Сергеева М.Г.

Биологическому классу в СУНЦ в этом году исполнилось 5 лет. Уже было 6 наборов и 4 выпуска. Наши ребята поступают на Факультет биоинформатики и биоинженерии, Биологический факультет, Факультет фундаментальной медицины, Химический факультет, Факультет наук о материалах и другие факультеты МГУ. Можно подводить какие-то итоги и корректировать цели и задачи, решаемые коллективом преподавателей.

Почему в 2003 году был создан биологический класс

В СУНЦ довольно долго существовало химико-биологическое отделение и при этом только один химический класс. Отсутствие биологического класса объяснялось позицией руководства Биологического факультета, которое рассматривало любую работу со школьниками только как подготовку абитуриентов. Поскольку на Биологический факультет традиционно высокий конкурс, а в Москве и других городах существует много хороших школ с высоким уровнем преподавания классической биологии и экологии, то в таких условиях беспокоиться о создании ещё одной школы не было необходимости. Ситуация коренным образом изменилась в 2002-ом г., когда на базе Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского по инициативе ректора, академика В.А. Садовничего, был создан факультет биоинженерии и биоинформатики (ФББ). Создание такого факультета было необходимо для подготовки специалистов, владеющих не только биологией, химией и физикой, но также и математикой, способных решать задачи молекулярной биологии и доказательной медицины. К таким задачам относятся понимание механизмов возникновения системных заболеваний (рак, спид, хронические воспаления, аутоиммунные заболевания, психические заболевания), проблемы развития и старения организма, происхождения жизни на Земле, проблемы эволюции и устойчивого развития экологических сообществ.

Современные биология и молекулярная медицина организованы на базе информационных технологий и являются динамично развивающимися областями создания наукоемких производств.

Биологию называют наукой XXI-ого века потому что: 1) она решает глобальные проблемы здоровья и устойчивого развития ноосферы — ключевые проблемы всего человечества; 2) в конце ХХ-ого века произошла методологическая перестройка в этой науке; 3) появились новые подходы к взаимодействию ученых-биологов с промышленными компаниями и к изменению роли исследования в структурах соответствующих компаний — всё это динамично меняется и задаст тон в других областях современной науки. Положение биологии сейчас можно сравнить с положением физики в середине ХХ-ого века.

Действительно, одним из самых масштабных научных проектов конца XX века — как в плане финансовых затрат, так и количества вовлеченного научного персонала, — стал проект «Геном человека», который осуществлялся объединенными усилиями ученых многих стран в конкуренции с частной компанией «Селера джиномикс» Крейга Вентера в 1990-2000 гг. Его реализация, закончившаяся прочтением нукдеотидной последовательности генома человека, привела к революционным изменениям во всех областях биологической науки, медицины и биотехнологии. Проект «Геном человека» привел к созданию новой биологической парадигмы: системной биологии. Ог существования в виде набора узкоспециализированных дисциплин биология перешла к существованию в форме интегрированной, междисциплинарной науки. Концентрирование денежных и материальных ресурсов международного сообщества привело к тому, что в настоящее время именно биологические знания организованы в формах, предъявляемых к потокам информационного общества.

Возникли огромные массивы информации, для работы с которыми необходимо применять математические методы и обладать умением решать интеллектуальные (алгоритмические) задачи. При этом полностью сохраняется необходимость использования физических, химических и биологических знаний и умения работать с «образами», т. е. нечетко вьщеленными объектами и задачами, решение которых определяется выбранной траекторией решения. Всё большее значение приобретает не только информация, которой обладает исследователь, но и умение оперировать с этой информацией. Все эти революционные изменения в естествознании приводят к изменению акцентов требований к образованию, в том числе школьному.

Более того, основы знаний по современной биологии, медицине и психологии нужны каждому жителю XXI века, они должны входить в раздел технических компетенций, наравне с умением пользоваться компьютером. Отсутствие таких знаний у человека приведёт к тому, что им будет легко манипулировать. Это также благоприятная почва для развития различных сект и мракобесия.

К сожалению, школа не готовит выпускников, способных легко овладевать современными специальностями, к которым относится биоинженерия и биоинформатика. Это связано в какой-то степени с существующей системой специализации в старших классах на потоки — физико-математический (ученики не знают химию и биологию) или химико-биологический (ученики не знают математику и физику). Сами программы по биологии построены в далекие времена описательной биологии и классической химии. Вследствие этого, огромная область биохимии и молекулярной биологии осталась за рамками традиционного изложения основ химии и биологии в средней школе. В лучшем случае, уроки химии дают представление о химической структуре основных биополимеров (белка, Сахаров, иногда нуклеиновых кислот), а уроки биологии — о центральной догме молекулярной биологии, сформулированной около полувека назад. Результатом подобного образования является практически полное отсутствие у выпускников средних школ понимания возможностей и ограничений современной биологии и медицины. Это непонимание сохраняется и в дальнейшем, что приводит в настоящее время к отторжению ряда достижений науки (геномодифицированные организмы, клонирование и т.д.), а также расцвету различных форм лженауки.

Стало понятно, что при той скорости развития, которая характерна для современной биологии, разрыв между потребностями в компетенции людских ресурсов для наукоемких производств в области биоинженерии и доказательной медицины и теми компетенциями, которые задаются существующими направлениями профилизации школ и программами по биологии будет увеличиваться. Нет ни подготовки элитарных кадров для высокотехнологичных производств, ни базовой подготовки по основным биологическим знаниям, необходимым для устойчивого развития общества.

Для решения указанных выше проблем на факультете биоинженерии и биоинформатики, с первых дней его основания, начата активная работа со школьниками старших классов. Декан факультета академик В.П. Скулачев инициировал создание специального биологического класса в СУНЦ МГУ им. Колмогорова в 2003-ем г. Куратором класса была назначена д.х.н. М.Г. Сергеева, которая в это время совместно с методическим центром Дома научно-технического творчества молодежи участвовала в разработке технологии учебно- исследовательского обучения.

Таким образом, можно отметить некоторое сходство между ситуацией, в которой была А.Н. Колмогоровым создана физико- математическая школа 45 лет назад и ситуацией, в которой был создан

биологический класс. Задачи, стоящие перед преподавателями биологического класса — разработка пакета программ преподавания биологии для старших классов, обучающихся по профилю  «биоинженерия»; создание образовательного модуля с использованием технологии  учебно-исследовательской деятельности.

Разработка пакета программ преподавания в биологическом классе

Для формирования программы по биологии был создан Met одический совет, в который вошли опытные преподаватели бмоиогии к.б.н. О.Д. Калачихина (лицей №1553), к.б.н. С.М. Глаголев (лицей №1543), к.б.н. В.А. Фурапев, д.х.н. М.Г. Сергеева. С самого начала было решено, что преподавание должно базироваться на технологии учебно-исследовательского обучения, поскольку именно учебно-исследовательская деятельность направлена на развитие аналитических и творческих способностей человека. Формирование исследовательского мышления и освоение методов научного исследования необходимо для эффективной работы с потоками информации.

Следует отметить, что уже существовал опыт практических наработок преподавания различных дисциплин в системе основного и дополнительного образования с использованием технологии учебно- исследовательского обучения (лицеи г. Москвы 1553, 1543, ДНТТМ). Отсутствовала система использования данной технологии в преподавании (как урочном, так и внеурочном) основных предметов общеобразовательной школы. Для компенсации указанного разрыва между теорией (программы по образованию) и практикой (потребности биоинженерии) кафедра биологии СУНЦ разрабатывает пакеты программ основного и дополнительного образования для специализированных школ и школ с сокращенным объемом преподавания биологии.

На мой взгляд, развитие технологии учебно-исследовательского обучения, также как и вообще поисков образовательных технологий информационного типа цивилизации ограничивается тем, что из бюрократического государственного аппарата в ходе революции 90-х годов произошел отток профессиональных кадров в область бизнеса и в настоящее время не видно направленных усилий государства на восстановление компетентности госслужащих. Однако оптимизм внушает деятельность учителей-подвижников как в Москве, так и в регионах. На И-ой и Ш-ей Общероссийских научно-практических конференциях «Исследовательская деятельность учащихся в современном образовательном пространстве», которые проходили в Москве в 2006 и 2008 гг. усилиями преподавателей биологического класса СУНЦ и лицея №1553 была организована специальная секция по преподаванию биологии и химии в школе, где обсуждали предложенный нами пакет программ по биологии.

Преподавание биологии в биологическом классе

По сравнению с программами обычных школ в биологическом классе увеличены часы, отведенные на математику (на 1 час в неделю), физику (на 1 час в неделю), химию (на 2-5 часов в неделю в зависимости от семестра) и биологию (на 1-5 часов в неделю в зависимости от семестра). Программа двухгодичного потока рассчитана на учащихся 10-11-ого классов, которые в качестве вступительных экзаменов в СУНЦ сдают математику и химию. Последние два года, благодаря существованию летних школ как дополнительного отборочного тура, проводится также тестирование по биологии и собеседование по данному предмету. Программа по биологии рассчитана таким образом, что обучение проводится по всей программе, т.е. не зависит от уровня подготовки школьников в школе Н-ой ступени. Собеседование и тестирование при приеме направлено на выявление мотивированных учеников, способных к формированию системного мышления. Методическую помощь оказывает Московское региональное отделение Российского психологического общества.

При углубленном освоении предмета биологии очень часто возникает только «информированность» вместо подлинного осмысления материала и формирования умения продвигаться далее самостоятельно в поле информации. Создание программных «пакетов» является, на наш взгляд, важным для обучения предмету и формирования соответствующего мышления. Завершение данной работы планируется в 2009 году.

В настоящее время учебный план по биологии биокласса СУНЦ включает в 10-ом классе полугодовой курс клеточной биологии (2 ч/нед) и полугодовой курс генетики (2 ч/нед) ведется к.б.н. С.М. Глаголевым, автором многочисленных учебников и методических разработок. Этот курс соответствует школьным образовательным стандартам для специализированных биологических классов.

В 10-ом классе проводится годичный практикум по биологии (2 ч/нед), который позволяет сравнительно изучить ботанику, зоологию и физиологию, а также получить те навыки практической работы, которые входят в программы для специализированных школ. Идея программы практикума принадлежит к.б.н. О.Д. Калачихиной, которая в 2003 и 2004-ом годах его и проводила. Только такой опытный преподаватель, как она, могла вести практикум при полном отсутствии материальной базы. Что-то выделил факультет, что-то она покупала на свои деньги, что-то «отсыпали» из исследовательской лаборатории М.Г. Сергеевой. В настоящее время ведут занятия выпускники Биофака

МГУ А.Г. Тертицкая, к.б.н. B.C. Попов. Они расширили практикум и добавили к нему выездную практику. Полевая практика — неотъемлемый элемент обучения биологии. И дело не в том, что надо изучать «птичек и цветочки». Важно формирование системного мышления и целостного восприятия мира. Ученые в области естественных наук имеют дело с фактами, которые получают в трудной экспериментальной работе, иногда на это уходят месяца и годы. Но всегда необходимо понимание места факта в системе. По экспериментальным методам современная биология являет собой пример крайнего редукционизма По изучаемым проблемам современная биология — пример холизма. Сложность в том, что мировоззрение современного биолога должно легко передвигаться из одной крайности в другую с четким осознанием своих текущих координат.

Первые полгода в 10-ом классе читается курс «методология научного исследования» (д.х.н. М.Г. Сергеева). Цель курса — на предметном материале истории развития науки научить учащихся основам риторики, логики, основным навыкам научного исследования, а также ознакомить учащихся с работами и нравственной позицией выдающихся ученых России.

Специальный курс по молекулярной биологии разбит на две части. Во втором полугодии 10-ого класса к.б.н. В.А. Фуралев читает «Основы молекулярной биологии» (2 ч/нед), а в первом полугодии 11- ого класса он читает «Основы биохимии».

Уроки ведутся по 2 академических часа в виде лекции или семинара. В случае лекционного курса через 3 лекции обычно проводят коллоквиум по усвоенному материалу, в случае семинаров используются тесты и контрольные работы.

Кроме того, что приемы учебно-исследовательского обучения используются во время уроков, учащиеся выполняют курсовую работу по химии и курсовую работу по методологии научного исследования. Курсовая по химии состоит из теоретической и практической частей, основной упор делается на способность учащегося самостоятельно найти методику, теоретически обосновать её применение и выполнить экспериментально в рамках практикума по химии. Курсовая по методологии научного исследования обычно включает сравнение 2-3 событий истории науки и общества (например, «Сравнение 3-х реформ образования в России», «Различие взглядов Дарвина и Кропоткина на эволюционные процессы»). Основной упор делается на сведение «текстовых» данных в таблицы и их последовательный анализ.

В 11-ом классе ведется годовой курс «Планетарная биология» (2 ч/нед, С.Е. Алёшин). В рамках курса изучаются современные теории происхождения Земли и зарождения жизни на ней, эволюции живого и устойчивого развития ноосферы. Некоторая «разгруженность» учащихся в 11-ом классе связана с подготовкой к вступительным экзаменам в университет. Возможно, в будущем, когда устоится система сдачи экзаменов через ЕГЭ, такое распределение часов будет изменено.

Для одногодичного потока физико-математических классов и двухгодичного химического класса сокращенный вариант программы курса «Планетарная биология» разрабатывает Э.А. Галоян. Преподают биологию в остальных физико-математических классах (1 час в неделю) высококвалифицированные преподаватели — Л.П. Смирнова и д.б.н. П.П. Нокс. Они работают в школе уже более 10-ти лет.

Кроме основной программы учащимся в разные годы предлагался ряд спецкурсов в рамках дополнительного образования: спецкурс по геномике (О.В. Колясников); спецкурс по биоинформатике (H.J3. Толмачева, А.Е. Ивлиев); спецкурс «Актуальная биология» (B.C. Попов, А.Г. Тертицкая).

Хочется отметить спецкурс по биоинформатике, который на добровольной основе был проведен студентами факультета Биоинженерии и биоинформатики Н.В. Толмачевой и А.Е. Ивлиевым. В рамках спецкурса рассказывались основные принципы организации биоинформатики, современные направления исследований в этой науке, базы данных, были включены сведения по использованию метода масс- спектрометрии в развитии технологии «омик», сведения по использованию подходов биоинформатики для создания лекарственных средств в постгеномную эру. Разработанные в рамках курса приемы по изучению компьютерных программ биоинформатики, задачи для них легли в основу маетер-классов, проводимых в настоящее время на Факультете биоинженерии и биоинформатики в рамках Фестивалей науки в МГУ. Готовится к выпуску пособие по биоинформатике (авторы А.Е. Ивлиев, Н.В. Попова (Толмачева), Д.В. Чистяков, М.Г. Сергеева), предназначенное для учителей средней и старшей школы.

В настоящее время разрабатываются практикум по молекулярной биологии (М.Г. Сергеева, С.Е. Алешин, В.А. Фуралсв, О.В. Колясников). Одна из задач практикума — иммуноферментный анализ (ИФА). Идея использования для практикума ИФА принадлежит О.В. Колясникову. В 2006-ом году в СУНЦ был проект, финансируемый фондом «Вольное дело», на деньги которого было закуплено необходимое для данной задачи оборудование. Преподаватели разработали задачи и различные варианты сс проведения. Все эти варианты были опробованы на учащихся СУНЦ, участников летней школы фонда (проходила в СУНЦ в 2006 году), учащихся лицея №1553. В 2008-ом году по просьбе журнала «Исследовательская работа школьников» материал был обобщен и пособие по данному практикуму готовится (авторы С.Е. Алешин, В.А. Фуралев, М.Г. Сергеева). В 2007- ом году начата также работа над другой задачей практикума — проведение ПЦР — ключевого метода медицинских диагностикумов. В связи с отсутствием грантов на закупку оборудования работу начали с другого конца: в рамках работы школьников в исследовательской лаборатории пытаемся оценить «границы возможного» — сделать задачу занимательной, а материал — доступным для усвоения десятиклассниками.

Новое развитие получили наши работы с 2006-ого года, когда была проведена первая летняя школа в СУНЦ. Первая она, конечно, была только для нас. Мы много слышали о летних школах прошлого. Школа была организована фондом «Вольное дело» и прямого отношения к набору детей в СУНЦ не имела. Однако для нас она имела важное значение. Были привлечены студенты и аспиранты факультета биоинженерии и биоинформатики, которые проводили занятия с детьми и выступали с лекциями. Разработали анкеты по оценке эффективности преподавания, сформировали модули по нескольким направлениям. Основной упор при разработке модулей делали на их согласованность между собой, чтобы в совокупности они составляли «пакет», освоение которого выполняет определенную образовательную функцию. Значительный вклад в формирование программ внесли к.б.н. B.C. Попов, к.б.н. В.А. Фуралев, С.Е. Алешин, д.х.н. М.Г. Сергеева, к.б.н. А.С. Саввичев. Интересно, что студенты и аспиранты так прониклись идеей «просвещения масс», что в 2008-ом году организовали дистанционный проект «Школа 5+» (www.edu5.ru) как сетевой проект Общероссийского общественного движения творческих педагогов «Исследователь». Для преподавателей же биокласса летние школы приобрели более весомое значение, поскольку с 2007-ого года это уже набор в биологический класс. В то же время, не хватает какой- то формы организации, при которой можно привлекать выпускников школы — учащихся МГУ для чтения лекций и проведения дополнительных занятий. Над этим мы сейчас работаем.

Таким образом, мы находимся в самом начале пути. Хочется надеяться, что энтузиазм молодежи и опытность наставников, участвующих в разработке программ, а также насущная потребность в подготовке кадров для занятия современной наукой и развитием технологий — всё это позволит нам создать требуемый «пакет» программ преподавания современной биологии на основе технологии учебно-исследовательской деятельности, эффективно обучать старшеклассников, вести просветительскую и учебно-методическую работу с другими школами.

Исследовательская работа и летние экспедиции

Летние учебно-исследовательские экспедиции являются составной частью образовательного модуля в специализированном биологическом классе. Мы отправляемся в путешествия в рамках комплексных исследовательских экспедиций, проводимых Московским департаментом образования и Московским городским Дворцом детского (юношеского) творчества. Проведены экспедиции: «Байкал 2005», «Карелия 2006», «Южный Урал 2007», «Алтай 2008». Участие детей в экспедиции частично финансируется Клубом выпускников, за что им большое спасибо.

В экспедиции мы обычно путешествуем. Были пешие передвижения на полуострове Святой мыс на озере Байкал, на катамаранах и байдарках сплавлялись по рекам Муезерка и Чирко-Кемь в Карелии, на катамаранах по р. «Белая на Южном Урале, пеший маршрут по горному плоскогорью Укок на Алтае. Первые дни обычно тяжело. Приходится осваивать всё сразу: и навыки разведения костра, владения топором, и обучаться определению растений, описанию биотопов, а также собирать катамараны и учиться ими управлять. Одна из целей такого путешествия — создание команды, овладение навыками выполнения достаточно тяжелой работы в коллективе. Умение проводить совместную работу — потребность развития технологического общества.

И всё-таки, экспедиция — это не поход. Самое главное — это выполнение исследовательской работы, сбор экспериментального материала. Например, в экспедиции на Алтай мы выполняли работу по изучению насекомых горных районов по заказу ученых Биологического факультета. Дети забрались так далеко, куда научные экспедиции взрослых попадают крайне редко. Обычно же исследования носят учебный характер. В Москве материалы обрабатываются и представляются на конкурсах исследовательских работ: Колмогоровские чтения, Чтения им. В.И. Вернадского и другие.

Кроме полевых исследований школьниками биокласса ведутся также исследования в области биоинформатики. Активную работу по руководству такими работами ведет О.А. Колясников. К настоящему времени около 10 работ по биоинформатике и более 10 работ по полевой биологии были представлены на различных конкурсах и даже на студенческих и «взрослых» конференциях, в международном научном журнале была опубликована одна из работ. Если сосчитать, что всего обучалось в биологическом классе за 6 лет менее 60-ти человек, то видно, какой высокий процент составляет исследовательская деятельность и работа над индивидуальными проектами в биологическом классе.

Итак, нам исполнилось 5 лет. Это и много, и мало. Уже и ошибки были, и достижений много. Хочется верить, что ошибки учтены и исправлены, а успехи будут закреплены и развиты. Поздравляю с юбилеем всех преподавателей биологии, а также всех преподавателей и администрацию СУНЦ.