С.В. Шуршева
МКОУ Бергульская ОШ, с. Бергуль
В настоящее время большое внимание в образовательном процессе общеобразовательных учреждений уделяется гармоничному развитию личности обучающегося. Одна из составляющих этого процесса развития – приобщение детей к познанию, науке и исследованию. Работа над научно-исследовательскими проектами делает мышление учащихся раскрепощенным, свободным, творческим, а самого обучающегося ставит соучастником воспитательного процесса. С внедрением функциональной грамотности, возросла значимость таких научно-исследовательских занятий.
Бытует мнение, что заниматься наукой можно в специализированных, хорошо оборудованных классах. Но это совсем не так. Если есть желание, заниматься наукой можно в любом возрасте и в любом месте, имея минимум оборудования.
Хочу поделиться опытом своей работы в научном исследовании. Являясь учителем химии и биологии то ли по воле судьбы, то ли по призванию, активно продвигаю это направление в своей школе. Школа сельская, малокомплектная, но это нисколько нам не мешает и не останавливает. Кроме уроков химии и биологии веду основы проектной деятельности, курс внеурочной деятельности для младших школьников «Лесовичок» и ДО «Школа юного биолога» для детей более старшего возраста.
Внеклассная работа по предмету открывает большие возможности для исследовательской и проектной деятельности. Работа дополнительного образования позволяет углубленно изучать вопросы, выйти на практическое применение научных знаний. Первые исследования ученики начинают проводить с 5 класса. Например, на экскурсии предлагается сравнить деревья, растущие вблизи дорог и в глубине леса, сделать соответствующие выводы. В 7-8 классах исследовательские работы усложняются проведением опытов и оформлением отчетов по проведенным исследованиям. В более старших классах проводятся конференции по отдельным проблемам в области экологии, к которым каждый ученик готовится самостоятельно (прорабатывает литературу, проводит исследование, делает свои выводы), на конференции обобщается весь материал и подводятся итоги работы.
Исследовательские проекты можно считать высшей ступенью исследовательской деятельности учащихся. Овладев методом теоретических экспресс-исследований, приобретя навыки практической экспериментальной работы, учащиеся достаточно успешно справляются с экспериментальной частью проектов, выполняемой по специально подобранным методикам и с легкостью защищают итоговый проект в 9 классе. Ежегодно, результаты своих исследований, учащиеся представляют на районной ученической конференции, участвуют в региональных и всероссийских конкурсах.
В свое время нам посчастливилось поучаствовать в настоящем научном исследовании «Охотники за микробами». Мы занимались исследованием бактерий Азотобактер. Главными задачами перед нами стояли: собрать 5-6 проб почвы в уникальных местах нашего района; вырастить в лабораторных условиях эти бактерии и посмотреть, что они собой представляют. А уже потом сравнить их количественный состав в разных образцах и попробовать провести с ними опыты. Данные исследования имели большую практическую значимость. Так как все собранные образцы бактерий были отправлены в Новосибирский институт микробиологии для дальнейшего изучения и последующего использования в медицине и сельском хозяйстве. В проекте участвовала команда детей разного возраста, несмотря на это каждый нашел дело по своей силе: кто-то копал прямоугольные ямки метровой глубины, кто-то кропотливо раскладывал комочки земли по чашкам Петри, а кому-то пришлось защищать свою работу в Новосибирске на научно-практической конференции. Усилия были потрачены не зря, наша команда «Бактериофаги» стала победителем в номинации «Оригинальный подход».
Методика выращивания бактерий Azotobacter в лабораторных условиях проста, при желании, даже дома можно вырастить свой микромир. Для этого Вам потребуется горсть земли, немного лабораторной посуды, питательная среда и терпение.
На первом этапе работы мы сделали поверхностный почвенный разрез глубиной до 0,75 метра, присвоили разрезу номер, определили координаты GPS, указали как используется почвенный участок в данное время; сделали описание лицевой стенки почвенного разреза (цвет, структура, механический состав, включения, проверили на содержание карбонатов в почве и уровень pH). С каждого разреза взяли 3 пробы почвы.
Для посева колоний бактерий Azotobacter, нам понадобились: чашки Петри, соли для приготовления среды Эшби (K2SO4, K2HPO4, NaCl, MgSO4*7H2O, CaCO3), органические компоненты среды Эшби – агар и глюкоза, набор стерильных зубочисток и перчаток. Собранные нами образцы почвы были очищены от растительности, камней и мусора и с помощью зубочисток распределены по чашкам Петри на питательный раствор (40 комочков в каждую чашку).
Чашки Петри с растущими колониями хранили при комнатной температуре и влажной атмосфере. Через 3-4 дня появились первые колонии на некоторых образцах почвы, а на 6-8 день стала изменяться их окраска. За ростом колоний тщательно наблюдали, фотографировали и записывали все изменения.
Чтобы удостовериться в том, что у нас выросли бактерии Azotobacter, мы сделали микроскопическое исследование образцов. Для этого нам понадобились предметные стекла, пипетка Пастера, зубочистки, Фуксин Циля, тушь и микроскоп.
Для всех собранных образцов колоний были оформлены паспорта, а сами колонии бактерий в стерильных пробирках отправлены в Новосибирский институт микробиологии для дальнейшего изучения. Все результаты нашей работы мы оформили в виде постера и выступили на научно-практической конференции в г.Новосибирске.
Наиболее важной и первостепенной задачей для нас являлся выбор места для сбора проб грунта. Подбор места осуществлялся с помощью литературных данных и интернет источников. Мы узнали, что искать азотобактер в слишком удобренных почвах не стоит, так как эти бактерии не любят кислую почву. Нам стало известно, что азотобактер распространен в пресных водоемах, илах, сточных водах, сильно увлажненных почвах, на водных растениях в прудах и водохранилищах. Известно, что для активного развития азотобактера необходимы органические соединения и продукты распада растительных и животных клеток. Поэтому проанализировав эти данные, мы остановились на следующих местах:
Проба № 1. «Нефтяное месторождение». На территории нашего района находится крупное Верх-Тарское нефтяное месторождение, которое не может существовать без проливов нефти (а это мощный источник органических веществ). 1-ую пробу почв мы взяли вблизи этого месторождения и с территории завода. Мы предположили, что если действительно азотобактера в таких почвах много, то эти бактерии можно использовать как индикатор нефтяных загрязнений почвы.
В результате мы исследовали 3 образца, в которых было - много нефти, мало нефти и обычная земля вблизи месторождения. В итоге, во 2-м и 3-м образце – 100% комочков образовали колонии, а в 1-м образце образовался только гриб Мукор, это говорит о том, что Azotobacter не любит почву с переизбытком органических веществ. По ходу исследования сделали вывод – эти бактерии можно использовать как индикатор загрязнения нефтепродуктами.
Проба №2 «Термальный источник». В нашем районе есть уникальное место – йодно-бромный термальный источник им. Артема Карелина. Нам интересно было проверить – смогут ли в таких необычных условиях жить интересующие нас бактерии. Мы предположили, что йод и бром положительно влияют на образование бактерий. К сожалению, только 1 комок образовал колонию бактерий (2,5% обрастаний). Следовательно, эти условия не подходят для их существования.
Проба №3 «Таинственная радиация». В литературе мы нашли интересные данные, что радиоактивные элементы (радий, торий, уран) оказывают стимулирующий эффект на развитие азотобактера и процесс азотфиксации. Это натолкнуло нас на идею – взять 3-ью пробу в ручье Бергулек, протекающего в нашем селе. Ручей берет свое начало в болотах и впадает в реку Тара. Ручей сильно петляет и пересекает наше село в нескольких местах. С 1984 по 2005 год на месте мостов через Бергулек использовались ступени, которые отделялись при запуске ракет на Байконуре и активно скидывались в тайгу Новосибирской и Томской областей и Васюганское болото. В свое время были сделаны замеры радиации, после чего эти ступени заменили современными мостами, но возможно остаточное количество радиактивных веществ до сих пор сохранилось в почве. Интересно было бы это проверить. Для чистоты эксперимента мы взяли пробы также в другом ручье, где не было радиации. В результате все 100% образцов были заселены колониями. Вывод: либо радиация не влияет на развитие колоний, либо в нашем ручье нет радиации.
Проба №4 «Симбиоз бактерий». Есть данные, что азотобактер удачно соседствует с целлюлозоразрушающими бактериями. Эти организмы в результате жизнедеятельности создают условия, благоприятные для взаимного развития. На вырубках 5 - 8-летнего и старше возраста аэробные целлюлозоразрушающие бактерии содержатся в незначительных количествах, а в почве однолетних вырубок, наоборот, наблюдается интенсивный рост этих бактерий. Это способствует быстрому накоплению питательных веществ и, следовательно, создает благоприятные предпосылки для возобновления леса и улучшения роста молодого поколения. Проблема восстановления леса в нашем районе стоит очень остро, так как несколько лет назад был подписан контракт с Китайцами на вырубку леса. На сегодняшний день в районном центре ими построен лесоперерабатывающий завод, на территории бывшей деревни Украинка стоят печи, для производства древесного угля. Этот уголь они отправляют в Китай для утепления крыш домов. Подсчитано, что в сутки лесовалочная машина «портит» 1000 кубов леса. Мы взяли пробы почвы на этой территории и проверили полезное соседство бактерий. Результат нас удивил, максимальное обрастание – 27%. При микроскопировании колоний, целлюлозоперерабатывающих бактерий было обнаружено очень мало, возможно поэтому и азотобактера в почвенных образцах тоже оказалось мало, что действительно доказывает их взаимополезное сожительство.
Проба №5 «Покос» и проба №6 «Пастбище». Для того чтобы проверить наличие интересующих нас бактерий в естественных биогеоценозах, мы взяли пробы почвы на покосе, вокруг которого находится болотистая местность, и на пастбище (заброшенное поле). Колонии бактерий развивались сходным образом: росли очень медленно, имели одинаковый окрас и образовали 100% обрастание комочков. Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что интересующие нас бактерии можно встретить практически везде. Но при этом бактерии из естественных биоценозов развиваются медленнее, чем бактерии, взятые из мест, которых коснулась деятельность человека.
В ходе нашего исследования мы обнаружили совершенно разные колонии бактерий: Azotobacter chroococcum (образует колонии с бурым пигментом) был найден в образцах, прямо или косвенно связанных с деятельностью человека (Верх-Тарка, ручей, термо-источник) и Azotobacter agilis (бесцветные колонии) характерные для естественных биогеоценозов (покос, пастбище, вырубка).
Таким образом можно сделать вывод, что для развития бактерий рода Azotobacter необходима влажная почва, достаточное количество органических веществ, температура 25-300 С (при снижении температуры количество их в почве не уменьшается, благодаря образованию цист). Не следует искать эти бактерии в кислой почве, с большим содержанием органики, йода и брома.
Следующим шагом нашего исследования было проведение опытов с полученными бактериями.
1) мы обработали выращенными бактериями семена растений (4 вида) и поместили в чашки Петри для прорастания. Семена растений, обработанные культурой Azotobacter, проросли чуть быстрее необработанных семян. В современных магазинах можно встретить средство «Азотобактерин», которое используется для обработки семян и рассады как ускоритель их роста.
2) На среду Эшби в одну из чашек поместили колонию бактерий в виде кольца, внутрь которого был помещен гриб Мукор, в другую чашку - только Мукор. В итоге эксперимента колония бактерий замедлила рост Мукора, его споры селились только внутри кольца и не выходили за его пределы. В то время как в другой чашке споры Мукора заселили все возможное пространство. Этот опыт доказывает, что бактерии Azotobacter способны оказывать противогрибковый эффект, эта способность используется в сельском хозяйстве для лечения грибковых заболеваний растений.
В ходе этой научно-исследовательской работы, дети научились описывать почвенный срез земли, получили навыки исследовательской деятельности, опыт работы в команде.
Такие научные исследования занимают много времени, сил и требуют определенных вложений, но они того стоят, так как дети в ходе работы получают бесценный опыт, который не смогли бы получить в ходе обычных уроков. Одним словом, если смотреть на жизнь оптимистически и уметь находить неведомые тропинки к душам не только детей, но и их родителей, строить взаимоотношения всех участников образовательного процесса на основе сотрудничества, то можно сделать школьную жизнь интересной, увлекательной, полезной, а дни, проведенные в школе, незабываемыми и памятными на всю жизнь.