Министерство образования и науки Российской Федерации

Департамент образования администрации г.Иркутска

Муниципальное автономное образовательное учреждение дополнительного образования г. Иркутска «Дворец творчества»

Алгоритм проведения учащимися  научно-исследовательских работ на базе

«Экспериментального аквариумного комплекса»

Лимнологического института СО РАН

Методические рекомендации

Автор:  

Глызин Александр Витальевич,  к.б.н., педагог дополнительного образования  

 МАОУ ДО г.Иркутска «Дворец творчества» 

Иркутск 2017 

Введение

В современном обществе имеется социальный запрос на формирование у подрастающего поколения экологического сознания, направленного на гармонизацию отношений общества и природы. Как нельзя лучше этому способствуют различные экологические исследования. Проба сил в этом направлении позволяет школьникам определиться с его пригодностью в качестве будущего места профессионального приложения сил. Научные исследования позволяют раскрыть, и развить интеллектуальные и творческие способности, и создают условия для развития личностных качеств учащихся, позволяя им адаптироваться в современном обществе.

Данные методические рекомендации представляют собой алгоритм проведения и оформление результатов научно-исследовательских работ учащимися объединения «Водная экология» эколого-туристского центра МАОУ ДО г.Иркутска «Дворец творчества» и

предназначаются как самим юным исследователям, так и их научным руководителям (педагогам дополнительного образования, учителям, научным сотрудникам, студентам ВУЗов и родителям).     

Членами объединения «Водная экология» являются дети в возрасте 10-17 лет из экологотуристского отдела МАОУ ДО г.Иркутска «Дворец творчества».  

Основной научно-исследовательский процесс в объединение «Водная экология» сосредоточен на использовании уникальной научной установки «Экспериментальный пресноводный аквариумный комплекс байкальских гидробионтов» Лимнологического института

СО РАН (ПАК) (рис.1) и организмов озера Байкал из его живых коллекций (рис 2). 

       Рис.1. Аквариумные установки ПАК                         Рис.2. Живая коллекция ПАК   

Ученые Лимнологического института СО РАН не только помогают выполнить научноисследовательскую работу, но и проводят интересные лекции и экскурсии.

Главным принципом работы объединения является вовлечение детей в реальную научноисследовательскую деятельность. Они кроме получения теоретических знаний, принимают участие в настоящих научных проектах. Занятия проводятся по программе для дополнительного образования детей «Экология и биология гидробионтов Байкальского региона» [1].

За время обучения учащиеся на начальном этапе получают знания, умения и навыки, необходимые для участия в исследовательской деятельности, а на последующих этапах и для ее организации. Перед ними ставятся реальные научные проблемы, они участвуют в сборе и обработке материалов наблюдений, направленных на их решение. В объединении используются различные формы организации занятий:

•              базовые лекции педагога дополнительного образования;

•              коллективная и индивидуальная творческая лабораторная работа;

•              выезды на водоёмы для отбора проб;

•              летняя полевая научно-исследовательская работа на базе лагеря «Ольхон»;

Конечным итогом такой деятельности становится способность учащихся ставить собственные исследовательские задачи на тактическом и стратегическом уровне,  организовывать самостоятельное исследование, адекватное поставленной задаче.  

Раздел 1. Алгоритм проведения научно-исследовательских работ Алгоритм – совокупность действий, правила для решения данной задачи [2].

При проведении экспериментальных исследовательских работ он, как правило, включает подготовительный этап – ознакомительная часть.

1.1. Алгоритм занятий по ознакомительной части программы   

Перед началом любых практических исследований необходимо ознакомиться с имеющимися на настоящий момент данными (натурными, литературными и др.). Этому посвящена ознакомительная часть программы  - знакомство с особенностями байкальских гидробионтов, средой их обитания.  Цель занятий – познакомить детей с особенностями оз.Байкал и его обитателями. Задачи: расширить знания детей об озере Байкал; познакомить детей с разнообразием и эколого-биологическими особенностями байкальских гидробионтов; активизировать личную исследовательскую деятельность детей; привлечь членов объединения к выполнению исследований как по самостоятельно выбранным темам, так и темам проводимым сотрудниками института.

Образовательные технологии: 

-   система опережающих домашних заданий;

-   работа в группах по заданию;  

-   «мозговой штурм»;

-все занятия проводятся с применением ИКТ;

-   оценка работ проходит в форме конференции.

Оборудование и методические материалы:

-   уникальные аквариумные установки и другое научное оборудование;

-   живые коллекции (Приложение 1);

-   карты оз.Байкал и Прибайкалья, определители, таблицы и фотоиллюстрации; - компьютерные презентации и видеофильмы. Ход занятий.

1-ый час: заслушивание и обсуждение информации подготовленной членами объединения по объекту исследования на основе анализа литературы и конспекта научных статей; выявление существующих проблем и рабочих гипотез для возможных научно-исследовательских проектов; занесение полученной новой информации в дневник наблюдений.

2-ый час: проведение практических занятий с живыми представителями гидробионтов по заданию педагога или научного сотрудника института (наблюдение, описание, этикетирование, кормление и уход за гидробионтами и пр.); занесение полученных результатов в дневник наблюдений; подведение итогов  и выбор докладчиков на следующее занятие.

1.2.Алгоритм занятий по научно-исследовательской части программы

Алгоритмом проведения, а затем и оформления научно-исследовательской работы можно считать выстроенные в определенной последовательности нижеперечисленные части работы:

1.      Введение (цель и задачи, актуальность проблемы)

2.      Основная часть (объект и предмет исследования, методы исследования, постановка эксперимента, получение результатов, теоретический и практический анализ)

3.      Заключение (итоги работы, выводы и рекомендации)

4.      Список литературы (перечень использованных первоисточников информации – книг, статей, сайтов и пр.)

5.      Приложение (представление данных в виде таблиц, схем, диаграмм,  и т.д.)

Выбор направления работы в объединении «Водная экология» основывается на проблемно-поисковом подходе, когда перед учащимися ставиться проблема и они путем собственных размышлений, а также с подсказки педагога и научных сотрудников  предлагают возможные пути решения предложенной проблемы. 

Первая часть работы, как правило, сопутствует занятиям по ознакомительной части программы и обсуждается всем коллективом. Если у учащегося возникает интерес к какой-либо ситуации, новым сведениям то первое, что он делает, это формулирует рабочую гипотезу - предположение, выдвигаемое для объяснения каких-либо явлений и требующее подтверждения. 

Научной (реальной) гипотезой, она становиться, когда накоплен значительный фактический материал и появляется возможность выдвинуть «проект» решения, сформулировать положение, которое с определенными уточнениями и поправками может превратиться в научную теорию. Таким образом, можно сказать, что научная гипотеза – это уточненная, видоизмененная рабочая гипотеза.

Вторая часть работы предлагается индивидуально в качестве персональной темы для одного или группы исследователей, исходя из возникших рабочих гипотез. Исследование по предполагаемой работе надо определить кратко, четко и ясно.  

При этом необходимо также четко ограничить:

-                     объектную область исследования – это может быть гидробиология, зоология, ботаника,  экология, и т.д..

-                     объект исследования (явление или предмет, на которые направлена чья-либо деятельность или внимание).

-                     предметом исследования (конкретная часть объекта, который изучается). Например, «Омуль» является объектом изучения различных наук, таких как морфология, физиология, биология, генетика, систематика и др. Каждая из них изучает разные его аспекты. Предмет исследования морфологии его строение, физиологии - физиологические процессы, т.е. предмет это часть объекта. Именно предмет и изучается, как конкретное свойство объекта. Например, в научно-исследовательской работе  «Экологическая оценка видового состава амфипод оз.Байкал» объект – амфиподы, а предмет – их видовое разнообразие.

Однако границы между объектной областью, объектом и предметом условны. Поэтому, то, что в одном случае является объектом исследования, в другом случае может стать предметом.

Предмет изучения должен отражаться в названии (теме) научно-исследовательской работы.  

Тема – это предмет, основное содержание рассуждения, изложения (3).

 От выбора и названия (темы) зависят аспект и направление исследования, поиск литературных данных, выбор способов обработки (вариантов), а главное, применение подходящей для данного опыта методики исследований. Решать их можно в разных аспектах, с разных позиций, провести несколько опытов. Варианты тем, выбираются учащимися в течение прохождения программы самостоятельно, но чаще всего привязаны к проводимым в настоящий момент научным исследованиям  Лимнологического института СО РАН и курируются его научными сотрудниками (научными руководителями или консультантами). Определив тему исследования, объект и предмет изучения, формулируют гипотезу и приступают к ее проверке. Поэтому необходимо поставить цель. 

Цель – планируемый, ожидаемый результат. 

Цель может начинаться со слов: Выявление…, Исследование…, Оценка…, Анализ…, Разработка…, Изучение…  и т.д. Она не должна дословно повторять тему работы. Тема должна быть сформулирована кратко, а ее основные моменты расшифровываются уже в цели. Цель должна быть понятна. Цель достигается через решение определенных задач.  

Задача – сложный вопрос, проблема, требующие исследования и разрешения. Задачи, поставленные в научно-исследовательской работе – это план  достижения цели. Формулировка задачи может начинаться так: Выявить…, Разработать…, Провести…, Решить…, Проанализировать…, Обобщить… и т.д..

  При работе с детьми цели и задачи должны соответствовать уровню знаний и умений юного исследователя, что в основном коррелирует с его возрастом.

Для младших школьников  наиболее приемлемы исследовательские работы с однофакторным анализом. Например, «Проблема»: нужно изучить вопрос о влиянии температуры на рост рыб. Как определить возможные цели и задачи предстоящей работы, сформулировать тему исследования в соответствии с целью и задачами? Вариантов ответа может быть несколько. Если ставится цель выяснить, как отзываются разные виды рыб на температуру, то тема исследований будет следующая: «Изучение влияния температуры на рыб (указываются конкретные виды)» Эта формулировка подразумевает, что применяемая методика работы должна обеспечивать сравнимость результатов, эксперименты должны проводиться с объектами сходного возраста и находящимися в соответствующих им условиях жизни.  

Для старших школьников,  цель исследования по данной «Проблеме» можно значительно усложнить — выяснить, в какие  периоды роста и развития рыбы определенного вида  особенно резко реагируют на температурные изменения среды обитания. А эксперимент нужно назвать так: «Изучение влияния температурного фактора на рыб (указывается вид) в различные периоды их роста и развития».  

Если цель эксперимента узнать, зависимость прироста рыб от температуры для нужд искусственного разведения тогда тему можно сформулировать так: «Установление оптимального температурного режима для выращивания рыб (указывается вид)». В зависимости от способа выращивания рыб, здесь выбираются и методики: следует ли ставить эксперимент в полевых условиях или же в искусственных аквариумных установках. Так как для практического решения вопроса об оптимальных температурных условиях, имеет значение не только потребность в тепле, но и питательных веществах, других абиотических и биотических факторах различных водоемов.

Решение задач связанно с использованием определенных методов и методик.  

Методика – совокупность методов практического выполнения какой-либо работы.

Метод – способ теоретического исследования или практического осуществления чего-либо

(3).   

При научно-исследовательских работах детей младшего школьного возраста обычно применяют методы эмпирического исследования - способы выявления и обобщения фактов непосредственно в опыте, практике: наблюдение, исследование, эксперимент и т.д. 

Старшие школьники вполне способны использовать методы теоретического исследования:

анализ и синтез, индукция и дедукция, аналогия, моделирование, сравнение, классификация, обобщение и т.д.  Их уровень знаний позволяет проводить диагностику, прогнозирование и статистическую обработку материала.

Статистический метод представляет собой совокупность приемов по сбору, обработке, анализу и интерпретации количественных данных, характеризующих различные природные и социально-экономические объекты и явления (4). 

Любой биологический объект имеет множество признаков, выражающихся в цифровой форме. Эти цифры – статистические показатели, которые позволяют получить исследователю количественное представление об изучаемом объекте – его масштабах (размере), динамике, особенностях развития, местоположения  и т.д. 

Любой метод изучения предполагает использование материально - технического обеспечения. Поэтому в методах исследования обычно указывается название оборудования, его назначение и способы применения.

Экспериментальная часть исследования, проводиться по определенной схеме. Схема опыта, эксперимента, наблюдения отражает суть этапов его выполнения.

Примерная структура опытно – экспериментальной работы:

− констатирующий эксперимент – проводится в начале исследования и ставит своей задачей выяснить на практике изучаемое исследование.

− формирующий эксперимент – является основным этапом работы. Организуется проверка выдвинутой гипотезы, вводятся новые условия, изучается их влияние на свойства объекта. На этом этапе очень важны методика фиксации хода и результатов опытной работы и методика анализа полученных данных, их статистическая обработка, составление таблиц, графиков и т.д.

− контрольный эксперимент – дает возможность уточнить результаты проведенной работы

(правильность или ошибочность гипотезы).

Следующий этап в исследовательской работе – наглядное представление опытных данных. Результаты проведенной работы отражаются в виде описательных формулировок, формул, цифровых данных, но нагляднее в виде графических материалов (гистограммы, графика, круговой диаграммы), фотоматериалов. 

При составлении иллюстраций научно-исследовательской работы следует обобщать данные и представлять только самые важные, демонстрирующие ход эксперимента или доказывающие верность или неверность гипотезы. В рукописи исследовательской работы данный материал, как правило, оформляется в виде приложения.

Заключительной частью работы являются выводы (умозаключения которые содержат аналитическую оценку ситуации, намечаются  перспективы дальнейших исследований), к которым пришел автор и его рекомендации (советы автора работы по решению данной проблемы).

Раздел  2. Подготовка публикации или публичного выступления

Подготовка к публикации для  научно-практических  конференций школьников,  устных или стендовых докладов  по теме самостоятельной исследовательской работы  ведется как индивидуальная работа научного руководителя с учащимися. При этом проводятся оценки результативности, как исполнителя, так и его работы. Описанный выше алгоритм может быть использован не только при планировании научно-исследовательской работы, так и для краткого изложения содержания проведенного исследования в виде статьи, презентации, доклада или автореферата.

Раздел 3. Оценка  результативности исполнителя и его работы Оценка возможна через следующие формы:

− обсуждение самостоятельной работы учащегося с «коллегами» и научным руководителем;

− защита учащимися выполненных работ на олимпиадах и научных конференциях различного уровня;

− наблюдение педагога за динамикой становления исследовательских и личностных качеств воспитанников;

− изучение отзывов родителей и педагогов о динамике личностного роста;

При этом родители, педагоги и сами ребята могут оценить свои знания и знания своих коллег, а также представляемую на различные конкуры работу по следующим показателям (Табл.1).

Таблица 1. Мониторинг результатов обучения ребенка (4).

Заключение

Данные рекомендации в течение 4-х лет раздавались родителям для того чтобы они знали не только чем занимается их ребенок, но и что от него конкретно требуется на разных этапах проведения научно-исследовательской работы. И многие родители сами были вовлечены в её проведение и оказывали активную помощь своим детям, что не могло не сказаться на результатах – у нас теперь есть свои специалисты по самым разным гидробионтам Байкала. Список использованных источников

1.      Глызин А.В., Глызина О.Ю. Программа для дополнительного образования детей «Экология и биология гидробионтов Байкальского региона»// https://infourok.ru/programma-podopolnitelnomu-obrazovaniyu-1513884.html

2.      Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка / Российская академия наук, 4-е изд., дополненное. – М.: Азбуковник, 1999.

3.      Культура научной речи: Учебное пособие к спецкурсу для начинающих исследователейпедагогов / Сост. В.Т. Садченко. – Хабаровск: ХК ИППК ПК, 2005.

4.      Петрова Н.Н., Сухинин С.А. Статистический метод // География в школе. – 2004. - №4. – с.51-55.

5.      Кленова Н.В., Буйлова Л.Н. «Методика определения результатов образовательной деятельности //Дополнительное образование №12/2004, с. 17-25

6.      Борикова Л.В., Виноградова Н.А. Пишем реферат, доклад, выпускную квалификационную работу: Учебное пособие для студентов сред. и высш. учеб. заведений. – М.: Изд. центр

«Академия», 2002.

Приложение 1  

Список видов гидробионтов Пресноводного аквариумного комплекса ЛИН СО РАН, доступных для

исследования членам объединения «водной экологии»

       +*  количество особей сильноизменчиво или трудноопределимо

Приложение 2

Рекомендуемые источники дополнительной информации Литература

1. Атлас и определитель пелагобионтов Байкала (с краткими очерками по их экологии) / Тимошкин О.А., Мазепова Г.Ф., Мельник Н.Г. и др. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. – 694 с.  2. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции, сообщества. – М.: Мир, 1989. – Т. 1. – 667 с.; Т. 2. – 477 с.  

3.  Биологическая продуктивность пелагиали Байкала и ее изменчивость. – Новосибирск: Наука, 1977. – 254 с.  

4.  Винберг Г.Г. Общие основы изучения водных экосистем. – Л.: Наука, 1979. – 273 с.  

5.  Гиляров А.М. Популяционная экология. – М.: Изд-во МГУ, 1991.  

6.  Динамика заражённости животных гельминтами / Пронин Н.М., Жалцанова Д.- С.Д., Пронина С.В. и др. – Улан-Удэ: БНЦ СО АН СССР, 1991. – 202 с.  

7.  Зоологические экскурсии по Южному Байкалу. Беспозвоночные /Анищенко А.В., Аров И.В., Башарова Н.И. и др. – Иркутск: Прикладные технологии, 2001. – 276 с.  8. Ижболдина Л.А. Мейо- и макрофитобентос озера Байкал (водоросли). – Иркутск: Изд-во Иркут.

ун-та, 1990. – 176 с.  

9. Исследования водных экосистем Восточной Сибири: Тр. Биолого-почв. ф-та ИГУ. Вып. 3. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2000. – 126 с.  10. Исследования фауны водоёмов Восточной Сибири: Сб. науч. тр. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2001.

– 166с.  11. Кожов М.М. Биология озера Байкал. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 315 с.  

12.  Кожов М.М. Очерки по байкаловедению.– Иркутск: Вост.-Сиб. кн.изд-во,1972. – 254 с.  

13.  Кожова О.М., Мельник Н.Г. Инструкция по обработке проб планктона счётным методом. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1978. – 50 с.  

14.  Лимнология придельтовых пространств Байкала.  – Л.:Наука, 1971. – 294 с.  

15.  Методика изучения биогеоценозов внутренних водоёмов. – М.: Наука, 1975.  

16.  Тахтеев В.В. Байкаловедение. Материалы к семинарским занятиям: Учебное пособие. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2000. – 104 с.  

17.  Яшнов В.А. Практикум по гидробиологии. - М.: Высшая школа, 1969. - 428 с.

Интернет-ресурсы

http://elementy.ru/catalog/t60/Gidrobiologiya Каталог научных сайтов. Гидробиология.

http://www.lake.baikal.ru/ru/library Научно-образовательный центр Байкал

http://www.zin.ru/Animalia/Pisces/rus/index_ru.html Пресноводные рыбы России (справочник)

Периодические издания Биологические науки

Гидробиологический журнал

Гидробиология моря Водные ресурсы

Вопросы ихтиологии