CC BY
5ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО БИОЛОГИИ
ЦАЙРКЕЛДЫ ЖАНСАЯ ЦАЙРКЕЛДЬЩЫЗЫ
Студент факультета естествознания Казахского Национального Женского Педагогического Университета
Аннотация: Современные технологии играют важную роль в повышении качества лабораторных занятий по биологии. Цифровые микроскопы, лабораторные датчики, генетическое секвенирование и виртуальные лаборатории делают эксперименты более точными, доступными и увлекательными. Использование таких технологий позволяет студентам анализировать сложные биологические процессы, включая фотосинтез, клеточное деление и генетические мутации, в интерактивной и безопасной среде. Применение 3D-печати способствует созданию наглядных моделей клеток и органов, что улучшает понимание биологических структур. Эти инновации развивают аналитическое мышление, исследовательские навыки и интерес к изучению биологии. В статье акцентируется внимание на интеграции технологий в образовательный процесс для повышения вовлеченности студентов и их познавательной активности.
Ключевые слова: современные технологии, лабораторные занятия, биология, микроскопы, виртуальная лаборатория, искусственный интеллект.
Современные образовательные процессы все больше ориентируются на интеграцию технологий в учебные программы, что особенно актуально для естественных наук, включая биологию. Лабораторные занятия по биологии являются важным элементом обучения, позволяющим учащимся не только осваивать теоретический материал, но и применять его на практике. Однако традиционные методы проведения лабораторных работ часто ограничены ресурсами и возможностями школьных лабораторий. Современные технологии открывают новые горизонты для повышения качества лабораторных занятий, делая их более доступными, интерактивными и эффективными.
Инновационная деятельность обучающихся тесно связана с эффективными методиками активного обучения в процессе биологического образования. Теоретические и методические основы эффективности активного обучения биологии исследовали российские ученые Н.М.Верзилин, В. М. Корсунская [1]. Методические проблемы отечественного воспитания и образования по биологии были исследованы К.А. Аймаганбетовой, Н.Тормановым, Ж.Б.Чилдебаевым [2-4].
Новые технологии играют ключевую роль в развитии биологии, способствуя повышению точности исследований, ускорению анализа данных и открытию новых горизонтов в изучении живых систем. Одним из наиболее значимых достижений является использование цифровых микроскопов, которые обеспечивают высокое разрешение изображений, позволяют проводить анализ микроструктур в режиме реального времени и делиться данными между исследователями. Такие микроскопы применяются для изучения клеточных процессов, обнаружения патогенов и анализа тканей. Еще одним важным направлением являются технологии секвенирования нового поколения (NGS), которые делают возможным быстрое и точное определение последовательностей ДНК и РНК. Эти методы помогают изучать генетическую предрасположенность к заболеваниям, находить мутации и разрабатывать персонализированную медицину.
Биоинформатика, как одна из новых дисциплин, играет важную роль в обработке больших объемов биологических данных, позволяя создавать модели и прогнозировать
Научный руководитель-Г. Д. АНАРБЕКОВА Алматы,Казахстан
поведение сложных биосистем. Лабораторные сенсоры и биосенсоры используются для мониторинга параметров среды, таких как концентрация СО2, рН, температура и влажность, что особенно полезно для изучения фотосинтеза и дыхания растений. Технологии CRISPR/Cas9, предоставляющие возможность редактировать гены с высокой точностью, открывают перспективы в лечении генетических заболеваний, создании устойчивых сельскохозяйственных культур и изучении функций генов.
В области экологии дроны и спутниковые технологии позволяют мониторить состояние экосистем, отслеживать миграцию животных и оценивать степень загрязнения окружающей среды. Оптические технологии, такие как лазерная сканирующая микроскопия, позволяют визуализировать процессы внутри живых клеток, например, движение органелл или взаимодействие белков. Биопринтеры открывают перспективы в создании тканевых структур и даже органов, что приближает нас к возможности трансплантации искусственно выращенных органов. Технологии анализа протеомов и метаболомов дают более глубокое понимание биохимических процессов, протекающих в клетках, и позволяют изучать реакции организма на внешние воздействия.
Нанотехнологии в биологии применяются для доставки лекарств, создания наночастиц для диагностики и лечения рака, а также разработки биосенсоров нового поколения. Эти достижения не только улучшают качество исследований, но и стимулируют междисциплинарное сотрудничество, объединяя биологов, инженеров, программистов и медиков. Таким образом, современные технологии трансформируют биологию, делая ее более эффективной, точной и инновационной, а также открывают новые перспективы в решении глобальных проблем, таких как здоровье, продовольственная безопасность и охрана окружающей среды.
Лабораторные занятия — это ключевой компонент курса биологии, направленный на развитие у учащихся критического мышления, аналитических навыков и способности решать научные задачи. В процессе лабораторной работы учащиеся учатся наблюдать природные процессы, ставить эксперименты, анализировать полученные данные и делать выводы. Однако традиционные лабораторные занятия не всегда могут полностью раскрыть потенциал учащихся из-за ограниченности оборудования или сложности в проведении экспериментов. Именно здесь современные технологии становятся мощным инструментом для улучшения качества учебного процесса.
Применение технологий в образовательной практике не только облегчает процесс обучения, но и делает его более интересным и интерактивным. Рассмотрим некоторые современные инструменты и технологии, которые могут повысить качество лабораторных занятий по биологии.
Цифровые лаборатории предоставляют возможность использовать высокоточные датчики и приборы для измерения различных параметров, таких как температура, уровень рН, концентрация кислорода и другие. Например, с помощью датчиков учащиеся могут более точно измерять результаты экспериментов, что улучшает качество их анализа. Это особенно полезно при проведении долгосрочных наблюдений за биологическими процессами, такими как фотосинтез или дыхание у растений и животных.
Цифровые устройства для измерения и анализа позволяют фиксировать данные в реальном времени и сохранять их для последующего анализа. Это упрощает процесс обработки результатов и позволяет учащимся сосредоточиться на их интерпретации. Применение таких технологий также помогает минимизировать ошибки, возникающие при использовании традиционного лабораторного оборудования.
Одной из основных проблем школьных лабораторий является ограниченный доступ к сложному оборудованию и невозможность проведения некоторых экспериментов по техническим или ресурсным причинам. Виртуальные лаборатории и симуляции могут решить эту проблему. С помощью специальных программ учащиеся могут проводить эксперименты, которые в реальных условиях были бы слишком опасными, дорогими или долгими.Например,
программы для симуляции генетических экспериментов или моделирования экологических процессов позволяют учащимся проводить исследования, требующие сложных условий или долгосрочных наблюдений. Кроме того, виртуальные лаборатории дают возможность учащимся тренировать свои навыки до реального проведения экспериментов, что снижает вероятность ошибок и улучшает качество их работы.
Технологии дополненной (AR) и виртуальной реальности (VR) предоставляют уникальные возможности для визуализации сложных биологических процессов. С помощью AR и VR учащиеся могут погружаться в виртуальные миры, где они могут взаимодействовать с клетками, органами, молекулами и другими биологическими объектами в трехмерном пространстве. Это значительно облегчает понимание таких сложных тем, как клеточная биология, анатомия, физиология или генетика.
Использование AR и VR позволяет проводить «путешествия» по клеткам, исследовать микроскопические организмы или наблюдать за тем, как функционируют органы в режиме реального времени. Такие технологии также могут быть полезны для моделирования процессов, которые трудно наблюдать в обычных лабораторных условиях, например, развитие эмбриона или процессы в клетках.
Современные онлайн-платформы предоставляют учащимся доступ к огромным объемам информации и ресурсам для проведения лабораторных работ. Например, платформы, такие как Labster, предлагают интерактивные курсы и виртуальные лаборатории, где учащиеся могут изучать различные биологические процессы и экспериментировать в цифровой среде. Эти платформы могут быть интегрированы в учебный процесс и использоваться как дополнение к реальным лабораторным работам.
Благодаря таким ресурсам учащиеся могут работать над проектами в любое время и в любом месте, что повышает доступность лабораторных занятий и позволяет глубже изучить изучаемые темы. Эти платформы также обеспечивают автоматизированную обратную связь, что помогает учащимся анализировать свои результаты и находить ошибки.
В настоящее время электронный WEB-учебник относится к числу мультимедийных учебников. Контроль за непрерывностью процесса обучения и полнотой изложенного в нем содержания, а также развитие у обучающихся способности к информационному поиску отражает основную цель обучения по электронному учебнику. Использование электронных учебников на любом уровне образования повышает познавательную активность обучающихся, способствует формированию мышления и творческой работе. Использование электронного учебника развивает научно - методический потенциал и преподавателя, облегчает его учебную деятельность в ходе занятий. Электронный учебник-это система применения дидактических методов и информационных технологий [5].
Искусственный интеллект (ИИ) и большие данные также начинают играть важную роль в биологических исследованиях и могут использоваться в лабораторных занятиях. Например, ИИ может помочь учащимся анализировать большие массивы данных, собранных в ходе экспериментов, и выявлять закономерности, которые сложно заметить человеку. Это может быть полезно в таких областях, как генетика, экология и молекулярная биология, где анализ больших данных является неотъемлемой частью исследования.
ИИ также может использоваться для создания персонализированных образовательных программ, адаптированных под уровень знаний и потребности каждого учащегося. Это помогает улучшить процесс обучения, сделать его более эффективным и соответствующим индивидуальным потребностям школьников.
Применение современных технологий в лабораторных занятиях по биологии имеет ряд преимуществ и недостатков. В своей работе хочу показать плюсы и минусы современных технологии (таблица 1).
Современный этап информационного образования характеризуется появлением сетевых компьютерных технологий или виртуальных образовательных пространств, обеспечивающих
комплексное использование технологий обучения в интерактивном режиме, которое породило виртуальное пространство знаний.
С расширением функциональной деятельности компьютера появилась возможность получать информацию и готовить учебные материалы, появился новый термин -мультимедийные технологии обучения [6].
Таблица-1.Плюсы и минусы современных технологий в лабораторных занятиях по биологии
Плюсы Минусы
1.Повышение точности исследований. Современные технологии позволяют получать более точные и воспроизводимые результаты. 1.Высокая стоимость. Оборудование (цифровые микроскопы, датчики, 3D-принтеры) дорогостоящее.
2. Доступность сложных экспериментов. Виртуальные лаборатории и моделирование позволяют проводить эксперименты, недоступные в обычных условиях. 2. Необходимость обучения. Для работы с новыми технологиями требуется обучение преподавателей и студентов.
3. Увеличение вовлеченности студентов. Интерактивные методы стимулируют интерес и познавательную активность. 3. Технические сбои. Возможны поломки оборудования или проблемы с программным обеспечением.
4. Развитие аналитических навыков. Работа с данными, их сбор и обработка помогают развивать критическое мышление. 4. Зависимость от электроэнергии. Современное оборудование не работает без стабильного источника энергии.
5. Экономия материалов. Виртуальные лаборатории и симуляции снижают потребление реактивов и расходных материалов. 5. Ограничение практических навыков. Работа с виртуальными моделями не заменяет опыта с реальными объектами.
б.Безопасность. Использование технологий снижает риск работы с токсичными веществами или опасным оборудованием. 6. Устаревание оборудования. Технологии быстро развиваются, и оборудование может терять актуальность.
Современные технологии значительно расширяют возможности для проведения лабораторных занятий по биологии, делая их более доступными, интерактивными и эффективными. Цифровые лаборатории, виртуальные симуляции, дополненная и виртуальная реальность, а также искусственный интеллект открывают новые горизонты для учащихся, помогая им глубже изучать биологические процессы и развивать свои познавательные навыки. Эти технологии не только повышают качество образования, но и мотивируют школьников к дальнейшему изучению науки, что является важным шагом на пути к подготовке будущих исследователей и ученых.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:
1. 2.
3.
4.
5.
6.
Верзилин Н.М., Корсунская В.М. Общая методика преподавания биологии. - М.: Просвещение, 1983. - 384 с.
Аймагамбетова ^.А. Бастауыш сыныптарда дYниетануды окытудыц гылыми-эдютемелш непздерг пед. гыл. док. ... дис.: 13.00.01; 13.00.02. - Алматы, 1998. - 322 б. Торманов Н., Абылайханова Н.Т. Биологияны окытудыц инновациялы; эдiстемелерi. -Алматы: ^азак университет^ 2013. - 259 б
Чилдибаев Ж.Б., Бакирова К.Ш. Жаратылыстану мамандыктары бойынша магистранттар мен докторанттар дайындаудыц eзектi мэселелерi //Жогары оку орындарына жаратылыстану гылымдары пэндерiн окытудыц iргелi багыттары: халыкарал. гыл. - практ. конф. матер. - Алматы, 2013. - Б. 141-144.
Уваров А.Ю. Электронный учебник: теория и практика. - М.: Изд-во УРАО, 1999. - 220с Венцковский Л.Э., Келбакиани В.М. Компьютеризация системы образования. Научно-аналитический обзор. -М., 2000. -80 с
