Концептуальные основы рефлексивной системы обучения методике обучения биологии
Современные достижения биологической науки и их трансформация в биологическом образовании и методике обучения биологии
Динамично развивающаяся биология является одним из приоритетных направлений развития современной науки и производства. Современный курс биологии и методики ее обучения в вузе должен раскрывать перспективы развития биологических наук, направлений и смежных наук и областей знаний.
В решении современных экологических и биологических проблем важнейшее место принадлежит биотехнологии — использованию живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология призвана решать глобальные экологические проблемы человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение системы здравоохранения и качества окружающей среды. Современная биотехнология возникла на стыке биологических и технических наук. Она неразрывно связана с молекулярной и клеточной биологией, молекулярной генетикой, биохимией и биоорганической химией.
На основе новых методов манипулирования с нуклеиновыми кислотами in vitro зародилась и начала бурно развиваться генная инженерия, связанная с конструированием не существующих в природе сочетаний генов. Генная инженерия основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена, кодирующего нужный продукт, и на соединении его со специальными молекулами ДНК (векторами), способными проникать в клетки других организмов (главным образом микроорганизмов) и размножаться в них [166, с. 545].
На современном этапе развития науки и общества биология приобретает возрастающее значение при решении актуальных задач в медицине, сельском хозяйстве, охране окружающей среды, образовании, физическом воспитании, спорте. По единодушной оценке экспертов XXI в. — период расцвета биологии и биотехнологии. В «золотой век» биологии без биологического, экологического мировоззрения становится невозможным выживание человека и цивилизации.
В настоящее время приоритетными общенаучными направлениями и разработками в биологии являются: изучение организации и эволюции генетического материала, что позволит расширить арсенал методов целенаправленного преобразования интересующих человека видов растений, животных и микроорганизмов; изучение молекулярных основ психических процессов у человека; разработка новейших экологических направлений.
Важным в биологии является приоритет экологического знания, мышления и мировоззрения. Все биологические феномены экстраполируются к экологии. Очевидно, в центре экологического ядра должны сохраняться биологические знания и мировоззрение, иначе фундаментальность экологического направления исчезает.
Впереди у биологов исключительно заманчивые цели — реконструкция сначала клетки, а потом и живых организмов по заданной генетической программе и улучшение генофонда человечества с целью оздоровления, долголетия и процветания человека разумного. Современный глобальный экологический кризис — это не только загрязнение природной среды, ее сверхэксплуатация, перенаселенность планеты, истощение природных ресурсов и т. д., но и биологическая неграмотность, физическая, умственная и этическая деградация массы людей.
Центральное место, стержень биологии — теория эволюции. Она пронизывает, «пропитывает» всю биологическую науку, лежит в ее основе. Биологию невозможно отделить от эволюционных представлений. Эволюция придает смысл, логику и стройность всему гигантскому массиву накопленных биологией знаний. Причем теория эволюции действует за пределами своей предметной области и проникла из биологии в астрономию, химию, физику и другие науки, сделав их эволюционными [128, с. 28].
В XXI в. биология развивается очень интенсивно. Особенно важными оказались науки на стыке биологии и других наук. Например: биофизика, биохимия, биокибернетика и другие. В современно мире для человека очень серьезной оказалась следующая задача — сохранение природы. Поэтому на одно из первых мест (естественно, по развитию) выходит экология. Нельзя не заметить и достижения медицины (создание различной медицинской техники, новые способы исследования, эффективное лечение многих заболеваний, новые техники операций). Современная биология — это целая ассоциация различных дисциплин, главным предметом исследования которых являются общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах; активно развивающаяся система знания, включающая относительно самостоятельные области: специальные биологические дисциплины (зоология, ботаника, микробиология, микология и т. д.), а также и междисциплинарные науки и научные направления (биохимия, биофизика, социобиология, биоэтика, биоэстетика, биополитика и т. д.).
Одну из лидирующих позиций в современной биологии занимает биоинформатика — использование вычислительной техники, математики и информационной теории для анализа и моделирования молекулярно-биологических систем, в особенности систем, состоящих из генов, РНК, белков и метаболитов и др.; создание баз данных. Отмечается тенденция к увеличению влияния системного подхода на процесс построения теоретической биологии, а также — его направленность на математизацию биологического знания, приводящую к использованию моделирования биологических объектов, процессов и явлений, построению системных познавательных моделей [58]. Использование математических методов в экспериментальной и теоретической биологии создает возможность повышения степени обобщения и формализации биологического знания, его дальнейшей теоретизации [59].
Охарактеризуем, чем же отличается современное биологическое знание, и постараемся ответить на вопрос, с чем связано изменение места и роли биологии в системе наук в начале XXI века? Известно, что различные области естественно-научного познания описывают соответствующие «срезы» единой реальности (физическую, химическую, космологическую). В отношении биологической науки правомерно говорить об исследовании биологической реальности, которая включает в себя не только объективное существование мира живого, но и активность познающего субъекта на этом пути, иерар- хизированную в сложную социальную структуру познавательной деятельности. Данное обстоятельство предопределяет исторический характер и изменение предмета биологической науки. С середины XX столетия отмечается активный рост фундаментальных открытий во всем комплексе наук о жизни. По убеждению известного физика, президента английского Королевского общества П. Блэкетта, «молекулярная биология в такой же степени революционизировала науку о живом, как квантовая теория революционизировала физику сорок лет назад».
Благодаря революционным достижениям биологии XXI в. ее назвали многомерной биологией (high dimensional biology). В нее входят:
- — геномика — идентификация всех генов человека и нарушений в них, приводящих либо к наследственным заболеваниям, либо к предрасположенности к ним;
- — транскриптомика — идентификация всех матричных РНК, кодирующих белки, определение количества каждой индивидуальной мРНК, определение закономерностей экспрессии всех генов, кодирующих белки;
- — РНомика — идентификация всех не кодирующих РНК, определение количества каждой индивидуальной нкРНК — определение закономерностей экспрессии всех нкРНК;
- — метаболомика — идентификация и количественное определение всех метаболитов, синтезируемых (или находящихся) в данных клетках, тканях, органах и в биологических жидкостях;
- — биоинформатика — использование вычислительной техники, математики и информационной теории для анализа и моделирования молекулярно-биологических систем, в особенности систем, состоящих из генов, РНК, белков и метаболитов и др.; создание баз данных.
Именно эти направления, для краткости называемые «-омика- ми» (omics — genomics, transcriptomics и т. д.), считаются основой медицины XXI в.
Далее следует отметить «важное направление современной биологии — нанобиотехнологии, под которыми понимают область науки, которая занимается изучением и применением нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнологии; использованием биологических молекул для нанотехнологических целей. Процессы, в которые вовлекаются наноструктуры (наночастицы), получили название нанопроцессов. В живом организме главный нанопроцессор — биосинтез белка. Явления живой природы, протекающие с участием наноструктур, называют наноявлениями» — пишет профессор С. В. Суматохин [270, с. 10]. Отличительные характеристики, определяющие изменение места и роли биологии в системе современного постнеклассического естествознания: обращение к исследованию феномена жизни на всех уровнях его организации (микро-, макро-, и даже делаются попытки изучения жизни во Вселенной на мегауровне). В сферу биологического познания включаются надорганизменные образования (популяционно-видовые, биогеоценотические, биосферные, антропобиогеоце- нотические) и системы взаимоотношений в них.
Общефилософский принцип целостности составляет методологическую основу определения сущности жизни. Понятие «жизнь» является теоретическим и наиболее общим в биологической науке, оно имеет сложный состав и интегративно по своей сущности. Системность реально существующих объектов определяет системность и структуру научного знания, влияющего, в свою очередь, на структуру и содержание биологического образования [58]. Изучение систем дает возможность в дальнейшем управлять ими и решать глобальные экологические проблемы.
Очевидно, впереди у биологии множество фундаментальных и интереснейших открытий, связанных с познанием феномена жизни. Значение биологии как науки исключительно велико, так как познание исторического развития органического мира, закономерностей в строении и функционировании живых систем разных рангов, их взаимосвязей, устойчивости и динамичности играет важнейшую роль в формировании материалистического мировоззрения, составлении научной картины мира.
Несомненно, что в связи с бурным развитием биологической науки в XXI в. должна произойти трансформация новых знаний в сферу биологического образования. Все новейшие достижения должны быть отражены в программах биологических дисциплин в педагогических вузах, где готовят бакалавров и магистрантов — будущих учителей биологии. Теория и методика обучения биологии, являясь педагогической наукой, должна разработать методологию и методику реализации нового междисциплинарного потока биологических знаний в системе непрерывного биологического образования. Биология как учебный предмет является производным от науки, отражением научного знания. Содержание этого учебного предмета тесно связано с развитием биологической науки и должно быть ориентировано на ее изучение. Школьный курс отбирает из науки основополагающий материал, систематизирует и методически объединяет его в целостную систему учебного содержания, адаптирует применительно к возрастным и психологическим особенностям учащихся.
Биологическое образование — важный компонент системы общего образования. Его нельзя рассматривать вне системы общего образования, вне самых различных сфер деятельности человека, вне целого ряда факторов, предпосылок, которые определяют его развитие. К числу наиболее важных факторов следует отнести: современные социально-экономические условия и интеграция России в мировое образовательное и пространство; возрастание роли образования как важнейшего фактора обеспечения конкурентоспособности страны, повышения качества образования, его соответствия потребностям личности, общества, государства; использование наряду с традиционными информационными технологиями сетевого пространства как второй виртуальной реальности, возрастание роли дистанционного обучения [128, с. 26—27]. При этом важно оценить не только достоинства такого перехода, в частности широкий доступ каждого человека к самой современной информации, но и связанные с ним негативные тенденции: отождествление знаний с информацией; отсутствие общения, диалога при работе с компьютером; появление компьютерной зависимости у учащихся, в частности интернет-зависимости, характеризующейся стремлением школьников поколения Z к уходу от реальности, так как виртуальный мир создает некоторую иллюзию свободы и независимости от окружающих, от их мнений и действий.
Биологическое образование получило дальнейшее развитие в свете основных изменений в современном обществе. Развитие биологической компетентности человека должно быть поставлено на одно из первых мест в системе личностных представлений и убеждений. Это является одним из приоритетов современной школы.
Теоретический анализ состояния биологической науки как основы содержания биологического образования позволяет сделать ряд важных выводов.
- 1. Исторически сложившаяся структура биологического образования ориентирована главным образом на эмпирическую биологию. В основной школе изучаются данные ботаники, зоологии, анатомии и физиологии человека, которые изобилуют огромным массивом фактических, описательных знаний. Только раздел общей биологии строится по принципу развертывания теоретических конструкций эволюционного учения, генетики, цитологии, биоценологии. А именно фундаментальные основы науки, теории, законы и закономерности живой природы составляют основу научного мировоззрения, экологической, генетической, гигиенической грамотности учащегося.
- 2. Превалирование эмпирического знания ботаники, зоологии, эмбриологии и т. д. создает трудности в преподавании, сводимые зачастую к «перечислительному методу» обучения в ущерб концептуальной подаче материала. Для преодоления этого необходимо использовать функциональный и системно-структурный подходы при изучении многообразия организмов.
- 3. Как отмечает профессор А. В. Теремов [278, с. 23—24], «...в настоящее время биологические знания, предлагаемые учащимся для усвоения, носят частно-предметный характер, содержат элементы редукционизма, основаны на описательном подходе к происходящим в природе процессам... Знания учеников оказываются подчас догматически заученными, ограниченными рамками отдельных глав и параграфов учебника».
- 4. Одна из наиболее актуальных проблем школьного образования — необходимость интеграции знаний — по-прежнему остается нерешенной. Вместе с тем в биологических науках все знание пронизано идеями уровневой организации живого, универсального эволюционизма, коэволюции природы и общества. Налицо явная предпосылка для интеграции биологических знаний с другими естественно-научными, социальными и гуманитарными знаниями, слагающими обобщенную их форму — научную картину мира. Она в условиях информационного бума позволяет учителю, а с его помощью и учащимся, не только ориентироваться в разнообразной информации, но и рационально ею управлять. Использование научной картины мира для интеграции образования связано с изучением учащимися на уроках биологии, физики, химии и физической географии общих законов природы. Для учащихся содержание научной картины мира при этом включает законы сохранения (энергии, массы, электрического заряда и др.); законы, определяющие самопроизвольное течение естественных процессов к наиболее вероятному, равновесному состоянию (второй закон термодинамики, закон необратимости эволюции, законы наследственности, законы существования экосистем и др.); законы периодичности, повторяемости явлений в природе (периодический закон, закон биогенной миграции атомов, закон чередования направлений эволюции, биогенетический закон и др.) [278, с. 23—24].
- 5. В настоящее время отмечается тенденция гуманитаризации биологического образования. Включение человеческого фактора в число установок познания — это новая методологическая константа. Гуманитаризация содержания образования утверждает самоценность естественно-научной и гуманитарной культуры и призвана помочь осуществить в характере мышления человека столь необходимый поворот от фрагментарного к целостному восприятию мира в широком культурном контексте. Гуманитаризация содержания естественно-научного образования предполагает интеграцию знаний различных циклов учебных дисциплин вокруг проблем взаимодействия человека и природы. В конечном счете это проявляется в изменении соотношения между специальными и общекультурными знаниями (в пользу последних) всех школьных дисциплин. Интеграция выступает как основной принцип гуманитаризации содержания естественно-научного образования [7, с. 26—27].
В связи с вышеизложенным перспективы развития биологического образования видятся в следующих положениях.
- 1. Актуальной остается проблема определения места биологии как учебного предмета в учебном плане школы. Сокращение числа часов на изучение биологии приводит к перегрузке, интенсификации, уплотнению содержания обучения. При определении часов на учебный предмет необходимо учитывать периоды его изучения, объем принятого «ядра» содержания обучения, роль курса в становлении мировоззрения школьника и другие критерии.
- 2. Требует специального исследования проблема соотношения эмпирических и теоретических знаний в школьном курсе и снятие противоречия: обилие фактологических знаний в основной школе и преобладание теоретических обобщений в старшей без подкрепления конкретным материалом. Не случайно по естественно-научной, и в частности биологической, грамотности, в международных исследованиях наши учащиеся лучше выполняют задания на воспроизведение фактических знаний и их применение в типовых учебных ситуациях и хуже справляются с заданиями, требующими применения теоретических знаний в новых нестандартных ситуациях для объяснения, обоснования биологических явлений
- 3. В процессе изучения биологии необходимо усиливать интеграционные междисциплинарные связи с другими предметами. Без опоры и использования знаний из физики и химии невозможно понимание общебиологических закономерностей, сущности физиологических процессов, взаимосвязи биологических систем и окружающей среды, единства картины мира. В частности, связи с химией служат основой понимания происхождения жизни и процессов жизнедеятельности живых организмов; с физикой — для объяснения закономерностей потоков энергии в клетках, организмах, экосистемах и биосфере, понимания сущности обмена веществ и др.; с географией — использование знаний о факторах окружающей среды, погоде, климате, почве, природных зонах, географической оболочке и пр. Должны получить развитие связи биологии с предметами гуманитарного цикла, особенно с обществоведением. Сближает эти предметы представление о человеке как биосоциальном существе. Нельзя вырывать человека из системы общественных связей. Социальная форма движения материи надстраивается над физической, химической, биологической и преобразует их. Биологические характеристики и процессы, присущие человеку, постоянно подвергаются социальному воздействию. Вот почему для понимания биологических основ здорового образа жизни, формирования гигиенических знаний в курсе биологии в последнее время привлекаются понятия психологии, этики, социологии. Усиливается внимание к проблеме социальной сущности человека, изживает себя представление об окружающей среде как внешнему по отношению к человеку фактору, формируется понимание роли человека как звена в цепи предки — потомки, необходимости сохранения жизненной среды для последующих поколений.
- 4. Необходимо продолжить исследование по обеспечению преемственности содержания обучения биологии в основной школе с учетом достижений и возможностей курса «Окружающий мир» в начальной школе [128, с. 26].
- 5. Информатизация биологического образования не должна быть тотальной. Средства обучения должны использоваться рационально и целесообразно в соответствии с технологией комплексного использования средств обучения. Необходимо создание междисциплинарных комплексов дидактических средств обучения.
Таким образом, студентов-биологов необходимо готовить к реализации современного биологического образования. Выпускник-бакалавр преимущественно будет работать со школьниками среднего звена (VI—IX классы), а в старшем звене (X—XI классы), на степени средней (полной) школы, где и реализуется профильное обучение старшеклассников, должен работать выпускник, имеющий квалификацию магистра.
Ведущей функцией учителя биологии сегодня является функция содействия образованию школьника, которая состоит в создании средствами педагогического воздействия условий для проявления самостоятельности ученика, развития его творчества, ответственности, формирования у него мотивов необходимости непрерывного образования и самообразования. Эта функция в деятельности школьного учителя биологии проявляется в отборе содержания школьного биологического образования на основе пересечения информационных потоков учителя (базисный учебный план, стандарт школьного биологического образования, альтернативные учебные программы и соответствующие им учебно-методические комплексы) и учащихся (личный опыт, информационные ресурсы СМИ, Интернета). Реализуя данную функцию, учитель осознанно осуществляет отбор инновационных образовательных технологий (развитие критического мышления, исследовательского, рефлексивного, проектного обучения, информационно-коммуникационных технологий), не только решающих задачи освоения содержания школьного курса биологии, но и способствующих формированию компетентностей учащихся. Учитель все активнее участвует в формировании открытой образовательной среды, которую можно рассматривать как совокупность образовательных ресурсов, что проявляется в привлечении к образовательному процессу социальных партнеров, деятельность которых существенно расширяет горизонты естественно-научной грамотности учащихся. Такая открытая образовательная среда способствует формированию ключевых компетентностей школьников, когда их предметные биологические знания становятся основой для решения реальных жизненных проблем (например, организация здоровьесберегающей деятельности, формирование экологически обоснованного поведения, гигиенической грамотности, генетически и физиологически обоснованного полового поведения и др.) [169, с. 29].
Реализуя функцию содействия образованию школьников, учитель биологии использует все более разнообразный арсенал способов оценки и учета достижений учащихся, основанных, в первую очередь, на самооценочных процессах, как, например, получившие в последнее время широкое распространение и популярность портфолио ученика, кейсы, рейтинги, смотры личных достижений, конкурсная технология. Создание условий, содействующих образованию школьника, возможно на основе педагогической рефлексии, служащей основой его самообразования. В этой связи возрастает роль функции учителя, направленной на себя, — осуществления рефлексии и самообразования. Однако следует отметить, что данная функция у многих школьных учителей формируется при наличии противоречий, возникающих между позитивным опытом широкого спектра нововведений, появившихся в системе школьного образования последние 10—15 лет, и существенными проблемами, связанными с их реализацией [169, с. 30].
Итак, можно констатировать, что знание проблем, тенденций развития и перспектив в школьном биологическом образовании существенно стимулирует развитие функции рефлексии и самообразования у будущего учителя биологии, показанные противоречия являются двигателем в развитии методической мысли творчески работающих педагогов и студентов-биологов.
Все вышесказанное требует новых подходов и в подготовке будущих учителей биологии в педвузах. Для реализации идеи интеграции в биологическом образовании, для выполнения нового стандарта, базирующегося на системно-деятельностном подходе, необходимо кардинально изменить методику обучения биологии. Важно, чтобы вопросы материально-технического, учебно-методического и информационного обеспечения были решены. В этом направлении необходимо переработать программу по методике обучения биологии в вузах. Сделать ее инновационной, основанной на идеях междисциплинарной интеграции. Отразить в ней методику изучения современных проблем биологии в курсе основной и средней (полной) школы, ориентируясь на новый стандарт. Включить раздел, посвященный формированию рефлексии в учебной деятельности обучающихся. На основе программы создать инновационный учебно-методический комплекс по методике обучения биологии, реализующий идеи междисциплинарности в биологическом образовании и развития рефлексии в учебной деятельности всех категорий обучающихся. Требуется создание методической системы обучения бакалавров, магистрантов, аспирантов методике обучения биологии, базирующейся на инновационной основе. Следовательно, необходимо разработать инновационную концепцию обучения методическим дисциплинам в педагогических вузах.
