Государственное бюджетное образовательное учреждение Луганской Народной Республики «Алчевский эколого-биологический центр детей и юношества» Методические рекомендации «Организация исследовательской деятельности обучающихся в полевых условиях» (из опыта работы руководителя кружка) Алиакбарова Татьяна Васильевна руководитель кружка г. Алчевск, тел. 0990199012, [email protected] В работе рассмотрены теоретические аспекты организации исследовательской деятельности в полевых условиях, методика организации экологической тропы в учебном заведении, представлены некоторые методики полевых экологических исследований из опыта работы руководителя кружка. Материал предназначен для руководителей кружков эколого-биологической направленности, учителей биологии, экологии. Содержание Введение 3 1. Теоретические аспекты организации исследовательской деятельности 5 в полевых условиях 2. Организация и обустройство экологической тропы 8 3. Виды работ, методики исследований на экологической тропе. 11 3.1. Экскурсии. 11 3.2. Методы оценки экологического состояния природной среды 14 Заключение 19 Список литературы 2 Введение. Важной составляющей современного биологического образования является формирование исследовательских знаний и умений учащихся. Дети очень наблюдательны. Они замечают малейшие изменения в природе. Поэтому они широко привлекаются к исследовательской деятельности в естественных условиях. Ученик постепенно превращается в младшего коллегу, который работает над решением проблем охраны окружающей среды, исследования природы родного края. Привлечение детей к поисково-исследовательской деятельности позволяет в значительной степени улучшить знания по биологии и экологии, географии и краеведения. С ее помощью можно собрать уникальный материал, которого ждут учебные кабинеты. Цель настоящей работы – раскрыть некоторые аспекты организации исследовательской работы в полевых условиях на примере личного опыта работы руководителя кружка Государственного бюджетного образовательного учреждения «Алчевский эколого-биологический центр детей и юношества». Актуальность работы состоит в том, что умело организованная исследовательская деятельность позволяет развивать познавательные интересы обучающихся, умение самостоятельно конструировать ориентироваться в информационном пространстве. свои знания, Этот метод всегда ориентирован на самостоятельную деятельность учащихся, поддержку и развитие творческих, одаренных детей. Новизна работы состоит в том, что руководителем кружка даны методические рекомендации по организации исследовательской деятельности обучающихся в полевых условиях на основе личного опыта работы. Задачи: - рассмотреть теоретические аспекты организации исследовательской деятельности в полевых условиях - изучить методику организации экологической тропы в учебном заведении - рассмотреть некоторые методики полевых экологических исследований. 3 Алчевск – промышленный город. Но материально-техническая база центра позволяет организовать разностороннюю исследовательскую, экологическую и природоохранную деятельность. Кроме учебных помещений и лабораторий (аквариумистика, Зимний сад, уголок живой природы, музей краеведения) центр имеет филиал - биостанцию, расположенную в загородной зоне на берегу Орловых прудов. Биостанция включает учебно-опытный участок, небольшой сад, теплицу, птичник и мини кролеферму. Воспитанники кружков занимаются выращиванием сельскохозяйственных культур, однолетних и многолетних цветов, ухаживают за кроликами, домашней и декоративной птицей, при этом приобретают практические умения и навыки сельскохозяйственного труда. Как показал опыт, это способствует в дальнейшей жизни при выборе профессии и поступлении в высшие учебные заведения сельскохозяйственного профиля. Сегодня наши бывшие выпускники продолжают обучение в медицинских, аграрных, педагогических вузах Луганской Народной Республики, Украины, России. А для учащихся общеобразовательных учреждений в течение года проводятся учебные экскурсии, полевой практикум, сборы юных экологов в природе. Разработан маршрут экологической тропы, работа на которой совмещает учебу и активный отдых, исследовательскую и природоохранную деятельность. 4 1. Теоретические аспекты организации исследовательской деятельности в полевых условиях [6,7] Формирование исследовательских умений обучающихся и воспитанников осуществляется в три этапа. Первый этап - подготовительный (2-6 кл.). На нем формируются основные исследовательских учебные умений (7-8 умения. кл.), Второй Третий этап этап - развитие самостоятельная - исследовательская деятельность школьников (9-11 кл.). В соответствии с этим занятия в полевых условиях можно разделить на три части. Например, первый блок - "Растительные группировки", рассчитан на учащихся и воспитанников 2-6 класса, которые уже получили определенные знания по биологии растений. Для детей этого возраста характерно конкретнообразное мышление. Основное содержание полевой практики - конкретные биологические объекты: растительные группировки и типичные для них представители. Во время экскурсий на экологической тропе, на территории биостанции центра дети получают ответы на вопросы, которые в этом возрасте доминируют: "Что?", "Кто?". Основными задачами экскурсий и наблюдений является формирование умений распознавать живые объекты. Также дети делают попытки установить элементарные причинно-следственные связи, что существенно закрепляет учебно-познавательную мотивацию. Это позволяет направить интерес школьников на овладение первоосновами настоящего научного исследования. Задача педагога во время экскурсий - развивать инициативу и активность детей, организуя во время экскурсии наблюдения, коллекционирование, рисование, фотографирование, ведение необходимых записей, развивающие игры. Проведение фенологических наблюдений объединяет почти все виды практической и исследовательской деятельности учащихся. Именно с организации фенологических наблюдений и ведения календаря природы начинается изучение живой природы. Ученики учатся любоваться природой, наблюдать за суточными и сезонными изменениями в жизни растений, животных, их ростом и развитием в природе, на учебноопытном земельном участке, в живом уголке, искусственных экосистемах 5 (овощная грядка, цветник, аквариум и т.д.). Второй блок полевых занятий - "Биоценозы". Обычно участие в них могут принимать школьники 7-8 классов, которые уже усвоили курсы биологии растений, животных, и (или) программный материал соответствующих творческих ученических объединений. В этом возрасте познавательная деятельность учащихся направлена на установление связей между явлениями и объектами, которых на первый взгляд не существует. Содержанием практики становятся взаимоотношения различных видов в группировке, закономерности преобразования энергии во время круговорота веществ, механизмы саморегуляции на конкретных примерах своей местности. Основным способом получения информации, как и раньше, остается наблюдения. Но на этом этапе данные обобщаются на более высоком уровне. Также увеличивается доля самостоятельной исследовательской деятельности детей. Они самостоятельно выбирают методику наблюдения, фиксируют результаты, проводят их анализ. Наблюдение за живыми объектами требует от исследователя терпения. Наиболее оптимально проводить такую работу индивидуально или в парах. Переход от групповой работы к индивидуальной повышает ответственность каждого за результат исследования. Роль педагога в этой деятельности должна быть направляющей и корректирующей, детали объектов и явлений учащиеся и воспитанники должны отмечать, по возможности, самостоятельно. Каждое звено (пара) сообщает о выполнении задач и делает краткое описание в дневниках. При обсуждении результатов дети демонстрируют собранные объекты, представляют свои наблюдения и выводы. Сообщения учащихся в случае необходимости педагог исправляет и дополняет. Третий этап рассчитан на учеников 9-11 классов. В основу содержания занятий положено изучение и овладение несложными методами полевых исследований, экологического мониторинга. Для школьников этого возраста вполне доступные методы геоботанических исследований, биоиндикации, учет птиц, учет насекомых и т. Школьники учатся самостоятельно выбирать соответствующую методику работы, 6 определять ее целесообразность, возможность получения Сформированные воспитанникам достоверных исследовательские проводить и умения самостоятельные сопоставимых позволяют данных. ученикам учебно-творческие и поиски. Полевой практикум прежде всего должен соответствовать программе курса биологии общеобразовательных учреждений, программам творческих объединений эколого-натуралистического направления, помочь школьникам овладеть основными понятиями биологии и экологии. Кроме того, практикум призван закрепить представление об экологии как науке комплексной, основой которой является систематизация и обобщение результатов, полученных с использованием различных методов естественных наук. Исследовательская деятельность учащихся и воспитанников на этом этапе связана с работой в научных секциях Малой академии наук, с участием в конкурсах и проектах различных уровней – от городского до республиканского и международного. 7 2. Организация и обустройство экологической тропы Создание учебных экологических троп способствует повышению научного уровня школьного образования. [10,11] Знания, которые учащиеся получают на тропе, тесно связаны с программным материалом; они помогают расширять и углублять знания, полученные на уроках. Во время экскурсий проводятся и исследования природных комплексов на территории биостанции и прилегающей зеленой зоны. Учащиеся и воспитанники включаются в разнообразные виды деятельности: учебные и познавательные экскурсии, экологические игры в природе, заготовка лекарственного сырья, трудовая деятельность, организация и проведение исследовательской работе, фенологические наблюдения и др. При разработке маршрута экологической тропы учитываются не только ее привлекательность, разнообразие экосистем, доступность. Немаловажное значение имеет и экологическое состояние местности. Разработка маршрута экологической тропы по территории биостанции определяется такими принципами: - здесь представлены не только участки нетронутой «дикой» природы, но и антропогенный ландшафт. Это позволяет проводить сравнительное изучение естественной и преобразованной среды, изучать характер преобразования природы деятельности человека, учиться прогнозировать всевозможные последствия такой деятельности. - биостанция расположена относительно недалеко от города, вблизи интенсивно посещаемых рекреационных районов. - учитывается и привлекательность окружающего ландшафта. Нет участков с монотонными однотипными природными сообществами: прослеживается чередование открытых степных пространств с тропинками в балках, участков прибрежной зоны и водоема, уголков нетронутой природы в прилегающих к биостанции зонах с участками, которые антропогенному воздействию. 8 подверглись значительному Главным требованием для способов подачи информации является ее максимальная краткость. Длинные тексты не читаются. Нужно в лаконичной форме выделить только ключевые и самые яркие моменты информационного обеспечения. Предлагаемая посетителям информация будет лучше усвоена, если она создает чувственные впечатления, затрагивает чувственные каналы, которыми человек воспринимает мир вокруг. Одновременно информация не должна быть скучной и изобиловать перечислением фактов. Следует заинтересовать слушателя, не перегружая 9 его информацией. Важным аспектом работы по созданию маршрута экологической тропы является то, что эта работа была организована при непосредственном участии обучающихся кружка «Основы биологии». Экологический проект «Экологическая тропа «Знай! Люби! Береги!» разрабатывается уже второй год. Ребята не только подбирали теоретический материал. Они разрабатывали маршрут, тематические экскурсии, принимали непосредственное участие в оформлении видовых точек и проведении экскурсий в летний период для воспитанников пришкольных лагерей. На сегодняшний день тропа включает шесть видовых точек. В планах на текущий учебный год - дополнить экологическую тропу новыми видовыми точками, которые расположены за пределами биостанции в зеленой зоне. Так, например, есть участки, где произрастают ковыли, можно оборудовать видовые точки «Гнездо сороки», «Родник» и много других объектов. 10 3. Виды работ, методики исследований на экологической тропе. 3.1. Экскурсия. [5,9] Благоприятные возможности для реализации комплексного подхода в экологическом образовании представляют экскурсии в природную среду, на которых дети овладевают соответствующими знаниями, оценочными суждениями, правилами поведения, природоохранными умениями. Содержание экскурсии должно иметь непосредственную связь с пройденным на предшествующих занятиях материалом. В тоже время полученные на экскурсиях представления, результаты наблюдений и собранные материалы используют на последующих занятиях кружка, при выполнении конкурсных работ. Исследовательский подход к изучению природы позволяет на экскурсиях обучать учащихся ориентироваться на местности, наблюдать мир природы, делать сопоставления, устанавливать связи между наблюдаемыми предметами и явлениями природы, способствуя формированию навыков самостоятельного изучения окружающей действительности. Здесь формируется система представлений о природных комплексах (биоценозах). Экскурсия позволяет в полной мере раскрыть эстетический и познавательный потенциал природы, формировать ценностное отношение к нему, осваивать ряд природоохранных технологий и, главное, стратегию индивидуального поведения в природной среде. Во время проведения экскурсий можно предложить провести с учениками экологические игры, которые будут способствовать повышению эмоциональности экскурсии, будет разнообразить ее, будут способствовать активизации умственной деятельности... Например: «Минутка загадок». Вспомните загадки о растений и животных, которых вы наблюдали во время экскурсии. Найдите их и покажите. «Задай мне вопрос». Один ученик дает описание растения (особенности строения стебля, листьев, цветка, расцветки...) Другие находят это растение, 11 называют его, рассказывают, как человек может использовать это растение, указывают ее систематическое положение. «Найди пару». Один ученик показывает лист, цветок, семена или плод. Другие находят и показывают растение, которое имеет такие органы. «Кафе на опушке». Назовите и покажите съедобные растения. Какие кушанья можно из них приготовить? Вот пример экскурсии в природу. Тема экскурсии: формы растительности Цель: ознакомить обучающихся с видовым составом растений своей местности, с разными жизненными формами растений, развивать навыки распознавания и описания растений, воспитание заботливого отношения к природе. Место проведения: экологическая тропа (или биостанция) Экскурсию рекомендовано проводить с учениками 2-4 классов, или воспитанниками кружков "Юные друзья природы" младшего школьного возраста. К началу проведения экскурсии педагог выбирает соответствующий участок, где представлены разные жизненные формы растений, проверяет участок на отсутствие предметов, которые могут быть опасными для детей (стекло, сухие ветки и сучья, опасные растения и тому подобное), участок рекомендовано оградить. Ход экскурсии 1. Организационный момент. Беседа. Учитель, руководитель кружка: Дети, давайте прислушиваемся к волшебным звукам, которые нас окружают. Что вы слышите? (как шумит ветерок, шелестят листья на деревьях, поют птицы.). Какие цвета преобладают в природе? - Как надо вести себя в природе, чтобы не нанести ей вреда? (ознакомление с памяткой поведения в природе) 2. Мотивация учебно-познавательной деятельности: (педагог выразительно читает стих) 12 Красота природы есть во всем: В листочке, в цветочке живом, В тучке, в небе голубом. Лишь присмотреться умей! Сегодня, дети, мы с вами ближе познакомимся с растениями, которые нас окружают, попробуем разгадать маленькую часть загадок матушки-природы. 3. Изучение нового материала. - Рассказ учителя: жизненные формы растительности - деревья, кусты, травы, однолетние и многолетние растения. - Дидактическая игра «Тайны природы» (задание детям: разойтись по участку, найти свою «тайну природы», рассказать о ней). - Организация самостоятельных наблюдений. - Заполнение листков наблюдения, обсуждения результатов наблюдения. Деревья Кустарники название количество название Травы количество название количество (названия растений дети устанавливают с помощью учителя, руководителя кружка, а количество определяют словами «много», «группами», «одиночно»). 4. Закрепление знаний. Экологическая игра "Найди пару" - учитель, руководитель кружка показывает детям веточку с листьями, цветок, листок, плоды - дети находят на участке растение, по возможности называют ее, указывают жизненную форму. 5. Подведение итогов (словесно, поощрение), домашнее задание. - сделать рисунки, фото, составить сочинение-описание "По следам моего путешествия". 13 3.2. Методы оценки экологического состояния природной среды Оценка экологического состояния по показателю флуктуирующей асимметрии. [8] Флуктуирующая стабильности асимметрия индивидуального - это количественная развития у характеристика билатерально-симметричных организмов, определяется исходя из различий счетных признаков по разным сторонам тела (например, у рыб - число лучей в парных плавниках, у растений ширина листовой пластинки справа и слева и т.д.). Для исследования можно взять листья березы (можно одуванчик, клевер…) (рис. 1) Рисунок 1. Показатели ассиметрии листовой пластинки. Данные исследования занести в таблицу. Ниже приведен пример исследований и расчетов. Таблица. Расчет флуктуирующей ассиметрии. Ширина половинки листа L/R Длина второй от основания жилки L/R Расстояние между первой и второй жилкой (около центр. жилки) L/R Расстояние между первой и второй жилкой (по краю пластинки) L/R ФА 25/24 20/22 20/20 19/19 19/23 37/37 35/32 29/32 34/31 29/32 7/8 4/5 4/5 4/5 6/5 15/15 14/13 8/12 11/14 12/13 0,020 0,059 0,090 0,069 0,068 0,020 0,047 0 0 0,095 0 0,044 0,049 0,046 0,049 0,060 0,111 0,111 0,111 0,090 14 0 0,037 0,2 0,12 0,04 21/21 0 33/31 0,031 4/4 0 11/12 0,043 20/21 0,024 34/32 0,030 4/4 0 12/12 0 27/20 0,150 34/31 0,046 1/6 0,714 16/14 0,066 Показатель стабильности развития 0,037 0,013 0,244 0,075 Таблица «Балльная оценка экологического состояния среды» Балл Показатель стабильности развития I <0,040 (условная норма) II 0,040-0,044 III 0,045-0,049 IV 0,050-0,054 V >0,054 загрязнение) (сильное, экстремальное Результаты расчетов сравнить с таблицей «Балльная оценка экологического состояния среды». Биоиндикация с помощью лихеноиндикации. [1,3,4] Лихеноиндикационные методы выступают одним из главных способов определения чистоты воздуха, поскольку они являются высокоинформативными и одновременно дешевыми. Мы использовали метод определения проективного покрытия по шкале Браун-Бланке; метод лихеноиндикационных индексов (рассчитывали индекс атмосферной чистоты). С обеих сторон ствола дерева на высоте 1,2-1,5 м. с помощью измерительной сетки 10х10 см. мы определяли площадь покрытия лишайников. Вычислять: - Число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают более половины площади квадрата (А), условно приписывая им покрытие, равное 100%; - Число квадратов, в которых лишайники занимают меньше половины площади квадрата (В), условно приписывая им покрытие, равное 50%; 15 - Вычисляется общее проективное покрытие в процентах (R) - по формуле: R = (100А +50 В): С Для определения проективного покрытия использовали балльную шкалу БраунБланке: • 0 баллов - лишайники встречаются редко, степень покрытия незначительный. • 1 балл - лишайников много, степень покрытия малая, или особи разреженные, площадь покрытия больше. • 2 балла - лишайников много, степень проективного покрытия не меньше 10%, но не более 25%. • 3 балла - любое количество лишайников, степень покрытия - 25 - 50%. • 4 балла - любое количество лишайников, степень покрытия - 50 - 75% • 5 балла - степень покрытия более - 75%. После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости и покрытия для каждого типа роста лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К). Зная баллы средней встречаемости и Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле. Чем ближе показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере. ОЧА=(Н + 2Л + 3К)/30 Существует такая закономерность: чем показатель относительной чистоты атмосферы более приближен к единице, тем экологически чистым является окружающая среда. Ниже приведен пример расчетов: Таблица. Показатель относительной чистоты атмосферы Показатели вязы Накипные: - встречаемость, % - степень покрытия, % 29% 49,5% Порода дерева тополя липы 31% 51,5% 16 24% 48% ОЧА 4 балла Листоватые: - встречаемость, % - степень покрытия, % Кустистые: - встречаемость, % - степень покрытия, % Относительная чистота атмосферы 22 % 34 % - 30 % 39% - 20 % 30% - 3 балла - 0,33 Использование в работе метода геоботанического описания [1,2] может быть весьма результативным в плане оценки уровня биологического разнообразия и составления предварительных прогнозов его устойчивого поддержания. Типовое геоботаническое описание состоит из двух частей: 1 - «шапка» описания – общие сведения о пробной площадке, 2 - список встреченных на площади видов с указанием обилия каждого вида по выбранной шкале в каждом из ярусов. Чаще всего используемое подразделение ярусов: А – древесный ярус, B – ярус подлеска (кустарниковый), C – травянокустарничковый ярус, D – мохово-лишайниковый ярус, E – внеярусная растительность. Наиболее широко распространенные шкалы обилий видов – О. Друде и Й. Браун-Бланке Ниже приведен пример геоботанического описания, составленный во время исследования видового многообразия первоцветов окрестностей города Алчевска: 1. Тип фитоценоза: байрачный лес: ольха черная, ясень обыкновенный, клен татарский, ивы, боярышник. 2. Мертвый покров: подстилка из прошлогодних сухих листьев толщиной в 4см 3. Элемент мезорельефа: низменная часть балки, вдоль ручья. 4. Увлажнение: среднее 5. Антропогенное воздействие: следы стихийных свалок, в ручье – бытовой мусор. Местность довольно исхоженная (насчитали 5 тропинок в различных 17 направлениях). В древостое присутствуют поврежденные деревья, кустарники, сухостой. 6. Видовой состав выявленных нами растений: № Вид п/п 1 пролеска сибирская 2 чистяк весенний 3 хохлатка плотная 4 Фиалка Собачья 5 Обилие(по Фенологическая шкале Drude) фаза Единично цветение Проетивное покрытие 5% Характер размещения Рассеяно Довольно обильно Изредка цветение 32% Группами Бутонизация, начало цветения Начало цветения 19% Равномерно 10% цветение 25% Равномерно мелкими группами Группами Изредка Ветренница Довольно лютичная обильно 18 Заключение Кропотливая работа над внедрением в практику работы руководителя кружка исследовательской, проектной деятельности, дает юным исследователям широкие возможности попробовать себя в научном поиске, увидеть результативность собственного исследования, ощутить радость от успеха. Юные исследователи получают бесценный опыт самостоятельного поиска, достигают большой внутренней зрелости, приобретают важные научные компетенции, студентами которые высших затем учебных максимально используют, став заведений. Проекты, исследовательские и творческие работы детей становятся основой для конкурсных работ различных тем на разных уровнях. За последнее время экологические проекты и исследования моих воспитанников были отмечены в числе победителей и призеров республиканских, региональных, международных конкурсов: - «Зеленые жемчужины весны» (Изучение видового состава первоцветов окрестностей города Алчевска) – победитель Республиканских конкурсов «Природа Донбасса» и «Зеленая весна родного края» в 2015 и в 2016 годах - «Комплексный экологический мониторинг Сквера Реквиема города Алчевска методами биоиндикации и биотестирования», «Экологический паспорт Сквера Реквиема» - победитель республиканского конкурса экологических проектов «Человек на Земле», Диплом «Хранители Земли» 6 ступени на XI Всероссийском конкурсе учебно-исследовательских экологических проектов "Человек на Земле" в 2016 г. - «Экологическая тропа «Знай! Люби! Береги!» - победитель республиканского конкурса «Идея - проект – решение», «Республиканского конкурса «Человек на Земле» в 2017 г. Кроме того, о результатах своих исследований ребята докладывали на конференциях различных уровней. 19 А биостанция, исследовательской, экологическая практической, тропа – это экологической место и для научно- природоохранной деятельности учащейся молодежи города. Таким образом, вовлекая ребенка в исследовательскую деятельность мы не только не только помогаем учащимся лучше справляться с требованиями программы, но и развиваем у них логическое мышление, создаем внутренний мотив учебной деятельности в целом. 20 Список литературы 1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. / Т.Я. Ашихмина - Москва, «Рандеву – АМ» 2000г 2. Алексеев С.В. «Практикум по экологии». / С.В. Алексеев - Москва. АО “МДС”, 1996. 3. Артамонов Б.Б. – Методи вимірювання параметрів навколишнього середовища. http://lubbook.net/book_570.html?act=show_book&book=570 4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под редакцией Р. Шуберта. Пер. с нем. - М.: Мир, 1988. – 102 с. 5. Внешкольное образование: стратегия, инновации, практика: сборник статей Международной научно-практической конференции. – Сумы, 2009. – 328 с. 6. Исследовательская работа школьников по биологии: Учебно- методическое пособие / Под ред. к.б.н. С.М. Панченко, Л.В. Тихенко. – Сумы: Университетская книга, 2008. 7. 3. Исследование как технология обучения // Биология. Школьный мир. – 2006. – № 15. – С. 19 – 20. 8. Захаров В.М. Онтогенез и популяция (стабильность развития и популяционная изменчивость) // Экология. 2001. No 3. 9. Захлебный А.Н. На экологической тропе опыт экологического воспитания. / А.Н. Захлебный - М.: Знание, 1986. 10. Методические рекомендации по оформлению экологических и научных троп на ООПТ г. Москвы. М.: изд. Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы, 2004. 11. Ремизова Н.И. Учебная экологическая тропа на пришкольном участке. ж- л «Биология в школе» №6, 2000. 21
