Научные методы: эксперимент
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся объяснят, чем эксперимент отличается от наблюдения, назовут основные этапы научного исследования и по описанию опыта определят экспериментальную и контрольную группы.
- Сформировать представление об эксперименте как исследовании, проводимом в специально созданных и контролируемых условиях.
- Научить различать экспериментальную и контрольную группы, а также выявлять изменяемый и постоянные факторы опыта.
- Развивать умение анализировать описание биологического эксперимента, формулировать гипотезу и делать вывод по результатам наблюдений.
- Воспитывать интерес к исследовательской деятельности, аккуратность при работе с данными и понимание необходимости повторных опытов.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к изучению живой природы через постановку опытов и наблюдение за растениями.
- Понимают ценность доказательного знания и необходимость проверять предположения результатами эксперимента.
- Осознают ответственность исследователя за точность наблюдений и достоверность выводов.
- Проявляют готовность сотрудничать с одноклассниками при обсуждении плана опыта.
Метапредметные
- Выделяют проблему, формулируют гипотезу и устанавливают последовательность этапов научного исследования.
- Сравнивают условия экспериментальной и контрольной групп, находят изменяемый фактор.
- Извлекают информацию из текста учебника, схемы и описания опыта.
- Формулируют вывод на основе сопоставления результатов и оценивают необходимость повторного эксперимента.
Предметные
- Знать определение эксперимента как исследования в специально созданных и контролируемых условиях.
- Уметь объяснять отличие эксперимента от наблюдения.
- Уметь различать экспериментальную и контрольную группы.
- Знать этапы научного исследования: наблюдение, обобщение результатов, постановка проблемы, выдвижение гипотезы, разработка и проведение эксперимента, анализ результатов, вывод.
- Уметь по описанию опыта выявлять гипотезу, условия эксперимента и формулировать обоснованный вывод.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают значение честной фиксации результатов исследования.
- Связывают изучение эксперимента с реальными наблюдениями за растениями дома и в школе.
- Проявляют учебную мотивацию через решение проблемного вопроса.
- Оценивают собственный вклад в парную и групповую работу.
Регулятивные УУД
- Принимают и сохраняют учебную цель, сформулированную на основе проблемной ситуации.
- Планируют последовательность действий при анализе описания эксперимента.
- Осуществляют самопроверку по эталону и исправляют неточности.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и приёма «Светофор».
Познавательные УУД
- Извлекают ключевые сведения из текста учебника и схемы этапов исследования.
- Классифицируют условия опыта на изменяемые и постоянные.
- Устанавливают причинно-следственную связь между освещённостью и ростом растения.
- Моделируют план эксперимента и формулируют вывод на основе сравнения данных.
Коммуникативные УУД
- Формулируют ответ на вопрос и обосновывают его ссылкой на содержание учебника.
- Распределяют роли в паре при анализе описания опыта.
- Задают уточняющие вопросы и корректно дополняют ответы одноклассников.
- Согласовывают общую формулировку гипотезы и вывода в группе.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить учебник с текстом о биологическом эксперименте, этапах научного исследования и опыте по изучению влияния освещения на колеус.
- Вывести на экран или записать на доске тему урока, проблемный вопрос и схему этапов исследования.
- Распечатать карточки с описанием опыта про три укоренённых черенка колеуса — по одной на пару.
- Распечатать лист самооценки с пунктами «Я могу объяснить…», «Я умею определить…», «Мне пока трудно…» — по одному на каждого ученика.
- Подготовить карточки зелёного, жёлтого и красного цветов для приёма «Светофор» — по одному комплекту на парту.
- Подготовить слайд или плакат с изображениями колеуса при ярком освещении, в полутени и в полной тени.
- Подготовить таблицу для заполнения: «Группа — условия — что изменяется — что наблюдаем».
- Обеспечить оборудование для показа: проектор или интерактивную доску; реальный опыт проводить не обязательно, так как на уроке анализируется описание учебного эксперимента.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую ситуацию и вызвать познавательный интерес к теме эксперимента.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, что на парте есть тетрадь, ручка и учебник. Сегодня мы будем не просто читать о растениях, а попробуем рассуждать как настоящие исследователи: задавать вопрос, выдвигать предположение и проверять его." | Проверяют готовность к уроку, открывают тетради и учебник. |
2 мин | Учитель показывает три изображения колеуса: при ярком освещении, в полутени и в полной тени. "Посмотрите на растения. Они относятся к одному виду, но выглядят по-разному. Как узнать, действительно ли освещение повлияло на рост и развитие растения? Достаточно ли просто посмотреть на него?" | Рассматривают изображения, предполагают: "Нужно сравнить растения", "Нужно провести опыт", "Нужно оставить одинаковые условия, кроме освещения". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели различия, но пока не доказали их причину. Сегодня узнаем, как биологи проверяют такие предположения с помощью эксперимента."
Этап 2. Актуализация знаний по учебнику (5 мин)
Цель этапа: вспомнить значение биологических исследований, наблюдения и научного предположения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель обращается к тексту учебника: "Найдите в начале параграфа вопросы для повторения. Вспомните, с какой целью проводят научные эксперименты и от чего зависит выбор метода исследования. Обсудите ответ с соседом в течение одной минуты." | Читают вопросы учебника, обсуждают в парах, формулируют: "Эксперимент проводят, чтобы проверить предположение и узнать влияние условий на объект". |
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Чем наблюдение отличается от эксперимента? При наблюдении мы следим за объектом, не изменяя условий. А что делает исследователь при эксперименте?" Учитель фиксирует на доске слова «наблюдение», «специально созданные условия», «контроль». | Сначала формулируют ответ индивидуально, затем обсуждают его в парах и сообщают классу: "При эксперименте создают специальные условия и проверяют влияние определённого фактора". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили наблюдение и поняли, что эксперимент предполагает активное изменение условий. Теперь выясним, как правильно организовать такой опыт."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать проблему урока, гипотезу и план изучения нового понятия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске вопрос: «Какое влияние оказывает интенсивность освещения на рост и развитие растения колеус?» и говорит: "Прочитайте вопрос. Можно ли ответить на него только по одному растению, стоящему на подоконнике? Почему?" | Отвечают: "Нет, нужно несколько растений и разные условия"; называют необходимость сравнения. |
2 мин | Учитель продолжает: "Предположим, что нормальный рост и развитие колеуса происходят только при определённой освещённости. Это наша гипотеза. Как её проверить? Составьте вместе план: что взять, какие условия оставить одинаковыми, что изменить и что наблюдать." | В парах составляют план: взять одинаковые черенки, посадить их в одинаковую почву и горшки, менять только освещённость, наблюдать рост, длину и окраску листьев. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема и гипотеза у нас есть. Теперь по тексту учебника разберём, из каких этапов состоит научное исследование и как в нём появляется эксперимент."
Этап 4. Открытие нового знания: научный эксперимент (8 мин)
Цель этапа: сформировать представление об эксперименте, контрольной группе и этапах научного исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает чтение с остановками: "Прочитайте в учебнике определение эксперимента. Остановитесь после первого абзаца и найдите слова, которые объясняют, чем эксперимент отличается от наблюдения." После чтения учитель уточняет: "Эксперимент — это исследование, проводимое в специально созданных и контролируемых условиях. Что именно контролирует учёный?" | Читают фрагмент, подчёркивают определение, отвечают: "Учёный контролирует условия и изменяет один фактор, чтобы увидеть его влияние". |
3 мин | Учитель показывает схему этапов исследования: «Наблюдение → обобщение результатов → постановка проблемы → выдвижение гипотезы → разработка и проведение эксперимента → анализ и сравнение результатов → вывод». "Расположите этапы в правильной последовательности. Почему эксперимент не начинается сразу с опыта?" | Восстанавливают последовательность, объясняют: "Сначала нужно заметить явление, поставить вопрос и выдвинуть гипотезу". |
2 мин | Учитель демонстрирует фрагмент текста об опыте с тремя черенками колеуса: "Три укоренённых черенка посадили в одинаковые горшки с одинаковой почвой. Один поставили на яркий свет, второй — в полутень, третий — вдали от окна. Воду всем растениям давали одинаково. Какую группу можно назвать контрольной, если изучается влияние освещения?" | Выделяют одинаковые условия: горшки, почва, температура, влажность и полив. Обсуждают, что контрольной называют группу, с которой сравнивают результаты; формулируют ответ с опорой на условие опыта. |
Запись в тетрадях
- Эксперимент — исследование, проводимое в специально созданных и контролируемых условиях.
- Контрольный опыт — опыт, условия которого отличаются от экспериментального только одним фактором.
- Гипотеза — предположение, которое проверяют в исследовании.
- Этапы исследования: наблюдение; обобщение результатов; постановка проблемы; гипотеза; разработка и проведение эксперимента; анализ результатов; вывод.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы знаем определение эксперимента и последовательность научного исследования. Проверим новое знание на конкретном опыте с колеусом."
Этап 5. Первичное закрепление: анализ опыта (7 мин)
Цель этапа: научить выделять гипотезу, изменяемый фактор, постоянные условия и наблюдаемые результаты.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку: "Прочитайте описание опыта с тремя черенками колеуса. Заполните таблицу: объект исследования, изменяемый фактор, постоянные условия, наблюдаемые признаки. Работайте по тексту учебника, не добавляя условий, которых в нём нет." | Читают описание, заполняют таблицу: объект — колеус; изменяемый фактор — интенсивность освещения; постоянные условия — почва, размер горшков, температура, влажность, количество воды; признаки — высота, размер и окраска листьев. |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Почему нельзя одновременно изменить освещение, количество воды и температуру? Что тогда будет трудно определить?" Учитель принимает ответы и уточняет понятие контрольного опыта. | Обсуждают в парах, отвечают: "Нельзя будет понять, какой фактор вызвал результат"; формулируют правило: изменяют один фактор, остальные условия сохраняют одинаковыми. |
2 мин | Учитель проводит мини-соревнование «Научный детектив»: "За одну минуту найдите в описании опыта предложение, которое является гипотезой, и предложение, в котором записан будущий вывод." | Подчёркивают в карточке гипотезу и ожидаемый вывод, зачитывают: "Освещение влияет на рост и развитие колеуса"; "При ярком освещении растение растёт лучше, а при недостатке света его развитие нарушается". |
Эталон решения
1) Проблема: какое влияние оказывает интенсивность освещения на рост и развитие колеуса? 2) Гипотеза: нормальный рост и развитие колеуса происходят только при определённой освещённости. 3) Изменяемый фактор: интенсивность освещения. 4) Постоянные условия: одинаковые черенки, горшки, почва, температура, влажность и полив. 5) Наблюдаемые признаки: высота растений, размер и окраска листьев. 6) Вывод: если результаты различаются при сохранении остальных условий, освещение влияет на рост и развитие колеуса.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились разбирать опыт по частям и увидели, что хороший эксперимент меняет только один фактор. Теперь каждый самостоятельно проверит, может ли он применить этот алгоритм."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное умение распознавать этапы и условия биологического эксперимента.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт индивидуальные карточки: "Выполните три задания. 1) Допишите определение: эксперимент — это … . 2) В описании опыта с колеусом подчеркните изменяемый фактор и обведите два постоянных условия. 3) Составьте вывод по результатам: растение на ярком свету хорошо росло и имело крупные зелёные листья; растение вдали от окна росло хуже, его листья были мелкими и бледными." | Индивидуально записывают определение, выделяют освещение, почву и полив, формулируют вывод о влиянии освещения на рост и окраску листьев. |
3 мин | Учитель выводит эталон на доску: "Сверьте каждое задание. За правильное определение поставьте один балл, за верно выделенный фактор и условия — один балл, за логичный вывод с опорой на результаты — один балл. Исправления выполняйте другой ручкой." | Сверяют ответы, подсчитывают баллы, исправляют ошибки. Показывают карточку «Светофор»: зелёная — всё понятно, жёлтая — нужна тренировка, красная — нужна помощь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что алгоритм уже можно применять. Осталось связать эксперимент с полным ходом научного исследования и проверить, почему учёные повторяют опыты."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осознать новое знание, выявить затруднения и зафиксировать способы дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает лист самооценки: "Отметьте, можете ли вы сейчас объяснить, чем эксперимент отличается от наблюдения; назвать экспериментальную и контрольную группы; перечислить этапы исследования; сформулировать вывод по результатам опыта. Один пункт, который пока труден, запишите отдельно." | Заполняют лист самооценки, отмечают освоенные умения и записывают затруднение. |
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Как проверить влияние освещения на колеус? Назовите план исследования по порядку. Почему результаты одного опыта ещё не всегда достаточно надёжны?" | Формулируют общий ответ: "Нужно взять несколько одинаковых растений, изменить только освещение, остальные условия сохранить, наблюдать и сравнить результаты"; отвечают: "Опыт желательно повторить, чтобы повысить достоверность". |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите один из трёх уровней. Перед выходом ответьте письменно на два вопроса: что такое гипотеза и почему в эксперименте сохраняют одинаковыми все условия, кроме одного?" | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы и сдают лист самооценки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли путь исследователя: от наблюдения и проблемы — к гипотезе, эксперименту, сравнению результатов и выводу. На следующем уроке мы продолжим учиться анализировать наблюдения и использовать их для объяснения явлений живой природы."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все три задания: дано определение эксперимента, правильно выделены изменяемый фактор и постоянные условия, сформулирован полный вывод с опорой на результаты опыта.
- «4» — выполнены правильно два задания из трёх или допущена одна неточность в определении фактора при логичном выводе.
- «3» — правильно выполнено не менее одного задания, но есть существенные затруднения в различении изменяемого фактора и постоянных условий; вывод неполный.
- Ниже базового уровня — ученик не различает наблюдение и эксперимент и нуждается в повторном разборе алгоритма по схеме этапов исследования.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали об эксперименте? | Выявление осознания основного определения и назначения эксперимента. |
Чем эксперимент отличается от наблюдения? | Проверка понимания различия между пассивным наблюдением и исследованием в созданных условиях. |
Какой фактор изменяли в опыте с колеусом, а какие условия сохраняли одинаковыми? | Выявление понимания принципа контрольного опыта. |
Какое действие при анализе опыта оказалось самым трудным? | Определение индивидуальных точек затруднения для последующей коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что эксперимент — это не просто наблюдение, а проверка предположения в специально созданных и контролируемых условиях. Мы научились выделять изменяемый фактор, постоянные условия и формулировать вывод по результатам опыта. Помните: если одновременно менять несколько условий, невозможно установить причину результата. На следующем уроке мы продолжим анализировать способы изучения живой природы и будем внимательнее работать с данными наблюдений."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить письменный план из семи этапов научного исследования и дать определения понятиям «эксперимент», «гипотеза», «контрольный опыт». | Закрепляет основные термины и последовательность исследования; при проверке обратить внимание на точность формулировок. |
Средний (повышающий) | Описать по аналогии с опытом о колеусе небольшой эксперимент по изучению влияния одного фактора на растение: указать проблему, гипотезу, изменяемый фактор, три постоянных условия и ожидаемый вывод. | Формирует умение проектировать исследование; проверить, изменён ли только один фактор и согласуется ли вывод с гипотезой. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить таблицу для повторного опыта с двумя или тремя одинаковыми растениями: указать условия, ежедневные наблюдения, измеряемые признаки и способ сравнения результатов. | Развивает исследовательские и математические навыки работы с данными; проверить наличие повторности, измеряемых признаков и обоснованного способа сравнения. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют экспериментом? Какой фактор изменяли в опыте с колеусом? Зачем нужны одинаковые условия для сравниваемых растений? Почему эксперимент желательно повторять?»
