1. Определение «эксперимента»

1.1. Понятие «эксперимент»

Эксперимент (от лат. experimentum – проба, опыт) –  метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Отличаясь от наблюдения активным оперированием изучаемым объектом, эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов. Нередко главной задачей эксперимента служит проверка гипотез и предсказаний теории, имеющих принципиальное значение (так называемый решающий эксперимент). В связи с этим эксперимент, как одна из форм практики, выполняет функцию критерия истинности научного познания в целом.

Эксперимент, метод исследования возник в естествознании нового времени (У. Гильберт, Г. Галилей). Впервые он получил философское осмысление в трудах Ф. Бэкона, разработавшего и первую классификацию экспериментов. Развитие экспериментальной деятельности в науке сопровождалось в теории познания борьбой рационализма и эмпиризма, по-разному понимавших соотношение эмпирического и теоретического знания. Преодоление односторонности этих направлений, начатое немецкой классической философией, нашло завершение в диалектическом материализме, в котором тезис о единстве теоретической и экспериментальной деятельности является конкретным выражением общего положения о единстве чувственного и рационального, эмпирических и теоретических уровней в процессе познания.

1.2. Виды экспериментов

Современная наука использует разнообразные виды экспериментов. В сфере фундаментальных исследований простейший тип эксперимента – качественный эксперимент, имеющий целью установить наличие или отсутствие предполагаемого теорией явления. Более сложен измерительный эксперимент, выявляющий количественную определённость какого-либо свойства объекта. Ещё один тип эксперимента, находящий широкое применение в фундаментальных исследованиях,- так называемый мысленный эксперимент. Относясь к области теоретического знания, он представляет собой систему мысленных, практически не осуществимых процедур, проводимых над идеальными объектами. Будучи теоретическими моделями реальных эксперимент, ситуаций, мысленные эксперименты проводятся в целях выяснения согласованности основных принципов теории. В области прикладных исследований применяются все указанные виды экспериментов. Их задача – проверка конкретных теоретических моделей. Для прикладных наук специфичен модельный эксперимент, который ставится на материальных моделях, воспроизводящих существ, черты исследуемой природной ситуации или технического устройства. Для обработки результатов эксперимента применяются методы математической статистики, специальная отрасль которой исследует принципы анализа и планирования эксперимента.

С 20-х гг. 20 в. развиваются социальные эксперименты. Они способствуют внедрению в жизнь новых форм социальной организации и оптимизации управления. Поэтому социальный эксперимент, выполняя познавательную функцию, относится к сфере управления обществом.

Можно также выделить школьный эксперимент.

  1. Эксперимент как метод преподавания биологии

В школьном обучении наряду с установлением объема содержания учебного предмета и отбо­ром материала для урока громадное значение имеют методы преподавания.

Методы, выбранные соответственно содержанию и возрасту учащихся, обеспечивают высокое качество знаний. Та­кие методы способствуют развитию понятий и умений, прочности и осознанности знаний и оказывают воспитывающее влияние.

«Метод в самом общем значении — способ достижения цели, определенным образом упорядоченная деятельность».

Педагогическая теория и практика советской школы рассмат­ривают учебно-воспитательный процесс, как двусторонний, со­четающий обучающую деятельность учителя и учебную деятель­ность учащихся. Это вполне соответствует основному принципу советской школы—принципу воспитывающего развивающе­го обучения.

Определение метода применительно к обучению должно вы­текать логически из признания единства деятельности учи­теля и деятельности учащихся в процессе обучения, т. е. содер­жать характеристику деятельности учителя и ученика. То и дру­гое содержится в следующем определении учебного метода.

Учебный метод — способ передачи знаний учи­телем и одновременно способ усвоения их уча­щимися.

Это определение метода выражает понятие о двух его взаимо­связанных сторонах: передающая, воздействующая—учитель и воспринимающая, усваивающая—учащиеся.

В практике преподавания биологии сложились различные ме­тоды обучения.

2.1. Место эксперимента в структуре методов преподавания

Основой классификации методов являются три названных признака:

  • источники, из которых учащиеся черпают знания;
  • характер деятельности учителя;
  • характер деятельности учащихся в процессе обучения.

Эти три признака вытекают из понимания обучения и учения как единого процесса, в котором взаимосвязаны и обусловлены деятельность учителя (обучающего) и ученика (обучаемого), а источники знаний находятся и тесной взаимосвязи с деятель­ностью того и другого.

Руководствуясь существенными признаками методов, следует выделить группу методов, применяя которые учитель передает знания учащимся главным образом через посредство слова с иллюстрацией наглядных пособий к излагаемому материалу по мере надобности.

При этом основным источником, из которого ученики черпа­ют новые знания, является слово. Деятельность учащихся выражаете преимущественно в слушании, осмысливании и последующих устных и письменных ответах.

При применении другой группы методов основную роль в передаче знаний играет показ, демонстрация учителем предметов и явлений, а слово учителя приобретает иное значение. Учитель направляет ход наблюдений и логику мышления учащихся, уточняет правильность их восприятия. Ученики, наблюдая, осмысливают факты, делают выводы, получают новые знания, а иногда и новые умения, например, как самостоятельно поста­вить продемонстрированный учителем опыт, приготовить микро­препарат и т. п.

Основным источником знании, приобретаемых учащимися, яв­ляется наблюдение, а не слово учителя, хотя за ним остает­ся руководство всем познавательным процессом.

Деятельность учащихся выражается в наблюдении и рассказе о наблюдаемом и значительно меньше в слу­шании и ответах.

Наконец, учитель применяет такие методы, при которых пе­редача знаний происходит преимущественно в процессе прак­тической работы учащихся. Они по заданию (инструктажу) самостоятельно рассматривают строение семени, плода, вскрытую лягушку, производят посевы на школьном учебно-опытном участке, работают на животноводческой ферме и т.п. и, работая, приобретают новые знания, умения, а потом и на­выки, т.е. автоматизированные, привычные умения.

Практическая деятельность учащихся связана с применением орудии исследовательского (пинцет, скальпель, лупа, микроскоп и пр.) и производительного (лопата, секатор, опыливатель и пр.) труда.

Слово учителя необходимо и в этих случаях: он инструкти­рует, указывает, какова цель работы, какие теоретические зна­ния важны для ее правильного проведения. Учитель проверяет ход работы, помогает сделать выводы — руководит познаватель­ным процессом. В ряде случаев по указанию учителя в помощь проведению работы и приобретению знании в процессе ее может служить книга (учебник, справочник и другая литература) как пособие к основному источнику знаний — практической работе, но не как самостоятельный источник знаний.

В деятельности учащихся имеет место слушание и наблюде­ние, но преобладает практическая работа, в ходе которой осо­бенную роль играет самостоятельный мыслительный процесс, по­зволяющий решить задачу, вопрос, проблему. Результаты такой работы являются основным источником знаний.

При ответах учащиеся показывают результаты проделанной работы и рассказывают о ней, делая выводы, записи, по требо­ванию учителя, повторяют ее еще раз.

Таким образом, на основании преобладающего характера ис­точников знаний, деятельности учителя и учащихся методы пре­подавания биологии разделяют на три группы или рода: сло­весные, наглядные, практические.

В педагогике и методике долгое время не было единых об­щепринятых определении методов обучения и их классификации. Но уже во второй половине 20 в. имела место общая точка зрения по этим вопросам.

определении методов обучения и их классификации

С понятием о словесных методах обычно связано представление о якобы неизбежной пассивной роли уча­щихся при их применении. Такое ложное понимание словесных методов происходит вследствие того, что не обращается долж­ного внимания на мыслительную деятельность учащихся в слу­чае применения словесных методов.

К видам словесных методов относятся:

  • беседа,
  • объяснение,
  • рассказ учителя или учащихся,
  • лекция.

Наглядные методы нельзя смешивать с общим педагогическим принципом наглядности. Это понятия разные, не тождественные друг другу. Наглядные методы служат источником информации для учащихся, а не слово учителя. Наблюдая демонстрируемые пособия, самостоятельно или с помощью вопросов учителя уча­щиеся обдумывают выводы, делают обобщения и умозаключе­ния. В этом отличительная особенность использования нагляд­ности при наглядных методах.

К видам наглядных методов относятся демонстрации:

  • опытов,
  • натуральных объектов,
  • изобразительных пособий.

Практические методы представляют собой сложное взаимодействие слова, наглядности и практической ра­боты, организуемое и направляемое учителем, преследующее развитие мысли учащихся. Применение практических методов связано также с активной деятельностью рецепторов и анализа­торов учащихся, с развитием их общей трудовой активности.

Задания для выполнения практических работ особенно цен­ны в учебно-воспитательном отношении, когда в них содержатся вопрос, задача, которые надо решить учащимся, применяя на практике ранее приобретенные знания: умения будут разви­ваться не механически, а основываться на знаниях. Именно при этом условии практические работы будут источником знаний,

Однако применение этих методов требует от учителя проду­манной организации урока, так как руководство работой уча­щихся весьма сложно.

К видам практических методов относятся:

работы по распознаванию и определению природных объ­ектов;

наблюдения с последующей регистрацией явления;

проведение эксперимента (решение вопроса опытом).

Таким образом, мы определили положение эксперимента в структуре методов преподавания (см. рис. 1.)

Рис. 1. Методы преподавания.

Методы преподавания

2.2. Биологический эксперимент

Эксперимент проводится в искусственно созданных услови­ях, причем из сложною комплекса многообразных естественных влияний на организм отбирается и выясняется воздействие лишь отдельных изолированных факторов.

Эксперимент проводят большей частью при изучении физиологических процессов. Эксперимент может быть кратко­временным и длительным.

Примером кратковременного эксперимента или опыта, про­водимых па уроках ботаники, являются общеизвестные работы по изучению состава семян, физических свойств почвы, обра­зования крахмала в листьях и т. п. Наиболее простые опыты, такие, как условия прорастания семян, испарение воды листья­ми учащиеся выполняют дома. Как пример кратковременных опытов, проводимых в курсе физиологии человека, можно на­звать работы по выяснению переваривающего действия слюны и желудочного сока.

Биологический эксперимент требует большей частью дли­тельного времени, поэтому его на уроках целиком не проводят, а демонстрируют только постановку опыта и его результаты.

По общей биологии ставят длительные опыты по выясне­нию влияний различных экологических факторов на организ­мы, по скрещиванию животных (лабораторные мыши, золоти­стые хомячки, голуби).

Экспериментальные работы учащиеся обычно проводят в порядке внеурочных занятий (индивидуальных или групповых) в уголке живой природы или на учебно-опытном участке школы.

Наиболее многообразны эксперименты на учебно-опытном участке. Они особенно длительны и занимают весь вегетацион­ный период, т. е. целое лето. Перед учащимися ставят вопросы или задачи, которые решают путем сравнения результатов опыта и контроля (опытные и контрольные растения или жи­вотные ставятся в одинаковые условия, кроме одного испыты­ваемого). Во время опыта проводят точные наблюдения с измерениями. Особенное значение имеет правильная фиксация наблюдений и результатов опыта в специальных табличках, позволяющих сравнивать показатели развития и урожайности опытных и контрольных растений и подводящих к выводам. Постановка опытов должна приучать учащихся к дисциплине мысли, к культуре, точности, достоверности и честности в иссле­дованиях.

Учащиеся приучаются к постановке эксперимента, начиная с простейших опытов дома и в уголке живой природы, тем са­мым подготавливаясь к более сложным и длительным опытам на школьном учебно-опытном участке.

Длительные опыты и наблюдения над животными связаны с изучением их поведения. Очень разнообразны опыты по выра­ботке чех или иных условных рефлексов у позвоночных. Работы эти тоже проводят во внеурочное время, а результаты их используют на уроке.

Каждый вид практических методов (работы по различению и определению, проведение наблюдения, регистрирующих явле­ния, постановка эксперимента) проходит ряд эталон:

Этапы практической работы:

  1. Постановка вопроса, обусловливающего цель работы.
  2. Инструктаж тех­нический и организационный.
  3. Выполнение работы (определение, наблюде­ние, постановка опыта).
  4. Фиксация результатов (проводится одновременно с выполнением работы).
  5. Выводы, отвечающие на подавленный вопрос.
  6. Отчет или сообщение о своей работе на уроке.

Практическая работа учащегося в зависимости от содержа­ния может строиться дедуктивно, когда уже известное положе­ние подтверждается фактами, или индуктивно, когда на основе фактов делается вывод. Распознавание растений или животных и их органов, как правило, строится дедуктивно, эксперимент — почти всегда индуктивно; работы по определению и наблюде­нию с последующей регистрацией могут быть индуктивными и дедуктивными.

Любой из методов осуществ­ляется в практике преподавания приемами. Методические приемы — элементы того или иного метода, выражающие отдельные действия учителя и уча­щихся в процессе преподавания. Они могут носить логический, организационный и технический характер. На рис. 2 изображена структура проведения практических работ на уроке различными методическими приемами.

В каждом виде практических работ необходимо различать работы предварительные исследовательского харак­тера и работы последующие, закрепляющие и практи­кующие понятия.

Первые даются учащимся до изучения вопроса, и учащиеся решают постановкой опыта поставленную перед ними задачу, результаты работы демонстрируются и обсуждаются на соот­ветствующем уроке.

Вторые проводятся после изучения вопроса, и теоретические знания учащиеся применяют на практике, проверяя детали в других вариантах.

В процессе преподавания биологии практические методы видоизменяются — развиваются в соответствии с усилением самостоятельности учащихся и усложнением работ.

Правильно проведенные практические работы заставляют учащимся проделать ряд логических операций: Выявление сходства и различия, классификация, вывод, обобщение, умозаключение.

Рис. 2. Структура проведения практических работ на уроке различными методическими приемами

Структура проведения практических работ на уроке различными методическими приемами
Структура проведения практических работ на уроке различными методическими приемами1

Например, в IX классе учащимся последовательно предложены две работы:

1) ознакомиться с явлением изменчивости на различных объектах

2) выявить причины изменчивости.

Что делать ученику

Самостоятельная работа учащихся  – мыслительная и практическая – усложняется при этом следующим образом:

Самостоятельная работа учащихся

Практические работы развивают умения и навыки учащихся только при правильном планомерном проведении их. К ним школьников необходимо приучать систематически, постепенно переводя их от коротких по времени, легких по технике и орга­низации к более длительным и сложным.

2.3. Особенности биологического эксперимента в разных классах

Постановка учебных опытов по разделу «Растения» предусмот­рена программой для 6 класса. Эксперимент занимает здесь зна­чительное место—около трети уроков курса 6 класса целиком или частично строится на материале опытов, описание которых при­водится в тексте школьного учебника или в заданиях к параграфу.

Общеизвестно большое учебно-воспитательное значение экспе­римента в обучении естественным наукам. Особенно велика роль его в преподавании биологии в 6 классе. Она определяется содер­жанием предмета (значительное место в нем занимает физиологи­ческий материал), изначальным местом его в курсе биологии сред­ней школы, возрастными психологическими особенностями детей (преобладание образного, конкретного мышления над абстракт­ным, неразвитость ряда познавательных умений), дидактическими возможностями биологического эксперимента.

Известна роль эксперимента в образовании убеждений, форми­ровании и развитии биологических понятий и материалистиче­ского мировоззрения, в развитии познавательных способностей де­тей, в возникновении и сохранении исследовательского интереса учащихся к биологии. Все это особенно важно для курса биоло­гии 6 класса, в котором учащиеся впервые приступают к систе­матическому изучению биологии, где закладываются основы мате­риалистического понимания явлений жизни и приобретаются изна­чальные познавательные и практические умения, необходимые для учебной и производственно-опытнической работы в более стар­ших классах.

Очень важной особенностью учебных опытов в 6 классе явля­ется то, что на них у учащихся впервые образуются представления о биологическом эксперименте, формируется ряд  специальных и общепознавательных понятий: эксперимент, опыт, контроль, вари­ант опыта, цель опыта, сравнение, анализ в эксперименте, резуль­тат опыта, вывод из опыта и др. Следовательно, готовя демон­страцию опыта, надо планировать и работу с учащимися над данными понятиями — по формированию и развитию их.

Особенностью биологических опытов в 6 классе является то, что с их помощью изучаются сложные процессы жизнедеятельно­сти растения, для понимания которых у учащихся еще нет или недостаточно знаний по физике, химии и некоторых других, со­ставляющих практический опыт человека. Поэтому биологический эксперимент в 6 классе ограничивается изучением внешней сторо­ны явлений (обнаружение явления, выяснение необходимых для него условий, установление зависимости явления от изменения внешних условий), без выяснения существа и механизма процессов.

Программа по биологии в разделе «Животные» не предусмат­ривает проведение опытов с животными, если не считать наблю­дения за реакциями дождевого червя на раздражение. Связано это, прежде всего, с большими трудностями обеспечения процесса обучения необходимыми живыми объектами. Многие из них во время изучения раздела «Животные» находятся в природе в спяч­ке, в состоянии покоя на той или иной стадии развития. Их за­благовременная заготовка и содержание требуют создания уголка живой природы, постоянного внимания со стороны учителя био­логии, вызывают сложности, связанные с их кормлением, и пр. Однако это не значит, что учитель биологии не может использо­вать школьный биологический эксперимент как метод обучения при ознакомлении учащихся с изучаемыми в школе типами и классами животных.

Опыты с животными, как правило, связаны с выяснением влияния различных факторов на их жизнедеятельность, выработ­кой условных рефлексов, изучением ориентирования и т. п. и тре­буют длительного времени на выполнение.

Опыты по разделу «Животные» в своем большинстве могут быть выполнены учащимися только во внеурочное время, до или после изучения соответствующих вопросов на уроках биологии. Учитывая это, учитель биологии или использует на уроках сооб­щения учащихся о заранее проведенных опытах, или предлагает провести те или иные опыты в связи с изучаемым материалом и выделяет в дальнейшем время для ознакомления всех учащихся с результатами выполненной неурочной работы.

Длительное время эксперимент по анатомии, физиологии и гигиене человека ставился на острых опытах с лягушкой. Эти опыты позволяли показать такие методы экспериментального исследования, как работа с изолированными органами (нервно-мышечным препаратом, сердцем), метод разрушения (удаление кожных ре­цепторов, спинного мозга в опытах по изучению рефлекторной ду­ги), метод раздражения (рефлексы на спинальной лягушке) и др. Однако теперь, на пороге экологического кризиса, продолжать тра­диционную систему опытов оказалось сложным, хотя Закон об охране и использовании животного мира допускает подобные ви­ды работ в учебных целях.

Современный научный эксперимент включает несколько ста­дий. Первая — анализ фактов или теоретических изысканий, на базе которых формулируется проблема, вторая — составление ги­потез, решающих ее в форме предположений, третья — выявление следствий, которые бы помогли спланировать эксперимент для проверки правильности гипотезы, четвертая—разработка техники опыта, пятая — его реальное проведение и шестая — вывод, под­тверждающий или опровергающий гипотезу. В школьных услови­ях довольно трудно показать эту систему в целом, однако отдель­ные стадии эксперимента можно показать школьникам на приме­ре решения экспериментальных задач на постановку гипотезы, па доказательство выдвинутого предположения и на вывод из опыта.

Курс общей биологии завершает цикл биологического образо­вания учащихся. В нем изучаются наиболее общие свойства, присущие всем живым организмам, вскрываются основные законо­мерности живой природы, принципиальные отличия живого от не­живого. Наиболее полно и глубоко отражаются взаимосвязи биоло­гических явлений с физическими и химическими. Изучая целый ряд общебиологических наук, учащиеся наряду с теоретическими основами знакомятся и с методами изучения этих наук, в основе которых лежит эксперимент. В этой связи опыты в курсе общей биологии приобретают особую значимость, так как их воспроизве­дение позволяет не только познать явление или подтвердить тео­ретический вывод, но и служит неопровержимым доказательством объективности научных знаний о природе, свидетельствует о по­знаваемости природы человеком.

Одной из важнейших задач заключительного курса биологии является экологическое образование и воспитание учащихся. Ре­шению этой проблемы поможет постановка и проведение опытов, доказывающих загрязнение окружающей среды различными ток­сичными веществами (газами, солями тяжелых металлов, кисло­тами). Эти опыты рекомендуется ставить во внеурочное время, а результаты обсуждать на уроке в виде сообщений и докладов.

Библиографический список

  1. Бинас А.В. и др. Биологический эксперимент в школе. – М.: Просвещение, 1990.
  2. Большой энциклопедический словарь. – М.: 1985.
  3. Бэкон Ф. Сочинения. Т. 1. – М., 1971.
  4. Верзилин Н.М., Корсунская В.М. Общая методика преподавания биологии. – М.: Просвещение, 1983.
  5. Корсунская В.М. Пути повышения качества знаний учащихся на уроках основ дарвинизма. – М.: Издательство АПН РСФСР, 1955.
  6. Сорокин Н. А. Дидактика. – М., Про­свещение, 1974.
  7. Философский словарь. – М., Госполитиздат, 1963.