Формирование умений универсального назначения в процессе предметной подготовки сегодня является одной из приоритетных методических проблем. В отношении школьной биологии среди таких умений особое положение занимает установление причинных связей и раскрытие их сущности. С одной стороны, это обусловлено особенностями биологической науки [1]. Известно, что живые объекты имеют сложную структуру, элементы которой находятся в состоянии причинных связей. Более того, факторы окружающей среды по отношению к названным объектам являются причинами, вызывающими ответные реакции в виде различных последствий и результатов. С другой стороны, новые стандарты предметной области «Биология» предполагают обязательное развитие познавательной сферы сознания обучающихся на основе построения суждений о живой природе в направлении выяснения и вскрытия сущности различных связей. Их потенциал «заложен» в содержание учебного материала, но он с позиции формирования соответствующего умения для достижения обучающимися планируемых результатов по-прежнему используется недостаточно.
Цель исследования заключается в обосновании необходимости формирования одного из универсальных умений устанавливать причинные связи обучающимися при изучении школьной биологии. Она также состоит в представлении характеристики совместной работы учителя и обучающихся определять обозначенные связи и раскрывать их сущность с использованием предметных и метапредметных понятий.
Материал и методы исследования. Исследование проводилось с использованием методов теоретического и эмпирического уровней. Из первых важными были изучение философской, психологической и методической литературы, анализ и интерпретация ответов обучающихся, обобщенное и систематизированное их представление; из вторых – устная беседа с последующим анализом ответов. Работа выполнялась поэтапно. Сначала изучалась литература, выражалась проблема, выяснялось ее состояние в практике предметной подготовки обучающихся. Затем проводилась апробация разработанных методических материалов для успешного формирования у старшеклассников умения устанавливать и раскрывать сущность причинных связей. В завершение выполнялась работа по анализу полученных теоретических и эмпирических материалов для их обобщенного представления в виде текста статьи.
Результаты исследования и их обсуждение. Для успешного формирования умения устанавливать причинные связи при изучении биологии надо было определиться с соответствующими понятиями. С опорой на работы отечественных ученых отметим, что причинность в целом служит для выражения связей порождения [2; 3]. То явление, которое производит или вызывает другое – называется причиной, а возникшее новое явление – следствием или действием. Некоторое, условно определенное, следствие называется результатом. Порождение причиной следствия (результата) может происходить при наличии условий – независимых от причины явлений, обеспечивающих превращение заключенную в ней возможность появления следствия (результата) в действительность. Отношения, связанные между собой причинно-следственными зависимостями, называются причинными связями. Причина и следствие лишь моменты всемирной взаимозависимости, универсальной связи, взаимосцепления событий, лишь звенья в цепи развития материи [4; 5]. Опираясь на сказанное, можно утверждать об особых свойствах причинной связи – она является генетической, объективной, необходимой и всеобщей. Представленные выше понятия и свойства причинности выражают сущность принципа причинности, выступающего как одна из приоритетных категорий науки. В нем еще заложены определенные функции, в частности объяснительная, прогностическая и обобщающая, важные для познания любых объектов, включая объекты живой природы. Следовательно, главные понятия причинности, ее свойства и функции вполне могут выступать в качестве теоретической основы для установления и раскрытия обучающимися сущности связей порождения в живой природе как универсального умения познавательной направленности [6; 7].
К сожалению, сегодня можно констатировать, что в процессе обучения биологии формированию названного умения должного внимания не уделяется. Об этом говорят результаты проведенного нами диагностического исследования среди старшеклассников общеобразовательных школ г. Саранска Республики Мордовия. Так, только 37% из них более или менее правильно выразили смыслы понятий «причина» и «следствие». Понятия «условие» и «результат» затруднились верно представить почти 76% обучающихся. Можно утверждать о недостаточной концентрации внимания учителя на использовании понятий общего смысла, в частности причинности, для лучшего познания предметного материала. Это сказывается на умении обнаруживать причинные связи, раскрывать их сущность, объяснять и предсказывать ожидаемые явления в живой природе. В отношении экологического материала обозначенные недостатки проявляются в явной мере, несмотря на то что некоторые понятия причинности в текстах школьных учебников указываются и содержательно конкретизируются предметным материалом. Имеется объективная необходимость в организации целенаправленной работы учителя и обучающихся с использованием соответствующей методики формирования умения устанавливать причинные связи и строить на их основе суждения.
На основе накопленного педагогического опыта с участием учителей биологии работу в обозначенном направлении лучше начинать на вводных уроках изучения общебиологического материала, в структуре которого концентрированно и (или) имплицитно проявляется экологическое содержание. На введение лучше выделить два урока. На первом из них следует обратить внимание на задачи биологии как науки и учебного предмета, включая вопросы взаимодействия живых систем между собой и с окружающей средой. На втором уроке важно ввести понятия, касающиеся причинности. В общем виде план вводных уроков в отношении общей биологии 10 класса представлен в текстовой таблице (таблица).
План вводных уроков по общей биологии
|
Основные вопросы уроков |
Методы и приёмы обучения |
|
Вступительное слово учителя об изучаемом разделе биологии |
Демонстрация схемы «Общая биология и ее основные части» с комментариями учителя |
|
Теоретические основы общей биологии: • органическая эволюция (учение об эволюции культурных форм; учение об эволюции диких видов);
• уровни организации живой природы (молекулярно-клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, экосистемный, биосферный) |
Беседа в сочетании с элементами лекции и демонстрацией подобранных иллюстраций о существующих формах культурных растений, домашних животных и их предков, а также видов одного рода диких растений и животных. Анализ таблицы «Уровни организации живой природы»; самостоятельная работа с оглавлением учебника по общей биологии для выяснения свойств живых систем разных уровней организации |
|
Понятие «причинности» и его значение в познании живой природы: • причинность как порождение одних явлений другими; факторы среды – причины изменения живых систем; • термины причинности – причина, следствие, условие, результат; примеры проявления причинных связей в живой природе; • причинность – один из принципов познания явлений живой природы |
Анализ специально составленного текста с терминами причинности для выяснения их смыслов; комментарии учителя о правильном использовании терминов в определенных ситуациях при изучении учебного материала об объектах живой природы.
Актуализирующая знания беседа о сущности принципа как понятия общего смысла и его применимости в школьной биологии для выражения совокупности знаний |
Обозначенные общие установки, особенно терминологический аппарат причинности, следует использовать в отношении запланированного экологического материала. Представим процесс формирования умения устанавливать причинные связи при изучении аутэкологического (организменный уровень организации жизни), демэкологического (популяционно-видовой уровень организации жизни) и синэкологического (биоценотический и биосферный уровни организации жизни) материала, который вызывает трудности в усвоении.
Достаточным потенциалом для формирования умения устанавливать причинные связи обладает материал об организменном уровне организации живой природы. В этом случае, с одной стороны, можно актуализировать знания учащихся о видах и содержании связей, с другой – обнаружить новые связи для их осмысления. В отношении организма функцию причин играют практически все факторы: свет, температура, влажность, соленость воды, плотность среды обитания, цикличность природных процессов. К примеру, свет рассматривается как причина, определяющая интенсивность обмена веществ в живых организмах, их развитие, рост, размножение, сроки жизни. В обозначенном ключе необходимо рассматривать и другой материал аутэкологического содержания. Особо отмечаются последствия и результаты в отношении организмов растений и животных под влиянием антропогенных факторов-причин.
При изучении популяционно-видового уровня жизни следует подчеркивать, что состояние популяции любого вида обеспечивается прежде всего причинно обусловленными внутри- и межпопуляционными явлениями, о которых, к сожалению, в текстах учебника не говорится. Поэтому знания о популяции важно рассматривать в контексте причинности с использованием «популяционных» понятий. Вначале следует раскрывать сущность её количественных характеристик – численности, плотности, рождаемости, смертности, и структуры – половой, возрастной и поведенческой. Именно их содержание позволяет учащимся распознавать причинные связи внутри популяции, а также причины, последствия, результаты стихийного и целенаправленного воздействия человека на различные видовые популяции. Постоянно возникает проблемный вопрос: «Как объяснить взаимоотношения между особями в популяциях?». Используя метод объяснения, его вполне можно разрешить. Объяснение должно включать указание и раскрытие причин (интенсивная деятельность желез внутренней секреции, изменение физиологического состояния организма), а затем следствий – сложных изменений поведения (брачные игры, ухаживание за самками у птиц и млекопитающих, спаривание, вынашивание, выкармливание и охрана детенышей, тренировка молодняка). Жизнь потомства, в свою очередь, выступает в качестве причины, порождающей новые следствия (результат) – устойчивое воспроизведение особей в популяциях.
Подчеркнем, что формирование знаний о демэкологических причинных связях необходимо начинать с внутренних связей. Как показала практика обучения, именно содержание понятий о количественных характеристиках и структуре популяций, материал о внутрипопуляционных причинных связях позволяют раскрывать на последующих уроках содержание внешних связей, а в конечном итоге – формировать целостное представление о популяции. Из внутренних связей важно обратить внимание на связь «биотические факторы – устойчивое воспроизводство». На её основе конкретизируются знания о причинных внутрипопуляционных явлениях, а также разграничиваются понятия «причина», «следствие» и «результат». Для этого вводится приём смысловой группировки текста. Учащимся предлагается текст, отражающий структуру популяции и отношения куланов, с вопросами, поставленными в обратном порядке, по сравнению с объяснением учителя: 1) найдите и подчеркните в тексте предложения, раскрывающие сложное поведение самцов и самок куланов (последствия) в брачный период; 2) покажите, как проявляется влияние матери на родившегося куланёнка и наоборот; 3) как отношения членов популяции сказываются на выживании, росте и развитии куланят; 4) укажите результат взаимосвязей особей в популяции куланов; 5) почему, по вашему мнению, в популяциях кулана и многих других видов животных возникают подобные явления. С помощью предложенных текста и приёма обучающимся показывается элементарная форма биологической причинности: причина (изменение состояния организма) и следствие (сложное поведение особей разного пола) не разъединены значительно во времени, и её особенности – необходимый характер причинности (если возникли физиологические изменения, то постоянно будет проявляться сложное поведение), последовательность причины и следствия во времени (вначале возникают физиологические изменения, а затем сложное поведение). В обозначенном ключе рассматривается содержание и двух других причинных связей: биотические факторы – изменение численности популяций, абиотические факторы – колебания численности особей в популяциях. Таким образом, от рассмотрения внутренних причинных связей можно переходить к рассмотрению связей внешнего характера.
Особое значение для формирования умения устанавливать и раскрывать причинные связи имеет материал о воздействии антропогенных факторов на популяции. Они, в сущности, выступают в качестве причин, определяющих их состояние. При изучении содержания связи «антропогенные факторы – изменение эволюционных явлений» учащимся можно предоставить возможность оперировать понятиями «причина», «условие», «следствие» и «результат» на фоне двух методологических функций причинности – объяснительной и обобщающей. Это позволяет, с одной стороны, использовать понятийный аппарат причинности в новых условиях, с другой – лучше выяснить познавательную роль причинности при раскрытии экологических и эволюционных явлений, обнаруживая глубокую связь между явлениями живой природы. В этом случае учащимся помогает приём обобщения от частного, через сравнение, к общему с опорой на наглядность. Наглядный материал в этом случае содействует убедительному причинному объяснению и обобщению. Вначале учащимся предлагается написанный на доске текст об изменении окраски бабочек в промышленно развитых странах Европы. К тексту ставится вопрос: «Как объяснить изменения, происшедшие в популяциях березовой пяденицы и других видов бабочек под воздействием фактора физического загрязнения?». Обозначенный выше прием позволяет получить ответ на поставленный вопрос. Последовательность рассуждений строится по схеме: «причина (внешнее воздействие – загрязнение) – последствия (наследственная изменчивость, изменение окраски в силу естественного отбора) – результат (приспособленность вида к новым условиям обитания) – общий вывод (загрязнение – фактор эволюции)». На основе подобной работы у обучающихся накапливается достаточный фонд биологических знаний, а также знаний о понятийном аппарате причинности для усвоения ими более сложных приемов работы. К таковым относится приём рассмотрения объекта (популяции) с разных точек зрения. С его помощью учащиеся могут изучить объект во всех его связях и опосредствованиях. Основу приёма составляет своеобразное сочетание процессов абстрагирования и установления связей.
Как показывает практика обучения биологии, у обучающихся вызывает интерес материал о связях синэкологического содержания. Изучить экологическую систему – значит получить знания о взаимосвязях, взаимообусловленности явлений, наблюдаемых в окружающей среде. На их основе выясняются закономерные природные явления. Вначале следует рассматривать внутренние связи, ибо биотические факторы, прежде всего внутривидовые и межвидовые отношения, порождают сообщество, обусловливают его устойчивость и целостность. Содержание этих связей лучше воспринимается на примерах водных (пруд, озеро, река) и наземных (широколиственный лес) биоценозов. Затем следует обратиться к связям внешнего характера. Этому способствует приём комплексного изучения экологической системы, который конструируется на основе объяснительной, прогностической и обобщающей функций причинности.
Изучение биосферного уровня позволяет обучающимся раскрывать сложные явления, обусловливающие целостность, стабильность и устойчивость глобальной экосистемы. Эти ее свойства, в первую очередь, предопределяются внутренними причинными связями. Поэтому следует акцентировать внимание учащихся на содержании связи «живые организмы – состояние биосферы». Такая связь полнее раскрывается на основе анализа высказывания В.И. Вернадского о том, что «на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Принципиально важным в этом случае является раскрытие этой связи с учетом современных данных о деятельности живых организмов в биосфере, ее последствиях и результатах. После установления внутренних причинных связей возникает объективная возможность изучить внешние связи. В этом случае обращается внимание на комплекс абиотических факторов, а самое главное, антропогенных явлений, существенно меняющих обозначенные выше свойства биосферы. На основе подобного материала обучающиеся легко подводятся к формулированию суждений-результатов, к которым стремится человек при достижении гармонии с биосферными процессами, в частности сохранению условий жизни, минимизации использования естественных ресурсов, сбережению многообразия живого, поддержанию экологического равновесия в природе.
Следует отметить, что одним из условий успешного формирования умения устанавливать причинные связи при изучении учащимися 10–11 классов экологического материала является использование соответствующих приёмов, а также выполнение заданий, в содержании которых проявляются следующие элементы причинности: одна причина – несколько неоднозначных последствий и результатов; несколько причин – несколько следствий и один результат; одна причина, несколько условий – несколько следствий и один результат; одна причина – быстрое проявление разных последствий и результатов; одна причина – следствия и результаты, проявившиеся через значительный промежуток времени.
В общем виде умение устанавливать и раскрывать сущность причинной связи можно представить в следующей совокупности действий: 1) выяснить причину (причины) возникших явлений – следствия (следствий) / результата (результатов); при необходимости обратить внимание на условие (условия), способствующее возникновению следствия (следствий) / результата (результатов); 2) указать следствие (следствия) / результат (результаты), порожденные причиной (причинами) при определенных условиях; 3) проанализировать причину (причины) и следствие (следствия) / результат (результаты) в отдельности; 4) построить суждения о взаимосвязи причины (причин) и следствия (следствий) / результата (результатов) и доказать объективную состоятельность причинной связи; 5) сформулировать вывод в отношении объекта, выступающего в качестве центрального в составе причинной связи.
Заключение. О сформированности умения устанавливать и раскрывать причинные экологические связи можно судить по определенным критериям, среди которых овладение понятийным аппаратом причинности, сформированность совокупности приёмов установления причинных связей, уверенность учащихся в действиях при этом, адекватность установленных причинных связей, изменение личного отношения к живой природе и путям её познания. В отношении первого критерия на основе апробации описанного процесса можно утверждать, что большая часть старшеклассников правильно устанавливали причинные связи, стремясь к оперированию её основными понятиями. Они при этом разграничивались и применялись в соответствующих ситуациях. В отношении усвоения полноты приёмов установления причинных связей большая часть учащихся утверждала, что для изучения биологических явлений и закономерностей необходимо знать содержание приёмов и уметь использовать в деле не один-два или даже три приёма, а совокупность взаимосвязанных приёмов. Было замечено, что обучающиеся на начальном этапе затруднялись оперировать не только приемами установления и раскрытия содержания причинных связей, но и даже отдельными их действиями. В ходе изучения материала сначала сформировались умения оперировать действиями внутри отдельного приёма, а затем и приёмами в целом. Более 60% старшеклассников стали правильно выбирать нужный для конкретного случая приём и раскрывать содержание связи или нескольких связей. Особо подчеркнём о данных в отношении личностного критерия. Для его проверки обучающиеся выполняли задания, а также писали мини-сочинения на тему: «Что мне дало изучение биологической причинности?». Их работы показали, что они в целом знают содержание причинных связей, умеют их устанавливать и раскрывать. Большая часть, почти 80% обучающихся, при выражении личного отношения к живой природе опирались на причинность, подчеркивая ее необходимость в познании экологических явлений. При этом 75% старшеклассников отметили, что для раскрытия их сущности важно обращаться к понятиям причинности, содержанию соответствующих связей, функциям причинности и совокупности приёмов. Таким образом, использование причинности при изучении экологического материала в общебиологической части школьной биологии является одним из путей формирования у обучающихся умения устанавливать причинные связи, раскрывать их сущности и строить на их основе собственные суждения. Оно является универсальным по своему назначению, может переноситься в новые учебные ситуации и поэтому обеспечивает более эффективное оперирование предметными знаниями.