Инновационная и экспериментальная деятельность на уроках биологии
учебно-методический материал по биологии

Инновационная и экспериментальная деятельность учителя биологии и химии

Современные инновационные технологии активно применяю на уроках биологии, повышая вовлеченность учащихся и качество обучения. Среди ключевых направлений можно выделить виртуальные лаборатории, геймификацию, 3D-моделирование и интерактивные симуляторы. Инновации в преподавании биологии — это переход от «знания ради знания» к «знанию ради действия».

 Ключевыми результатами применения этих технологий являются:

формирование исследовательских навыков; развитие экологической ответственности; готовность к непрерывному образованию в эпоху биотехнологий.

Виртуальные лаборатории

Современная наука обеспечивает школьные лаборатории новым оборудованием для проведения самых различных экспериментальных исследований естественнонаучного направления. Это - цифровые лаборатории.

Использование цифровых образовательных ресурсов позволяет рационально организовать познавательную деятельность школьников в ходе учебно-воспитательного процесса. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, проводить измерения в «полевых условиях», экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений. Учащиеся получают возможность заниматься исследовательской деятельностью, не ограниченной темой конкретного урока, и самим анализировать полученные данные. Также участвовать на научных практических конференциях разного уровня.

Виртуальные лаборатории позволяют проводить эксперименты в цифровой среде, что особенно полезно при отсутствии реального оборудования или для изучения сложных процессов. Примеры таких платформ:

1. VirtuLab — русскоязычный ресурс с виртуальными экспериментами по физике, химии, биологии и экологии. Лабораторные работы реализованы с помощью технологии Flash и включают интерактивные задания с линейной структурой
2. ГлобалЛаб- русскоязычный ресурс с проектами и исследовательскими работами. С 2о25 года работаем на этой платформе. Участвуем проекте «Синхронный стоп кадр», выполняем практические и лабораторные работы, оформляем отчет, анализируем и участвуем в форуме.

Геймификация — это внедрение игровых механик в неигровой контекст, в данном случае — в образовательный процесс. Цель — повысить вовлеченность учащихся, сделать обучение более интерактивным и интересным. 

Геймификация позволяет:

1. сделать изучение сложных тем более доступным и интересным;
2. способствовать развитию естественнонаучной грамотности.
3. В результате игры повышается мотивация, происходит мгновенная оценка результатов, а также визуализация достижений, создает ощущение прогресса.  Некоторые методы внедрения геймификации на уроках биологии:

1. Игровые квесты — задания, которые учащиеся выполняют последовательно, переходя от одного этапа к другому. Например, при изучении темы «Строение прокариотических и эукариотических клеток» можно организовать квест, где учащиеся путешествуют по клетке, выполняя задания на каждой «станции». 
2. Цифровые викторины — ученики соревнуются в знании биологических терминов, проводят классификацию организмов и решают биологические задачи в игровой форме
3. Ролевые игры — позволяют ученикам примерять на себя роли учёных, врачей, экологов. Например, на уроке экологии можно организовать судебное заседание по делу об уничтожении лесов, где учащиеся выступают в роли экспертов и защитников природы. 

Для реализации геймификации на уроках биологии можно использовать цифровые платформы и мобильные приложения. 

• Kahoot! — для проведения викторин и тестов.
• ГлобалЛаб – для проектов и исследовательских работ.
• ЯКласс» - это онлайн-тренажёр по предметам школьной программы.

Все обучающиеся школы с 5 по 9 класс зарегистрированы на «ЯКласс» и имеют бесплатный доступ к учебным материалам. Учителя могут пользоваться готовыми тестами и проверочными работами, создавать собственные задания и отправлять их ученикам в качестве домашнего задания или контрольной работы. Использовать «ЯКласс» обучающиеся могут как с компьютера, так и с планшета или с телефона.

Положительные стороны применения:

1. Обратная связь на уроках биологии может быть реализована различными способами в зависимости от выбранного формата геймификации.
2. Например: При прохождении квеста обратная связь даётся в виде оценок за пройденные этапы и комментариев к действиям учащихся.
3. При проведении соревнований таблицы лидеров, награды и значки позволяют создать мотивацию, а комментарии учителя помогают направить учеников в нужное русло.
4. В ходе проектной деятельности обратная связь предоставляется в виде рецензий от учителя и одноклассников, обсуждений результатов исследований.

Цифровая лаборатория

Цифровые лаборатории – это скачок в становлении современной естественнонаучной лаборатории. Встроенный измерительный интерфейс служит для подключения до 4 цифровых датчиков. В комплекте цифровых лабораторий по биологии содержатся мультидатчики и монодатчики.

 Мультидатчик по экологии — позволяет измерять водородный показатель водных сред, концентрации нитрат-ионов и хлорид-ионов, электропроводность, влажность, освещённость, температуру окружающей среды, температуру растворов, растворов и твёрдых тел.

Мультидатчик по физиологии — позволяет определять артериальное давление, пульс, температуру тела, частоту дыхания, ускорение движения.

Программное обеспечение для работы с цифровыми датчиками, которое обеспечивает работу датчиков, сохранение и первичную обработку полученных данных.

Все программное обеспечение на русском языке. Методические материалы разработаны российскими методистами и учителями в соответствии с Федеральным компонентом государственного образовательного Стандарта по физике, химии и биологии.

Экспериментальная работа

При использовании ЦЛ в демонстрационном эксперименте, опыты становятся настолько эффектны и наглядны, что учащиеся не только быстро понимают и запоминают тему, но и находят множество бытовых примеров, подтверждающих полученные выводы, легко отвечают на вопросы. Например, в результате опыта с перетяжкой пальца учащиеся сразу понимают, почему мерзнут ноги в тесной обуви, что туго затягиваться ремнем вредно, и почему кровоостанавливающий жгут зимой нельзя накладывать на то же время, что и летом. В результате опыта с теплокровными и холоднокровными животными, учащиеся не только понимают, что мышь потребляет больше кислорода, чем лягушка, но и делают из этого различные заключения: почему теплокровные животные могут жить в местах с холодным климатом, а холоднокровные – нет, почему холоднокровные животные могут очень долго обходиться без пищи и т.д.

На уроках биологии могут быть поставлены многочисленные демонстрационные эксперименты, в том числе:

Газообмен в легких. Дыхательные пробы

Изменение давления в водной среде

Выделительная и терморегуляторная функция кожи

Реакция сердечно-сосудистой системы на дозированную нагрузку

  Значение цифровых лаборатории на образовательный процесс велико:

Активизация познавательной деятельности. Ученики становятся исследователями, так как их действия сразу отражаются на экране в виде графиков и диаграмм.

Развитие аналитического мышления. Ученики интерпретируют графики, выявляют закономерности и делают прогнозы.

Индивидуализация. Каждый ученик работает в своём темпе, может повторить эксперимент столько раз, сколько нужно для понимания. Одарённые дети могут углубляться в дополнительные исследования.

Мотивация. Урок становится похожим на компьютерную игру, но с настоящими научными данными, что повышает мотивацию учеников.

Экономия времени. Один эксперимент занимает 10–15 минут урочного времени, что позволяет больше времени оставить на обсуждение, анализ и творческие задания.

Осознании смысла обучения. Когда ученик собирает установку, запускает эксперимент и получает результат, у него возникает интерес к предмету.

Повышение качества образования. Наглядные опыты, цифровые графики и измерения в реальном времени помогают ученикам понять изучаемый предмет.

Наблюдение и эксперимент являются основными методами формирования биологических исследований, применение которых способствует созданию атмосферы увлеченности учением, радости самостоятельного эксперимента и поиска.