Методика виконання та використання тестових завдань з біології

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ З БІОЛОГІЇ

Біологічні вправи та задачі у форматі тестових завдань є одним із ефективних прийомів навчальної роботи. Тому створення єдиної класифікації і використання загальних підходів щодо їх виконання – це головні умови формування в учнів прийомів логічного мислення, що сприяє розвитку здатності розв’язувати вправи та задачі.

Учитель біології, який систематично використовує вправи та задачі, впроваджує діяльнісний компонент змісту освіти:

• загальнонавчальна діяльність: пошук інформації, робота з джерелами та їх обробка, навички спілкування, методи взаємонавчання;
• пізнавальна діяльність: інтелектуальні мислиннєві операції, спостереження, експеримент;
• творча діяльність: виявлення протиріч, формулювання проблеми, висунення гіпотези, конструювання, розробка методу проектів.

Семе за таким підходом уміння учнів виявляються в діяльності, що має яскраво виражений свідомий характер, заснований на процесах мислення, способах пізнання і забезпечує рівень знань, зафіксованих державними стандартами.

Проблема формування методологічних знань у педагогічній науці не нова. Наукові розвідки з цього питання ведуться у різних напрямках, а саме: визначення змісту та обсягу поняття «методологічні знання», їх структури, функцій, умов та етапів формування, а також критеріїв та рівнів сформованості як в цілому, так і в межах окремих шкільних предметів. На сучасному етапі розвитку педагогічної науки методологічні знання розглядаються, по-перше, як система знань, що включає змістовний та процесуальний компоненти, тобто вони є не тільки засобом навчання (інтелектуальним інструментарієм), а й об’єктом вивчення, по-друге, як система знань конкретно наукового та загальнонаукового рівнів, що включає знання про закономірності сучасного функціонування предметної галузі та знання про історичний розвиток конкретної предметної галузі. Отже, серед науковців відсутня єдність у розумінні співвідношення нормативного та предметного знання. Залишаються відкритими і дискусійними питання про взаємозв’язок базової науки та навчального предмета на рівні методологічних знань; реалізацію нормативної та дескриптивної функцій методологічних знань на методичному рівні.

Спираючись на критерії системності й принципи побудови задач необхідню умовою є формування методологічних знань, які запропонувала О.В. Комарова, так як недостатньо розуміються теоретична основа і практична значущість самих законів, учні та не можуть назвати умови його достовірності. Загальновідомо, що знання і способи їх отримання, є обов'язковою складовою системи знань школярів з біології в цілому.

Система тестових завдань з біології – це скомпонована та систематизована збірка, яка відповідає наступним вимогам:

1. зміст задачі відповідає понятійному апарату певної теми розділу;
2. відповідність рівнів пізнавальної діяльності;
3. відповідність структури системи задач видам інтелектуальних умінь.

Таким чином, система тестових завдань з певного розділу комбіновані та складаються за рівнем пізнавальної діяльності, результат показано на діаграмі рис. 1.1:

1.1 Система тестових завдань за рівнем пізнавальної діяльності

Основою збірника є тестові завдання, які структуровано в межах розділу та конкретизовано в рамках навчальної теми:

• на вибір однієї правильної відповіді – 24 тестових завдань;
• на встановлення відповідності – 6 тестових завдань;
•  на встановлення правильної послідовності – 2 тестових завдання;
•  утворення тризначного числа є відповіддю до завдання – 2 тестових завдання;
•  конструювання вільної відповіді – 6 завдань.

Зміст запропонованих завдань і вправ сформовано на основі державних документів: Держаний стандарт базової і повної загальної середньої освіти. Освітня галузь «Природознавство» (біологічна компонента) (затверджено Постановою Кабінету Міністрів України від 14 січня 2004 р., №24); чинних навчальних програм з біології: Біологія. 10-11 класи. Програма для загальноосвітніх навчальних закладів (академічний рівень) (затверджено Міністерством освіти і науки України, наказ МОН №1021 від 28.10.2010). Програма з біології для 6-9 класів загальноосвітніх навчальних закладів (оновлена), (затверджена наказом Міністерства освіти і науки України від 07.06.2017 № 804).

Алгоритмічні або розрахункові задачі виконуються за наступним алгоритмом:

1. запис умови: що дано, а що потрібно знайти, використовуючи скорочені умовні позначення – ці записи робляться в лівій колонці;
2. запиши необхідні формули або рівняння хімічних реакцій;
3. рішення задачі робиться поетапно – ці записи робляться в правій колонці;
4. формулюється відповідь згідно запитання.

Задачу спочатку потрібно розв’язати і лише після цього вибрати правильну відповідь.

Розглянемо особливості розв’язування задач за алгоритмом з метою реалізації дидактичних завдань уроку: формування знань з генетики популяції про закон Харді-Вайнберга.

1. Завдання на вибір однієї правильної відповіді з чотирьох запропонованих варіантів, з яких потрібно обрати лише один правильний. У корінних жителів Австралії з 730 обстежених група крові М (генотип ММ) виявлена у 22 осіб, група крові МN (генотип МN) — у 216, група крові N (генотип NN) — 492. Визначте генетичну структуру популяції.

Дана задача відноситься на застосування закону Харді-Вайнберга для ідеальних популяцій, а саме на успадкування аутосомних двухалельніх генів.

Заздалегідь слід відмітити, що розглянуті нижче способи відображають хід міркувань учнів, і в деяких випадках є неповними і помилковими.

Варіант 1 розв’язку задачі

Варіант 2 розв’язку задачі:

Слід зазначити, що в другому  ході міркувань при розрахунку частоти генотипу MN (п.6) школярі частіше виконують дію а, ніж б (при цьому в ряді випадків забуваючи про множник 2). Здавалося б, різниці немає. Однак виконання дії б свідчить про більш глибоке розуміння учнем сутності поняття «генетична структура популяції», оскільки саме ця дія демонструє знання школярем того, що сума всіх частот генотипів дорівнює 1.

Варіант 3 розв’язку задачі:

Отже, маємо три варіанти розв’язку задачі. Коротко проаналізуємо кожен із способів для пошуку відповіді на питання: Чи орієнтований спосіб на засвоєння знань про закон рівноваги генних концентрацій? Чи можна застосувати спосіб для вирішення першого варіанту саме в такому формулювання її умови? Чи орієнтований спосіб на засвоєння знань про закон рівноваги генних концентрацій?

У першому варіанті для знаходження генетичної структури популяції учні користуються способом знаходження частини від цілого. При цьому рівняння Харді-Вайнберга для розрахунків не використовується. Відповідно знання про закон не актуалізуються. У другому варіанті використовуються обидві формули, що відображають закон — для знаходження частот генотипів і знаходження частот генів. У третьому варіанті використовується одна формула, що відображає закон Харді-Вайнберга — для знаходження частот генотипів. У третьому способі учні також використовують додаткові формули для знаходження частот алелей у популяції.

Чи можна застосувати спосіб для вирішення першого варіанту саме в такому формулювання її умови? У першому варіанті вирішення учнями знайдена тільки генотипна структура популяції, на відміну від другого і третього варіантів, де розрахована як генотипна, так і генетична структура, що власне і вимагається в задачі. Отже, перший варіант вирішення слабо орієнтований на засвоєння знань про закон рівноваги генних концентрацій і при вихідному варіанті формулювання умови задачі призводить до отримання неповних результатів.

2. Завдання на вибір однієї правильної відповіді з чотирьох запропонованих варіантів, з яких потрібно обрати лише один правильний. Напишіть генотипну структуру панміктичної популяції в F₃, якщо вихідне співвідношення генотипів було: 2АА:1АА:3аа?

Варіант 1 розв’язку задачі:

Слід зазначити, що в ряді випадків рішення задачі на цьому етапі закінчується. Учні вважають, що вихідна популяція і популяція через три покоління будуть мати однакову генотипну структуру, оскільки «у самій умові сказано, що популяція панміктічна, а значить дотримано умову достовірності закону».

Варіант 2 розв’язку задачі:

Отже, маємо дві відповіді задачі: генотипна структура у панміктичній популяції в F3 або така: (АА = р2 = 0,33) + (Аа = 2pq = 0,17) + (аа = q2 = 0,5), тобто така ж, як у вихідній популяції; або (АА = р2 = 0,33) + (Аа = 2pq =        = 0,49) + (аа = q2 = 0,18), тобто відмінна від вихідної популяції.

Жодна з наведених відповідей другого варіанту розв’язку задачі не є правильною. У першому випадку хід міркувань учнів є неповним. У другому випадку спосіб розрахунку частоти алеля а є методологічно помилковим, оскільки у вихідній популяції частоти алелей і генотипів не врівноважені згідно закону рівноваги генних концентрацій. Ця методологічна помилка призводить до отримання неправильної відповіді в цілому.

Варіант 3 розв’язку задачі:

Отже, в обох задачах наведено кількісні дані по генотипам особин популяції і потрібно визначити генетичну (генотипну структуру популяції).

Обидві задачі розв’язані трьома способами. Аналіз результатів, отриманих учнями різними способами, показує, що в задачі № 1 вони ідентичні. В задачі № 2 тільки результати, отримані третім способом, є правильними. Яка причина такого протиріччя, чому тільки третій спосіб вирішення задачі № 2 дозволяє прийти до правильної відповіді? Чи застосовні у такому випадку два інших способи вирішення до задачі № 1? А якщо і застосовні, то за яких умов?

Порівняння умов задач № 1 і № 2 показує, що в задачі № 1 відсутня інформація про те, чи можна вважати вихідну популяцію ідеальною. У задачі № 2 теж відсутня явна вказівка на відповідність вихідної генотипної структури популяції закону Харді-Вайнберга. Однак з формулювання умови

ясно, що вихідна популяція приступає до розмноження як панміктична і залишається такою в поколіннях. У задачі № 2 і подібних їй, тобто в тих, які за запропонованою класифікацією належать до третьої групи, потрібно спершу встановити генотипну і алельну структуру вихідної популяції. Потім, користуючись додатковими формулами, обчислити алельну і генотипну структуру популяції у поколіннях.

Виходячи з вище сказаного, можна стверджувати, що наявність або відсутність в умовах задач прямої вказівки на те, чи можна вважати вихідну популяцію ідеальною, визначає спосіб її розв’язання. Так, використання для

розрахунків тільки рівнянь Харді-Вайнберга (варіант 2) є обгрунтованим, якщо в умові зазначено, що популяцію вважати ідеальною. Наприклад, при переформулюванні умови задачі № 1 як «У корінних жителів Австралії з 730 обстежених група крові М (генотип ММ) виявлено у 22 осіб, група крові МN (генотип МN) — у 216, група крові N (генотип NN) — у 492. Визначте генетичну структуру популяції. Популяцію вважати умовно ідеальною», використання для розв’язку варіанту № 2 буде методично виправданим. В іншому випадку, для знаходження шуканого необхідно виконати розрахунки за іншими формулами (варіант 3).

З метою ускладнення задачі № 1 можна запропонувати учням таке її формулювання «У корінних жителів Австралії з 730 обстежених група крові М (генотип ММ) виявлено у 22 осіб, група крові МN (генотип  МN) — у 216, група крові N (генотип NN) — у 492. Визначте генетичну структуру вихідної популяції. Чи відповідає співвідношення генотипів і алелей у ній закону Харді-Вайнберга?» При такому шуканому методично виправданим буде використання трьох вищенаведених способів вирішення, порівняння між собою отриманих результатів та формулювання відповідних висновків.

Таким чином, дотримання описаних методичних умов дозволить запобігти формалізму знань школярів про закон Харді-Вайнберга і сприятиме якісному формуванню цих елементів системи методологічних знань з біології.

Пізнавальні вправи та задачі виконуються за наступним алгоритмом:

1. мобілізація набутої іінформації;
2. встановлення причинно-наслідкових зв’язків;
3. узагальнення і систематизація;
4. формулювання висновків.

Розглянемо особливості розв’язування пізнавальних вправ за алгоритмом з метою реалізації дидактичних завдань уроку: формування знань з практичного використання культурних рослин і взаємозв’язок країн, що їх експортують (вправа № 3); застосування знань щодо будови та функцій травної системи та особливостей перетворення енергії в організмі (вправа № 4); формування знань про особливості будови рослин, їх фізіологічні властивості та видове різноманіття (вправа № 5).

3. Уявіть, що ви стали венеціанським купцем початку XVI ст. Корабель повертається на батьківщину, заходячи по дорозі в Лісабон та Барселону. Ви вирішили купити в цих містах культурні рослини, щоб перепродати їх з вигодою для себе на ринку у Венеції. Які із перерахованих нижче товарів потрібно купувати в Лісабоні, а які – в Барселоні?

Дана тестова вправа розрахована на мобілізацію набутої інформації і на встановлення відповідності та має наступну відповідь:

4. Завдання на встановлення послідовності. Установіть правильну послідовність процесів під час утилізації глюкози, залишки якої входять до складу крохмалю:

Дана тестова вправа розрахована на узагальнення і систематизацію знань і має наступну відповідь:

5. Завдання містить три стовпчика інформації, у кожному з яких вона позначена цифрами. Виберіть із кожного стовпчика одну цифру – утворене тризначне число є відповіддю до завдання. В одному оповіданні описано цікавий випадок з ентомологом Морелем, який погнався за величезним метеликом, заблукав і тривалий час жив у південноамериканських джунглях: «…Нарешті матеріал для плоту був зібраний. Морель поспішав. Дощі йшли кожний день і пересохлі русла річок наповнювалися водою. …Морель зв’язав пліт. …При світлі блискавок Морель побачив, що вода залила половину плоту. Пліт рішуче не спливав». Укажіть правильні твердження:

Дана тестова вправа розрахована на встановлення причинно-наслідкових зв’язків і має наступну відповідь:

Творчі вправи та задачі виконуються за наступним алгоритмом:

1. висування гіпотези;
2. проведення експерименту: віртуальний, результатом якого є роздум або практичний за наявності певного обладнання тоді результат представлений у формі проекту-презентації;
3. підтвердження або спростування гіпотези;
4. розробка рекомендацій;
5. формулювання висновків.

Розглянемо особливості розв’язування творчих вправ і задач на конструювання вільної відповіді за алгоритмом з метою реалізації дидактичних завдань уроку: визначити вміст вітаміну С у соках та рекомендувати до вживання в щоденному раціоні; (вправа 6); формування знань з про особливості будови рослин, їх фізіологічні властивості (вправа № 7).

6. Чи замислювались ви над тим, який вміст вітаміну С у соках торгових марок України та виготовлених у побутових умовах? Яким методом можна визначити вміст вітаміну С у соках та рекомендувати до вживання в щоденному раціоні?

Дана творча вправа розрахована на висунення гіпотези та проведення експерименту і має наступну відповідь: техніка дослідження йодометричним методом заснована на тому, що молекули аскорбінової кислоти легко окислюються розчином йоду. Як тільки йод окислить всю аскорбінову кислоту, наступна крапля, прореагувавши з крохмалем, пофарбує в синій колір: С₆Н₈О₆ + I₂ = С₆Н₆О₆ + 2HI. Цей метод є доступним для кожного школяра, який бажає визначити вміст вітаміну С у соках. Аналіз результатів дослідження дасть підстави зробити наступний висновок, що сік домашнього приготування свіжовиготовлений та термічно оброблений і соки ТМ України містять або не містять аскорбінову кислоту і в якій кількості. Рекомендуємо: якщо хочемо поповнювати свій організм аскорбіновою кислотою, вживаємо соки торгових марок України або самостійно виготовлені у побутових умовах згідно проведеного експерименту.

7. Відомо, що ксилема забезпечує рух неорганічних речовин по рослині, а флоема – органічних речовин. Чи можуть по ксилемі рухатись органічні речовини, а по флоемі – неорганічні? Який експеримент доцільно запропонувати?

Дана творча вправа розрахована на проведення віртуального експерименту і має наступну відповідь: по ксилемі можуть рухатись вверх (висхідний транспорт) органічні речовини, а саме: цукри, амінокислоти, фітогормони, які утворюються в коренях навесні. По флоемі можуть рухатися (низхідний транспорт) неорганічні речовини, коли з опадаючого листя відводиться значна кількість мінеральних елементів, які потім резервуються у запасаючих тканинах стебла, коренів і бульб. Також, ампельні рослини та епіфіти мають довгі запасаючі пагони, які часто знаходяться нижче коренів. У цьому випадку напрямок ксилемного і флоемного транспортування речовие є ніби зворотним, але лише в геометричному розумінні. Принципово ж напрямок руху відносно самого стебла залишається таким, як і в усіх рослин.

Виконання тестових завдань є дієвим засобом, який забезпечує чітке усвідомлення і міцне засвоєння учнями потрібних понять, закономірностей і законів біології, тому доцільно використовувати їх до всих типів уроку. Залишається з’ясувати, на якому етапі уроку застосовувати. Це залежить від завдань уроку, типу та виду, які визначає вчитель, а також важливою умовою є досвід педагога та учнів. Узагальнююча схема використання тестових завдань з біології, результат показано на рис. 1.2:

1.2 Використання тестових завдань з біології

Тестові завдання з біології у процесі навчання виконують наступні функції:

• Навчальні: формування понять, законів, правил; встановлення зв’язків між теорією і практикою; набуття умінь та навичок представлення наукових знань у письмовій та усній формі.
• Мотиваційні: створення проблемних ситуацій.
• Розвиваючі: розвиток логічного мислення; формування вмінь самостійного набуття знань; розвиток індивідуальних можливостей та творчих здібностей; набуття вмінь продуктивної спільної роботи в групі; формування вмінь використовувати отримані знання для розв’язування різноманітних типів і рівнів завдань.
• Виховні: виховувати науковий біологічний та екологічний світогляд; висвітлення практичної спрямованості отриманих знань; демонстрування досягнень вчених у галузях природничих наук.

Таким чином, використання алгоритмічних, пізнавальних та творчих вправ і задач у форматі тестових завдань в навчальному процесі, учні здобувають для себе нові знання про біологічні закони, процеси та їх нові якості та ознаки, не тільки накопичують фактичний матеріал, але і вчаться бачити природу у взаємодії із протиріччями, пояснювати та аналізувати різні природні явища.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Барна І.В. Біологія. Задачі та розв’язки: [навч. посіб.] / І.В. Барна,      М.М. Барна, Л.С. Барна. — Тернопіль: Мандрівець, 2005. — 384 с.
2. Барна І.В. Методика розв’язування задач: [навч.  посіб.] / І.В. Барна. — Тернопіль: Мандрівець, 2009. — 216 с.
3. Біда О.А., Дерій С.І., Прокопенко Л.І. Біологія: комплексне видання. – К.: Літера ЛТД, 2016. – 496 с.
4. Бужієвська Т.І. Основи медичної генетики. – К.: Здоров'я, 2001. – 136 с.
5. Євсеєв Р.С. Збірник задач з генетики. – Х: Основа, 2016. – 127с.  (Б-ка журн. «Біологія»; Вип. 10 (166)).
6. Задорожний  К.М. Біологія: підручник для 9 класу. – Х.: Ранок, 2017. — 240 с.
7. Задорожний К.М., Утєвська О.М. Біологія і екологія (профільний рівень) 10 клас. – Х.: Ранок, 2018. – 240 с.
8. Карташова І.І. Біологічна задача: зміст, розв’язання, методика використання. – Херсон: ПП. Вишемирський В.С., 2015. – 104 с.
9. Комарова О.В. Методичні умови формування методологічних знань старшокласників про закон Харді – Вайнберга при розв’язуванні задач з генетики популяцій / О. В. Комарова // Педагогічна освіта: теорія і практика : зб. наук. праць Кам’янець-Подільського національного університету імені Івана Огієнка / Інститут педагогіки НАПН України. – Кам’янець-Подільський, 2015. – Вип. 18 (1-2015). – С. 268–273.
10. Лишенко І.Д. Біологія: Запитання. Задачі. Вправи. Тести. 6 клас. – К.: Академія, 2000. – 144 с.
11. Матяш Н.Ю., Коршевнюк Т.В., Козленко О.Г. Завдання і вправи з біології  за курс старшої школи: посібник/ Н.Ю Матяш., Т.В. Коршевнюк, О.Г. Козленко– К.: Педагогічна думка, 2012. – 248 с.
12. Микитюк О.М., Грицайчук В.В., Злотін О.З., Маркіна Т.Ю. Основи екології.-Х.: ОВС, 2004.-144 с.
13. Овчиникова С.О. Методика работы над текстовыми задачами в учебных классах (общие вопросы). – К.: Пед. пресса, 2002. – 128 с.
14. Овчинніков С.О. Збірник задач і вправ із загальної біології. – К.: Генеза, 2000. – 152 с.
15. Песецкая Л.Н. Сборник задач по генетике: [учеб.-метод. пособие]          Л.Н. Песецкая, Г.Г. Гончаренко, Н.Н. Острейко. — Гомель, 2002. — 114 с.
16. Тимчик О.В., Маруненко І.М. Збірник задач з генетики людини. – Київ, 2016. – 99 с.
17.  Шаламов Р.В. Біологія. – Х.: Ранок, 2010. – 624 с.