Естественно-научное образование является одной из важнейших составляющих подготовки обучающихся к самостоятельной жизни. В разное время оно обеспечивалось изучением целого комплекса дисциплин, ядро которого составляли физика, химия и биология. Массовое внедрение новых технологий и ускоренное развитие физической науки в последние десятилетия повлекли за собой заметное повышение общенаучного уровня и, как следствие, повышение требований к научному уровню школьного курса физики. Однако теоретизированный наукоемкий материал оказывается трудным для восприятия обучающимися, особенно с низким уровнем развития логического мышления. К тому же выявляется недостаточная взаимосвязь изучаемых вопросов с практикой и жизненным опытом подрастающего поколения. В связи с этим возникает необходимость в грамотном использовании практико-ориентированного подхода в обучении, основой которого служат задачи из окружающей действительности, направленные на формирование необходимых в повседневной жизни практических умений и навыков. Кроме того, практико-ориентированные задания обеспечивают формирование функциональной грамотности у обучающихся, что входит в число основных задач современного образования.
Но что делать, если подобные задачи непонятны школьнику и обучающийся затрудняется ответить, например, на такие вопросы, как:
– зачем посеяли морковь в октябре?
– какой выбрать дымоход: кирпичный или металлический?
– почему купили березовые дрова, а не дубовые?..
Особенно трудно при поиске ответов на такие вопросы приходится ребятам, которые живут в черте города. К сожалению, у большинства из них складывается впечатление, что все исчерпывается только благами городской цивилизации, хотя исторически, например, Пензенская область являлась и продолжает являться аграрным регионом, и кажется вполне естественным, чтобы обучающиеся образовательных организаций регионального центра знали и любили свой край, понимали и использовали накопленный опыт народов, его населяющих, уважали их культуру и традиционный уклад.
Таким образом, целью исследования стали разработка и внедрение практико-ориентированных метапредметных задач в учебный процесс по физике для осуществления процесса формирования функциональной грамотности обучающихся.
Материал и методы исследования. Анализ методической литературы по формированию функциональной грамотности на уроках физики; опрос обучающихся 7-х классов.
Результаты исследования и их обсуждение. Функциональная грамотность обучающихся общеобразовательных учреждений является предметом современных психолого-педагогических исследований [1–3]. Так, под ней понимается «повышаемый по мере развития общества и роста потребностей личности уровень знаний и умений, необходимый для полноправного и эффективного участия человека в экономической, политической, гражданской, общественной и культурной жизни своего общества и своей страны, для содействия их прогрессу и для собственного развития» [4, с. 20]. Уроки физики, как и все уроки по дисциплинам естественно-научного цикла, в большей степени позволяют формировать и совершенствовать естественно-научную грамотность как составляющую функциональной грамотности [5].
Проведенный анализ существующих заданий для оценки естественно-научной грамотности показал, что количество подобных заданий велико, они разнообразны как по содержанию, так и по уровню сложности, однако многие из них не позволяют добиваться высокого качества обучения из-за очевидной их отдаленности от жизненных реалий и отсутствия упора на воспитание обучающегося [6–8]. В связи с этим возникла необходимость в разработке авторских практико-ориентированных метапредметных задач и последующей их апробации на уроках физики.
Отметим, что задания разрабатывались исходя из возникающих трудностей в процессе изучения определенных тем школьного курса. Так появились задачи «Полюшко-поле» (в процессе ее решения расширяется спектр знаний обучающихся об озимых культурах), «Банный день» (в ходе ее выполнения обучающиеся получают возможность узнать об особенностях постройки бани и заготовки дров в Пензенском регионе), «Сено-солома» (данная задача позволяет обучающимся примерить на себя роль животновода) и др. Все задачи прошли успешную апробацию и могут быть использованы на уроках не только физики, но и биологии, географии.
Более подробно рассмотрим одно из таких практико-ориентированных заданий под названием «Загадочная башня» (материал информационного характера для данного задания взят из [9, 10]). Смоделируем его использование в образовательном процессе.
«Загадочная башня»
– Знаете ли Вы, что находится на фотографии (рис.1)?..
– Таких сооружений в городе практически не осталось, но в сельской местности они встречаются часто… Действительно, это водонапорная башня (село Дубровка Спасского района Пензенской области).
Рис.1. К заданию «Загадочная башня»
Причина их возникновения и использования заключалась в следующем. В начале XX века насосы для перекачивания воды по трубам уже применялись в коммунальном хозяйстве. Однако производительности таких насосов для сооружения мощного водопровода было недостаточно. Существовала и другая проблема – крайне неравномерное потребление воды населением в течение дня. В связи с этим технология возведения водонапорных башен получила широкое распространение.
В верхней части водонапорной башни размещается большой резервуар для воды (рис.2), который должен находиться выше самого высокого здания. Благодаря разности высот столб жидкости создает избыточное давление, под воздействием которого и осуществляется водоснабжение. Таким образом, принцип действия водонапорной башни основан на гидростатическом давлении. К резервуару башни подводятся трубы от насосной станции, где обычно используют маломощные насосы, постепенно наполняющие его.
 |
Рис.2. Схема работы водонапорной башни
На территории России популярнее всего были так называемые башни Рожновского. Внешне они выглядели просто, но были исключительно надежными в работе, особенно в суровых климатических условиях. Башня Рожновского сконструирована таким образом, что вода в ней не замерзает даже при –30°С, но при этом очень важна правильная эксплуатация: при такой низкой температуре забор воды должен происходить со скоростью два резервуара в сутки. Если расход уменьшится, вода превратится в лед.
После ознакомления с информационным материалом обучающимся предлагается ответить на нижеследующие вопросы и выполнить задания.
Вопрос 1. Выберите верные утверждения.
1. Водонапорная башня ‒ это конструкция, представляющая собой часть системы водоснабжения и служащая для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, для ее запаса.
2. Водонапорная башня эксплуатируется только в теплое время года.
3. Водонапорная башня и трубы водопроводной системы являются сообщающимися сосудами.
4. Высота башен должна быть больше высоты зданий – потребителей воды.
5. Для того чтобы резервуар был постоянно наполнен водой, требуется мощный насос.
Ответ: __________.
Вопрос 2. Почему водонапорные башни в настоящее время для водоснабжения населения эксплуатируются практически только в сельской местности?
Ответ: ___________________________________________________________________.
Вопрос 3. Зимой, проезжая мимо небольших населенных пунктов области, можно нередко видеть огромные непонятной формы ледяные наросты на водонапорных башнях (рис. 3). Как Вы считаете, что привело к таким наростам льда и являются ли они опасными?
Рис.3. Ледяные наросты на водонапорной башне
Ответ: ___________________________________________________________________.
Оцените данные задания полученную из них информацию:
‰ Очень интересно.
‰ Интересно.
‰ Почти неинтересно.
‰ Неинтересно.
Методический паспорт задания
Для удобства использования задач для учителя разработан паспорт задания, в котором отражена его методическая ценность (таблица).
Методический паспорт задания «Загадочная башня»
|
Уровень |
7-й класс |
Вопрос |
|
Учебная дисциплина |
Физика |
1, 2, 3 |
|
Проверяемая компетенция |
Интерпретация данных и использование научных доказательств |
1 |
|
Научное объяснение явлений |
2, 3 |
|
|
Проверяемое познавательное действие |
Анализ, интерпретация данных и умение делать соответствующие выводы |
1 |
|
Выдвижение объяснительных гипотез |
2, 3 |
|
|
Контекст |
Процессы в неживой природе |
1-3 |
|
Знание содержательных элементов |
Сообщающиеся сосуды, гидростатическое давление |
1, 2 |
|
Центр тяжести, равновесие |
3 |
|
|
Уровень сложности |
Средний |
1 |
|
Повышенный |
2, 3 |
|
|
Форма задания |
С выбором ответа |
1 |
|
С развернутым ответом |
2, 3 |
|
|
Описание содержания текста задания |
Представлены 5 утверждений, из которых нужно выбрать верные на основе работы с текстом |
1 |
|
Представлен вопрос, требующий понимания работы устройства |
2, 3 |
|
|
Деятельность обучающегося |
Анализирует представленную информацию |
1 |
|
Дает развернутый ответ, используя естественно-научное знание |
2, 3 |
|
|
Максимальный балл |
2 балла |
1 |
|
2 балла |
2, 3 |
|
|
Описание полного верного ответа |
Выбраны все верные утверждения |
1 |
|
Приведен правильный ответ с исчерпывающим объяснением |
2, 3 |
|
|
Критерии оценивания |
2 балла – указаны все верные ответы; 1 балл – допущена одна ошибка; 0 баллов – допущено 2 и более ошибок |
1 |
|
2 балла – приведен полный правильный ответ с пояснением (есть понимание того, что башни в городе будут очень высокими и в большом количестве); 1 балл – приведен правильный ответ с указанием только одного фактора: высоты или количества; 0 баллов – ответ отсутствует или не соответствует вышеуказанным критериям |
2 |
|
|
2 балла – приведен полный правильный ответ с пояснением (указано, что вода не расходуется должным образом, возможна разгерметизация бака, что центр тяжести смещается, возможно падение башни, указаны последствия падения); 1 балл – приведен правильный ответ на один из вопросов; в правильном ответе на два вопроса есть недочеты (не указан один из факторов из предыдущего пункта); нет ответа на один из вопросов; содержатся ошибки при рассуждении; 0 баллов – ответ отсутствует или не соответствует вышеуказанным критериям |
3 |
|
|
Анкета обратной связи |
Прилагается после задания |
|
До внедрения подобных заданий в процесс обучения физике была отмечена несформированность некоторых познавательных действий в рамках проверки естественно-научной грамотности среди обучающихся МБОУ Классическая гимназия № 1 имени В.Г. Белинского г. Пензы. В связи с этим возникла потребность в разработке, дальнейшей апробации и использовании апробированных заданий в учебной практике. Апробация проводилась в экспериментальных группах обучающихся 7-х классов. Задания выполнялись индивидуально, самостоятельно. Анализ полученных результатов (рис.4) по выполнению задания «Загадочная башня» показывает, что практически все обучающиеся внимательно прочитали текст и успешно выполнили первое задание.
 |
Рис.4. Аналитическая диаграмма, иллюстрирующая результаты выполнения задания «Загадочная башня»
Второе и третье задание требуют глубокого понимания и осмысления прочитанного, применения полученных первичных знаний в незнакомой ситуации. Из диаграммы видно, что у обучающихся есть проблемы с представлением развернутого ответа, приведения исчерпывающего объяснения, для которого необходимо знать «тонкости» процесса. После разбора заданий обучающимся было предложено выразить свое мнение относительно выполненного задания, пройдя анкетирование, а затем обосновать это мнение. Результаты анкетирования представлены на диаграмме ниже (рис.5). Интерес к заданию, в котором описаны реальные жизненные ситуации, очевиден.
Рис.5. Аналитическая диаграмма, иллюстрирующая результаты проведенного анкетирования
В ходе разбора задания обучающиеся делились мнением о том, что иногда видели такие башни, но не знали, что это такое. Некоторые из обучающихся заинтересовались данной темой, нашли дополнительную информацию и рассказали одноклассникам про архитектуру таких башен, о роли, которую сейчас выполняют старые и не действующие башни, с какой целью устанавливались башни вблизи железной дороги и др. Приведем два отзыва обучающихся о проделанной работе и выполненных заданиях: «Мне очень понравились эти задания. Они намного интереснее, чем те, которые решали раньше. Я очень редко бываю в деревне, и у меня нет возможности наблюдать за различными процессами. Эти задания расширили мой кругозор, они содержат очень интересный материал»; «Мне понравилась проделанная работа. Я редко бываю за городом и поэтому не знаю всех тонкостей сельской жизни. Я погрузилась в работу, и мне захотелось там побывать!»
После апробации все методически проработанные авторами задания (полностью или частично) вошли в дидактический фонд учителей не только физики, но и биологии, географии.
Заключение. Для устранения выявленного в ходе исследования низкого уровня практикоориентированности знаний обучающихся были определены направления методической работы по внедрению метапредметных задач в учебный процесс по физике. Эффективность применения таких заданий была подтверждена результатами проведенных контрольно-измерительных мероприятий, которые показали более высокую степень понимания и усвоения учебного материала. По мнению авторов, данная проблема подлежит дальнейшему исследованию. Выявлена необходимость в разработке практико-ориентированных метапредметных задач для использования не только на уроках физики, биологии, географии (банк заданий на сегодняшний день, кроме представленных, уже содержит ряд таких задач), но и во внеурочной деятельности.