Знания “в чистом виде” Использование компьютеров на уроках биологии

Применение компьютеров на современном уроке является одним из аспектов научной организации труда в учебном процессе. Возможности использования компьютеров достаточно широки, особенно эффективно с их помощью можно организовать контроль над усвоением знаний школьников.
Одной из форм контроля знаний является тестирование. Эта форма не может заменить устные и письменные ответы учеников, но очень эффективно используется наряду с ними. Главные преимущества тестирования:
– для тестирования нужно совсем немного времени, от 15 минут;
– проводится для любого количества тестируемых;
– можно провести срез знаний одновременно по нескольким темам (в письменной работе предлагается от одного до пяти вопросов);
– является объективным показателем уровня знаний.
В определениях “тест” и “тестовое задание” существуют разночтения. Мы под тестом понимаем вопрос и предложенные к нему варианты ответов, а тестовое задание состоит из набора тестов. Такие понятия используются и на всероссийских олимпиадах по биологии.
Тестирование давно и прочно вошло в практику образования экономически развитых стран. Тестовая технология существенно более объективна по сравнению с другими методами, особенно при сдаче экзаменов и поступлении в высшие учебные заведения. При использовании заданий этой формы до минимума сведена возможность посторонних влияний на оценку ответа, не связанных непосредственно с содержанием проверки. В обычной письменной работе учитывается, как правило, не только содержание ответа, но и стиль изложения, грамотность ученика. Часто на оценку влияет уже сложившееся у учителя мнение о знаниях школьника. В тестах все эти влияния исключены, и проверяемые знания оцениваются “в чистом виде”.
В нашей стране также в продаже появились тестовые задания для компьютерного использования. Их немного, как правило, они не привязаны к конкретным урокам, учитель находится в жесткой зависимости от предложенной приобретенной программы тестов, редактировать тесты он не может. Кроме того, ученики школ используют учебники разных авторов. Следовательно, централизованно подготовить тестовые задания для каждой конкретной школы к каждому уроку, зачету, олимпиаде достаточно сложно.
Единственный выход – иметь программу, с помощью которой можно самому создавать тестовые задания для своих уроков. Такую задачу я поставил перед своими учениками 10-х классов девять лет назад, когда в кабинете биологии появились первые компьютеры. Четверо учеников написали четыре разные программы. В настоящее время в кабинете девять компьютеров IBM-286, они связаны в сеть, считывают информацию с серверной машины.
Около девяти лет продолжается сотрудничество с Михаилом Абросимовым, моим бывшим учеником, сейчас – учителем информатики нашего лицея, который создал и непрерывно совершенствует уникальную тестирующую программу “JUL”. Уже девять лет на всех уроках биологии тестирование является обязательным элементом. Программа дает возможность мне, совершенно не знакомому с основами программирования, создать тестовое задание из 15-20 тестов за час-полтора.
В соответствии с программными требованиями составляются тестовые задания, к которым предъявляются определенные требования. Они должны: а) быть адекватными тексту учебника или объясненному материалу; б) иметь простые, не допускающие их произвольного толкования формулировки, понятные учащимся; в) обеспечивать выполнение задания в краткие сроки.
Раньше я создавал тесты, в которых на вопрос предлагалось 4 варианта ответа, – один из них правильный. В последние два года все больше перехожу на тесты, в которых несколько правильных ответов. На поставленный вопрос можно предложить до 17 ответов, причем верными или неверными может быть любое количество из них. К тесту предлагается рисунок, части рисунка можно выделить мигающими точками или обозначить цифрами. Рисунок сканируется и вставляется в нужные тесты.
Пример теста:
Тема: Головной мозг
Укажите функции продолговатого мозга:
Тест N 1
Всего 15 тестов
Время 100
1. Координация движений.
2. Образование условных рефлексов.
3. Ориентировочные рефлексы.
4. Регуляция дыхания.
5. Регуляция постоянства внутренней среды.
6. Регуляция работы пищеварительной системы.
7. Регуляция мышечного тонуса.
8. Защитные рефлексы: чихание, кашель.
9. Регуляция работы кровеносной системы.
10. Регуляция работы эндокринной системы.

Время на обдумывание и на введение правильных ответов задается учителем. Если это один ответ из нескольких, то время на введение правильного варианта обычно 60 секунд. Ученик видит, сколько времени на обдумывание у него осталось, видит, на какой по счету тест он отвечает, видит предварительную оценку, видит процент правильных ответов. Если предлагается тест с несколькими правильными ответами, то они на желтом фоне (а не на белом, как при одном правильном ответе), и время на введение устанавливается другое, обычно 100-120 секунд. Правильно указанный ответ дает балл, ошибочно указанный – снимает балл.
Ученик может после тестирования посмотреть историю ответов (какие вопросы ему задавались, как он на них ответил), может апеллировать к учителю. При загрузке программы устанавливается определенная последовательность тестов, на соседних машинах тесты следуют в ином порядке, что не дает возможности подсмотреть ответы у соседа.
Критерии выставления оценки можно задавать самому, на уроках биологии оценка “5” выставляется, если процент правильных ответов составляет от 90 до 100%, “4” – 75-89%, “3” – от 50 до 74%.
На обычных уроках 9 человек работают с компьютерами, четверо отвечают письменно, один работает с карточкой у доски, три-четыре человека отвечают устно. При таком подходе ребята учатся грамотно излагать свои мысли (устные ответы), объективно оценивать свои знания (компьютерный опрос), оформлять цельный ответ на поставленный вопрос в письменной форме (работа с карточками). Компьютерное тестирование продолжается около 13 минут, ученикам предлагается задание из 15 тестов. Результаты тестирования выводятся на принтер, учитель выставляет их в журнал. Таким образом, 17-18 человек получают оценку на каждом уроке, и учитель затрачивает на это всего около 18 минут. Причем на следующем уроке те, кто работал письменно и устно, будут тестироваться на компьютерах, т.е. чередуются устные, письменные и тестовые задания.
Кроме того, ребята имеют возможность проверить свои знания по пройденным темам на компьютерах в то время, когда кабинет биологии свободен. Для этого они вводят пароль и выбирают открытые для учеников тестовые задания. Учитель имеет возможность закрыть любые задания, они их просто не видят, задания открываются по мере прохождения материала.
Для проведения зачета также используются компьютеры, тестовое задание обычно включает около 50 тестов, но их количество, включаемое в зачет, может быть любым, и эта величина задается учителем. Обычно зачет включает 20 тестов из 50 в тестовом задании, на каждом компьютере будут случайно выбраны свои 20 тестов, 15 человек успевают сдать зачет на компьютерах за 20 минут.
Для остальных зачет за это же время проходит в письменной форме. Удачным считаю вывешивание вопросов к письменному зачету заранее, за неделю. К зачету предлагается обычно до 50 вопросов, на которые ученики должны дать краткие ответы. Для получения положительной оценки нужно повторить материал всей темы, найти ответы на все 50 вопросов. Это систематизирует знания, позволяет освоить тему целиком, а не отдельными параграфами.
Очень помогает рейтинговое сравнение знаний школьников. На спецкурсах и на кружках, кроме оценок за устные и письменные ответы, ученики тестируются на компьютерах и набирают баллы. Через тестовые задания проходят все, появляется возможность сравнить количество набранных баллов. Кроме поурочных тестирований, после каждой большой темы проводится компьютерный зачет, баллы также выставляются в рейтинговую таблицу. Рейтинг биологов – ребят, занимающихся на спецкурсах по биологии, – вывешен в коридоре лицея, рядом с кабинетом биологии, и обновляется после каждого тестирования. Ученики, имеющие максимальное количество баллов, находятся в верхней части таблицы, с минимальными баллами – внизу. Появляется очень мощная мотивация к более глубокому изучению материала. Пропущенные тестирования (по болезни, по другим причинам) ребята стараются обязательно пройти, чтобы не опускаться в рейтинговой таблице. Школьники, у которых максимальное количество баллов, становятся победителями всероссийских олимпиад. Интересно, что самые лучшие результаты на олимпиадах далеко не всегда у тех, кто блестяще отвечает на уроках устно и письменно. Таких учеников, кто может выучить и хорошо ответить, достаточно много, но побеждают самые увлеченные, честолюбивые, те, кто больше читает.
Школьные олимпиады по биологии уже несколько лет проводятся с помощью компьютеров, причем всем участникам предлагается до 200 тестов по программе прошлого года обучения и по пройденному материалу этого года. Через 30-40 минут уже известны итоги олимпиады, причем результаты очень объективны, так как проводится срез знаний по всем основным темам. Победители школьной олимпиады по биологии становятся победителями олимпиад более высокого уровня.
Для подготовки к областным, зональным, российским олимпиадам мы также используем компьютерный вариант. В память компьютера ввели тестовые задания областных, зональных и всероссийских олимпиад за несколько последних лет. При подготовке к олимпиаде компьютеры помогают организовать очень серьезную работу сразу всем участникам олимпиады, даже без присутствия учителя.
Результат использования компьютерного тестирования – ежегодные победы лицеистов на городских, областных, зональных, всероссийских и соросовских олимпиадах. Так, в 2000 году пятеро учащихся нашего физико-технического лицея были награждены на Всероссийской олимпиаде по биологии дипломами 1, 2 и 3-й степени, а за последние восемь лет в активе ФТЛ двадцать одна победа на всероссийских, четыре победы на международных, шесть побед на соросовских олимпиадах по биологии.
Еще большие возможности использования компьютеров дает подключение к Интернету. В 1999-2000 учебном году начала работать Интернет-школа, в которой обучение проводится по трем предметам: информатике, химии и биологии. В биологическом классе Интернет-школы выставляются конспекты по четырем параллелям – для 11-х, 10-х, 9-х и 8-х классов. Причем выставляются опорные конспекты, по которым проводится объяснение, рекомендуется литература, с помощью которой можно дополнительно изучить материал. Все вопросы, на которые ученик не сможет найти ответа, он может задать по электронной почте, что в определенной мере является заменой непосредственного общения ученика и учителя.
Ученики Интернет-школы видят, кто и на какую оценку тестировался по данной теме, сколько баллов было набрано при тестировании. Таким образом, с помощью Интернет-школы можно получить информацию и проверить уровень своей подготовки к уроку, не выходя из дома.
С декабря 1999 года в кабинете биологии Интернет-школы занимались более 400 учеников из различных городов России и других стран. Учителя биологии также используют предложенные опорные конспекты для изготовления кодограмм к урокам. Адрес Интернет-школы: http://lyceum1.ssu.runnet.ru/~dist/.
Сказанное позволяет сделать следующие выводы:
╥ использование компьютерного тестирования позволяет повысить эффективность учебного процесса, активизирует познавательную деятельность школьников на уроке и вне урока;
╥ оценки и баллы (в рейтинговой таблице), получаемые с помощью компьютерного тестирования, более объективны, чем устные или письменные ответы;
╥ компьютеры могут успешно использоваться для дистанционного обучения в Интернет-школе, что позволяет каждому ученику индивидуально и на достаточно высоком уровне подготовиться к нужной теме и проверить уровень своей подготовки;
╥ обеспечивается возможность для самостоятельного изучения и проверки знания любой темы, возможность для опережающего обучения.

Анатолий ПИМЕНОВ,
учитель биологии физико-технического лицея N 1
Саратов

Приложение 1
Тестовое задание для контроля знаний по теме: “Нейрогуморальная регуляция”
по ╖╖ 11,12,13 учебника для 9-х классов “Биология, Человек” под редакцией А.С.Батуева.

Имя задания: Нейрогуморальная регуляция. 1
Имя файла: АВ/АНАТОМИЯ/НЕРВНАЯ/nejrogum.tst
Автор: Пименов А.В.
Дата создания: 26.11.1998
Число вопросов: 15
Критерий (в %): 90%, 75%, 50%

***Тест N1*** ()
К какой группе желез относятся поджелудочная железа и половые железы (гонады)?
1. Внешней секреции.
2. Внутренней секреции.
3. Смешанной секреции. +1
4. Это не железы.
***Тест N2*** ()
В каком отделе головного мозга находится гипоталамус?
1. В продолговатом мозге.
2. В среднем мозге.
3. В промежуточном мозге. +1
4. В больших полушариях.
***Тест N3*** ()
Как ИНСУЛИН влияет на уровень сахара в крови?
1. Активирует ферменты, превращающие избыток глюкозы в гликоген. +1
2. Активирует ферменты, превращающие гликоген в глюкозу.
3. Действие аналогично действию адреналина.
4. В моче появляется сахар.
***Тест N4*** ()
Какая железа отвечает за образование инсулина?
1. Аденогипофиз.
2. Щитовидная железа.
3. Надпочечники.
4. Поджелудочная железа. +1
***Тест N5*** ()
Избыток какого гормона повышает интенсивность окислительных процессов, приводит к повышению температуры, становятся выпученными глаза?
1. Тироксин. +1
2. Инсулин.
3. Адреналин.
4. Вазопрессин.
***Тест N6*** ()
Какой гормон действует как главный антагонист инсулина: увеличивает содержание сахара в крови, способствует превращению гликогена в глюкозу?
1. Тироксин.
2. Инсулин.
3. Адреналин. +1
4. Вазопрессин.
***Тест N7*** ()
Какая часть нервной системы отвечает за работу скелетной мускулатуры?
1. Симпатическая НС.
2. Парасимпатическая НС.
3. Соматическая НС. +1
4. Автономная НС.
***Тест N8*** ()
Какая часть нервной системы регулирует работу внутренних органов?
1. Соматическая НС.
2. Автономная НС. +1
3. Большие полушария головного мозга.
***Тест N9*** ()
Что характерно для гуморальной регуляции?
1. Осуществляется с помощью медиаторов, выделяемых синапсами. -1
2. Осуществляется с помощью БАВ, поступающих в кровь. +1
3. Осуществляется с помощью БАВ, поступающих через протоки в полости органов. -1
4. Осуществляется медленно. +1
5. Осуществляется быстро. -1
6. БАВ действуют на определенные органы-мишени, ткани, органоиды. +1
7. БАВ доставляется кровью ко всем тканям и органам тела. +1
8. Более древняя форма взаимодействия тканей и органов. +1
***Тест N10*** ()
Что характерно для нервной регуляции?
1. Осуществляется с помощью медиаторов, выделяемых синапсами. +1
2. Осуществляется с помощью БАВ, поступающих в кровь. -1
3. Осуществляется с помощью БАВ, поступающих через протоки в полости органов. -1
4. Осуществляется медленно. -1
5. Осуществляется быстро. +1
6. Медиаторы действуют на строго определенный орган. +1
7. Эволюционно более молодая форма регуляции. +1
8. Более древняя форма регуляции. -1
***Тест N11*** ()
Какие признаки характерны для микседемы?
1. Повышенный аппетит. -1
2. Снижается обмен веществ. +1
3. Пониженная температура тела. +1
4. Повышенная температура тела. -1
5. Отечность, редкие волосы. +1
6. Сердце бьется учащенно. -1
7. Сердце бьется замедленно. +1
8. Глаза неестественно выпучены. -1
9. Щитовидная железа увеличена. -1
***Тест N12*** ()
Какие признаки характерны для базедовой болезни?
1. Повышенный аппетит. +1
2. Снижается обмен веществ. -1
3. Пониженная температура тела. -1
4. Повышенная температура тела. +1
5. Отечность, редкие волосы. -1
6. Сердце бьется учащенно. +1
7. Сердце бьется замедленно. -1
8. Глаза неестественно выпучены. +1
9. Щитовидная железа увеличена. +1
***Тест N13*** ()
Какие признаки характерны для сахарного диабета?
1. В отсутствие инсулина клетки перестают поглощать глюкозу. +1
2. В отсутствие инсулина клетки активно поглощают глюкозу. -1
3. Глюкоза активно запасается в форме гликогена. -1
4. Глюкоза не может запасаться в форме гликогена и выводится из организма с мочой. +1
5. У больного выделяется большое количество мочи. +1
6. У больного выделяется мало мочи. -1
7. С мочой выводится избыток глюкозы. +1
8. У больного выделяется мало мочи, это сохраняет глюкозу в организме. -1
***Тест N 14*** ()
В состав какого гормона входит ЙОД?
1. Гормона роста.
2. Нейрогормонов гипоталамуса.
3. Инсулина.
4. Тестостерона.
5. Тироксина. +1
6. Адреналина.
7. Норадреналина.
8. Эстрогена.
***Тест N15*** ()
Действие какого гормона особенно важно для экстренной подготовки ответных реакций организма, попавшего в критическую ситуацию?
1. Гормона роста.
2. Инсулина.
3. Тестостерона.
4. Тироксина.
5. Адреналина. +1
6. Эстрогена.

Приложение 2
Опорный конспект – кодограмма для объяснения темы “Кровообращение” на спецкурсе в 11-м классе
(На бумаге, копия)
Кровообращение. Чебышев 137-149, Ярыгин 42.3.
Органы кровообращения. Сердце.

Представлены сердцем и сосудами – артериями (?), капиллярами, венами (?).
Масса сердца около 300 г, основание вверху, верхушка – внизу. Снаружи покрыто перикардом из двух листков – париетального и висцерального – эпикарда, между которыми перикардиальная жидкость. Миокард – средний слой сердечной мышцы, эндокард выстилает полость сердца и образует клапаны (???). Строение???
Не рисовать, не записывать!
1 – правое-, 3 – левое предсердия; 2 – правый-, 4 – левый желудочки; 5 – двух-, 6 – трехстворчатый клапаны; 7 – полулунные клапаны; 8 – легочная артерия; 9 – левая дуга аорты; 10,11 – верхняя и нижняя полые вены.

Работа сердца
Сердечный цикл – 0,8 сек. при частоте 75 уд./мин.
0,1 сек. – систола предсердий.
0,3 сек. – систола желудочков (фаза напряжения и фаза изгнания).
0,4 сек. – общая диастола (70% крови поступает в желудочки самотеком).
Когда закрыты и створчатые, и полулунные клапаны?

Регуляция работы сердца
Сердечная мышца обладает следующими свойствами: 1) возбудимостью; 2) проводимостью; 3) сократимостью и 4) автоматией.

Автоматия сердечной мышцы

Мышца реагирует на раздражение по принципу “все или ничего”. Причем возбудимость сердца непостоянна, различают период абсолютной рефрактерности, когда мышца невосприимчива к повторным раздражениям. Проводимость обеспечивается атипическими кардиомиоцитами. Автоматия обеспечивается ритмоводителями:
1. Синусно-предсердный узел: ритмоводитель 1-го порядка.
2. Предсердно-желудочковый узел: ритмоводитель 2-го порядка.
3. Ножки Гиса.
4. Волокна Пуркинье.
Все это мышечные клетки особого строения, в которых возникает и по которым проводится возбуждение.

Регуляция работы сердца
Нервная регуляция: 1. Метасимпатическая регуляция. Собственная нервная система сердца; рецепторы в полых венах, предсердии, желудочке, аорте (лицей – Москва). 2. Через автономную нервную систему. Информация от барорецепторов в полых венах и дуге аорты передается в продолговатый мозг, в центр регуляции сердечной деятельности. Оттуда по парасимпатическим нервам в составе блуждающего нерва – ослабление работы (медиатор?), по симпатическим – усиление (медиатор?).
Например: человек встает из положения лежа…
Гуморальная регуляция: усиление работы сердца: адреналин, тироксин, Ca2+; ослабление работы: ацетилхолин, K+.

Движение крови

Артерии? Вены? Стенки из трех слоев: внутренний – эндотелиальный, средний – из эластических волокон и клеток гладкой мышечной ткани, наружный – рыхлая соединительная ткань. Вены тоньше, имеют клапаны.
Капилляры? В покое открыто 20-30%. Мышечные регуляторы в местах перехода артериол в капилляры регулируют поступление крови в капилляры или анастомозы (5).

Круги кровообращения

Большой круг (?)
Малый круг (?)

В каком отделе сердца начинаются и в каком заканчиваются основные сосуды.
1 – сердце;
2 – аорта;
3 – чревный ствол;
4 – почечная артерия;
5 – брыжеечная артерия;
6 – капиллярные сети;
7 – почечная вена;
8 – нижняя полая вена;
9 – воротная вена печени;
10 – печеночная вена;
11 – верхняя полая вена;
12 – легочный ствол;
13 – легочные вены.

Кровяное давление

P maх. – около 150 мм. рт. ст. в аорте.
P min. – до – 5 мм. рт. ст. в полых венах.
Систолическое/диастолическое в плечевой артерии – 120/80 – норма. Гипертония – повышенное давление, гипотония – пониженное.
Кровяные депо: селезенка, печень, кожа.
Артериальный пульс – ритмичное сокращение стенок сосудов, вызванное поступлением крови в аорту во время систолы желудочка. Скорость пульса – около 10 м/сек; максимальная скорость крови в аорте – 0,5 м/сек.
Артерии – “периферические сердца”.

Скорость движения крови

V max – 0,5 м/сек. в аорте;
V min – 0,5 мм/сек. в капиллярах.

В полых венах около 0,2 м/сек. Как объяснить?

Самый большой просвет в капиллярах, скорость падает, в венах вновь увеличивается.
Изменение: А – давления; В – скорости крови.
Возвращению крови в сердце по венам способствуют: 1) разница в давлении; 2) клапаны в венах; 3) сокращения скелетных мыщц – “мышечный насос”; 4) сокращение самих вен.

Перераспределение крови
В работающем органе открываются дополнительные капилляры. Давление падает, в крупных артериях и в устье полых вен находятся барорецепторы, регистрирующие изменение давления, информация передается в продолговатый мозг, в центр сердечно-сосудистой деятельности. Усиливается симпатическое влияние на сосуды кожи, кишечника и кровяных депо, усиливается работа сердца.

Есть сосудосуживающие и сосудорасширяющие нервы. Симпатические нервы оказывают сосудосуживающее действие на все сосуды, кроме скелетных мышц и мозга. Их перерезка (опыт Бернара) у уха кролика приводит к расширению сосудов.
Гуморальная регуляция: гистамин, недостаток O2, избыток CO2 – расширяют сосуды, повреждения и адреналин – сужают.

Лимфа.
Лимфатические сосуды и узлы

Выделяют три звена: лимфатические капилляры, сосуды и протоки. В лимфатические капилляры фильтруется тканевая жидкость, образуя лимфу. Капилляры сливаются и образуют лимфатические сосуды, снабженные клапанами. По их ходу имеются лимфатические узлы (около 460), скопления их на шее под нижней челюстью, в подмышечных впадинах, в паху, локтевых и коленных изгибах, других местах. В узлах лимфа протекает по узким щелям – синусам, где задерживаются и уничтожаются лимфоцитами чужеродные тела. Лимфа от ног и кишечника собирается в левую, от правой стороны тела – в правую подключичную вены. Лимфа не содержит эритроцитов, тромбоцитов, но в ней много лимфоцитов. Свертывается медленно, движется за счет сокращения стенок крупных лимфатических сосудов, наличия клапанов, сокращения скелетных мышц, присасывающего действия грудного лимфатического протока при вдохе.
Функции: дополнительная транспортная система содержит много лимфоцитов и отвечает за иммунитет. Пройдя через лимфатические узлы очищенная от микроорганизмов лимфа возвращается в кровь.