Фундаментальные понятия предметной области Естествознание

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ»

FUNDAMENTAL CONCEPTS OF THE SUBJECT AREA OF "NATURAL SCIENCE"

И. С. Карасова, Е. Ю. Иванова

В статье рассмотрены вопросы изучения одного из фундаментальных понятий - строение вещества - в дисциплинах естественного цикла (физике, химии, биологии) как дифференцированно, так и в условиях интегративной дисциплины - естествознание. Приведена структура и содержание примерной программы, посвященной изучению строения вещества в неживой и живой природе.

Ключевые слова: интегративная дисциплина, строение вещества; фундаментальные понятия, законы, теории; проект, компетенции.

Естествознание - интегративная дисциплина, предметом ее изучения служит окружающий мир, а именно виды материи, формы движения, способы ее существования. Базис естествознания определяют фундаментальные понятия, законы и теории физики, химии, биологии и астрономии.

Все предметы естественного цикла изучают строение вещества на разных уровнях организации материи. Например, физика описывает свойства элементарных частиц, атомов, молекул, комплексных молекул, кристаллов; астрономия - космических объектов.

Вещество как одно из фундаментальных понятий физики изучается в средней школе на уровне макро- и микромира. На этих уровнях взаимодействие частиц вещества подчиняется законам сохранения массы, энергии, импульса, момента импульса и др., которые являются универсальными, потому что используются во всех дисциплинах естественного цикла. Частицы вещества взаимодействуют друг с другом посредством физических полей: гравитационного, электромагнитного, ядерного, слабого. Такие свойства вещества, как дискретность, непрерывность, хаотичность движения его частиц, объясняют многие явления как в физике, так и в химии, биологии.

В микромире частицы вещества из-за малой концентрации массы и энергии, сложной внутренней структуры атома (ядра), большой проницаемости частиц вещества, способности к взаимопревращению тоже подчиняются законам сохранения, однако на этом уровне они проявляют новое уникальное качество, такое как корпускулярно-волновой дуализм, которое является фундаментальным свойством материи. Изучение свойств вещества на уровне макро- и микромира позволяет учащимся сделать очень важный вывод о неисчерпаемости свойств, связей, видов взаимодействия материи.

I. S. Карасова, E. Yu. Ivanova

The article encloses questions of studying of one of the fundamental concepts - the structure of the substance - in the disciplines of the natural cycle (physics, chemistry, biology) differentiated as well as in terms of an integrative discipline - natural science. Structure and content of a program devoted to the study of the structure of matter in the animate and inanimate nature is shown as well.

Keywords: integration of the disciplines, structure of matter; fundamental concepts, laws, theories; project, competence.

Вещество как один из видов материи в химии рассматривается на уровне химического элемента, химического соединения - неорганического и органического (углеводы и их производные, полинуклеотиды). В биологии структурные уровни вещества имеют ярко выраженную уровневую структуру. Например, уровень организации живой материи - молекулярный (белки, нуклеиновые кислоты) включает подуровень молекулярного уровня (нуклеотиды - комплексы белка и нуклеиновой кислоты); доклеточный уровень (вирусы, бактериофаги); клеточный, организменный, популяционный, видовой, биоцено-тический, биосферный.

Изучение механизмов передачи информации, ее практическое использование в генной инженерии и биотехнологиях осуществляется на молекулярном уровне, а механизмы функционирования клеток и внутриклеточных процессов изучаются на клеточном и субклеточном уровнях. Организменный и органно-тканевый уровни отражают физиологическое строение и поведение отдельных особей, функции и строение организмов, тканей живых существ.

Популяционно-видовой уровень организации живой материи ограничивается рассмотрением особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой. На уровне биогеоценоза анализируются сообщества различных видов, занимающие отдельные участки Земли. Наконец, биосферный уровень организации материи включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей природной средой. Таким образом, такое фундаментальное физическое понятие, как вещество, формируется как в естествознании, так и во всех дисциплинах естественного цикла - физике, химии, биологии, астрономии.

Свойства вещества на разных уровнях организации материи (неживой, живой) можно изучать на основе фун-

даментальных естественнонаучных законов и теорий. Такие фундаментальные законы, как сохранение массы, энергии, заряда, момента количества движения и др., позволяют рассматривать физические, химические и биологические свойства вещества с разных позиций, но в то же время во взаимосвязи. Все эти законы изучаются в физике, вместе с тем в химии и биологии они наполняются новым содержанием. Например, закон сохранения массы в химии конкретизируется законами постоянства состава вещества, законом эквивалентов, законом простых кратных отношений; в биологии - круговоротом веществ в природе, балансом энергии (вещества) в биосфере, обменом веществ в живом организме и др. Периодический закон и статистические закономерности природных процессов относят к естественнонаучным понятиям, по своей сути они являются междисциплинарными категориями.

Фундаментальные физические теории, такие как молекулярно-кинетическая теория строения вещества, электронная теория вещества, нерелятивистская квантовая механика, имеют статус интегративных теорий. Они объясняют свойства частиц вещества, их структурные уровни, характер движения и взаимодействия на основе закономерностей общих для физики, химии, биологии, астрономии. В каждой из названных дисциплин имеется немало теорий, которые можно отнести к частным или прикладным. Например, в химии теория строения органических соединений А. М. Бутлерова, в биологии - клеточная теория, хромосомная теория наследственности, генная теория, эволюционная теория строения вещества. Вместе с тем, в соответствии с их статусом, они могут быть отнесены к основополагающим теориям, при этом базис каждой из них составляют физические теории. Поэтому не случайно физика в ряду дисциплин естественного цикла занимает особое место, ее нередко называют фундаментальной наукой (дисциплиной), изучающей природу.

В настоящее время в соответствии со стандартами второго поколения (ФГОС ОО) в среднее (полное) общее образование в образовательную область «Естествозна-

ние» включены не только химия, физика, биология, но и самостоятельный курс «Естествознание» (см. таблицу).

Данные, приведенные в таблице, убеждают в том, что обучение естествознанию на базовом, гуманитарном, социально-экономическом профилях в старших классах (10-11) может осуществляться как в условиях предмета «Естествознание», так и дисциплин естественного цикла -физики, химии, биологии, как в урочное время, так и во внеурочное. В обязательной части программы и в части, формируемой участниками образовательного процесса (числитель и знаменатель дроби), указаны часы, отводимые на базовую и вариативную части программы.

Например, в части программы, формируемой образовательным учреждением, предусмотрена внеурочная деятельность учащихся в объеме 10 ч в неделю. Часть этих часов может быть выделена на курс «Естествознание», равно как на отдельные дисциплины (физика, химия, биология).

Основанием для выбора и построения структуры и содержания программы курса «Естествознание» может служить дидактическая единица обучения, имеющая статус не только интегративности, но и фундаментальности. К таким дидактическим единицам можно отнести: фундаментальные понятия, законы, теории, выполняющие межпредметные функции. Программу такого курса целесообразно структурировать в соответствии с эволюцией естественнонаучной картины мира или методов научного (учебного) познания.

Рассмотрим структуру и содержание программы курса по естествознанию, построенной на основе одного из фундаментальных физических понятий - вещество. Вещество как один из видов материи, как отмечалось выше, изучается в физике, астрономии, химии и биологии. Оно может быть предметом изучения самостоятельного курса «Естествознание», в котором рассматриваются уровни организации как неживой материи, так и живой. Программу такого интегративного курса можно реализовать в ООП среднего (полного) общего образования в условиях внеурочной деятельности.

Таблица

Естествознание

№ Профили обучения Предметы Классы

10 11

1 Непрофильное обучение Естествознание 8/3 8/3

2 Гуманитарный профиль Естествознание 6/6 - /10

3 Социально-экономический профиль Естествознание 6/8 - / 8

4 Естественнонаучный профиль Биология Физика Химия 2 /4 4 / 4 4 / 4 4 / 4 5 / 4 5 / 4

5 Технологический профиль Биология Физика Химия 2 / 4 3 / 4 2/ 4 3/ 4 3 / 4 3 / 4

Часть, формируемая участниками образовательного процесса

Внеурочная деятельность 10 10

Аудиторные занятия 3

Сравнение числа часов, выделяемых на «Естествознание» для разных профилей обучения

учащихся средней школы

Приведем структуру и содержание примерной программы, посвященной изучению строения вещества в живой и неживой природе. В ней выделим темы и вопросы, составляющие ее содержание.

Естествознание как одна из трех областей человеческого знания. Естественнонаучная картина мира - модель окружающей действительности. Естественнонаучные понятия, законы, теории.

Ведущее место физики в естествознании. Физическая картина мира как составляющая естественнонаучной картины мира. Уровни естественнонаучного познания - эмпирический и теоретический. Интегративные естественнонаучные теории - молекулярно-кинетическая теория строения вещества, электронная теория вещества, нерелятивистская квантовая механика (квантовая химия).

Строение вещества. Многообразие видов материи и форм ее движения. Законы сохранения и превращения материи, энергии - фундаментальные законы естествознания. Структурные уровни вещества в физике, химии, биологии. Свойства вещества в явлениях макро- и микромира.

Физика живых систем. Взаимосвязь механической и биологической форм движения материи в живых системах. Молекулярная физика и термодинамика живых систем. Действие электромагнитного поля на живые объекты. Влияние различных видов излучений и загрязнения на биообъекты.

Биосфера как экологическая система. Природный объект как экологическая система. Биологические компоненты экосистемы. Понятие среды обитания, условий жизни, экологического фактора. Энергия и экосистемы. Баланс солнечной энергии на Земле. Круговорот веществ в природе - «ловушка» для энергии. Антропогенное воздействие на биосферу: химическое загрязнение среды, биологическое загрязнение и болезни человека.

Уровни организации живой материи. Особенности живых систем, их характерные черты. Основные уровни организации живого: 1) молекулярно-генетический; 2) клеточные и субклеточный; 3) организменный и органно-тканевый; 4) популяционно-видовой; 5) уровень биогеоценоза; 6) биосферный. Отличия живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном плане.

Вселенная как модель мегаобъекта. Структура Вселенной: метагалактика, галактика, звезды, солнечная система. Эволюция Вселенной. Природа тел солнечной системы. Космическая физика и летательные аппараты.

Самоорганизация живых и неживых систем. Понятия и законы синергетики, описывающие процессы самоорганизации. Историко-ретроспективный анализ идей синергетики. Экспериментальные исследования самоорганизующихся систем в научных школах Г. Хакена и И. Пригожина.

Занятия по данному курсу целесообразно строить на основе проектной деятельности учащихся. Организация этой деятельности подчинена определенным алгоритмическим предписаниям, характерным для структуры проекта. Проект - это целенаправленное управляемое и планируемое, фиксированное во времени действие по выполнению замысла, получению желаемого результата в

процессе перевода идеи в область практической деятельности по изготовлению продукта (материального или идеального). Ученика, способного выполнить проект, можно считать компетентным [1].

Этапы выполнения любого проекта, в том числе проекта по изучению строения вещества, представляют совокупность взаимосвязанных шагов, состоящих из моделирования ситуации; планирования, программирования действий по достижению результата, осуществления действий, объективизации проектируемого результата, «возврата» к ситуации породившей проект.

В структуру учебного проекта входят следующие компоненты:

1. Формулирование замысла, цели на основе анализа ситуации (конкретизация проблемы; выдвижение гипотезы).

2. Выполнение проекта (планирование этапов, обсуждение возможных средств решения задачи, выбор способов реализации проекта).

3. Подготовка итогового продукта (обсуждение способов оформления конечных результатов - презентация, защита, творческий отчет, просмотр материалов, сбор, систематизация и анализ результатов, подведение итогов, оформление результатов, выводы, выдвижение новых проблем).

Проектная деятельность учащихся начальной, основной и старшей школы отличается характером универсальных действий, формируемых у учащихся, которая реализуется в поэтапном обучении. В начальной школе изучение мира (вещества) в процессе самопознания осуществляется на основе принципа «нормо- и правилосообразности». В основной школе проектирование образовательной траектории осуществляется на основе личностных предпочтений, интересов, мотивации. В старшей (профильной) школе проектирование своей образовательной траектории ученик осуществляет на основе интеграции знаний о мире и о самом себе, встраивания знания о многообразии свойств, например вещества, в свои жизненные планы [1].

Данную программу по естествознанию могут реализовать в средней школе учителя или магистранты на педагогической практике. Работа по этой программе требует, чтобы учитель или магистрант овладел следующими компетенциями: ОПК-2 (способность использовать систематизированные теоретические и практические знания при реализации профессиональных задач); ОК-4 (способность использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы математической обработки информации в теоретическом и экспериментальном исследовании); ПК-16 (готовность проектировать новое учебное содержание, технологии и конкретные методики обучения); ПК-2 (готовность использовать современные технологии диагностики и оценивания качества образовательного процесса).

Отследить их сформированность можно, используя следующие показатели: владение методологическим анализом структуры и содержания естественнонаучной картины мира; владение способами доказательства того, что

естественнонаучная и гуманитарная картины мира составляют базис понятия «культура»; умение применять методы научного познания в обучении естествознанию; умение осуществлять методологический анализ фундаментальных естественнонаучных понятий, законов, теорий; владение способами включения в образовательный процесс по естествознанию современных технологий проектной деятельности учащихся; моделирование структуры содержания программы по естествознанию для дополнительного образования; владение статистическими методиками определения коэффициента полноты сфор-мированности структурных элементов естественнонаучного знания (понятий, законов), статистическими методами отслеживания сформированности познавательной самостоятельности и активности учащихся.

Таким образом, вещество как один из видов материи можно изучать дифференцированно, дискретно в дисциплинах естественного цикла: физике, химии, биологии, астрономии. В то же время строение вещества как междисциплинарного понятия целесообразно изучать в условиях интегративной дисциплины - естествознание. Фор-

мирование естественнонаучной картины мира на основе описания строения вещества в неживой и живой системах имеет большое мировоззренческое значение, потому что это описание опирается на законы диалектики, эволюцию развития структурных элементов материи.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Поливанова К. Н. Проектная деятельность школьников: пособие для учителя. М.: Просвещение, 2011. 192 с.

2. Федеральный государственный образовательный стандарт ВПО по направлению подготовки 050100 Педагогическое образование (квалификация (степень) «магистр»), профиль: физическое образование. Утвержден приказом М-ва образования и науки РФ от 14.01.2010 г. № 35.

3. Федеральный государственный образовательный стандарт общего образования (ФГОС ОО). Приказ № 24480 от 7.06.2012, среднее (полное) общее образование.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДИЗАЙНА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ В ПРЕДМЕТЕ «ТЕХНОЛОГИЯ»

THE USE OF DESIGN ELEMENTS DURING ELECTIVE COURSES IN THE SUBJECT OF "TECHNOLOGY"

Т. В. Андреева

Описан опыт использования элементов дизайна при проведении элективных курсов в образовательной области «Технология». Показывается возможность привлечения учащихся к изучению разделов «Технологии» в 9-11-х классах, а в дальнейшем к выбору будущей профессиональной деятельности в области дизайна. Изложена целая система элективных курсов, созданных учителями технологии города Рязани и Рязанской области. Подробно проанализирован опыт ряда учителей городских и сельских школ.

Ключевые слова: система, элементы дизайна, профессиональная деятельность, элективные курсы, опыт.

С 2008 г. центром развития технологического образования Рязанского института развития образования (РИРО) проводился эксперимент в школах города Рязани и Рязанской области по теме: «Применение элементов дизайна в элективных курсах предмета "Технология"». В результате составлены и апробированы программы элективных курсов: «Мир одежды» (школа № 72), «Проектная деятельность и дизайн-подход на основе

T. V. Andreyeva

The experience of using design elements during elective courses in the educational field „Technology" is described. We show the possibility of attracting students to study sections „Technology" in 9-11 grades, and further to the choice of future careers in design. A system of elective courses created by teachers of technology of Ryazan and the Ryazan region is set out. Detailed analysis of the experience of a number of teachers in urban and rural schools is being analyzed in detail.

Keywords: system, elements of design, professional activity, elective courses, experience.

декоративно-прикладного искусства» (школа № 7), «Современные композиции и дизайнерские проекты» (школа № 71), «Переплетное дело», «Валяние из шерсти», «Искусство быть красивым» (школа № 67).

На базе РИРО в течение 8 последних лет проводятся курсы по обучению учителей технологии элементам дизайна в рамках предпрофильной подготовки и профильного обучения. Целью курсовой подготовки является соз-