Использование информационных материалов в процессе формирования интеллектуальных умений при изучении биологии.
статья по биологии по теме

Использование информационных материалов в процессе формирования интеллектуальных умений при изучении биологии.

Ключевые слова: федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС), универсальные учебные действия, интеллектуальные умения, информационные материалы, биологические задачи, биологическая олимпиада.

Новый образовательный стандарт (ФГОС) [1, 2]  устанавливает личностные, метапредметные и предметные требования к результатам освоения обучающимися образовательной программы общего образования. Содержательная часть образовательной программы общего образования включает программы, ориентированные на достижение этих результатов, в т. ч. программу развития универсальных учебных действий (программу формирования общеучебных умений и навыков).

Интеллектуальные умения относят к общим учебным умениям, а обучение интеллектуальным операциям рекомендуют [3]  начинать  с работы с учебными текстами, которые в большинстве случаев носят описательный характер. Процесс этот сложный и длительный, но результаты этой работы очень важны для формирования универсальных учебных действий, которые позволят сознательно саморазвиваться, самостоятельно обучаться и решать иные задачи [1, 2].

Одним из аспектов в работе с информационным текстом является умение ставить вопросы к прочитанному. При этом выделяют несколько уровней вопросов, по которым можно судить о степени сформированности определенных интеллектуальных умений [3].

Использование различных информационных тексов из учебников, газет, научно-методической и научно-познавательной литературы, ресурсов Интернета и постановка вопросов к ним позволяют, например, составлять различной сложности задачи, использование которых обогащают процесс обучения, позволяют избегать поверхностного изучения материала и способствуют формированию пытливого ума. При выборе информации учитель должен ориентироваться как на уровень подготовки учащихся, их возможности, так и сложность текста для восприятия и анализа.

Как составлять биологические задачи? Например, в работах [4], [5], [6] описаны подходы к составлению задач и их использованию в преподавании биологии с применением ТРИЗ. В этой статье приводятся примеры достаточно простых подходов к составлению биологических задач разной сложности по информационным материалам, взятым из разных источников.

Пример 1.

Текст: «В 1829 г. арабский вождь Абд-эль-Геллиль осадил город Сокку. Для того чтобы голодом принудить жителей сдаться, он велел вырубить все окрестные финиковые пальмы. В одну неделю было срублено 43 тысячи деревьев, и город Сокку сдался» (Н. Верзилин   Путешествие с домашними растениями. – М.: Педагогика-Пресс, 1995, с. 41).

При формулировании задачи на основании текста выделяем ту составляющую, которая будет ответом на поставленный вопрос. Для составления биологической задачи по данному тексту можно, например, выделить следующую информацию: 1) «финиковые»; 2) «финиковые пальмы»; 3) «голодом». Путем переработки исходного текста и постановки вопросов составляем варианты текста задачи:

1. В 1829 г. арабский вождь Абд-эль-Геллиль осадил город Сокку. Для того чтобы голодом принудить жителей сдаться, он велел вырубить все окрестные пальмы. В одну неделю было срублено 43 тысячи деревьев, и город Соку сдался. О каких пальмах, по вашему мнению, идет речь?
2. В 1829 г. арабский вождь Абд-эль-Геллиль осадил город Сокку. Для того чтобы голодом принудить жителей сдаться, он велел вырубить окрестные деревья, используемые для получения продуктов питания. В одну неделю было срублено 43 тысячи деревьев, и город Сокку сдался. О каких деревьях, по вашему мнению, идет речь?
3. В 1829 г. арабский вождь Абд-эль-Геллиль осадил город Сокку. Для того чтобы принудить жителей сдаться, он велел вырубить все окрестные финиковые пальмы. В одну неделю было срублено 43 тысячи деревьев, и город Сокку сдался. Почему жители города Сокку были вынуждены сдаться?
4. В 1829 г. арабский вождь Абд-эль-Геллиль осадил город Сокку. Для того чтобы принудить жителей сдаться, он велел вырубить все окрестные пальмы. В одну неделю было срублено 43 тысячи деревьев, и город Соку сдался. О каких пальмах, по вашему мнению, идет речь? Почему жители города Сокку были вынуждены сдаться?

Представленные тексты задачи по-разному сформулированы и даже разной сложности. Анализ задачи и поиск ответа требуют определенных умственных действий: выделения главного, сопоставления, установления логической цепочки и др. Сам текст задачи дает подсказку для привлечения информации из других учебных предметов (истории, природоведения). В связи с этим в текст задач, можно ввести дополнительный вопрос: «Что вы можете сказать об условиях произрастания упомянутых растений?»  Третью и четвертую задачи можно дополнить творческим заданием: «Для аргументации вашего ответа подготовьте сообщение о значении названных пальм в жизни арабов».

Пример 2.

Текст: «Длина синего кита может превышать 30 м, а масса – 150 т. Легко ли прокормиться такому гиганту? Кит ныряет, набирает порцию воды с крилем (мелкими креветками) и отфильтровывает из воды криль, пропуская воду через усы. За одно погружение кит заглатывает 1260 кг креветок, каждая из которых весит 1 – 2 г. Это почти полмиллиона килокалорий, что в 77 раз больше, чем кит тратит на один нырок. Там, где криля особенно много, выигрыш может превысить расходы в 90 раз» (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2011, № 7, с. 44).

Данный текст, фрагментарно описывающий жизнедеятельность синего кита, содержит цифровой материал, что можно использовать при составлении расчетной задачи. Для этого нужно выделить ту информацию, которая непосредственно войдет в задачу. Например: «(Синий) кит ныряет, набирает порцию воды с крилем (мелкими креветками) и отфильтровывает из воды криль, пропуская воду через усы. За одно погружение кит заглатывает 1260 кг креветок, каждая из которых весит 1 – 2 г. Это почти полмиллиона килокалорий, что в 77 раз больше, чем кит тратит на один нырок». В данном тексте можно выделить определенные математические «связки», которые и лягут в основу составления вопросов и расчетов. Опять же минимально перерабатывая текст и ставя вопросы, составляем текст задачи: «В одном из описаний  образа жизни синего кита читаем: «Кит ныряет, набирает порцию воды с крилем (мелкими креветками) и отфильтровывает из воды криль, пропуская воду через усы. За одно погружение кит заглатывает 1260 кг креветок, каждая из которых весит 1 – 2 г. Это почти полмиллиона килокалорий, что в 77 раз больше, чем кит тратит на один нырок. Рассчитайте, сколько креветок в среднем обеспечивает киту энергию, необходимую для одного нырка? Сколько килокалорий соответствует массе одной креветки?»

Иногда для составления задачи на основе взятого текста, если после его переработки для получения ответа учащимся не хватает информации, можно использовать дополнительный информационный источник.

Пример 3.

Текст: «Самая большая рыба – китовая акула. Безобидное создание, питающееся планктоном, достигает в длину 20 м, что больше габаритов многих китов. Ихтиологи, изучающие жизнь гигантов, должны как-то распознавать отдельных особей, чтобы следить за их поведением и перемещениями. Пытались цеплять на плавники яркие метки, ультразвуковые маячки, но это дорого, ненадежно и сложно. Между тем шкуру любой акулы усеивают светлые пятна, индивидуальные у каждой особи. Заметив, что шкура акулы похожа на звездное небо, австралийские ученые позаимствовали у астронавтов из НАСА компьютерную программу, предназначенную для идентификации участков звездного неба. Сейчас создается банк данных с фотографиями китовых акул, и вскоре их можно будет определять по рисунку пятен» (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2011, № 8, с. 53).

Выделяя в вопрос задачи способ идентификации китовых акул, перерабатывая текст и формулируя задание, составляем, например, следующую задачу: «Самая большая рыба – китовая акула – достигает в длину 20 м. Ихтиологи, чтобы следить за их поведением и перемещением, пытались цеплять на плавники яркие метки, ультразвуковые маячки, но это дорого, ненадежно и сложно. Чтобы все-таки решить эту проблему, австралийские ученые позаимствовали у астрономов из НАСА компьютерную программу, предназначенную для идентификации участков звездного неба. Как вы думаете, для чего им понадобилась эта программа?»

Самого текста задачи уже достаточно для поиска ответа на поставленный вопрос, но  для стимулирования поиска можно использовать фотографию  (или рисунок) китовой акулы, размещенную рядом с текстом задачи.

   (http://scharks.ru/vidy/index.shtm)

Учащиеся помнят, что при работе на компьютере формат фотографии (рисунка) можно менять. Это позволяет рассматривать некоторые детали изображения.

Иногда для составления задачи достаточно в качестве информационного источника использовать только фотографию (или рисунок).

Пример 4.

  Изучите внимательно фотографию и ответьте на вопрос: что дает биологу подводная фотография как научный метод исследования?

           (http://nowa.cc/showpost.php?p=3061794&postcount=59)

Описанные подходы при составлении биологических задач использовались автором этой статьи, в частности, при составлении некоторых заданий биологической олимпиады для учащихся заграншкол МИД РФ.  Материал для составления задач подбирался таким образом, чтобы для получения ответа дети использовали не только предметные знания, но и на основе анализа текста задачи, используя знания других учебных дисциплин, причинно-следственные связи и т.д. могли формулировать ответ. Это возможно, если ребят обучать подобным действиям на конкретных примерах. Чтобы эффект был наилучшим, можно работать в двух направлениях:

1. обучать учащихся составлять задачи (на предоставленном или самостоятельно найденном информационном материале) с обязательным их анализом и корректировкой;
2. обучать решать задачи разной сложности с объяснением выбора способа решения.

Самостоятельное составление задач позволяет учащимся «видеть» внутреннюю структуру текста, смысловые связи между элементами текста, выделять главную и «скрытую» информацию, ставить вопросы и др.

Обучение решению задач позволяет развивать умение анализировать текст задания, подключать знания других предметов, привлекать дополнительную информацию и искать пути ее получения, составлять смысловые цепочки на основе логических связей всех привлекаемых к получению ответа элементов и т.д. Ниже приведем примеры поиска ответов на вопросы задач разной сложности. Излагаемые краткие рассуждения следует рассматривать как варианты из возможных решений.

Пример 1 (текст задач см. выше).

1. Объект – пальмы. По тексту речь идет о территории, где проживают арабы. Первая половина 19 века. Их жизнь зависит от этих растений: если не будет этих пальм, они не выдержат осады, т.к. погибнут от голода. На основе знаний истории, природоведения (биологии, географии) можно сделать вывод, что, скорее всего, речь идет о финиковых пальмах.

Ответ: пальма финиковая.

2. Объект – деревья, от которых зависит питание арабов на территориях, где преобладают пустыни. Далее рассуждения те же, что и в 1 варианте.

Ответ: финиковые пальмы.

3. Объект – финиковые пальмы. Из текста видно, что без них арабам не выдержать долгой осады города, при этом они просто умрут от голода. Опять же на основе привлечения знаний из других предметов выходим на ответ.

Ответ: Для арабов финиковая пальма имела огромнейшее значение. Ее использовали по-разному, но больше всего - для получения продуктов питания. Поэтому при вырубке пальмовых плантаций жители города Соку лишились важного, если не главного, источника питания.

4. Объединение анализа  и ответов 1 и 3 задач.

Пример 2 (текст задачи см. выше).

Объект – синий кит. Речь идет о его питании: о получении энергии (в том числе затрачиваемой на погружение) при поедании креветок. В тексте задачи выделяем математические «связки», на основе которых производим расчеты: 1) 1260 кг креветок, каждая из которых весит 1 – 2 г; 2) полмиллиона килокалорий, что в 77 раз больше; 3) 1260 кг креветок, … это полмиллиона килокалорий.

Решение: Масса 1260 кг соответствует по нижней границе 1260 тыс. креветок (1 260 000 : 1), а по верхней – 630 тыс. креветок (1 260 000 :  2). В среднем это 945 000 креветок ((1 260 000 + 630 000) : 2). Для одного нырка киту необходима энергия приблизительно в 6 500 ккал (500 000 : 77 = 6 494 ~ 6 500), которую обеспечивают в среднем приблизительно 12 700 креветок (945 000 : 77 = 12 662 ~ 12 700). Таким образом массе одной креветки соответствует приблизительно 0,5 ккал энергии (6 494 : 12 662 = 0,513 ~ 0,5). Ответ: приблизительно 945 тыс. креветок; 0,5 ккал.

Пример 3 (текст задачи см. выше).

Объект – китовая акула. Речь идет об идентификации китовых акул на основе способа идентификации участков звездного неба. Разные участки ночного неба отличаются взаимным расположением звезд (светлых точек на темном фоне). Компьютерная программа позволяет иметь базу этих участков, чтобы не только хранить эту информацию, но и быстро находить нужный участок при сопоставлении картинок. Следует предположить, что при идентификации китовых акул происходит подобный процесс, только роль участка звездного неба выполняет рисунок кожи акулы.

Если к тексту прилагается фотография животного, то ее изучение ускоряет получение ответа.

Ответ:  Шкуру китовой акулы усеивают светлые пятна, индивидуальные у каждой особи (при этом она «похожа» на звездное небо). С помощью указанной программы создается банк данных с фотографиями китовых акул. Это позволит идентифицировать каждую особь по рисунку пятен.

Пример 4 (текст задачи см. выше).

На четком и красочном снимке, который мог бы быть прекрасной иллюстрацией соответствующего текста, хорошо видны: 1) разнообразие видов в их естественной среде; 2) внешний облик некоторых объектов (что позволяет идентифицировать узнаваемых или описывать неизвестных организмов). По снимку можно даже описать поведение некоторых организмов в момент съемки. С учетом того, что речь идет о научном методе исследования, получаем ответ.

Ответ: 1. Используют снимки в качестве иллюстраций в атласах, учебных пособиях, научно-популярных книгах. 2. Обучают студентов (учащихся) определению  видов. 3. Изучают (наблюдают) организмы в естественных условиях (поведение, взаимоотношения с другими организмами, описание условий обитания  и др.). 4. Фотографии помогают обнаружению новых видов. 

Пример 5.

Задача (составлена на основе текста из статьи «В блокнот учителя». - ж. "Биология в школе", 2009, № 5, с. 46): «Ядовитые жабы-ага, они же тростниковые, очень быстро распространяются по Австралии. С 1940-х по 1960-е годы они распространялись со скоростью примерно 9,7 км в год, а теперь – 48,3 км. Ученые исследовали тех жаб, которые появляются на новой территории первыми. Какие, по вашему мнению, особенности у этих жаб обнаружили ученые?»

Возможные рассуждения при решении задачи: Объект – жабы. Речь идет о скорости их передвижения, при этом сравниваются две скорости. Нужно объяснить, почему скорость передвижения  у объекта со временем увеличилась. Вспоминая способ передвижения жаб (на суше: прыжки с участием задних лап), делаем вывод: дальше прыгают те, у кого длиннее задние лапы.  Формулируем ответ.

Ответ: У "авангарда" длина лапок больше. Более длинные лапки позволяют жабам двигаться быстрее.

Пример 5.

Задача (составлена на основе текста из книги «Мир растений» (авт. Смирнов А.В.).- М.: Мол. гвардия, 1981, с. 41-42): «В одной из книг о растениях есть рассказ: «В 1935 г. в Чуйском совхозе ликвидировали плантацию кендыря. На месте ее построили избу для крестьянина Лихачева. Не успел хозяин как следует обжить помещение, как в нем появился кендырь. Видимо, уцелело в почве корневище. Оно дало два побега. Один поднялся на дворе под окнами. Другой проник через пол и зазеленел в комнате. Дворовый рос не спеша и за лето вытянулся на полметра. Зато домашний намного перегнал собрата и уперся в потолок». Перечислите условия, которые оказались более благоприятными для кендыря».

Возможные рассуждения при решении задачи: Объект – растение кендырь. Сравниваются два побега от одного корневища, это говорит о том, что различия между ними обусловлены только условиями произрастания. По описанию побегов более благоприятными были условия в комнате. Помня о том, что в избе крестьянина пространства немного, окна небольшие и их мало, сравниваем условия вне дома и в помещении. Летом в избе температура достаточно жаркая и мало меняется. В закрытом помещении движения воздуха мало, значит, скорее всего, душно. Из-за небольшой освещенности в комнате преобладает тень.

Ответ: 1. Постоянная жаркая температура. 2. Духота (мало проветриваемое пространство). 3. Тень.

Пример 6.

Задача (составлена по информации с http://www-sbras.nsc.ru/win/elbib/bio/bg/arial_10.html): «На фотографии представлен участок леса. Данное изображение в достаточной мере отображает особенности представленного фитоценоза. Вам предлагается по приведенной фотографии и при возможном пребывании в подобном месте дать краткую фитоценотическую характеристику данного леса».

Возможные рассуждения при решении задачи: Объект – фитоценоз.  Из задания следует, что для описания характеристики фитоценоза изображения достаточно. На фотографии хорошо видны ярусы (древесный, травянистый, возможен ярус из мхов), доминирующий видовой состав (сосна приблизительно одного возраста, злаковые, осоковые) и его соответствие песчаным почвам, плотность растительного покрова. Поэтому по изображению можно составить следующее краткое описание фитоценоза.

Ответ: Древесный ярус условно одновозрастный, монодоминантный, образован сосной обыкновенной. Кустарниковый ярус отсутствует. Покрытие травяного яруса неполное. Преобладающие виды: псаммофиты, в т. ч. представители осоковых и злаковых растений. Очевидно, мохово-лишайниковый ярус разрежен (не сплошной).

Обозначенные в статье приемы не претендуют на всеобъемлющее описание возможных подходов для использования информационных материалов в виде описательного текста и фотографий при формировании интеллектуальных умений учащихся в процессе изучении биологии. Тем не менее, по мнению автора, использование задач на основе таких материалов способствует развитию универсальных учебных действий.

Ниже приводятся десять задач для самостоятельно анализа, Тексты для  их  составления взяты в журнале «Биология в школе».

1. После снятия с дерева плоды продолжают дышать, а для доступа воздуха их мякоть пронизана более или менее развитой сетью каналов – "дыхательной сетью". Тем не менее, все фрукты различаются по лежкости – способности переносить хранение и долго не портиться. Какая связь между этими фактами? Почему же фрукты все-таки портятся? Как вы думаете, у какого фрукта – яблока, персика или груши – менее обширна "дыхательная сеть? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2009, № 5, с. 46).

Ответ: Через каналы внутрь фрукта проникают микробы и грибки – и плод портится. Больше каналов, быстрее портится фрукт. У яблока "дыхательная сеть" менее густая, поэтому яблоки дольше не портятся.

2. У любителей петь или просто что-то напевать себе под нос состояние местного иммунитета в ротовой полости и горле заметно улучшается в отличие от его состояния у тех, кто предпочитает молчать. В чем, по вашему мнению, заключается механизм воздействия пения на иммунитет? (В блокнот учителя. - ж."Биология в школе", 2009, № 6, с. 42).

Ответ: В  процессе пения улучшается кровоснабжение голосовых связок, языка, небных миндалин и многочисленных лимфатических узлов. Это и оказывает оздоравливающий эффект: лимфатические узлы и миндалины начинают более активно работать.

3. У детей, активно пользующихся мобильниками, в сравнении с взрослыми более высока вероятность ослабления памяти и внимания, появления раздражительности и нарушений сна. Какое объяснение этому факту вы можете предложить? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2009, № 6, с. 42).

Ответ: Появление названных изменений в организме связано с поглощением электромагнитной энергии. Поглощение этой энергии организмом ребенка намного выше, чем взрослого. Поэтому и влияние на организм ребенка заметнее.

4. Особи одного из видов мадагаскарских хамелеонов умирают от старости через пять месяцев после вылупления из яиц. При этом родители никогда не видят своих детей, хотя и те и другие обитают на одной территории. Почему же родители  этого вида хамелеонов никогда не видят своих детей? (В блокнот учителя. - ж."Биология в школе", 2009, № 6, с. 48).

Ответ: Срок от откладки яиц до вылупления из яиц больше срока жизни половозрелых особей.

5. В желобках шерсти ленивца – обитателя тропического леса – обитают водоросли, придающие животному зеленоватую окраску, что не характерно для обезьян. Каким образом, по вашему мнению, это влияет на плотность популяции сравниваемых животных? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2009, № 6, с. 48).

Ответ: Замаскированные таким образом ленивцы более невидимы по сравнению с обезьянами. Поэтому их выживаемость больше, выше и плотность популяции.

6. Маленький, слепой, с хилым бледно-желтым телом и длинными челюстями – так выглядит «марсианин» - представитель нового вида муравьев, обнаруженного недавно в лесах Амазонки. О чем может говорить приведенное описание животного? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2009, № 6, с. 48).

Ответ: О жизни в темноте, вероятнее всего под землей.

7. Ядовитые грибы чаще всего не отличаются яркой окраской и внешне похожи на съедобные, но отличаются особым запахом. Как вы думаете, чем объясняется этот факт? (В блокнот учителя. - ж."Биология в школе", 2009, № 10, с. 50).

Ответ: Вероятно тем, что основные любители грибов в природе, например, слизни и ежи, питаются главным образом ночью и в сумерках, когда цветовое зрение не работает. Запахом грибы «предупреждают» о своей ядовитости.

8. Английские ученые обнаружили, что улитки Patella vulgata, живущие на меловых утесах Дувра, постепенно съедают берег. Объясните, как же эти улитки «съедают» скалы? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2010, № 2, с. 51).

Ответ: Прилепившись к скале, они соскребают с нее микроскопические водоросли, которыми  питаются, а вместе с ними соскребают мягкий известняк.

9. Комары-самки находят теплокровную жертву с помощью двух неподвижных антенн, чувствительных к тепловому инфракрасному излучению. Антенны начинают реагировать на тепло за несколько метров от жертвы. Каким же образом комар на лету определяет точность своей «посадки»? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2010, № 2, с. 51).

Ответ: Комары, почувствовав тепло, изменяют направление полета до тех пор, пока сигналы от обеих антенн (которые неподвижны) не уравняются. На близком расстоянии в дело вступают обонятельные рецепторы.

10. Вы, наверное, не один раз видели дождевых червей на поверхности почвы после дождя. Почему же черви выползают на поверхность? (В блокнот учителя. - ж. "Биология в школе", 2010, № 4, с. 47).

Ответ: Не потому, что вода мешает им дышать, а потому, что удары капель о землю напоминают шум, производимый приближающимся кротом, который питается червями.

Литература

1. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. - http://standart.edu.ru/.

2. Федеральный государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования. - http://standart.edu.ru/.

3. Лернер Г.И.   Стандарты нового поколения и формирование универсальных учебных действий. – ж. «Биология в школе», 2011, № 7, с.24 – 30.

4. Андржеевская И.   Как сочинить задачу по биологии. - http://www.trizway.com/art/opentask/73.html.

5. Борисевич С.Ю.   Методика преподавания биологии с применением ТРИЗ. - http://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/metodika-prepodavaniya-biologii-s-primeneniem-triz.

6. Тимохов В.И.   Сборник творческих задач по биологии, экологии и ТРИЗ. - http://www.trizway.com/art/book/41_1.html.