Организация и оценивание исследовательской работы учащихся в курсе естественных наук на примере темы Фотосинтез в 10-м классе


В 1996 году наша школа вступила в
международную образовательную организацию
“Международный Бакалавриат” (МБ). Учащиеся,
окончившие обучение по программам МБ и успешно
сдавшие экзамены, получают дипломы, дающие им
право поступать в ВУЗы Европы, Азии, Австралии и
Африки без дополнительных экзаменов. Все школы,
входящие в МБ, обязаны
следовать единым требованиям к обучению и
стандартам международного образования, которые
формируются центральным комитетом МБ.
Вступление в Международный Бакалавриат открыло
для нас интересные возможности, позволяющие
сделать изучение курса биологии более
познавательным и увлекательным, расширить
спектр умений и навыков, с которыми ученики
выходят из школы, более эффективно применять
индивидуальный подход в обучении.

В отличие от традиций обучения
биологии, принятых в России, в международной
школе акценты смещены с теоретических знаний на
исследовательскую деятельность учащихся, на
обучение навыкам проведения полноценного
естественнонаучного исследования, включающего
эксперимент. Мы начинаем развивать
исследовательские умения учеников с 1 класса в
курсе “Окружающий мир”. Учителя начальной школы
ставят перед детьми простые исследовательские
вопросы и помогают им провести простые
эксперименты. Постепенно, из года в год,
исследовательские проблемные вопросы и
технологии эксперимента становятся все сложнее,
степень самостоятельности учащегося в ходе
исследования становиться все больше, а помощь
учителя – все меньше. К 10 классу задача учителя
заключается в том, чтобы подобрать подходящую
тему для исследования, составить краткую
инструкцию для учащихся, подобрать необходимое
оборудование и оценить лабораторные отчеты,
выполненные учащимися по результатам
исследования. Таким образом, перед учителем,
решившим развивать учениках исследовательские
навыки, встают три основных вопроса:

1. Как подобрать тему для исследования
и организовать его в рамках урока на каждой
ступени обучения?
2. Как оценить работу ученика на каждой ступени
обучения?
3. Как составить индивидуальные рекомендации и
определить направление работы с каждым учеником
и с классом в целом?

В одной статье невозможно ответить на
все эти вопросы применительно ко всем ступеням
образования, поэтому давайте ограничимся тем,
как подобрать тему, организовать и оценить итоговое
контрольное исследование в 10
классе в рамках темы “Фотосинтез”.

Разобьем нашу работу на несколько
этапов.

Этап 1. Выбор темы исследования.

Чтобы выбрать подходящую тему, надо
сначала решить, какие именно умения и навыки Вы
собираетесь проверять. Для проведения
самостоятельного научного исследования
учащийся должен уметь:

1) ставить исследовательский вопрос;
2) определять переменные и постоянные величины
эксперимента;
3) формулировать и объяснять гипотезу;
4) подбирать необходимое для проверки гипотезы
оборудование;
5) составлять процедуру эксперимента для
проверки гипотезы;
6) собирать экспериментальную установку;
7) собирать и записывать в таблицу данные,
полученные в ходе эксперимента;
8) обрабатывать данные и представлять их в
графической форме;
9) делать вывод относительно правомерности
поставленной гипотезы;
10) анализировать достоверность данных;
11) предлагать улучшения эксперимента для
устранения неточностей или ошибок;
12) писать лабораторный отчет.

Вы можете подобрать тему так, чтобы
учащиеся смогли продемонстрировать не все, а
только одно, два или три умения. Например, можете
организовать сбор количественных или
качественных данных в ходе наблюдений. В нашей
школе разработаны методики таких работ. Если Вам
интересно, пишите по адресу [email protected].
Однако, наша статья посвящена итоговому
контрольному исследованию, следовательно,
работа, которую Вы предлагаете Вашим ученикам,
должна давать им возможность показать все
перечисленные умения и навыки. Для этого должны
быть выполнены следующие условия:

– исследование носит проблемный
характер;
– результат исследования заранее не известен
учащимся;
– эксперимент позволяет получить минимум два
массива количественных данных, находящихся в
ясной зависимости друг от друга;
– на исследуемых объект или процесс оказывают
влияние несколько факторов, один из которых
определяется как переменная величина, а
остальные – как постоянные величины
эксперимента.

Кроме того, выбранное Вами
исследование должно базироваться на достаточно
простом и коротком эксперименте, чтобы учащиеся
могли уложиться в 30–35 минут урочного времени.

Всем этим требованиям удовлетворяет
тема “Влияние освещенности на фотосинтез в
зеленом растении”, который можно провести в
течение одного урока в теме “Фотосинтез” в
качестве заключения этой довольно сложной темы.

Этап 2. Составление инструкции.

После того, как тема определена, Вы
можете приступить к составлению инструкции для
учащегося. При этом, чтобы ничего не забыть, лучше
всего делать так, чтобы каждый пункт инструкции
соответствовал тому или иному умению или навыку.
Такая инструкция будет направлять учащегося в
работе и в написании лабораторного отчета,
позволит ученику проявить все умения и навыки,
необходимые для проведения экспериментального
исследования, а Вам – беспристрастно и
дифференцированно оценить ученика. Ниже
приводится пример инструкции, которая выдается
учащимся на дом за неделю до исследования с тем,
чтобы они продумали гипотезу, переменные
величины и ход эксперимента. Курсивом записано
примерное содержание ответов учащихся на
оценку “отлично”.

Тема исследования:

“Влияние освещенности на фотосинтез в
зеленом растении”

Инструкция.

Учени…….. 10……. класса
………………………………………………………………………………………………………

Дата …………………………….

Введение.

Известно, что зеленое растение в
процессе фотосинтеза поглощает из окружающей среды воду и
углекислый газ и образует кислород и
органические вещества. Кислород выделяется в
окружающую среду. У водных растений выделяемый
кислород виден как цепочка пузырьков, струящихся
из среза стебля. Освещенность можно изменять,
меняя расстояние между растением и источником
света, а также меняя мощность источника света.

Этих знаний достаточно, чтобы
составить эксперимент по определению
интенсивности фотосинтеза в растении в
зависимости от внешнего фактора — освещенности.

В данной работе Вы будете использовать
водное растение Элодея канадская или Кабомба.

1. Исследовательский вопрос.

Четко и кратко сформулируйте
исследовательский вопрос, начинающийся со слов
“Каким образом” и “Почему”. Точно укажите, что
именно Вы будете исследовать.

Исследовательский вопрос: Каким
образом и почему уровень освещенности влияет на
интенсивность фотосинтеза в водном растении?

2. Переменные и постоянные величины
эксперимента.

Назовите переменные, которые вы
будете использовать в этом исследовании.

Освещенность (или расстояние между
источником света и растением) — независимая
переменная; количество пузырьков газа –
зависимая переменная, температура воды –
константа.

3. Гипотеза


3.1. Дайте прогноз
того, каким закономерностям будут подчиняться
изучаемые переменные.

3.2. Покажите прогнозируемые
закономерности в виде графика (график 1).

3.3. Объясните Ваш прогноз с точки
зрения механизма фотосинтеза.

Гипотеза строится
на основе знаний механизма фотосинтеза.
Прогнозируемый результат: интенсивность
фотосинтеза (количество пузырьков) прямо
пропорционально освещенности до определенного
ее значения (точка А на графике 1), при котором
интенсивность фотосинтеза стабилизируется. В
диаграмме иллюстрирующей прогноз (графике 1), по
оси Х откладывается освещенность (в условных
единицах), а по оси Y -
интенсивность фотосинтеза (также в условных
единицах).

График 1. Зависимость интенсивность
фотосинтеза от освещенности (прогноз).

4. Оборудование

Запишите
оборудование, которое Вы будете использовать в
ходе эксперимента.

5. План эксперимента

Запишите последовательность
действий, которые Вы будете выполнять в ходе
эксперимента. Не забудьте про то:

– как Вы будете изменять и измерять
независимую переменную;
– как Вы будете измерять зависимую переменную;
– как Вы будете контролировать постоянную
величину эксперимента.



Водное растение помещается в
цилиндр с водой срезом вверх. Предварительно на
верхушку побега прикрепляется канцелярская
скрепка, чтобы растение не всплывало. Цилиндр с
растением устанавливают на расстоянии 40 см от
лампы мощностью 100 Вт. Растение отгораживается от
других источников света непрозрачным экраном.
Затем подсчитывается количество пузырьков,
выделяемых из среза растения, за 1 минуту. Опыт
повторяется при расстоянии 35 см, 30 см, 25 см, 20 см, 15
см, 10 см, и 5 см. Подсчеты делаются по три раза на
каждом расстоянии для вычисления среднего
количества пузырьков в каждом случае.

6. Зарисуйте и соберите установку,
которую Вы будете использовать в ходе
эксперимента.

7. Результаты эксперимента.

Запишите количественные данные,
полученные в ходе Вашего эксперимента в таблицу.



Все данные записываются в таблицу,
составленную учащимся.

8. Обработка и представление
результатов эксперимента.

8.1. Вычислите освещенность, при
которой проводился эксперимент. Для этого
разделите единицу на квадрат расстояния между
источником света и растением. Результаты
вычислений занесите в таблицу.
8.2. Представьте усредненные данные в наиболее
подходящей графической форме (график 2).
!! Помните: у Вас есть независимая и зависимая
переменные. Каждая переменная измеряется в
каких-нибудь единицах !!

Освещенность (в условных единицах)
вычисляется по формуле: 1/d2, где d –
расстояние между растением и лампой. По
результатам строится график: на оси Х
откладывается освещенность (независимая
переменная), по оси Y –
среднее количество пузырьков, выделяемых в
минуту (зависимая переменная). График
обязательно должен иметь название.

9. Обсуждение полученных результатов и
выводы.

9.1. Оцените и объясните полученные
результаты.

9.2. Сделайте вывод относительно
наблюдаемых Вами закономерностей и правильности
Вашей гипотезы.



Делается вывод о влиянии
освещенности на фотосинтез и о правильности
гипотезы. Построенный по результатам
эксперимента график сравнивается с графиком,
иллюстрирующим прогноз.

10. Оценка достоверности результатов
эксперимента.

Для выявления ошибок в эксперименте
подумайте:

о размере и содержимом
пузырьков газа;
о температуре воды.

К недостаткам эксперимента
относится следующее: пузырьки имеют различный
размер и, следовательно, содержат различное
количество газа; точно не установлено, что в
пузырьках находится именно кислород; при малом
расстоянии между лампой и растением вода в
цилиндре нагревается, что ускоряет фотосинтез.

11. Видоизменение методики
эксперимента.

Предложите изменения эксперимента
для получения более достоверных и точных данных.

Для получение более достоверных
данных газ, выделяемый растением, должен быть
собран в мерную пробирку для определения его
объема. Для этого растение помещается в стакан с
водой, накрывается воронкой, на носик которой
надевается градуированная пробирка, заполненная
водой. Газ собирается в пробирке методом
вытеснения воды. Наличие кислорода в мерной
пробирке доказывается с помощью тлеющей лучинки.
Хорошо, если к описанию прикладывается рисунок,
изображающий аппарат для сбора газа при
различных значениях освещенности.

12. Лабораторный отчет.

Еще раз просмотрите инструкцию и
проверьте, все ли необходимые элементы
присутствуют в Вашем лабораторном отчете

Данная инструкция используется как
клише, по которому мы составляем инструкции для
лабораторных и исследовательских работ не
только по биологии, но также по физике и химии в 710
классах. В 10 классе количество вспомогательной
информации минимально, в 7 классе инструкция
состоит из подробных поэтапных заданий,
направляющих учеников в исследовании. Ответ на
каждое задание ученик может написать в этой же
инструкции, для чего в ней предусмотрено место.
Таким образом, из инструкции в процессе работы
получается полноценный лабораторный отчет. В 8 и 9
классах количество направляющей
вспомогательной информации постепенно
уменьшается, но лабораторный отчет, как и в 7
классе, оформляется в инструкции. В 10 классе
учащиеся самостоятельно пишут лабораторный
отчет на отдельном листе бумаги.

Этап 3. Проведение работы.

Поскольку исследование, которое мы
разбираем в этой статье, является итоговым, Ваша
задача на уроке сводится к роли наблюдателя,
следящего за соблюдением учащимися техники
безопасности и иногда направляющего
деятельность учащихся в нужное русло.

Этап 4. Оценивание работы учащихся.

Вопрос “Как оценить умения и навыки
учащегося объективно?” занимает умы учителей не
первое десятилетие. Можно ли полностью
положиться на существующую ныне обобщающую пяти бальную систему
оценивания? Наверное, нет, потому что, во-первых,
не существует четкого описания уровней ,
соответствующих выставляемой в журнал
“единице”, “двойке”, “тройке” и так далее.
Во-вторых, такая система не позволяет дифференцировано
оценить умения и навыки учащихся, а это
необходимо не только для учеников, но и для нас,
учителей. Вводя дифференцированное
“критериальное” оценивание, Вы “убиваете”
сразу двух “зайцев”:

получаете четкое представление
о слабых и сильных сторонах каждого ученика;
получаете ясное представление о Ваших
собственных слабых и сильных сторонах как
учителя;

Конечно, составлять критерии
оценивания самостоятельно, трудно и хлопотно,
поэтому мы используем критерии оценивания,
принятые в Международном Бакалавриате, как
основу для собственных критериев, используемых в
нашей школе с 1 по 10 класс. Каждый применяемый для
оценивания критерий находится в строгом
соответствии с перечисленными выше умениями и
навыками учащихся, снабжен описанием четырех
возможных уровней овладения тем или иным умением
и указанием количества баллов в соответствии с
каждым уровнем. В таблице 1 представлено
общее описание каждого уровня, назовем его
“уровнем достижения”, который может достичь
учащийся 10 класса в зависимости от качества
выполненного им исследования, и баллы,
соответствующие этим уровням.

Таблица 1. Описание “уровней достижений”
учащихся и баллы, выставляемые согласно каждому
уровню.


Уровень

Описание
уровня достижений учащегося

Баллы

0

Учащийся не
демонстрирует данное умение или данный навык в
ходе исследования

0

1

Учащийся делает
серьезные ошибки в ходе исследования и в
лабораторном отчете

1

2

Учащийся делает
небольшие ошибки в ходе исследования и в
описании исследования или выполняет работу не до
конца

2

3

Учащийся
самостоятельно демонстрирует данное умение или
данный навык в ходе исследования, полностью и без
ошибок описывает его в лабораторном отчете

3

Таким образом, в ходе оценивания мы пытаемся
найти подходящий уровень для каждого умения или
навыка учащегося и выставить соответствующий
балл. Такой подход практически полностью
устраняет субъективность в выставлении оценки.
Не секрет, что учитель сознательно или
неосознанно часто завышает или занижает оценки,
выставляемые “хорошим” и “плохим” ученикам.
“Критериальный” подход с четким описанием
“уровней достижений” позволяет однозначно
выставить соответствующий балл вне зависимости
от того, какой ученик оценивается.

В рассматриваемой нами работе “Влияние
освещенности на фотосинтез в зеленом растении”
можно оценить 12 умений и навыков максимум на 3
балла, следовательно, максимальное количество
баллов, которое ученик может получить за
итоговую исследовательскую работу равняется 36.
Что же в этом случае поставить в журнал и дневник
ученика?

Этап 5. Определение итоговой оценки за работу и
анализ результатов

Итоговая оценка выставляется по пяти балльной
системе, исходя из суммы набранных баллов, а
именно:

07 баллов – “неудовлетворительно”, “1”;
815 баллов – “неудовлетворительно”, “2”;
1622 балла – “удовлетворительно”, “3”;
2329 баллов – “хорошо”, “4”;
3036 баллов – “отлично”, “5”.

Для того, чтобы не высчитывает отметки на
калькуляторе, Вы можете внести баллы, полученные
учащимися по каждому навыку, в таблицу 2 и
выполнить все подсчеты средствами Microsoft Excel.

Таблица 2. Результаты исследовательской
работы по биологии в 10 классе на тему: “Влияние
освещенности на фотосинтез в зеленом растении”.

Умения и навыки, оцениваемые в ходе
исследования:

1 – постановка исследовательского вопроса;
2 – определение переменных и постоянных величин
эксперимента;
3 – формулировка и объяснение гипотезы;
4 – подбор необходимое для проверки гипотезы
оборудование;
5 – составление процедуры эксперимента для
проверки гипотезы;
6 – сборка экспериментальной установки;
7 – сборка и запись данных, полученных в ходе
эксперимента
8 – обработка данных и представление их в
графической форме;
9 – формулировка вывода относительно
правильности поставленной гипотезы;
10 – анализ достоверности данных;
11 – предложения по улучшению эксперимента для
устранения неточностей или ошибок;
12 – написание лабораторный отчет.

В первую колонку таблицы 2 вносится фамилия
учащегося. В колонки, соответствующие умениям и
навыкам, вносятся баллы, полученные учащимся по
результатам написания лабораторного отчета
(минимум “0” баллов и максимум “3” балла за
каждое умение или навык).

Все подсчеты выполняются средствами Microsoft
Excel.

В колонке “Сумма баллов” подсчитывается
сумма баллов, набранная каждым
учащимся. Для этого в ячейку N4 вводится соответствующая формула : =SUM(B4:M4). Далее формула
“протягивается” через всю колонку.

В колонке “Отметка” производится
автоматическое определение отметки, получаемой
каждым учеником по пяти балльной системе в
зависимости от суммы набранных баллов (см. Этап 5).
Для этого в ячейку М4 вводится соответствующая формула: =IF(N4<8;1;0)+IF(AND(N4>=8;N4< =15);2;0)+IF(AND(N4>=16;N4< =22);3;0)+IF(AND(N4>=23;N4< =29);4;0)+IF(N4>=30;5;0).
Далее формула
“протягивается” через всю колонку.

В строке “Среднее значение”
подсчитывается среднее количество баллов
(ячейка N12) и
средняя отметка по пяти балльной системе в
классе (ячейка М12). Формула для вычисления среднего
количества баллов: =AVERAGE(N4:N11); формула для вычисления средней
отметки: =AVERAGE(М4:М11)

В строке “Максимальное значение”
подсчитывается максимальное количество баллов
(ячейка N13, формула:
=MAX(N4:N11)) и
максимальная отметка, полученная в классе
(ячейка М13, формула: =MAX(М4:М11)).

В строке “Минимальное значение”
подсчитывается минимальное количество баллов
(ячейка N14, формула:
=MIN(N4:N11)) и
минимальная отметка, полученная в классе (ячейка М14, формула: =MIN(М4:М11)).

Эта довольна кропотливая работа на самом деле
не занимает много времени, значительно облегчает
анализ результатов работы учителя и позволяет
учителю дать точные рекомендации учащимся по
отработке конкретного умения или навыка. Кроме
того, Вам совершенно не нужно составлять
подобную таблицу для каждой исследовательской
работы: таблица 2 – это клише, матрица для
оценивания исследовательских умений и навыков
учащихся на любой ступень
образования. От 1 до 11 класса меняется лишь уровень
требований, заданный
описанием каждого уровня (см. таблицу 1). Например,
для того, чтобы получить 3 балла за умение
формулировать и объяснять гипотезу, в 10 классе
ученик должен самостоятельно
спрогнозировать результаты исследования и на
основе сложных теоретических знаний объяснить, почему
ожидаются именно такие результаты. В 7 классе
ученику достаточно выразить предположение об
ожидаемых результатах эксперимента и обосновать
свое предположение на основе простых знаний,
полученных на уроке, опираясь на наводящие
вопросы учителя
. Итак, таблица 2 является
шаблоном для фиксации и анализа результатов
итоговых исследований, проводимых на любой
ступени обучения.

После выставления оценок в журнал Вам
необходимо проанализировать результаты с тем,
чтобы оценить общий уровень овладения учащимися
умениями и навыками и уровень каждого учащегося
на общем фоне.

Используя данные таблицы 2, Вы можете построить
диаграмму, наглядно иллюстрирующую как общий
уровень развития умений и навыков в классе, так и
индивидуальный уровень каждого ученика
относительно средней отметки в классе.

Диаграмма 1. Результаты
исследовательской работы по биологии в 10 классе
“Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом
растении”.

Анализируя работу за год, Вы можете представить
данные об успеваемости именно таким образом. Вам
не придется тратить дополнительное время,
поскольку данные о работах за несколько лет уже
хранятся в Вашем компьютере.

Этап 6. Рекомендации.

Имея перед собой таблицу 2, Вы можете дать
четкие рекомендации каждому учащемуся
относительно того, над чем ему предстоит
поработать в ходе следующих исследований. Если
какое-либо умение “западает” у всего класса,
включая отличников, это, возможно, означает, что
Вы еще не в полной мере овладели технологиями
обучения этому умению. Таким образом, Вы
определяете и направление
самосовершенствования.




Следующий: