Сегодня, по-видимому, уже не нужно кого-либо убеждать в необходимости развития исследовательской компетенции подрастающего поколения – за прошедшие два десятилетия выполнено и опубликовано большое количество работ, при этом практически в каждой из них обосновывается актуальность данной проблемы на современном этапе развития отечественного образования. На страницах периодической печати, в материалах конференций также неоднократно обсуждались проблемы, педагогические условия [1–3], модели организации исследовательской деятельности учащихся, в том числе и сельских школ, на материале естественных наук [3, 4]. Из анализа публикаций следует, что организация исследовательской деятельности учащихся сельской школы осложняется ее отдаленностью от научно-исследовательских центров, вузов и, как следствие, отсутствием возможности получить консультацию у специалистов по обработке и интерпретации результатов исследования, ограниченным доступом к методикам выполнения экспериментальной работы, недостаточной оснащенностью лабораторным оборудованием [1, 3, 5]. Практически каждый педагог, организующий исследования учащихся, сталкивается с такими проблемами, как мотивация к исследованиям, особенности самоорганизации учащегося, динамика его рабочей активности в течение года [3, 6]. Однако наибольшие трудности связаны с выбором темы исследования. Нами в процессе исследования возможностей сетевого исследовательского сообщества педагогического университета и сельских школ в развитии исследовательской компетенции учащихся также было показано, что одним из основополагающих факторов результативной работы сообщества является определение направлений исследований [4].
Вместе с тем вслед за авторами работы [5] мы полагаем, что у педагогов сельской школы при организации исследовательской деятельности учащихся на материале естественных наук есть одно весомое преимущество – непосредственная близость к природе, что позволяет широко использовать непрерывные наблюдения за живыми объектами в естественных условиях. Данная статья посвящена проблеме определения тематики исследований учащихся сельских школ на эколого-химическом и эколого-биологическом материале, материале экологического почвоведения. Статья написана на основе опыта организации совместных исследований авторов с учащимися и учителями сельских школ в рамках сетевого исследовательского сообщества «Школа юного исследователя», которое с 2010 г. функционирует при КГПУ им. В.П. Астафьева [1, 4].
Прежде всего отметим, что под исследовательской компетенцией учащегося нами понимается его способность и готовность получать субъективно новые знания через выделение проблемы и ее разрешение посредством выдвижения гипотезы, работы с различными информационными источниками, проведения эксперимента, выявления причинно-следственных отношений с использованием рефлексивно-оценочных умений, аргументированной защиты полученных результатов. При этом способность непосредственно связана с уровнем развития исследовательских способностей учащегося, а готовность отражает его ценностное отношение к такому способу познания окружающей действительности. Учитывая приведенное выше определение, при проектировании системы развития исследовательской компетенции учащегося из общедидактических принципов обучения особую значимость имеет принцип доступности, в контексте которого исследовательская задача учебного исследования должна строго соответствовать следующему условию: материал, необходимый для решения проблемы, должен быть доступен учащемуся для понимания и усвоения. Следовательно, принцип доступности ориентирует педагога при определении тематики исследований учитывать доступность используемых методов и методик для школьников как в теоретическом, так и в практическом аспектах.
Наряду с этим, при определении тематики исследований целесообразно учитывать:
- принцип региональности, предполагающий при выборе тем исследований ориентацию на насущные проблемы территории проживания учащегося, что будет способствовать развитию мотивации к исследовательской деятельности;
- принцип преемственности, ориентирующий на создание условий для выполнения исследований в разновозрастных группах, что, с нашей точки зрения, особенно важно, учитывая такую характеристику современной сельской школы, как малокомплектность.
Так, один из авторов данной статьи успешно руководит исследованиями учащихся сельской школы по извлечению ценных компонентов из лапок хвойных деревьев [6]. Школа располагается в лесном районе Красноярского края, где интенсивно ведутся лесозаготовки, и, как следствие, в районе остро стоит проблема комплексной переработки добываемой древесины.
В сельской школе можно выполнять широкий спектр исследований, связанных с мониторингом окружающей среды. Как известно, мониторинг окружающей среды – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющая выявить изменения их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.
Поскольку для осознанного выполнения исследования необходима первоначальная теоретическая база, к выполнению химико-экологических исследований целесообразно привлекать учащихся 9–11 классов. На начальном этапе у участников сообщества необходимо сформировать понятие «экологический мониторинг» и понимание значения в его реализации аналитической химии как науки о методах и средствах химического анализа и в известной мере установления химического строения веществ. Для выполнения исследований учащимся необходимо овладеть рядом методов качественного, полуколичественного и количественного анализа аналитической химии. Химико-экологические исследования обычно связаны с исследованием состояния воды, воздуха, почв, поэтому необходимо познакомить юных исследователей с соответствующими методиками пробоотбора.
Из существующих классификаций методов определения аналитической химии учащихся следует познакомить с классификацией, в соответствии с которой методы делятся на физические, химические и физико-химические. При этом необходимо учитывать, что, как правило, использование физико-химических методов предполагает наличие приборной базы. Учитывая ее современное состояние в сельской школе, для выполнения исследований более важны классические химические методы анализа, которые не требуют сложного аппаратурного оформления и могут быть успешно применены учащимися старших классов. Исключением является метод визуальной колориметрии, не требующий сложного аппаратурного оформления. Из анализа информационных источников, нашей практики работы с сельскими школами следует, что у учащихся и учителей пользуются популярностью исследования содержания нитратов в продуктах питания, в природных объектах, что обусловлено доступностью методики полуколичественного анализа определения содержания нитратов – визуальной колориметрией с дифениламином.
С нашей точки зрения, значимая роль в проведении химико-экологических исследований учащихся принадлежит титриметрическим методам анализа [7]. Например, при выполнении исследований, связанных с содержанием в продуктах питания такого важного для организма человека вещества, как витамин С, используется иодометрический метод. При исследовании проблемы «кислотных дождей» необходимы методы кислотно-основного титрования. Методы осадительного титрования можно использовать для определения жесткости воды, определения галогенид-ионов (метод Мора). Около 30 ионов металлов можно определить с использованием комплексонометрического титрования [8]. Применяя прямое, обратное, вытеснительное, косвенное титрование, изменяя рН анализируемого раствора, можно определять количественное содержание катионов металлов при их совместном присутствии в пробе. Метод комплексонометрического титрования также можно использовать при анализе жесткости воды. Методы титриметрического анализа широко используются и в экологическом почвоведении.
Безусловно, выбор конкретной методики анализа определяется наличием соответствующих химических реактивов в школьном кабинете химии. Для формирования у учащихся приемов титриметрических определений можно использовать видео-
фрагменты, представленные в сети Интернет, например на YouTube. В рамках сетевого исследовательского сообщества у нас имеется позитивный опыт формирования у школьников приемов титрования в режиме онлайн с использованием технологии видеоконференцсвязи. Безусловно, пропускная способность сети в данном случае должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить необходимое качество изображения.
Что касается эколого-биологических исследований, известно, что сообщества живых организмов замыкают на себя все процессы, протекающие в экосистеме, поэтому ключевым компонентом мониторинга окружающей среды является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг. Под биологическим мониторингом понимают систему наблюдений, оценки и прогноза изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляющихся на организменном, популяционном или экосистемном уровнях. Понятие «биомониторинг» трактуется весьма широко: от наблюдения за живыми организмами до контроля за состоянием каких-либо факторов среды при помощи живых организмов. Что касается последнего, при реализации биомониторинга используется метод биоиндикации [9]. В роли биоиндикаторов часто выступают лишайники, в водных объектах – сообщества бактерио-, фито-, зоопланктона, зообентоса, перифитона.
Учащихся средней ступени можно привлекать к исследованиям экологического состояния водоемов с использованием в качестве биоиндикаторов водорослей, например, водоросли Ностак сливовидный. Как показывает наша практика, им доступны методики количественного анализа фитопланктона, а также методики оценки численности и биомассы зоопланктона [10].
Учащимся 6–9-х классов доступны исследования загрязнения воздуха с использованием метода лихеноиндикации [11]. У нас имеется положительный опыт выполнения исследований оценки экологического состояния местности, например лесного массива, по интегральным характеристикам асимметрии листьев деревьев. В основу методики положена теория о том, что различие между левой и правой половинами листа коррелирует со степенью общей нарушенности окружающей среды. Общий план организации исследования обычно включает схему размещения площадок, технику отбора проб, проведение измерений листьев на примере березы повислой и расчета асимметрии. Такого рода исследования доступны учащимся старших классов.
Широкие возможности для развития исследовательской компетенции учащихся предоставляет экологическое почвоведение [12, 13]. Почвы являются уникальным объектом для исследований, поскольку они являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (то есть биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются во времени. Ниже приведены возможные направления и методы выполнения исследований на материале почвоведения.
Изучение физических и водно-физических свойств почв, их агрегатного состояния на разных объектах (пашня, естественный луг, лес, зоны отдыха) с целью оценки влияния антропогенного фактора на физические свойства почв и их плодородие можно проводить с учащимися 5–9-х классов. Здесь возможны исследования, связанные с определением плотности сложения и структурного состояния почвы, определение влажности почвы и почвенно-гидрологических констант (влажности завядания, наименьшей влагоемкости).
При исследовании химических свойств почв с целью оценки влияния различных факторов на плодородие и экологическую безопасность почв [14] объектами исследований могут являться целинные почвы (лес, луг) и пахотные почвы, почвы вблизи различных источников загрязнения, например свалок. Исследования следует проводить с учащимися старших классов. Применяемые методы исследования:
- титриметрическое определение рН в водной и солевой вытяжке из почв;
- определение суммы обменных оснований (Ca 2+ и Mg2+);
- определение гидролитической кислотности (H+ и Al3+);
- определение CO2 (карбонатов) в почве;
- определение содержания углерода гумуса.
Исследования биологической активности почв с целью оценки влияния различных факторов на микробиологическую активность почв актуальны в зонах загрязнения, рекреации, при выращивании различных сельскохозяйственных культур, при использовании различных удобрений и средств химизации. Эксперименты можно проводить в лаборатории в вегетационных сосудах, либо в полевых условиях. Особенностями данного направления исследований являются несложность выполнения экспериментов, информативность и безопасность используемых методов. Исследования доступны учащимся разного возраста. В качестве методов исследования используются:
- Определение интенсивности эмиссии СО2 с поверхности почвы («дыхание» почвы) (8–9-е классы);
- Определение потенциальной целлюлозоразлагающей способности почв
(5–9-е классы);
- Биологические методы определения токсичности и загрязнения почв (5–9 классы).
В исследованиях рекреационной нагрузки на места отдыха, имеющих важное эколого-санитарное и экономическое значение, могут участвовать учащиеся любого возраста. Методы исследования:
- определение физических свойств почв (плотности, пористости и т.д.) в связи с рекреационной нагрузкой;
- определение проективного покрытия растений в зонах отдыха, видового состава и биомассы растений;
- определение количества троп, кострищ, дорог, степени вытоптанности территории и т.д.;
- определение посещаемости (количество человек в день, час, на 1 гектар) леса, поля и др.
Агрохимические исследования выполняются с целью выявления и оценки связи «почва – растения – экологически чистый урожай» и имеют важное практическое, научное, экономическое и экологическое значение. В исследованиях могут участвовать учащиеся любого возраста; исследования создают условия для системного восприятия окружающей среды. Используемые методы исследования:
- вегетационный метод в сосудах. Можно использовать разную почву, разные культуры, различные удобрения и стимуляторы роста. Исследования основаны на выявлении биометрических параметров растений (количество листьев, ширина листовой пластинки, высота растения, длина корней, биомасса и т.д.). Эксперименты можно проводить в стационарных условиях, желательно с февраля по апрель. Необходимо искусственное освещение, поддержание оптимальной температуры и влажности;
- тканевая диагностика выращенных растений. Данным методом определяют содержание минеральных форм питательных элементов в свежих пробах растений: срезы, выжатый сок или вытяжки из индикаторных органов (стеблей, черешков, главных жилок листьев). Метод основан на свойствах веществ давать с определенными реактивами окрашенные растворы или осадки.
Описание ряда указанных выше методик можно найти на сайте сетевого исследовательского сообщества «Школа юного исследователя» (http://setiss.kspu.ru).
В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что в контексте принципа доступности тематика учебных исследований должна коррелировать с психофизиологическими возможностями освоения материала учащимися конкретного возраста. Что касается объективной новизны и практической значимости исследования, которые являются обязательным условием участия не только в таких всероссийских программах, как «Шаг в будущее», «Старт в науку», но и на уровне районных научно-практических конференций учащихся, необходимо исходить из того, что исследовательская деятельность учащегося является чисто эмпирической (наблюдение, эксперимент) и не затрагивает теоретических основ. Поэтому применительно к исследованиям на материале естественных наук новизна исследования учащегося будет определяться «привязкой» к конкретному природному объекту, расположенному в месте его проживания (озеро, река, участок леса и др.), что обязательно должно найти отражение в названии исследовательской работы, объекте и предмете исследования.
Библиографическая ссылка
Безрукова Н.П., Тазьмина А.В., Власенко О.А. О РЕАЛИЗАЦИИ ПРИНЦИПА ДОСТУПНОСТИ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ СЕЛЬСКИХ ШКОЛ НА МАТЕРИАЛЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ЭКОЛОГИИ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 9. – С. 93-97;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36807 (дата обращения: 20.04.2024).