Современное состояние общеобразовательной системы определяется переходом от единообразного и всеобщего образования к многоуровневому и разновидовому образованию, характеризующемуся гуманистической направленностью, развивающейся дифференциацией, стандартизацией [1]. В связи с этим возникает необходимость разработки содержания естественно-научного образования для различных видов общеобразовательных учреждений с учетом их социально-культурной, познавательной, научной и практической направленности, преемственности обучения. Преемственность обучения является актуальной задачей естественно-научного образования в школе. Преемственность решает задачи удовлетворения познавательных потребностей личности обучаемого, выступает мотивирующим фактором, активизирующим учебно-познавательную деятельность выпускников школы.
Рассматривая естественно-научное образование, мы, прежде всего, отмечаем, что оно определяет довольно широкий спектр всевозможных профилей, которые базируются на ее предметной основе познания Природы. Обучающиеся, отдающие предпочтение естественно-научному профилю, имеют внутреннюю мотивацию к изучению живой или неживой материи, ориентиры поступления в высшие профессиональные учебные заведения естественно-научного профиля, всегда стоят перед выбором, в какой класс пойти получать физико-математический, химико-биологический, химико-технологический или эколого-биологический профиль обучения [2]. В связи с этим становится важным необходимость разработки такого содержания естественно-научного образования, которое отвечало бы потребностям выпускников школы и являлось базой для получения профессионального образования.
Вариативность биологического образования рассматривается многими исследователями, в зависимости от дидактической цели. В то же время многообразие учебно-методической литературы для профильного (биологического) образования не велико. Вопросы практики требуют нового подхода к изучению биологических объектов, который позволил бы глубже проникнуть в «тайны живого» с тем, чтобы решить многие назревшие проблемы. И хотя эмпирический подход, используемый при изучении живых организмов, и сыграл положительную роль в становлении биологической науки, но в настоящее время основной упор нужно делать на формирование научно-теоретического мышления, что заложит прочный фундамент для подготовки высококвалифицированных специалистов в высших учебных заведениях. Современный школьный курс биологии построен так, что основные свойства живого и само понятие «жизнь» изучается только в 10-11 классах, а содержание биологии в 6-9 классах сводится к систематизации и описанию наблюдаемых структур, что не требует знаний физики, химии, но, как писал К.А. Тимирязев, «чтобы быть физиологом, нужно быть в известной степени и физиком, и химиком, и морфологом» [3]. Так, абсолютное большинство учащихся 10 классов считают, что процесс фотосинтеза нужен только для выделения кислорода, а о процессе клеточного дыхания вообще понятия не имеют. Изучив подробно эти процессы в 10-11 классах, обучающиеся не могут связать их с ранее изученным материалом, так как ранее сформированные эмпирические знания значительно доминируют над научно-теоретическими. Поэтому изменение вектора биологического познания с эмпирического на теоретический является системным представлением изучения уровней организации живого, основными принципами которого являются целостность и иерархичность.
Цель нашего исследования: разработать и апробировать новую модель содержания естественно-научного образования биологического вида для среднего общеобразовательного учреждения, построенную на цитологических идеях, обеспечивающих преемственность школьного образования с высшим профессиональным (медицинским) образовательным учреждением, и показать влияние новой модели биологического образования на формирование научно-теоретического мышления выпускников школы.
Материалы и методы исследования. Проблемами моделирования естественно-научного образования в средних общеобразовательных учреждениях занимались А.И. Гурьев, И.Д. Зверев, И.С. Карасова, В.Н. Максимова, М.В. Потапова, С.М. Похлебаев, С.А. Старченко, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, В.Н. Федорова и др.
Для моделирования содержания естественно-научного образования биологического вида нами использован интегративно-личностный поход, который требует определения общих тенденций интеграции содержания естественно-научного образования, функций интеграции содержания, ее источников, направлений, типов, видов, уровней и форм [4].
Мы разработали модель естественно-научного образования для общеобразовательной школы, сориентированной на углубленное изучение биологии, и в настоящее время ее успешно реализуем.
В связи с этим содержание естественно-научного образования в нашем образовательном учреждении опирается на следующие методологические основы:
- целостность естественно-научного знания, раскрывающая сущность и логику развития живой формы материальных объектов;
- взаимосвязь биологических знаний с физическими и химическими, научными знаниями, повышающими теоретический уровень познания биологии;
- приоритетность познавательных потребностей личности в выборе изучения содержания естественно-научного образования, обеспечивающего развитие профильного интереса к изучению биологических знаний;
- биологическая направленность учебно-познавательной деятельности, способствующая раскрытию сущности структуры деятельности естествоиспытателя;
- преемственность общего содержания биологического образования с профессиональным (медицинским) образованием, определяющая направленность личности [5].
Мы построили «цитологическую модель» содержания естественно-научного образования биологического вида, которая опирается на принципы:
- научности, раскрывающей объективность и целостность содержания системы биологического образования, предусматривающего начала рассмотрения биологии с клеточного уровня познания;
- фундаментальности, проявляющейся в приоритетности теоретических (понятийных) знаний над эмпирическими, методологического познания над фактологическим, предметного содержания над интегрированным;
- направленности, определяющей профильность изучения естественно-научных знаний (химико-биологических) с учетом внешней и внутренней мотивации личности;
- системности, раскрывающей целостность, упорядоченность, взаимосвязь элементов биологического знания, определяющего структуру и последовательность изучения живого организма в логике научного познания сначала неживой материи, а потом живой;
- персонализации, предусматривающей организацию и реализацию естественно-научных образовательных траекторий обучения с учетом биологической направленности и способности личности;
- преемственности, обеспечивающей согласование содержания образования среднего биологического образования с профессиональным (медицинским) образованием;
- опережающего обучения, предусматривающего пропедевтику преподавания физики и химии в общей структуре биологического образования;
- активности, обеспечивающей процесс познания биологических знаний на основе поисково-исследовательской и проектной деятельности в условиях самореализации и саморазвития личности;
- технологичности, раскрывающей основные образовательные технологии, обеспечивающие формирование естественно-научных понятий, развитие научно-теоретического мышления и становление естественно-научной направленности личности [6].
В теории интеграции естественно-научного образования выделяются физический, химический, биологический и географический виды интеграции содержания естественно-научного образования. В своей практической деятельности мы реализуем биологический вид интеграции содержания естественно-научного образования. Это значит, что системообразующим фактором естественно-научного образования выступает система биологических знаний, относительно которой выстраивается общая линия раскрытия содержания естественно-научного образования.
Мы считаем, что в нашем образовательном учреждении в большей степени должна быть реализована вертикальная интеграция содержания естественно-научного образования, так как она способствует повышению теоретического уровня раскрытия биологического образования, обеспечивает углубленное изучение биологических знаний, нацеливает рассмотрение биологического знания на уровне системных обобщений в познании живого организма.
В процессе моделирования биологического вида естественно-научного образования нами используется общеметодологический, общенаучный и частнонаучный типы интеграции содержания. Считаем, что в профильной школе, при работе с мотивированными обучающимися, должны быть реализованы общеметодологический и общенаучный типы интеграции содержания естественно-научного образования, которые включают в себя следующие подходы: мировоззренческий, синергетический, семиотический, психологический, деятельностный при интеграции содержания, а также тенденциозный, эволюционный, личностный, научный, стержневой, синтетический, проблемный, действенный, понятийный подходы интеграции содержания, относящиеся к общенаучному типу [4].
Дидактическая целостность содержания биологического образования в модели реализуется за счет генерализации объекта интеграции в учебном плане относительно понятия «Клетка», за счет соединения предметных линий естественно-научного образования, внедрения синтезированных, интегрированных, комплексных, стержневых учебных предметов, курсов, модулей, формирования структуры учебно-исследовательской деятельности, раскрывающей деятельность естествоиспытателя, реализации персональных образовательных траекторий, применения технологии развития научно-теоретического мышления. Генерализация содержания естественно-научного образования осуществляется относительно цитологической теории, раскрывающейся в логике плавного перехода от эмпирического уровня познания биологических объектов до научно-теоретического. В работе реализуется идея построения биологических знаний, предложенная С.М. Похлебаевым [7]. При таком подходе знания по физике и химии являются необходимым условием изучения биологического объекта уже на эмпирическом уровне познания. Теоретический уровень изучения биологических объектов полностью опирается на межпредметный синтез естественно-научных знаний и способов учебно-познавательной деятельности.
Интеграция содержания образования - одна из форм взаимосвязи и взаимодействия структурных элементов содержания образования, которая задает определенный уровень целостности содержания [4]. Интеграция - это процесс перехода системы из одного состояния целостности в другое. Параметрами, характеризующими целостность состояния содержания биологического знания, в нашем случае выступают различные уровни взаимосвязи, взаимодействия, упорядоченности, гармоничности, общности структурных элементов естественно-научного образования (научные факты, понятия, законы, теории) [8]. При рассмотрении целостности содержания биологического образования в образовательном процессе мы выделяем следующие уровни интеграции содержания образования: предметный уровень представления курса «Биология» на идеях цитологической теории; межпредметный уровень взаимосвязи физики, химии и биологии; уровень дидактического синтеза, раскрывающий соединение физики и биологии (биофизика), химии и биологии (биохимия), физики и химии (физхимия); уровень дидактической целостности содержания биологического образования, включающий выше перечисленные уровни целостности с учетом дидактической цели, обеспечивающей преемственность среднего образования с высшим профессиональным (медицинским) образованием. Таким образом, мы определили и реализовали новую модель естественно-научного образования биологического вида на уровне дидактической целостности образования, раскрытой посредством модернизации, оптимизации и интеграции содержания учебных предметов, курсов, модулей. Целостность содержания достигнута за счет:
1. Рассмотрения авторского учебного курса «Физика. Химия. Биология» в 5 классе, знания которого интегрированы на основе природных явлений (физических, химических, биологических и астрономических), их наблюдений и исследований (комплексный синтез).
2. Опережающего изучения физики, начиная с 5 класса, по логической цепочке: физика, химия, биология (структурный синтез).
3. Осуществления стержневого внутрипредметного синтеза (физического, химического, биологического) знаний, начиная с 5 класса.
4. Преподавания авторской программы «Биология 6-7», построенной на цитологических идеях представления содержания.
5. Генерализации объекта интеграции естественно-научного образования вокруг системы биологических знаний (внутрипредметная интеграция).
6. Опережающего изучения учебного курса «Экспериментальные основы химии» в 7 классе, раскрывающего логику химического образования (комплексный синтез).
7. Предметного расширения содержания физики, химии с учетом потребностей биологического познания (внутрипредметный синтез).
8. Осуществления межпредметных связей с учетом корректировки программ и вида естественно-научного образования (межпредметный синтез).
9. Формирования обобщенной структуры учебно-исследовательской деятельности в естественно-научных лабораториях и развития способа деятельности, адекватной деятельности естествоиспытателя (деятельностный синтез).
10. Дифференциации содержания естественно-научного образования на физико-математическое, химико-биологическое и социально-психологическое в старших классах, реализации вертикальной и горизонтальной интеграции содержания биологического образования (профильный синтез) в 9 классах.
11. Преподавания синтезированных учебных предметов «Биофизика» в 10 и 11 классах, «Биохимия» в 11 классе (межпредметный синтез).
12. Внедрения интегративных модулей и курсов, повышающих теоретический уровень познания биологии (комплексная интеграция).
13. Введения обобщающего учебного курса «Философские основы естествознания» в 11 классе (общенаучный синтез).
14. Проведения итоговой защиты творческих работ обучающихся по результатам учебно-исследовательской деятельности (деятельностная интеграция).
Предметом исследования в данной работе стало выявление влияния разработанной целостной модели содержания биологического образования на формирование научно-теоретического мышления учащихся 5-11 классов при изучении биологии.
Мы предполагали, что представленная целостная модель содержания биологического образования обеспечивает формирование научно-теоретического мышления обучающихся при условии, что:
- осуществлялся интегративно-личностный подход к содержанию биологического образования;
- процесс познания живой материи отражает генетическую связь форм движения, раскрывающуюся через физическую и химическую формы;
- методологической основой формирования содержания биологического образования является системно-синергетическая тенденция развития биологического образования;
- систематизирующим фактором биологического образования выступает цитологическая теория и ее соответствующий понятийный аппарат;
- при реализации образовательного процесса осуществляются различные виды синтеза естественно-научных знаний и способов деятельности;
- в процессе обучения используются формы учебных занятий, приемы и средства, обеспечивающие формирование наглядно-образного, обобщенно-образного, понятийного и практико-действенного мышления обучаемых.
Результаты исследования и их обсуждение. Педагогический эксперимент по оценке эффективности реализуемой модели проводился с учащимися 9 и 11 классов в конце учебного года. Экспериментальными группами выступали учащиеся химико-биологического класса, а контрольными - обучающиеся, занимающиеся по традиционной программе биологического образования.
Эффективность педагогической деятельности по реализации разработанной модели оценивалась по критериям: полнота усвоения обучающимися структурных профильно значимых знаний о клетке [9]; сформированность научно-теоретического мышления обучающихся [10].
Основными методами диагностики выступали поэлементный анализ усвоения знаний и критериально-ориентированное тестирование сформированности мышления. Результаты оценки усвоения знаний цитологической теории обучающимися контрольных и экспериментальных групп представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели полноты сформированности структурных элементов знаний цитологической теории обучающимися (9 классов) контрольной и экспериментальной групп
|
№ |
Структурные элементы цитологической теории |
Коэффициент полноты усвоения |
Коэффициент эффективности |
|
|
Контрольная группа |
Экспериментальная группа |
|||
|
11. |
Строение клетки |
0,51 |
0,86 |
1,7 |
|
22. |
Химический состав клетки |
0,66 |
0,94 |
1,4 |
|
33. |
Процессы жизнедеятельности клетки |
0,41 |
0,85 |
2,1 |
|
44. |
Способы деления клетки |
0,50 |
0,88 |
1,8 |
Коэффициент эффективности свидетельствует о более высоком уровне сформированности структурных элементов цитологической теории в химико-биологическом классе.
На рисунке представлены результаты исследования сформированности стадий естественно-научного мышления обучающихся в контрольных и экспериментальных группах при традиционном обучении и при реализации естественно-научного образования биологического вида.
Стадии сформированности научно-теоретического мышления обучающихся экспериментальных и контрольных групп (1 - эмпирически-бытовая, 2 – эмпирически-научная, 3 – дифференциально-синтетическая, 4 - синтетическая)
Анализируя результаты эксперимента, можно сделать вывод, что сформированность научно-теоретического мышления обучающихся в профильных классах значительно выше, чем у обучающихся контрольной группы.
Положительная динамика формирования научно-теоретического мышления обучающихся подтверждается эффективностью качественных и количественных показателей сдачи государственных итоговых экзаменов обучающихся по биологии. Средний тестовый балл ЕГЭ и ОГЭ по биологии представлен в таблице 2.
Таблица 2
Средний тестовый балл сдачи ЕГЭ и ОГЭ обучающихся по биологии, полученный за последние пять лет
|
Предмет |
2013-2014 |
2014-2015 |
2015-2016 |
2016-2017 |
2017-2018 |
|
Биология ЕГЭ (11 кл.) |
68,6 |
71,63 |
75,0 |
72,2 |
69,4 |
|
Биология ОГЭ (9 кл.) |
31,8 |
31,3 |
35,5 |
34,8 |
35,4 |
Количественные показатели свидетельствуют, что целенаправленная деятельность по осуществлению профильного обучения с учетом познавательных намерений обучающихся и системной работы учителей по реализации модели естественно-научного образования биологического вида в общеобразовательном учреждении способствует повышению качественных показателей усвоения профильно значимых понятий, обеспечивает формирование научно-теоретического мышления, повышает теоретический уровень представления содержания естественно-научного (биологического) образования в школе.
Заключение. В содержании естественно-научного образования школы имеются большие возможности повышения теоретического уровня познания живого организма. Использование интегративно-личностного подхода к моделированию содержания естественно-научного образования биологического вида на основе цитологической теории имеет значительный потенциал для повышения качества образования и формирования научно-теоретического мышления. Интеграция содержания естественно-научного образования на уровне дидактической целостности на основе системного представления биологических знаний определяет новый вектор построения содержания биологического образования в профильной школе. Новая модель биологического образования имеет более высокий результат качественной подготовки выпускников, обеспечивает преемственность с высшими профессиональными учреждениями, реализует в образовательном процессе внутрипредметный, межпредметный, междисциплинарный синтез физических, химических и биологических знаний, раскрывает суть опережающего и пропедевтического изучения отдельных предметов, курсов, модулей, целенаправленно гарантирует сформированность научно-теоретического мышления обучаемых.
Авторами статьи рассмотрены теоретические основы построения новой модели биологического образования в общеобразовательном учреждении, представлен практический аспект преподавания конкретных учебных предметов, курсов, модулей, повышающих целостность биологического образования в рамках профильного обучения.
Проведенный нами эксперимент по оценке эффективности реализованной новой модели биологического образования позволяет сделать вывод о целесообразности использования интегративно-личностного подхода к содержанию биологического образования, обеспечивающего повышение уровня сформированности цитологических знаний, формирование научно-теоретического мышления, подготовку выпускников к обучению в профессиональных (медицинских) образовательных учреждениях. Результаты исследования могут быть использованы при разработке содержания образования для химико-биологических классов, при осуществлении преемственности школьного образовании с профессиональным, при организации естественно-научной направленности образовательного процесса, при структурировании содержания естественно-научного образования, его модернизации и оптимизации.