Изследване на растителни пигменти чрез хартиена хроматография в обучението по биология и здравно образование профил “ Природни науки“ в IX клас
Евелина Краева, старши учител по биология и здравно образование, СУ „Христо Ботев“, град Девин
Резюме
В настоящата статия се разглежда прилагането на иновативна технология, проверяваща влиянието на STEM изследователския подход в съвременната образователна среда. В представената методология се осъществява изграждане на ключови компетентности и междупредметни връзки в часовете по биология и вземане на решения за прилагане на наученото в ежедневието. Използвани са експериментални дейности, даващи възможност не само за развитие на практически умения, но същевременно стимулиране на критично мислене, подобряване на научната грамотност, повишаване на ангажираността и мотивацията, бъдещо професионално ориентиране, изграждане на екологично и здравословно мислене.
Свидетели сме на един бързо развиващ се свят, който е пълен с редица предизвикателства, в основата на които са науката и технологиите. Ние като учители сме основната ключова фигура, която трябва да подготви учениците да посрещнат бъдещето уверени в своите знания и умения. Ние сме тези, които ще открият техните заложби и ще помогнат за развитието им и за избора в предстоящото им професионално ориентиране.
В по-голямата част от съвременните училища са изградени STEM центрове, в които учениците могат да развият своите заложби и да се впуснат в предизвикателни експерименти, които са изключително важни и ефективни методи в обучението по природните науки. Чрез експериментиране се осмислят и изграждат умело връзките между теоретичните знания и приложението им в практиката. Развива се интелектуалната способност при подрастващите и ги подтиква към логическо и критично мислене, подготвя ги за бъдещата им професионална реализация и изгражда умения за решаване на научно изследване.
Тревожна е статистиката за резултатите от изследването PISA 2022. Според нея, 15-годишните ученици са функционално неграмотни и излизайки на пазара на труда след няколко години, няма да могат да се реализират в силно конкурентната среда. Не само знания са необходими за изграждането на успешна личност в подрастващите. От изключителна важност са и уменията. Лабораторната дейност в часовете по природни науки създава интерес към науката, подготвя учениците за бъдеща професионална реализация, изграждайки техните практически умения.
През настоящата учебна година в тематичния план съм включила лабораторни дейности, които се провеждат в избираемите учебни часове в IX клас с профил „Природни науки“. В училището е изграден STEM център, в който учениците провеждат часовете по биология и здравно образование. В задължителните учебни часове са малко уроците за упражнение и лабораторни дейности, поради което избираемия учебен час дава възможност за доразвиване на знания и умения, надграждане на изучения учебен материал и изследователски дейности. Темите, които са отработени по отношение на експерименталната част са „Изолиране на ДНК“ , „Устройство на микроскоп. Видове микроскопи“, „Наблюдение на прокариотни и еукариотни клетки“, „Изготвяне на хранителна среда и култивиране на бактерии“, „Осмотично „поведение” на клетки“, „Растителни пигменти“, „Клетъчно дишане при дрожди“, „Фактори, влияещи върху фотосинтезата“.
Лабораторните уроци изискват задълбочена предварителна подготовка от страна на учителя, свързана с изготвяне на протоколи, съответно и тяхната проверка след приключване на часа, набавяне на необходимата техника и консумативи, предварително отработване на експеримента, постигане на очакваните резултати, заострено внимание при лабораторните дейности, извършвани от учениците и следене за безопасността и други. Въпреки високата ангажираност от страна на преподавателя, виждайки удовлетвореността у учениците, ще продължа да работя в същата насока и да включвам максимално подходящите теми за експериментална дейност.
Хроматографията е метод на анализ на вещества, при което смесите се разделят на основните им компоненти благодарение на разтворимостта им в подходящ разтворител. Преминавайки през неподвижната фаза, която може да бъде хартия или колона, различните компоненти се движат с различна скорост. Това дава възможност за отделянето им в различни фракции. Хроматографски методи може да се приложат за изследване на растителни пигменти, лекарствени вещества, хранителни добавки, екологични и биологични проби (кръв, урина, хормони и други).
В девети клас е включена като лабораторен урок хартиената хроматография за анализиране на растителни пигменти. Предварително се запознават учениците с хроматографията като метод, видовете разтворители и как да се избере подходящия, защото в случая водата, въпреки своите универсални свойства като разтворител, не може да бъде използвана. В Гугъл сайт е подготвена предварително презентация, свързана с темата. Обсъдено е разнообразието от цветове в растителните организми, тяхното значение. Споменава се за пигменти в животинските организми, но акцента падна върху багрилата в растенията. След разглеждане на 3D визуализацията на молекулата на познатия пигмент хлорофил, се обърна внимание на огромното значение на слънчевата светлина и светлинния спектър.
Един от основните принципи на STEM изследователския подход е ученикът да бъде поставен в центъра на учебния процес. Това означава, че учителят изпълнява ролята на фасилитатор, който насочва и подпомага учениците в тяхното изследване, вместо да предоставя готови отговори. Този подход насърчава автономията и самостоятелността на учениците, като им дава възможност да поемат отговорност за собственото си учене и да развиват увереност в своите способности. Изображенията, които са подбрани в Гугъл слайда дават възможност на учениците сами да научат фактите за растителните пигменти.
Фигура № 1
Сравнение на видовете хлорофил и спектъра им на поглъщане на слънчевата светлина
Фигура № 2
Спектър на абсорбция на светлината от каротиноидите
Фигура 3
Спектър на абсорбция на антоцианите
След като се актуализират и надградят концептуалните знания за растителните пигменти се преминава към най-интересната част от урока- лабораторната дейност. Преговарят се правилата за безопасност, след което се преминава към изграждане на практически умения. В предварително изготвен лабораторен протокол е описан алгоритъмът на работа и необходимите лабораторни материали и уреди. Учениците преминават последователно и самостоятелно през всички описани поред дейности. За улеснение на интерактивния дисплей може да послужи Гугъл сайта, които се преглежда по всяко време при необходимост.
След завършване на необходимите дейности е необходимо 10-15 минути изчакване за изкачване на растителните пигменти по филтърната хартия. През това време предварително са подготвени интересни материали за приложението на растителните пигменти. В активни бутони са вмъкнати любопитни факти и информация към интернет ресурси, отговарящи за съответната тема. Разпалено се коментира приложението на растителните багрила в медицината, козметиката, кулинарията, в изкуството.
Фигура 4
Част от Гугъл сайта, визуализиращ приложение на растителните пигменти (в оранжево се виждат активни бутони, препращащи към допълнителна информация)
Следващата поставена пред учениците задача е свързана с флуоресценцията. Флуоресценцията е явление, при което се излъчва светлина от вещество, възбудено от електромагнитно излъчване. В случая използваха фенер с УВ лъчи, за да възбудят хлорофилните молекули. В кабинета по биология отглеждам водна чума, която използвам в редица експериментални дейности от девети до дванадесети клас. Отчупиха клонче водна чума, поставиха го в петриева паничка. Облъчиха го с фенера и видяха отразяващ се червен цвят на растението. След като вече бяха запознати с особеностите на светлинния спектър, учениците имаха отговор на поставения в задачата въпрос, свързан с промяната на оцветяването.
Последната задача, която изпълниха е свързана с практическото приложение на растителните пигменти. Оцветиха бели конци, потапяйки ги в различни пигменти- сок от червено цвекло, морков и хлорофил от направения спиртен извлек. Тук се поставя началото за направа на материали, които ще ни помогнат да разкрием същността на процеса кросинговър. Оцветените конци ще използваме за да моделираме процеса, след изучаване на мейоза.
С представеният лабораторен урок за растителните пигменти се цели:
В процеса на обучение по природни науки ключова роля играят практическите уроци, които стимулират учениците да придобиват знания и умения чрез активно участие в лабораторни дейности. STEM изследователският подход се фокусира върху практическото приложение на научни концепции, което позволява на учениците да разберат и усвоят материала чрез собствен опит и експериментиране.
За получаване на обратна връзка използвах платформата padlet.com, където учениците разкриха положителната си нагласа към новия педагогически модел на обучение.
В заключение, чрез осъществяване на лабораторни дейности в рамките на STEM изследователския подход, учениците се превръщат в активни участници в учебния процес, което значително подобрява тяхната мотивация и резултати в обучението.
Литература
https://letstalkscience.ca/educational-resources/backgrounders/plant-pigments
https://www.youtube.com/watch?v=FQqVqVZgKjA
https://library.mksu.ac.ke/?c=solved-modified-from-the-national-center-for-case-study-ff-NaeoReS4
https://cosmeticsandoils.blogspot.com/2013/01/kak-da-otsvetim-kosata-si-s-bilki.html
https://almer-bg.com/colors?lang=bg
Евелина Краева
старши учител по биология и здравно образование
СУ “Христо Ботев“, град Девин
evelina_kraeva@abv.bg