Методические страницы

Пропедевтические естественно-научные курсы

Возможности изучения естествознания на ранних ступенях обучения

Преемственность школьного естественно-научного образования обеспечивается непрерывным изучением различных естественно-научных курсов в начальной, основной и средней школе. Традиционно раздельное преподавание предметных курсов физики, химии и биологии начинается не ранее 6-го класса. До этого элементы содержания всех этих предметов соседствуют в интегрированных курсах.

В соответствии с действующими Стандартами образования элементы естественно-научных знаний включены в курсы «Окружающего мира» в начальной школе и «Природоведения» в основной школе. «Окружающий мир» интегрирует две области – естествознание и обществознание. В основной школе эти области разделяют на два предмета, и в 5-м классе (а иногда и в 5–6-м классах) преподают интегрированный естественно-научный курс «Природоведение» (или «Естествознание»), который включает в себя вопросы биологии, физики, химии, физической географии, а также экологии и ОБЖ [1].

Следует отметить, что в нашей школе пропедевтические естественно-научные курсы традиционно выстраиваются в основном на материале биологии. Изучение естествознания на начальном этапе рассматривается как знакомство учащихся сначала с природой окружающей их местности, а затем следует постепенное расширение элементов содержания до изучения природы нашей страны в целом. Однако в последнее десятилетие курс начальной школы существенно обогатился географическими элементами знаний, а также вопросами экологии.

В отличие от школьного курса физики, где вариативные программы отличаются друг от друга лишь порядком следования тех или иных тем, а также различными методическими подходами к их изучению, в пропедевтических естественно-научных курсах очень сильно влияние авторов именно на отбор содержания. Подчас практически невозможно установить общее ядро содержания, держа в руках два учебника по окружающему миру, например, для школ, работающих по системе Занкова или по системе Эльконина–Давыдова.

Ещё более неопределённая ситуация с содержанием интегрированных естественно-научных курсов в 5–6-м классах. Здесь только в 2004 г. был принят стандарт по природоведению для 5-го класса, который оказался первым нормативным документом, регламентирующим содержательную основу для этих курсов. Однако до сих пор в школах можно встретить в 5-м классе учебники, например, только по пропедевтике биологии («Введение в биологию и экологию») или только по пропедевтике физики и химии («Физика и химия»).

Содержание же двухгодичных курсов естествознания не регламентируется федеральными документами и по сей день остаётся полностью в ведении авторских коллективов. Поэтому учителям основной школы стоит внимательно ознакомиться с теми учебниками, по которым дети обучались естествознанию на первых этапах его изучения. Вполне может оказаться, что, например, взвешивать на рычажных весах их уже учили и в 3-м классе (по учебнику Н.Ф. Виноградовой) и в 5-м классе в курсе естествознания (по учебникам под ред. И.Т. Суравегиной) [2].

Различия разного рода курсов природоведения (естествознания) определяются не только различием содержания, но и подходами авторов к интеграции вопросов, относящихся к различным областям естествознания. Здесь можно выделить два базовых направления: интеграция на основе общности предмета изучения (понятия, законы, величины и т. п.) и интеграция на основе общего для всех естественных наук метода познания. Для младшего подросткового возраста предпочтителен именно второй путь, т. к. он направлен главным образом на формирование способов учебной деятельности, познавательных умений, связанных с методами и приёмами научного познания. Меняется здесь и методика преподавания, т. к. большое значение приобретает групповая форма работы учащихся, а также проведение самостоятельных исследовательских работ.

Что касается элементов физики, которые изучаются в 1–5-м классах, то они, к сожалению, представлены в пропедевтических курсах очень и очень скромно. Так, в стандартах начальной школы к физике можно отнести следующие элементы: «Явления природы (общее представление о 3–4 явлениях); «Твёрдые, жидкие, газообразные вещества»; легко определяемые свойства веществ (на примере воды, воздуха); «Разные состояния воды». В стандарт природоведения для 5-го класса включена следующая формулировка: «Различные физические явления (механические, тепловые, световые) и их использование в повседневной жизни». Однако учебная нагрузка, отведённая на природоведение, не позволяет полностью реализовать хотя бы обзор различных физических явлений, и дело заканчивается поверхностным знакомством с 2–3 явлениями.

Основные «векторы развития» интегрированных естественно-научных курсов

Если спросить любого учителя основной школы, начинающего преподавать курсы физики, химии или биологии, о том, какой подготовки они ждут от пропедевтических курсов начальной школы и 5-го класса, то практически единодушное мнение можно выразить примерно так: «Не имеют значения конкретные элементы содержания, с которыми дети знакомились в окружающем мире или природоведении, т. к. каждый систематический предметный курс всё равно начинается “с чистого листа”. Однако крайне важно, насколько хорошо дети владеют приёмами работы с учебником, умеют ли они, например, описывать наблюдаемые явления, сравнивать объекты и т. п.»

Таким образом, основной обучающей целью этих курсов должно быть не раннее изучение тех или иных содержательных элементов, а формирование общеучебных умений и способов деятельности, причём именно тех, которые востребованы в естественно-научных предметах. Здесь можно говорить о двух основных направлениях [3]:

– формирование приёмов работы с естественно-научной информацией;

– формирование умений, связанных с освоением методов и приёмов научного познания.

Развитие у учащихся способностей, связанных с приёмами работы с разнообразной информацией, – одна из основных задач современной школы. Информационная культура является частью коммуникативной, познавательной и эстетической культуры, которые выделены как инвариантные компоненты структуры деятельности, лежащие в основе концепции современной школы.

В обучении приёмам работы с информацией можно выделить два основных аспекта: а) овладение самим процессом поиска, фиксации, понимания, переработки и передачи информации в данной конкретной области; б) приобретение навыков работы с конкретными средствами информационных технологий: текстовыми редакторами, электронными таблицами, базами данных, телекоммуникационными пакетами, сканерами, принтерами и т. д.

Для решения задачи формирования приёмов работы с естественно-научной информацией на уроках естествознания должен прослеживаться акцент на соответствующие формы организации учебной деятельности: подготовка кратких сообщений с использованием естественно-научной лексики и иллюстративного материала; корректное ведение учебного диалога при работе в малых группах сотрудничества; оценка собственного вклада в деятельность группы сотрудничества; самооценка уровня личных учебных достижений по предложенному образцу и т. д.

Если перечисленная выше часть приёмов формируется в основном на уроках естествознания, то приобретение навыков работы с конкретными средствами информационных технологий ложится на курс информатики, который, к сожалению, для данного возраста в учебном плане отсутствует. Один из путей решения этой задачи — интеграция естествознания с элементами ИКТ. Ярким примером здесь является курс естествознания, созданный под руководством Е.И. Африной (Москва) [2].

Интеграция естествознания и информатики может осуществляться различными способами, но при любых ситуациях крайне важна работа учителя информатики в тесном контакте с преподавателем естествознания. Изучение ИКТ предполагает формирование определённых информационных умений: набор текстовых файлов, построение диаграмм, создание иллюстраций и т. п., а содержание, на котором отрабатываются эти умения, относится к естествознанию. Учитель естествознания ставит перед учащимися конкретную учебную задачу в рамках своего курса и проверяет качество её выполнения, а учитель информатики помогает школьникам в использовании конкретных программных продуктов для поиска и обработки информации и оценивает применение ими умений, полученных в рамках обучения ИКТ.

Вторым основным «вектором развития» является формирование приёмов, связанных с освоением методов научного познания. В стандартах 2004 г. этот аспект достаточно полно был представлен в природоведении, где в разделе «Опыт практической деятельности» отражены требования по включению в программы, например, следующей деятельности: «Наблюдения звёздного неба… Опыты по изучению: нескольких физических явлений… Измерения длины, температуры, массы, времени… Конструирование моделей, простейших измерительных приборов и установок для наблюдений и опытов…» К сожалению, на данный момент не приходится говорить о полноценной реализации в учебно-методических комплектах этой важной части стандартов первого поколения, хотя на подходе уже разработка и стандартов следующего (второго) поколения.

Важность ознакомления школьников с методологией науки осознаётся в настоящее время, пожалуй, всеми участниками образовательного процесса, но до сих пор сильны традиционные подходы к формированию методологических умений. Так, для каждого из естественно-научных предметов выбираются наиболее типичные для отражаемой им науки методы познания и через знакомство с тем или иным методом формируется вся цепочка действий целиком. Если обратить внимание на эмпирические методы – наблюдение, опыт и измерение, то в биологии, например, используются в основном наблюдение, а метод измерения делится между физикой и математикой. Кроме того, обучение наблюдению традиционно считается в нашей методике более простым, чем, например, проведение опытов. Поэтому ведущей деятельностью в начальной школе считается наблюдение, и лишь в основной школе появляются опыты и измерения.

К сожалению, при таком подходе не уделяется должного внимания взаимосвязи отдельных методов, границам их применимости, порядку их использования и роли в общем процессе познания. Знания учащихся о научном способе познания остаются фрагментарными, не формируется целостное представление о процессе научного познания. Подчас наши школьники, выполняя по инструкции достаточно сложные эксперименты или измерения, в простых самостоятельных исследованиях затрудняются даже в выборе оптимального метода.

Формирование целостного представления о процессе научного познания может стать задачей интегрированных пропедевтических курсов естествознания, поскольку интеграция содержания позволяет не только окинуть взглядом всю совокупность естественных наук, но и показать единые способы получения научных знаний. Курсы природоведения (или естествознания) для младших подростков включают в основном знания, соответствующие эмпирическому базису науки: научные факты, эмпирические понятия и закономерности. С точки зрения методологической компетентности задача естествознания состоит в ознакомлении именно с эмпирическим уровнем научного познания, целью которого является получение научных фактов. При этом важно не только знание о методах научного познания, но и овладение учащимися умениями самостоятельно проводить наблюдения, планировать и выполнять простейшие опыты, выдвигать гипотезы и т. п.

Как правило, у нас принято обучать методу целиком, формируя всю цепочку действий одновременно. В силу большого числа этапов крайне сложно обеспечить качественное усвоение каждого из них. Поэтому, берясь за обучение школьников проведению наблюдений, мы вынуждены писать подробные инструкции для каждого из его этапов. В результате, несмотря на большое количество практических работ в курсах естественных наук, цепочка самостоятельных действий по проведению тех же наблюдений так и не формируется. Практические же работы остаются лишь иллюстрацией к изучаемым фактам или явлениям.

Можно поступать и по-другому: не пытаться формировать сразу всю цепочку действий, а сосредоточить внимание на одном-двух приёмах. Для пропедевтических курсов такой подход оказывается более эффективным. А к таким приёмам можно отнести, например: наблюдение как восприятие и определения свойств объекта при помощи органов чувств; выбор способа измерения (отбор или конструирование необходимых измерительных приборов); выдвижение гипотез-предположений, основанных на житейских представлениях или эмпирических закономерностях; выбор условий проведения наблюдения или опыта, при которых меняются только две исследуемые величины, а все остальные остаются постоянными, и т. д. Все эти приёмы являются структурными элементами наблюдений, опытов и измерений, т. е. тех методов, первичное ознакомление с которыми предусмотрено в рамках пропедевтических естественно-научных курсов.

Говоря о пропедевтике естественно-научных знаний, нельзя замыкаться только на вопросах обучения и развития интеллектуальных умений. Одной из целей природоведения является воспитание положительного эмоционально-ценностного отношения к окружающей природе и самому себе как её части; стремления действовать в каждодневных ситуациях общения с природой в соответствии с экологическими принципами поведения, использовать природоведческие знания для соблюдения правил здорового образа жизни. Эта цель отражена и в стандартах, и в любом учебнике. Однако эффективность её достижения связана не столько с содержанием учебников, сколько с организацией учебного процесса. Здесь невозможно обойтись без практической социально-ориентированной деятельности учащихся, связанной с формированием экологического и здоровьесберегающего поведения, организацией всевозможных занятий в природной среде, проведения простейших исследований и выполнения проектов.

Результаты обучения естествознанию в рамках пропедевтических курсов

Как правило, о результатах обучения по тем или иным школьным предметам судят на основании проведённых экзаменов, различных мониторинговых тестирований и т. п. К сожалению, по предмету «Окружающий мир» для начальной школы не принято проводить какие-либо диагностические срезы, поскольку «все силы отдаются» русскому языку и математике. А уж результатами обучения природоведению в 5-м классе обычно не интересуются даже на школьном уровне.

Однако существует международное исследование, которое демонстрируют образовательные достижения выпускников начальной школы по естествознанию. Каждые четыре года Россия участвует в сравнительном международном исследовании естественно-научной подготовки TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study). В последнем исследовании 2007 г. наши учащиеся показали невероятно высокие результаты: из 36 стран-участниц только у двух стран (Сингапура и Тайваня) результаты статистически выше, чем у России. Так что учителям основной школы грех винить пропедевтическую подготовку начальной школы по естествознанию [4].

Высокие результаты наших учащихся – это замечательно, но анализ выполнения ими заданий международного исследования заставляет задуматься о том, насколько наше движение в развитии естествознания в начальной школе находится в русле общемировых тенденций. Одни из таких моментов является определение влияния внешкольной информации на формирование естественно-научных представлений.

Содержание заданий исследования TIMSS базируется на едином перечне элементов содержания, который составляется с учётом пожеланий всех стран-участниц. Однако невозможно «привести к общему знаменателю» программы столь большого числа стран с совершенно различными системами образования. Поэтому для каждой страны в этом перечне оказываются элементы, которые не соответствуют содержанию внутренних программ.

Так, в исследовании, о котором идёт речь, половина предложенных нашим четвероклассникам заданий не соответствовала содержанию российских программ. Наибольший разброс заметен в блоке «Физические науки». Здесь из семи тем у нас изучаются только две (классификация веществ и изменение агрегатных состояний). Поэтому на вопросы, связанные со знанием различных источников энергии, тепловых, световых, звуковых, электрических и магнитных явлений, а также темы «Силы и движение» нашим учащимся приходилось отвечать на основании здравого смысла и имеющегося запаса бытовых знаний.

Однако это не помешало российским учащимся продемонстрировать очень высокие результаты и оказаться в тройке лидеров. Результаты выполнения такого рода заданий сопоставимы, а иногда и выше тех, что соответствуют программным требованиям. Несмотря на то, что наибольший объём учебной нагрузки в программе по окружающему миру падает на изучение вопросов биологии, а элементы физики практически не изучаются, наиболее высокие результаты были продемонстрированы для заданий, относящихся к разделу «физические науки».

Наиболее впечатляющими являются результаты выполнения заданий о магнитных и электрических явлениях. Так, 56% учащихся (при среднем международном результате 39%) правильно указали полюсы магнита на рисунке, изображающем отталкивающиеся дисковые магнитики. Правильно выбрали условие использования магнита для разделения железных опилок и речного песка 60% (средний международный результат 51%). То есть при отсутствии в программе упоминаний о магнитах учащиеся начальной школы не просто представляют себе их основное свойство (притягивать железные предметы), но и различают полюсы магнита и условия их взаимодействия.

Такая же ситуация и с электрическими цепями: судя по выполнению заданий, выпускники начальной школы представляют себе не только основные составляющие электрической цепи, но и понимают необходимые условия её работы – замкнутость цепи и наличие источника тока (батарейки). Так, 61% учащихся (средний международный результат 47%) сумели указать возможную причину того, почему лампочка в электрической цепи не горит (при этом причина «перегоревшая лампочка» не бралась в расчёт).

Столь высокие результаты выполнения внепрограммных заданий наводят на мысль о необходимости учитывать влияние внешкольной информации при отборе учебного содержания. Кроме того, можно с уверенностью говорить о достаточно высокой познавательной активности учащихся начальной школы, о существующем у них интересе к изучению мира природы и освоении ими естественно-научных знаний в ситуациях помимо школьных уроков. Остаётся только удивляться, почему вопросы физики, которые явно входят в сферу познавательных интересов для данного возраста, до сих пор не нашли отражение в наших программах.

С другой стороны – результаты TIMSS ярчайшим образом демонстрируют, почему необходим скорейший переход от школы памяти к школе деятельности. В информационном обществе задача передачи знаний, как накопления учащимися багажа естественно-научной информации явно отступает на второй план. Приоритетом становится формирование умений по приобретению этих знаний. Именно это направление находит своё отражение в стандартах второго поколения, в которых сделана попытка создать программу формирования универсальных учебных действий.

Литература

1. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования. Ч. I. Начальное общее образование. Основное общее образование. / МОиН РФ. М., 2004. (Издание подготовлено Институтом новых образовательных систем.)
2. Приказ МОиН РФ от 09.12.2008 г. «Об утверждении федеральных перечней учебников, рекомендованных (допущенных) к использованию в образовательных учреждениях, реализующих образовательные программы общего образования и имеющих государственную аккредитацию, на 2009/2010 учебный год. — Российская газета. 30.01.2009.
3. Преподавание природоведения и естествознания. 2009/2010 уч. г. / Под ред. М.Ю. Демидовой: методич. пособие. М.: МИОО, 2009.
4. Основные результаты международного исследования качества математического и естественно-научного образования TIMSS-2007.URL: http://www.centeroko.ru.