Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Психолого-педагогические и методические основы формирования биологических ПОНЯТИЙ. 1
1.1. Теория формирования и развития понятий, система биологических понятий 11
1.2. Состав и содержание понятий об абиотических и биотических факторах. 37
1.3. Состояние проблемы развития экологических понятий в практике школьного биологического образования. 50
Выводы по 1 главе. 68
ГЛАВА 2. Методика развития понятий об абиотических и биотических факторах на уроках биологии. 70
2.1. Условия проведения педагогического эксперимента. 70
2.2.Экспериментальная методика развития понятий. 76
2.3.Результаты экспериментального обучения. 88
Выводы по 2 главе. 1 ] 1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 112
БИБЛИОГРАФИЯ. 114
ПРИЛОЖЕНИЕ. 129
- Теория формирования и развития понятий, система биологических понятий
- Состав и содержание понятий об абиотических и биотических факторах.
- Условия проведения педагогического эксперимента.
Введение к работе
Одной из ведущих тенденций общего образования в нашей стране является осуществление непрерывного экологического образования подрастающего поколения. Это определяется тем, что состояние жизни во всех ее формах и сферах на Земле вызывает большую тревогу.
В 21 веке человеческая цивилизация оказалась в ситуации острейшего социально-экологического кризиса. Такое положение оценивается как начало экологической катастрофы. Отличие же предстоящей экологической катастрофы от уже имевших место в истории планеты Земля заключается в том, что она грозит не просто изменениями в биосфере, но и ее гибелью. Приведем некоторые конкретные факты. Общая нагрузка на биосферу согласно расчетам ученых не должна превышать 1 % от ее полной производительности, а в настоящее время это уже 10 %. Разрушающее воздействие цивилизации на природу достигло в наше время такой интенсивности, что с лица Земли ежечасно исчезает в среднем один биологический вид. Сейчас на Земле насчитывается около 2 млн. видов живых организмов. Если их исчезновение пойдет в том же темпе, то за 200 лет видовой потенциал биосферы будет полностью исчерпан. Согласно теории катастроф при выходе системы из равновесия начавшийся процесс остановить практически невозможно. Таким образом, у человечества практически нет времени на раздумье.
Для решения глобальных экологических проблем необходимо выработать такую концепцию взаимодействия с природой, которая бы обеспечила выход из кризисной ситуации и дальнейшее позитивное развитие общества и биосферы в целом. Чтобы выжить, люди должны перейти к новому типу развития, изменить свое отношение к природе, установив с ней оптимальное взаимодействие. В настоящее время можно выделить три социально-экологических стереотипа поведения, которые и предполагают устойчивые образы сложившегося поведения в природе, и формируют соответствующее отношение к ней.
Первый - стереотип утилитарного отношения к природе, видение в ней только ресурсов, нерациональность во взаимодействии с ней. Второй - социально-экологический стереотип отношения теоретического, научного, когда природные явления изучаются в целях науки. И третий -бережного отношения к природе, который предполагает ответственность и рациональность во взаимодействии с ней.
Согласно данным Н.М Мамедова, И.Т. Суравегиной [98,99] у выпускников школ, как и у населения в целом, преобладает потребительский подход к природе, так как низок уровень восприятия экологических проблем как личностно- значимых; усмотрение в природе только неограниченных ресурсов, необходимых для поддержания благополучия, причем использование этих ресурсов нерациональное; не развита потребность практического участия в реальной работе по изучению и улучшению, восстановлению и возобновлению окружающей среды. В обществе сложился стереотип утилитарного, потребительского отношения к природе. Нам необходимо менять взаимоотношения с природой, данный стереотип нужно заменить на стереотип бережного отношения к ней. Именно такой подход является идеалом отношений между обществом и природой. Достижение этого идеала является одной из целей школьного экологического образования.
Система непрерывного экологического образования, определяемая Федеральным образовательным стандартом, включает в себя как самостоятельные эколого-образовательные курсы разного профиля, так и экологизацию всех предметов базового учебного плана современной школы. Однако методологической и содержательной основой экологического образования и воспитания мы считаем именно биологическое образование. Это объясняется тем, что биология является единственным учебным предметом, в котором полно и системно освещаются основы современной экологии, уделяется достаточно внимания вопросам решения глобальных и региональных экологических проблем, что ориентирует учащихся на развитие экологической куль- туры. Данный вывод соотносится с работами таких известных ученых, как Г.С. Калинова, Л.Н. Мягкова, В.З. Резникова, В.Е. Соколов, И.Н. Пономарева, Н.М, Чернова и других. Кроме того, биология выступает основной предметной базой для раскрытия главных экологических идей, теорий, законов и фактов научного, гуманистического и прикладного характера. Ученые-экологи подчеркивают, что вне связи с биологическим образованием экологические сведения становятся формальными и малодейственными: «экологическая грамотность немыслима без элементарного понимания того, как устроена именно живая природа, с какими биологическими законами необходимо считаться в хозяйственной деятельности человека» [99].
Как отмечают В.Е. Соколов и Н.М. Чернова, «в рамках учебного предмета биологии есть специальные вопросы -это представления о механизмах устойчивости, само поддержания, саморазвития биологических систем сообществ и популяций, представления о том, как устроены и как функционируют эти системы, на эксплуатации которых построена жизнь человеческого общества» [159]. Это подтверждает огромное значение биологических знаний как основы экологического образования школьников. Следовательно, и формирование экологической культуры учащихся будет осуществляться через изучение законов живой природы, отношения людей к природной среде на разных этапах развития общества, в разных сферах деятельности. Кроме того, биология -это учебный предмет, который знакомит с уникальным космическим явлением- жизнью, способствуя формированию у школьников мировоззрения, в основе которого лежит осознание ценности природы, роли и места в ней человека.
Значительное внимание решению задач экологического образования средствами учебного предмета биология уделяется в работах СВ. Абрамовой, Н. Д. Андреевой, JI.П. Викторовой, А.Н. Воробьева, Г.И. Данильченко, Н. В. Кабаян, Т.В. Коростелевой, И.Н. Пономаревой, Н.З. Смирновой, В.П. Соломина, П.В. Станкевича.
Очевидно, что для успешного формирования экологической грамотности необходимо обратить пристальное внимание на систему развития общебиологических и экологических понятий. Задача формирования общебиологических понятий стала актуальной еще в 80-е годы. Поиски ее методических решений наряду с трудами методистов прошлого: Н.М. Верзилина, Б,В, Всесвятского, В.М. Корсунской, И.А. Рыкова, с работами современных ученых B.C. Анисимовой, И.Д. Зверева, И.Н. Пономаревой, И. Т. Суравегиной, отразились в ряде диссертационных исследований (Л.П. Анастасова, К.Б. Бу-таева, Н.Ф. Иванова, П.А. Кузнецов, О.В. Кондратьева, Б.Х. Соколовская, П.И. Третьяков и другие), Характерной особенностью исследовательских работ, выполненных названными авторами, является системный подход к решению учебно-воспитательных задач, обогативший как методику обучения биологии в целом, так и методику общей биологии. Диссертации сыграли свою положительную роль, однако методика формирования и развития у учащихся понятий об абиотических и биотических факторах осталась неисследованной, а ведь на сегодняшний день актуальность проблемы несомненна. Это определило выбор нами темы для исследовательской работы.
Цель исследования; усовершенствование методики развития понятий об абиотических и биотических факторах в школьном курсе биологии .
Объект исследовании: - процесс обучения биологии.
Предмет исследования: - процесс развития понятий об абиотических и биотических факторах.
Гипотеза исследования: - эффективность формирования у учащихся понятий об абиотических и биотических факторах повысится, если будет: усовершенствована структура данных понятий, определены и реализованы условия их успешного формирования в школьном курсе биологии; щ обеспечено следование принципам непрерывности, преемствен- '_ ности и последовательности в формировании и развитии понятий об абиоти- j ческих и биотических факторах; і] » усилено комплексное применение словесных, наглядных и прак- 'и'Л Н і ІІ тических методов и средств обучения; л: Y.. * обеспечена эффективная учебная деятельность школьников по І овладению понятиями, составляющими структуру знаний об абиотических и биотических факторах.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были определены следующие задачи:
1. Дать сравнительный анализ подходов к формированию и развитию \ \ фундаментальных научных понятий в психолого-педагогической литературе.
2. Изучить современное состояние исследуемой проблемы в теории я практике обучения биологии в школе.
3. Создать модель понятий об абиотических и биотических факторах, |і| I отражающую их структуру;
4. Разработать методику развития понятий об абиотических и биоти ческих факторах и экспериментально проверить ее эффективность
Методологической основой исследования являются фундаментальные философские положения о сущности и процессе познания, о всеобщей связи явлений, связи теории с практикой; теория содержания общего образования (В.В. Краевский, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин), аналитико-синтетическая кон цепция усвоения понятий (Д.Н. Богоявленский, Н.М. Менчинская,Е.Н. Каба- Ц нова-Меллер), теория содержательного обобщения (В.В, Давыдов), теория развития биологических понятий (Н.М. Верзилин, Б.В. Всесвятский, И.Д. Зверев, Б.Д. Комиссаров, В.Н. Корсунская).
В процессе исследования использовались следующие методы: группа теоретических методов (анализ, синтез, обобщение, сравнение, моделирование); социологические: наблюдение, анкетирование, тестирование, педагогический эксперимент; статистические: математические методы обработки экспериментальных данных.
Исследование проводилось в несколько этапов: предварительный, теоретический, собственно экспериментальный и заключительный.
Предварительный,„этап (1997-1998) позволил решить следующие задачи: определить на основе сформулированной рабочей гипотезы цель, предмет, задачи экспериментального исследования; проанализировать литературные источники по проблеме формирования биологических понятий; изучить роль средств обучения при формировании данных понятий; разработать методику констатирующего и поискового экспериментов. В ходе предварительного этапа велось наблюдение за деятельностью учителей по формированию и развитию понятий об абиотических и биотических факторах и использованию в этом процессе средств обучения (констатирующий эксперимент на базе средних школ № 4, 16, 19, 21, 38 г. Орла и Знаменской средней школы Орловского района). В ходе констатирующего эксперимента были выявлены причины основных недостатков развития биологических понятий, в том числе и изучаемых. Это помогло определить направление и корректировку эксперимента.
Теоретический этап, (1998-1999) позволил с учетом результатов информационного и научного поисков разработать концептуальные положения, теоретическую модель и методику формирования понятий об абиотических и биотических факторах с учетом использования средств обучения.
Собственно экспериментальный этап (1999-2000) предусматривал проведение обучающего эксперимента; выявление наиболее эффективных условий и средств осуществления формирования и развития понятий об абиотических и биотических факторах; апробацию результатов исследования. Исследование по экспериментальной методике осуществлялось на базе 7, 10-11 классов школ г. Орла (№19, 28, 34, 38, Знаменской средней школы Орловского района).
На заключительном этапе (2000-2001) был продолжен формирующий эксперимент с целью корректировки выводов исследования, их сопоставления с задачами исследования, осуществлен количественный и качественный анализ экспериментальных данных, обобщены результаты исследования, сформулированы выводы.
В исследовании приняло участие 120 учителей, 630 учащихся. В ходе исследования было посещено 158 уроков, проведено всего 1625 уроков, проанализировано и обработано с помощью методов математической статистики 5760 ответов учащихся на 24 контрольных вопроса.
Научная новизна и теоретическая значимость заключается в следующем: отобран учебный материал и определена его логическая структура, которая обеспечивает формирование и развитие понятий об абиотических и биотических факторах; выявлены оптимальные методические условия, способствующие формированию и развитию понятий об абиотических и биотических факторах; разработана методика проведения уроков биологии (7 класс, 10-] 1 класс).
Практическая значимость исследования заключается в том, что предложены к использованию в средней общеобразовательной школе методические рекомендации и дидактические материалы для формирования понятий об абиотических и биотических факторах; разработана система заданий, направленных на усвоение понятий об абиотических и биотических факторах; создан комплекс средств наглядности.
Достоверность и обоснованность положений и выводов диссертации обеспечиваются использованием методов, адекватных поставленным целям, предмету и задачам исследования; репрезентативностью выборки, количественным и качественным анализом полученных данных с использованием методов математической статистики; внутренней непротиворечивостью и взаимосоответствием теоретических положений и эмпирических результатов исследования.
Апробация результатов исследования осуществлялась посредством публикаций в печати и выступлений на межвузовской областной конференции молодых ученых (г. Орел, 1998 г.), на научно-практической конференции «Современные проблемы методики обучения биологии и экологии» (г.С.-Петербург, 1999 г.), на научно-практической конференции «Методика обучения биологии и экологии в XXI веке» (г, С.-Петербург, 2000 г.). Результаты проведенной работы внедрены в практику ряда средних школ г. Орла и Орловской области. Основные положения результатов исследования отражены в 8 публикациях автора (в 1998-2002 г).
На защиту выносятся следующие положения: модель понятий об абиотических и биотических факторах; методика развития понятий об абиотических и биотических факторах; методические условия, способствующие формированию и развитию понятий об абиотических и биотических факторах; позитивные результаты педагогического эксперимента, теоретические положения и выводы.
Структура и объем диссертации. Цели и задачи исследования определили структуру работы. Диссертация состоит из введения, двух глав, выводов по каждой главе, заключения, приложения; основное содержание изложено на 134 страницах машинописного текста, включая 18 таблиц, 4 схемы и 4 диаграммы. Список литературы содержит 186 наименований.
Теория формирования и развития понятий, система биологических понятий
Овладение основами наук - это, прежде всего усвоение понятий этих наук. В понятиях отражаются существенные признаки предметов и явлений, связи между ними, закономерности развития. Выделение важнейших понятий в определенной области науки дает возможность вычленить существенное, общее, объединить знания в систему.
В начале нашего исследования рассмотрим «понятие» как логико-гносеологическую категорию. В действительности вопрос о сущности понятия очень сложный. 11ет еще единого мнения среди философов, психологов и логиков по вопросу о том, что же такое понятие,
В настоящее время известно более 30 определений понятия. Крупный венгерский логик Б. Фогарши в учебнике «Логика» приводит 34 определения понятия. В. И. Ленин в «Философских тетрадях» определил понятие как «высший продукт мозга»[90 с. 149]. Ф. Энгельс отмечал, что понятие-это «результаты, в которых обобщаются данные...опыта» [101 с. 14]. Ряд логиков рассматривает понятие как форму мышления, предлагая свое определение. Например, логик М. С. Строгович определяет понятие как «форму мышления, отражающую и фиксирующую существенные признаки вещей и явлений объективной действительности» [163 с.75]. В.Ф. Асмус определяет понятие как «мысль о предмете, выделяющую в нем существенные признаки» [7 с.32]. Н. И. Кондаков в «Логическом словаре-справочнике» дает следующую характеристику понятия: «Высшая ступень мышления достигается в форме понятия, которое...есть целостная совокупность суждений, ядром которой являются суждения о существенных признаках, свойствах исследуемого объекта» [77 с.459]. X. Зигварт в своем труде «Логика, учение о суждении, понятии и выводе» дает следующее определение понятия: «понятие в логическом смысле отличается от возникшего в естественном течении мышления и обозначенного посредством слова общего представления своим постоянством не ведающей исключений неизменной определенностью и надежностью и общезначимостью своего словесного обозначепия»[58 с.278]. Русский философ А. И. Введенский [24] понятие определяет как мысль о предметах, рассматриваемых со стороны их существенных признаков. Понятие здесь связывается с терминами, главным образом выделяемыми в качестве подлежащего и сказуемого в суждениях, и рассматривается как их смысл. Обобщив все определения, можно сделать вывод, что понятие - очень сложная логическая и гносеологическая категория, так как понятие-это и объект, и орудие (средство) познания. Мышление протекает в различных формах понятий, суждений, умозаключений, гипотез и теорий. Понятие - одна из высших форм мышления, форм отражения материальной действительности. Переход от чувственной ступени познания к абстрактному мышлению характеризуется, прежде всего, как переход от отражения мира в формах ощущений, восприятий и представлений к отражению его в понятиях и на их основе в суждениях и теориях. Мышление, следовательно, может рассматриваться как процесс-оперирования понятиями. Именно благодаря понятиям мышление приобретает характер обобщенного отражения действительности. Но понятие - такая форма отражения действительности, которая раскрывает сущность вещей. По Гегелю, понятие - прежде всего синоним действительного понимания существа дела, а не просто выражение любого общего в созерцаемых, изучаемых объектах.
Состав и содержание понятий об абиотических и биотических факторах
Тепловой режим - одно из важнейших условий существования живых организмов, т.к. все физиологические процессы в них возможны лишь при определенных температурах. Приход тепла на земную поверхность обеспечивается солнечными лучами и распределяется на Земле в зависимости от высоты Солнца над горизонтом и угла падения солнечных лучей. Температурный фактор характеризуется ярко выраженными сезонными и суточными колебаниями. Это действие фактора в ряде районов Земли имеет важное сигнальное значение в регуляции сроков активности организмов, обеспечивая их суточный и сезонный режим жизни. В характеристике температурного фактора очень важны его крайние показатели, продолжительность их действия, а также то, как часто они повторяются. Изменения температуры в местах обитания, выходящие за пределы терпимости организмов, сопровождаются их массовой гибелью. Значение температуры особенно важно проявляется в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических процессов в клетках, а это отражается на всей жизнедеятельности организмов: она влияет на анатомо-морфологические особенности, ход физиологических процессов, их рост, развитие, поведение и во многих случаях определяет географическое распространение растений и животных. По отношению к температуре все организмы могут быть разделены на теплолюбивые (термофилы) и холодолюбивые (криофилы). Термофилы - те, что хорошо растут и развиваются лишь в условиях довольно высоких температур. Это преимущественно обитатели тропических районов Земли. Холодолюбивые способны жить в условиях сравнительно низких температур (но обязательно положительных) и не выносят очень высоких. Криофилы населяют умеренные и холодные зоны. Термофилы - растения-выходцы из жарких тропических районов. Многие организмы обладают способностью переносить очень высокую температуру, например, верблюжья колючка переносит до 70 С, осциллятория нитчатая, сине-зеленые водоросли 75-82 С, рыбка пятнистый циприподон 52 С, некоторые виды жуков, бабочек, пресмы кающихся 45-50 С. Однако температурный оптимум большинства животных 20-25 С или 25-28 С. Растения переносят жару благодаря особым приспособлениям в строении, физиологии и ритме жизни. Среди них помимо высокой жаростойкости клеток и тканей, обусловленных особыми физико-химическими свойствами их цитоплазмы, наблюдаются: сокращение поверхности тела (листовые пластинки в виде игл, щетинок, чешуи), развитие волосков, создающих войлочное покрытие на надземных органах, для некоторых характерны сильная глянцевитость поверхности тела, появление эфирных железок, способность путем выпота солей образовывать на надземных органах наросты кристаллов, которые преломляют и рассеивают горячие лучи Солнца, способность впадать в состояние вынужденного покоя. При характеристике температуры как экологического фактора необходимо различать температуру воздуха и температуру почвы, а также разность между ними. Это особенно важно в жизни растений, т.к. они способны поглощать питательные вещества из почвы лишь в том случае, если температура почвы будет на несколько градусов ниже температуры воздуха. У растений и животных развиваются многообразные приспособления, обеспечивающие им выживание и в условиях низких температур. У организмов, не имеющих механизмов регуляции температуры тела, преобладают клеточные и отчасти организменные приспособления, тогда как у животных с более или менее хорошей терморегуляцией тела лучше представлены механизмы организ-менной и тканевой адаптации. Клеточные и тканевые адаптации к низким температурам выражаются, прежде всего, в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках. В них благодаря увеличению запаса пластических веществ повышается концентрация растворов, увеличивается осмотическое давление клеточного сока, уменьшается процент свободной воды, не связанной в коллоиды. Находясь в состоянии «связанной», вода трудно испаряется и замерзает, слабо отжимается под давлением, она обладает большой плотностью и в значительной мере утрачивает свойство растворителя. Она становится кристаллической по своей структуре, хотя сохраняет жидкое состояние, Между частичками цитоплазмы и водой устанавливается единство структуры, обеспечивающее ей в известной мере вхождение в структуру макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Не менее важным приспособлением к выживанию при нужных температурах является отложение запасных питательных веществ в виде высокоэнергетических соединений - жира, масла, гликогена и других. Одним из тканевых механизмов приспособления к действию низких температур является своеобразное распределение резервных энергетических веществ в теле организмов. При адаптации к холоду наблюдается «перемещение» веществ в теле организмов. Важным приспособлением к перенесению низких температур являются многие поведенческие особенности организмов - миграции и перелеты, изменение сроков активности, переход на питание более калорийной пищей. Поведенческие, морфологические (в том числе особенности покровов, размеры и формы тела) и физиологические приспособления проявляются у организмов на всех стадиях их онтогенетического развития, обеспечивая выживание видов в местах обитания.
Условия проведения педагогического эксперимента
Сравнение результатов контрольных срезов показывает повышение эффективности усвоения понятий в экспериментальных классах, в отличие от контрольных. Важным фактом является преобладание учащихся с высоким уровнем знаний (3 и 4) над учащимися с низким уровнем знаний (1 и 2) в экспериментальной группе в сравнении с контрольной.
Первый контрольный срез по разделу «Общая биология» был проведен после изучения темы «Происхождение человека» и содержал следующие вопросы:
1. Какие факторы окружающей среды имеют наибольшее значение в эволюционном процессе?
2. Приведите примеры адаптации современного человека к абиотическим факторам среды.
3. Назовите организмы, являющиеся симбионтами человека и укажите, какую роль они выполняют.
Для ответа на первый вопрос следовало воспроизвести понятие «экологические факторы» и указать все группы экологических факторов. При этом следовало подчеркнуть неоднозначность действия экологических факторов на разных этапах эволюции и для различных живых организмов.
Для ответа на второй вопрос следовало вспомнить определение понятия «абиотические факторы» и указать, те к которым адаптировался современный человек.
При ответе на третий вопрос учащимся необходимо было вспомнить понятия «симбиоз» и «симбионты», с которыми они познакомились при изучении разделов «Растения» и «Животные» и указать их роль в организме человека.
Предложенные вопросы не вызвали трудностей у учащихся экспериментальных классов.
Пример ответа ученика экспериментального класса на второй вопрос среза.
«На современного человека оказывают влияние следующие абиотические факторы: климатические (спет, температура, влажность воздуха, ветер);
Физические (радиоактивность, электромагнитные поля, давление, шум); Химические (газовый состав воздуха, лекарства, ядохимикаты).
Современный человек адаптировался к жизни в определенных климатических условиях на протяжении многих поколений. Например, приспособился к холоду, что выражается в большей массе тела, коротких конечностях, большем количестве жира, глубоком расположении вен и повышенном обмене веществ. Приспособленность к теплу характеризуется противоположенными особенностями анатомии и физиологии организма. Изменчивость ряда признаков зависит от температуры среды (от климата). Это пигментация (цвет волос, глаз и кожи), толщина слизистой губ, ширина носа. Люди с широким носом живут в основном в тропическом поясе, а с узким -на севере
и крайнем юте, У жителей жарких стран средний вес тела меньше, чем у живущих в умеренном и холодном климате, и значит, выше отношение поверхности тела к весу, что является одним из адаптивных приспособлений, способствующих более интенсивному уровню теплоотдачи.
У детей и подростков, живущих высоко в горах, процессы роста и развития сильно замедлены, по сравнению с жителями равнин. Это связано с особенностями питания, изоляцией, а также снижением функции щитовид-ной железы как адаптивной реакцией на гипоксию».
Примерный ответ учащегося экспериментального класса на третий вопрос контрольного среза.
«Симбионтами человека являются различные бактерии (например, кишечная палочка) и простейшие: амебы, жгутиковые, инфузории, обитающие в кишечнике человека. Благодаря жизнедеятельности этих организмов перевариваются многие вещества, поступающие в организм человека с пищей. Без кишечных симбионтов человек, как и другие многоклеточные животные, не сможет нормально развиваться и погибнет».
