1. Эксперимент по разделу "Растения"

1.1. Особенности эксперимента по изучению жизни растений

Постановка учебных опытов по разделу "Растения" предусмотрена программой для 6 класса. Эксперимент занимает здесь значительное место - около трети уроков курса 6 класса целиком или частично строится на материале опытов, описание которых приводится в тексте школьного учебника или в заданиях к параграфу.

Общеизвестно большое учебно-воспитательное значение эксперимента в обучении естественным наукам. Особенно велика роль его в преподавании биологии в 6 классе. Она определяется содержанием предмета (значительное место в нем занимает физиологический материал), изначальным местом его в курсе биологии средней школы, возрастными психологическими особенностями детей (преобладание образного, конкретного мышления над абстрактным, неразвитость ряда познавательных умений), дидактическими возможностями биологического эксперимента.

Известна роль эксперимента в образовании убеждений, формировании и развитии биологических понятий и материалистического мировоззрения, в развитии познавательных способностей детей, в возникновении и сохранении исследовательского интереса учащихся к биологии. Все это особенно важно для курса биологии 6 класса, в котором учащиеся впервые приступают к систематическому изучению биологии, где закладываются основы материалистического понимания явлений жизни и приобретаются изначальные познавательные и практические умения, необходимые для учебной и производственно-опытнической работы в более старших классах.

К. А. Тимирязев отмечал: "...Люди, научившиеся... наблюдениям и опытам, приобретают способность сами ставить вопросы и получать на них фактические ответы, оказываясь на более высоком умственном и нравственном уровне в сравнении с теми, кто такой школы не проделал".

Значительное количество предусмотренных программой опытов в 6 классе позволяет учителю использовать богатые возможности эксперимента для обучения, развития и воспитания учащихся, а также проводить планомерную работу по формированию и развитию у учащихся понятий об эксперименте как методе науки. Однако дидактические возможности эксперимента могут быть реализованы полнее, если расширить тематику учебных опытов в 6 классе - увеличить (сверх программы) количество демонстрационных опытов и разнообразить их темы.

Известно, что тематика учебных опытов определяется содержанием изучаемого материала (программой). Вместе с тем, на наш взгляд, в ней должны найти отражение общие задачи школы и преподавания биологии, такие, как изучение организма в тесной связи со средой, политехническое обучение, развитие биологических понятий, развитие способностей учащихся. Исходя из этого в состав тематики можно рекомендовать опыты, демонстрирующие: 1) само изучаемое явление (например, поглощение веществ корнем, образование крахмала в листьях); 2) условия протекания явления и основные закономерности его - в тех случаях, когда это имеет большое познавательное или практическое значение (например, выделение кислорода листьями только на свету, незаменимость элементов минерального питания); 3) влияние различных внешних условий (например, разной температуры - на прорастание семян, различной освещенности - на фотосинтез). Желательно знакомить учащихся и с опытами, показывающими применение знаний об изучаемом явлении в производстве (например, гидропонное выращивание растений, укоренение черенков с помощью ростовых веществ).

Очень важной особенностью учебных опытов в 6 классе является то, что на них у учащихся впервые образуются представления о биологическом эксперименте, формируется ряд специальных и общепознавательных понятий: эксперимент, опыт, контроль, вариант опыта, цель опыта, сравнение, анализ в эксперименте, результат опыта, вывод из опыта и др. Следовательно, готовя демонстрацию опыта, надо планировать и работу с учащимися над данными понятиями - по формированию и развитию их.

Анализ практики школы показывает, что отсутствие у учащихся правильных понятий нередко является причиной низкой педагогической эффективности учебного эксперимента. Учащиеся 6 класса часто путают результат опыта с выводом, по-своему, неправильно понимают действие "сравнить" - в смысле приравнять, считать равными по какому-либо одному признаку.

Цель опыта - это то, что намечено для исследования (установления нового, подтверждения известного), например выяснить, необходим ли свет для образования крахмала в листьях.

Результат опыта - это то фактическое, что получилось в опыте, наблюдается в конце его, например крахмал имеется только в той части листа, которая находилась на свету.

Вывод из опыта - это умозаключение по постановке и результатам опыта, сделанное в соответствии с целью данного опыта, например: свет - необходимое условие образования крахмала в листьях.

Учащиеся должны хорошо уяснить, что сравнить - это значит установить, найти общее, одинаковое у рассматриваемых (сравниваемых) объектов (растений, вариантов опыта) и то, что у них разное, чем они отличаются друг от друга. Сравнение - непременное действие в изучении, познании, и в частности в эксперименте.

Учебные опыты для 6 класса не однотипны по методике. Для многих из них необходим контроль в виде второго растения (части растения), прибора. В таком эксперименте две составные части - опыт и контроль.

Опытные растения в эксперименте - те, на которые оказывают определенное действие, чтобы узнать, к чему это приведет; контрольные растения находятся в тех же общих условиях, что и опытные, но не подвергаются каким-либо воздействиям. То, что произойдет с контрольными растениями в учебном эксперименте, заранее известно - как то, что должно быть (например, семена, имеющие в достатке воду, доступ воздуха и тепло, прорастут). И тем не менее контроль необходим в любом эксперименте как методе науки, чтобы убедиться в том, что ожидаемое действительно происходит, и исключить возможные недоразумения и ошибки в эксперименте. Так, например, семена в упомянутом опыте могут не прорасти из-за потери всхожести; или в опыте по изучению дыхания семян зажженная свеча (лучинка) может гаснуть в контрольном сосуде из-за того только, что объем его или размер входного отверстия слишком малы - недостаточны для горения.

Учащимся надо понять, что только при наличии контроля в эксперименте можно быть уверенным, что изменения, полученные в опыте, вызваны нашим воздействием на растение, а не чем-либо иным, случайным, неизвестным. Контроль необходим для того, чтобы опыт был убедительным, доказательным. Сравнение результатов, полученных в опыте и контроле, сопоставление их с исходными условиями в эксперименте и приводит к выводу - решению поставленной задачи - достижению цели опыта.

В некоторых учебных опытах нет контроля в виде второго растения - им служит обычное, или очевидное, состояние объекта до (вне) эксперимента, например ветка дерева до постановки ее в подкрашенную воду - в опыте на тему "Проведение воды и растворенных в ней веществ по стеблю". Результат в таком опыте сравнивается с тем, что было с данным (или аналогичным) объектом до опыта или обычно бывает.

В опытах по выяснению условий, необходимых для того или иного явления, а также по изучению влияния различных условий на тот или иной процесс (прорастания семян, испарения воды листьями и т. п.) может быть несколько вариантов - несколько растений, поставленных в разные условия. Например, одним предоставлены вода, воздух, тепло, а другие лишены одного из этих условий: одни - воды, другие - тепла, третьи - доступа воздуха. Вывод из такого опыта делается на основе анализа, сравнения условий в каждом варианте и результатов, полученных в них.

Надо постоянно обращать внимание учащихся на то, что в эксперименте - научно поставленном опыте - применяется "правило единственного различия". Оно требует, чтобы различие между опытом и контролем, между вариантами сложного (комплексного) опыта и контрольными растениями в нем всегда было только по одному условию - тому, необходимость или действие которого выясняется в конкретном эксперименте, например по тому, есть или нет доступ воздуха к семенам, освещается или нет лист растения. Все другие условия должны быть одинаковыми. Только при этом условии вывод из опыта является единственно верным и доказательным. Следовательно, в опытах с несколькими вариантами - по выяснению условий, необходимых для того или иного явления, сравнивать надо поочередно растения каждого варианта с контрольными - в соответствии с "правилом единственного различия". Учащимся надо понять, что сравнение вариантов друг с другом (а не с контролем в данном опыте) не может дать достоверных знаний, так как эти варианты различаются между собой более чем по одному условию.

Если комплексная постановка опыта с вариантами представляется сложной, ее можно заменить несколькими элементарными опытами со схемой: контроль - опыт (например: "есть: вода, воздух, тепло" - "есть: вода, воздух; нет тепла"; "есть: вода, воздух, тепло" - "есть: вода, тепло; нет воздуха" и т. д.). Специальные исследования показали, что усложненная схема опыта является педагогически более эффективной при условии основательной работы с учащимися над опытом.

Очень важно в 6 классе - с самого начала изучения биологии и знакомства с экспериментом - учить школьников анализировать опыт, делать выводы из него, а не объяснять результаты опыта имеющимися знаниями. Необходимо формировать логику учащихся на основе логики эксперимента, природы, а не наоборот. Плохо, когда ученики говорят: "Лучинка горит, потому что в банке есть кислород", вместо того, чтобы заключить из опыта: "Лучинка горит, значит, в этой банке есть (появился) кислород".

Особенностью биологических опытов в 6 классе является то, что с их помощью изучаются сложные процессы жизнедеятельности растения, для понимания которых у учащихся еще нет или недостаточно знаний по физике, химии и некоторых других, составляющих практический опыт человека. Поэтому биологический эксперимент в 6 классе ограничивается изучением внешней стороны явлений (обнаружение явления, выяснение необходимых для него условий, установление зависимости явления от изменения внешних условий), без выяснения существа и механизма процессов. Однако и при таком элементарном подходе к эксперименту нередко, возникают проблемы с пониманием опыта учениками из-за отсутствия необходимых знаний на уровне убеждения. Так, например, учащимся 6 класса трудно представить, что щелочь поглощает углекислый газ. А без уверенности в этом вряд ли будет [убедителен (понятен) опыт, демонстрирующий необходимость углекислого газа для фотосинтеза, в котором используется щелочь. Не все учащиеся бывают убеждены в том, что слой растительного масла, покрывающий воду, предотвращает испарение ее, и в том, что испарение воды из блюдца, на которое помещен прибор, обеспечивает охлаждение прибора и листа растения в нем.

Для того чтобы помочь учащимся понять опыт и получить знания из него, прежде всего надо использовать опыты с более простой для понимания методикой. Можно дать ученикам недостающие знания, показав вспомогательные опыты, прежде чем переходить к основному. Например, показать поглощение углекислого газа щелочью. Или тот факт, что известковая вода мутнеет от углекислого газа и не мутнеет от воздуха, в котором заведомо нет углекислого газа. Однако нет необходимости доказывать достоверность всех знаний, которыми мы оперируем в эксперименте. От этого нас избавляет правильная постановка опыта, отвечающая правилу единственного различия. И в этом одно из назначений контроля в учебном эксперименте.

Обращая внимание учащихся на то, что все условия, кроме одного, одинаковы у опытных и контрольных растений (например, те и другие имеют слой масла на поверхности воды; сосуды для всех - одинакового объема и т. д.), мы тем самым показываем, что не столь важно для результата опыта, как именно влияют эти условия, так как действуют они равно и в опыте, и в контроле, т. е. на все растения данного эксперимента.

Но в любом случае необходимо объяснять ученикам, почему, с какой целью мы используем в опыте данное вещество (например, растительное масло, кипяченую воду), зачем мы делаем так, как делаем (например, опускаем в сосуд зажженную свечу), т. е. необходимо проводить работу, направленную на осмысление учениками всех действий в эксперименте.

Учителю надо понимать смысл всех действий в опыте, чтобы быть готовым ответить на возможные вопросы учащихся, в том числе по технике эксперимента (например: "Зачем в опыте по фотосинтезу срезанный лист помещаем в проволочную рамку?" - "Чтобы он не смог свернуться, упасть и хорошо бы освещался лампой"). С этой целью в описании опытов даются подробные объяснения. Но для работы с учащимися по осмыслению методики опыта надо использовать вопросы, важные для понимания существа эксперимента, не обращая внимания на техническую сторону опыта. Это позволит сосредоточиться на главном. Такие вопросы приводятся автором по многим опытам. Учитель может и сам подготовить их или дополнить имеющиеся в пособии вопросы.

Очень важно учить учащихся видеть существо дела, а не видимость его. Например, в известном опыте по изучению условий прорастания семян различие между двумя вариантами (в одном семена покрыты большим слоем воды, в другом они залиты "по пояс") выглядит как различие по количеству воды, налитой в банки, а по существу оно - в наличии или отсутствии доступа воздуха к семенам.

Проведение работы, направленной на осмысление учащимися методики эксперимента,- важнейшее условие эффективности демонстрации опыта в 6 классе. Такая работа особенно важна в тех случаях, когда описание постановки опыта и его объяснение в школьном учебнике неудовлетворительны (например, эксперимента по дыханию семян).

Особенностью эксперимента по физиологии растений является то, что какой бы простой ни была методика школьного опыта, приходится иметь дело со сложнейшими явлениями жизни, нередко с результатом взаимодействия многих процессов в организме, течение которых зависит от ряда внешних и внутренних условий.

Условия помещения в нелетнее время года неблагоприятны для жизни растений и для проведения ряда важнейших физиологических опытов. Вместе с тем все явления жизни растения в той или иной степени, на тех или иных объектах протекают и в таких неблагоприятных условиях. Рекомендуемые в пособии объекты и методика эксперимента рассчитаны на получение в опыте убедительного результата в обычных условиях или при таком улучшении их, которое вполне доступно каждой школе. Поэтому очень важно строго соблюдать все рекомендации по конкретным опытам.