Формирование общего приема познавательной деятельности у студентов-биологов (на примере выделения и идентификации микроорганизмов в чистой культуре)

ДИДАКТИКА: ОТВЕТ НА ВЫЗОВЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЩЕГО ПРИЕМА ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У СТУДЕНТОВ-БИОЛОГОВ

В статье излагается опыт формирования обобщенной деятельности по реализации одной из профессиональных компетенций биологов, направленной на выделение и идентификацию микроорганизмов.

Модернизация российского образования включает необходимость реализации компе-тентностного подхода, который направлен на подготовку конкурентоспособных, мобильных, инициативных специалистов. Будущий профессионал должен стремиться к самообразованию на протяжении всей жизни, к овладению новыми технологиями и пониманию возможности их использования, уметь принимать самостоятельные решения, разрешать проблемы и работать в команде, быть готовым к перегрузкам, стрессовым ситуациям и уметь быстро из них выходить [1].

Современным обществом востребованы активные специалисты, способные творчески включаться в профессиональную деятельность, быстро адаптироваться к социально-экономическим изменениям в обществе. Одним из возможных способов решения данных проблем в процессе обучения в вузе является целенаправленное формирование общих приемов профессиональной деятельности, которые позволят

И.А. Володарская

Ключевые слова:

профессиональная задача, общий прием деятельности, учебная карта, микробиология.

будущим специалистам самостоятельно находить более эффективный способ решения различных задач определенной профессиональной области.

Примерами общих приемов будущей деятельности могут служить практические навыки, вырабатываемые у студентов естественнонаучных направлений подготовки на практических и лабораторных занятиях. Особое место среди естественнонаучных направлений в образовании занимает подготовка биологов. У студентов биологических (биолого-почвенных) факультетов университетов в процессе обучения формируются профессиональные навыки по целому ряду биологических дисциплин. Среди них важное значение для ряда специализаций имеют навыки работы с микроорганизмами, их выделением из окружающей среды и идентификацией. Разработкой этих вопросов занимается наука микробиология. С одной стороны, наряду с ботаникой и зоологией, микробиология является одной из базовых среди биологических наук, поскольку эта наука изучает биоразнообразие организмов. В связи с этим все остальные биологические дисциплины представляют приложение к этим базовым дисциплинам. С другой стороны, большое разнообразие метаболических возможностей микроорганизмов (8 типов питания, способность проводить уникальные процессы, способность образовывать большое количество конечных продуктов жизнедеятельности, несвойственных растениям и животным) делает предметом микробиологии метаболизм микроорганизмов и особенности их физиологии, ставя эту дисциплину в так называемый биохимический цикл дисциплин, наряду с биохимией и молекулярной биологией. Микроорганизмы используются и другими науками не только как объекты при изучении их метаболизма или организации генома, но и как инструменты в генетике и генной инженерии в связи с их высокой скоростью роста и способностью расти на простых по составу, дешевых средах. Все это, по выражению крупнейшего отечественного микробиолога XX века - академика РАН Г.А. Заварзина (1933-2011), делает микробиологию центральной биологической дисциплиной [2].

Микробиология преподается студентам биологических факультетов университетов, педагогических и сельскохозяйственных вузов. Особое место в программе курса «Микробиология» отводится так называемому Малому практикуму по микробиологии, который обязателен для всех специальностей студентов-биологов любых высших учебных заведений России. Особенность практикума по микробиологии заключается в том, что, в отличие от практикумов по ботанике или зоологии, которые сопровождают теоретический лекционный материал, он представляет самостоятельный раздел программы курса, целью которого как раз и является формирова-

ние компетенций по работе с микроорганизмами. Одна из компетенций заключается в способности решать задачи по выделению и идентификации микроорганизмов в чистой культуре. Реализация данной компетенции предполагает владение знаниями о разнообразии физиологических групп микроорганизмов, различиях в питательных потребностях этих групп, условиях, обеспечивающих их рост, умениями учитывать данные требования при работе с соответствующими культурами и навыками практической работы с культурами микроорганизмов. Сформированная компетенция имеет приложения и к решению частных задач таких, как проверка чистоты лабораторной культуры микроорганизма, выделение нужной культуры из загрязненной в лабораторных условиях или природного образца, санитарный микробиологический анализ и т.д.

Для формирования умения выделять и идентифицировать микроорганизмы в чистой культуре для студентов биологического факультета и факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова предусмотрены занятия в рамках Малого практикума в виде самостоятельного раздела, где студенты учатся получать накопительную и чистую культуры микроорганизмов и определять (идентифицировать) микроорганизмы в чистой культуре. При этом каждый студент решает индивидуальную задачу по работе с определенной заданной физиологической группой микроорганизмов. В процессе выполнения практической работы студент выделяет чистую культуру микроорганизмов из природного источника (чаще всего из почвы) и изучает свойства выделенного микроорганизма, необходимые для его идентификации до уровня рода.

Традиционно, для подготовки к микробиологическому практикуму, студенты используют один из двух практикумов «Практикум по микробиологии» [3] или «Руководство к практическим занятиям по микробиологии» [4], подготовленные коллективом кафедры микробиологии МГУ, а также пособие «Методические указания к практическим занятиям по микробиологии для студентов биологического факультета МГУ» [5], представляющей собой программу практикума с ходом работы и необходимыми методиками к каждому занятию. До занятия студент должен ознакомиться по учебному пособию с материалом предстоящего занятия. Непосредственно на занятии до выполнения экспериментальной работы преподаватель проводит опрос студентов или дает необходимый теоретический материал, после чего следует объяснение сути и хода работы на конкретном занятии, и студенты приступают к выполнению практикума.

Как показала практика, материал учебных пособий не всегда выступает

средством усвоения приемов, отрабатываемых студентами на практикуме. Студенты овладевают умением решать конкретную частную задачу. Однако полное и обобщенное знание приема по выделению и идентификации различных групп микроорганизмов из различных источников не становится предметом специального усвоения. Даже увеличение количества заданий, как правило, не приводит к осознанию студентами общего специфического приема, адекватного целям выполнения этих заданий. Также не всегда студенты могут объяснить постановку опытов, отличных от выполненных ими, несмотря на общность их алгоритма. Все это сказывается и на небольшом проценте студентов успешно сдающих с первого раза зачет, когда предлагаются задачи, отличные от тех, которые отрабатывались на практикуме.

Организация процесса усвоения содержания деятельности по решению профессиональных задач предполагает использование определенных дидактических средств. Одним из таких средств являются учебные карты, в которых в определенно структурированной форме представлены конкретно-предметные знания и умения, необходимые для выполнения данной деятельности.

В процессе обучения учебные карты выполняют ряд функций: фиксируют нормативную деятельность по выполнению конкретного задания; описывают знания, деятельность и способы ее выполнения понятийными средствами; являются для учащегося руководством и планом при выполнении задания; служат средством контроля, оценки и коррекции выполняемой деятельности [6].

В настоящей работе представлен фрагмент учебной карты для формирования общего приема познавательной деятельности у студентов-биологов по выделению и идентификации микроорганизмов в чистой культуре (табл.1). В разработанной учебной карте структурировано и в обобщенной форме приведено предметное содержание для решения данной задачи, а именно необходимые знания и алгоритм деятельности, в которых учтены все возможные ситуации. Данная учебная карта была использована при проведении практикума по теме «Выделение и идентификация микроорганизмов» на биологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова в экспериментальной группе студентов, состоящей из 8 человек. Было объяснено, как пользоваться данной картой, как она может помочь при выполнении заданий Малого практикума. На весь период изучения данной темы подготовка студентов к занятиям осуществлялась по учебной карте.

При первичном знакомстве с картой студентам была подчеркнута общность приема по выделению и идентификации микроорганизмов в чистой культуре. На первом занятии разбиралась задача «Выделение культуры микроорганизмов определенной физиологической группы из природного

образца»: были объяснены основные определения, вынесенные в карту, необходимые для выполнения работы, и «способ решения задачи». Студентам было дано задание ознакомиться с картой более подробно к следующему занятию, отметить, что в ней непонятно и требует детального пояснения.

На следующем занятии выяснялись возникшие у студентов вопросы по карте при ее разборе дома. Вопросов возникло немного, они были несущественными. Далее, на этом и последующих трех занятиях работа проходила по общему принципу: сначала пояснялся материал, вынесенный в карту (та его часть, которая нужна на конкретном занятии), обсуждался, каждый раз подчеркивалась общность действий, а затем конкретные сведения для частных случаев и ход работы на конкретном занятии (без карты).

Помимо работы с группой студентов, где была апробирована разработанная учебная карта, проводились занятия с контрольной группой студентов (также 8 человек), которые организовывались в соответствии с требованиями, изложенными в традиционных учебных пособиях. Усвоение учебного материала обеспечивалось повторением студентам этапов проведения данного эксперимента для решения поставленной задачи. Было замечено, что большое количество выполняемых студентами экспериментальных приемов уводит их от сути проводимых ими исследований, у некоторых терялось понимание цели работы. Выполнение конкретных экспериментов показывало, что деятельность студентов была направлена на выполнение конкретных действий и получение результатов для каждого эксперимента, в ряде случаев возникали трудности в согласовании результатов разных экспериментов друг с другом. Это и подтверждают сданные студентами отчеты.

Несмотря на это, в целом, практикум данной группой студентов был пройден успешно, однако, возникли трудности на зачете, где студенты показывали частичное незнание сути проделанной ими работы и не всегда могли решить теоретически задачу, аналогичную проделанной ими в течение семестра для любой другой группы микроорганизмов.

При работе с экспериментальной группой по завершении изучения темы «Выделение микроорганизмов» была проведена промежуточная контрольная работа: студентам предлагалось объяснить друг другу, как бы они выделили в чистую культуру микроорганизмы, с которыми работал их партнер (контрольная работа проводилась в парах). Все студенты успешно справились с поставленной задачей за весьма непродолжительное время. Далее студентам было предложено объединиться в минигруппы (по 2-3 человека) и обсудить решение задач по выделению физиологических групп микроорганизмов, с которыми они на практикуме не работали. Такое задание было

дано намеренно, чтобы, с одной стороны, продемонстрировать студентам еще раз общность освоенного ими алгоритма, поскольку эти бактерии не выделяются из почвы и растительных остатков, с которыми они работали, а с другой стороны, убедиться в правильности подхода к использованию ими разработанной учебной карты. Для каждой минигруппы было свое задание, и после его выполнения группы обменивались полученными решениями. Многие студенты решали данную теоретическую задачу без использования карты, что может свидетельствовать об овладении данным обобщенным приемом профессиональной деятельности.

Аналогичная работа была проведена и по завершении изучения темы «Идентификация микроорганизмов».

На зачете студенты экспериментальной группы показали владение понятиями и определениями практикума по разделу «Выделение и идентификация микроорганизмов» и не допускали ошибок, совершаемых обычно.

Итак, разработка и внедрение в практику преподавания микробиологического практикума разработанной учебной карты показали, что студенты лучше усваивают предъявляемый материал в силу его систематизированного изложения с помощью учебной карты. По сравнению с контрольной группой студентов, не работавших с учебной картой, у студентов экспериментальной группы возникало меньше трудностей при обобщении материала практикума по всем группам микроорганизмов, которые они идентифицировали и выделяли. Кроме того, студенты довольно легко отвечали на вопросы о том как можно было бы выделить в чистую культуру любые другие группы микроорганизмов, с которыми работа на практикуме не проводилась.

Как было уже указано, формируемый у студентов-биологов общий прием может позволить студентам не микробиологам решать ряд «своих», частных задач. Для будущих специалистов-микробиологов разработанная учебная карта может представлять ценность ввиду того, что в ней заложен обобщенный подход, предполагающий выполнение указанных операций для разных объектов микробиологии, не только бактерий, на работе с которыми построен в настоящее время микробиологический практикум, но также микроскопическими водорослями и грибами. Кроме того, указанные в учебной карте способы выделения чистых культур бактерий в полужидких агаризованных средах предполагают возможность перенесения студентами сформированного приема и на работу с анаэробными культурами, несмотря на скупую представленность этих групп бактерий на микробиологическом практикуме.

Выделить чистую культуру микроорга низ-мо в определенной физиологической группы из

природного образца_

Для выделения чистой культуры микроорганизмов из природного образца необходимо:

1) получить накопительную культуру;

2) выделить чистую культуру;

3) проверить чистоту выделенной культуры.

Для получения накопительной культуры необходимо:

1) определить элективные условия выделяемой культуры;

2) создать элективные условия, приготовив жидкую (полужидкую) питательную среду с необходимыми источниками углерода (если нужно), азота (если нужно), солей, микроэлементов и витаминов (если нужно) и подвести рН среды (если нужно) в соответствии с элективными условиями выделяемой культуры;

3) засеять приготовленную среду природным образцом и провести культивирование с учетом отношения к кислороду и температуре;

4) проверить, выделена ли заданная накопительная культура:

• определить признаки развития выделяемых микроорганизмов,

• выявить с помощью микр оскопир ования присутствие желаемых микроорганизмов,

• опр ед елить св ойств енные выд еляемым микроорганизмам продукты метаболизма (если необходимо).

5) получить колонии из полученной накопительной культуры:

провести высев накопительной культуры на (для аэробов) или в (для анаэробов) агаризованную среду, соответствующую питательным потребностям выделяемой культуры.

Накопительная культура - культура, в которой преобладают представители одной физиологической группы микроорганизмов.

Физиологическая группа микроорганизмов - группа систематически разнородных микроорганизмов, имеющих одинаковый способ получения энергии и осуществляющих сходные реакции превращения веществ в природе.

Элективные условия - условия, обеспечивающие преимущественное развитие выделяемых микроорганизмов. Элективные условия создают, учитывая требования микроорганизмов к источникам питания, их отношение к рН среды, температуре, кислороду, освещенности, устойчивость к антибиотикам, максимально приближая к условиям их естественного обитания.

Микроорганизмы, использующие энергию света, называются фототрофами, химических реакций - хемотрофами.

По отношению к кислороду микроорганизмы делятся на эробных и анаэробных. Аэробные микроорганизмы - те, которые растут в присутствии кислорода, а анаэробные - в его отсутствии.

Признаками развития выделяемых микроорганизмов в накопительной культуре являются:

• помутнение среды;

• образование пленки;

• образование осадка;

• выделение газа.

Колония - изолированное скопление клеток одного вида, выросшее из одной клетки (в большинстве случаев)_

Получение накопительной культуры любых аэробных микроорганизмов

достигается обеспечением контакта поверхности питательной среды с воздухом путем культивирования в чашках Петри или в сосудах (пробирках, колбах), закрытых ватными пробками.

Получение накопительной культуры любых анаэробных микроорганизмов

достигается устранением контакта среды с воздухом путем выращивания в высоком слое жидкой среды или в толще агаризованной среды. В ряде случаев культивирование проводят в специальных приборах - аназростатах.

Температура, при которой проводят культивирование выделяемых микроорганизмов, зависит от температурных условий, из которых был отобран природный образец.

Фототрофные микроорганизмы культивируют в условиях интенсивной освещенности в зависимости от длины волны света, которую они используют. Культивирование хемотрофов возможно при отсутствии света.

Методы чески еуказания:

Р.*: стр. 56-64,74-75. П.**: стр. 36-44,94-95.

* Руководство к практическим занятиям по микробиологии (под ред. Н.С. Егорова). М.: изд-во МГУ, 1995. ** Практикум по микробиологии (под ред. А. И. Нетрусов а). М.: Академия, 2005.

©

а

в -

И I

S

S ^

г :

£я -в ™ 2.

о\ Я о

В'

7, »

О -

X

S

п

S

S -

п

S а Я

к =

S £

-

S

я Z"

43 >

» L

X >

в X

в

S » w з

2 S

о St

5 Я

¥ о

4*. ю

аз

Ov

ь s С

аз

5<

ГО

о ь о

1=

&>

о

о

ж &>

я

Литература

1. Орлова Л.В. Компетентностный подход в образовательном процессе вуза // Известия СНЦ РАН. Т. 13 - 2011. - № 2. - С. 41-44.

2. Заварзин Г.А. Микробиология как центральная биологическая дисциплина. М.: Макс Пресс, 2011.

3. Практикум по микробиологии /Под ред. А.И. Нетрусова. М.: изд-во «Академия», 2005. - 608 с.

4. Руководство к практическим занятиям по микробиологии /Под ред. Н.С. Егорова. М.: изд-во МГУ, 1995. - 224 с.

5. Методические указания к практическим занятиям по микробиологии для студентов Биологического факультета МГУ / Сост.Л.М. Захарчук, Н.Н. Колотилова, С.И. Мыльникова . М.: Макс Пресс, 2009. - 13 с.

6. Решетова З.А. Формирование системного мышления в обучении. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 344 с.