Развитие межпредметных связей на уроках биологии и физики (на примере исследования кожногальванической реакции)

В современной образовательной практике всё большее значение приобретает интеграция знаний из различных предметных областей. Это особенно актуально в условиях реализации федеральных государственных образовательных стандартов, в которых подчёркивается важность формирования метапредметных результатов и практикоориентированной направленности обучения. В этой связи проведение межпредметных занятий, объединяющих элементы физики, биологии, физиологии человека и психофизиологии, представляет собой продуктивный путь к достижению новых образовательных целей. Одним из таких примеров служит школьное исследование кожногальванической реакции (КГР) по методу Тарханова, проведённое в рамках дополнительного занятия, в сотрудничестве преподавателей физики и биологии. Данный опыт не только способствовал формированию целостного представления учащихся о взаимодействии живого организма с физическими процессами, но и стал наглядным примером того, как научный эксперимент может быть интегрирован в школьную практику.

Кожногальваническая реакция представляет собой физиологический феномен, заключающийся в изменении электрических свойств кожи под воздействием различных психофизиологических стимулов. Наиболее часто регистрируемым параметром является изменение электрического сопротивления кожи или её проводимости в ответ на эмоциональное возбуждение, стресс, боль или иное внешнее раздражение. С точки зрения физики, речь идёт о регистрации изменений параметров электрической цепи, вызванных физиологическими процессами в организме человека. С точки зрения биологии и физиологии – о комплексной реакции вегетативной нервной системы, прежде всего симпатического отдела, на раздражители внешней и внутренней среды. Таким образом, данный эксперимент служит идеальной платформой для демонстрации межпредметной связи и углублённого анализа как физических, так и биологических аспектов функционирования человеческого организма.

Метод Тарханова, названный по имени выдающегося русского физиолога Ивана Романовича Тарханова, предложившего в конце XIX века регистрировать физиологические изменения кожного потенциала под влиянием различных раздражителей, является простым и эффективным способом изучения КГР в школьных условиях. Этот метод основан на сравнении электрического потенциала кожи в состоянии покоя и при предъявлении учащимся эмоционально значимых раздражителей. Современные цифровые лаборатории, такие как "L-микро", позволяют легко организовать такого рода исследования даже в школьной лаборатории, используя датчики кожной проводимости, подключенные к компьютеру.

На дополнительном занятии, посвящённом изучению кожногальванической реакции, учащиеся 10 класса были вовлечены в исследовательскую деятельность, направленную на анализ реакций организма на различные эмоциональные и сенсорные стимулы. Занятие было построено по типу учебной лаборатории, где учащиеся не только знакомились с теоретическими аспектами физиологии кожи и принципами работы электрической цепи, но и самостоятельно проводили измерения, фиксировали данные, анализировали полученные результаты, делали выводы, а также обсуждали возможные практические применения метода. Такой подход позволил реализовать сразу несколько задач: развитие исследовательских навыков, формирование представлений о научном методе, углубление знаний по физике и биологии, а также формирование умений работать в команде, интерпретировать данные и выстраивать логические причинно-следственные связи.

На первом этапе занятия учащиеся познакомились с историей изучения кожногальванической реакции. Особое внимание было уделено вкладу И. Р. Тарханова в развитие физиологии и его экспериментам, доказавшим, что кожа человека обладает изменяющимся потенциалом в зависимости от состояния центральной нервной системы. Были также рассмотрены более поздние исследования, в том числе работы Карла Юнга, использовавшего КГР в психодиагностике. Исторический контекст помог учащимся осознать преемственность научных открытий и важность эмпирических методов в развитии науки.

Следующий этап занятия был посвящён изучению физических основ явления. Под руководством учителя физики учащиеся вспомнили законы электричества, в частности закон Ома, принципы построения электрической цепи, определение сопротивления, потенциала, силы тока и напряжения. Были рассмотрены такие понятия, как проводимость, сопротивление и особенности измерения малых электрических сигналов. Особое внимание было уделено обсуждению характеристик биологических тканей как проводников, их сопротивления в нормальном и возбуждённом состоянии. Отдельно обсуждались вопросы калибровки оборудования, помех в измерениях, надёжности данных и необходимости повторных измерений для получения достоверных результатов.

Биологическая часть занятия была сосредоточена на физиологических аспектах кожногальванической реакции. Учитель биологии объяснил, как функционирует вегетативная нервная система, каким образом симпатическая активация влияет на потоотделение и, соответственно, на электрические свойства кожи. Учащиеся познакомились с понятием кожногальванической реакции , узнали о ее значении в оценке эмоционального состояния человека, а также о применении КГР в психофизиологии, криминалистике, спортивной медицине, и даже в маркетинговых исследованиях. Кроме того, было подчеркнуто значение интегративного подхода при анализе реакции организма, в которой участвуют нервная, эндокринная и кожная системы.

После теоретической части учащиеся были разделены на небольшие группы и приступили к практической части занятия – проведению эксперимента. Использовалась лабораторная система "L-микро", позволяющая регистрировать данные в режиме реального времени. Каждая группа закрепляла электроды на пальцах одного из участников – "испытуемого". Далее следовала серия стимулов – сначала нейтральных, а затем эмоционально окрашенных (например, резкий звук, неожиданный вопрос, неприятное изображение). Учащиеся наблюдали за изменением графика кожной проводимости и регистрировали моментальные всплески. После каждого эксперимента проводилась калибровка данных, нормализация сигнала и обсуждение, что именно вызвало отклик организма. В некоторых случаях проводился контроль с "пустыми стимулами" – фиктивной подачей, не сопровождающейся реальным раздражителем, что позволяло выявить уровень внушаемости или базовой тревожности.

Особую ценность представляло обсуждение результатов. Учащиеся пришли к выводу, что интенсивность КГР может варьироваться у разных людей, даже при одинаковых стимулах, что связано как с индивидуальными физиологическими особенностями, так и с личностными реакциями. Обсуждение перешло в плоскость нейробиологии и психологии, где были затронуты такие понятия, как "адаптация", "сенсибилизация", "эмоциональный резонанс". Таким образом, эксперимент расширил рамки школьного урока и стал подлинно межпредметным, включая элементы химии (электролиты кожи), психологии (эмоциональные реакции), информатики (обработка цифровых данных) и даже философии (вопрос о природе сознания и физиологических основ переживания).

Не менее важным было обсуждение этических аспектов эксперимента. Учителя обратили внимание на необходимость добровольного участия, конфиденциальности данных и уважения к личным границам испытуемых. Эти темы стали особенно актуальными при обсуждении применения кожногальванической реакции в "детекторах лжи", в клинической психодиагностике и поведенческой терапии. Был сделан акцент на том, что любые физиологические данные должны интерпретироваться с осторожностью и в контексте, учитывающем многослойность человеческой психики.

Занятие завершилось рефлексией, где учащиеся поделились впечатлениями, трудностями и открытиями. Многие отметили, что впервые почувствовали себя настоящими исследователями, проводящими полноценный научный эксперимент. Были также предложения расширить опыт, включив изучение других вегетативных показателей – пульса, давления, дыхания – в единую экспериментальную панель. Возник интерес к изучению стрессовых реакций, состоянию тревожности перед экзаменами, кросс-культурным различиям в реакциях, а также к созданию программ на Python или Arduino для автоматизации обработки данных.

С методической точки зрения данное занятие может служить моделью межпредметного подхода в школьной практике. Оно иллюстрирует возможности интеграции физических измерений и биологических процессов в единую систему знаний. Физика, представленная через анализ электрических характеристик кожи, стала неотъемлемой частью понимания биологических механизмов. Биология, в свою очередь, дала объяснение причин изменения электрических параметров, опираясь на знание работы вегетативной нервной системы. Информационные технологии обеспечили визуализацию данных и их интерпретацию, а элементы психологии позволили взглянуть на реакцию организма с позиции субъективного опыта человека. Всё это способствовало формированию у учащихся системного мышления, умения видеть взаимосвязи между науками, интегрировать знания и применять их на практике.

В перспективе подобные занятия могут быть включены в программу профильного или проектного обучения, стать частью кружковой деятельности, предметных недель или школьных научных конференций. Разработка методических пособий, лабораторных заданий, контрольных точек и критериев оценки позволит сделать этот опыт массовым и доступным. Возможна также реализация более масштабных исследовательских проектов – например, изучение зависимости КГР от времени суток, питания, физической нагрузки или эмоционального состояния перед экзаменами. Совместная работа учителей физики, биологии, информатики, психологии и даже литературы (через анализ текста и эмоционального восприятия) открывает уникальные горизонты для создания по-настоящему междисциплинарной образовательной среды.

Таким образом, исследование кожногальванической реакции по методу Тарханова в школьной лаборатории стало не только примером удачного совмещения физических и биологических знаний, но и моделью современного научного образования. Оно способствует формированию научного мировоззрения, развивает критическое мышление, воспитывает уважение к научному методу и помогает школьникам понять, как работает человек – не только как объект биологии, но и как мыслящее, чувствующее существо, тесно связанное с законами природы.

1. Беркинблит М.Б., Жердев А.В., Тарасова О.С. Задачи по физиологии человека и животных: Экспериментальное учебное пособие. М.: МИРОС, 1995. 176 с.
2. Биология. 9- класс. Подготовка к ГИА: учебно-методическое пособие /А.А.Кириленко, С.ИМ. Колесников, Е.В. Даденко. Ростов н/Д: Легион. 2011. 345 с.
3. Волков Б.С., Волкова Н.В. Задачи и упражнения по детской психологии. М.: Просвещение, 1991. 144 с.
4. Волович Л. А. Межпредметные связи в обучении физике: методическое пособие. — М.: Просвещение, 2020.
5. Хуторской А. В. Методические указания и материалы к спецкурсу «Межпредметные связи в преподавании физики» / А.В. Хуторской. – Запорожье, 2024 – 51с.
6. Лемеза Н., Камлюк Л., Лисов Н. Биология в экзаменационных вопросах и ответах \\ Справочник. М., Рольф, 2001.