На главную страницу движения "В защиту детства"
Исследования

Журнал «Естествознание в школе». 2006. № 5.

 

ПРОБЛЕМАТИЗАЦИЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ермаков Дмитрий Сергеевич

канд. хим. наук, доцент,

зав. кафедрой естественнонаучных дисциплин

Новомосковского филиала Университета РАО,

г. Новомосковск

 

В соответствии с Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 г. [1], российскому обществу нужны образованные, нравственные, предприимчивые люди, которые могут самостоятельно принимать ответственные решения в ситуации выбора, прогнозируя их возможные последствия, способны к сотрудничеству. «Общеобразовательная школа должна формировать целостную систему универсальных знаний, умений, навыков, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования» [2]. К числу ключевых образовательных компетентностей (наряду с коммуникативной и информационной компетентностью, умением работать в группе (команде), быть способным к самообразованию и саморазвитию и т.п.) относится решение проблем.

Как показывают результаты международного исследования образовательных достижений учащихся в области естественнонаучного образования PISA (Programme for International Student Assesment, 2003), лишь 43 % российских учащихся соответствуют требованиям, предъявляемым к квалифицированной рабочей силе, т.е. могут решать проблемы, требующие анализа конкретной ситуации, и принимать решения при выборе из четко определенных альтернатив. 12 % из этого числа учащихся достигают наиболее высокого уровня компетентности, т.е. могут системно подходить к решению проблемы, организовывать и контролировать свои рассуждения, создавать свое собственное решение, проверять и оформлять его. Почти четверть (23 %) российских учащихся не достигает установленной нижней границы компетентности в решении проблем, в лидирующих странах таких учащихся 5–10 %. В итоге по компетентности в решении проблем школьники из России занимают отстающие позиции, 25–30 места из 40 стран [3]. Это свидетельствует о том, что пока не разработана и не реализована психолого-педагогическая концепция, позволяющая, не отказываясь от традиций и достоинств российского образования, органично ввести в образовательный процесс современные приоритеты, в частности, обучение решению проблем.

Как известно, решение проблем является одной из основных форм человеческой деятельности. В начале 1970-х гг. рядом исследователей была высказана мысль о формировании новой отрасли знания – проблемологии [4]. В работах философов, психологов, специалистов в области управления проанализированы сущность и содержание проблемы, ее значение и роль в познании и преобразовании окружающей действительности, выявлены структура проблемы, условия правильной ее постановки и решения.

Каким образом представлены сущность проблемы и многообразие жизненных проблем в школьном обучении? До сих пор преобладает «знаниевая» парадигма, выраженная в предметно-ориентированном подходе: культурный опыт изучается преимущественно не как совокупность проблем и их решений, а как набор отдельных элементов – объектов окружающей деятельности, объединенных в учебные предметы.

Проблемное обучение, активно развивавшееся одновременно с появлением проблемологии, не смогло разрешить данного противоречия. По-видимому, основная причина заключается в том, что проблемное обучение было направлено на повышение проблемности, в основном, методов обучения (которая возрастает в ряду: репродуктивный метод, частично-поисковый метод, исследовательский метод), в то время как необходима проблематизация и содержательной стороны, а именно вовлечение в содержание обучения не только достоверных и проверенных данных, но также суждений, фактов, мнений, которые еще не нашли общепризнанного объяснения в рамках той ли иной научной теории, но взяты непосредственно из практики.

Безусловно, жизнь состоит не из одних лишь проблем. Без знаний об отдельных объектах и явлениях окружающего мира не обойтись. Но, во-первых, это должны быть именно знания, то есть информация, необходимая для решения практических задач, а не сведения «для общего развития». Во-вторых, нельзя ограничиваться изучением только фрагментов окружающей действительности, ведь реальные жизненные ситуации целостны, неделимы, их расчленение на отдельные оставляющие элементы, превращаемые дидактикой в объекты изучения, довольно искусственно. В жизни человек сталкивается не столько с отдельными объектами, сколько с проблемами – противоречиями, разрешение которых и составляет, в частности, содержание жизнедеятельности.

Каково соотношение предметно- и проблемно-ориентированного подходов к познанию и практической деятельности? Обратимся к «зеркалу» современной информации – Интернет. В информационно-поисковой системе «Яndex» (www.yandex.ru) были сделаны запросы русскоязычных Интернет-сайтов по основным предметным областям науки, отвечающим традиционным школьным предметам (образовательным областям). Затем аналогичный запрос повторялся в сочетании с дополнительным ключевым словом «проблема». Полученные результаты представлены на рисунке.

Как показывает контент-анализ Интернет, больше всего информации представлено по гуманитарным предметным областям, таким как «общество», «экономика». Эти ключевые слова представлены наибольшим количество ссылок (9–17 тысяч). Значительна активность ученых и практиков в области физики, химии, экологии. Однако запрос по одному только слову «проблема» дает 33 тысячи ссылок, что почти в два раза больше, чем для любой из конкретных предметных областей. Сочетание названий отраслей знания со словом «проблема» дает на порядок меньше откликов. При этом по соотношению количества ссылок видно, что наиболее активно проблемно-ориентированный подход развивается именно в области естественных наук – экологии (55 %), биологии (53 %), химии (36 %).

Таким образом, в науке и практике проблемно ориентированный подход находит все более широкое распространение. Каково отражение этой тенденции в содержании школьного обучения? Проанализируем Обязательный минимум содержания среднего (полного) общего образования [5]. Слово «проблема/проблемный» встречается всего 34 раза, а соответствующие понятия изучаются, в основном, в курсах экологии (11), географии (8) и филологии (10). Решение проблем упоминается всего 9 раз, из них по 3 – в экологии и географии, по 1–2 раза в химии, экономике, технологии.

Анализ понятийного аппарата современной науки и техники и содержания школьного обучения свидетельствует о сохранении в школе традиционного предметно-ориентированного подхода. Проблемно-ориентированный подход более или менее отчетливо проявляется лишь при изучении проблем окружающей среды. Этот факт свидетельствует о существенном образовательном потенциале естественнонаучных дисциплин для обучения школьников выявлению и решению проблем.

Сегодняшние изменения в социальной и технологической сферах делают знаниевую модель образования неэффективной и даже нецелесообразной. Компетентностный подход выдвигает на ведущее место не информированность учащихся. а их умение и опыт решения проблем, возникающих в различных жизненных ситуациях [6]: 1) в познании и объяснении явлений действительности; 2) при освоении современной техники и технологий; 3) во взаимоотношениях людей, в нормах поведения, в оценке собственных поступков и поступков других людей; 4) при выполнении социальных ролей (гражданин, член семьи, покупатель, избиратель и др.); 5) в эстетических переживаниях, в выражении и понимании чувств, эмоций; 6) при выборе профессии, ориентации на рынке труда; 7) в процессе жизненного самоопределения, выбора стиля и образа жизни [2]. Научить поведению в указанных ситуациях во всем их многообразии, конечно, невозможно. Речь может и должна идти об усвоении способов оценки ситуации, проектирования действий, отношений, которые в свою очередь требуют принятия и реализации определенных решений. Такое обучение отличается от того, где есть готовая формула, где зачастую требуется лишь запомнить и воспроизвести нужный ответ. Теперь учащийся сам должен осознать проблемную ситуацию, сформулировать задачу, решить ее, оценить приобретенный опыт, контролировать собственные действия.

Компетентность в решении проблем можно определить как образовательный результат, качество личности, которое определяется способностью, готовностью и опытом осуществления деятельности по решению проблем. Содержание данной компетентности определяется структурой деятельности по решению проблем. Разработчиками международного теста PISA-2003 выделяется шесть познавательных умений, необходимых для решения проблем. Ученик должен владеть навыками аналитических рассуждений, рассуждений по аналогии, комбинаторных рассуждений, различать факты и мнения. При выборе стратегии решения проблемы он должен рассмотреть и соотнести причины и следствия, логично изложить своё решение. Именно навыки рассуждений лежат в основе умений решать проблемы и формируют ядро компетентности в этой области [3].

Итак, компетентность в решении проблем включает в себя: а) знания о проблемах (проблемы познания, моделирования и практического преобразования действительности), причинах их возникновения (экологические, социальные, психологические и т.п.), степени интенсивности (конфликт, кризис, катастрофа), масштабах (проблемы глобальные, региональные, локальные, личные) и т.д.; б) знание о способах решения проблем и владение ими; в) опыт решения проблем: ощущение радости от успеха и огорчения от неудачи в процессе решения проблем, эмоциональная оценка проблемной ситуации, удовлетворённость от выполнения деятельности в прошлом; г) готовность к решению проблем: выявление эмоциональных стимулов; мобилизация энергии, настойчивость, целеустремлённость; уверенность в преодолении трудностей; ценность многообразия вариантов, способов, путей достижения цели.

Каковы возможности для обучения решению проблем в современной школе? В настоящее время содержание и методика школьного естествознания базируются преимущественно на традиции культурно-исторического подхода: учащимся предлагаются содержание, апробированное в опыте многочисленных предшествующих поколений, которое изучается не менее «проверенными» методами. Данный подход предлагается и для обучения решению проблем (например, экологических). Его реализация включает такие этапы: 1) осознание единства человека с окружающим миром; 2) формулирование проблемы; 3) выявление истоков и сущности проблемы; 4) теоретическое обоснование; 5) практическая деятельность по решению проблемы [7]. При этом решение скорее предлагается на основе культурных образцов, нежели принимается учащимися.

Такой подход должен быть дополнен ситуативным подходом, который обеспечивает принятие решения в конкретной, реальной, неразрешенной, а не модельной (как в проблемном обучении) ситуации: 1) анализ ситуации; 2) обнаружение проблемы; 3) разработка альтернатив; 4) определение критериев выбора; 5) выбор (принятие решения) практическая реализация решения; 6) оценка эффективности решения [8]. Применение ситуативного подхода не только позволяет создать условия для усвоения культурного опыта, накопленного предыдущими поколениями, но также обеспечивает актуализацию индивидуального жизненного (витагенного) опыта учащихся, что повышает личностную значимость обучения.

Ситуативность обучения – основное отличие образования в передовых странах мира от отечественного образования. Именно таков вывод экспертов, полученный в ходе анализа результатов международного исследования качества образования PISA, в котором российские школьники продемонстрировали «провальные» результаты [9].

В качестве примера приведем одно из заданий теста PISA-2000 на тему «Озон», а также текст из российского учебника и энциклопедического словаря на ту же тему. Проблемные ситуации, описанные в текстах, выделены разрядкой.

Пример 1 (тест PISA). Атмосфера – океан воздуха и бесценный природный ресурс для поддержания жизни на земле. К сожалению, человеческая деятельность, основанная на национальных и личных интересах, наносит вред этому общему ресурсу, что проявляется в истощении тонкого озонового слоя, который действует как защитный экран для жизни на Земле.

Молекулы озона состоят из трех атомов кислорода, в отличие от молекул кислорода, которые состоят из двух атомов кислорода. Молекулы озона чрезвычайно редкие: их меньше чем десять на каждый миллион молекул воздуха. Однако на протяжении почти миллиарда лет их присутствие в атмосфере играло решающую роль в сохранении жизни на Земле. В зависимости от того, где он находится, озон может или защищать, или наносить вред жизни на Земле. Озон в тропосфере (на высоте до 10 км над земной поверхностью) – это «плохой» озон, который может причинить вред тканям легких и растениям. Но более 90 процентов озона, находящегося в стратосфере (на высоте от 10 до 40 км над земной поверхностью), является «хорошим» озоном, который, поглощая опасное ультрафиолетовое излучение Солнца, выполняет полезную работу.

Без этого полезного озонового слоя люди чаще подвергались бы заболеваниям, возникающим вследствие облучения ультрафиолетовыми лучами Солнца. В последние десятилетия количество озона уменьшилось. В 1974 году была высказана гипотеза, что причиной этого может быть фреон. Научные исследования причинно-следственных связей не давали убедительных результатов причастности фреонов к разрушению озона. Тем не менее, в сентябре 1987 года официальные представители разных стран встретились в Монреале (Канада) и договорились ввести строгие ограничения на использование фреонов.

Пример 2 (Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия-8). Под воздействием солнечного излучения (его ультрафиолетовой части) или электрического разряда могут происходить процессы, в результате которых образуется озон. Это простое вещество, так как состоит  из атомов одного элемента – кислорода. Но озон отличается от обычного кислорода составом молекулы: О2  – обычный кислород (его иногда называют дикислород), О3 – озон (трикислород).

ультрафиолет,
электрический разряд

О2                                                                2 О

О2 + О = О3

 

Таким образом, кислород и озон – два разных вещества, хотя имеют одинаковый качественный химический состав. Такие вещества называются аллотропными модификациями, а само явление существования химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ с различными свойствами носит название «аллотропия».

Еще один общеизвестный пример аллотропии – алмаз и графит (аллотропные модификации углерода).

Озон обладает запахом, который мы явственно ощущаем после грозы. Само слово «озон» в переводе с греческого означает «пахнущий».

Нам нравится запах озона. Мы ощущаем приятную свежесть, но только потому, что содержание его в воздухе ничтожно мало (около одной миллионной доли процента). Содержание в одну стотысячную процента – предельно допустимая норма в производственных помещениях, а при одной десятититысячной процента запах становится  невыносимым. Все знают запах сероводорода – тухлых яиц. Озон пахнет в 50 раз сильнее!

Особенно много озона образуется в верхних слоях атмосферы (в стратосфере), где под действием солнечного излучения происходит реакция его образования. В ходе этой реакции поглощается та часть солнечного излучения, которая является губительной для всего живого на Земле. Даже небольшая доля ультрафиолета, достигающая поверхности Земли, напоминает нам об этом ожогами при неосторожном загаре.

Разный состав молекул определяет разные свойства веществ. Молекула озона очень непрочная и поэтому легко вступает в химические реакции. При этом от молекулы отщепляется один атом кислорода, который взаимодействует с окисляемым веществом, и образуется молекула кислорода: О3 = О + О2.

Кислород в атомарном состоянии является чрезвычайно реакционноспособным, поэтому озон химически активнее кислорода. Действительно, он быстро разрушает резину, очень медленно изменяющуюся в среде воздуха; он взаимодействует при комнатной температуре с серебром, а кислород с серебром вообще не реагирует.

Озон обладает бактерицидным действием. Он образуется в некоторых реакциях окисления сосновой смолы или морских водорослей, поэтому так целительна атмосфера соснового леса или морского побережья.

На сильной окислительной способности озона основан метод обеззараживания питьевой воды под действием озона – озонирование. Начинает находить применение озон и в практике обеззараживания сточных вод.

Пример 3 (энциклопедической словарь). Озон (от греч. ozon – пахнущий), О3, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, температура кипения 119 оС, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из О2 при электрическом разряде (например, во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Основная масса озона в атмосфере расположена в виде слоя – озоносферы – на высоте 20–25 км. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. В промышленности озон получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.

Видно, что текст российского учебника представляет собой практически развернутую словарную статью. Текст из теста PISAпроблематизирован и ситуативен. Он включен в значимый для каждого человека контекст: человек и окружающая среда, влияние человеческой деятельности на природу, изучение и решение проблем окружающей среды. Состав молекулы озона, механизм его образования рассматриваются в рамках этого контекста.

Обобщая содержание компетентности в решении проблем, а также опираясь на выводы, полученные в ходе анализа результатов российских школьников в рамках международного исследования качества образования PISA [9], можно сформулировать основные отличия традиционного обучения и обучения решению проблем, которые представлены в таблице.

 

Отличия традиционного обучения и обучения решению проблем

 

Традиционное обучение

Обучение, направленное
на формирование компетентности
в решении проблем

Позиция ученика

Я узнаю о предмете

 

«Пусть меня научат, а не учат – значит мне и не нужно»

Я учусь, как действовать в проблемной ситуации

Я должен принимать решение, утверждаясь в собственном мнении или опровергая его

Позиция учителя

Вещать истину в доступной форме, избегать нерешенных проблем (отсюда отставание школьного обучения от уровня научно-технического прогресса и некритичное отношение к учебнику как истине в последней инстанции)

Ученик – tabula rasa («чистая доска»), сосуд, который нужно наполнить знанием, незамутненным сомнениями

 

Каждое явление следует рассматривать с разных сторон

В ситуации разногласия научного знания и жизненного опыта, фактов и домыслов, точек зрения, мнений, неполной информации нужно принимать ответственное решение

Ученик – человек, имеющий собственный опыт, видение мира и действующий на этой основе

Цель учебной деятельности

Информировать, инструктировать, дать образец, контролировать правильность воспроизведения

Организовать самостоятельные действия ученика по поиску решения – от формулирования проблемы / задачи до проверки правильности решения

Последовательность обучения

От простого к сложному, без возврата к предыдущим и планирования последующих этапов

Последующий материал опирается на результаты изучения предыдущего, решение проблемы / задачи требует удерживания в сознании условий и требований к результату (решению), стимулирует извлечение уроков из собственного опыта

Проблематизация обучения

Проблематизация часто отсутствует, подменяется констатацией проблемы и сообщением ее решения

Проблематизация начинается с описания ситуации, в которой проблема порождается, ученик наталкивается на противоречие (задачу, вопрос); из ситуации ясно зачем надо искать ответы на возникшие вопросы

Решение задач

Задача решается по алгоритму / образцу, решение начинается с уже известных примеров

Все задачи решаются (в основном, одним способом) и имеют правильный ответ

Задача решается в процессе формулирования и проверки гипотез

Задачи предлагаются решаемые, нерешаемые и неопределенные (требующие поиска дополнительной информации); возможны различные способы решения задачи, все из которых (при условии получения результата) считаются правильными

Предметность задач

Большинстсво задач однопредметны (что противоречит реальной жизни, где требуется привлечение информации из различных областей знания)

Задания, по возможности, межпредметны

Учебный текст

Единый текст, задающий непротиворечивую, последовательную картину мира

Текстовые выделения (рамки, шрифт, значки) снимают с ученика задачу отделения существенного и несущественного

Информация подается, в основном, в вербальной форме, стиль научный; иллюстрации дублируют текст, повторяя в образной форме вербальную информацию

Текст фрагментарен, каждый фрагмент содержит часть информации (иногда избыток), необходимой для решения проблемы

Используются различные стили; формы представления информации разнообразны (слова, схемы, таблицы, графики, диаграммы, чертежи, карты); иллюстрации несут дополнительную информацию

Вопросы

Ответ на вопрос можно найти в учебных текстах

Отвечать можно зазубренной цитатой из учебника, не задумываясь о смысле

Переформулирование, помогающее понять материал, не требуется

Вопрос может содержать дополнительную информацию, часть ответа можно найти в задании, часть – в изученных материалах, а часть нужно искать самостоятельно

Полемичность

Информирование о наличии различных точек зрения лишь в историческом аспекте (как считали раньше и как считают сейчас)

Ситуация полемики создается преднамеренно, ученику предоставляется возможность выражать и отстаивать свою позицию в споре

Методы, формы и средства обучения

Методы репродуктивные.

«Меловое» естествознание (основные средства обучения – доска и мел)

Методы интерактивные (метод кейсов,  работа в малых группах, ролевые и имитационные игры, учебные проекты).

Обучение с опорой на эксперимент и информационно-коммуникационные технологии

 

Литература

1. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 г. // Вестник образования. – 2002. – № 6. – С. 11–40.

2. Болотов В.А., Сериков В.В. Компетентностная модель: от идеи к образовательной парадигме // Педагогика. – 2003. – № 10. – С. 8–14.

3. Ковалева Г. PISA-2003: результаты международного исследования // Народное образование. – 2005. – № 2. – С. 37–43.

4. Хилькевич А.П. Решение проблем в жизни, науке и технике. – М.: Наука, 1999. – 202 с.

5. Обязательный минимум содержания среднего (полного) общего образования. – http://www.edu.ru/db-mo/mo/Data/d_99/prn56-1.htm.

6. Груздева Н.В. Подготовка учителей к достижению нового качества образования // Естественнонаучное образование: методология, теория, практика. – Сб. материалов V международного методологического семинара. – СПб.: ТЕССА, 2005. – Вып. 4. – Ч. 1. – С. 30–34.

7. Экологические проблемы современности: научные и педагогические аспекты. – М.: Онега, 1995. – 208 с.

8. Планкетт Л., Хейл Г. Выработка и принятие управленческих решений. – М.: Экономика, 1984. – 168 с.

9. Каспржак А., Митрофанов К., Поливанова К., Соколова О., Цукерман Г. Почему наши школьники провалили тест PISA // Директор школы. – 2005. – № 4. – С. 4–13; № 5. – С. 8–14.

 

 

Исследования