Аспекты реализации непрерывности естественно-научного образования школьников

Естественно-научное образование призвано сформировать у школьников целостное представление о месте естественно-научного знания в культурноисторическом прогрессе человечества и его ценности для самореализации человека.

В фундаментальных исследованиях И. Ю. Алексашиной, Т. А. Бабаковой, Н. Н. Вересова, А. Н. Захлебного, И. Д. Зверева, И. Н. Пономаревой, В. М. Симонова и других российских ученых отмечается, что естественнонаучное образование выступает вектором развития и саморазвития обучающегося как субъекта образовательного процесса при условии, если оно ориентировано на развитие естественно-научного образа мира в его ценностно-смысловой ориентации.

Среди ведущих идей, являющихся основополагающими для естественнонаучного образования, можно выделить:

• -    идею системности и интегративности, позволяющую осмыслить различные подходы к решению проблем данной образовательной области;

• -    идею эмерджентности (в пер. с англ. появляться, возникать ), позволяющую выйти на более высокий уровень осмысления проблем интегративного характера при использовании коммуникации: активные методы обучения, проектная деятельность, диалог, исследовательские методы и др.;

• -    идею информационного «вакуума», который становится стимулятором возникновения познавательного интереса, потребности учащегося в дальнейшем саморазвитии;

• -    идею преемственности, суть реализации которой в том, чтобы предшествующее развивалось, обогащалось и сбывалось в последующем;

• -    идею непрерывности, выражающую временную и пространственную связь ступеней развития.

Непрерывная подготовка школьников в рамках предметной области «Естественно-научные предметы» в условиях Федеральных образовательных стандартов выражает временную и пространственную связь ступеней образования, наличие в них преемственности.

Сущность принципа преемственности в организации образовательного процесса рассматривалась в работах Ю. К. Бабанского, Ш. И. Ганелина, Б. С. Гершунского, С. М. Годника, В. В. Давыдова, В. Н. Максимовой и др.

Авторы трактуют преемственность по-разному: от понимания преемственности обучения как динамики изменения всех основных дидактических компонентов (целей, содержания, форм, методов, средств, технологий); логической связи теоретического и практического материала; упорядоченности в изучении различных учебных предметов; до реализации межпредметных связей.

Традиционно в педагогике преемственность рассматривается на вертикальном и горизонтальном уровнях. Результат вертикальной преемственности – подготовка к обучению на последующей ступени образования. Результатом горизонтальной преемственности является последовательность в изучении материала, сформированность целостного знания, единство образовательных технологий, схожесть методик обучения.

Преемственность в обучении мы понимаем не как простое усложнение содержания образования, форм, методов организации учебно-познавательной деятельности школьников, а как непрерывный переход количественных изменений в качественные.

В связи с этим преемственность выступает как методологическая закономерность и является проявлением закона отрицания, где отрицание ведет к переосмыслению, к сохранению всего положительного в старом, к согласованности старого и нового в непрерывном процессе естественно-научного образования.

Непрерывная естественно-научная подготовка школьников предполагает преемственность ее целей, содержания, методов и организационных форм обучения на всех ступенях общего образования.

Мы посчитали целесообразным рассмотреть в нашем исследовании дидактические аспекты непрерывности естественно-научного образования в рамках реализации принципа преемственности.

В ФГОС основного и среднего общего образования такие предметы, как физика, химия, биология объединены в предметные области: «Естественнонаучные предметы» (основная школа) или «Естественные науки» (старшая школа).

В соответствии с Примерными основными образовательными программами начального общего, основного общего и среднего общего образования содержание естественно-научного образования представлено в таблице 1, что отражает реализацию принципа преемственности на вертикальном уровне.

Таблица 1

Учебные предметы естественно-научного образования в школе

Ступени общего образования	Учебные предметы
Начальное	«Окружающий мир» в 1–4-х классах
Основное	«Физика» в 7–9-х классах «Биология» в 5–9-х классах «Химия» в 8–9-х классах
Среднее	«Естествознание» в 10–11-х классах (базовый уровень) «Физика» в 10–11-х классах (базовый уровень) «Физика» в 10–11-х классах (углубленный уровень) «Биология» в 10–11-х классах (базовый уровень) «Биология» в 10–11-х классах (углубленный уровень) «Химия» в 10–11-х классах (базовый уровень) «Химия» в 10–11-х классах (углубленный уровень)

Содержательно-дидактическое поле естественно-научных предметов имеет сходные методологические и дидактические особенности и основывается на предметном материале, что позволяет говорить о реализации преемственности и непрерывности в естественно-научном образовании школьников.

• А . Ю. Пентин указывает на общие содержательно-дидактические линии в рамках предметной области «Естественно-научные предметы» [2, с. 8].

Горизонтальные уровни преемственности мы видим в общих дидактических линиях (методологическая, информационная, прикладная).

Общее содержательно-дидактическое поле естественно-научных предметов содержит общий метод познания (методологическая линия): гипотезы, объясняющие явления; эмпирические факты; теоретические модели; предсказываемые моделями эмпирические факты; эксперименты и наблюдения, проверяющие гипотезы и модели. Реализация данной линии осуществляется через задания на измерения, наблюдения, выдвижение гипотез, планирование и проведение эксперимента, построение модели, решение задач в рамках модели, формулирование проблемных вопросов.

В деятельностное содержание образования, как отмечает А. В. Хуторской, входят определенные для каждой образовательной области способы деятельности и методы познания, а также методы создания обучающимися образовательных продуктов [5].

Естественные науки характеризуются общим способом работы с информацией (информационная линия): поиск, интерпретация, отбор, перевод из одной формы в другую, критическая оценка, презентация. Данная линия реализуется через задания, ориентированные на формирование читательской грамотности, направленные на понимание различного типа текстов; через задания на перевод информации из одной формы в другую; через задания-проекты с обсуждением и презентацией информации.

Сильным мотивационным средством формирования интереса к естественно-научным предметам выступает демонстрация их практической значимости (прикладная линия), реализуемая через задания на конструирование и изобретение технических устройств; через задания на объяснение применения лекарств, средств бытовой химии и т. д. В химии, биологии и физике используются общие понятия, например, такие как информация, множество, система, структура, порядок, симметрия, энергия и другие (методологические понятия). С помощью этих понятий можно увидеть общее в различных явлениях через содержание заданий на выделение системных свойств и закономерностей; на поиск взаимосвязей внутри системы различной природы; на оценку степени упорядоченности различных систем; на определение структуры объектов и зависимости свойств от структуры; на рассмотрение природных объектов как информационных систем; на прогнозирование хода различных процессов; на оценку энергетической составляющей разных процессов.

Требования Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования к результатам образования естественнонаучных предметов определяются как приобретение опыта применения научных методов познания (предметный результат изучения физики); как приобретение опыта использования различных методов изучения веществ (предметный результат изучения химии) и как приобретение методов использования биологической науки (предметный результат изучения биологии) [6].

Метапредметными результатами в рамках предметной области «Естественно-научные предметы» в основной школе выступают:

• -    овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности, включая умения выдвигать гипотезы, видеть проблему, давать определения понятиям, ставить вопросы, наблюдать, классифицировать, делать выводы и заключения, проводить эксперименты, объяснять, структурировать материал, доказывать, защищать свои идеи;

• -    умение работать с различными источниками информации: находить информацию в разных источниках (научно-популярной литературе, тексте учебника, справочниках и словарях), оценивать и анализировать информацию, преобразовывать информацию из одной формы в другую;

• -    умение правильно пользоваться речевыми средствами для аргументирования своей позиции и дискуссии, отстаивать личную позицию, сравнивать различные точки зрения, аргументировать свою точку зрения;

• -    способность выбирать смысловые и целевые установки в своих поступках и действиях по отношению к своему здоровью и окружающих.

Необходимость обучения данным метапредметным результатам содержится в требованиях ФГОС ООО и обусловлена возможностями содержания естественно-научных предметов. При обучении школьников на уроках биологии, химии, физики необходимо применение единых подходов: использование общих методологических понятий, универсальных учебных действий и межпредметных заданий для организации наблюдения, эксперимента, моделирования.

Изучение предметной области «Естественно-научные предметы», в соответствии с ФГОС, обеспечивает: овладение умением сопоставлять теоретические и экспериментальные знания с объективными реалиями жизни; овладение умениями формулировать гипотезы, проводить эксперименты, конструировать, оценивать полученные результаты; овладение научным подходом к решению задач; формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования; проведение точных измерений и оценки полученных результатов; формирование межпредметных умений при анализе задач.

Мы видим, что владение такими методами познания, как эксперимент и наблюдение, проверяющие гипотезы и модели, входит в круг задач учителей биологии, химии и физики.

В связи с этим формирование у школьников обобщенного умения самостоятельно проводить наблюдение и измерения, ставить опыты, выдвигать гипотезы должно обеспечиваться при условии целенаправленной и согласованной деятельности учителей естественно-научных предметов.

Результаты диагностики выделенных нами умений (табл. 2) показали их процентное соотношение по предметам (физика, химия, биология) [3].

Таблица 2

Диагностика умений учащихся по предметной области «Естественно-научные предметы»

№	Умения учащихся	% учащихся
		физика	химия	биология
1	Увидеть и разрешить проблему	41	37	44
2	Ставить цель	43	38	44
3	Контролировать выполнение учебной задачи	49	46	48
4	Проводить эксперимент	69	67	71
5	Проводить наблюдение и измерения	68	65	69
6	Обобщать материал из различных дисциплин	33	31	34
7	Применять теоретические знания на практике	38	36	37

При постановке опыта учащимся приходится анализировать явления, сравнивать, делать выводы о наблюдаемых закономерностях, что способствует проявлению самостоятельной мыслительной деятельности. На основе ситуативной заинтересованности у учащихся возникает поиск решения задачи, что приводит к созданию у обучающихся устойчивых познавательных интересов. В данном случае интерес к цели и результату совпадает с интересом к достижению этой цели, что приводит к приобретению личностного опыта.

Учебные задания предметной области «Естественно-научные предметы» в основной школе содержат упражнения на отработку этапов научного метода познания, таких как измерение, наблюдение, формулирование проблемы, гипотезы, планирование и проведение эксперимента, построение модели, решение типовых задач в рамках модели, что и определяет содержание учебной деятельности.

Учебный материал излагается в качестве ответов на последовательно поставленные следующие вопросы: как было обнаружено; как объяснено; как подтверждается правильность объяснения (закона, модели, теории), т. е. выстраивается в логике метода научного познания.

Реализация методологической линии дисциплин предметной области «Естественно-научные предметы» осуществляется через интегрированные уроки.

Виды межпредметной интеграции носят объективный характер и целиком зависят от содержания. В зависимости от дидактических задач, стоящих перед учебным процессом, М. Н. Берулава выделяет три уровня интеграции: минимальный уровень межпредметной интеграции (уровень традиционных межпредметных связей); промежуточный уровень межпредметной интеграции (характеризуется значительным взаимопроникновением разнохарактерного содержания, не приводящим к новому содержанию); глубокий уровень межпредметной интеграции (взаимослияние разнохарактерного содержания значительного объема и создание нового содержания, интеграция происходит на уровне образовательных областей) [1].

Межпредметная интеграция придает личностный смысл предметным и ме-тапредметным результатам.

Конструируя интегрированные уроки, мы реализуем первый уровень межпредметной интеграции - уровень межпредметных связей, что определяет горизонтальный уровень преемственности в естественно-научном образовании школьников.

Интегрированные уроки позволяют активизировать учебнопознавательную деятельность учащихся, усиливают тенденцию к синтезу знаний и универсальных учебных действий.

Процесс взаимосвязи универсальных учебных действий и предметных знаний при изучении естественно-научных предметов возможно проводить в такой последовательности:

• -    установление взаимосвязей между разделами и темами биологии, физики, химии;

• -    взаимосвязь химии, биологии, физики и актуальных проблем из различных областей окружающего мира;

• -    интеграция знаний для решения практико-ориентированных задач (особенности в применении бытового оборудования, действие медицинских аппаратов и свойства лекарств, практическое применение знаний для защиты организма человека от опасных воздействий радиоактивного излучения);

• -    систематизация, структурирование, проекция интегративных знаний о явлениях, фактах и основных закономерностях в проектно-исследовательскую деятельность обучающихся для решения ранее неизвестных задач.

Выделим общие затруднения, возникающие у учащихся при изучении тем школьных предметов физики, химии и биологии предметной области «Естественно-научные предметы». Это затруднения: при усвоении понятий; при усвоении причинно-следственных связей; при усвоении функциональной зависимости между величинами; при работе с рисунками, схемами, графиками, таблицами, приборами; при применении знаний и умений в новой ситуации .

Мы попытались выяснить, как учителя физики, биологии и химии реализуют общие содержательно-дидактические линии в рамках предметной области «Естественно-научные предметы». Учителям было предложено раскрыть содержание данных линий.

К научным объектам, изучаемым в рамках предметной области «Естественно-научные предметы», учителя отнесли объективные явления природы, процессы, предметы окружающего мира («Земля», «Вода», «Воздух», «Времена года», «Периодичность» и т. д.).

Ими были выделены такие методологические понятия , как законы, теории, научные методы, модели объективных процессов и явлений жизни. Учителями было отмечено, что данные предметы объединяет применение научных механизмов интеграции, таких как экстраполяция и генерализация идей и методов, аналогия, интерпретация, синтезирование и комплексирование научных знаний об общих предметах познания.

Также они обозначили, что физика, химия, биология имеют общие способы работы с информацией и значимость в повседневной практике.

Интервьюирование учителей показало, что реализация общих содержательно-дидактических линий в рамках предметной области «Естественно- научные предметы» в основном осуществляется на интегрированных уроках в учебном процессе.

Например, учитель физики МОУ «Лицей № 13» г. Петрозаводска Нина Ивановна Митроченкова на уроке по теме «Физика в жизни человека» раскрывает учащимся связь между физическими явлениями в природе, здоровьем и жизнью человека.

Учитель химии и биологии МКОУ «Туксинская средняя общеобразовательной школа» Олонецкого района Нина Николаевна Чупукова использует в своей педагогической практике такие формы организации учебной деятельности, как внеклассные мероприятия с интегративным содержанием, интегрированные уроки по темам: «Вода - чудо природы», «Свалка по имени Земля», «Молекула глазами физика, химика и биолога» и др.

Учитель физики Светлана Владимировна Лазарева, работающая в МОУ «Нововилговская средняя общеобразовательная школа № 3» Прионежского района, говорит: «Ежегодно у нас проходят недели естественно-научных предметов, на которых раскрывается вклад выдающихся ученых в развитие физики, химии, биологии».

Учитель биологии Елена Станиславовна Жиронкина и учитель химии Маргарита Дмитриевна Синица совместно с Натальей Юрьевной Ткач работают над интегративным проектом «Вода». Учителя отмечают, что для успешной реализации общих содержательно-дидактических линий в процессе обучения необходимо повышение своей квалификации.

Учитель физики Петровской школы г. Петрозаводска Ирина Александровна Бомбина отмечает, что недостаточная компетентность учителей химии, биологии, физики в общих подходах к преподаванию естественно-научных предметов тормозит реализацию Федерального государственного образовательного стандарта в основной школе.

Реализация методологической линии дисциплин предметной области «Естественно-научные предметы» осуществлялась также нами при подготовке и проведении метапредметных олимпиад с учащимися 7-8-х классов Петровской школы г. Петрозаводска. Олимпиады включали в себя задания: на построение гипотезы; выполнение эксперимента; применение законов; создание проекта, конструирование прибора. Например, совместно с учителями физики и биологии мы предложили учащимся создать проект «экологического костюма», удовлетворяющего следующим условиям: костюм должен быть удобен для своего хозяина; его изготовление не должно наносить вред природе; после того, как хозяин перестает его носить, костюм разлагается без остатка или может быть полностью переработан [4].

Необходимость обучения метапредметным результатам содержится в требованиях ФГОС ООО и обусловлена возможностями содержания естественно -научных предметов. При обучении школьников на уроках биологии, химии, физики и во внеурочной деятельности необходимо применение единых подходов: использование общих методологических понятий, универсальных учебных действий и межпредметных заданий для организации наблюдения, эксперимен- та, моделирования, что и дает возможность реализации преемственности на горизонтальных уровнях.

Таким образом, предметные требования к результатам образования учителя реализуют средствами своих предметов, но Федеральный государственный образовательный стандарт общего образования предъявляет требования к результатам образования личностным и метапредметным. Эти результаты могут быть успешно достигнуты только совместным и согласованным взаимодействием учителей в рамках предметной области «Естественно-научные предметы» школьных предметов физики, химии и биологии, отдельных курсов и модулей, что способствует преемственности и непрерывности естественнонаучного образования школьников.