Введение (стр. 13 )

Актуальность введения данного элективного курса обусловлена следующими наблюдениями. Во-первых, старшеклассники профильных классов способны усвоить сложный материал по биологии растений на новом уровне, также есть необходимость повторить курс ботаники, обобщить знания, полученные за весь период обучения и при самостоятельной подготовке. Возвращение к курсу ботаники дает возможность удовлетворить запрос старшеклассников в углубленном изучении отдельных тем ботаники, успешной аттестации учащихся в форме ЕГЭ, для поступления в вузы биологического направления.

Во-вторых, среди многих методов, применяемых в научном биологическом исследовании, наиболее заметными являются наблюдение и эксперименты. Наблюдение – это целенаправленное, непосредственное, чувственное восприятие предметов и явлений природы в естественных условиях, без вмешательства в ход явлений или воспроизведение его в лабораторных условиях. В процессе наблюдения учащиеся наблюдают, проводят работу, измеряют, вычисляют, записывают, зарисовывают.

Одним из основных методов изучения биологии является биологический эксперимент [15], который предполагает проведение разнообразных исследовательских видов деятельности. На современном этапе развития образовательной области «Биология» значение биологического эксперимента возрастает, так как возрастает практическая направленность в обучении предмета.

Эксперимент предполагает работу с разнообразными объектами – как с живыми организмами, так и с фиксированными препаратами. Особенностью биологического эксперимента является его интегративность. В начале каждого блока экспериментальной работы предполагается наличие подготовительного этапа: планирование опыта; подборка оборудования; выбор биологического объекта для исследования; составление алгоритма выполнения работы и ее оформление; соотнесение целей постановки опыта и выводов исходя из полученных результатов.

Строгие требования по специфике выполнения биологического рисунка не  предъявляются, но целесообразнее для доказательности полученных  результатов  сопровождать опыты схематическим иллюстративным материалом.

Так как элективный курс связан с использованием оптических приборов, химической посуды, разнообразных биологических препаратов, это предусматривает знание техники безопасности при работе в биологической лаборатории. Составной частью содержания каждого занятия должно стать проведение инструктажа перед работой.

Спецификой занятий является деление каждого из них на теоретическую и  практическую части. В теоретической части предлагается информация по исследуемому вопросу, которая впоследствии подтверждается экспериментом, или ставится проблема, решаемая в ходе эксперимента с дальнейшим теоретическим развитием темы или вопроса [23].

Практическая часть занятия предполагает непосредственно проведение

эксперимента.

Программа факультативных курсов по биологии соответствуют целям ФГОС. Введение в действие новых федеральных государственных образовательных стандартов в корне изменило концептуальный подход в учебном и воспитательном процессе школьников. Современный учебный процесс направлен не столько на достижение результатов в области предметных знаний, сколько на личностный рост ребенка, формирование умения адекватно анализировать и оценивать ситуацию, стремления к самообразованию. Ключевым звеном в изучении биологии является практическая деятельность. Здесь на первый план выходит школьный биологический эксперимент.

На данной стадии очень важно помочь школьнику осознать необходимость приобретаемых навыков, знаний, умений. Способность учиться поддерживается формированием универсальных учебных действий, которое подразумевает создание мотивации, определение и постановка целей, поиск эффективных методов их достижения [27].

ГЛАВА III ШКОЛЬНЫЕ ОПЫТЫ ПО ВЛИЯНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ФОТОСИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДИКИ «ВСПЛЫВАЮЩИХ ВЫСЕЧЕК»

3.1 Объекты, условия и методика исследования

Экспериментальные работы проводились на базе лаборатории физиологии растений ФЕНМиИТ ПИ ТОГУ.

Объектами исследования служили несколько травянистых и одно древесное растение: комнатные растения - колеус Блюме (Plectranthus scutellarioides) семейство Яснотковые (Lamiaceae); пеларгония зональная (Pelargonium zonale) семейство Гераниевые (Geranium); спатифиллум Уоллиса (Spathiphyllum wallisii) - семейство Ароидные (Araceae); культурное зернобобовое растение -  фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris) семейство Бобовые (Fabaceae), и тополь душистый (Populus suaveolens) – лиственное дерево из семейства Ивовые (Salicaceae).

Интенсивность фотосинтеза определяли методом , который позволяет дать сравнительную характеристику процессу в рамках конкретного эксперимента по вариантам опыта [12]. У наземных растений выделяющийся при фотосинтезе кислород накапливается в межклетниках листа. Если межклетники листа наполнены газом, то плотность тканей листа мала и лист, при помещении его в воду, плавает на поверхности. Если межклетники заполнены водой, то лист оседает на дно. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, вытесняет из межклетников воду, лист становится легче и всплывает на поверхность. Чем интенсивнее идёт фотосинтез, тем быстрее всплывают высечки.

Необходимую для эксперимента воду обогащали углекислым газом, для чего в ней растворяли бикарбонат натрия (NaHCO3) из расчета 25 мг/л [9].

Инфильтрацию высечек проводили с помощью шприца на 10 мл. Из шприца без иглы вынимали поршень, помещали внутрь высечки, затем поршень возвращали в шприц и набирали воду. Выходное отверстие шприца герметично закрывали и, перемещая поршень, создавали вакуум, при этом наблюдали интенсивное выделение пузырьков воздуха из высечек.

Рисунок 2 – Некоторые варианты опыта «Зависимость интенсивности фотосинтеза от видовой специфичности»

Выделенный воздух удаляли из шприца и вновь герметизировали его. Операцию повторяли 5 раз. Инфильтрованные водой высечки приобретали тёмный цвет. Их помещали в стеклянные стаканы на 100 мл, наполненные обогащённой углекислым газом водой, при этом высечки оседали на дно.

В опытах с регуляторами роста 6-бензиламинопурином (БАП) и гибберелловой кислотой инфильтрацию высечек производили их растворами и помещали в стаканы, также наполненные растворами регуляторов роста в той же концентрации.

Рисунок 3 – Необходимое для опытов оборудование

При исследовании влияния тяжёлых металлов на фотосинтез использовали растворы сульфата цинка (ZnSO4) и сульфата меди (CuSO4), которыми инфильтровали высечки.

В качестве источника ультрафиолета использовали бактерицидные лампы ламинарного бокса. Высечки на влажной фильтровальной бумаге помещали под лампы на 30,60, 90 минут.

Различную степень освещённости получали разноудалённостью стаканов с высечками от источника света – ламп дневного света (0, 10, 20, 30 см), освещённость составила: 14 тыс лк, 6 тыс лк, 2,5 тыс лк, 1,5 тыс лк (прибор LX Ф102).

Для получения различной температуры в вариантах эксперимента использовали водяные бани.

Стаканы с высечками помещали под лампы дневного света. Интенсивность фотосинтеза оценивали по времени всплытия 50% высечек, находившихся в сосуде. Повторность опытов трёхкратная.

Рисунок 4 – Варианты опыта «Влияние освещенности на интенсивность фотосинтеза»

Полученные результаты подвергались статистической обработке. Определяли среднее арифметическое (М), квадратичное отклонение (д) и отклонение от среднего (m).

Для величины д использовали формулу

где д – квадратичное отклонение,

n – число повторений,

V2 – квадрат отклонений.

Для определения ошибки средней арифметической (m) использовали формулу

где m – ошибка средней арифметической,

д – квадратичное отклонение,

n – число повторений.

Коэффициент достоверности между двумя значениями находится по формуле:

где t – коэффициент достоверности,

М1,М2 – средние величины,

, - квадрат ошибок средней арифметической.

При t≥3 разность между двумя средними считается достоверной,

при t≥2 вероятность достоверной разницы в 95% случаев,

при t<2 разность не достоверна [6].

3.2 Результаты и обсуждения

Листья разных видов растений существенно отличаются по доле губчатой паренхимы, которая обуславливает содержание основного объёма воздуха [8]. В этой связи нами исследовано время всплытия инфильтрованных высечек у некоторых видов растений, доступных для применения в школьном эксперименте (таблица 2).

Как видно из данных таблицы 2 инфильтрованные высечки листьев колеуса Блюме начинали всплывать после тридцати минутной экспозиции, и полностью всплывали через 39 минут.

Высечки листьев тополя душистого начинали всплывать раньше, после 10 минут экспозиции, и полностью всплывали через 35 минут. Высечки листьев спатифиллума Уоллиса начинали всплывать после 20 минут экспозиции, и полностью всплывали через 59 минут.

Больше всего времени потребовалось для всплытия высечек листьев фасоли обыкновенной: начало всплытия высечек наблюдалось через пятьдесят минут, и 100%  высечек всплыло после 77 минут. Меньше всего потребовалось времени для всплытия высечек листьев пеларгонии зональной: начало всплытия происходило через 7 минут, все высечки всплывали через 32,5 минуты.

Таблица 2 - Зависимость времени всплытия высечек

листа в процессе фотосинтеза от видовой специфичности

Вид	Число всплывших  высечек, %	Время всплытия высечек, мин
Колеус Блюма (Coleus blumei)	10 50 100	36,0±2,0 37,5±4,0 39,0±4,0
Тополь душистый (Populus suaveolens)	10 50 100	14,5±9,0 30,5±10,0 34,5±9,0
Пеларгония зональная (Pelargonium zonale)	10 50 100	7,0±2,0 8,0±2,0 32,5±4,0
Спатифиллум Уоллиса (Spathiphyllum wallisii)	10 50 100	23,5±5,0 40,5±7,0 59,0±9,0
Фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris)	10 50 100	55,5±12,0 58,5±10,0 77,0±9,0

Различие во времени всплытия высечек листьев пеларгонии зональной и колеуса Блюме, пеларгонии зональной и фасоли обыкновенной весьма достоверно. Рассчитанный коэффициент достоверности между двумя средними арифметическими составил соответственно 6,5 и 5. Различия во времени всплытия высечек между тополем душистым и спатифиллумом Уоллиса составил 10 минут, однако это различие не является достоверным (t=0,8).