Научный метод
Ягоды, созревшие в солнечную погоду, слаще, чем ягоды того же растения, выросшие в пасмурные дни. Как выяснить причину таких различий? Ответ – провести исследование.
Основным условием успешного обучения является формирование у школьников мотивации к учению. Развитие учебной мотивации – большая и кропотливая работа учителя. Она подразумевает определённую организацию учебной деятельности и использование различных методов, форм и средств обучения. Практика показывает, что познавательный интерес хорошо прививается детям с помощью игровых и сюжетных уроков, уроков-путешествий, уроков-исследований, проектной деятельности.
В методике преподавания естественно-научных дисциплин, в частности биологии, большое значение имеет опора на научный метод познания. Он является основой исследовательского метода обучения, который предоставляет ученикам возможность научиться определять проблему, формулировать гипотезу, проводить эксперимент, оценивать результаты, обосновывать выводы.
Эксперимент можно провести «вживую», но важно понимать и то, что по некоторым темам эксперимент в реальных условиях невозможен. Это обусловливается сложностью исследуемых процессов, трудоёмкостью самого эксперимента и даже размерами исследуемых объектов (микро- или макрообъекты).
Хорошая новость: современные образовательные технологии дают возможность учителю провести эксперимент с применением цифрового контента и онлайн-сервисов. В статье мы поговорим о том, как использование онлайн-сервиса «Облако знаний» помогает учащимся осваивать методологию эксперимента в курсе биологии.
Методы исследования
Начинать изучать научный метод важно уже в 5 классе. Интерактивные презентации и задания сервиса «Облако знаний» помогают ученикам разобраться с основными составляющими научного метода и последовательностью их применения в ходе эксперимента.
Несмотря на то, что единственного универсального метода, подходящего абсолютно для всех исследований, не существует, выделяют несколько общих методов исследований: наблюдение, описание, измерение, эксперимент.
Для наблюдений используются увеличительные приборы. В «Облаке знаний» есть задания, выполняя которые дети учатся подбирать подходящее оборудование с учётом параметров наблюдаемых объектов.
Измерение в исследованиях применяют, если необходимо получить количественные данные, оценить конкретные параметры объектов или явлений.
От точности получаемых экспериментальных данных во многом зависит интерпретация результатов эксперимента, поэтому важно научить школьников подбирать измерительные приборы, подходящие для конкретного эксперимента.
Эксперимент как научный метод исследования объединяет наблюдение за объектом или явлением, измерение изучаемых параметров, а также описание особенностей объекта или явления. Особенностью эксперимента является то, что он проходит в контролируемых условиях.
Постановка и проверка гипотезы
По большому счёту любой эксперимент начинается с наблюдения, затем на основе качественных или количественных данных, полученных в ходе наблюдения, формулируется гипотеза. Далее следует экспериментальная проверка гипотезы. В ходе эксперимента гипотеза может подтвердиться, а может быть опровергнута.
Правильность гипотезы проверяется в ходе эксперимента. Но иногда провести эксперимент возможности нет. Тогда проверить гипотезу можно на основе наблюдений или уже имеющейся информации об объекте (таблицы, схемы, диаграммы). В заданиях сервиса «Облако знаний» проверка гипотез возможна как на основе эксперимента, так и на основе представленной теоретической информации об объекте.
Безусловно, главный критерий правильно сформулированной гипотезы – это её проверяемость, т.к. задача гипотезы проверить и объяснить данные наблюдений. Кроме этого, ученикам важно привить понимание того, что выдвигаемая гипотеза должна быть как проверяемой, так и научной. Например, утверждение о том, что осенью листья большинства деревьев желтеют и опадают, не является научной гипотезой, это констатация общеизвестного факта. Но если включить специальные условия, например, сокращение длины светового дня, то может быть сформулирована гипотеза –причиной пожелтения и опадания листьев осенью является сокращение светового дня. Для того чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, нужно провести наблюдения. К этому наблюдению можно сформулировать и нулевую гипотезу, например: между сокращением длины светового дня и листопадом связь отсутствует.
Иногда для того, чтобы проверить гипотезу, необходимо большое количество наблюдений или экспериментов. А некоторые утверждения мы принимаем на веру без доказательств в том числе и потому, что проверить их невозможно. Задания «Облака знаний» учат выделять гипотезы среди утверждений.
Опыт и контроль
Каждый эксперимент должен включать следующие составляющие: опыт и контроль. Опытный объект – тот, на который оказывается экспериментальное воздействие. Контрольный объект находится в тех же условиях, что и опытный, но на него не оказывается экспериментальное воздействие. Контроль в эксперименте необходим для того, чтобы убедиться, что выявленные изменения получены в результате конкретного воздействия.
В процессе эксперимента ряд внешних факторов остаётся неизменным, а один фактор меняется исследователем для получения экспериментального эффекта. Те факторы, которые задаются исследователем с самого начала эксперимента и по ходу эксперимента не меняются, называют независимыми переменными. Изменяющиеся факторы – это зависимые переменные.
При изучении передвижения воды и минеральных веществ в растениях учащиеся могут провести простой опыт: поместить растение в стакан с подкрашенной водой. Экспериментальным объектом в этом опыте является растение, помещённое в подкрашенную воду, контрольным объектом – растение в стакане с обычной водой. Независимая переменная – наличие или отсутствие красителя в воде. Зависимая – изменения, происходящие с растением в подкрашенной воде.
Освоение методологии эксперимента вместе с «Облаком знаний»
Итак, мы разобрали особенности использования цифрового контента в освоении методологии биологического эксперимента. Используя онлайн-сервис «Облако знаний», можно провести множество биологических экспериментов: подобрать оптимальный план севооборота космического корабля, спрогнозировать риск заражения человека опасной бактерией с помощью интерактивной модели, оценить развитие утомления при динамической и статической нагрузке на организм человека и мн. др.
Цифровые работы, упомянутые в статье, можно посмотреть, перейдя по ссылкам. Предварительно потребуется зарегистрироваться в онлайн-сервисе.
Теория. Методы иучения живой природы. Оборудование для научных исследований.
Самостоятельная работа. Методы иучения живой природы. Оборудование для научных исследований.
Лабораторная работа. Изучение передвижения воды и менеральных веществ по древесине.
Самостоятельная работа. Химический состав клетки.
Кириллова Наталия Николаевна, методист издательства цифрового контента «Физикон»
1 декабря 2022 г.
