5 марта 2017 г.

Голицына Н.Б. К урс биологии в системе ТРИЗ-эксперимента.

Голицына Наталья Борисовна, Нестеренко Алла Александровна (Петрозаводск, Россия)

Golicyna Natalie, Nesterenko Alla (Petrozavodsk, Russia)

 

Курс биологии в системе ТРИЗ-эксперимента.

Rate of biology in system of TRIZ-experiment.

Экспериментальный курс биологии преподавался в рамках эксперимента «Введение элементов ТРИЗ в школьные образовательные программы с целью развития творческих способностей учащихся» в течение всего срока обучения этому предмету - с 6-го по 11 класс.

Поскольку традиционный учебник и административный контроль не оставляют свободы существенно менять программу, речь идет о построении альтернативной системы обучения в достаточно жестко заданных рамках.

The experimental rate of biology was taught within the framework of experiment « Introduction of elements TRIZ in the school educational programs with the purpose of development of creative abilities of the pupils » during all term of training to this subject - with 6-th till 11 classes.

As the traditional textbook and administrative control freedom essentially do not leave to change the program, the speech goes about construction of alternative system of training in enough rigidly given frameworks.

 

Биология изучает феномен жизни. Согласно современным научным представлениям жизнь рассматривается  как сложно организованная, термодинамическая открытая система, способная к самоорганизации, саморегуляции и саморазвитию.

Мы старались строить курс биологии как осознанный, шаг за шагом все более подробный,  ответ самих учеников на вопрос «ЧТО ТАКОЕ ЖИЗНЬ».

Представленная статья посвящена, описанию системы моделей и технологий работы с ними, что легло в основу формирования экспериментального курса.

 

Система моделей.

Системный подход определяет специфику современных научных представлений в биологии, но в практике школьного преподавания он отработан слабо.

Противоречие состоит в том, что сама наука использует в большей степени старые модели (это отражается в учебниках), а детей надо научить оперировать новыми моделями, т. к. иначе они не смогут заниматься наукой в будущем. 

Так, рассматривая биологический объект в модели системного оператора, необходимо изучить различные «экраны» и связи между ними, а содержание биологии как предмета этого не предполагает.

Изучение курса было организовано по следующей схеме:

  1. Построение абстрактной модели (модель структуры биосистемы, модели процессов питания, дыхания, фотосинтеза, биосинтеза и т.п.)
  2. Изучение на базе построенной схемы конкретного биологического объекта,
  3. Уточнение абстрактной модели с учетом конкретных ресурсов на основе материала, полученного на  шаге 2;
  4. Изучение конкретных представителей  класса объектов.
  5. Появление нового класса объектов связываем с изменением ресурсов окружающей среды  и  возможностями организмов.

и т.д.

Поскольку свойства живого (питается, размножается, адаптируется, растет, и т.д.) можно рассматривать как базовые функции биологической системы, в нашем курсе биологии был реализован путь изучения: от функции и заданных ресурсов – к биологическим структурам. Заметим, что в традиционной дидактике изучение биологических объектов ведется от структуры к функции.

 

Технология работы с моделями.

1. Модель системного оператора (многоэкранная схема).

Эта модель была освоена детьми в начальной школе, и уже в начальной школе в курсе природоведения ученики строили  «системные лифты» (вертикаль многоэкранной схемы) для конкретных живых организмов, в полной многоэкранной схеме рассматривали взаимное влияние  биологических систем. Ниже представлены варианты использования многоэкранной схемы в экспериментальном курсе.

Цель

Вариант использования модели

Примеры изучаемых тем

Изучение процессов

Горизонталь  СО  (раскадровка, предложена И.Н. Мурашковской)

Деление клетки,   превращения генеративных органов растения  (прошлое  и будущее цветка?)

Планирование и описание  экспериментов

Горизонталь  СО  (раскадровка)

Чем питается растение?

Изучение приспособления к выполнению функции на разных системных уровнях

 Вертикаль многоэкранной схемы («системный лифт» – предложен М.С. Гафитулиным)

 Приспособления растений к улавливанию света

Изучение связей в биологических системах (биологический эффекты)

Полная многоэкранная схема,

Организмы рассматриваются в онтогенезе  

Развитие насекомого

Синтез гипотез объяснения биологических явлений

Полная многоэкранная схема

Организмы рассматриваются в онтогенезе

Почему цветок одуванчика закрылся?

Изучении  эволюции биологических систем

Полная многоэкранная схема  (рассматривается филогенез)

Эволюция систем            органов

 

2. Моделирование физических и химических процессов с помощью модификаций ММЧ.

Понимание биологии невозможно без базовых представлений в области химии.

Для моделирования молекул мы использовали модель «многоруких человечков» (количество рук изображают валентность – идея Ю.С. Мурашковского). Это позволило объяснить различие между органическими и неорганическими молекулами и возможность их взаимопревращений.

 

3. Использование «решательных» инструментов ТРИЗ (противоречие – ИКР -ресурсы, вепольный анализ).

 

Цель

Вариант использования модели

Примеры изучаемых тем

«Переизобретение биологических приспособлений»

Как правило, возникает «цепочка»: претензия – противоречие – ресурсы – варианты решения. Далее учитель дает информацию о вариантах, реализованных в природе.

Приспособление растений к размножению, приспособление водорослей к удержанию в толще воды; приспособления, предотвращающие самоопыление; строение яйца рептилий, птиц.

«Переизобретение» эволюции биологических структур.

Цепочка, аналогичная предыдущей, многократно повторяется (новая претензия – новое решение и т.д.)

Эволюция систем органов.

Известно некоторое явление, надо понять, как оно происходит или известно некоторое свойство – требуется выяснить, для чего оно нужно.

Решение диверсионных задач: вместо вопроса: как сделано? Ставим вопрос: «Как сделать?» и решаем проблему в такой постановке.

Устьица растения открываются на свету, а в темноте они закрыты. Почему?

Проектирование экспериментов.

 В этом случае часто возникают изобретательские задачи.

Как обнаружить, что при фотосинтезе выделяется кислород (невидимый газ, без вкуса и запаха)?

Технологии изучения экспериментального курса

В технологическом плане изучение курса можно классифицировать следующим образом:

  • технологии классификации; технологии «переизобретения» биологических систем и процессов; технология освоения научных способов познания.

Технологии классификации

Цель классификации – обеспечить возможность работы с большим числом объектов. Классификации в курсе биологии предполагает:

  • выделение существенных признаков в контексте заданной проблемы ( с этим связана возможность классифицировать  по разным основаниям);
  • изучение разнообразия представителей одной  систематической группы (изучение границ варьирования  признаков).

По факту в курсе биологии редко использовался «групповой лифт» (модель кругов Эйлера), но проблема выявления существенных признаков и классификации решалась использованием игры «Диалог с  ЭВМ».

Технологии «переизобретения» биологических систем и процессов

1).Технология «переизобретения» биологических приспособлений, описанную В.А. Бухваловым и Ю.С. Мурашковским . В простых случаях это – цепочка противоречий, в более сложных – АРИЗ.  Мы не внесли серьезных изменений в эту технологию. Следует только заметить, что ее применение полностью зависит от того, как учитель ставит задачу и как описывает ресурсы. Поверхностный анализ биологических функций приводит к большому количеству  серьезных ошибок. В качестве удачных находок отметим использование в этой технологии моделирования с помощью пластилина, бумаги, нитей.

2). Технология «переизобретения» биологического процесса, которая была разработана в процессе эксперимента.

  • Определяется цель процесса (функция системы, которую реализует данный процесс). Отталкиваясь от выбранного свойства живого, выстраиваем цепочку вопросов до момента, который мы не можем объяснить.
  • Фиксируем цель процесса. Подбираем знакомую аналогию. По ней выделяем существенные признаки.
  • Учитель дает описание биологических ресурсов, которые выполняют обнаруженные роли.
  • Построение детьми образных моделей описанных ресурсов.

3). Технология освоения научных способов познания

 В рамках этой технологии мы пытались: обучить детей способу научного познания и  научить использовать в процессе познания модели  и инструменты ТРИЗ. В основе работы лежала традиционная схема «наблюдение – гипотеза – эксперимент».

Заключение

Разработанный курс, как нам кажется, в целом отвечает современным требованиям к  преподаванию биологии в школе:

  • обеспечивает возможность раннего ознакомления учащихся с общебиологическими понятиями;
  • поддерживает концентрический подход в изучении биологии;
  • формирует системный подход;
  • предоставляет возможности для творчества учащихся и формирование индивидуальной траектории развития;
  • учит работать со знаниями.

Наиболее серьезные изменения традиционного курса сделаны в программе 6-го класса,  в связи с введением общебиологические понятий и пропедевтикой химии.

 Тем, кто планирует использовать описанный подход  в преподавании школьного курса биологии можно посоветовать:

1). Использовать линию учебных пособий Суховой, Пономаревой и др.

2). Освоить педагогические технологии активного обучения (групповая работа, поисковая работа, проектная работа).

Открытым вопросом остается обеспеченность дидактическим материалом.