Моделирование как метод организации исследовательской и проектной деятельности учащихся при реализации ФГОС

Анализируя учебные результаты освоения основной образовательной программы основного общего образования, мы нашли ответ на этот вопрос, какие механизмы в учебно-образовательном процессе будут способствовать достижению этих результатов?

Обучающиеся должны уметь создавать, применять и преобразовывать знаки и символымодели и схемы для решения учебных и познавательных задач.  Слово «Модели» натолкнуло меня на мысль об использование метода моделирования на уроках биологии как средства достижения метапредметных результатов, организации исследовательской и проектной деятельности.    Модель — выступает как «инструмент» совместной деятельности учащихся и учителя. Она отражает всеобщие отношения и связи внутри изучаемого объекта. С помощью модели мы можем решать большой круг частных задач, вытекающих из внутренней структуры самой модели. 

  • Модель (фр. modèle, от лат. modulus — «мера, аналог, образец») — это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе; представление некоторого реального процесса, устройства или концепции. (А.И.Уемов, Википедия)
  • Модель — это искусственный предмет (явление), копирующий реальный предмет (явление). Модели предназначены в основном для изучения свойств настоящего объекта, поэтому могут создаваться в увеличенном/уменьшенном масштабе (модель атома, модель самолета).

Значение слова Модель по Ефремовой:

Модель

  1. Образец нового изделия, образцовый экземпляр чего-либо. Тип, марка, образец конструкции.
  2. Уменьшенное или в натуральную величину воспроизведение какого-л. предмета.
  3. Образец, с которого снимается форма для отливки или воспроизведения в другом материале.
  4. То, что служит образцом для изображения, воспроизведения; натура. То, что служит примером.
  5. Схема какого-либо. явления или физического объекта.

Значение слова Модель по Ожегову:

  1. Модель — Образец для изготовления чего-нибудь
  2. Модель — Образец какого-нибудь изделия
  3. Модель — Схема какого-нибудь физического объекта или явления
  4. Модель — Тип, марка контракции
  5. Модель — Уменьшенное (или в натуральную величину) воспроизведение или макет чего-нибудь

Модель – это некий новый упрощенный объект, который отражает существенные особенности реального объекта, процесса или явления.

Модель — аналог оригинала, отражающий некоторые его характеристики. Моделирование – это замена реального объекта, процесса, явления его подходящей копией, которая проще изучаемого оригинала, но сохраняет и отражает его существенные особенности с точки зрения цели моделирования и может помочь в изучении оригинала.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.

Моделирование находит широкое применение в области биологии не только из-за того, что может заменить эксперимент. Оно имеет большое самостоятельное значение, которое выражается  в целом ряде преимуществ:

1. С помощью метода моделирования на одном комплексе данных можно разработать целый ряд различных моделей, по-разному интерпретировать исследуемое явление, и выбрать наиболее плодотворную из них для теоретического истолкования;

2. В процессе построения модели можно сделать различные дополнения к исследуемой гипотезе и получить ее упрощение;

3. В случае сложных математических моделей можно применять персональный компьютер;        

4. Открывается возможность проведения модельных экспериментов. Все это ясно показывает, что моделирование выполняет в биологии самостоятельные функции и становится все более необходимой ступенью в процессе её преподавания. Однако моделирование сохраняет свое эвристическое значение только тогда, когда учитываются границы применения всякой модели.

В основе выбора данной формы урока лежит понимание того, что при большом потоке новой информации психика детей постепенно адаптируется к учебному процессу и понимание новых терминов вызывает затруднения. Учащиеся стараются не очень вникать в смысл слов, поверхностно запоминая термин. Таким способом они пытаются защитить себя от избыточной информации. Иногда необходимо остановиться и направить учеников на детальное понимание терминов. Для этого можно использовать пластилин. С помощью пластилина можно изобразить любую мысль и понятие. Во время занятия происходит детализация и глубокое понимание термина или понятия. 

В процессе урока активизируются все три вида восприятия:    зрительное (демонстрация таблиц, схем, «моделей»), звуковое (работа ведется в малых группах и учащимся приходится обсуждать каждый этап работы), тактильное (работа с пластическим материалом). Использование разных типов восприятия учебной информации повышает познавательную активность и интерес каждого к учебному процессу. Работа в малых группах способствует диалогическому общению, которое является определяющим в развитии навыков межличностного общения, умения конструктивно находить решение поставленных задач. Это чрезвычайно важные новообразования данного возрастного периода. Во время урока очень важно настроить ребят на совместную работу, помочь оценить необходимость деятельности каждого члена малой группы, дать положительную оценку каждому ученику. Обратить внимание на развитие речи, памяти, логического, мышления.

Какие же модели, и с какой целью я  применяю их при изучении предмета БИОЛОГИЯ? Приведу конкретные примеры…

Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные. 

I.       Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и др.).

Возможностей для такого действенного овладения предметным моделированием в школьном курсе биологии немало. Приведем конкретные примеры использования и построения моделей на уроках биологии.

1.При изучении темы «Строение клетки».  провожу занятия по моделированию растительной и животной  клетки с использованием пластилина. (слайд)   Этот прием, возможно, использовать, как в ходе проведения урока, так и в качестве творческого домашнего задания. Важным свойством модели в данном случае является наличие в ней творческой фантазии. Подобные задания  применяю и на других уроках («Строение веществ», «Вещества простые и сложные», «Многообразие одноклеточных организмов», «Типы соцветий», «Строение цветка», «Классификация покрытосеменных» и т.д.), преимущественно в 6 классе, что объясняется  психолого-физиологическими особенностями учащихся этого возраста.

 При использовании пластилина в занятиях по моделированию биологических объектов не возникает проблем восприятия.  Самым главным в этой работе оказалось детское открытие, что любое действие может привести к изменению формы и структуры объекта; и то, что любое словесное объяснение можно доказать изготовлением модели. После «пластилиновых» работ лучше воспринимается электронные модели, теоретический материал.

2. При изучении темы «Строение цветка»,  6 класс, учащимся предлагаю создать модель  цветка по заданию (с простым или двойным околоцветником, пестичный или тычиночный). Для выполнения работы учащимся необходимы различные знания из области морфологии цветка. В ходе моделирования они проходят несколько этапов деятельности. 

•          Первый – тщательное изучение опыта, связанного с интересующим  явлением или объектом, анализ и обобщение этого опыта, и создание гипотезы, лежащей в основе будущей модели.

•          Второй – составление программы деятельности, её организация  в соответствии с разработанной программой, внесение в неё коррективов, подсказанных практикой или различными источниками, уточнение первоначальной гипотезы исследования, взятой в основу модели.

•          Третий – создание окончательного варианта модели. Если на втором этапе исследователь как бы предлагает различные варианты конструируемого объекта, то на третьем этапе он на основе этих вариантов создает окончательный образец того или иного проекта, который собирается воплотить.

Другими словами учащиеся «пропускают» через себя информацию, анализируют, обобщают, устанавливают причинно-следственные связи и воплощают в модель. Проводя такие занятия, преподаватель довольно легко может определить, насколько ученик понимает предмет.

В построении модели использую не только пластилин, но и другие подручные материалы.  Например, цветную бумагу, ватные палочки и диски, пластиковые бутылки и др. Модели часто делаем разборные, поэтому их удобно использовать при отработки различных умений, например, модели цветков можно использовать на этапе обучения и контроля умений составлять формулу и диаграмму цветка.

       Примером предметной модели может послужить собственная  модель принципа построения молекулы ДНК при помощи конструктора — пазлы.    Этот приём наглядно демонстрирует учащимся последовательность и закономерность расположения нуклеотидов в двуцепочечной ДНК.  Модель желудка, созданная из стеклянного сосуда, вискозной салфетки, бумаги и других подручных материалов, модель крови человека из пластилина, высокого цилиндра и раствора соли необходимой концентрации (соотношение числа и размеров клеток крови, массовую долю соли в растворе ученики рассчитывают самостоятельно).

        Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. Образная модель — это модель в мысленной или разговорной форме. Знаковая модель — это модель, выраженная средствами формального языка (графики, таблицы, тексты и т.д.). Образные и знаковые модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в голове человека, может быть облечен в знаковую форму.

 Использование информационных моделей как опору для изложения соответствующего учебного материала  в виде граф-логических моделей (ГЛМ).  

“Собрать” пищеварительную систему. Учащимся выдаются конверты, где находятся вырезанные из бумаги части пищеварительной системы. Необходимо быстро и правильно расположить их, а затем написать основные функции всех органов пищеварения, лист сдать учителю.

 Составить “маршрутный лист” (возможен рисунок, либо текст):

а) путь белка в организме;
б) путь углевода.

Использование таблиц, схем, диаграмм, рисунки, чертежи и т.д. 

Очень эффективно использую информационные модели при изучении семейств растений Класса Однодольные и Двудольные растения (6 класс), где в опорном конспекте по учебному материалу в виде значков, символов кодируется большой объем информации, но легко расшифровываются учениками, особенно когда эти символы выбирают и предлагают сами дети.   

Игровое моделирование.  составить из данных рисунков, например насекомых с полным превращением (26, 29, 15, 17). В ходе изучения темы «Связи живого и неживого»  детям раздаются карточки с названием растений, растительноядных и плотоядных животных, бактерий, грибов. Затем детям дается задание: взявшись за руки,  составьте цепь питания. Таким образом, обучающиеся запоминают, что «цепи питания» начинаются с растений – это 1 звено. Второе звено цепи – растительноядные животные. Третье звено – насекомоядные или хищные животные и заканчиваются цепи организмами-разрушителями органического вещества. Обучающиеся анализирует, что произойдет с цепочкой, если из нее исключить отдельное звено. (слайд)   -8

Модель-алгоритм. При изучении следующих тем: моно-, ди-, полигибридное скрещивания, промежуточное наследование признака, анализирующее скрещивание, взаимодействие неаллельных генов, генетика пола и сцепленное с полом наследование я использую модель решения генетических задач, которая легко усваивается школьниками.

•          Определение по условиям задачи доминантных и рецессивных признаков

•          Запись фенотипов и генотипов родителей

•          Запись возможных гамет, образуемых при мейозе

•          Определение генотипов и фенотипов  полученного от скрещивания потомства

•          Формулировка и запись ответа.

 (слайд)   Использование ГЛМ на уроках биологии дает следующие возможности:

– получить целостное представление об изучаемом объекте;

– осуществить связь между предшествующими и последующими темами курса;

– делить общие понятия на частные, выясняя при этом связи между ними  и закономерности;

– организовать самостоятельную работу учащегося над конкретной темой при выполнении им творческого, исследовательского задания;

– избавлять учащихся от механического запоминания, снимать стресс перед восприятием большого объёма учебного материала;

– сформировать новый взгляд на учебный предмет, на предметный курс, на жизнь в целом.

(слайд)   Использование метода моделирования позволяет развивать:

·         умение организовывать  учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками;   работать индивидуально и в группе, находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов;  формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;

·         умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности;  владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;

·         формировать и развивать компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ – компетенции);

·         формировать и развить экологического мышления, умение применять его в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации

·         а так же другие универсальные учебные действия.

Моделирование в обучении биологии играет положительное значение, так как оно определяется содержанием предмета, а также возрастными психологическими особенностями детей.

(слайд)  Исходя из результатов, можно сделать вывод о том, что активное применение моделирования  в качестве метода преподавания биологии рационально и может достаточно ощутимо влиять на изменение атмосферы урока в целом.

Моделирование в содержании учебных предметов может сформировать одну из ключевых компетентностей в образовании: умение решать проблемы (в частности, научить учащихся «управлять» Природой так, чтобы, с одной стороны, обеспечить выживание Человека в современных условиях, с другой стороны, сохранить Природу для будущих поколений). Эта проблема становится с каждым годом все более актуальной в связи с увеличением числа и масштабности природных катастроф и катаклизмов.

ДИАГНОСТИКА УМЕНИЯ УЧИТЕЛЯ ВКЛЮЧАТЬ ДЕТЕЙ В МОДЕЛИРОВАНИЕ

Критерии

Баллы

Имеющиеся возможности для моделирования на уроке не использованы

0

Предметные модели (макеты, муляжи) использовались учителем в качестве иллюстративного материала

1

Моделирование осуществлялось учителем для иллюстрации тех или иных процессов (например, моделирование движения Земли с помощью теллурия)

2

В моделирование процессов включились и дети (репродуктивный уровень – дети повторяли действия учителя)

3

Детям предлагаются задания для самостоятельного моделирования тех или иных процессов, явлений, объектов. Средства моделирования представляет учитель (например, детям предлагается с помощью глобуса и настольной лампы показать и прокомментировать смену времен года)

4

Детям предлагается смоделировать тот или иной процесс, при этом способ и средства моделирования не показываются, дети должны определить их сами. Это высший уровень развития у детей способности к предметному моделированию

5

 

ДИАГНОСТИКА УМЕНИЯ ВКЛЮЧАТЬ ДЕТЕЙ В ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИМВОЛИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ЗНАКОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.

Критерии

Баллы

Знаково-символические средства представления информации на уроке не используются

0

Знаково-символические средства для обозначения тех или иных объектов, явлений используется без элементов моделирования

1

На уроке используется знаково-символическое моделирование, но только учителем, например в качестве способа обобщения изучаемого материала в идее схемы

2

Детям предлагаются задания на дополнение (преобразование) знаково-символических моделей, представленных в учебнике, методическом пособии или разработанных учителем

3

Детям предлагаются задания для самостоятельного знаково-символического моделирования изучаемых объектов (процессов, схем решения учебных и практических задач)

4

Данная диагностика позволяет педагогу провести самооценку умений и выстроить дальнейшую траекторию профессионального развития.

Для того чтобы ученики овладели моделированием недостаточно лишь демонстрировать им различные учебные модели, включаемые в содержание образования. Необходимо, чтобы они сами строили модели, сами изучали какие-либо объекты и явления с помощью моделирования. А для этого учитель сам должен владеть методом моделирования, подготовить необходимый методический и дидактический материал к изучению тем, заинтересовать школьников этим способом познания окружающего мира.

Моделирование как метод организации исследовательской и проектной деятельности учащихся при реализации ФГОС