доказывать достоверность полученных результатов. Ведь не секрет, что многие детские работы выполняются на одной, в лучшем случае, нескольких особях, без каких-либо повторностей опыта.
Во время статистической обработки результатов у ребят резко возрастает интерес к информатике. Большим подспорьем в работе является умение учащихся пользоваться таблицами Excel. А если такого умения нет, то приходиться осваивать в процессе работы. Но сначала, и это делается обязательно, ряд полученных данных обрабатывается в «ручную» с использованием калькуляторов. Это делается не только для того, чтобы показать, что владение компьютерными программами значительно ускоряет и упрощает обработку больших массивов данных, но и для того чтобы каждый исследователь понял этапы и механизм статистического анализа, а не просто вводил цифры в таблицы и, нажатием кнопки, ничего не понимая, получал результат, а потом не мог объяснить, что означают те или иные записи, например, 5,87±0,23 а и 12,64±0,45 b или различия достоверны при р≤0,05. Когда объемы цифрового материала стали достаточно большими (а ежегодно выполняется порядка 4 – 5-ти полномасштабных исследований по разным направлениям) возникла необходимость в разработке программы попарно сравнения множественных массивов, что и было сделано. Это позволяет ускорить в несколько раз определение достоверности различий.
Третий этап анализа и интерпретации полученных результатов оказывается чуть ли не самым трудным, так как, именно на этом этапе, требуется объяснить проявившиеся особенности роста, развития как растений, так и насекомых вредителей, выявить характер их взаимодействия и взаимовлияния. Ребята, как правило видят то, что лежит на поверхности: есть различия – нет различий, вот объяснить причину их возникновения или их отсутствия не могут, если не направить их мысль в нужную сторону. Особенно явно это проявляется в первый год проведения исследовательской деятельности. Через два – три года воспитанники сами достаточно четко формулируют обоснование получившимся результатам. Поэтому очень важно, чтобы ученики вовлекались в проведение экспериментов как можно раньше, пусть даже сначала не как самостоятельные исследователи, а как помощники.
Опыт показал, что пятиклассники не только активно принимают участие в постановке опытов и фиксировании результатов вместе с учащимися 8-10-х классов, но делают это с большим интересом. Задача педагога подготовить фронт работы для «малышей» (5-6 класс) таким образом, чтобы их помощь не оказалась не вознагражденной. То есть, чтобы их работа в рамках экспериментов старшеклассников, была относительно автономна и могла быть представлена в качестве исследовательской работы на их возрастном уровне.
В этом учебном году пятиклассники освоили метод определения нитрат ионов в водных вытяжках почвы, провели анализ почвы, которая была выбрана для выращивания ячменя (контрольных и опытных образцов с разными дозами внесения азотных удобрений) до начала и в конце опыта, определили изменение уровня содержания нитрат ионов в почве до начала выращивания всходов и по окончании опытов. Результаты исследований были представлены на школьной конференции «Импульс».
Старшеклассники, используя эти данные в своей работе, безусловно выразили пятиклассникам свою благодарность. Освоенный метод определения нитрат ионов в растворах помог одному ученику 5-го класса провести самостоятельно исследование разных видов воды (из-под крана, 5-ти видов бутилированной воды, талого снега, воды из лужи и из пруда) и представить результаты этих исследований также на школьной конференции «Импульс». Очень важно, чтобы результаты исследований на попадали в так называемый «долгий ящик». Они должны быть обязательно представлены на конференциях, чтобы получить оценку не только руководителя работы, но и других квалифицированных независимых экспертов. Это важно не только в плане похвалы и поощрения учащихся, но и в плане оценки перспектив развития работы, выявления недостатков и. возможных, других направлений деятельности.
Агроэкологические исследования не только интересны и имеют большую практическую значимость, но и технологичны для проведения в условиях школьной лаборатории или лаборантской комнаты кабинета биологии. Все оборудование легко доступно и не требует больших материальных затрат: ящики для выращивания, земля, минеральные удобрения, даже световые установки – стеллажи, где прикрепляются светодиодные лампы, с подключением реле времени. Имея этот небольшой набор инструментария, можно поставить множество опытов.
Например, влияние длины дня (искусственного и естественного освещения) на рост и развитие всходов овощных (зерновых, бобовых) культур, декоративных цветов, газонных трав и т.п. С тем же набором растений можно поставить опыты по влиянию интенсивности полива, внесения доз различных удобрений по одиночке и в комплексе на характер роста и развития их всходов. При этом можно изучать влияние на характер роста разных сортов перечисленных растений. Взрослые растения не используем, так как для того чтобы вырастить хотя бы по сотни бархатцев трех-четырех сортов необходимо много места, большие емкости и много земли (причем земля используется однократно), а это уже проблематично. При тех же условиях постановки опытов можно изучать характер формирования устьиц на листьях, проводящей системы в стебле, толщины эпидермиса листьев так далее. То есть множество работ разной степени сложности на любой вкус и возраст воспитанников.
Для любителей работы с животными легко поставить опыты по развитию и поведению улиток (злаковой тли, которая легко разводится на всходах пшеницы или ячменя, не повреждает другие растения) при питании на разных видах и сортах растений, также влияние. Объекты надо выбирать некрупные, лучше малоподвижные, быстро размножающиеся, не требующие сложных условий содержания, которые могут жить в небольших садках, не запрещенные требованиями СанПин. Важно так спланировать эксперимент, чтобы при минимальных временных, ресурсных, пространственных затратах и человеко-часах, получить как можно больше разных данных, при обработке которых учащиеся смогут представить три – четыре (а то и больше) исследовательские работы.
Литература
1. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. Изд-во: Н.-Л., 2015. – 720 с.
2. Кузнецова Т.Л. Методическая разработка занятия эколого-биологического кружка // Лучшие материалы «Инфоурок». Ред.-сост. И. Жабровский. – С.:ООО «Инфоурок», ч. 1. 2019. – С.160 (описание работы к DVD диску).
3. Стешина О.А., Царегородцева Г.П. Экологическое воспитание в рамках дополнительного образования лицея // «Шире круг!» (от юннатского движения к экологическому образованию и просвещению: опыт Санкт-Петербурга). Сборник статей по материалам семинаров и конференций городских учебно-методических объединений естественнонаучной направленности. Составители и редакторы: к.п.н. Еремеева Е.Ю., Ляндзберг А.Р., Полоскин А.В., Машарская Н.Я. – 2019. – С. 20-21.
4. Сторублевцев А., Удалов А. Исследование SDS и CTAB методов выделения ДНК из растений/ / Сборник материалов XVII открытой научно-практической конференции старшеклассников по биологии. ГОУ «Санкт-Петербургский городской Дворец творчества юных», Санкт-Петербург. 2013. – С. 124-125.
Поделиться:
