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.
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.
29 марта 2021
