Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Биология в школе – как приблизить школьников к реальной науке и биотеху

«У нас в школе несколько лет назад закупили отличное оборудование, но только теперь появился повод его использовать – раньше биологией занимались только по учебнику». Эта реплика учительницы биологии, принимавшей участие в программе Bio.Camp, даёт представление о том, как трудно учителю найти возможности для практической работы со школьниками.

Участницы программы Bio.Camр.
Участники программы Bio.Camр.
Участница направления «Агробиотехнологии» на Подмосковной проектной школе, осень 2020 года
Участник направления «Агробиотехнологии» на Подмосковной проектной школе, осень 2020 года.
Участники направления «Агробиотехнологии» на Подмосковной проектной школе, осень 2020 года.

На совместной двухмесячной программе Bio.Camp проекта «Практики будущего» Кружкового движения НТИ и Группы «ЧТПЗ» школьники знакомились с современными направлениями биологии. В программе участвовало 25 команд из подростков и учителей биологии со всей России – от Санкт-Петербурга до Иркутской области. Команды выбрали одно из четырех направлений, получили набор оборудования и расходных материалов, подробные инструкции для работы, а также постоянный контакт с руководителем программы – ученым-биологом.

На четырех направлениях программы перед участниками стояли очень разные задачи: одним пришлось разбираться с электроникой и собирать полиграф – чтобы работать с человеческой физиологией, другие разбирались с биоинформатикой синтеза капсаицина– для чего им пришлось, кроме всего прочего, выделять в лабораторных условиях капсаицин– вещество, «отвечающее» за жгучесть перца. Третье направление познакомилось с агробиотехнологиями и оптимизацией условий выращивания микрозелени, а участники последнего направления занимались микробиологией – изучали «гонку вооружений» между патогенными бактериями и человеческой технологией. 

На примере Bio.Camp видно, как изменились задачи учителя в XXI веке. Он не обязан работать на переднем крае науки, он не должен становиться для своих учеников единственным носителем знания. Участники программы проходили онлайн-курсы, еженедельно созванивались с учёными – их авторами, слушали лекции, вели дневники рефлексии. Тем не менее, роль учителя остаётся решающей – он помогает школьнику выбрать программу, организует командную работу, консультирует по своему предмету, обеспечивает рабочую среду.

В 2020 году ЕГЭ по биологии сдали 124 599 одиннадцатиклассников. Значительная их часть захочет стать биологом и пойдет на биологические факультеты, чтобы заниматься наукой. Для большинства открытием станет то, как выглядит современная исследовательская деятельность – у школьника практически нет возможности познакомиться с ней раньше. Какими могли бы быть идеальные школьные исследовательские проекты, чтобы помочь школьнику принять более взвешенное решение о том, какое высшее образование ему стоит получать?

● Современными – отвечать на актуальные вопросы, которые ставят перед собой учёные.

● Давать новое знание, не являться подтверждением или иллюстрацией уже известного.

● Эффектными и увлекательными.

● Соотноситься с школьной программой, быть посильными для школьников.

● Давать опыт настоящего исследования. 

К сожалению, сочетать все пункты в одном исследовании не удастся: например, проекты, дающие новое знание – скажем, о качестве воды в местной реке – не очень современны и не очень актуальны. А воспроизведение современного исследования очень полезно – но нового знания не даёт. Есть задачи, дающие опыт настоящего исследования,но они зачастую выходят далеко за пределы школьной программы и не дают нового знания.

Самые распространённые форматы, знакомящие школьников с наукой:

● популяризаторские мероприятия: конференции, фестивали, игры,

● школьные проекты – обычно они выполняются в течение года под руководством учителя-предметника,

● хакатоны– соревнования (чаще всего, рассчитанные на два дня), на которых команды предлагают продукт для решения какой-то проблемы.

● проектные школы – короткие (до трёх недель) интенсивные форматы, на которых команда старшеклассников взаимодействует с представителями научного сообщества или индустрии и с их помощью анализирует предметную область и разрабатывает технологические проекты,

● онлайн-челленджи– короткие форматы (продолжительностью до двух месяцев), на которых команды – часто распределённые, никогда не видевшие друг друга – работают над исследованием или инженерным решением. 

Примером такого научного хакатона может служить Baikal.Hack от «Практик будущего» Кружкового движения НТИ. Его задача формулировалась так: «Проанализировать гены бычков биоинформатическими методами и сформулировать гипотезы об эволюционной истории генов и видов». Результаты команды представляли в виде статей.

Задание отвечало критерию новизны знания – для анализа были выбраны неаннотированные последовательности транскриптомов (расшифровка молекулы РНК, в которой известна только последовательность генов, но неизвестна их функция) трех видов глубоководных и трех видов обычных байкальских бычков, собранные в 2020 году. Поскольку хакатон был рассчитан на школьников, в его расписании были предусмотрены мастер-классы по биоинформатическим методам, – таким образом, он соответствовал и критерию современности. 

Примером очной проектной школы может служить направление «Агробиотехнологии» на Подмосковной проектной школе, прошедшей в ноябре 2020 года совместно с «Практиками будущего». На этом направлении команды работали над разными частями установки для сити-фарминга– от системы вентиляции до системы освещения.

Сергей Джурак, Ведущий агроном ФГБУ «Российский сельскохозяйственный центр», преподаватель Подмосковной проектной школы:


«Мы изначально поставили участников в непростые условия. Рассказали азы, что нужно для того, чтобы растения не умерли. А дальше участники сами решали, как им добиться соблюдения тех или иных условий, они интерпретировали все по-своему. Печатали детали на 3D-принтерах, пользовались покупными простыми вещами, мастерили гидропонные установки, кабельный полив и всё, что связано с прогрессивным методом выращивания. Получились крутые проекты, которые они потом смогут использовать и дорабатывать дома или на других школах». 

Онлайн-челленджи за счёт большей свободы при формировании команд – ведь программист здесь может быть из Омска, а биолог – из Владивостока – могут претендовать на ещё большую междисциплинарность. Примером такого челленджа служит MultiTechBattle, проведенный в 2020 году командой проекта «Практики будущего» и МФТИ. Задачей челленджа было создание оптимальной установки для выращивания водорослей, способных поглощать парниковые газы. Участникам пришлось углубиться в изучение молекулярно-генетических методов, биотехнологий, робототехники и технического зрения. Челлендж строился по системе воронки: участники – среди них были и школьники, и студенты – сначала проходили образовательный марафон, потом – в полуфинале – решали отборочные задачи, а в финале должны были получить доступ в лабораторию и там самостоятельно конструировать установку. 2020 год внёс коррективы, участникам пришлось работать с «аватарами»– лаборантами, точно выполняющими их указания на расстоянии (сам термин был предложен весной 2020 года во время проведения профиля «Наносистемы и наноинженерия» Олимпиады Кружкового движения Национальной технологической инициативы). 

Елена Петерсен, к.м.н, руководитель группы автоматизации биологических процессов лаборатории систем управления МФТИ: 

«К сожалению, для участников экспериментальная часть носила дистанционный формат. Но мы смогли максимально оптимизировать работу подключением наших наставников, которые собирали установки в лаборатории по чертежам и схемам команд, подключением интернета вещей, с помощью которого команды управляли датчиками, а также стриминга камер установок и веб-камер лаборатории, которые транслировали ход всего эксперимента».

Сегодня именно в коротких интенсивных форматах, в том числе онлайновых, можно собрать учёных, встреча с которыми оказывается для школьника важной частью его самоопределения как биолога.

Автор: Дарья Купаева.







Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее