Летние экспедиции: интеграция школьников и ученых в экологическом исследовании

В.В. Касьянов, аспирант Института вычислительного моделирования СО РАН

В рамках новой концепции школы - не только как образовательного учреждения, но и как института по производству знаний, имеющих научную ценность, актуально изучение опыта взаимодействия классической

науки и школы. Вообще, в практике экологического образования все чаще применяется исследовательский метод обучения, например организация в школах «экологических лабораторий», где учащиеся могут

Кудряшева, С.С. Замай, В.А. Конторин, В.В. Касьянов, 2001

3^^^ 3, вести научные (или квазинаучные) экологические исследования, в том числе полевые исследования в ходе различных экологических экспедиций.

Представляет интерес научная ценность результатов, полученных школьниками в ходе такой деятельности, поскольку известен факт разрыва между научной и учебной деятельностью. Результатами этого разрыва являются неумение подавляющего большинства преподавателей школ вести научную деятельность в области науки, основы которой они преподают, недостаточность методической базы для организации взаимодействия типа «исследователь - исследователь» (обычного для субъектов научной деятельности), при котором возможна педагогика сотрудничества. Поэтому важно рассмотреть примеры, когда школьники привлекаются к реальным научным исследованиям, совместной деятельности с научными работниками.

Такое педагогическое исследование было проведено на о. Бузим Сухобузим-ского района Красноярского края. Это большое озеро (около 4 км в диаметре) служит базой отдыха Красноярского алюминиевого завода и пользуется популярностью у жителей края как доступное место летнего отдыха. Актуальной проблемой является организация на озере экологического мониторинга. Сотрудниками лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН было решено произвести снятие так называемой «мгновенной экологической карты» озера с помощью биолюминесцен-тного метода биотестирования воды. Кроме того, на базе отдыха о. Бузим осуществляется знаменитый педагогический проект- функционируют летняя школа «Ноо-ген» и компьютерные школы, задачами которых является инициация творческого мышления у одаренных школьников средних и старших классов.

Таким образом, создалась ситуация для совмещения экологического и педагогического исследования путем привлечения к работе по биотестированию и составлению экологической карты школьников 12—15 лет, проявивших интерес к информатике и специально отобранных для участия в летней компьютерной школе. Эта возможность

была реализована в рамках проекта «Родное Красноярье». Его целью было исследовать особенности взаимодействия ученых и школьников и динамику интереса последних к предложенной научной деятельности.

Следует заметить, что биолюминесценция и биолюминесцентные методы, которые использовались в биотестировании о. Бузим, давно применяются не только в различных областях биологии (для анализа сотен веществ - ферментов, токсинов и др.), но и в научном образовании студентов и школьников, поскольку обладают такими преимуществами, как экспрессность (время анализа -1-2 мин), относительная простота и наглядность, возможность визуального наблюдения свечения (в темной комнате) или приборного определения интенсивности свечения (с помощью био-люминометра), и, что немаловажно, анализ достаточно дешев (около 10 дол. на 300 измерений).

В ходе совместной деятельности школьников и ученых из Института биофизики сторонними наблюдателями исследовалось их естественное поведение, без вмешательства извне в ситуации взаимодействия. Были выделены несколько этапов работы: ознакомительный и собственно экологический эксперимент (сбор проб воды, измерения, составление карты и ее анализ).

На первом этапе сотрудником Института биофизики, специалистом по физической химии, для учащихся была прочитана лекция о биолюминесценции и биолюминес-центных методах. Лекция вызвала у них большое число вопросов; неожиданным оказалось то, что школьники довольно хорошо информированы в области экологии, вплоть до знания действия токсикантов (диоксинов, спиртов, фенолов и т.д.). Были заданы вопросы по теории биотестирования, об организмах, которые применяются в биотестах, использовании физико-химических знаний, технологии и даже возможности проведения самостоятельных исследований в домашних условиях. После лекции учащиеся получили пробирки с культурами светящихся бактерий и с большим интересом разглядывали зелено-голубое свечение в затемненном помещении, что вызвало ряд новых вопросов непосред- ственно по главной теме лекции - биолюминесценции. Кроме того, в ходе этого этапа школьникам были продемонстрированы приемы работы с приборами, материалами и оборудованием, которые были необходимы для производства экологического биотестирования озера, и предоставлена возможность приобрести первоначальные навыки такой работы, что было воспринято с энтузиазмом.

Далее перед школьниками была поставлена задача собрать пробы воды с поверхности озера, объяснены правила пробоот-бора. Группа учащихся из 6 чел. объехала озеро на лодке вдоль берега, собирая воду в пенициллиновые флаконы. Были взяты пробы и в центре озера. Этап сбора проб продолжался около 1 ч. В результате 50 флаконов с водой были доставлены в лабораторию, организованную на базе. (Лаборатория содержала биолюминометр, наборы химических дозаторов разного рода, аналитические весы, препараты светящихся бактерий и буферные растворы.) Процедура измерений состояла в следующем. Вначале определяли интенсивность свечения бактерий в контрольном растворе (Ик) и в присутствии анализируемой пробы (Иа). Далее находили отношение Иа/Ик, которое наносили на карту озера. Известно, что если это отношение превышает 0,20, то в исследуемой пробе находится токсичное для светящихся бактерий вещество.

На этапе измерения наблюдалось уменьшение интереса школьников, что неудивительно: процедура измерений является достаточно трудоемкой, требует большой тщательности и навыков работы с микропипетками, к тому же требовалось делать несколько измерений одной и той же пробы (для вычисления ошибки), что было непривычно для юных исследователей. В результате на этом этапе большинство школьников после получения некоторого опыта лабораторной работы покинули лабораторию. Остальные (около 20 %) все же довели этап «рутинной работы» до конца, желая помочь научному сотруднику в получении данных для экологической карты.

Нанесение данных на карту вызвало новый подъем интереса. Обнаружилось лишь одно место на озере с токсическим действием воды, куда школьники съездили еще раз. (Это оказался небольшой зарастающий залив со стоячей водой.) В ходе совместного обсуждения результатов было предположено, что токсичность вызвана процессами гниения растительности и жизнедеятельности сапрофитов. Данные факторы, в частности, вызывают уменьшение концентрации кислорода в воде и образование фенолов, что ингибирует свечение бактерий.

Таким образом, все этапы научного исследования вызвали интерес у школьников, кроме этапа «рутинного лабораторного эксперимента». Однако без такого этапа в настоящее время трудно представить себе полноценное научное исследование. Очевидно, что выполнение учащимися научных работ требует дополнительной мотивации, и это является одной из задач педагога. В процессе совместной работы школьников с учеными всплески интереса наблюдались в ситуациях диалога, совместного обсуждения результатов, в момент объединения численных показаний биолюминометра с реальными местами исследуемого озера и описанием места, откуда была взята токсичная проба воды. После получения данных анализа школьники по-новому взглянули на объект исследования - о. Бузим, замечая участки, где происходят застой воды, ее цветение, что проходило мимо их внимания до участия в экологическом эксперименте. Формирование такого «экологического взгляда» на окружающую природу можно считать важнейшим результатом этих летних экспериментов на озере.