A A A

Praktilised tööd gümnaasiumi bioloogias

2010
Margus Pedaste, Tartu Ülikool
Tago Sarapuu, Tartu Ülikool

 

Uutes põhikooli ja gümnaasiumi riiklikes õppekavades on kõigi loodusainete õppesisus rõhutatult eraldi välja toodud praktilised tööd ja IKT rakendamise võimalused. Käesolevas artiklis püütakse anda ülevaade gümnaasiumi bioloogia ainekavas soovitatud praktilistest töödest. Keskendutakse sellele, milleks on need vajalikud ning kuidas need toetavad õppesisu omandamist ja õpitulemuste saavutamist. Praktiliste töödega saab arendada ka probleemide lahendamist ja uurimuslikke oskusi ning seetõttu on soovitatav lisaks sellele artiklile tutvuda põhjalikumalt probleemide lahendamise ja uurimusliku õppe artiklitega (Pedaste ja Mäeots „Uurimuslik õpe loodusainetes”, Pedaste ja Sarapuu „Uurimuslike oskuste kujundamine ja hindamine”).

Gümnaasiumi bioloogias on eristatud neli kohustuslikku kursust. Esimeses käsitletakse bioloogia uurimisvaldkonda ning rakkude ehitust, talitlust ja mitmekesisust. Teine kursus keskendub organismide erinevatele protsessidele: aine- ja energiavahetus, areng ja regulatsioon. Kolmanda kursuse fookus on suunatud molekulaarbioloogilistele põhiprotsessidele ja geneetikale ning nendega seonduvalt käsitletakse ka viiruseid ja baktereid. Neljas kursus on bioevolutsiooni, ökoloogia ja keskkonnakaitse valdkonnast. Lähtuvalt nelja kursuse teemadest selgitatakse siinkohal ka gümnaasiumi bioloogia praktiliste tööde läbiviimist.

Bioloogia uurimisvaldkond

Gümnaasiumibioloogia esimese teema käsitlemisel toetavad praktilised tööd eesmärki õppida rakendama loodusteaduslikku meetodit – bioloogiaalaseid probleeme lahendades kavandama ja läbi viima uuringuid ning analüüsima ja esitama nende tulemusi. Kuivõrd põhikoolis peaks olema omandatud uurimuslikud põhioskused, siis tuleks siinkohal pöörata tähelepanu eelkõige integratiivsete oskuste arendamisele: taustinfo kriitilisele hindamisele, hüpoteeside sõnastamisele, arvandmete tabelite korrastamisele ning üldistuste tegemisele, nende usaldusväärsuse hindamisele ja üldistuste rakendamisele prognoosimisel, samuti uuringu muutmisvajaduse analüüsile ja põhjendamisele.

Kuna ainekavas soovitatud väikesemahuline uurimuslik töö on mõeldud eelkõige loodusteadusliku meetodi meenutamiseks, võib selleks olla uuring süsihappegaasi mõjust fotosünteesi intensiivsusele, toitainete või temperatuuri mõjust pärmseente kasvule või füüsilise koormuse mõjust inimese pulsile ja hingamissagedusele. Seejuures pole ka suuremat probleemi, kui mõni loetletud praktilistest töödest on põhikoolis juba sooritatud – siis võib paluda õpilastel töö ise planeerida ning pöörata tähelepanu uurimuslike oskuste edasisele arengule. Kõigi nende töödega on soovitatav siduda igapäevaeluline probleem, mille lahendamiseks tuleb koguda taustinfot ja seda kriitiliselt analüüsida. Näiteks võib praktilise töö temperatuuri mõjust pärmseente kasvule siduda probleemiga kodusel saiaküpsetamisel. Probleemist tulenevalt tuleb õpilastel otsida lisainfot pärmseente kasvuks optimaalsete keskkonnatingimuste kohta: selgitada välja, millist kasvukeskkonda nad eelistavad, milline on nende elutegevuseks optimaalne temperatuur ning sellest tulenevalt püstitada hüpoteesid ja kavandada katse. Uuringust järelduste tegemisel tuleb gümnaasiumis erinevalt põhikoolist sõnastada ka üldistused. Seejuures on vaja hinnata, kui ulatuslikku ja usaldusväärset üldistust on võimalik teha, lähtudes katse metoodikast. Meie näites võib ilmneda, et tuginedes taustinfole, kehtib tehtav järeldus ainult konkreetse pärmseene (pagaripärmi) korral ning ei pruugi laieneda teistele seentele. Kui üldistatavuse analüüsil ilmneb, et üldistuse tegemine eeldab katsemetoodika muutmist, siis tuleb ka seda põhjendada ja aja olemasolul teha võrdluseks läbi uus katse. Selline lähenemine võimaldab mõista, miks on probleemide lahendamiseks vajalik teaduslik meetod.

Organismide keemiline koostis

Organismide keemilise koostise uurimiseks on gümnaasiumi bioloogia ainekavas soovitatud kaks praktilist tööd: uurimuslik töö temperatuuri mõjust ensüümreaktsioonile ning töö DNA eraldamiseks ja selle omadustega tutvumiseks. Need võimaldavad paremini mõista kahe keerukama ehitusega biomolekuli – valkude ja nukleiinhapete – ehitust ja ülesandeid organismis.

Uurimuslik töö temperatuuri mõjust ensüümreaktsioonile peab kujundama arusaamist, et ensüümid tagavad keeruliste keemiliste protsesside toimumise organismis juba suhteliselt madalal temperatuuril. Vastavaks eksperimendiks tuleb panna võrdsed kogused pagaripärmi suspensiooni katseklaasidesse, kus on erineva temperatuuriga vesinikperoksiidi lahus. Pärmseente kasvust peab ilmnema, et neil seentel on kasvuks oma optimaalne temperatuur ning liiga madal ja ka liiga kõrge temperatuur pärsivad ensüümreaktsiooni. Õpet diferentseerides on võimalik katses muuta ensüümi ja pärmirakkude kogust ning mõjutada protsessi inhibiitoritega. Kindlasti tuleb eksperiment teha konkreetse probleemi lahendamiseks. Selleks võib olla ka seente teemast väljapoole jääv igapäevane probleem. Näiteks küsimus, miks on kõrge palavik või alajahtumine inimesele ohtlikud. Selline situatiivne lähenemine võimaldab õppida tegema üldistusi – katseobjektina pärmseeni kasutades saab üldistuse abil lahendada inimorganismiga seotud probleeme. Üldistatavuse määra selgitamiseks on vaja leida sobivat taustinfot ja seda kriitiliselt analüüsida.

Töö DNA eraldamiseks võimaldab õpilastel mõista selle biopolümeeri omadusi. Lisaks sellele on vastavas töös oluline lihtsamate molekulaarbioloogiliste laboratoorsete meetoditega tutvumine. DNA eraldamiseks võib näiteks kasutada sibula-, kiivi- või banaanirakke. Töö ingliskeelne juhend on esitatud EK 6. raamprogrammi Volvox veebilehel (http://www.eurovolvox.org/Protocols/PDFs/DNAnecklace02_UK_eng.pdf), kus on kirjeldatud inimese DNA eraldamine. Peagi koostatakse ka vastav eestikeelne juhend.

Rakkude ehitus, talitlus ja mitmekesisus

Gümnaasiumis keskendutakse rakubioloogia käsitlemisel loomarakule ning taime-, seene- ja bakterirakke vaadeldakse eelkõige võrdlevalt loomarakuga. Kudesid uuritakse peamiselt rakkude mitmekesisuse tundmaõppimiseks. Kõigi rakubioloogiliste praktiliste töödega tuleb arendada õpilaste arusaamist rakkudes toimuvatest protsessidest ja raku kui terviku talitlusest.

Loomsete kudede ja loomaraku osiste vaatlemine on soovitatav esmalt püsipreparaatide abil, sest need võimaldavad suurema tõenäosusega avastada seoseid kudede ehituse ja talitluse vahel ning leida rakustruktuure, mille nägemine ajutiste märgpreparaatide korral on keeruline preparaadi ebaõnnestumise, ebasobiva värvimise, kuumutamise või muu metoodilise võtte tõttu. Gümnaasiumis ei ole erinevalt põhikoolist peamiseks eesmärgiks mikropreparaatide valmistamise ja mikroskoobi käsitsemise oskuste omandamine, vaid vaadeldava ja õpitava ainealase teooria vahel seoste loomine. Seega võiks märgpreparaatide valmistamine tulla kõne alla õppe diferentseerimisel lisaülesandena, kui muud eesmärgid on täidetud.

Lähtudes ainesisust tuleks loomarakkude mikropreparaatidel leida eelkõige mitokondrid, rakutuum ja kromosoomid. Õpilaste tähelepanu saab juhtida sellele, et rakutuuma nägemisel ei ole üldjuhul näha kromosoome – need ilmuvad nähtavale raku jagunemise ajal, kuid siis on tuumamembraanid lagundatud. Kromosoome vaadeldes saab selgitada, et need on preparaatidel erineva paigutusega. See näitab, et rakuosised ei ole staatiliselt oma kohtadel, vaid liiguvad erinevates protsessides. Saadud teadmine toetab hiljem mitoosi ja meioosi faaside käsitlemist.

Taimerakkude vaatlemisel tuleks leida rakuosised, mis loomarakkudel puuduvad, ja seejärel teooriale tuginedes selgitada, miks taimedele on need osised erinevalt loomadest vajalikud ja kuidas loomad saavad nendeta elada. Seega tuleks taimerakkude uurimisel leida rakukest, plastiidid ja vakuoolide asukohad. Taimelehe mikroskopeerimisel võib eesmärgiks olla kloroplastide vaatlemine, viljade korral kromoplastide leidmine ja tärkliserikaste seemnete või kartulimugulate puhul leukoplastide leidmine. Plastiidide hulga võib seostada taimede ülesannetega – lehtedel on valgusele avatud osades kloroplaste rohkem kui mujal, kuid varuainete säilitamiseks vajalikke leukoplaste on kogu viljatera või kartulimugula ulatuses ligilähedasel määral.

Seenerakkude võrdlemisel looma- ja taimerakkudega peaks silma torkama nende spetsiifiline torujas ehitus. Gümnaasiumitasemel tuleks see kindlasti seostada faktiga, et seenerakkudes on enamasti mitu tuuma. Nähes rakkude pikkust ja mõistes tuuma rolli raku eluprotsesside tagamisel, on ka arusaadav, miks on seente hulgas levinud hulktuumsed rakud. Seenerakkude mitmekesisuse uurimisel on soovitatav pöörata tähelepanu erinevate hõimkondade esindajatele: ikkesseentele, kottseentele ja kandseentele. Ikkesseentel on torujate rakkude vahelt vaheseinad kadunud, kuid teistel on need olemas. Samuti tuleks analüüsida, kuidas on omavahel seotud seene makroskoopiline ja mikroskoopiline ehitus. Kui kohevate hallituste ja pehmekoeliste lehikseente vaatlemisel võib mikroskoobis näha suhteliselt sarnast pilti, siis puitunud viljakehaga torikseentel on sageli paksu kestaga tumedalt värvunud rakud. Viimaste vaatlemine toetab ühtlasi arusaama kujunemist sellest, et seened paiknevad süstemaatiliselt eraldi loomadest, kelle rakkudel ei ole kunagi kesta.

Bakterirakkude mikropreparaatide vaatlemisel ei ole üldjuhul nähtavad erinevad rakuosised ja nii on vastavad preparaadid eelkõige rakkude mitmekesisuse tundmaõppimiseks. Seejuures võiks vaadelda erinevaid kerakujulisi, pulgakujulisi ja niitjaid baktereid. Seda õnnestub enamasti lihtsalt suuõõne mikrofloorat või sinikuid uurides, kuid soovi korral on võimalik eeltööd tehes tutvuda ka piimhappebakterite ja äädikhappebakteritega. Viimaste vaatlemine seostub ühtlasi ka hiljem käsitletava käärimisprotsessiga. Baktereid värvides ja seejuures preparaate kuumutades saab tuua seoseid bakterite kaitsevõimega – tugev kest ei lase värvainel tungida bakterirakku ning raku kaitsevõimet on võimalik ületada temperatuuri tõstes. Erinevate mikroskoopiatööde tegemiseks saab detailsemaid juhiseid ja soovitusi U. Kokassaare kogumikust „Laboratoorsed tööd koolibioloogias” (Kokassaar 2002). Selles raamatus esitatakse väga täpsed praktilise töö juhendid, mis aga kahjuks ei pea silmas probleemide lahendamist ja uurimuslikku õpet. Seega on sealt valitud tööde tegemisel vaja õpetajal koostada tööleht, mis võimaldab praktilise töö siduda probleemilahendamise ja uurimuslike oskuste arendamisega.

Membraantranspordi uurimine detailsel tasemel on koolis võimalik vaid arvutipõhiste mudelite abil. Selleks on vastav töö õpikeskkonnas „Rakumaailm” (Sarapuu 2007 http://bio.edu.ee/mudelid/, Sarapuu 2007). Erandiks on taimerakkude kasutamine mudelobjektina, et selgitada teatud keskkonnategurite mõju rakumembraani talitlusele, täpsemalt vee kui lahusti transpordile osmoosi korral. Rakumembraan on seejuures poolläbilaskev vahesein, mis laseb läbi väikesemõõtmelisi veemolekule, kuid mitte suuri molekule. Nii mõjutab rakkude keskkonnaks olev lahus neid sõltuvalt sellest, milline on raku tsütoplasma koostis. Kui väljaspool rakke on lahustunud aine (soola) kontsentratsioon väiksem, siis liigub lahusti rakkudesse, et tasakaalustada kontsentratsiooni ning tagada rakkude eluks vajalik pingeseisund – turgor. Kui aga rakke ümbritsevas keskkonnas peaks lahustunud soola kontsentratsioon muutuma suuremaks kui rakus, siis hakkab vesi rakust välja liikuma ning rakk tõmbub kokku. Kui rakku ümbritseb tugev kest, siis võib märgata tsütoplasma kokkutõmbumist. Kirjeldatud nähtused on vaadeldavad mikroskopeerides võrdlevalt näiteks tähtsambla või Kanada vesikatku lehti, mida hoitakse kraanivees, destilleeritud vees ja soolvees. Seostades vaadeldavat ja analüüsitavat taustinfot on võimalik selgitada ka inimese poolt liigse soola tarbimisega kaasnevaid ohtusid.

Rakkude mitmekesisusega seonduvalt on bioloogia ainekavas soovitatud ka töö seente või bakterite kasvu mõjutavate tegurite uurimiseks praktilise töö või arvutimudeliga. Need tööd on aga üldiselt käsitletavad pigem organismi või populatsiooni tasandi töödena kui rakubioloogia töödena. Siiski, sel tasandil uuritu põhjal on võimalik teha üldistusi ka raku protsessuaalsete seaduspärasuste kohta. Uurimuslik töö pärmseente, hallitusseente või bakterite kasvu mõjutavate tegurite leidmiseks sobib väga hästi probleemide sõnastamise ja katsete planeerimise oskuse, sh ka katsete usaldusväärsuse tõstmise oskuse arendamiseks. Nimelt on siinkohal õpilastel suhteliselt suur vabadus muuta mõjutegureid, millega mõjutatakse kasvama pandud organisme, ja teha korduskatseid. Vastavate eksperimentide suhteliselt pikk ajaskaala võimaldab erilist tähelepanu pöörata ka regulatiivsetele uurimuslikele oskustele. Nii saab siinkohal oluliseks katse tegevuste ja ajaplaani kavandamine, jälgimine ja hindamine ning regulaarne märkmete tegemine. Korduskatsete tegemisel peaksid õpilased avastama, kui palju sõltuvad tulemused teguritest, mida ei osatud arvestada. Samuti võib nii ilmneda, et osa järeldusi saab teha ainult keskmiste põhjal ja need jääksid avastamata üksikute katsete puhul. Läbiviidud eksperimentide tulemusena peavad õpilased mõistma, kuidas on keskkonnategureid muutes võimalik soodustada või pärssida organismide eluprotsesse. Seostades siinkohal tehtud järeldused ensüümide rolliga, on võimalik veelkord näidata, miks on need valgud looduses olulised.

Organismide energiavajadus, areng ja talitluste regulatsioon

Gümnaasiumi bioloogia teises kursuses õpitava toetamiseks on ainekavas soovitatud praktilised uurimuslikud tööd hingamise tulemuslikkust ja fotosünteesi mõjutavate tegurite leidmiseks ning füüsilise koormuse mõjust organismi energiavajadusele (südame ja kopsude talitlusele) ja välisärritajate mõjust reaktsiooniajale. Arengu seaduspärasuste leidmiseks soovitatakse vaadelda kanamuna ehitust ja uurida keskkonnategurite mõju pärmseente kasvule. Kuivõrd viimast vaatlesime juba seonduvalt rakubioloogiaga, siis seda me siin ei korda. Küll võib lisada, et pärmirakkude elukeskkonda muutes on võimalik selgitada aeroobse ja anaeroobse hingamise eripärasid ja seostada seda bioloogia rakendusliku väärtusega.

Nimetatud uurimuslikud tööd võimaldavad põhitähelepanu pöörata kogutud andmete analüüsile ja tõlgendamisele, sest nendes saadud tulemuste varieeruvus on eeldatavasti suhteliselt suur tingituna teguritest, mis võivad mõjutada tulemust, kuid ei ole samas mõjuteguriks. Kuivõrd uuritavateks on neis katsetes õpilased ise (erandiks on vaid fotosünteesi uurimine), siis on siin ka hea võimalus tulemusi tõlgendada ja üldistusi teha ning vajaduse korral lisaandmeid koguda. Nii näiteks võib õpilase pulss sõltuda lisaks füüsilisele koormusele tema vastupidavusest-treenitusest, tervislikust seisundist või muudest tunnustest. Huvitavaid arutelusid saab pidada ka selle üle, kuidas mõõta treenituse taset või muuta füüsilist koormust. Siinkohal saab lasta õpilastel välja pakkuda mitmeid võimalusi ja siis valida klassiga arutelu tulemusel välja kõige sobivamad. Valiku tegemisel ja hilisemal rakendamisel tuleb arvestada ka õpilaste ohutusega – nii ei ole mõistlik hakata treenituse hindamiseks korraldama koormusteste ega viia füüsilise koormuse muutmisel selle taset liiga kõrgeks. Bioloogiatunnis ei ole õpilastel enamasti võimalik teha suurte koormuste rakendamiseks vajalikku soojendust ning ka riietus ei ole sobiv. Seetõttu tuleks siinkohal kaaluda koostööd kehalise kasvatuse õpetajaga. Samas saab treenituse taset hinnata, kogudes lisainfot õpilaste varasemate tegevuste kohta: kui kaua ja millist treeningut on keegi teinud, millise sageduse ja koormusega treeninguid tehakse, millised on õpilaste tulemused spordis. Tähtis on mõista, et iga mõjuteguri ja uurimisobjekti uuritava tunnuse väärtust peab olema võimalik mõõta või muul moel arvuliselt kirjeldada. Kasutades kaasaegseid pulsikellasid, saab leida arvutusliku seose mõõdetud pulsitaseme ning kulutatava energiahulga vahel. Nii saab avastada, et energiavajadus ei suurene koormuse kasvades lineaarselt. Just mittelineaarsuse sage esinemine uuritavate tunnuste ja mõjutegurite vahel on see, mida tuleb gümnaasiumis erinevalt põhikoolist eraldi rõhutada. Pulsikella abil on võimalik määrata ka inimese aeroobse ja anaeroobse treeningu faasid ning võrrelda väsimuse tekkimist ühel ja teisel juhul. Järelduste seostamisel inimese energia salvestamise eripäradega on võimalik selgitada treeningu füsioloogia põhitõdesid.

Fotosünteesi mõjutavaid tegureid on võimalik uurida gaseeritud vette pandud Kanada vesikatku abil. Fotosünteesi intensiivsus on seejuures hinnatav teatud aja jooksul vesikatkust eralduvaid gaasimulle kokku lugedes või kasutades vees lahustunud süsihappegaasi ja hapniku hulga mõõtmiseks mobiilseid mõõtvahendeid, mida pakub erinevate eksperimentide jaoks näiteks Vernier (http://www.vernier.com/). Õpilased peavad avastama, mil määral mõjutavad fotosünteesi intensiivsust süsihappegaasi kontsentratsioon, valguse intensiivsus, temperatuur ja soovi korral muudki tegurid.

Hingamisprotsesside spetsiifilisem uurimine glükolüüsi, tsitraaditsükli ja hingamisahela reaktsioonide ning fotosünteesi spetsiifilisem uurimine valgus- ja pimedusstaadiumi tasandil on koolisituatsioonis võimalik arvutimudelite abil. Selleks sobivad näiteks õpikeskkonnas „Rakumaailm” (http://bio.edu.ee/mudelid/, Sarapuu 2007) olevad mudelid „Glükoosi lagundamine” ja „Fotosüntees”. IKT rakendamisest gümnaasiumi bioloogias on pikemalt juttu J. Piksööta ja T. Sarapuu artiklis „Ainekava toetavad haridustehnoloogilised lahendused”.

Uurimuslik töö välisärritajate mõjust reaktsiooniajale on kirjeldatud ja videojuhistega varustatud õpikeskkonnas „Noor teadlane” (http://bio.edu.ee/teadlane/, Pedaste jt 2008), kuid sama tööd saab edukalt teha ka arvutit kasutamata. Töös leitakse reaktsioonikiirus, püüdes pulka, mis lastakse käte vahelt kukkuma. Mõjutegurina võib uuringus vaadelda õpilaste erinevust iseloomustavaid tunnuseid, kuid ka „Noore teadlase” keskkonnas uuritavat inimese tähelepanu hajumise mõju. Uuringu tulemusel peaks ilmnema, et mida enam on inimese tähelepanu hajutatud, seda väiksem on reaktsioonikiirus. Üldiselt saab siinkohal juhtida tähelepanu sellele, et neuraalne regulatsioon toimib suhteliselt kiiresti võrreldes humoraalsega, olenemata neuraalset regulatsiooni mõjutavatest teguritest. Töö tulemused peab seostama õpitava teooriaga – kuidas võetakse ärritus silmades kolvikeste ja kepikeste abil vastu, kuidas liigub impulss mööda nägemisnärvi kesknärvisüsteemi ja jõuab sealt lihastesse. Sügavuti teemat käsitledes saab erinevates situatsioonides põhjendada reaktsiooniaja erinevusi ka närviimpulsi ülekandega keemilistes sünapsides. Seejuures võib appi võtta õpikeskkonna „Rakumaailm” (http://bio.edu.ee/mudelid/, Sarapuu 2007) mudeli
„Sünaps”.

Kanamuna ehituse vaatluse eesmärgiks on leida munarebu kui munarakk, seda kinnitavad väädid ja munavalge kui toitekude ning mõista nende kõigi rolli organismi lootelises arengus. Võrdluses ja taustinfo analüüsile tuginedes saab paralleele tõmmata inimese lootelise arenguga ja selgitada, miks munarakk peab olema suhteliselt suur, võrreldes organismi teiste rakkudega, kuid miks lindudel peab olema see veel märksa suurem kui imetajatel. Nii võib jõuda erinevate kehasisese arengu eelisteni kehavälise arengu ees.

Molekulaarbioloogilised põhiprotsessid, viirused ja bakterid, pärilikkus ja muutlikkus

Molekulaarbioloogiliste põhiprotsesside uurimiseks ei ole gümnaasiumi ainekavas soovitatud praktilisi töid, sest nende läbiviimiseks puuduvad koolides tehnilised võimalused. Seetõttu on molekulaarbioloogilistest protsessidest ülevaate saamiseks otstarbekas kasutada „Rakumaailma” veebipõhiseid mudeleid DNA süntees, RNA süntees, valgusüntees ja geneetiline kood.

Bakteritega seotud töid käsitlesime juba eelnevalt ning siinkohal lisandub vaid aspekt, et eksperimentide tulemused on vaja siduda teooriaga nakkushaiguste ennetamisest ja ravist. Nii võib bakterite arengu selgitamisel uuritavate mõjutegurite hulka lisada antibiootikumide liigi ja koguse ning teooriale tuginevalt selgitada, kuidas antibiootikumid bakteritele mõjuvad ja kuidas pärsivad nende kasvu.

Praktiline töö keskkonnategurite mõjust reaktsiooninormi avaldumisele on sisuliselt mittepäriliku muutlikkuse ulatuse selgitamine vabalt valitud organismide tunnuste põhjal. Klassikaline töö on siin puulehtede mõõtmete varieeruvuse uurimine, kuid õpilastele võiks hoopis enam huvi pakkuda inimeste erinevate tunnuste kohta andmete kogumine ja analüüs. Selline töö võimaldab uuringusse kaasata lisaks õpilastele ka sugulasi-tuttavaid. Seeläbi suureneb võimalus arutleda sel teemal laiemas ringis, mis toetab sügavama arusaamise kujunemist. Uurimisobjektide valikul tuleks leida vähemalt üks laia ja teine kitsa ökoloogilise amplituudiga tunnus, et seeläbi mõista ka reaktsiooninormi mitmekesisust sõltuvalt objektist ja vaadeldavast tunnusest. Sugulaste sarnasusi ja erinevusi analüüsides on võimalik selgitada päriliku ja mittepäriliku muutlikkuse seost ja erinevat rolli inimese tunnuste kujunemisel.
Bioevolutsioon

Evolutsioonilised muutused toimuvad aeglaselt ja seetõttu sobivad siinkohal uurimuslike tööde tegemiseks eelkõige arvutipõhised simulatsioonid. Praktilistest töödest saab tutvuda peamiselt loodusliku valiku tulemusena tekkinud kohastumustega, mis seostuvad valitsevate keskkonnatingimustega.

Uurimuslikuna on ainekavas soovitatud praktiline töö loodusliku valiku tulemustest kodukoha looduses. Kuivõrd lihtsamini on vaadeldavad taimeriigi esindajad, siis võib töö kavandada just neile tuginevalt. Eksperimenti on sel kohal keeruline läbi viia, kuid tulemused võib saada, kui hinnata looduses toimunud valiku tulemusi, arvestades mõjutegurina erinevaid keskkonnatingimusi. Näiteks võib uurida taimestiku liigilist koosseisu, tihedust või kasvukõrgust sõltuvalt valgustingimustest. Kui leida võrreldavad ruudud lagedal, poolvarjus ja varjus, siis saab kirjeldada, kuidas oleneb looduslik valik valgustingimustest – millised isendid on eelistatud sõltuvalt keskkonnast. Leitud seaduspärasusi teooriaga seostades saab selgitada olelusvõitluse ja kohastumuste erinevate vormide olulisust bioevolutsioonis, samuti kohastumuste ja kohanemise erinevust.

Ökoloogia ja keskkonnakaitse

Ökoloogia ja keskkonnakaitse seaduspärasusi on võimalik avastada simulatsioonide rakendamisega. Keskkonnakaitseteemade käsitlemist toetab ka dilemmaprobleemide lahendamine. Praktilise tööna saab analüüsida inimeste käitumist lähtuvalt säästva arengu põhimõtetest.

Praktiliste töödena on ainekavas soovitatud uuring abiootiliste tegurite mõjust populatsioonide arvule või arvukusele. Uuring on tehtav makroskoopilisi või mikroorganisme kasutades. Mikroorganismidest sobib katseobjektiks pärmseen, mille lahuse abil saab lihtsasti leida erinevate tegurite mõju pärmseente populatsioonile. Sellest eksperimendist on pikemalt kirjutatud eespool. Makroskoopilistest organismidest on lihtsam analüüsida taimepopulatsioone. Sel juhul ei muudeta mõjutegurite väärtust, vaid vaadatakse, kuidas ühe või teise mõjuteguri erinev tase on avaldanud mõju populatsioonile. Korraldatakse vaatlus, kus hinnatakse taimede biomassi (või selle juurdekasvu ajas) sõltuvalt näiteks valgustingimustest, pinnasest, niiskusest ja teistest abiootilistest teguritest. Selles valdkonnas on tehtavad ka põhikooli loodusainete valdkonnaraamatus käsitletud bioindikatsiooni tööd: õhu saastatuse hindamine samblike leviku alusel ning vee saastatuse hindamine selgrootute populatsioonide arvukuse alusel. Sisuliselt uuritakse sel juhul, kuidas teatud ainete kontsentratsioonist vees või õhus oleneb ökosüsteemi liigiline koosseis ja liikide populatsioonide arvukus. Nende tööde tegemisel saab hästi arendada andmete analüüsi ja tulemuste visualiseerimise oskust. Tulemuste usaldusväärsuse tõstmiseks tuleb teha korduskatseid, leida keskmised ja õpet diferentseerides võib liikuda tulemuste varieeruvust ja seoseid iseloomustavate statistiliste analüüside tegemise juurde. Tulemusi visualiseerides saab siinkohal koostada joondiagramme, aga ka kartogramme. Samuti saab tulemuste ja teooria sünteesil koostada skeeme erinevate keskkonnategurite ja populatsioonide arvukuse seostest loodusliku tasakaaluga.

Keskkonnakaitselistest töödest on ainekavas soovitatud selgitada kas kohalikul või isiklikul tasandil välja tegevuste vastavus säästva arengu põhimõtetele. Need tööd võimaldavad pöörata põhitähelepanu uuringu kavandamisele. Kavandamisel tuleb esmalt läbi töötada säästvat eluviisi kujundavad dokumendid ning täpsustada uuringu fookus. Seejärel tuleb koostada uuringu instrumendid, millega hakatakse koguma andmeid. Näiteks võib koostada küsimustiku, millega hinnatakse tootjate eelistusi toodete pakendamisel või tarbijate käitumist toodete valikul. Samuti saab selgitada, kui säästvalt kasutatakse koolis või õpilaste kodudes igapäevaseid ressursse, nt vett, elektrit ja soojusenergiat. Selliste tööde tegemine võimaldab ühelt poolt mõista, kuidas ja miks on kujundatud keskkonnakaitselised meetmed (nt seadused), ning õppida koostama ja läbi viima küsitlusi, kuid teisalt kujundada ka hoiakuid säästva eluviisi suhtes.

Kokkuvõte

Sõltumata praktiliste tööde tüübist on neil kõigil mitmed ühised eesmärgid, mida tuleks koolis korduvalt rõhutada: praktilisi töid ei tehta bioloogias pelgalt praktiliste oskuste omandamiseks, vaid pigem probleemide lahendamise, andmete kogumise ja tulemuste analüüsimise õppimiseks. Läbiviidavate praktiliste töödega tuleb omandada eelkõige probleemide lahendamise ja uurimuslikud oskused. Gümnaasiumis on põhikooliga võrreldes eriti tähtsad tööde kavandamise ja tulemuste tõlgendamise oskused. Lisaks sellele peavad praktilised tööd võimaldama õpilastel aru saada, millega ja kuidas tegelevad loodusteadlased. Nii osatakse teha tulevikus teadlikke elukutsevalikuid. Seetõttu on vaja mitmesuguste tööde juures viidata ka ametitele, milles sarnast tööd tehakse. Seeläbi on võimalik õpilasi motiveerida loodusaineid õppima ja laiemalt loodusvaldkonnast huvituma.

Kasutatud kirjandus

Kokassaar, U. (2002). Laboratoorsed tööd koolibioloogias. Tallinn: Avita.
Pedaste, M., Mäeots, M., Sarapuu, T. (2008). Noor teadlane. TÜ Loodusteaduste didaktika lektoraat. [WWW] http://bio.edu.ee/teadlane/
Sarapuu, T. (2007). Rakumaailm. TÜ Loodusteaduste didaktika lektoraat. [WWW] http://bio.edu.ee/mudelid/
Schollar, J., Madden, D. (2007). A DNA pendant. [WWW] http://www.eurovolvox.org/Protocols/PDFs/DNAnecklace02_UK_eng.pdf