Преподавание и изучение естественнонаучных предметов на основе подхода «Наука как способ познания»

УДК 372.8 ББК 74.26

ПРЕПОДАВАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ПРЕДМЕТОВ НА ОСНОВЕ ПОДХОДА «НАУКА КАК СПОСОБ ПОЗНАНИЯ»*

I А.Ю. Пентин

Аннотация. В статье рассматривается подход к изучению естественнонаучных предметов в школе, основанный на понимании естественных наук, прежде всего как научного способа познания мира. С небольшими различиями этот подход используется в Южной Корее, Китае и Сингапуре, странах, демонстрирующих высокие результаты в международных исследованиях качества естественнонаучного образования PISA и TIMSS. Рассматриваются основные характеристики обучения, основанного на подходе «наука как способ познания», отличия традиционного урока по естественнонаучному предмету от урока в рамках данного подхода. Анализируются примеры учебных заданий практико-ориентированного характера, соответствующие данному подходу к изучению естественных наук.

Ключевые слова: PISA, TIMSS, научный способ познания, знания, умения и личностные качества, обучение на основе подхода «наука как способ познания», учебное задание.

73

TEACHING AND LEARNING SCIENCE BASED ON THE APPROACH "SCIENCE AS METHOD OF KNOWLEDGE"

I A.Yu. Pentin

Abstract. The article analyzes the approach to Science studying at school. This approach is based on the understanding of the natural Sciences primarily as a scientific way of understanding the world. With slight differences, this approach is widely used in South Korea, China and Singapore.

* Работа над данной статьей проводилась при поддержке Департамента образования города Москвы, в рамках проекта «Проведение сравнительного анализа эффективности образовательных программ по предметам математики, физики, информатики, химии, биологии в системах общего образования Китая, Ю. Кореи, Сингапура с целью распространения лучшего мирового опыта в системе образования г. Москвы.

All these countries have the high rating in science education quality investigations PISA and TIMSS. The basic characteristics of learning based on the approach "science as method of knowledge" are considered as well as the differences between traditional classes and those based on the given approach. The practice oriented learning tasks relevant to the approach are also analyzed in the article.

Keywords: PISA, TIMSS, scientific way of knowing, knowledge, skills and attitudes, scientific learning based on the approach "science as method of knowledge", learning task.

Обращение к опыту трех стран Юго-Восточной Азии — Южной Кореи, Китая и Сингапура — в школьном естественнонаучном образовании обусловлено, в первую очередь, тем обстоятельством, что эти страны демонстрируют очень высокие и стабильные результаты в международных сравнительных исследованиях качества школьного образования: PISA1 и TIMSS2. Так, в последнем цикле исследования PISA-2012, данные которого уже полностью обработаны3 [1], результаты этих стран по естественнонаучной грамотности 15-летних школьников выглядят следующим образом: Шанхай (Китай) — 1 место, Сингапур — в группе стран, занимающих 2-4 места, Республика Корея — в группе стран, занимающих 5-8 места. При этом Российская Федерация находится в группе стран, занимающих 34-38 места. Всего в исследования PISA-2012 участвовало 65 стран. В исследовании TIMSS-2011 результаты этих стран

по качеству естественнонаучного образования (естествознание) таковы: Сингапур — 2 место для учащихся 4 классов и 1 место для учащихся 8 классов, Республика Корея — 1 место для 4-классников и 3 место для 8-классников. Китайская народная республика в этом исследовании не участвовала. По сравнению с PISA, результаты Российской Федерации в исследовании TIMSS значительно лучше: 5 место для 4-классников и 7 место для 8-классников [2].

Эти результаты показывают, что опыт организации школьного естественнонаучного образования в этих странах заслуживает самого пристального внимания. В первую очередь, это касается, если использовать отечественную терминологию, ступени основной школы, то есть возрастного периода примерно с 11 до 15 лет. Как показывают результаты TIMSS, а также другого международного исследования PIRLS4 [3], качество подготовки выпускников российской

1 PISA — Programme for International Student Assessment (Международная программа оценки учебных достижений учащихся).

2 TIMSS — Trends in Mathematics and Science Study (Тенденции в математическом и естественнонаучном образовании).

3 Результаты PISA-2015 будут полностью обработаны лишь к концу 2016 года.

4 PIRLS - Progress in International Reading Literacy Study (Международное исследование читательской грамотности в начальной школе).

начальной школы по всем направлениям, включая естествознание, находится на достаточно высоком уровне. Резкое ухудшение наступает именно на ступени основной школы, начиная буквально с 5 класса.

Центральная идея школьного естественнонаучного образования в этих странах — понимание науки прежде всего как способа познания мира. Следовательно, главная цель преподавания естественнонаучных предметов — «заразить» учащихся духом научного познания мира (scientific inquiry) [4; 5; 6; 7].

Научное познание определяется в программах естественнонаучного образования этих стран как деятельность по изучению природы, в которой участвуют ученые или учащиеся. В самой простой форме научное познание имеет две главных составляющих: что (содержание) включает в себя и как (процедуры) получается представление о мире вокруг нас. Следовательно, преподавание естественных наук в соответствии с подходом «наука как способ познания» не ограничивается просто представлением фактов и результатов научных исследований. Учащимся необходимо показать, как результаты научных исследований были получены учеными. Кроме того, им надо дать возможность задать вопросы о том, как научные знания связаны с повседневной жизнью, обществом и окружающей средой; проявлять активность в получении и использовании научных доказательств, формулировать и сообщать другим объяснения, основанные на научных знаниях.

При изучении естественных наук в соответствии в подходом «наука как способ познания» учащиеся смо-

гут приобретать знания о природе на основе собственных исследований, применять исследовательские умения и процедуры, развивать в себе этические и личностные качества, необходимые для научной деятельности. Важно, что все три составляющих научного познания — знания, умения, личностные качества — имеют равное значение, и в процессе научного познания их невозможно отделить друг от друга. Следовательно, и в учебном процессе им надо уделять равное внимание.

К естественнонаучным умениям в программах этих стран относят следующие умения: ставить вопросы, выдвигать гипотезы, определять задачу, прогнозировать, наблюдать, использовать приборы и оборудование, сравнивать, классифицировать, формулировать выводы, анализировать, оценивать, проверять, обмениваться информацией.

А какие этические и личностные качества участвуют и формируются в процессе научного познания? Это любознательность, креативность, объективность, честность, восприимчивость к другим идеям, настойчивость, ответственность.

Хотя, как уже говорилось выше, все три аспекта научного познания важны, но развитие личностных качеств, возможно, является ключевым условием того, чтобы приобретались соответствующие знания и умения. Тем более что ряд этих качеств имеет мотивирующий смысл. Все это означает, что и образовательный процесс, включая процедуры контроля и оценивания, должен создавать атмосферу, благоприятствующую развитию этих качеств.

Каковы особенности преподавания и изучения естественных наук

75

на основе подхода «наука как способ познания»?

Обучение на основе подхода «наука как способ познания» можно охарактеризовать степенью ответственности, которую несут сами учащиеся за постановку научных вопросов и получение ответов на них, планирование исследований и оценивание, а также обсуждение с другими процесса своего обучения (познание, направляемое учеником). На другой стороне шкалы — максимальная ответственность

учителя за те же самые процессы (познание под руководством учителя). Учащиеся выигрывают больше всего, когда учебная ситуация находится между двумя этими подходами.

Соответственно, можно охарактеризовать и отличия урока по естественнонаучному предмету в соответствии с подходом «наука как способ познания» от традиционного урока.

Одним из эффективных средств реализации подхода «наука как способ познания» являются учебные задания,

Таблица 1

Реализация подхода «Наука как способ познания»

76

Основные характеристики подхода «наука как способ познания» Больше Познание, направляемое учеником Меньше Меньше Познание под руководством учителя Больше

Вопросы Учащиеся заинтересованы в анализе ситуации, явления или задачи, когда ... сами ставят вопрос выбирают из предложенных учителем вопросов заостряют или проясняют предложенный учителем вопрос принимают предложенный учителем вопрос

Доказательства Учащиеся видят необходимость в доказательствах, когда ... сами определяют, что является доказа-тель-ством, и находят его собирают под руководством учителя нужные для доказательства данные им предоставлены данные, но надо самим их проанализировать им предоставлены данные и сказано, как их анализировать

Объяснение Учащиеся формулируют объяснения, когда сами формулируют объяснение после того, как собраны доказательства формулируют объяснение на основе доказательств под руководством учителя им предложены возможные способы использования доказательств для формулировки объяснения им предоставлены доказательства

Следствия Учащиеся оценивают следствия своих объяснений, когда. рассматривают другие факты и устанавливают связи между ними и своими объяснениями обращаются к другим фактам, направляясь учителем им предложены возможные следствия им перечислены и описаны следствия

Обсуждение Учащиеся обсуждают и обосновывают свои объяснения, когда ... выдвигают разумные и логичные аргументы в пользу своих объяснений в процессе обсуждения прошли подготовку перед проведением обсуждения им предложены основные линии ведения обсуждения им заданы этапы и способы ведения обсуждения

соответствующие по духу и содержанию смыслу этого подхода. Это означает, что такие задания по возможности должны быть связаны с практическими проблемными ситуациями, требовать проявления умений и качеств, необходимых для научного познания. Приведем два примера таких заданий.

Пример 1 [8]

На недавних Олимпийских играх в Лондоне у соревнующихся спортсменов выборочно брали образцы крови. Эти образцы использовались для того, что проверить их на присутствие запрещенных препаратов, которые повышают спортивные результаты. Образцы крови также использовались для того, чтобы проверить их на так называемый допинг крови, который состоит в повышении концентрации красных кровяных телец с помощью центрифуги (см. рисунок ниже), а затем обратного переливания крови спортсмену непосредственно перед соревнованиями.

Рис. 1. Допинг крови с помощью центрифуги

Вопрос 1. Объясни, как работает центрифуга.

Вопрос 2. Почему повышение концентрации красных кровяных

Таблица 2

Организация традиционного урока и урока в соответствии с подходом «Наука как способ познания»

Традиционный урок Урок в соответствии с подходом «наука как способ познания»

Учащиеся часто работаю в одиночку Учащиеся часто работают в группе

Акцентирование на фактах Акцентирование на ключевых идеях

Точное следование фиксированной программе Разрешается идти за вопросами учащихся

Учебная деятельность основывается главным образом на материале учебников и рабочих тетрадей Учебная деятельность основывается на первоисточниках

Учащиеся рассматриваются как «чистая доска» Учащиеся рассматриваются как думающие личности со своими собственными представлениями о мире

Учителя стремятся передать информацию учащимся Учителя стараются создать интерактивную образовательную среду

Учителя стараются добиться от учащегося правильного ответа Учителя стараются понять, что знает и имеет в виду учащийся

Процесс оценивания отделен от преподавания Оценивание переплетено с преподаванием

77

78

Рис. 2. Пример формулирования и оформления задачи при подходе «Наука как способ познания»

телец в крови повышает результаты спортсменов?

Вопрос 3. Почему допинг крови труднее обнаружить, чем использование для улучшения результатов запрещенных препаратов, таких как стероиды?

Рассматривая это задание с точки зрения трех составляющих научного познания, можно констатировать, что в нем:

• требуется применение знаний (как физических, так и биологических);

• требуется применение таких умений, как сравнивать, анализировать, формулировать выводы, рассматривать разные возможности;

• формируется этическая позиция по отношению к достижению результатов за счет нечестных средств.

Пример 2 [9]

Денис стоит на берегу реки (рис. 2). Он видит стену на противоположном берегу. Он сделал один хлопок, стоя на берегу напротив стены. С помощью секундомера Денис измерил время, которое понадобилось ему для того чтобы услышать эхо от хлопка.

а) Что хочет найти Денис?

б) Он услышал эхо через три секунды после хлопка. Используя полученную информацию, вычислите ширину реки в том месте, где стоит Денис. (Возьмите значение скорости звука в воздухе в этот день равным 320 м/с).

в) В действительности ширина реки в этом месте равна 500 м. Предложите несколько объяснений, почему вычисленная величина оказалась неточной.

г) Денис решил, что самому трудно одновременно хлопать и пускать секундомер. Он попросил друга помочь ему управляться с секундомером.

Денис решил измерить время для 20 хлопков. Однако после нескольких хлопков эхо от отдельных хлопков перестало быть различимым.

Предложите Денису способ непрерывно хлопать и при этом слышать и считать эхо.

Друг Дениса записал время для 20 эхо. Затем он разделил время на 20, для того чтобы получить среднее время для одного эха. Почему определение среднего времени для 20 эхо повышает точность результатов?

ВЕК

В этом довольно объемном задании три компоненты научного познания выглядят следующим образом:

• требуется применение знаний (физика);

• требуется применение таких умений, как определять задачу, анализировать, формулировать выводы, рассматривать разные возможности, оценивать, проверять;

• формируются такие личностные качества, как любознательность, креативность, объективность, настойчивость.

Заключение

Чужой опыт никогда нельзя принять в неизменном виде. Излишне говорить, что это надо делать осмысленно, учитывая собственные традиции, возможности и достижения. Однако так же очевидно, что в опыте стран, достигших значительных успехов в школьном образовании, включая естественнонаучное образование, должно быть много ценного для отечественного образования. Кратко выделим особенности этого опыта, на которые необходимо обратить особенное внимание.

В естественнонаучном образовании этих стран определен четкий образовательный ориентир — смысл, изучения естественных наук в школе: наука осваивается прежде всего как способ познания мира. Это ориентир в равной степени и для учащихся, и для учителей. И он уже в значительной мере определяет методы и содержание обучения. Методы направлены, в основном, на развитие познавательной активности школьников, а содержание должно быть таким, чтобы предоставить объект для активной познавательной деятельности.

При определении естественных наук как способа познания равное значение придается трем составляющим: 1) естественнонаучные знания, в том числе и знания практического характера; 2) владение умениями и процедурами, объединяющими в себе комплексы умений; 3) этические и личностные качества, важные для познавательной деятельности. В учебном процессе необходимо уделять равное внимание всем трем составляющим. Технически это реализуется таким образом, что каждый элемент содержания естественнонаучного курса рассматривается через призму этих трех составляющих.

В реализации подхода «наука как способ познания» и формировании естественнонаучной грамотности важное место занимают учебные задания, имеющие практико-ориентированный, компетентностный характер. Эти задания стимулируют школьников решать реальные проблемы, возникающие в повседневной жизни, используют личностный контекст, а значит, с большим успехом формируют и развивают мотивации, умения и качества, необходимые для научного познания.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основные результаты международного исследования PISA-2012 // Министерство образования и науки РФ. Институт содержания и методов обучения РАО. Центр оценки качества образования [Электронный ресурс]. - URL: http://www.centeroko. га (дата обращения: 06.08.2015).

2. Основные результаты международного исследования качества математического и естественнонаучного образования TIMSS-2011: Аналитический отчет [Текст] / М.Ю. Демидова и др.; под науч. ред. Г.С. Ковалевой. - М.: МАКС Пресс, 2013.

79

ВЕК

80

3. Основные результаты международного исследования читательской грамотности PIRLS-2011: Аналитический отчет [Текст] / Под науч. ред. Г.С. Ковалевой. - М.: МАКС Пресс, 2013.

4. Science syllabus. Lower secondary. Express/ Normal (Academic) 2013. Ministry of Education, Singapore. - URL: https://www. moe.gov. sg/docs/default-source/document/ education/syllabuses/sciences/files/science-lower-secondary-2013.pdf (дата обращения: 11.11.2015).

5. Innovation on Science Curriculum in China, 2006. - URL: http://hrd.apec.org/images/3/ 35/68.2.pdf (дата обращения: 11.11.2015).

6. Science Curriculum, Ministry of Education, Science and Technology (South Korea). -URL: http://www.4icu.org/institutions/523. htm (дата обращения: 3.11.2015).

7. Syllabuses for secondary schools. Science (secondary 1-3). Prepared by the curriculum development council recommended for use in schools by the education department. -Hong Kong, 1998.

8. Christopher, N. Prescott. Lower secondary. Science. Structured questions. Book B (Based on 2013 MOE syllabus). - Marshall Cavendish Education, 2013.

9. Joan Fong, Lam Peng Kwan, Enc Lam, Christine Lee, Loo Poh Lim. Lower secondary. Science. Matters. Workbook. Vol. B. 2nd edition. - Marshall Cavendish Education. - URL: http://www.edcrisch. com/science-matters.html (дата обращения: 25.11.2015).

REFERENCES

1. Christopher N., Prescott, Lower secondary. Science. Structured questions. Book B (Based on 2013 MOE syllabus), Marshall Cavendish Education, 2013.

2. Innovation on Science Curriculum in China, 2006, available at: http://hrd.apec.org/ images/3/35/68.2.pdf (accessed: 11.11.2015).

3. Joan Fong, Lam Peng Kwan, Enc Lam, Christine Lee, Loo Poh Lim, Lower secondary. Science. Matters. Workbook, volume B, Marshall Cavendish Education, available at: http://www.edcrisch.com/science-matters. html (accessed: 25.11.2015).

4. Osnovnye rezultaty mezhdunarodnogo issledo-vanija chitatelskoj gramotnosti PIRLS-2011: Analiticheskij otchet, Ed. G.S. Kovalevoj, Moscow, MAKS Press, 2013.

5. Osnovnye rezultaty mezhdunarodnogo issle-dovanija kachestva matematicheskogo i est-estvennonauchnogo obrazovanija TIMSS-2011: Analiticheskij otchet, Ed. M.Ju. Demi-dova I, G.S. Kovaleva, Moscow, MAKS Press, 2013.

6. "Osnovnye rezultaty mezhdunarodnogo issledovanija PISA-2012", in: Ministerstvo obrazovanija i nauki RF. Institut soderzhani-ja i metodov obuchenija RAO. Centr ocenki kachestva obrazovanija, available at: http:// www.centeroko.ru

7. Science Curriculum, Ministry of Education, Science and Technology (South Korea), available at: http://www.4icu.org/institu-tions/523.htm (accessed: 3.11.2015).

8. Science syllabus. Lower secondary. Express/ Normal (Academic) 2013, Ministry of Education, Singapore, available at: https://www.moe. gov.sg/docs/default-source/document/educa-tion/syllabuses/sciences/files/science-lower-secondary-2013.pdf (accessed: 11.11. 2015).

9. Syllabuses for secondary schools. Science (secondary 1-3). Prepared by the curriculum development council recommended for use in schools by the education department, Hong Kong, 1998.

Пентин Александр Юрьевич, кандидат физико-математических наук, заведующий, Центр естественнонаучного образования, Институт стратегии развития образования, Российская академия образования, Москва, pentin@mail.ru Pentin A.Yu., PhD in Physics and Mathematics, Head, Centre for Science Education, Institute for Strategy of Education Development, Russian Academy of Education, Moscow, pentin@mail.ru