Космическая биология в ГБОУ лицей № 344 Невского района Санкт-Петербурга

Если мысленно проследить исторический путь науки, то можно убедиться, что в ее развитии огромная роль принадлежит эксперименту. Все значимые теоретические открытия являются результатом обобщения большого числа экспериментальных фактов. Эксперимент – это пересечение практических и теоретических знаний. Другими словами, эксперимент заключает в себе признаки различных сторон познавательной деятельности. Особое значение эксперимента заключается в том, что на основании изучения объекта делаются выводы, распространяемые на естественные объекты природы. С помощью аналогии исследователи переходят от частного знания к общему, от конкретного к абстрактному.

Любой эксперимент, проводимый в школе, следует рассматривать как процесс, включающий в себя две активнодействующие стороны – преподаватель и ученик. В этой связи эксперимент в ходе обучения можно рассматривать как творческую деятельность преподавателя, направленную на «вооружение» учеников определенной системой знаний, умений и навыков, и как познавательную деятельность учащихся, направленную на овладение системой знаний, умений и навыков. Внутренняя взаимосвязь деятельности преподавателя и учащихся в процессе эксперимента позволит организовать процесс познания любой науки не на уровне описательного ознакомления с явлениями и процессами, а на уровне овладения их сущностью, объяснения причинно-следственных связей между ними с позиций современной науки.

Экспериментальная деятельность школьников способствует развитию самостоятельности, повышает интерес к науке, т. к. в процессе проведения эксперимента дети убеждаются не только в практическом значении такой работы, но и имеют возможность творчески применять свои знания. Очень важно научить школьников анализировать результаты своих экспериментов, чтобы получить четкий ответ на поставленный в начале опыта вопрос, установить все причины и условия, которые привели к получению данных результатов. Кроме того, правильно организованный эксперимент воспитывает сознательную дисциплину, развивает творческую инициативу, бережное отношение к собственности.

Отличие экспериментальной работы со школьниками от экспериментальной работы со студентами заключается в том, что детей школьного возраста нельзя заставить заниматься такой работой, их можно только увлечь. Увлечь можно значимостью работы для жителей Земли, для России, для города, для школы, и, самое главное, для них самих. Также детей необходимо обучить самым элементарным приемам научного исследования, методам проведения эксперимента. И это оказалось проблемой: при современных ритмах жизни не каждый ребенок способен методично, изо дня в день, на протяжении ни одного месяца, записывать изменения, происходящие с исследуемым объектом. Требовалась определенная усидчивость, и даже некоторая педантичность.

В заключение хотелось бы сказать, что экспериментальная работа вызывает у детей интерес к исследованию природы, развивает мыслительные операции, стимулирует познавательную активность и любознательность ребенка. Главная цель - это развитие личности, а не получение объективно нового результата, как в «большой» науке. Свою экспериментальную работу в области космической биологии в ГОУ лицее №344 Невского района Санкт-Петербурга мы начали в 2006 году. Представитель Союза ученых Санкт – Петербурга Капустянская Татьяна Ивановна предложила принять участие в международных космических экспериментах, наряду с космонавтами на Международной Космической Станции, школьниками Москвы и штата Юта (США). Мы согласились, не раздумывая. Для уточнения целей, задач и методики работы нас пригласили в Москву в Институт Медико-Биологических Проблем (ИМПБ). В этом институте мы побывали в лаборатории "Биологические системы жизнеобеспечения человека" и познакомились с заведующим лабораторией – Сычевым Владимиром Николаевичем, доктором биологических наук, членом-корреспондентом Международной Академии Астронавтики, Левинских Маргаритой Александровной, доктором биологических наук и Подольским Игорем Григорьевичем, кандидатом технических наук. Главная цель предложенного нам эксперимента – это привлечение школьников Санкт-Петербурга к участию в высокотехнологических исследованиях. В.Н. Сычев в рамках образовательной программы «Эксперимент в космосе» предложил проект, в котором предполагалось совместное исследование космонавтов и школьников. Идея данного проекта заключалась в том, чтобы параллельно с экспериментами по исследованию высших растений, проводимых на борту Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС), школьники осуществляли аналогичные исследования на Земле. С этой целью специалисты ИМБП РАН профессор В.Н. Сычев, доктор биологических наук М.А. Левинских, кандидат биологических наук И.Г. Подольский и их коллеги из американского университета штата Юта разработали простую технологию культивирования растений и создали небольшую оранжерею под названием «Микро-ЛАДА» (см. фото 1). По своим основным энерго-массо-габаритным характеристикам она соответствовала оранжерее «ЛАДА», в которой проводятся космические эксперименты на борту РС МКС (см. фото 2). В 2008 году наш лицей передал свою установку в гимназию №498 Невского района, а нам прислали такую же, но с немного модифицированными лампами. Таким образом в эксперименте «МикроЛАДА-2008», с экспедицией МКС-16, принимали участие уже два образовательных учреждения Санкт- Петербурга. Курировал экспериментальную работу школьников учитель биологии ГБОУ лицея №344 Невского района Виктор Иванович Аниськов, а с 2008 года он координировал работу уже двух исследовательских групп из разных образовательных учреждений города.

• Задача, поставленная перед школьниками, была «архиважная»: им предстояло участвовать в международных космических экспериментах по проблемам жизнеобеспечения экипажей космических кораблей и доставке живых экосистем на другие планеты. Перед группой юных исследователей были поставлены такие же задачи, как и у экипажей Международной Космической Станции. Нашим лицеистам предстояло научиться азам научно-исследовательской работы, особенно в области космической биологии и космонавтики. Объектом исследования был горох усатый (карликовая линия, генетически маркированная). Получив в Москве установку, специальный почвогрунт и семена, мы начали свой первый эксперимент 10 января 2006 года. Одновременно эксперимент начали москвичи, лаборатория космической динамики и школьники штата Юта, а также космонавт Валерий Токарев (МКС-12). Суть эксперимента заключалась в том, что на Земле и в космосе параллельно выращивался горох, вплоть до появления плодов и семян. Мы определяли процент всхожести и жизнеспособности всходов, проводили сравнительный анализ роста и развития растений в условиях гравитации и в условиях невесомости. Для этого мы получали фотографии о проведении эксперимента на МКС. Для изучения биохимических, биофизических и генетических характеристик растений гороха, выращенных из семян первого «космического» поколения, высушенные части растения и семена были оправлены в ИМБП.

Эксперимент прошел успешно и на МКС и в лицее, хотя перед исследовательской группой лицея возникли некоторые проблемы. Одна из них – это холодная зима, но ребята вышли из положения, построив для установки своеобразный домик. В марте 2006 года представителей исследовательской группы пригласили в Центр Управления Полетами (ЦУП-М) в городе Королев на сеанс связи с космонавтом Валерием Токаревым (см. фото 3). Валерий Токарев ответил на вопросы школьников из Москвы и наших лицеистов из Санкт- Петербурга – Степана и Тани. Степан задал вопрос о том, что не хотел бы Валерий Иванович съесть те семена, которые он вырастил на орбите Земли. Космонавт ответил, что хотел бы, но они очень дороги для науки. Конечно же, такая виртуальная встреча оставила неизгладимое впечатление у ребят, которые принимали участие в первом эксперименте.

Впоследствии наша исследовательская группа участвовала еще в двух экспериментах, связанных с разрешением проблем жизнеобеспечения экипажей космических кораблей и орбитальных станций – в 2007 и 2008 годах. Они были похожи на первый эксперимент и связаны с выращиванием гороха, который хорошо растет в космосе на МКС. Результаты наблюдений и измерений, а также фотографии, помещались на сайте эксперимента: http://kosmobioliceum344.narod.ru/ , на который заходили ученики из других городов и стран и сравнивали результаты своих исследований со своими наблюдениями. Учащиеся нашего лицея также с интересом следили через интернет за успехами космонавтов и ребят из Москвы и США. Весной 2006 года к нам в лицей приехал доктор Manabu Sugimoto из исследовательского института биоресурсов Университета Окаяма в Японии (см. фото 4). Японские школьники из высшей школы Курашики Минами (Окаяма, Япония) присоединились к эксперименту в 2007 году. На протяжении всего эксперимента учащиеся нашего лицея обменивались информацией с группой японских исследователей. Из исследовательской группы ученики иногда уходили, переходя в другие школы или в старшие классы нашего лицея, которые отличаются сложными курсами математики и физики. Но их места занимали ребята из младших классов, порой приходившие целыми классами. Чтобы никого не обидеть, мы распределили всех исследователей по группам и установили дежурство у установки по дням недели. Таким образом, все желающие прикоснуться к науке могли это сделать. Наша исследовательская группа занималась не только растениями, которые выращивались на Земле и в космосе, но и животными, которые исследуются в космосе, с целью возможного переселения на другие планеты. В 2006 году Алексеев Виктор Ростиславович, директор Инновационного Центра Биотехнологии при Союзе Ученых СПб, предложил нашей исследовательской группе участвовать в программе подготовки к полету на Марс.

Наши исследователи должны были провести контрольный эксперимент по выращиванию карпозубых рыбок Нотобранхиус Гюнтера (Nothobranchius guentheri), икринки которых планировали исследовать на МКС (см. фото 5). Икра этих рыб способна долгое время оставаться жизнеспособной без воды. Целью этих исследований было выяснение возможности транспортировки живых объектов на космических кораблях, например, при освоении планеты Марс. Этот эксперимент так и назывался – «Рыбы для Марса». Прошел он тоже успешно. Наша исследовательская группа получила икринки раньше, чем ученые из Зоологического института. Успехов мы добились, благодаря некоторым ноу-хау, которые придумали ребята. Кормление рыб осуществлялось с помощью специально придуманного приспособления. Был изготовлен специальный контейнер для грунта, в который самки зарывали икринки. Именно наши икринки были отправлены на Международную Космическую Станцию и более года провели на внешней стороне МКС в рамках научной программы. Они принимали участие в эксперименте «Биориск», в котором некоторые представители микрофауны Земли были размещены за бортом станции на полтора года. Пусть эти икринки, после жесткого облучения и резкого перепада температур, не смогли выжить, но отрицательный результат в науке – это тоже результат. Мы надеемся, наша научно-исследовательская работа принесла пользу большой науке.

Результатом нашей 3-х летней работы является признание успешности экспериментов, которые мы проводили в лицее. Мы отчитывались на ежегодных конференциях Союза ученых СПб, а на юбилейной конференции к юбилею создания Союза ученых к нашему стендовому докладу подошел Председатель Совета Федерации Сергей Миронов, выслушал информацию о наших экспериментах и пожелал успехов юным исследователям (см. фото 6). Сотрудничество с Инновационным центром «Биотехнология» при Союзе ученых СПБ продолжается и сейчас. Научным руководителем личной интеллектуальной интернет - олимпиады по биологии «Невский муравей», организованной Аниськовым В.И. (см. http://www.bionevra.narod.ru), является директор этого центра, доктор биологических наук Виктор Ростиславович Алексеев, который еще и создает часть вопросов к турам по космической биологии (см. фото 7). В этом году мы проводим уже 5-й цикл этой олимпиады. В каждом цикле – 6 туров, которые длятся по месяцу. Вопросы туров сложные, но интересные. В нашей олимпиаде принимали и принимают участие не только школьники от Якутска до Бреста, от Мурманска до Краснодара, но и ребята из Украины, Белоруссии, Казахстана и Молдавии. Шестой тур каждого цикла, в апреле, всегда посвящён космической биологии. Чтобы ответить на вопросы нужно затратить много усилий, но они вознаграждаются знаниями, которые школьники получают во время этих поисков.
Не теряем мы связи и с Институтом медико-биологических проблем (ИМБП). Владимир Николаевич Сычев обещал привлечь исследовательскую группу лицея №344 к космическим образовательным экспериментам, как только появится техническая возможность.