Основной способ преодоления догматических тенденций в обазовательном процессе - проблемное обучение биологии. Оно позволяет школьнику проявить оригинальность мышления, творческое и осмысленное отношение к приобретению знаний и умений.
Проблемное обучение основывается на постановке перед школьниками учебных проблем, которые затем самостоятельно илис помощью педагога разрешаются. При этом возникает проблемная ситуация, под которой понимают определенное психологическое состояние учащегося, в котором он испытывает потребность в новых знаниях об объекте или явлении, о способе или условиях выполнения действия.
В психологической литературе имеется указание на наличие пяти этапов решения учебной проблемы (Махмутов, 1975): 1.Возникновение проблемной ситуации и постановка проблемы; 2. Использование известных способов решения; 3. Расширение области поиска новых, ранее не используемых способов решения, нахождение нового принципа действия; 3. Реализация найденного принципа; 4. Проверка правильности решения. В проблемном обучении особую важность приобретает поддержание своевременной обратной связи между учеником и учителем.
Педагогу следует учесть, что применение проблемного подхода на уроке биологии имеются свои трудности:
1. Проблемное обучение, как правило, требует большего количества времени, чем обычное изложение материала учителем; 2.Школьники должны обладать определенной биологической эрудицией, поскольку полное отсутствие знаний не позволит им успешно обсуждать поставленную проблему; 3. От учителя биологии требуются отличное знание предмета, а также гибкость и оперативность в работе на уроке. Следовательно, проблемный урок проводить значительно труднее, чем работать в объяснительно-иллюстративном плане, как это обычно бывает при «догматическом» обучении.
Однако преимущества проблемного подхода также неменее очевидны: 1. У школьников именно при проблемном обучении достаточно быстро и наиболее успешно развиваются разнообразные навыки самостоятельной работы; 2.Формируется умение творчески, нестандартно решать учебные задачи; 3.Большинство школьников начинает положительно относиться к учебе; 4. Интерес к предмету заставляет учащихся читать больше биологической литературы, расширяя таким образом свои познания в области данной науки. Следовательно, проблемное обучение оказывает позитивное влияние на усвоение учащимися всех четырех компонентов содержания биологического образования.
В процессе реализации идей проблемного обучения педагогом часто используются творческие задачи, самостоятельно решая которые учащиеся накапливают опыт поиска способов решения. При этом оказывается, что определенная часть знаний усваивается не в ходе пассивного восприятия их в готовом виде(из уст учителя), а как продукт самостоятельного творческого поиска, сопровождающего процесс «штурма» проблемы. Следовательно, к творческим задачам относятся такие, которые требуют от ученика самостоятельного применения знаний в новых условиях, создания чего-то субъективно (а иногда и объективно) нового. Это те задачи, которые невозможно решить стандартным путем или приемом. Часто такие задачи имеют не одно, а несколько правильных решений.
По существу, под творческой задачей понимают словесную, речевую формулировку проблемы, выступающую в форме интеллектуального задания. При решении проблемной задачи учащиеся понимают, что имеющихся знаний им уже недостаточно. В этой ситуации у школьников возрастает потребность в учении, более четко выявляются мотивы познавательной деятельности.
Автором данной статьи были разработаны проблемные задачи, нацеленные на развитие творческого мышления учащихся по всем разделам школьной биологии.
Приведем примеры таких задач к теме «Клетка — биологическая структура» (10 класс):
1. Известно, что существование и нормальное функционирование клетки возможно только в том случае, если ее содержимое защищено от внешних воздействий поверхностным аппаратом (наружной мембраной, клеточной оболочкой). Предположим, что у клетки появился поверхностный аппарат, полностью изолирующий ее содержимое от внешней среды. Какие преимущества и какие трудности при этом возникли бы? К каким последствиям для самой клетки привело бы это событие? Почему?
2. Есть мнение, что автотрофное питание более выгодно для организма, чем гетеротрофное. На чем может быть основано это мнение? Приведите самые очевидные и наиболее убедительные аргументы, подтверждающие точку зрения каждой из сторон. Если возможно, примите соответствующее решение.
3. Известно, что биосинтез белка происходит в цитоплазме, а не в ядре, где находится необходимая для этого процесса ДНК. Как можно объяснить этот «странный» факт?
Среди разработанных нами проблемных задач есть те, которые ориентированы на развитие у школьников исследовательского мышления. В условии каждой такой задачи описана конкретная ситуация, возникающая в процессе биологического исследования и требующая своего разрешения путем логического анализа, с привлечением уже известных ранее знаний в области биологии. После текста, в котором описывается ситуация, следуют вопросы, требующие от учащихся определенных интеллектуальных действий, аналогичных действиям ученого-биолога, неожиданно сталкивающегося с реальной и часто непростой научной проблемой. Обсуждение проходит в форме
эвристической беседы.
При этом от учащегося требуются: а) определение темы и цели исследования; б) формулирование научной гипотезы; в) выбор объекта изучения; г) подготовка условий для проведения эксперимента; д) разработка плана и методики исследования; е) прогнозирование хода работы и ее результатов; ж) обсуждение результатов исследования, если возможно — формулирование выводов; з) оценка степени научной достоверности полученных результатов; и) определение направлений дальнейшего исследования данной проблемы, выявление ее связи с другими научными проблемами.
Такая организация обучения позволяет школьнику увидеть биологию не только как учебный предмет, но и как процесс научного поиска, результатом которого
является открытие новых путей решения проблемы и получение новых конкретных фактов. Факты, в свою очередь, подвергаются обсуждению, обобщению и анализу, что способствует развитию логического мышления школьников.
Для обеспечения полноценной творческой деятельности учащихся крайне важно, чтобы предлагаемые им биологические задачи исследовательского характера были достаточно сложными, но при этом доступными для школьников данного возраста.
Каждая задача должна требовать от учащихся актуализации уже освоенных ими ранее знаний и умений, но при этом и нацеливать школьников на логический поиск новых способов решения научной проблемы. Желательно, чтобы задача имела несколько возможных решений или не имела однозначного ответа. Это показывает школьникам перспективы научного исследования, препятствует формированию у них догматических взглядов и ложного представления о том, что в науке все открытия уже сделаны.
Важно обращать внимание учащихся на гипотетичность выдвигаемых положений, неоднозначность проблемы, потенциальную возможность решения ее иным путем. При этом нужно акцентировать внимание учащихся на динамике научного поиска, на отказе от незыблемости однажды провозглашенных истин, на необходимости обеспечения научной аргументации каждого выдвигаемого предположения. Только в этом случае
биологическая дисциплина выступит в форме исследования, а само изучение предмета биологии уподобится процессу научного поиска.
В беседе с учащимися важно также подчеркнуть, что полученные в эксперименте результаты, как правило, не ставят точку в процессе исследования, а лишь выдвигают новые, очередные вопросы, нуждающиеся в дальнейшем изучении. Исходя из этого, научное познание может быть охарактеризовано как процесс незавершенный и принципиально безграничный в своем развитии.
Решение проблемной задачи исследовательского характера может осуществляться по следующему плану: 1. Учитель читает условие задачи, формулирует научную проблему и вопросы к учащимся; 2. Школьники самостоятельно обдумывают научную проблему, пытаются найти пути ее решения, при необходимости - привлекают для этого новую (дополнительную) информацию; 3.Учащиеся предлагают найденные способы решения, оценивают их рациональность, указывают на слабые стороны и недостатки предложенных вариантов решения, ведут поиск путей их преодоления; 4. Школьники самостоятельно или при помощи учителя подводят итоги решения научной проблемы; обосновывают выбор лучшего решения; если возможно - проверяют его правильность.
Организуя процесс обучения, важно помнить, что главное — не получение от школьников быстрого и правильного ответа (тем более, что многие из вопросов однозначного ответа не имеют), а организация самого процесса творческого, исследовательского мышления школьников, поиск путей научного решения вопроса, логический анализ ситуации. Следует понимать, что решение школьниками проблемных биологических задач исследовательског характера может быть лишь одним из элементов учебного процесса; оно должно занимать строго определенное место на уроке биологии. Решение проблемных задач не заменяет другие виды учебной деятельности школьников, но и не уступает им по своей значимости.
Рассмотрим некоторые методические возможности организации учителем процесса решения старшеклассниками проблемных биологических задач исследовательского характера на уроках общей биологии (тема «Основы экологии»). Условия конкретных биологических задач исследовательского характера могут быть сформулированы на основе количественных результатов, полученных школьниками в процессе проведения ими наблюдений и опытов над животными в уголке живой природы.
Так, например, в реально проведенном учащимися исследовании выяснилось, что после кормления водная каспийская черепаха гораздо больше времени проводит
на суше, чем до кормления. Этот факт позволил педагогу сформулировать условие проблемной биологической задачи, которая была решена уже другими школьниками на уроке общей биологии при изучении основ экологии. Условие задачи было таково: «В результате проведенного исследования выяснилось, что сытая каспийская черепаха находится на суше гораздо дольше, чем она же, будучи голодной. Подумайте и ответьте на вопросы:
1. Каким образом могли быть получены эти результаты? Предложите возможную методику проведения работы и регистрации результатов.
2. Как можно объяснить факт, приведенный в условии задачи? Предложите наибольшее число возможных гипотез.
3. Какие из предложенных гипотез кажутся вам наиболее вероятными и почему?
4. Какие причины могли исказить полученные результаты?
Учащимся сначала зачитывается условие задачи,а затем — ее первый вопрос. Далее дается время для обдумывания ответов, после чего школьникам предоставляется возможность поочередно выступить со своими предложениями. Может быть высказана, например, следующая идея: «Чтобы получить приведенные в задаче результаты, можно многократно фиксировать местоположение наблюдаемого животного сначала до кормления, а затем - после него. Потом нужно подсчитать количество регистраций животного на суше и воде до и после кормления, а результаты сравнить».
Обсуждая второй вопрос, школьники могут испытывать определенные затруднения. В этом случае им предоставляется следующая дополнительная информация: «Черепаха относится к холоднокровным животным с непостоянной температурой тела». Как правило, после получения дополнительной информации старшеклассники приходят к правильному объяснению наблюдаемого явления, которое можно выразить, например, следующим образом: «Вероятно, каспийская черепаха добывает корм преимущественно в воде. Будучи голодной,она много времени проводит в поисках корма в водной
среде. Насытившись, черепаха выбирается на сушу и греется под лучами солнца (или его заменителя — электрической лампы), что повышает температуру тела этого холоднокровного животного и ускоряет процессы пищеварения». Данное объяснение поведения животного обычно оценивается учащимися как наиболее вероятное по сравнению с другими гипотезами, высказанными в процессе дискуссии.
Осуществляя поиск ответа на четвертый вопрос, школьники нередко называют следующие причины, которые могли привести к искажению полученных результатов: наблюдение проводилось только над одним животным или очень непродолжительное время, поэтому результаты могли быть случайными; в процессе работы не фиксировались проявления тех или иных факторов среды; избранная методика регистрации результатов исследования была недостаточно совершенна. По существу, идет обсуждение научной достоверности полученных результатов.
Рассмотрим еще один пример решения старшеклассниками биологических задач исследовательского характера при изучении темы «Основы экологии». Условие задачи было следующим:
«В одном из аквариумов содержались 10 экземпляров брюхоногих моллюсков прудовиков. В другом аквариуме того же объема и при аналогичных температурных
условиях содержались 10 экземпляров двустворчатых моллюсков беззубок. Все животные были одного возраста. Несмотря на одинаковый температурный режим и сходные размеры аквариумов, все беззубки через некоторое время погибли, а прудовики продолжали жить и даже начали активно размножаться.
1. Изложите свои гипотезы, объясняющие столь разные сроки жизни прудовиков и беззубок в аквариуме.
2. Какие из высказанных гипотез кажутся вам наиболее вероятными и почему?
3. Как провести экспериментальную проверку наиболее вероятных из гипотез?»
В данном случае могли быть сформулированы, например, следующие гипотезы:
1. Прудовик питается растениями, а двустворчатые моллюски – мелкими рачками и одноклеточными организмами. В аквариуме, засаженном растениями, прудовик надолго обеспечен пищей. Вероятно, одноклеточных организмов в аквариуме недостаточно, а рачков не было совсем, поэтому двустворчатые моллюски могли погибнуть от голода.
2. Прудовик дышит с помощью легкого, а двустворчатые моллюски поглощают кислород из воды, используя жабры. Поэтому двустворчатые моллюски более чувствительны к недостатку кислорода, который возникает в небольших водоемах типа
аквариума, что и может привести к их гибели.
3. Вероятно, общая продолжительность жизни прудовиков превышает срок жизни беззубок.
Проверяя первую гипотезу, можно, например, пойти по следующему пути: взять пробы воды из природного водоема, где обитают двустворчатые моллюски, и из аквариума, где они погибли; определить видовую принадлежность мелких организмов, встреченных в этих пробах; подсчиать под микроскопом их количество в единице объема воды. Если число этих организмов окажется гораздо меньше в капле воды из аквариума (по сравнению с каплей воды из природного водоема), есть основание полагать, что двустворчатые моллюски в аквариуме погибают от голода.
Вторую гипотезу можно проверить следующим образом. Можно провести химический анализ воды и определить концентрацию растворенного кислорода в аквариуме и природном водоеме, где обычно живут беззубки. Скорее всего, концентрация кислорода в аквариуме будет намного ниже, чем в природном водоеме, что косвенно указывает на причину гибели беззубок.
В процессе обсуждения может быть предложен и способ проверки правильности третьей гипотезы: необходимо обратиться к литературным источникам и выяснить, каковы обычные сроки жизни беззубки и прудовика. После получения ответа на этот вопрос решение данной проблемной задачи исследовательского характера может быть завершено.
Вопросы и задания, активизирующие творческое мышление школьников, могут эффективно использоваться учителем не только на уроке, но и в других формах учебно-воспитательного процесса по биологии. Во внеклассной работе, на занятиях биологического кружка с учащимися могут быть обсуждены, например, следующие проблемы:
1. «Обильное цветение растений весной почему-то не всегда заканчивается хорошим урожаем. Какие причины могут вызвать подобное явление? Как организовать исследование в природе для выявления этих причин? Можно ли уменьшить неблагоприятное влияние некоторых из этих причин? Каким образом?».
2. «Представители многих видов рыб приступают к нересту вскоре после повышения температуры воды. Их не останавливает даже то, что в теплой воде концентрация кислорода обычно ниже, чем в холодной. Как можно объяснить эту особенность поведения рыб?».
3. «В одном из водоемов в летнее время наблюдалось массовое размножение одноклеточных водорослей и сине-зеленых организмов (цианобактерий), что привело к «цветению воды». Известно, что они способны к фотосинтезу, а следовательно – должны активно насыщать воду кислородом, необходимым другим водным организмам для дыхания. Однако, на следующее утро в водоеме было обнаружено множество погибших рыб. Почему «цветение воды» в природных водоемах нашей страны наблюдается только летом? Каковы могут быть причины массовой гибели рыб в водоеме, где «цветет» вода? Как предотвратить «цветение воды» в школьном или домашнем аквариуме?».
4. Люди часто очень жалеют животных, сидящих в аквариумах, террариумах или клетках. Эти люди уверены в том, что животные приспособлены именно к жизни в дикой природе, и поэтому на воле им гораздо лучше, чем в тесном помещении, «за решеткой». Однако в результате длительных наблюдений выяснилось, что многие рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие в условиях неволи живут гораздо дольше, чем в дикой природе. Как можно объяснить это противоречие? Какие причины могут привести к появлению «исключений из правила», т.е. к ситуации, когда животное в неволе погибает быстрее, чем в дикой природе? Приведите конкретные примеры.
5. Известно, что многие дышащие атмосферным воздухом водные и околоводные животные могут нырять, задерживая при этом дыхание. Однако, максимальные сроки пребывания под водой у представителей разных биологических видов очень отличаются. Каким образом можно объяснить эти отличия? Какие адаптации могут позволить дышащим атмосферным воздухом животным длительное время пребывать на глубине? Почему рыбы дышат с помощью жаберного аппарата, а китообразные – с помощью легких, несмотря на то, что они являются обитателями одной и той же среды – водной?
6. Обитатели птичьих базаров гнездятся на узких уступах скал, в невероятной тесноте и острой конкуренции, но многим из них удается выжить самим и даже вырастить птенцов. Что заставляет птиц гнездиться в таких экстремальных условиях? Как могут птицы преодолевать трудности массового совместного гнездования? Есть ли польза для птиц от гнездования в столь населенных колониях?
7. Представьте, что вы переехали из Санкт-Петербурга на Дальний Восток. Через некоторое время у вас появились симптомы заболевания (насморк, головная боль, потеря аппетита, расстройства желудка и т.д.). Вы немедленно вернулись в Санкт-Петербург, и эти неприятные симптомы прошли. Каковы возможные причины болезни? Почему после возвращения в свой родной город симптомы болезней пропали? Приведите различные гипотезы и обоснуйте их.
8. К участковому врачу пришел пациент с жалобами на свое здоровье. Ему был прописан антибиотик, который следовало принимать 6 дней. Однако, через три дня состояние больного улучшилось. Поскольку симптомы болезни перестали проявляться, пациент решил, что он выздоровел и прекратил прием лечебного препарата. Что могло произойти дальше? Почему для одного больного эти необдуманные действия могут пройти почти безнаказанно, а для другого – иметь тяжелые последствия? Почему для одного и того же больного в одной ситуации эти действия могут привести к неприятностям со здоровьем, а в другом – нет? В каждом случае обоснуйте свою позицию.
Развитию творческого мышления будет способствовать также внеурочная исследовательская деятельность школьников (например, выполнение ими летних заданий по биологии - проведение наблюдений в природе с последующим обсуждением полученных результатов). Нестандартность мышления у школьников педагог может развивать и при организации домашней работы учащихся, предлагая им соответствующие вопросы и задания, например: «Придумай собственные интересные вопросы к тексту учебника»; «Составь собственный сюжетный рассказ по данной теме со специально допущенными ошибками, которые должны будут найти твои одноклассники на уроке биологии»; «Придумай кроссворд к изученному на прошлом уроке материалу и оформи его в тетради»; «Составь логическую словесную схему к фрагменту текста из параграфа учебника».
Таковы некоторые методические возможности организации творческой познавательной деятельности школьников на уроках биологии, во внеклассной, внеурочной и домашней работе учащихся.