Глава 3. Принципы дидактики в методике обучения биологии
3.1. Дидактические принципы обучения. Научность и воспитывающее обучение
Принцип обучения как педагогическая категория. Процесс обучения биологии в общеобразовательной школе осуществляется с учетом принципов, выявляемых дидактикой и служащих общими положениями для всех изучаемых в ней учебных дисциплин. Дидактические принципы устанавливаются на основе теоретического анализа исторического опыта работы школ по реализации ими учебно-воспитательного процесса.
Согласно этимологии, одно из значений термина «принцип» (от лат. hrincipium – начало, основа) – основное исходное положение какой-либо теории, учения, науки, мировоззрения. В дидактике принципы обучения чаще всего рассматриваются как исходные положения, в которых выражаются основные требования к содержанию, организации и проведению процесса обучения в школе, исходящие из стоящих перед ней целей и задач. Так, Т. А. Ильина определяет принципы обучения как основные положения, которые следует учитывать на всех ступенях обучения основам наук; Г. И. Щукина считает, что принципы дидактики – это основные, исходные начала в обучении, определяющие направленность учебного процесса и деятельность учителя в нем. Общепринятого определения понятия принципа обучения в дидактике еще нет. Не решена и задача создания приемлемой системы принципов обучения и их номенклатуры.
Виды принципов обучения. Методика обучения биологии в своих построениях прежде всего руководствуется такими дидактическими принципами как, воспитывающее обучение, научность, доступность, систематичность, преемственность, наглядность, связь теории с практикой, прочность и сознательность (осознанность) усвоения знаний. Каждый из названных принципов имеет важное значение как в отборе содержания учебного материала и его структурировании, так и в организации учебного процесса. Все принципы обучения взаимосвязаны между собой и используются в единстве. Например, принцип научности в обучении не может быть реализован прежде всего без принципов доступности, систематичности и преемственности.
Наряду с общедидактическими принципами в методике обучения биологии руководящими служат и общеметодические принципы: единство живой и неживой природы, единство и историческое развитие органического мира, причинно-следственные связи процессов и явлений живой природы, разная сложность организации организмов, типичность объектов систематических групп организмов, связь строения организмов с их образом жизни, связь строения органов и их систем с выполняемыми функциями, а также принципы сезонности явлений живой природе, родиноведения, природоохранности и некоторые другие.
Рассмотрим несколько подробнее некоторые из названных дидактических принципов и связанные с ними принципы методики обучения биологии.
Принцип научности. Согласно этому дидактическому принципу в процессе обучения биологии учащиеся должны обеспечиваться знаниями в строгом соответствии с фактами, понятиями, законами, теориями, принятыми в современной биологической науке. Требование научности предъявляется как к содержанию учебного материала, предлагаемого в учебниках и пособиях для учащихся, так и к его изложению учителем, постановке им вопросов при использовании беседы в сообщении новых знаний, так и при проверке уже полученных.
Биология, как совокупность наук о живой природе, представляет собой обширную область знаний и включает в себя комплексные науки по объектам исследования и науки о свойствах и проявлениях живого. Первую группу наук, прежде всего, составляют ботаника, зоология, анатомия и физиология человека, в пределах которых сформировались более узкие дисциплины, например, альгология, бриология, дендрология в ботанике; протозоология, энтомология, ихтиология, орнитология, териология в зоологии. В самостоятельные науки выделись микробиология, микология, лихенология, вирусология, а также систематика животных, систематика растений, палеонтология и др.
Вторая группа наук включает в себя науки о форме и строении живого (цитология, гистология, анатомия), составе и ультрастуктуре тканей и клеток (биохимия, биофизика, молекулярная биология), образе жизни животных и растений и их взаимоотношениях с условиями среды обитания (экология и более специальные – гидробиология, биогеография, биогеоценология), функциях живых существ (физиология животных, физиология растений), закономерностях поведения животных (этология), закономерностях наследственности и изменчивости (генетика), индивидуальном развитии (эмбриология или в более широком современном понимании – биология развития), историческом развитии (эволюционное учение. В ХХ в. возникли новые биологические дисциплины: радиобиология, космическая биология, физиология труда, социобиология и др.
Из имеющихся в науке обширных биологических знаний в содержание школьного курса биологии, ограниченного рамками учебного времени, может быть включена только небольшая часть, исходя из их ценности в образовательном, воспитательном и развивающем отношениях и возрастных познавательных возможностей школьников. Основное внимание при отборе учебного материала должно быть уделено важнейшим понятиям, закономерностям и законам живой природы, областям их применения, усвоение которых необходимо каждому образованному человеку.
Важно, чтобы отбираемые в школьный курс биологии научные знания были объединены основополагающими идеями и, в первую очередь, такими, как единство живой и неживой природы, единство и историческое развитие органического мира, причинно-следственные связи процессов и явлений живой природы, биоразнообразие, структурно-уровневая организация живого и жизненные процессы, происходящие на каждой из них. Эти основополагающие идеи в обучении биологии служат важнейшими методическими принципами, связанными с общедидактическим принципом научности.
Научные знания, отбираемые в школьный курс биологии, всегда подвергаются адаптации применительно к соответствующему возрасту учащихся, к их познавательным возможностям. Задача отбора и адаптации научного материала одна из сложных. При ее реализации часто допускаются неточности в изложении учебного материала, делаются неоднозначно воспринимаемые общие выводы. Например, при описании питания амебы в одном из учебников по разделу «Животные» отмечалось, что поглощенная ею пища под влиянием пищеварительного сока в пищеварительной вакуоли переваривается, т. е. растворяется, и поступает в цитоплазму; после рассмотрения полового процесса, происходящего у инфузорий-туфелек, делается вывод о том, что половой процесс способствует их обновлению, повышению жизнеспособности. В первом примере пищеварение сводится к растворению (сахар в воде растворяется, но не переваривается, как был сахаром, так им и остался. – А.Н.). Второй пример позволяет учащимся трактовать значение полового процесса так, как позволяет им их воображение, т. к. суть слов «их обновление, повышение жизнеспособности» им непонятна.
Довольно часто для оживления учебного материала в обучении биологии используются уменьшительные названия органов, например, листочками называют листья, головкой – голову, яичками – яйца насекомых или мелких птиц, крылышками – крылья и т. п., хотя каждый из названных терминов имеет свой биологический смысл. В качестве примеров видов организмов приводятся их родовые названия, например, дождевой червь, речной рак, паук-крестовик, майский жук, жук-плавунец и пр.
Не отвечает требованиям принципа научности наделение растений и животных чувствами, присущими человеку. Например, некоторые учителя используют такие выражения, как «В лесу ели плотными кронами затеняют большинство растений, вызывая их страдания и мучения»; «Береза пытается перебороть мученические условия жизни на верховом болоте», «Лосю совершенно безразлично, где и чем занимается белка, а белке все равно, чем питается лось и где он отдыхает»; «Паук-серебрянка, чтобы реже подниматься за воздухом к поверхности воды, умудряется строить подводный воздушный замок.
Принципу научности в обучении биологии не соответствует и постановка вопросов, начинающихся словами «Для чего» или «Зачем». Например, «Для чего рыбам нужен плавательный пузырь?» или «Зачем растения поглощают углекислый газ? Такие и подобные им вопросы ориентируют учащихся на ответы телеологического характера.
Принцип воспитывающего и развивающего обучения. Любое обучение, в том числе и биологии, имеет воспитательный и развивающий характер и направлено на формирование личности школьника. Обучение, воспитание и развитие – стороны единого педагогического процесса.
Единство обучения и воспитания было раскрыто в дидактике еще в XIX веке. В статье «Три элемента школы» К. Д. Ушинский писал, что «. Наука в этом своем объеме и в этом возрасте учеников есть воспитание, и если воспитание имеет еще и другие средства, то наука все же остается самым могущественным из них». (Всесвятский, Проблемы., с. 24). Согласно К. Д. Ушинскому, воспитывающее обучение, находящееся в зависимости от его научного содержания, является в тоже время развивающим обучением, обеспечивающим развитие наблюдательности, мышления, речи, памяти, воображения.
Единство обучения, воспитания и развития не означает их тождество. Главная цель обучения – образовательная (научающая), направленная на обеспечение учащихся глубокими, осознанными и прочными знаниями основ наук, формированием и развитием у них научных понятий. Воспитание связано с формированием и развитие у обучаемых основ естественнонаучного мировоззрения, научной картины мира, любви к природе, патриотических и интернациональных чувств, нравственных норм поведения. Развитие учащихся в процессе обучения прежде всего направлено на совершенствование их умственных способностей, умений и навыков практического характера.
Воспитывающее обучение всегда должно быть целенаправленным. В противном случае оно может привести к отрицательным результатам. Например, после яркого рассказа об изумительной приспособленности тех или иных организмов к средам их обитания без раскрытия причин ее возникновения и развития учащиеся могут сделать для себя выводы не естественнонаучного, а телеологического характера.
При подготовке к очередным урокам, лабораторным занятиям или другим формам обучения учителю необходимо тщательно выявлять воспитательный и развивающий потенциал учебного материала и умело использовать его в практической работе.
3.2. Принципы доступности, систематичности и преемственности обучения
Принцип доступности. Суть этого принципа заключается в том, что на каждой ступени образования учебный материал должен быть вполне доступным для понимания учащихся того или иного возраста и оптимальным по объему. Слишком усложненное содержание учебного материала вызывает у них снижение мотивационного настроя, ослабление волевых усилий, падение работоспособности, проявления быстрой утомляемости. Вместе с тем, содержание обучения не должно быть сильно упрощенным, доходить до примитивизма. В этом случае у учащихся происходит снижение интереса к учению, не формируются волевые усилия, не происходит желаемого развития их познавательной деятельности. Следовательно, при реализации принципа доступности следует учитывать, что развивающее обучение должно осуществляться на уровне сложности несколько превышающем их познавательные возможности. Нарушение принципов научности и доступности приводит к тому, что важнейшие учебно-воспитательные задачи обучения биологии на практике остаются неразрешенными.
Доступность учебного материала прежде всего достигается характером изложения научных знаний, количеством вводимых понятий, оптимальным объемом учебного материала, снабжением текстов необходимыми иллюстрациями и пр.
Учащиеся плохо усваивают учебный материал, если он излагается трудным языком, длинными фразами со сложными словесными построениями без опоры на ранее приобретенные знания, разделения на небольшие логически следующие друг за другом смысловые части и пр. Примером трудного изложения материала может служить текст о жизнедеятельности клетки, который имел место в одном из действующих учебников по биологии для учащихся 6 класса. Авторы пишут, что «Питание клетки происходит в результате целого ряда сложных химических реакций, в ходе которых вещества, поступившие в клетку из внешней среды (углекислый газ, минеральные соли, вода), входят в состав тела в виде белков, сахаров, жиров, масел, азотных и фосфорных соединений»; «Дыхание клетки – тоже сложный процесс химических реакций, дающих клетке энергию. Внешне он выражается в поглощении кислорода и выделении углекислого газа (газообмен).» Учащимся, только что приступившим к изучению биологии, трудно понять, как это углекислый газ, минеральные соли и вода могут входить в состав тела клетки в виде белков, сахаров и других соединений, как дыхание может дать клетке энергию и что кроется за словами «целый ряд сложных химических реакций», происходящих при питании и дыхании. Подобный текст можно только выучить наизусть.
Сложен для усвоения учебный материал, включающий большое количество новых терминов и понятий, ими обозначаемых, без должного раскрытия их содержания, например материал о строении тела животных (клетка, ткани, органы и их системы с кратким пояснением их значения), включенный в начало раздела «Животные» и представляющий собой конспективное изложение сведений, перенесенных из раздела «Общая биология».
Некоторые авторы учебников включают в начало изучения разделов курса биологии сведения из истории соответствующих наук, несмотря на то, что методическими исследованиями давно доказана неподготовленность учащихся к их усвоению. Особенно недоступны для усвоения сведения общего характера, не подкрепленные фактами. Например, что могут понять учащиеся из таких фраз, как: «Средние века немного прибавили к познанию животного мира. Были забыты даже многие сведения о животных, известных в античное время. В средние века наука развивалась в связи с конкретными задачами: содержанием и разведением животных, охотой на зверей и птиц»; «Велики достижения зоологов в вопросах искусственного разведения ценных видов рыб, акклиматизации промысловых позвоночных животных и некоторых беспозвоночных как кормовой базы рыб»; «Интересны научные открытия, позволяющие лучше понять ход эволюции животных (исторического развития животного мира), закономерностей их размещения на планете». Исторические сведения вызывают у учащихся большой интерес к биологии, если они используются непосредственно в ходе изучения того или иного материала. Например, при первоначальном ознакомлении с питанием растений важно в доступной форме рассказать учащимся о роли К. А. Тимирязева в изучении фотосинтеза, после ознакомления с плоскими и круглыми червями – о значении работ К. И. Скрябина в возникновении и развитии науки гельминтологии, при изучении клещей – с установлением Е. Н. Павловским и Л. А. Зильбером причин заболевания таежным энцефалитом, при ознакомлении с подтипом бесчерепных – с открытием и описанием ланцетника П. Палласом и др. Во введении к тому или иному разделу курса биологии целесообразно знакомить учащихся только с учеными, с чьими именами связано зарождение науки.
Учебный материал становится более доступным, если в учебниках по биологии он снабжен тесно связанными с ним необходимыми иллюстрациями (фотоснимки, изображения строения изучаемых объектов, схемы и др.), число которых должно быть достаточным для получения конкретных представлений об изучаемых объектах и явлениях. Практика показывает, что текст и иллюстрации по занимаемому месту в учебниках должны соотноситься как 2:1, а в процессе изучения учебного материала целесообразно использование раздаточного материала (живых или фиксированных объектов) и демонстрационных изобразительных наглядных пособий (таблиц, картин, муляжей, моделей и др.).
Большое влияние на повышение доступности учебного материала оказывает методический аппарат учебника, включающий вопросы и задания, помещаемые перед текстами параграфов и направленные на актуализацию необходимых имеющихся знаний и в конце параграфов, позволяющие учащимся выяснять достижения в усвоении нового материала.
В реализации принципов научности и доступности в обучении большое значение имеет использование принципов систематичности, преемственности и наглядности.
Принцип систематичности исходит из системного подхода в научном познании окружающей действительности и требует в обучении логического, структурно-последо вательного расположения элементов содержания образования, установления взаимосвязей между ними, определения этапов расширения и углубления учебного материала, достижения целостности изучаемого предмета.
Согласно классическими правилам, сформулированными в свое время Я. А. Коменским, И. Г. Песталоцци, А. Дистервегом, при использовании принципа систематичности следует идти от конкретного к общему, от близкого к далекому, от известного к неизвестному, от простого к сложному, от легкого к трудному и т. п. Однако эти правила не всегда могут быть приложимы к порядку рассмотрения учебного материала. Например, простые по организации и жизнедеятельности бактерии, одноклеточные растения или животные по существу незнакомы учащимся до их изучения в школе, а хорошо знакомые объекты (цветковые растения, птицы или млекопитающие) сложные по строению и жизнедеятельности. К тому же, ознакомление с общим в ряде случаев целесообразно вести не от конкретного к абстрактному, а раскрывать общее (абстрактное) с конкретизацией его частным, что дает возможность значительно освободить учебный материал от деталей частного характера, не имеющих мировоззренческого или практического значения.
Принцип систематичности в обучении биологии реализуется при распределении и подаче учебного материала как по годам его изучения в соответствии с возрастными познавательными возможностями учащихся, так и внутри его разделов. При этом целостность школьного курса биологии и выделяемых в нем разделов достигается путем руководства такими основополагающими идеями, как многообразие живого и его разноуровневая организация, единство органического мира, индивидуальное и историческое развитие организмов, связь теории с практикой.
Распределение изучения живой природы в отечественной школе по разделам «Растения», «Животные», «Человек» было предложено автором первого учебника по естественной истории В. Ф. Зуевым, а затем восстановлено и дополнено общебиологическим разделом А. Я. Гердом. Оно основано на истории возникновения биологических наук по царствам природы, их дальнейшей дифференциации и объединении в систему, изучающую живые существа и жизнь в целом.
Согласно принципу систематичности строится и последовательность рассмотрения учебного материала внутри каждого раздела курса биологии. Так, в разделе «Растения, бактерии и грибы» учащиеся вначале знакомятся с общим строением цветковых растений, а затем – со строением и жизнедеятельность его органов от семени до семени, или от цветка до цветка, многообразием цветковых растений, их значением в природе и жизни человека по семействам класса двудольных и однодольных, отделами растений, начиная с зеленых водорослей и заканчивая голосеменными и цветковыми растениями; после изучения бактерий, грибов и лишайников дается материал о растительных сообществах и их охране. В разделе «Животные» учащиеся последовательно изучают важнейшие типы животных в восходящем порядке, а в каждом из них строение и жизнедеятельность, размножение и развитие представителей, многообразие и значение в природе и жизни человека.
В дидактике и методике обучения биологии термин «систематичность» часто используется как синоним термина «системность». Однако в последние годы в методике обучения биологии принцип системности стал рассматриваться как самостоятельная категория, ориентирующая на изучение объектов живой природы как открытых, саморегулирующихся и самовоспроизводяшихся биологических систем разных уровней организации, объединяемых происходящими в них процессами жизнедеятельности и развития.
Принцип преемственности. В дидактике и в предметных методиках принцип преемственности характеризуется требованием опоры при изучении нового учебного материала на ранее пройденный для последовательного развития у школьников знаний, умений и навыков, установления разнообразных связей не только между вновь приобретаемыми, но и прежде полученными знаниями как элементами единой целостной системы. Без установления в обучении преемственных (внутрипредметных и межпредметных) связей обеспечить учащихся подлинной системой знаний невозможно.
В обучении биологии принцип преемственности реализуется от темы к теме в каждом разделе, от раздела к разделу курса биологии, обеспечивая его целостность. Так, в разделе «Растения, бактерии, грибы и лишайники» знания о клеточном строении растения даются с опорой на его внешнее строение, а последующие знания о жизнедеятельности растения с опорой на его внешнее и клеточное строение. При изучении высших споровых растений используется материал об одноклеточных и многоклеточных водорослях, голосеменные изучаются с опорой на знания о мхах и папоротниках и т. д. Особое внимание от раздела к разделу в курсе биологии уделяется преемственности в формировании и развития общебиологических понятий.
3.3. Принципы наглядности, сознательности и прочности обучения
Принцип наглядности в обучении. Требование этого принципа направлено на всемерное использование в обучении объектов и явлений окружающего мира и их изображений. Наглядность, согласно Я. А. Коменскому, – золотое правило дидактики. При реализации этого принципа он считал необходимым использовать в обучении реальные предметы и непосредственные наблюдения за ними, а если это невозможно, то модели или копии предметов и явлений. Обосновывая необходимость использования принципа наглядности, К. Д. Ушин ский писал, что при его помощи все усваивается легче и прочнее.
Реальные предметы в обучении биологии – это предметная наглядность, живые и фиксированные объекты. Важность использования такой наглядности в обучении биологии связана с тем, что она действует на все органы чувств обучаемых, создает конкретные и полные представления, яркие и живые впечатления об изучаемых объектах и явлениях, вызывает к ним повышенный познавательный интерес, убеждает в истинности получаемых знаний и пр. Изобразительная наглядность (модели, муляжи, картины, таблицы и др.) не может заменить предметную наглядность. Однако без ее использования трудно создать у школьников зрительные образы изучаемых предметов и явлений, раскрыть сущность происходящих жизненных процессов, показать многообразие органического мира, отношений и взаимозависимостей в живом мире. Немаловажное значение использование изобразительных пособий имеет в поддержании и переключении внимания учащихся при изучении тех или иных вопросов, в развитии их познавательных способностей.
Наибольшая эффективность в обучении достигаются при совместном использовании натуральных и изобразительных пособий. Например, урок о паразитических плоских червях может дать хорошие учебно-воспитательные результаты, если учащиеся рассмотрят на влажных препаратах членики тела свиного или бычьего цепня, финнозное мясо, познакомятся с демонстрируемой модель свиного цепня во всю его длину, моделями головок цепней, изображениями на таблице названных и других лентецов, выявят черты сходства и различия в их строении, проследят по иллюстрированным схемам их развитие со сменой хозяев.
При реализации принципа наглядности не следует перегружать учебный процесс однотипными наглядными пособиями, так как при их обилии у школьников снижается интерес к работе с ними. Важно, чтобы каждое из подготовленных пособий было строго направлено на решение конкретных учебно-воспитательных задач и появлялось в поле зрения учащихся только во время его использования в обучении.
Различные виды наглядных пособий по биологии рассмотрены в главе «Материальная база обучения биологии».
Принцип сознательности в обучении. Этот принцип придает главное направление познавательной деятельности учащихся в обучении, так как он направлен против формального заучивания знаний. Любое из приобретаемых знаний должно получать свое оформление в виде отчетливых и последовательно развернутых словестных абстракций, соотносимых учеником с вполне определенными представлениями. Принцип сознательности выражает одно из требований к результатам обучения.
Сознательное усвоение учебного материала предполагает умение учащимися свободно и гибко оперировать понятиями, мобилизовать их при необходимости, переводить и переключать из одного круга мыслей в другой, тесно с ним связанный.
Сознательность и несознательность усвоения знаний видна из следующих примеров. После изучения строения цветковых растений на предложенное задание, требующее нарисовать схему цветкового растения и подписать названия его органов, учащиеся часто изображают схематично цветок, стебель и листья, т. е. цветковое растение без корневой системы, и рядоположенно называют как органы, так и части цветка. При выполнении задания, требующего дать названия плодов картофеля и капусты и написать, чем они сходны между собой, некоторые учащиеся указывают, что плод капусты – кочан, а плод картофеля – клубень и сравнивают их по величине, форме и некоторым признакам строения. Эти и подобные им примеры свидетельствуют о трудности замены у учащихся бытовых понятий «цветковое растение», «цветок» и «плод» на научные ботанические.
Сознательное усвоение знаний учащимися возможно при их активном участии в изучении нового материала, стремлении к получению новых знаний и умений, что достигается умелым руководством учителем процессом обучения, использованием в нем различных методов и методических приемов, предметных и изобразительных средств, вызывающих у обучаемых должное внимание и повышенную мыслительную деятельность.
Учитель не только направляет учащихся на сознательное усвоение знаний, но и постоянно, как в ходе изучения нового материала, так и в последующей проверке его усвоения, предлагает им вопросы, требующие осмысленных ответов.
Принцип прочности усвоения знаний. Требование этого принципа в методике обучения биологии направлено на прочное сохранение в памяти учащихся знаний об основных теоретических положениях биологической науки и важнейших биологических понятий, необходимых каждому человеку в его практической деятельности, их воспроизведение и использование в различных ситуациях.
На прочность усвоения знаний оказывают влияние многие факторы обучения. В связи с тем, что память носит избирательный характер и запоминается преимущественно существенное и интересное, пониманию и запоминанию способствует выделение учителем в изучаемом материале смысловых частей, которые служат учащимся «смысловой вехой» в последующем его воспроизведении. Значительно лучше при всех прочих равных условиях запоминается, а затем и воспроизводится эмоционально преподносимый материал.
Значительная роль в запоминании знаний учащимися принадлежит использованию логических приемов обучения – сравнения, классификации, анализа и синтеза изучаемых объектов и явлений и обобщение. Вырабатываемая при этом гибкость и подвижность ума помогают учащимся при воспроизведении знаний опираться не только на память, но и на мышление. С возрастом эмоциональная память учащихся, опирающаяся на наглядно-образные процессы мышления, уступает место логической памяти, основанной на более продуктивном абстрактном мышлении.
Большое влияние на прочность знаний и умений оказывает их повторение, закрепление и применение в новых ситуациях.
Реализация принципа прочности знаний осуществляется в тесном взаимодействии со всеми рассмотренными выше принципами обучения.
3.4. Принцип межпредметных связей и его использование в обучении биологии
Общая характеристика принципа межпредметных связей. Проблема межпредметных связей в дидактике возникла в период становления ее как науки и продолжает быть в ней одной из важных проблем. В «Великой дидактике», изданной в 1633–1638 гг., Я. А. Коменский писал: «Все, что находится во взаимной связи, должно преподаваться в такой же связи».
В современной дидактике и в предметных методиках обучения межпредметные связи рассматриваются как принцип, средство или условие обеспечения учащихся знаниями об объективных взаимосвязях, действующих в природе и обществе.
Принцип межпредметных связей относят к одному из важнейших современных принципов обучения, т. к. он обусловлен задачами всестороннего развития личности, тенденциями интеграции наук, развитием системного подхода к познанию, взаимодействием со всеми другими принципами обучения. Обучение тому или иному учебному предмету с использованием межпредметных связей позволяет показать учащимся, что без всесторонних знаний невозможно проникнуть в суть вещей, правильно осмыслить изучаемые явления.
Межпредметные связи реализуются в различных формах организации учебной деятельности: на различных видах уроков, комплексных семинарах, экскурсиях, междисциплинарных факультативах, конференциях, на тематических вечерах, в работе ученических научных обществ и т. п.
Биология как учебный предмет в наибольшей степени взаимосвязана с физикой, химией и географией. Главная дидактическая функция межпредметных связей заключается в объединении этих предметов в единый естественнонаучный цикл.
Использование межпредметных связей в обучении биологии, физике, химии, географии способствует эффективному формированию и развитию у школьников естественнонаучных понятий, глубокому и осознанному усвоению ими изучаемых законов природы, идей и теорий, формированию на этой основе общей системы знаний о реальном мире, естественнонаучного мировоззрения.
Проблема межпредметных связей в ее дидактическом и методическом решении в последние годы существенно продвинулась и нашла конкретное отражение в учебных программах по биологии, физике, химии и географии. Однако многие аспекты ее реализации еще не решены из-за несоответствия изучения предметов естественнонаучного цикла во времени и, прежде всего, биологии и химии. Например, в то время, когда на уроках биологии изучаются вопросы питания, дыхания и другие процессы обмена веществ, учащиеся еще не имеют необходимых знаний о белках, жирах, углеводах и других органических веществах и их превращениях. Знания о надорганизменных системах, приобретаемые учащимися при изучении биологии в конце девятого или десятого года обучения, не могут оказать влияние на ознакомление школьников с вопросами биогуманизации физики, экологизации производств и т. п.
Учителю биологии важно знать, какие физические, химические или географические знания, необходимые для изучения тех или иных вопросов биологии, учащимися уже приобретены, а какие знания они будут иметь в перспективе, и с учетом этого целенаправленно включать их в процесс обучения.
При изучении биологии использование знаний о наиболее общих законах материального мира, веществах и их превращениях дает возможность учащимся понять сущность изучаемых процессов и явлений, происходящих в живой природе. Например, только при актуализации знаний о диффузии в жидкостях и газах учащиеся могут понять и даже сами объяснить, почему и как в тело амебы или инфузории-туфельки постоянно проникает вода и кислород, а во внешнюю среду удаляется образующийся при дыхании углекислый газ; почему в тело морских корненожек поступает гораздо меньше воды, чем в тело пресноводных. Без использования знаний по физике о давлении в жидкостях и газах учащиеся не смогут понять причины движения крови по сосудам, разной скорости ее движения по артериям, венам и капиллярам, физиологическое значение для организма этих явлений.
Требование использования принципа межпредметных связей не означает, что учитель биологии должен излагать на своих уроках вопросы других предметов или предлагать задания для повторения тех или иных параграфов из курсов физики или географии. Важно, чтобы учитель при объяснении нового материала напоминал учащимся уже известные им факты, предлагал бы им объяснить те или иные изучаемые вопросы на основе знаний, полученных на уроках по другим предметам.
Использование знаний из курса естествознания (природоведения) при изучении растений. Потребность в физических и химических знаниях имеется с самого начала изучения биологии. Уже при ознакомлении со строением цветкового растения и его жизнедеятельностью возникает необходимость в использовании понятий «вещество», «минеральные вещества», «воздух», «кислород», «углекислый газ», «органические вещества», «крахмал», «сахар», «глюкоза», «углеводы», «белки», «жиры» и др. В элементарном виде эти понятия формируются у учащихся в курсе «Естествознание» или «Природа» при изучении тем «Тела и вещества», «Вода», «Воздух», «Почва». С учетом этого в процессе беседы о растительном организме учитель предлагает учащимся вспомнить, на какие две группы делят тела природы, к какой группе тел относят растения, как иначе называют живые тела, из чего состоят тела природы, на какие две группы делят вещества, чем различаются между собой минеральные и органические вещества и т. д. При ознакомлении с поглощением из почвы корнями растений воды и минеральных солей учитель использует знания учащимся о свойстве воды как растворителе многих веществ, о способности частиц воды и растворенных в ней веществ к проникновению в другие тела или вещества, а при ознакомлении с проведением воды и растворенных в ней минеральных веществ по стеблю растения к другим его органам демонстрирует опыт, доказывающий, что этот процесс происходит благодаря корневому давлению, создаваемому водой в корнях при ее всасывании.
Знания о диффузии веществ используются и при объяснении поступления углекислого газа в фотосинтезирующие органы растения и удаления из них в окружающую среду образующегося при фотосинтезе свободного кислорода, поступления при дыхании во все органы растения кислорода и удаления из них углекислого газа и пр.
При изучении дыхания растений можно на элементарном уровне познакомить учащихся с сутью этого процесса, т. к. предварительные знания о способности тел совершать работу, разных видах энергии и свойствах кислорода они получили из пропедевтического курса естествознания. С учетом этого учитель предлагает учащимся самим ответить на вопросы: почему клетки растения не могут жить без поступления в них кислорода, какая энергия освобождается при воздействии кислорода на органические вещества клетки, какие конечные вещества образуются в клетках в процессе дыхания, каковы различия между дыханием и питанием растения.
При ознакомлении с испарением воды растениями учитель предлагает учащимся вспомнить, какое известное им явление называют испарением, что представляет собой водяной пар, при каких условиях вода превращается в пар, а пар – в капельки воды, а при демонстрации опыта, доказывающего испарение воды растением, – объяснить, почему капельки воды появились на внутренней стенке колбы после того, как в нее поместили один из побегов растения, а горлышко колбы закрыли ватой, а также подумать, на поверхности чего в листьях растений образуется водяной пар, где он скапливается и каким образом выходит наружу, чем испарение воды листьями отличается от ее испарения с поверхности камня или другого неживого тела, каково значение испарения в жизни растения.
Раскрывая вопросы, связанные с распространением плодов и семян в природе, учитель напоминает о разной плотности воздуха и воды и связывает с этим наличие у плодов растений крылышек, парашютиков, хохолков и других приспособлений к переносу их воздухом, различных выростов и воздушных полостей, способствующих «путешествию» по воде. При ознакомлении с условиями прорастания семян учащимся предлагается самим объяснить, какое значение в этом процессе кроме необходимой температуры имеют влага и воздух, почему крупные семена сеют глубже, чем мелкие; почему глубину посева семян увеличивают на песчаных почвах и уменьшают на глинистых почвах.
Знания неживых телах и веществах и их свойствах, полученные учащимися на уроках естествознания (5 кл.), используются и при изучении отделов растений. Например, выясняя условиях жизни водорослей в водной среде обитания, учитель напоминает, что вода – хороший растворитель и в ней в растворенном состоянии имеются минеральные соли, кислород, углекислый газ и некоторые органические вещества; через нее на разную глубину проходят те или иные солнечные лучи; она более плотная, чем воздух, обладает большей выталкивающей силой и пр.; предлагает вопросы, требующие установления причинно-следственных связей: почему зеленые водоросли не могут жить в водоемах на большой глубине; в связи с чем красные водоросли встречаются на значительных морских глубинах; почему во время отливов бурые морские водоросли, не имеющие развитых механических тканей, принимают свое естественное положение.
Возможности использования пропедевтических знаний из курса природоведения (естествознания) имеются и при изучении других отделов растений. Кроме того, с отделами растительного мира важно знакомить с опорой на географические знания о распределении солнечного света и тепла на земной поверхности в зависимости от географической широты, о растительности различных природных зон, ее использовании и охране.
Межпредметные связи в процессе изучении раздела «Животные» осуществляются в основном с опорой на знания учащихся о центральной и осевой симметрии из курса математики; физических свойствах сред обитания организмов, массе, объеме и плотности тел, диффузии, давлении жидкости и газов, выталкивающей силе воды, теплоотдаче, рычагах из курсов естествознания и физики; составе воздуха, кислороде и углекислом газе и их свойствах, минеральных и органических (питательных) веществах из курса естествознания; животном мире природных зон и материков из курса географии. При этом всякий раз актуализируются только те межпредметные знания, опора на которые способствует более качественному усвоению непосредственно изучаемого материала о животных. Например, при изучении кишечнополостных учитель может напомнить учащимся, что к этому типу животных относят уже известных им из географии коралловых полипов, а затем предложить вспомнить, в каких природных условиях встречаются эти животные, описать по таблице их внешний вид. От краткой беседы о коралловых полипах учитель может перейти к демонстрации изображений других представителей типа и выявлению их общих признаков. Такое начало изучения кишечнополостных – от знакомого к незнакомому – значительно повышает интерес учащихся к изучению животных этого типа.
При ознакомлении с общими признаками кишечнополостных учащимся предлагается вспомнить, что в математике называют осью и центром симметрия и сказать, сколько осей симметрии может быть проведено через тело гидры, если за центр симметрии принять ее ротовое отверстие, как называют такую симметрию тела. После этого учитель предлагает подумать, какое значение имеет лучевая симметрия тела в жизни животного, ведущего прикрепленный образ жизни.
При изучении клеточного строения и физиологических функций организма гидры внимание учащихся снова привлекается к вопросам диффузии. Отметив, что у гидры нет специальных органов дыхания, учитель предлагает учащимся подумать над такими вопросами: каким образом в тело гидры поступает кислород и удаляется во внешнюю среду углекислый газ? Каким образом питательные вещества поступают из пищеварительных клеток гидры в другие клетки ее тела?
В беседе о значении кишечнополостных целесообразно предложить учащимся вспомнить известный им из курса географии материал о коралловых рифах и островах, а затем пояснить, как они образуются, вследствие чего возникают барьерные рифы и пр. При этом важно обратить внимание на различия условий жизни особей, связанных с их месторасположением в колониях.
На уроках о плоских, круглых и кольчатых червях учитель снова привлекает знания учащихся о симметрии и предлагает им самим определить, сколько осей симметрии можно провести через тело планарии (или других рассматриваемых объектов), подумать, в связи с чем у животных стала развиваться двусторонняя симметрия тела. При изучении жизнедеятельности этих животных продолжается работа по использованию знаний о диффузии. Привлекаются и знания о почве в процессе ознакомления с жизнью и значением в природе дождевых червей.
При изучении моллюсков важно использовать знания из физики о реактивном способе движения, а при изучении членистоногих – о рычагах.
К изучению материала о рыбах из курса природоведения и географии учащиеся получают знания о большом числе видов рыб, их распространении, условиях, влияющих на их численность, и пр. В связи с этим уже на первом уроке после вводного слова учитель может предложить учащимся назвать известных им видов рыб, выяснить, что они знают о среде обитания и образе жизни этих животных, сравнить между собой внешний вид рыб, обитающих в водоемах в верхних слоях воды, в ее толще и вблизи дна, и объяснить, в связи с чем тело у одних видов рыб (плотва, лещ, сельдь) суженное спереди и сзади и сплюснутое с боков, у других (акула, тунец, треска) оно торпедообразное или сплюснутое в спинно-брюшном направлении (скаты), перевернутое на один бок (камбала, палтус). В последующей беседе учитель выясняет, как у рыб осуществляется поступательное движение, какое значение при этом имеет выделяемая кожными железами слизь, какова роль плавательного пузыря в погружении рыбы вглубь воды и всплытии к поверхности и т. п. В ответах на эти и другие вопросы учащиеся используют имеющиеся у них знания об объеме, массе и плотности тел, давлении, сопротивлении и архимедовой силе воды, что способствуют более осознанному усвоению ими материала о приспособленности рыб к водному образу жизни.
Ознакомление с системами внутренних органов рыбы и их функциями проводится на основе повторной актуализации знаний о веществах и их свойствах, явлении диффузии, давлении в жидкостях и газах. Основные систематические группы рыб, хозяйственное значение рыб и их охрана изучаются с привлечением знаний из курса географии.
Межпредметные связи при изучении земноводных обычно используются в процессе ознакомления с особенностями строения их органов передвижения, кожного покрова, дыхательной и кровеносной систем, размножения и развития, распространения в природе. Отметив, что выход на сушу стал возможен при развитии у предков земноводных двух пар конечностей, учитель называет и показывает на таблице отделы передних и задних конечностей лягушки, а после ознакомления с их скелетом и мышцами предлагает учащимся объяснить физический принцип их работы, указать, где находятся точки опоры рычагов, что приводит в движение эти рычаги. При этом важно, чтобы учащиеся поняли, что рычажное строение конечностей уменьшает усилия, необходимые для поддержания тела и его передвижения в пространстве.
При ознакомлении с покровом тела земноводных учитель отмечает, что кожа у этих животных тонкая, имеет множество желез, выделяющих слизь, и мелких кровеносных сосудов, а в последующей беседе выясняет значение такой кожи в жизни изучаемых животных с опорой на имеющиеся у учащихся знания о растворимости кислорода во влаге кожи, его диффузии в кровеносные сосуды.
В процессе ознакомления с дыхательной и кровеносной системами земноводных учитель обращает внимание учащихся на то, что легкие у этих животных тонкостенные и не могут из-за малой внутренней поверхности насыщать кровь большим количеством кислорода, что кровь от сердца к органам тела течет смешанная, и предлагает им, используя знания о свойствах кислорода и теплоотдаче, объяснить, почему температура тела у лягушек или тритонов невысокая и непостоянная. При выяснении механизмов вдоха и выдоха у лягушки, учитель ставит вопрос, почему воздух поступает в ее ротовую полость, когда рот и ноздри бывают закрыты, а дно ротовой полости опускается за счет расслабления его мышц; благодаря чему воздух из легких выходит наружу. При изучении размножения земноводных учитель предлагает на основе имеющихся физических знаний объяснить, почему откладываемая икра вначале погружается на дно водоема, а затем всплывает к его поверхности и какое значение имеет такое явление.
При изучении пресмыкающихся особое внимание учащихся обращается на появление на коже рогового покрова, образование грудной клетки и реберный тип дыхания, увеличение внутренней поверхности легких, образование в желудочке сердца неполной перегородки, уменьшающей смешение артериальной и венозной крови, внутреннее оплодотворение и отложение яиц, имеющих большой запас питательных веществ и защитные оболочки. В связи с рассмотрением названных особенностей строения и жизнедеятельности пресмыкающихся учитель ставит перед классом вопросы: почему пресмыкающиеся, в отличие от земноводных, могут жить в местах с сухим климатом, в связи с чем и как у этих животных происходит активное вентилирование легких, почему пресмы кающиеся, в отличие от земноводных, ведут более активный образ жизни, какое значение в жизни развивающегося зародыша имеют оболочки яйца, как осуществляется газообмен зародыша с внешней средой и т. п. В процессе ознакомления с пресмыкающимися используются также знания из курса географии о распространении этих животных на Земле.
Значительные возможности в установлении межпредметных связей имеются в теме «Класс Птицы». В начале ее изучения учитель предлагает учащимся назвать птиц, известных им из курсов природоведения и географии, рассказать, где их можно встретить в природе, в чем проявляется их разнообразие.
При ознакомлении с особенностями строения птиц, развившимися у них в связи с приспособлением к длительному полету, актуализируются имеющиеся у учащихся физические знания. Учитель выясняет в процессе беседы значение перьевого покрова и компактного туловища в преодолении сопротивления воздуха, наполнения воздухом трубчатых костей и наличия воздушных мешков между внутренними органами в уменьшении плотность тела, сильного развития грудных мышц, приводящих в движение крылья в полете, и пр. В процессе изучения внутренних органов птицы и их функций учащимся предлагается объяснить, в связи с чем температура тела у этих животных стала высокой и постоянной. При рассмотрении особенностей размножения и развития учитель выясняет, в связи с чем у самок большинства видов птиц функционирует только один яичник и яйца в нем созревают не одновременно, какое значение в выведении потомства имеет гнездо, почему к концу развития скорлупа яйца становится менее прочной.
Во время ознакомления с сезонными явлениями в жизни птиц, их экологическими группами физические знания могут быть использованы учащимся в ответах на такие, например, вопросы: почему яйца, отложенные кайрами, при сильном ветре не скатывается с уступов скал; почему дятлы во время питания и выдалбливания дупла хорошо удерживаются на стволах на деревьев; почему основным сигналом перелета для птиц служит уменьшение продолжительности дня, а не понижение температуры воздуха или сокращение численности насекомых; в связи с чем крупные и средние по величине птицы летят на зимовку клином, вожжой или другим видом строя.
Ко времени изучения млекопитающих школьники из курса географии получают знания о внешнем облике, распространении и образе жизни многих видов животных этого класса. Например, им известны утконос и ехидна из яйцекладущих, кенгуру и коала из сумчатых, сурки, суслики, полевые мыши, бобры, нутрии, шиншилла из грызунов, зайцы и кролики из зайцеобразных, кабан, бегемот, антилопы, северные олени и благородный олени из парнокопытных, зебра, кулан и лошадь Пржевальского из непарнокопытных, шакал, песец, леопард, гепард, ягуар, соболь, дикая собака динго из хищных и представители других отрядов. Поэтому при изучении внешнего строения, образа жизни, размножения, многообразия и распространения зверей учитель актуализирует и систематизирует имеющиеся у учащихся знания, обогащая их новыми сведениями.
Используются и межпредметные связи с физикой. Например, при ознакомлении с особенностями зубной системы грызунов учитель может предложить учащимся объяснить, почему у грызунов и зайцеобразных при питании происходит самозатачивание резцов, в связи с чем киты, выброшенные волнами на берег моря, погибают от сдавливания внутренних органов тела, в связи с чем шерсть у млекопитающих северных широт после осенней линьки становится более густой, в связи с чем звери, впадающие в зимний сон или спячку накапливают много жира и т. п.
При изучении раздела «Человек и его здоровье» происходит дальнейшее расширение и углубление знаний учащихся о строении и функционировании живого на организменном уровне его организации и необходимость использования в этом процессе межпредметных связей, и прежде всего с химией и физикой, приобретает особое значение.
Актуализация химических и физических знаний важна при изучении всех систем органов и организма человека в целом. Так, при ознакомлении учащихся с химическим составом клетки и костей необходимо привлечение знаний о свойствах воды и солей, при разъяснении механизма движения костей в суставе – знаний о рычагах, механической работе и силе трения, при изучении работы мышц – знания по химии об экзотермических и эндотермических реакциях и по физике о превращениях одних видов энергии в другие.
Изучение легочного и тканевого газообмена и транспортной функции крови проводится с использованием знаний об окислении и диффузии, разъяснения механизмов вдоха и выдоха, кровяного давления – с опорой на знания о закономерностях движения жидкостей и газов в зависимости от разности давления в начале и конце пути, а углубление и расширений знаний о пластическом и энергетическом обмене веществ – с привлечением знаний о катализаторах, кислотной, щелочной и нейтральной реакциях среды, законе сохранения и превращения энергии. Вопросы теплорегуляции организма человека рассматриваются с опорой на знания об удельной теплоте парообразования. С функциями органов зрения и слуха учащиеся знакомятся на основе полученных представлений об оптике и звуке.
Межпредметные знания при изучении раздела «Человек и его здоровье» наиболее целесообразно использовать в решении проблемных ситуаций или познавательных задач. Например, при изучении опорно-двигательной системы можно предложить учащимся объяснить, в связи с чем при мышечной работе человеку становится жарко и на его теле появляется пот; почему при беге на короткие дистанции спортсмен опирается только на пальцы ног; почему большая берцовая кость при своей относительной легкости может в вертикальном положении выдержать груз массой до 1500 кг; почему мышцы прикрепляются к костям посредством сухожилий; в связи с чем в скелете человека произошло сращение крестцовых позвонков и увеличение массивности костей таза; почему побуждение 7–9 месячных детей к хождению может привести к неприятным последствиям. В процессе ознакомления с дыхательной и кровеносной системами учащиеся должны объяснить, почему при горном восхождении у человека происходит увеличение числа эритроцитов в крови; в связи с чем при взятии крови из вен предплечья врач накладывает жгут на плечо и предлагает пациенту сжимать и разжимать кисть руки, почему артериальное давление крови у людей с возрастом увеличивается, с чем связана разная толщина стенки сердца и т. п.
При изучении раздела «Человек и его здоровье» учащимся могут быть даны и расчетные задачи, решение которых связано с использованием межпредметных знаний. Например, на уроках или при выполнении домашних заданий они могут вычислить: 1) скорость крови в полых венах, зная их диаметр, скорость крови в аорте и ее диаметр; 2) количество теплоты, выделяемой организмом человека за сутки, если известно, что этого тепла достаточно для нагревания до кипения 33 л холодной воды; 3) количество теплоты, расходуемое организмом человека на испарение пота, если известно, сколько его образуется при физической работе за тот или иной промежуток времени и сколько Дж необходимо на испарение 1 г этой жидкости.
При изучении общей биологии происходит обобщение, углубление и расширение ранее приобретенных учащимися знаний о клеточном и организменном уровнях живого и ознакомление на внутрипредметной и межпредметной основе с процессами, происходящими на популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном уровнях. Так, функции живого вещества, содержание и значение химических элементов в клетке рассматриваются на основе актуализации знаний учащихся о свойствах кислорода, азота, серы, углерода, типах химических связей (Химия, 8–9 кл.), сложные вещества, входящие в состав клетки, процессы обмена веществ – на основе знаний о свойствах воды, теории химического строения и основных классах органических соединений, окислительно-восстановительных реакциях, электролитической диссоциации (Химия, 8–9 кл.), о применении первого закона термодинамики к изопроцессам (Физика, 10 кл.).
Для выяснения причин потери энергии в цепях питания используются знания об использовании энергии на процессы жизнедеятельности в теплоотдачу (Физика, 8 кл.), законе сохранения и превращения энергии (Физика, 10 кл.).
Знания из курса географии об основных эпохах горообразования и древнем оледенении на территории нашей страны используются при рассмотрении важнейших ароморфозов в истории органического мира, о населении Земли и географии населения мира – при ознакомлении с человеческими расами и их единством, о природнотерриториальных комплексах – в изучении биогеоценозов и агробиоценозов, о географических оболочках – в развитии понятия «биосфера». Актуализация полученных из курса географии знаний об охране природы и восстановлении ее богатств необходима при ознакомлении с экономическими аспектами деятельности человека в природе.
При ознакомлении с многообразием и происхождением культурных растений и одомашненных животных, селекцией как частью системы сельскохозяйственного производства большое значение имеет опора на знания, приобретаемые учащимися в процессе трудового обучения.
Для осуществления межпредметных связей в обучении биологии важно, чтобы при составлении тематического плана изучения программного материала учитель познакомился с учебниками естественнонаучного цикла, зафиксировал места «стыковок» в их содержании, а при разработке методики изучения того или иного биологического материала тщательно продумывал процесс их реализации.