Формування дослідницької компетенції учнів на основі моделювання процесів родючості ґрунтів у позакласній роботі з біології і екології

Abstract

Класифікаційна робота робота присвячена дослідженню формування дослідницької компетентності учнів старшої школи у процесі позакласної навчально-дослідницької діяльності з біології та екології на прикладі вивчення родючості ґрунтів і моделювання ґрунтових процесів. Актуальність роботи зумовлена необхідністю інтеграції теоретичних знань і практичної діяльності учнів, упровадження дослідницьких, проєктних і STEM-підходів та сучасних цифрових засобів у природничу освіту. Установлено, що формування дослідницької компетентності забезпечується через організацію навчально-дослідницької діяльності, яка включає постановку наукової проблеми, планування й проведення експерименту, обробку та наукову інтерпретацію результатів, сприяє розвитку критичного мислення й екологічної відповідальності учнів. У ході експериментального дослідження проаналізовано агрохімічні показники ґрунтів Хмельницької області, виявлено їх варіабельність та відмінності за вмістом основних елементів живлення. Розроблено алгоритм і багатофакторну регресійну математичну модель прогнозування якості ґрунтів, яку можна використати в учнівських дослідженнях. Результати констатувального етапу педагогічного експерименту засвідчили переважно добрий рівень сформованості дослідницької компетентності учнів з домінуванням пізнавального й мотиваційного компонентів та відносно нижчими показниками за комунікативним і діяльнісним критеріями. Експертна оцінка методики гуртка «Ґрунтознавець» підтвердила її ефективність у формуванні дослідницької компетентності учнів старшої школи. Матеріали роботи можуть бути використані в практиці закладів загальної середньої освіти, позакласній і проєктній діяльності з біології та екології.

The qualification work is devoted to the study of the formation of research competence of senior secondary school students in the process of extracurricular educational and research activities in biology and ecology, using the study of soil fertility and modeling of soil processes as an example. The relevance of the research is determined by the need to integrate theoretical knowledge with students’ practical activities, as well as to implement research-based, project-oriented, and STEM approaches and modern digital tools in natural science education. It has been established that the formation of research competence is ensured through the organization of educational and research activities, which include the formulation of a scientific problem, planning and conducting experiments, processing results, and their scientific interpretation, and which contribute to the development of students’ critical thinking and environmental responsibility. During the experimental study, agrochemical indicators of soils of Khmelnytskyi region were analyzed, and their variability and differences in the content of major plant nutrients were identified. An algorithm and a multifactor regression mathematical model for forecasting soil quality were developed, which can be used in students’ research activities. The results of the ascertaining stage of the pedagogical experiment showed a predominantly good level of students’ research competence formation, with the dominance of cognitive and motivational components and relatively lower indicators for communicative and activity-based criteria. Expert evaluation of the methodology of the “Soil Scientist” extracurricular club confirmed its effectiveness in forming the research competence of senior secondary school students. The materials of the study can be used in the practice of general secondary education institutions, as well as in extracurricular and project-based activities in biology and ecology.