На уроках біології з фізіологічним змістом експеримент є методом навчання; при цьому він може бути використаний як демонстрування або бути основою лабораторної роботи учнів.
У навчальному процесі експеримент може бути використаний з дослідницькою та ілюстративною метою. Під час ілюстративного підходу джерелом знань є слово — пояснення вчителя — і підручник, а експеримент тільки підтверджує висловлені припущення.
Дослідницький підхід у демонстраційному експерименті припускає постановку проблеми (формування гіпотези), пошуки шляхів її вирішення (розробка умов експерименту), демонстрування експерименту або його результатів і висновки (розкриття суті явища, що вивчається). Дослідницький підхід у лабораторному експерименті здійснюється аналогічно, проте учні самі проводять експеримент.
Біологічний експеримент найчастіше є тривалим і не -завжди вкладається за часом у рамки уроку. Щоб підсилити педагогічне значення демонстраційного експерименту і показати його цілісність за один урок, можливе використання прийому зближення початку і кінця досліду, його ходу і кінцевого результату. Кінцеві результати можна показувати на попередньо закладеному досліді.
Під час використання експерименту як методу пізнання важливо, щоб школярі засвоїли основні правила його проведення: експеримент вимагає дотримання сталості всіх умов, окрім однієї, вплив якої на організм досліджується. Варіант із незмінною умовою являє собою «контроль», а варіанти зі зміненою умовою того, що досліджується, є «дослідами». Під час демонстрування результатів експерименту необхідно показувати як «контрольні», так і «дослідні» рослини, порівнювати їх. Результати порівняння треба фіксувати у вигляді малюнків, таблиць, графіків тощо. Це дозволить закріпити дані спостережень, визначити причинно-наслідкові зв'язки.
Живі організми — це група натуральних об'єктів (рослини, тварини, гриби, дроб'янки), що забезпечують найбільшу конкретність і повноту знань учнів. Частину живих рослин і тварин збирають на пришкільній навчально-дослідній земельній ділянці безпосередньо перед заняттями здебільшого для одноразового використання.
Наприклад, для забезпечення лабораторних робіт із теми «Різноманітність покритонасінних» (розділ «Царство Рослини», 6 клас) на пришкільній навчально-дослідній земельній ділянці доцільно вирощувати представників родин, що вивчаються: дикорослі рослини (паслін чорний, редька дика, ромашка аптечна, деревій звичайний) та культурні (жоржини, айстри, картопля, капуста).
Забезпечення занять живим роздатковим і демонстраційним матеріалом істотно полегшується, якщо в школі є куточок живої природи. Добираючи рослини й тварин до куточка живої природи, слід насамперед ураховувати можливості їх використання на уроках та в позаурочній роботі.
У процесі вивчення розділу «Царство Тварини» (7 клас) можна організувати різноманітні самостійні роботи з використанням живих тварин. Це сприяє успішнішому засвоєнню учнями анатомо-морфологічних, екологічних і систематичних понять розділу, ефективному оволодінню школярами вміннями правильно вести спостереження над тваринами, з'ясуванню систематичного положення різних видів тварин.
На розвиток пізнавальної самостійності учнів істотно впливає проведення лабораторних робіт із використанням живих тварин (евглени зеленої, інфузорії туфельки, дощового черв'яка, трубочника, молюсків тощо). Зазвичай на таких уроках роботі з натуральними об'єктами відводиться більша частина навчального часу, оскільки вона виконується па етапі вивчення нового матеріалу й має репродуктивний або пошуковий характер. Для успішного проведення цих уроків слід попередньо підготувати роздатковий матеріал та інструктивні картки, в яких зазначено тему лабораторної роботи, мету, обладнання й матеріали, хід роботи, а також завдання або запитання, що сприяють усвідомленому розумінню школярами об'єктів вивчення.
Натуральні предмети й технічні засоби для демонстраційного та лабораторного відтворення явищ природи, кількісного й якісного їх вивчення — це прилади, інструменти, лабораторне обладнання (приладдя), реактиви, матеріали. Вони необхідні для проведення спостережень і постановки дослідів, формування практичних умінь і навичок.
У процесі вивчення курсу біології можна використовувати різні прилади:
• механічні (прилад для демонстрування всмоктування води коренем, прилад для спостереження за розвитком кореневої системи в рослин, прилад для визначення газообміну в насіння, респіратор тощо);
• контрольно-вимірювальні (спірометр, сфігмоманометр, динамометр, фонендоскоп, психрометр, термометр медичний тощо);
• оптичні (лупа, мікроскоп).
Проте багато з цих приладів рідко використовуються в навчально-виховному процесі з біології. Тому наведемо опис усіх приладів, передбачених «Типовим переліком навчально-наочних посібники», технічних засобів навчання та обладнання загального призначення | біології для загальноосвітніх навчальних закладів».
Прилад для демонстрування всмоктування води коренем (ПВВК) застосовується під час вивчення теми «Відділ Покритонасінні. Вегетативні органи» (розділ «Царство Рослини», 6 клас). Цей механічний прилад складається з U-подібної скляної трубки, одне коліно якої широке, інше — вузьке. В широкому коліні розміщується коренева система досліджуваної рослини, яка закріплюється за допомогою корка. Щоб стебло рослини було зручно просувати в корку, в ньому просвердлюють канал. Вузьке коліно призначене для показу зміни рівня води в приладі в міру всмоктування її коренем рослини. Щоб позначити початковий рівень води, на це коліно надягають гумове кільце.
Прилад для спостереження за розвитком кореневої системи в росиш (ПРКС) застосовується для проведення дослідів із розділу «Царство Рослини» (6 клас), зокрема зі з'ясування впливу глибини висіву насіння на розвиток сходів.
Прилад складається з плоскостінної металевої посудини та підставки. Передній бік корпусу посудини засклений і для затінення закривається металевою засувкою, завдяки чому вдається запобігти відхиленню від скла коренів, що ростуть. У стінках корпусу зроблено маленькі отвори, крізь які в ґрунт може проникати повітря й стікати надлишкова вода після поливання. Внутрішня поздовжня скляна перегородка поділяє посудину навпіл.
Досліди й спостереження за допомогою цього приладу проводяться учнями в позаурочний час. Результати обговорюються на уроці. Для організації роботи з приладом доцільно використовувати спеціальні картки-інструкції, що можуть містити: опис конструкції приладу та загальну інструкцію щодо підготовки приладу до роботи; опис етапів проведення дослідів за допомогою даного приладу та оформлення результатів роботи.
Наведемо приклади таких карток-інструкцій.
Картка № 1. Підготовка приладу (ПРКС) до роботи зі спостереження за розвитком кореневої системи в рослин.
1. Висуньте металеву засувку й скляну стінку з переднього боку приладу.
2. У центр корпусу вставте скляну перегородку так, щоб вона зафіксувалась у верхньому й нижньому пазах.
3. Вставте скляну стінку.
4. Заповніть прилад ґрунтом. Його потрібно насипати шарами й злегка ущільнювати. Верхній шар ґрунту має бути нижчий від краю корпусу при ладу на 1-2 см.
5. Покладіть прилад на стіл переднім, заскленим боком угору.
6. Обережно висуньте скляну стінку.
7. На грунт викладіть насіння й грунт навколо нього злегка ущільніть.
8. Вставте скляну стінку й металеву засувку.
9. Поставте прилад у вертикальне положення.
10. Поставте прилад у тепле місце й періодично поливайте грунт водою кімнатної температури, не допускаючи пересихання.
Картка № 2. Дослід «Розвиток і будова стрижневої й мичкуватої кореневої систем».
Обладнання: ПРКС, склянка з водою, грунт, насіння дводольної рослини (горох, квасоля тощо), насіння однодольної рослини (пшениця, ячмінь тощо).
1. Ознайомтеся з конструкцією приладу й почніть підготовку до роботи (див. картку № 1, пп. 1-6).
2. Завглибшки приблизно 2 см від верхнього краю ґрунту в лівій половині приладу розмістіть насіння дводольної рослини, а в правій — однодольної.
3. Завершіть підготовку приладу до роботи (див. картку № 1,пп. 8-10).
4. Упродовж 20 днів регулярно спостерігайте за проростанням насіння й розвитком кореневих систем у рослин. Дані спостережень записуйте в зошиті. Завершивши спостереження, витягніть рослини з приладу, відмийте кореневі системи від ґрунту й зробіть гербарій.
5. Підготуйте повідомлення про постановку досліду та його результати.
Якщо є потрібне обладнання, а також картки-інструкції, то учні можуть самостійно й цілеспрямовано проводити відповідні досліди та спостереження.
Лупа — найпростіший оптичний збільшуваний прилад, який використовують для вивчення дрібних організмів або їхніх частин під чаї проведення самостійних і лабораторних робіт, на екскурсіях у природу тощо. Розрізняють лупи шкільні, екскурсійні та препарувальні. Лупи шкільна (збільшує в 7—10 разів) складається з двоопуклого збільшу вального скла (лінзи), вставленого в оправу з ручкою. Лупа екскурсій на подібна до лупи шкільної, але її оправа складається таким чином, що збільшувальне скло ховається в захисний футляр. Лупу препарувальну, що дає 10—20-разове збільшення, використовують для розгляду натуральних об'єктів.
Уперше учні знайомляться з лупою під час практичної роботи «Будова лупи й мікроскопа. Правила роботи зі збільшувальними приладами» в темі «Клітинна будова рослин» (розділ «Царство Рослини», 6 клас). Для її виконання можна використати таку інструктивну картку:
1. Розгляньте препарувальну лупу, ознайомтеся з її будовою.
2. Поставте лупу препарувальним столиком від себе завдальшки приблизно 3—5 см від краю столу. Рухати прилад під час роботи не слід.