Проблемы современного естественно-научного образования и пути их решения

#

творческого развития школьников; определения содержания и форм деятельности гимназии как организационной структуры, ориентированной на развитие творчества; поиска новых форм и методов работы.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мудрик А. В. Социализация и воспитание подрастающих поколений. - М., 1990.

2. Рожков М. И. Теоретические основы педагогики. - Ярославль, 1994.

3. Мартишина Н. В. Ценностный компонент творческого потенциала личности педагога // Педагогика. - 2006. - № 3.

4. Волков И. П. Учим творчеству. - М.: Педагогика, 1988.

5. Морозов А. В. Чернилевский Д. В. Креативная педагогика и психология. - М., 2004.

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

PROBLEMS OF MODERN SCIENCE EDUCATION AND WAYS TO SOLVE THEM

С. М. Похлебаев

Анализируются методологические и содержательные основы концепций, направленных на модернизацию школьного естественнонаучного образования. Показаны преимущества новой концепции естественно-научного образования, предусматривающей опережающее изучение физики и химии перед курсом биологии. Данная концепция, построенная на основе общих законов развития природы, гарантирует единую стратегию формирования научного знания на теоретическом уровне и становится фундаментом научного мировоззрения учащихся.

S. M. Pokhlebayev

The article analyzes fundamental methodology and contents of the concepts directed at modernising school science education. The author shows advantages of the new concept of science education based on anticipatory studying physics and chemistry before biology. The concept built on the basis of fundamental laws of nature development guarantees a uniform strategy for the formation of scientific knowledge on a theoretical level and provides the foundation for their scientific outlook.

Ключевые слова: методология, наука, естествознание, концепция, интеграция, дифференциация, образование.

Keywords: methodology, science, natural science, concept, integration, differentiation, education.

Стратегические направления модернизации общеобразовательной школы касаются, прежде всего, естественно-научного образования в силу того, что именно эта область человеческих знаний в основном определяет темпы научно-технического развития любого государства и его статус на мировой арене. Новое качество естественно-научного образования может быть обеспечено лишь на основе современных обобщенных знаний, умений и навыков, которые формируются в процессе различных видов учебно-познавательной деятельности учащихся, а впоследствии превращаются в универсальную систему познания и деятельности будущих специалистов. Это возможно лишь на базе принципиально новой системы обучения, результатом которой должны стать системные предметные и метапредметные знания, обобщенные экспериментальные умения и навыки, необходимые для решения не только традиционных задач, но и глобальных проблем, требующих сотрудничества в рам-

ках международного сообщества. Только на этой основе можно сформировать теоретическое естественно-научное мышление, которое является основным критерием качества естественно-научных знаний.

Вполне очевидно, что первоначальный фундамент интеграции научных знаний закладывается еще в школе. В этой связи исключительно важным является рассмотрение вопроса о том, насколько адекватно и диалектически отражается общая тенденция науки к ее интеграции в современных концепциях, направленных на модернизацию образования.

К настоящему времени ведущие специалисты не пришли к единому мнению в отношении стратегии по интеграции естественно-научного образования. Одни считают, что естественно-научное образование можно поднять на качественно новую ступень только с помощью интегративных курсов, другие стоят на противоположной точке зрения и усматривают в них негатив. Очевидно лишь то, что пробле-

9

ма усиления интеграции между предметами естественнонаучного цикла возникла не на пустом месте и имеет свои истоки: запросы практики требуют все большей интеграции знаний различных наук, а программы средней и высшей школы этим требованиям не соответствуют.

Анализ статей, пособий, монографий по проблеме разработки и внедрения интегративных курсов позволяет констатировать, что в дискуссии по данной проблеме участвуют как теоретики, так и практики, которые подходят к ее решению с различных точек зрения.

Свой взгляд на решение проблемы реализации интегративных курсов представили И. Ю. Алексашина, В. С. Безрукова, М. Н. Берулава, А. Е. Гуревич, Ю. И. Дик, А. Н. Захлебный, И. Д. Зверев, В. Р. Ильченко, В. Н. Максимова, А. А. Пинский, Е. А. Писарчук, Ю. И. Полянский, И. Т. Суравегина, Л. В. Тарасов, А. В. Усова, А. Г. Хрипкова, О. В. Щербан, О. А. Яворук и др.

Изучению места интегративных курсов в западных образовательных системах уделено внимание в работах Б. Д. Комисарова, Н. М. Воскресенской и др. Интересные результаты по данной проблеме отражены в публикациях Э. Э. Волковой, Т. М. Гордиец, О. М. Кузнецовой, Т. В. Мух-лаевой, М. Пак, С. М. Похлебаева, Д. В. Ровкина, С. А. Сер-геенок, Е. К. Страута и др.

Из всего многообразия подходов к решению данной проблемы можно выделить два основных.

Первое направление связано с реализацией концепции, разработанной группой исследователей под руководством академика А. Г. Хрипковой. В качестве обоснования данной концепции авторы ссылаются лишь на социальный заказ общества и низкий уровень естественно-научных знаний выпускников школ. Методологические аспекты данной проблемы, которые должны определить стратегические подходы к усилению интегративных тенденций при изучении естественных наук в школе, этими авторами вообще не рассматриваются. Концепция данных исследователей предполагает изучение курса «Естествознание» с 1-го по 6-й (7-й) класс, что послужит пропедевтической основой для изучения базовых естественно-научных дисциплин: биологии, географии, химии и физики [1, с. 20-26].

Анализируя методологические основы построения экспериментальных программ и учебников по курсу «Естествознание», И. Д. Зверев приходит к выводу, что в них как бы механически соединены отрывочные сведения по физике, химии, биологии в одном предмете, поэтому разрозненный материал оказался не скрепленным заявленными идеями. Превалирует эмпирическое познание, в то время как уже в среднем звене в логике предметного содержания необходима доза теоретического материала. Смена курса в содержании образования предполагает не только качественное преподавание интегрированного курса «Естествознание», но и проведение необходимых изменений в других предметах по горизонтали и вертикали учебного плана. Иначе говоря, механически вставить новый предмет в содержание школьного обучения недостаточно, необходима кардинальная перестройка всей конструкции естественно-научных знаний. Следует четко выявить инте-

10

гративные связи, гармонизирующие содержание предмета как единого целого [2, с. 46-49].

Проекты программ для интегративного курса «Естествознание», разработанных А. Г. Хрипковой с сотрудниками, остро критикует Ю. И. Полянский: «.. .может показаться, что предлагаемые программы - это целый революционный переворот в преподавании естествознания в школе, новый прогрессивный этап в построении школьного курса наук о природе. Результат, по нашему мнению, получится прямо противоположный добрым пожеланиям авторов. Предлагаемая программа, если она будет принята, приведет к полному нарушению систематических знаний учащихся по основам наук о природе, верхоглядству, непониманию основных законов природы» [3, с. 48]. Не отрицая необходимости установления более глубоких межпредметных связей биологии с химией, физикой, физической географией, математикой, данный автор полагает, что это необходимо делать в рамках традиционной дифференцированной системы обучения. Предлагаемые программы и курс «Естествознание», по мнению Полянского, представляют собой искусственную смесь наук о природе, в которой полностью утеряна логика отдельных биологических дисциплин и которая не даст учащимся никаких представлений об основах наук, не подготовит их ни к дальнейшему обучению, ни к практической жизни. Рассматривая содержание конкретных программ, автор резонно указывает на имеющие место нестыковки и противоречия по формированию тех или иных понятий, их взаимосвязи, а также акцентирует внимание на проблеме отсутствия на сегодняшний день специалистов, которые были бы готовы вести в школе курс «Естествознание» [3, с. 48-49].

Критикуют концепцию А. Г. Хрипковой относительно введения курса «Естествознание», предусматривающего в 1-7-х классах «слияние» биологии с курсами физики, химии, географии и астрономии, известный специалист в области генетики, академик Н. П. Дубинин с сотрудниками. По их мнению, это «.попытки всеми силами "выжить" биологию из школы. Биология как самостоятельный предмет должна изучаться в школе на протяжении всех лет обучения, причем преподавание предмета должно идти по нарастающей, с учетом возврата к основным понятиям, но на качественно более высоком уровне» [4, с. 16].

Отсутствие глубокой методологической обоснованности концепции, подготовленной А. Г. Хрипковой с сотрудниками, по-видимому, не позволило убедить и тех авторов, которые, в принципе поддерживая идею введения интегрированного курса, не согласны с тем фактом, что основой для такой интеграции в пропедевтическом курсе «Естествознание» в 5-7-х классах должны являться эмпирические знания. Е. А. Писарчук и О. В. Щербан считают, что эмпирический уровень интеграции знаний недостаточен. Об этом, по их мнению, свидетельствует предыдущая практика в области естественно-научного образования, в основу которой был положен эмпирический подход. Такие знания характеризовались репродук-тивностью, нейтральностью, низкой функциональностью, не вызывали особого интереса у школьников. Вышеназ-

ванные исследователи предлагают свою концепцию интеграции естественно-научных знаний на теоретическом уровне. В качестве методологических принципов своей концепции они определили структуру, системное содержание и функции современного научного знания, а также необходимость логического соответствия научных и школьных знаний по этим параметрам (так как в школе изучаются основы научного знания). Именно эти тезисы дают им основание сделать вывод, что основой для интегрирования знаний может быть только принцип теоретичности [5, с. 53-55].

Таким образом, проблема интеграции естественнонаучных знаний в школе, определяемая экономическими и политическими запросами общества, является исключительно важной и, вместе с тем, сложной. Ее решение, как минимум, требует:

- глубокой теоретической (философской) подготовки для понимания взаимосвязи и развития такой диалектической пары, как «интеграция и дифференциация». (Только на основе глубокого понимания этой методологии, играющей важную роль при формировании научного знания, можно разработать и научные концепции, направленные на интеграцию естественно-научных знаний в современной школе. Весь исторический опыт развития научного знания свидетельствует, что одностороннее (искусственное) выпячивание одного или другого принципа тормозит развитие как науки, так и образования, - в то время как разумное сочетание этих принципов ускоряет темпы развития научного знания. Поэтому в настоящее время не должен стоять вопрос о том, нужно или нет усиливать интеграцию естественно-научных знаний в рамках школы, а необходимо найти такие тактические подходы, которые позволят это сделать максимально эффективно);

- комплексного подхода, который обеспечит одновременную работу всех содержательных линий Госстандарта (без исключения) по реализации этой идеи, в противном случае «зависание» даже одной из них не позволит добиться намеченных результатов;

- коренного пересмотра иерархии, содержания и взаимосвязи таких дифференцированных курсов, как физика, химия, биология и география. Курсу биологии в этой иерархии необходимо отвести соответствующее место, так как данная дисциплина изучает наиболее высокую форму движения материи - биологическую, а понимание ее сущности возможно только на основе ее генетических форм - физической и химической. Это существенно усилит межпредметную интеграцию естественно-научных знаний в рамках дифференцированного обучения, а интегрированные курсы окончательно ее завершат. К сожалению, в методической литературе эта проблема очень редко ставится, хотя на необходимость ее решения указывают такие видные ученые, как Б. Д. Комиссаров [6, с. 36], Б. М. Медников, А. А. Нейфх [7, с. 5].

С учетом вышеназванных и других требований разработано второе направление, предусматривающее фундаментальную перестройку всего естественно-научного образования и приведение его в соответствие

с объективными законами развития природы. В основу этого направления положена новая концепция естественно-научного образования, автором которой является академик РАО А. В. Усова. По мнению данного исследователя, введение интегративных курсов с их обобщающей функцией не должно устранять систематические курсы биологии, физики, химии, географии, которые обеспечивают усвоение эмпирических и теоретических знаний в логике развития понятий и истории конкретной науки. Сочетание систематических (предметных) и интегративных (межпредметных) учебных курсов представляется важным условием формирования гибкости ума школьников и студентов, развития у них способности к нестандартному мышлению [8].

А. В. Усова предлагает начинать изучение предметов естественно-научного цикла с опережающего курса физики. Вслед за физикой изучаются химия, география и биология. Систематизация и обобщение естественно-научных знаний предполагается в старших классах в рамках интегративного курса «Естествознание» (однако этот курс не заменяет физику, химию и биологию в старших классах). Опережающее изучение физики позволяет получить знания на теоретическом уровне и использовать их для объяснения сущности химических явлений и закономерностей. В свою очередь, изначальные физические и химические знания позволяют раскрыть сущность биологических явлений, протекающих в живой природе. Таким образом, появляется возможность отразить в школьном образовании преемственность, взаимосвязь и взаимозависимость естественных наук, диалектику их развития и взаимодействия.

Концепция включена в план исследования РАО и поддержана грантами Министерства образования РФ.

Главная отличительная особенность концепции, предложенной А. В. Усовой, заключается в том, что она направлена на решение стратегической проблемы в области естественно-научного образования, которое спроецировало на себя противоречие, касающееся становления и развития биологической науки, когда она на первом этапе развивалась сама по себе, без опоры на теоретические знания и практические методы физической и химической наук.

Следует отметить, что вышеуказанное противоречие неоднократно пытались и пытаются решить за счет введения в начальной школе интегрированных курсов естествознания. Однако результаты таких экспериментов неутешительны.

Исходя из этого противоречия и учитывая неэффективные попытки других исследователей решить данную проблему за счет тактических нововведений, автор концепции приходит к выводу, что современные научные биологические знания невозможно формировать без опоры на физические и химические понятия, законы и теории. Из этого следует, что необходимо кардинально переработать учебные планы, программы и содержание учебников по естественно-научным дисциплинам в средней школе.

В основе новой системы естественно-научного образования лежат следующие теоретико-методологические положения:

11

1. Дальнейшее развитие общества невозможно без решения экологических проблем, которые требуют коренного изменения всего естественно-научного образования, ориентации всех предметов естественного цикла на усиление внимания к вопросам экологического воспитания, ознакомления учащихся с научными основами современных экологически чистых технологий.

Современные технологии опираются на комплексное использование достижений естественных наук, что требует ознакомления с данной проблемой учащихся - будущих специалистов различных отраслей народного хозяйства.

2. Необходимо сократить существующий разрыв между содержанием предметов естественно-научного цикла в основной и средней школе, с одной стороны, и уровнем развития соответствующих наук - с другой. Особенно значителен этот разрыв между содержанием школьного курса биологии и уровнем развития современной биологической науки. В курсе биологии рассматривается лишь явлен-ческая сторона физиолого-биохимических процессов, в то время как для понимания их сущности необходимы фундаментальные физические и химические знания, которыми учащиеся не обладают. Вместе с тем, решение многих насущных проблем человечества возможно только на основе понимания биологических механизмов на молекулярном и субмолекулярном уровнях.

3. Перестройка курса биологии неизбежно приводит к необходимости перестройки содержания и структуры курсов физики и химии, а также изменения их места в учебном плане. Биология должна опираться на знания по физике и химии. Физика является лидером в естествознании. Ее фундаментальные понятия, законы и теории «работают» в биологии и химии. В историческом развитии естественных наук физика служила базисом развития других наук. И в современном естествознании открытия новых научных фактов опираются на тесную связь всех естественных наук и широкое использование физических методов исследования (рентгеноструктурный и люминесцентный анализы, молекулярная спектроскопия и т. д.).

4. Современное содержание предметов естественного цикла не обеспечивает раскрытия перед учащимися взаимосвязи физических, химических и биологических форм материи, общности фундаментальных естественнонаучных понятий, законов, теорий, общности методов исследований, формирования единой естественно-научной картины мира. Этот серьезнейший недостаток в содержании и структуре предметов естественного цикла требует незамедлительного устранения.

5. Назрела необходимость кардинальной перестройки курса физики в основной школе, поскольку обязательное (бесплатное) обучение в современной школе, согласно 43 статье Конституции Российской Федерации, ограничивается 9 классами. В связи с этим возникает необходимость в перенесении из курсов физики, химии и биологии 10-11-го классов некоторых вопросов, знания по которым нужны каждому грамотному человеку нашего общества, в программы соответствующих предметов основной школы. К числу таких вопросов относятся: явление радио-

12

активности, радиоактивные изотопы, квантовый характер излучения и поглощения энергии атомом, влияние электрического и магнитного полей и радиоактивных излучений на живые организмы, флору, фауну [8, с. 3-5].

Из приведенных выше положений следует, что повышение уровня естественно-научного образования современных школьников, приведение его в соответствие с уровнем развития науки и запросами общества возможно только при условии кардинальной перестройки содержания всех предметов естественного цикла и пересмотра последовательности их изучения в школе. Это потребует опережающего изучения курсов физики и химии, обеспечивающих своевременное формирование у учащихся понятийной базы, необходимой для успешного изучения современного курса биологии.

При этом, согласно разработанной А. В. Усовой концепции, должна раскрываться общность фундаментальных понятий, законов, теорий, методов исследования, диалектической взаимосвязи физических, химических и биологических явлений [8, с. 6].

Новизна данной концепции заключается, прежде всего, в том, что в ее основу положены две важнейшие методологические идеи, которые позволяют вывести естественно-научное образование на новый качественный уровень. Первой - исходной и фундаментальной - является идея (учение) диалектического материализма о генетической связи различных форм движения материи, их иерархичности и преемственности. Согласно данному учению, основополагающей является физическая форма движения материи, которая в процессе своего развития «породила» более сложную - химическую форму движения, а она, в свою очередь, - биологическую. Эволюция материи нашла отражение в истории возникновения и развития естественных наук: физики, химии, биологии. Основные принципы становления и развития наук в полной мере отражают принципы становления и развития соответствующих форм движения материи, которые они познают. По мнению А. В. Усовой, данные принципы должны быть перенесены и в образовательную область естествознания, где они послужат методологической основой для разработки новых концепций естественно-научного образования, которые будут отражать как закономерности развития форм движения материи, так и эволюцию естественных наук.

Сущность второй идеи, положенной в основу построения новой концепции естественно-научного образования, заключается в рациональном сочетании таких направлений развития научного знания, как дифференциация и интеграция. В основной школе, согласно данной концепции, обучение строится на основе предметного дифференцированного преподавания физики, химии, биологии и географии. Вместе с тем, в 10-11-х классах вводится интегратив-ный курс «Естествознание», который призван систематизировать и обобщать знания, полученные учащимися в 5-9-х классах по предметам естественного цикла [9].

Диалектическое сочетание вышеозначенных подходов и позволяет, по мнению автора концепции, привести в соответствие иерархию, содержание естественных дисциплин, изучаемых в школе, и уровнь развития современ-

ной науки, а также удовлетворить запросы, продиктованные научно-технической революцией.

Реализация новой концепции естественно-научного образования предопределила решение комплекса теоретико-методологических задач:

• необходимость научного обоснования новой последовательности изучения предметов естественного цикла: физика, химия, биология, вместо традиционного: биология, физика, химия;

• пересмотр содержания учебных предметов и прежде всего биологии с учетом новейших достижений биологической науки, отражения в содержании учебного предмета роли физических и химических процессов в жизнедеятельности живых организмов;

• определение общих для всех предметов естественного цикла понятий, законов и теорий, последовательности в раскрытии их содержания;

• обеспечение единства интерпретации общих понятий, законов и теорий, своеобразия оперирования ими в каждом из учебных предметов в соответствии со спецификой изучаемых структурных форм организации материи и форм движения;

• обеспечение преемственности в формировании и развитии фундаментальных естественно-научных понятий и общих учебно-познавательных умений;

• выявление возможностей и способов раскрытия взаимосвязи физических, химических и биологических явлений, выявление влияния физико-химических процессов на развитие живых организмов;

• разработка единого подхода к формированию общих для предметов естественного цикла учебно-познавательных умений на основе теории деятельности и принципа преемственности;

• разработка критериев эффективности применяемых методов и форм обучения на основе пооперационного анализа уровней сформированности умений и поэлементного анализа качества усвоения понятий;

• разработка эффективных форм повышения квалификации учителей, участвующих в эксперименте [8, с. 10-11].

Эксперимент по внедрению новой концепции естественно-научного образования проводился в период с 1994/95 по 2005/06 учебный год на экспериментальных площадках г. Челябинска и области, а также за их пределами. Под руководством академика А. В. Усовой была создана исследовательская группа преподавателей и учителей, в которую вошли М. Д. Даммер, С. М. Похлебаев, М. Ж. Симонова, А. Ю. Румянцев, О. К. Яворук, С. Н. Ряб-ченко и др. Эти исследователи обеспечили в рамках новой концепции естественно-научного образования разработку частных концепций и экспериментальных программ для курсов физики, химии, биологии и географии; экспериментальных учебников по опережающему курсу физики; методических рекомендаций, пособий и дидактического материала для учителей и т. д.

Проведенный педагогический эксперимент по проверке педагогической эффективности реализации новой концепции естественно-научного образования в основной

(9-летней) школе, основанной на опережающем изучении курса физики с пятого класса, показал, что разработанная нами модель весьма эффективна. Реализация данной модели образования в школьной практике обеспечивает не только более высокое качество знаний учащихся по всем предметам естественного цикла, но и более высокий уровень сформированности учебно-познавательных умений.

Усвоение учащимися фундаментальных естественнонаучных понятий, законов, теорий в 5-6-х классах создает научный фундамент для изучения биологических систем разного уровня организации не только на эмпирическом, но и на теоретическом уровне. При этом усваивается не только понятийный аппарат курсов физики и химии, но и методы и приемы, которые позволяют добывать научные знания об объектах и явлениях окружающего мира. Важнейшим из них является функциональный подход, применение и усвоение которого в курсах физики и химии позволит эффективно его использовать и углубить при изучении физиологических функций у живых организмов, чтобы понимать их сущность и управлять ими в практической деятельности.

Эксперимент также показал, что концепция, построенная на основе общих законов развития природы, сама является методологической основой для разработки программно-учебного материала для всех предметов естественного цикла и гарантирует единую стратегию формирования научного знания на теоретическом уровне. В конечном итоге данная стратегия усваивается учащимися и становится методологической основой познания объективной реальности и фундаментом для их научного мировоззрения.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хрипкова А. Г., Мягкова А. Н., Калинова Г. С. О создании интегрированного курса «Естествознание» // Биология в школе. - 1988. - № 5.

2. Зверев И. Д. Интеграция и «интегративный предмет» // Биология в школе. - 1991. - № 5.

3. Полянский Ю. И. Не могу молчать // Биология в школе. - 1989. - № 6.

4. Дубинин Н. П., Мягков Н. А. Биология - ключевой предмет сегодняшней школы // Биология в школе. - 1990. - № 1.

5. Писарчук Е. А., Щербан О. В. Еще раз о концепции интеграции естественно-научных знаний // Биология в школе. - 1991. - № 1.

6. Комиссаров Б. Д. Методологические проблемы школьного биологического образования. - М.: Просвещение, 1991.

7. Грин Н, Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3 т. / Пер. с англ.; под ред. Р. Сопера. - М.: Мир, 1990. - Т. 1.

8. Усова А. В. Новая концепция естественно-научного образования и педагогические условия ее реализации. - Челябинск: Изд-во ЧГПИ «Факел», 1995.

9. Яворук О. А. Естествознание (интегративный курс для учащихся старших классов средней школы): Учеб. пособие. Часть 1. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 1998.

13