Технология за прилагане на SТЕМ изследователски подход на обучението по биология

Публикацията акцентира на значението на STEM образованието в съвременния свят и представя конкретни примери за лабораторни експерименти, които насърчават изследователския подход в часовете по биология и поставят ученика в центъра на обучението. Учителят играе ключова роля в мотивирането на учениците и прилагането на иновативни методи в класната стая. В статията се акцентира върху методология, интегрираща природните науки, свързването им с реални приложения извън класната стая, изграждането на творчество, любопитство и креативност при подрастващите.

Образованието играе решаваща роля в оформянето на бъдещето на нашия свят чрез насърчаване на иновациите, експериментиране и адаптиране към технологичния напредък. С бързото развитие на цифровите технологии образованието трябва непрекъснато да се развива, за да отговори на променящите се нужди на обществото. Целта на STEM образованието е да интегрира обучението по учебните предмети природни науки, математика, технологии и инженерство и да го обвърже с реални приложения извън класната стая.

Резултатите от TIMMS и PISA от 2019 г. се констатира намаляване на броя на учениците, които се интересуват от природни науки и технологии. Учителите са тези, които могат да променят настоящото и да създадат интерес на подрастващите към изучаването на STEM предмети, което изостава спрямо нуждите на трудовия пазар. STEM образованието е това, което подготвя учениците да бъдат в крачка с технологичните иновации. Чрез предоставяне на възможности на учениците да изследват, да поемат рискове и да правят грешки учителите могат да им помогнат да разберат важността на ученето през целия живот и непрекъснатото самоусъвършенстване. Този подход насърчава творчеството, любопитството и способността за адаптиране към нови ситуации, които са основни качества за успех в днешния бързо променящ се свят. Освен това експериментирането може да доведе до разработването на новаторски идеи и решения на сложни проблеми, допринасяйки за цялостния прогрес на обществото. Това не само обогатява учебната програма, но също така подготвя учениците за бъдещи кариерни възможности в области като наука, технологии, инженерство и математика (STEM).

Лабораторните експерименти играят решаваща роля в обучението по биология, тъй като предоставят практически опит и задълбочено разбиране на биологичните концепции. Тези дейности помагат на учениците да приложат теоретичните знания към реални ситуации. Целта на тази публикация е да акцентира на въздействието на лабораторните експерименти върху ефективността на преподаването и ученето в обучението по биология. Споделям моята добра педагогическа практика, използвана в лабораторните часовете по биология в IX клас. Предварително изготвените от мен лабораторни протоколи дават възможност на учениците да се съсредоточат върху експерименталната дейност, защото в тях са описани последователно стъпките, които трябва да преминат, за да достигнат до желания резултат и да конструират извода. Работата в екип и груповата работа в лабораторни уроци предлагат няколко предимства както за учениците, така и за учителите – споделяне на знания, подобрена комуникация, разрешаване на проблеми, повишена мотивация, подобрени технически умения, критично мислене, междуличностни отношения, насърчаване на изследователския дух и др.

Това са част от материалите, които използвам в часовете си по експериментална дейност.

 

И З О Л И  Р А Н Е    Н А     Д Н К

(лабораторен урок)

Необходими материали:

плод (ягода/банан), найлонов плик, сапун/веро, 70% етилов алкохол (студен), епруветка/чаша, сол

 

Задача 1       

Изолиране на ДНК от плод

Начин на работа

Поставете плод в найлоновия плик, добавете малко вода. Количеството зависи от големината на плода, но след като смачкате съдържанието, то трябва да прилича на каша. Внимателно изсипете течността на плода в епруветка. Опитайте се да избегнете натрупване на плод (може да използвате цедка). Долейте малко количество вода. Добавете 1/4 чаена лъжичка препарат и разбъркайте бавно. Много внимателно добавете ледено студен стичащ се по стените на епруветката алкохол. Сега оставете епруветката и наблюдавайте внимателно настъпващите промени.

Резултат: ……………………………………………………………………………………..

Извод:…………………………………………………………………………………………

 

Задача 2          

Изолиране на собствена ДНК

Начин на работа

Доброволец жабури около минута солен разтвор в устната кухина. Отделя течността в чаша. В разтвора освен вода и слюнка се съдържат и клетки от лигавицата. Към течността добавете малко течен препарат, чиято роля е да разруши клетъчната мембрана на клетките от лигавицата. Разбъркайте внимателно. Оставете да престои 2–3 минути. Внимателно налейте по стените на чашата студен спирт. Неговата роля е да отдели ДНК от водата, тъй като тя е разтворима във вода, но не се разтваря в алкохол.  Оставете разтвора за 2–3 минути и наблюдавайте резултата.

Резултат: ………………………………………………………………………………………..

Извод:…………………………………………………………………………………………..

 

Задача 3         

Известно ви е, че човек притежава 46 хромозоми в своите телесни клетки или това е неговият 2n хромозомен набор. Възможно ли е да има организми, които да съдържат повече от две копия на своите хромозоми?

Диплоидният набор хромозоми в картофа е 48. Съществуват нови сортове, при които се наблюдава тетраплоидност (4n).  Изчислете броя на хромозомите в тези сортове.

…………………………………………………………………………………………………

Лозата, от която се произвеждат виното, е тетроплоидна, с 48 хромозоми. Това помага за подобряване на вкуса и качеството на гроздето. Изчислете броя на хромозомите в диплоидната форма.

………………………………………………………………………………………………..

Azusa japonica е вид пентаплоидна папрат. Хаплоидният брой хромозоми е 10. Колко хромозоми ще се съдържат в соматичните клетки?

…………………………………………………………………………………………………

Изготвил:………………………………………………………………………………………

Проверил:……………………

 

РАСТИТЕЛНИ ПИГМЕНТИ

(лабораторен урок)

Необходими материали:

 

Задача 1

Извличане на багрилата от листата и получаване на  суров спиртен извлек

Хлорофилът е пигмент, който не се разтваря във вода, поради което се извлича с органични разтворители (алкохол, ацетон, бензол и др.). За целта използвайте спирт (етилов алкохол).

Ход на работа

Нарежете на дребно листата от растението пред вас в хаванчето. Сложете малко кварцов пясък и стрийте. Това ще помогне за разкъсване на клетъчните стени. Прибавете малко спирт до покриване на стритите листа и продължете стриването до оцветяване на алкохола в тъмно-зелено т.е. до извличане на пигментите. Прецедете през цедката в бехерова чаша. Ако сте изпълнили правилно задачата, вие сте получили суров спиртен извлек на хлорофил.

 

Задача 2

Разделяне на растителните пигменти чрез хартиена хроматография

Хроматографията е лабораторна техника за разделяне на смеси въз основа на различните физикохимични характеристики на отделните компоненти. Смесите се разтварят в течност, от която преминават по филтърната хартия с различна скорост според тяхната разтворимост.

Ход на работа

Закрепете листа с филтърна хартия върху сламката така, че белязаният му край да опира на дъното на бехеровата чаша.  Върху листа от филтърна хартия има линия начертана с молив. Над нея накапете от единия до другия края от спиртния извлек на хлорофила. В чашата сипете на дъното малко количество етилов алкохол. Потопете филтърната хартия и изчакайте около 15 мин. Опишете получения резултат и го нарисувайте.

 

Резултат:……………………………………………………………………….

Извод:…..………………………………………………………………………

 

Задача 3

Осъществяване на флуоресценция на хлорофил

Флуоресценцията е явление, при което се излъчва светлина от вещество, възбудено от електромагнитно излъчване. В случая ще използвате фенер с UV лъчи, за да възбудите хлорофилните молекули, съдържащи се във стрък водна чума.

Ход на работа

Пред вас в петриева паничка има клонче от растението водна чума. Сравнете оцветяването на растението преди облъчване с фенера и след облъчване. Нарисувайте наблюдаваното.

водна чума преди облъчване                        водна чума след облъчване

Резултат:………………………….……………………………………………………………

Извод: …………………………………………………………………………………………

 

Задача 4

Оцветяване на прежда с помощта на растителни пигменти

Растителните пигменти намират широко приложение в медицината, изкуството, козметиката като естествени и безвредни багрила.

Ход на работа

Сложете два конеца в различни по цвят пигменти, които сте изолирали от различни растения (морков, червено цвекло, хлорофил от листа). След 5 мин ги извадете и поставете на лист хартия, за да ги изсушите. Запазете ги за предстоящото изучаване на процеса кросинговър. С тяхна помощ ще моделирате хомоложните хромозоми, които си обменят участъци.

Изработил:……………………………………………………………………………………

Проверил: ……………..

 

Обучението в STEM се базира на интегриран подход и методика, която поставя ученика в центъра на обучението и насърчава ученето чрез проектно базирано обучение, чрез преживяване, творчество и експериментиране. Това, което отличава STEM от традиционното образование и наука е смесената учебна среда и демонстрира на учениците как научният метод може да бъде приложен в ежедневието. Чрез подходящи дейности може да бъдат постигнати значителни резултати в развитието и усъвършенстване на редица умения в подрастващите, затова прилагането им е от изключителна важност.