Ген творчества

Отдельный предмет не нужен. Но…

События этого года изменили наше отношение к биологическим знаниям и их применимости в реальной жизни. Те термины, которые раньше могли не знать даже учителя биологии, теперь знает каждый и с успехом рассуждает о результатах тестов, основанных на ПЦР (полимеразной цепной реакции) или ИФА (иммуноферментном анализе) на антитела. Общество ощутило дефицит бытовых знаний в области вирусологии, микробиологии, генетики. Многие задаются вопросами: «Разве нас этому учили в школе? А надо ли в этом разбираться? Может быть, это удел ученых, экспертов в соответствующих областях? Но как относиться к мнениям экспертов, когда зачастую они представляют совершенно противоположные точки зрения? Кому верить, а кому нет?»

«Гаражная биология»

Наступил момент, когда нужны базовые биологические знания, определяющие картину мира и позволяющие принимать решения как на уровне отдельного человека, так и на уровне города, региона, страны. В июне на сайте Кремля появилось поручение Президента Владимира Путина Правительству Российской Федерации «обеспечить разработку отдельных учебных курсов и дисциплин (модулей) в области генетики для общеобразовательных организаций и организаций дополнительного образования детей, а также организовать повышение квалификации педагогических работников в этой предметной области». Мнения учителей биологии о целесообразности введения нового курса разделились. Так нужен ли отдельный курс генетики?

С моей точки зрения, нет. Во-первых, для отдельного курса не получится найти часы в учебном плане. Во-вторых, в курсе биологии 9, 10-х или 11‑х классов (в разных УМК по-разному) генетике уделяется значительное внимание. В то же время без базовых знаний о законах наследственности, строении ДНК и генетическом коде сложно говорить о новых генетических технологиях, но при этом важно включать в урок информацию о современных молекулярно-биологических методах исследований, не ограничиваясь законами наследственности Менделя. Если речь идет именно о генетике на уроках, то здесь целесообразна небольшая корректировка курса биологии на уровне содержания учебного материала, но не отдельный предмет или отдельная дисциплина.

С другой стороны, есть возможность для разработки курсов вне­урочной деятельности или программ дополнительного образования школьников в этой области. Причем в рамках таких программ речь пойдет скорее не о классической генетике, а в большей степени о молекулярной биологии и биотехнологиях. При этом важно, чтобы такие курсы были с выраженной практической частью, именно тогда они будут интересны для школьников и помогут им как с выбором дальнейшей траектории обучения, так и с определением будущей профессии. Для практических курсов необходимы достаточно дорогое современное оборудование, реактивы и расходные материалы, квалифицированные кадры. Часто создать такие условия на базе школы невозможно, необходимо сетевое взаимодействие. Позвольте рассказать об опыте по организации такого взаимодействия на базе Дома научно-технического творчества молодежи на Воробьевых горах.

В 2010 году в журнале Nature появилась статья о так называемой гаражной биологии. Там речь шла о том, что биология находится на такой же стадии развития, как когда-то компьютеры, перед тем как произошла компьютерная революция. Многие современные IT-гиганты начинались как небольшие стартапы в гараже, такие истории до сих пор рассказываются про Microsoft, Apple, Google и так далее. По мнению авторов статьи, научное оборудование для биотехнологии и молекулярной биологии стало доступнее, и можно ожидать развития биотехнологических стартапов, первым офисом которых станет гараж на участке, как это было с высокотехнологичными компаниями, которые теперь возглавляют список «Форбс». В статье приводились примерные расчеты стоимости такой лаборатории. Понимая важность практической составляющей в этой области образования, мы создали такую лабораторию, чтобы сделать возможными исследования школьников с применением современных методов генетических исследований.

Концепция проекта

Стало ясно, что проект сможет развиваться только в рамках сетевого взаимодействия. Только создав сетевой образовательный проект, интегрирующий учреждения основного и дополнительного школьного образования с высшими учебными заведениями и компаниями, работающими в сфере биотехнологии, агробиологии, фармакологии и др. биологических областях, получится создать лабораторию, которая сможет устойчиво работать длительное время. В ДНТТМ была создана Вечерняя исследовательская академия – добровольное объединение школьников Москвы, стремящихся к развитию собственного творческого потенциала и практико-ориентированного мышления. Для успешной работы проекта важно было не просто создать условия для развития профильного биологического образования, но и выстроить систему трудоустройства выпускников после окончания биологических вузов с привлечением их к работе наукоемких предприятий биотехнологической и смежных отраслей.

Академия стала формой организации учебного процесса в дополнительном образовании детей. Ее цель – разработка, апробация, распространение и реализация инновационных технологий, форм и методов учебно-исследовательской деятельности, вовлечение детей в процесс осознанного развития своего творческого потенциала и освоения исследовательской технологии на основе практической реализации проектных и исследовательских работ. Поддержка Департамента образования Москвы, а также сотрудничество с вузами и биотехнологическими компаниями позволили уже осенью 2012 года провести первый набор обучающихся и начать практические занятия по программам дополнительного образования.

Программа

Проанализировав ситуацию, мы поняли, какие практические аспекты и темы проектов школьников могут быть включены в программу: это работы в области биотоплива и био­энергетики, медицинской диагностики, биоремедиации, пищевых производств и химической промышленности. Такие работы требовали разработки программ не только в области генетики и молекулярной биологии, но и в смежных областях – микробиологии, биохимии, клеточной биологии, экологии. В результате в рамках биологического факультета академии сложилось 3 отделения: «Экология растений и животных», «Молекулярная биология» и «Экологический мониторинг». Объединение молекулярной биологии работает до сих пор и ведет запись школьников на бесплатные занятия в следующем учебном году.

Учебные программы для старшеклассников рассчитаны на три года. Кроме углубленных теоретических занятий по основам цитологии, биохимии, генетики, молекулярной биологии обязателен для изучения системообразующий курс «Навыки современного научного сотрудника (навыки современного исследователя)». Здесь ребята знакомятся с особенностями организации современной науки, подходами к планированию проектной и исследовательской работы, использованию интернет-технологий в проекте и исследовании, тайм-менеджментом в школьных исследованиях и проектах. Данный курс позднее частично лег в основу учебного пособия и рабочих тетрадей «Проектная мастерская» (серия «Внеурочная деятельность», издательство «Просвещение», 2019 год).

Практические занятия включают учебные задачи по микроскопии, культивированию микроорганизмов, выделению, очистке, амплификации ДНК. Итоговой работой по курсу является индивидуальное исследование или проект. Пройдя курс обучения, школьники получают возможность научиться выделять и очищать ДНК, проводить ПЦР-диагностику, гель-электрофорез, генетическое картирование, клонирование генов. Также они знакомятся с секвенированием, выполняют проекты и исследования по скринингу антибиотической активности, наработке биомассы продуцентов биологически активных веществ, селекции штаммов-суперпродуцентов, проведению иммуноферментного анализа, получению биотоплива, определению видового разнообразия молекулярно-биологическими методами.

Для ранней подготовки школьников к обучению в академии было создано подготовительное отделение для обучающихся 6‑8‑х классов. Ребята, которые прошли через обучение в академии, сейчас уже окончили биологический факультет МГУ и медицинские вузы, работают в научных и медицинских организациях, а также ведут занятия в профильных биологических классах московских школ.

Результаты реализации проекта

В рамках проекта «Инженерный класс в московской школе» отработана практика отложенных трудовых договоров и заключения среднесрочных контрактов с несколькими контрольными точками, чтобы учесть изменение предпочтений в выборе будущей профессии у школьника. Также создана рейтинговая система выпускников академии, аналогичная системе драфта в спорте, для минимизации эффекта экономических проблем у фирмы-работодателя и оплаты компанией-работодателем платного обучения в вузе и т. д.

В момент создания лаборатории значительные задержки были связаны с соблюдением всех норм контрактного законодательства. Длительность закупки часто приводит к изменению стоимости и комплектации оборудования из-за изменений курса валюты, так как основная часть оборудования и реактивов закупается за рубежом. Отдельная задача – механизмы финансового обеспечения лаборатории реактивами, так как в смету проекта, реализуемого в рамках финансового года, просто невозможно заложить деньги на реактивы, которые потребуются в последующие годы (часто у них ограничен срок годности). Это приводит к тому, что часть лабораторий не может работать: оборудование есть, а расходных материалов и реактивов нет. Школьные лаборатории в области молекулярной биологии столкнулись с еще одной сложностью – оплатой услуг сторонних организаций, выполняющих секвенирование. Сейчас таких лабораторий немного, но при дальнейшем развитии образования в этой области важно будет проработать механизмы получения финансирования и проведения оплаты таких работ.

Отдельная задача – привлечение специалистов в области молекулярной биологии для работы со школьниками. С учетом дефицита кадров в этой области с самого начала мы делали акцент на молодых специалистах – студентах старших курсов, аспирантах, имеющих опыт практической работы с необходимым оборудованием. До недавнего времени было сложно официально трудоустроить таких сотрудников, но после одобрения Советом Федерации закона, разрешающего работать в кружках и секциях уже после второго курса любого вуза, надеюсь, что это станет проще и в России откроется больше генетических и молекулярно-биологических кружков.

Наработанный опыт лаборатории молекулярной биологии ДНТТМ нашел свое применение и в международных, и во всероссийских проектах. Оборудование и методики использовались на Международной исследовательской школе в проектах по судебной генетике (Калининград, 2015 г.) и биомаркерам («Генотоксичность электромагнитного излучения», 2016 г.), а также в молекулярной биологической школе «Слон и жираф».

Иван СМИРНОВ, победитель Всероссийского конкурса «Учитель года России»-2017, кандидат биологических наук, первый заместитель директора Гимназии Святителя Василия Великого, Московская область;

Александр ЦВЕТКОВ, кандидат биологических наук, заместитель директора по инновационной деятельности, учитель биологии и географии московского лицея «Ступени»