Тимошенко Игорь Валерьевич - Астраханский государственный
advertisement
на правах рукописи ТИМОШЕНКО Игорь Валерьевич РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА ПРИ ИЗУЧЕНИИ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОФИЛЬНОМ КУРСЕ БИОЛОГИИ 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (биология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Астрахань 2009 Работа выполнена в Ярославском государственном педагогическом университете имени К.Д. Ушинского на кафедре ботаники, теории и методики обучения биологии Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор Сухорукова Людмила Николаевна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Пилипенко Владимир Николаевич доктор педагогических наук, профессор Дятлова Ксения Дмитриевна Ведущая организация: ГОУ Педагогическая академия последипломного образования специалистов Московской области Защита состоится « 23 » октября 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.05 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1, ауд. 101 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета. Текст автореферата размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета http://www.aspu.ru Автореферат разослан « 23 » сентября 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета Кенжалиева С.З. 2 Актуальность исследования. Одним из важнейших этапов обновления современного российского образования стал переход к профильному обучению с целью профессионального самоопределения выпускников, восстановление преемственности между школой и вузом. Задачей современной школы на этом фоне становится формирование знаний и опыта самостоятельной деятельности, значимых за пределами школьного образования. Активизация личностного потенциала, формирование мобильной, адаптированной к современным условиям личности обусловливает необходимость поиска новых подходов к разработке содержания школьного биологического образования. Один из таких подходов - компетентностный. Опираясь на запросы экономики и современного общества, компетентностный подход смещает вектор образования в сторону накопления личностного опыта решения познавательных, экологических, бытовых, социальноэтических проблем, активного включения и адаптации в коллективе и обществе. [А.Г. Бермус, И.А. Зимняя, В.В. Краевский, О.Е. Лебедев, Б.И. Хасан, А.В.Хуторской]. Для решения новых образовательных задач необходимо по-новому подойти к отбору содержания, уделить внимание практикоориентированной, социально и личностно значимой учебной информации. Таким потенциалом обладает содержание о микроорганизмах. Оно жизнепригодно, так как затрагивает проблемы, связанные с иммунитетом, вопросы личной гигиены, обработки и сохранения пищевых продуктов, профилактики и лечения инфекционных заболеваний. Очевидно, что каждый человек должен не просто обладать этими знаниями, но и применять их в повседневной жизни. Кроме того, изучение микроорганизмов позволяет понять и оценить серьезные экологические и социально-этические проблемы, которые ставит перед современным обществом развитие биотехнологии. Однако реализация компетентностного подхода в содержании общеобразовательной области «Биология» только начинается. В государственном образовательном стандарте (третий вариант) формирование компетенций предполагается только в целях, критерии оценивания компетентности вызывают затруднение [Т.В. Иванова]. До настоящего времени в области теории и методики обучения биологии исследований, посвященных реализации компетентностного подхода в процессе обучения базовому и профильному курсам биологии, не проводилось. Вследствие этого в действующих учебниках и пособиях профильного уровня практическая, социальная и личностная значимость знаний о микроорганизмах раскрывается недостаточно. Учебная информация о микроорганизмах не является целостной. Вследствие этого нарушается логика развития основных понятий: теоретические положения не всегда основываются на эмпирических данных и служат фундаментом для рассмотрения 3 направлений биотехнологии. Учитель, как правило, решать эти проблемы самостоятельно затрудняется. Следствие этого – фрагментарные знания о бактериях и вирусах у старшеклассников, отсутствие опыта их применения. Анализ результатов ЕГЭ по биологии и данные констатирующего этапа педагогического эксперимента показывают, что ученики затрудняются выявлять особенности строения и процессов жизнедеятельности прокариот. Они не раскрывают их роль в круговоротах химических элементов, значение в формировании древнейшей биосферы и развитии основных направлений биотехнологии. Ученики затрудняются использовать полученные знания в ситуациях, приближенных к повседневной жизни: устанавливать причины инфекционных заболеваний и руководствоваться способами их профилактики, не понимают важности вакцинации и соблюдения графика прививок, особенности лечения вирусных и бактериальных заболеваний; не проявляют личную позицию при обсуждении последствий развития генной инженерии, использования генетически модифицированных продуктов. Все это отрицательно сказывается на сохранении здоровья. Таким образом, анализ педагогических и методических исследований, практики обучения биологии позволил выявить педагогическое противоречие между объективной необходимостью в реализации компетентностного подхода в профильном курсе биологии и недостаточной разработанностью принципов отбора и построения компетентностного содержания, методических условий его усвоения. Проблема исследования состоит в разрешении указанного противоречия посредством разработки методики реализации компетентностного подхода применительно к содержанию профильного курса биологии на примере изучения микроорганизмов. Цель исследования: - определение теоретических основ компетентностного подхода и реализация их в процессе обучения профильному курсу биологии. Объект исследования: процесс обучения биологии в школе. Предмет исследования: формирование предметной компетентности при изучении микроорганизмов в профильном курсе биологии. Гипотеза исследования: формирование предметной компетентности при изучении микроорганизмов в профильном курсе будет обеспечено, если: - определены педагогические основы компетентностного подхода; - цели обучения направлены на применение знаний, опыта деятельности в конкретных ситуациях и выражены через планируемые результаты; - содержание отбирается на основе принципов фундаментальности, диалога, аксиологизации, практической направленности и строится на осно4 ве исторической связи эмпирического, теоретического и прикладного компонентов микробиологии; - формы и методы обучения направлены на развитие способности и готовности решать познавательные, экологические, бытовые и социальноэтические проблемы. Задачи исследования: - провести анализ проблемы состояния знаний о микроорганизмах в практике обучения биологии в профильных классах; - определить философско-педагогические подходы к формированию предметной компетентности; - сформулировать цели и определить принципы отбора и построения компетентностного содержания в профильном курсе биологии; - обосновать методические условия формирования предметной компетентности при изучении микроорганизмов; - экспериментально проверить разработанную методику и оценить ее эффективность. Методологической основой исследования являются: - философские концепции о закономерностях развития научного познания [А.И. Алешин, Н.К. Вахтомин, В.С. Степин, В.С. Швырев]; положения ценностного подхода [М.С. Каган, И.Т. Фролов], позволяющие выяснить общие принципы и закономерности научного познания; - положения об истории развития микробиологии [В.Н. Гутина], особенностях строения и метаболизма прокариот и вирусов [С.Н. Виноградский, М.В. Гусева, Л.А. Минеева, Г. Шлегель], экологии прокариот, их роли в происхождении и эволюции жизни на Земле [В.И. Вернадский, Г.А. Заварзин, Б.В. Громов, М.Ю. Грабович] биотехнологии и ее основных направлениях [Ю.Н Елдышев, А.М. Куликов, И.Б.Лещинская, Ф. Уэбб, С.Э. Шноль], позволившие отобрать и выстроить учебную информацию о микроорганизмах. - педагогические и методические теории и положения о целях и содержании школьного образования [Ю.И. Дик, В.В. Краевский, В.С. Леднев, И.Я. Лернер, В.Г. Разумовский, М.В. Рыжаков]; профильном обучении [А.А.Кузнецов, А.А.Журин], компетентностном подходе в обучении [А.Г. Бермус, И.А. Зимняя, Т.В. Иванова, О.Е. Лебедев, А.В. Хуторской], формах, методах и приемах обучения биологии [Е.П. Бруновт, Е.Т. Бровкина, И.М.Верзилин], технологии проектного обучения [Е.С. Полат, Г.К. Селевко]; практической направленности обучения биологии [И.Д. Зверев, А.Н. Мягкова, В.В. Пасечник, Д.И. Трайтак], организации педагогического эксперимента и оценке его результатов [М.И. Грабарь, К.А. Краснянская, А.М. Новиков, В.З. Резникова]. Методы исследования: 5 - теоретические – анализ работ в области философии, микробиологии и ее истории, психологии, педагогики, теории и методике обучения биологии; изучение нормативных и программных документов профессионального обучения; проектирование авторской концепции, методических пособий. - эмпирические – беседы и интервью с учителями и учениками, анализ личностной образовательной продукции учащихся; анкетирование педагогов по проблеме содержания и структуры учебной информации о микроорганизмах; изучение опыта работы учителей профильных классов по реализации практической направленности содержания школьных курсов биологии; педагогический эксперимент, включающий констатирующий и обучающий этапы. - математические – использование методов статистики для подтверждения достоверности результатов педагогического эксперимента. Этапы исследования На первом, поисково-эмпирическом этапе (2001 – 2003) на основе анализа научной и педагогической литературы, действующих учебных программ и учебников профильного уровня, результатов констатирующего этапа эксперимента выявлялось состояние знаний и умений учащихся в области микробиологии, обосновывались принципы отбора и построения содержания учебной информации о микроорганизмах и ее место в содержании профильного курса биологии. На втором, теоретическом этапе (2004-2005) отбиралось компетентностное содержание о микроорганизмах, выделялись предметные компетенции, определялась их социальная и личностная значимость; подбирались формы и методы, ориентированные на формирование компетентности; подготавливались методические пособия для учителей и учащихся. Концептуальные положения отрабатывались на ежегодных методических конференциях молодых ученых, педагогических чтениях им. К.Д.Ушинского в ЯГПУ. На третьем, экспериментальном этапе (2006-2007) проводился обучающий этап педагогического эксперимента на базе школ г. Ярославля (№ 2, 51, 58, 74) и г. Рыбинска (№8, лицей №2). Результаты исследования анализировались, обобщались и были внедрены посредством методических и учебных пособий в преподавание биологии на региональном и федеральном уровнях. Научная новизна исследования: - выделены предметные компетенции в области микробиологии применительно к профильному курсу, определены их содержание, преемственность формирования, личностная и социальная значимость, связь с надпредметными и ключевыми компетенциями; 6 - обоснована структура учебного содержания о микроорганизмах в профильном курсе биологии, основанная на исторической связи между реальными объектами, теоретическими положениями и практическим освоением природы - движении от изучения строения и процессов жизнедеятельности прокариот к объяснению их роли в экосистемах, круговоротах химических элементов, применению в биотехнологии; - обоснованы методические условия, способствующие формированию способности и готовности применять знания, способы деятельности и ценностные ориентации в конкретных ситуациях (ситуационный анализ, практикум по микробиологии, проектная деятельность, дискуссия). Теоретическая значимость исследования: - определены философско-педагогические основы реализации компетентностного подхода применительно к профильному курсу биологии; - обоснованы принципы отбора и построения компетентностного содержания и методические условия формирования предметной компетентности. Практическая значимость исследования: разработаны и внедрены в школьную практику учебные и методические пособия, в которых отражена методика формирования предметной компетентности в области микробиологии: «Школьный практикум по микробиологии» (региональный уровень), «Развитие знаний о микроорганизмах в курсе общей биологии» (региональный уровень), тетрадь-практикум «Разнообразие живых организмов» для основной школы (федеральный уровень). Достоверность результатов исследования достигалась использованием методов, адекватных поставленным целям, предмету и задачам исследования; проведением педагогического эксперимента, в ходе которого использовались общепринятые методы педагогических исследований; репрезентативностью выборки; качественным и количественным анализом полученных данных с использованием методов статистики. Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования обсуждались и получили одобрение на областных (г. Ярославль, 2005, 2006, 2007 г.г.) и международных конференциях («Биологическое и географическое образование в современной школе», г. Ярославль, 2006, 2007 г.г.), заседаниях кафедры ботаники, теории и методики обучения биологии ЯГПУ им. К.Д. Ушинского (г. Ярославль, 2004 - 2008 г.г.); лаборатории обучения биологии ИСМО РАО (г. Москва, 2008-2009 г.). На защиту выносятся: - философско-педагогические основы реализации компетентностного подхода, включающие положения о связи эмпирического, теоретического и прикладного знания в процессе развития микробиологии как науки, важности ориентации целей, содержания, методов и форм обучения профильного 7 курса на формирование предметной компетентности как способности и готовности мобилизовать в конкретной ситуации свои знания и опыт деятельности; - совокупность предметных компетенций в области гигиены, генетики, экологии и биотехнологии, формируемых при изучении микроорганизмов; их специфика, личностная и социальная значимость, связь с надпредметными и ключевыми компетенциями; - принципы отбора и построения компетентностного содержания: фундаментальность, проблемность, диалогичность, аксиологичность, историческая связь между реальными объектами микробиологии, теоретическими положениями о роли микроорганизмов в экосистемах и круговоротах веществ, практическим освоением природы – применением знаний о микроорганизмах в биотехнологии; - методические условия, способствующие формированию предметной компетентности: мобилизация знаний (ситуационный анализ, дискуссия), вовлечение в практическую деятельность (наблюдение и эксперимент в процессе выполнения лабораторного практикума, проектная деятельность). Структура диссертации соответствует логике научного исследования и состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии. Содержание диссертации изложено на 117 страницах. В том числе 1 диаграмма, 2 таблицы, 9 схем, список литературы (включает 193 наименования). ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении определено проблемное поле исследования, обоснованы выбор темы исследования, ее актуальность, раскрываются гипотеза, цель, задачи и методы исследования, основные положения, выносимые на защиту. В первой главе «Теоретические основы реализации компетентностного подхода в обучении биологии» рассматриваются основные положения компетентностного подхода - понятия компетенции и компетентности, компетентностного содержания, выявляются направления решения проблемы формирования компетентности в школьном курсе биологии профильного уровня. Согласно наиболее общепринятой точке зрения, компетенция – это совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности и опыт применения этих компонентов в учебных ситуациях) [И.А. Зимняя, Б.И.Хасан, А.В. Хуторской]. Компетенция характеризует сферу деятельности, в которой объект осведомлен, а также круг реальных объектов, по отношению к которым эта деятельность осуществляется. Основной характеристикой компетентности, т.е. владения человеком соответствующей компетенцией, является способность и готовность 8 субъекта реализовать в своей деятельности ценностные установки [Н.М. Борытко]. В своем исследовании мы рассматриваем готовность как состояние мобилизации всех психофизиологических систем человека, обеспечивающее эффективное выполнение определенных действий. Способность же отражает возможность быстрого приобретения человеком знаний, умений и навыков, их закрепление, эффективное использование на практике. Таким образом, компетентностный подход - это совокупность общих принципов определения целей, содержания, форм, методов образования и оценки образовательных результатов, направленных на развитие у обучаемых способности самостоятельно решать познавательные, коммуникативные, организационные, нравственные и другие проблемы, используя дидактически адаптированный и личный опыт. Важно отметить, что развитие компетентности не прерывается в течение всей жизни по мере того, как в сферу деятельности попадают новые и более сложные проблемы, требующие поиска новых подходов к решению. В исследовании отмечается, что компетентностный подход не является абсолютно новым явлением в отечественной педагогике и включает в себя элементы традиционных педагогических подходов - культурологического [В.В. Краевский, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин], деятельностного [А.Н. Леонтьев, Д.Б. Эльконин, В.В. Давыдов], политехнического [В.С. Анисимова, Е.Т. Бровкина, И.Д. Зверев, Г.С. Калинова, М.И. Мельников, А.Н. Мягкова]. В целом, философская основа компетентностного подхода - положения прагматизма и феноменологии о том, что знание может служить способом изменения окружающей действительности; знание является истинным, если дает практические результаты; особо ценен опыт, имеющий индивидуальный и личностный смысл [Ч. Пирс]. Вместе с тем в работе отмечается, что посредством опыта возникает и развивается лишь эмпирическое знание, поэтому необходимо выяснить взаимосвязь эмпирии, теории и практики. В исследовании подчеркивается, что эмпирическое знание не ограничивается накоплением фактов, включает в себя их обработку и систематизацию - выступает связывающим звеном между реальными объектами и теоретическим знанием [Н.К. Вахтомин, Б.М. Кедров, В.С. Швырев]. Цель теоретического знания - более глубокое познание объектов реального мира, отражение сущности явлений, которые описаны эмпирически. Однако процесс утверждения теоретических положений невозможен без опоры на практическое применение, теоретическое знание должно служить основой для «… прогнозирования будущих способов практического освоения природы» [Н.К. Вахтомин]. Важно, что при оценке перспектив развития научного знания и практического применения его результатов возникают социальные проблемы, которые должны решаться с этических позиций [М.С.Каган, И.Т.Фролов]. 9 Таким образом, философские положения, составляющие основу компетентностного подхода, в первую очередь направлены на обоснование важности накопления личностного опыта, доминирования прагматизма над формализмом, отражения в учебном познании всех уровней научного познания – эмпирии, теории и практики. В исследовании отмечается, что реализация компетентностного подхода включает несколько последовательных ступеней развития – формирование ключевых, надпредметных и предметных компетенций. Так как не все компетенции могут быть реализованы в рамках школьного образования, для нас важно рассмотреть определение и структуру образовательной компетенции. Эти компетенции осваиваются на базе общеобразовательных областей и учебных предметов и моделируют деятельность ученика для его полноценной жизни, становясь в дальнейшем профессиональными компетенциями [А.В. Хуторской]. Владение образовательной компетенцией предполагает наличие знаний декларативного (факты, законы, теории и понятия) и процедурного (методы и формы познания) характера, позволяющих применять их при решении стандартных и нестандартных познавательных проблем. В исследовании отмечается, что компетентностный подход предполагает обновление целей, методов обучения, диагностической базы. Цели, выраженные через планируемые результаты, позволяет определить сдвиги в развитии ученика, проанализировать степень его компетентности [М.В. Рыжаков]. Основным компонентом компетентностного содержания являются реальные объекты и ситуации выбора и рефлексии. Использование реальных объектов позволит сформировать личностно значимый опыт, преодолеть отчуждение ученика и его деятельности от изучаемого предмета, а ситуаций рефлексии и выбора – подготовить к самостоятельному поиску и формулировке решений проблемных ситуаций [А.В. Хуторской]. Методы и технологии обучения в компетентностном подходе должны быть в первую очередь направлены на накопление личностного опыта. В этой связи на первый план выходят метод проектов и ситуационный анализ, дискуссии и круглые столы. Эти методы позволяют осуществить связь обучения с практикой, активно использовать и накапливать личностный опыт учеников, ориентировать ученика на актуализацию имеющихся знаний и приобретение новых [О.Е. Иванова]. Несмотря на свою актуальность, в методике обучения биологии идеи компетентностного подхода только начинают реализовываться. Это связано с тем, что до недавнего времени термин «компетентность» в большей степени относился к профессиональному образованию. Сфера общего образования до сих пор работает со знаниями, умениями и навыками, в то 10 время как профессиональная сфера оперирует компетенциями [А.В.Хуторской]. Посещение уроков, беседы и интервью с учителями показали, что большинство учителей также считают необходимым совершенствование содержания биологии с точки зрения компетентностного подхода: дополнить учебный материал сведениями о современных достижениях микробиологии и использовании ее результатов в биотехнологии; сделать более доступным содержание тем о селекции микроорганизмов, генной инженерии; обогатить учебный материал дискуссионными положениями о социально-этических проблемах развития биотехнологии. В то же время учителя затрудняются самостоятельно выделять предметные компетенции, ориентировать учеников на практическое применение полученных знаний. Таким образом, задача образования на современном этапе - превращение знаний, умений и навыков в образовательные компетенции, востребованные в профессиональной сфере. Овладение такими компетенциями позволит не только получить качественное общее образование, но и в дальнейшем овладеть профессией, получить значимый социальный статус. Наиболее полно это возможно осуществить в рамках профильного обучения, сочетающего в себе вариативность, личностную и практическую ориентацию образовательного процесса, профессиональное самоопределение [Т.П. Афанасьева, В.И. Ерошин, А.А. Кузнецов, Н.В. Немова, Т.И. Пуденко, С.Н. Чистякова]. В исследовании рассматриваются три основных компонента профильного обучения: элективные, базовые и профильные курсы. Отмечается, что главная задача по реализации компетентностного подхода решается в рамках профильного и элективных курсов, дополняющих основные профильные предметы и необходимых для построения индивидуальных образовательных траекторий. Поскольку основой профильного курса является содержание, в первой главе проведен анализ исторического пути развития знаний о микроорганизмах и достижений современной микробиологии. Было установлено, что микроорганизмы – это группа микроскопических организмов, к которым относятся представители разных царств органического мира: прокариоты (эубактерии, сине-зеленые, архебактерии) и эукариоты (микроскопические грибы и водоросли, простейшие)». В исследовании особое внимание уделяется прокариотам, так как эта информация связана с важнейшими достижениями биологии и биотехнологии, которые должны найти отражение в содержании профильного курса биологии. Согласно историческим исследованиям [В.Н. Гутина, М.В. Гусева, Е.М. Вермель, С.Я. Залкинд, Л.А. Минеева, Г. Шлегель], изучение прокариот началось с эмпирического этапа - накопления фактов об их строении, процессах жизнедеятельности и многообразии. В работах О. Варбурга, А. Гардена, Л.Пастера, В.Юнга была раскрыта роль микроорганизмов в иници11 ации и поддержании брожения. В трудах В.Л. Омелянского, Л.Пастера были описаны анаэробные микроорганизмы. Изучению процессов хемосинтеза, азотфиксации посвятили свои исследования М. Бейеринк, С.Н.Виноградский, Д. Липман. В первой половине ХХ века в связи с развитием микроскопической техники были изучены нуклеоид [Р. Гертвиг, К. Добелл, А. Мейер], мезосомы [М. Солтон, В.А. Яковлев], жгутики [Ф. Фурман]. Помимо изучения строения и процессов жизнедеятельности прокариот, на эмпирическом этапе наметились основные подходы классификации микроорганизмов: филогенетический, основанный на принципах геносистематики [А.Н. Белозерский, Б.Ф. Ванюшин, А.С. Спирин, Д. Мармур, Л. Хилл] и нумерическая таксономия [Р. Бьюкенен, П. Снет]. В исследовании учитывались основные особенности строения и метаболизма прокариот: процессы фотосинтеза [К. Ван-Ниль, Г. Молиш], хемосинтеза [С.Н. Виноградский, М. Бейеринк], брожения [А. Клюйвер, А. Гарден, Л. Пастер, В.Н. Шапошников]. В исследовании отмечается, что по мере накопления эмпирических фактов в микробиологии оформились направления теоретических исследований – изучение генома прокариот [М. Дельбрюк, Д. Ледерберг, Э. Ледерберг, С. Луриа, Э. Тейтум, А. Херши] роли прокариот в экосистемах и круговоротах веществ [М. Бейеринк, С.Н. Виноградский, В.Л. Омелянский], происхождении и эволюции жизни на Земле [Г.А. Заварзин]. В ХХ веке эмпирические и теоретические знания о микроорганизмах нашли свое применение в различных областях биотехнологии - использовании живых организмов и биологических процессов в производстве. В исследовании рассмотрены основные направления современной биотехнологии [М.В.Гусева, Л.А.Минеева, Г.Шлегель] и перспективные пути использования микроорганизмов - в создании трансгенных организмов, [Ю.Н.Елдышев, А.М.Куликов, Ю.Г.Чирков, С.Э.Шноль]. Таким образом, исследование показало, что проблема реализации компетентностного подхода недостаточно решена в теории и практике обучения биологии. Результаты анализа философской, педагогической и методической литературы, результатов общения с педагогами и данных ЕГЭ по биологии позволили сформировать основные направления решения этой проблемы - выражение целей через планируемые результаты, отбор и построение компетентностного содержания, использование форм и методов обучения, соотносимых с целями обучения. Во второй главе «Методика реализации компетентностного подхода при изучении микроорганизмов в профильном курсе биологии» раскрываются основные положения авторской методики формирования компетентности в области микробиологии в профильном курсе биологии, выясняется ее эффективность на основе анализа педагогического эксперимента. 12 Исследование исходит из того, что реализация компетентностного подхода предусматривает целостный подход, охватывающий все компоненты школьного биологического образования (цели, мотивы, содержание, организацию процесса обучения, обработку результатов). Главная цель – формирование личности, готовой и способной мобилизовать знания о микроорганизмах и опыт деятельности в конкретных ситуациях. Достижению этой цели подчинены планируемые результаты обучения – требования к уровню подготовки ученика. При этом таксономия целей М.В. Рыжакова была дополнена требованием оценивать. Известно, что оценка – интеллектуально-эмоциональный акт, при котором ученик опирается на знания и проявляет личную позицию, основанную на собственном опыте деятельности – то есть реализует свои компетенции. Центральное место в авторской методике отводится организации компетентностного содержания, основными принципами отбора которого служат преемственность, фундаментальность, практичность и проблемность. Использование принципа преемственности позволяет провести формирование компетентности через содержание всей школьной биологии, начиная с 6 класса и заканчивая профильным курсом. Это достигается благодаря последовательному усложнению учебного материала и его объединению в единое целое посредством связывающих идей – экологических, ценностных. Принцип преемственности тесно связан с принципами историзма и фундаментальности, сочетающем научность и системность и направленного на отбор учебного содержания, исходя из истории развития научных представлений о микроорганизмах и современных достижений микробиологии. Реализация принципов преемственности и фундаментальности позволяет достичь микробиологической грамотности - начального этапа формирования микробиологической компетентности. Принцип историзма является доминирующим принципом, определяющим объединение компонентов содержания о микроорганизмах и отражающим методологические закономерности развития микробиологии – построение теоретического знания на основе эмпирических данных, полученных в результате наблюдения и эксперимента. Наиболее полно принцип историзма проявляется в структуре курса общей биологии, включающего теоретические обобщения, опирающиеся на эмпирический материал и служащие основой для понимания основных направлений биотехнологии. Эмпирический компонент включает фактические данные об особенностях строения прокариот и вирусов, разнообразии микроорганизмов и процессов их жизнедеятельности и способов размножения. Он в основном представлен в действующих учебниках и служит фундаментом для изучения следующего, теоретического компонента. В отличие от эмпирического, теоретический компонент значительно доработан, дополнен сведениями об отличиях геномов про- и эукариот, 13 что необходимо для последующего изучения вопросов биотехнологии. Приведен в систему и конкретизирован учебный материал о значении прокариот в биогеохимических циклах и их роли в экосистемах, что позволяет приобщить школьников к глобальным экологическим проблемам. Особое внимание уделено ведущей роли микроорганизмов в круговоротах азота и серы, сделан акцент на значение микробных сообществ в формировании древней биосферы Земли и поддержании целостности современной биосферы. С целью формирования компетентности ученика усилен прикладной компонент содержания. Особое внимание уделено современным направлениям развития биотехнологии, основанной на применении микроорганизмов. Немаловажную роль в отборе учебной информации о микроорганизмах играют принципы практичности (прагматизма) и проблемности. Цель их реализации – придать учебному материалу практикоориентированный характер. Это позволяет достичь положительной мотивации учеников к изучаемому предмету, ориентировать на свободное владение полученными знаниями и умениями, актуализировать самостоятельный поиск информации, новых областей применения микробиологических знаний. Мы исходим из того, что практические аспекты есть во всех компонентах учебной информации о микроорганизмах. При отборе и построении учебной информации значительное внимание также уделялось отражению проблемных ситуаций с участием микроорганизмов, в которых может оказаться ученик. Значительное внимание в исследовании уделяется познавательным мотивам. Учитывая, что формирование мотивов происходит наиболее эффективно в единстве с потребностями, в содержании учебной информации был сделан акцент на интересных сведениях о микроорганизмах, необходимых для дальнейшей жизни, выполнения социальных ролей (гражданина, члена семьи, пациента), разрешения собственных проблем. В исследовании отмечается, что важным условием формирования опыта самостоятельного решения познавательных, этических проблем, возникающих в повседневной жизни, служит организация образовательного процесса. Поэтому одной из задач исследования стал подбор форм и методов обучения, соотносимых с задачей формирования компетентности в области микробиологии – составление лабораторного практикума, включение учеников в проектную деятельность, использование ситуационного анализа, проведение дискуссий. С целью формирования эмпирических понятий разработан практикум по микробиологии, основанный на наблюдении и эксперименте. В качестве объектов исследования взяты микроорганизмы, легко доступные для сбора, культивирования и не опасны для здоровья. Простота методики проведения и доступность объектов исследования позволяют использовать 14 практикум в домашних условиях, что дополнительно стимулирует интерес к обучению. Например, при изучении строения прокариот, процессов брожения ученики выполняли практические работы: «Основные методы исследования микроорганизмов», «Получение накопительной культуры бактерий» (индивидуальное задание), «Демонстрация молочнокислого брожения», «Ингибирование развития гнилостных бактерий продуктами жизнедеятельности молочнокислых бактерий» (индивидуальное задание). Основное методическое условие усвоения теоретических знаний использование метода ситуационного анализа, направленного на понимание ценности теоретического знания как инструмента для раскрытия сущности различных явлений и процессов, ориентирующего на практическое применение теоретических знаний в ситуациях повседневной жизни. В исследовании учитывалось, что учебная информация о микроорганизмах прикладного характера обладает большим потенциалом для формирования эмоционально-ценностной сферы ученика, его социальной мотивации. Поэтому при обсуждении социально-этических проблем развития биотехнологии использовались методы, основанные на диалоге, и были проведены две дискуссии: «Проблемы и перспективы развития генной инженерии», «Трансгенные организмы: за и против». Помимо дискуссий и практикоориентированных заданий, на всех этапах изучения микроорганизмов возможно использование такой личностно-ориентированной формы обучения как метод проектов. Индивидуальная и групповая работа при подготовке проектов позволила качественно улучшить формирование культурных, учебных, коммуникативных, исследовательских умений обучающихся - самостоятельной деятельности и работы в коллективе, умения представлять результаты своей работы, применять полученные знания и умения в различных сферах жизни человека. Завершающим компонентом методической системы служит оценочно-результативный. Он выполняет контрольно-корректирующую функцию и включает анализ результатов обучения, их соотнесение с планируемыми. Результатом целостного подхода к постановке целей, отбору и построению содержания, использованию форм и методов обучения является компетентность ученика в области микробиологии – личное качество, характеризующееся микробиологической грамотностью и опытом деятельности, способностью и готовностью применять знания о микроорганизмах для решения учебных и бытовых проблем различной степени сложности. Микробиологическая компетентность включает в себя ряд предметных компетенций – в области гигиены, генетики, экологии, биотехнологии, и образовательных компетенций – ценностно-смысловых, общекультурных, учебнопознавательных и личностного самосовершенствования. 15 Для проверки эффективности разработанной методики был проведен педагогический эксперимент, состоящий из двух этапов - констатирующий и обучающий. На констатирующем этапе экспериментальная работа включала в себя анкетирование учителей, анализ учебной литературы, проведение и анализ письменных срезов знаний учащихся 10-11 классов. На этом этапе было охвачено 211 учащихся из школ г. Ярославля (№ 2, 51, 58, 74) и г. Рыбинска (№8, лицей №2) Ярославской области. С целью выявления уровня усвоения эмпирических, теоретических и прикладных понятий о микроорганизмах учащимся предлагалось ответить на следующие вопросы: «Какие живые объекты относятся к микроорганизмам?», «В чем сущность и значение хемосинтеза?» (эмпирический уровень); «Каковы последствия исчезновения из экосистем бактерийазотфиксаторов?», «Раскройте роль прокариот в формировании древнейшей атмосферы» (теоретический уровень); «Почему трансгенных животных называют «гентаврами» (по аналогии с греческими мифологическими существами – кентаврами)?», «Вы заболели ангиной. Ваш врач прописал двухнедельный курс лечения антибиотиками. После трех дней лечения вы почувствовали себя лучше и перестали принимать антибиотики. Каким опасностям вы подвергаете свой организм в случае повторного заболевания ангиной? Ответ обоснуйте» (уровень применения знаний в биотехнологии и повседневной жизни). Анализ ответов на вопросы, проверяющие эмпирические знания показал, что 95% учеников ограничиваются перечислением микроорганизмов, основных особенностей строения бактериальной клетки, но затрудняются описывать и сравнивать строение клеток прокариот и эукариот, процессы их метаболизма. Лишь 5% учеников описывают и выделяют существенные признаки строения бактерий, отличия фотосинтеза и хемосинтеза, брожения и дыхания. Анализ усвоения теоретических понятий о микроорганизмах дает возможность утверждать, что 39% учеников только называют и определяют биосферные процессы, в которых участвуют микроорганизмы (например круговороты азота, серы). 53% учеников пытаются описывать роль микроорганизмов в биосфере – в основном, как редуцентов, приводят примеры микроорганизмов, выполняющих различные функции (цианобактерии, бактерии гниения, болезнетворные бактерии и т.д.). И только 8% применяют знания о микроорганизмах для объяснения этапов круговоротов углерода, азота, серы, раскрывают причины и прогнозируют последствия их нарушения для биосферы и здоровья человека Недостаточно высокий уровень усвоения эмпирических и теоретических понятий отрицательно сказывается на готовности применять знания при изучении биотехнологии и в повседневной жизни. Так, 86% учеников 16 лишь ограничиваются перечислением отраслей производства, где используются микроорганизмы, и только дают определение биотехнологии; 10% описывают основные этапы генной инженерии, объясняют ее место и роль в жизни современного общества. Только 4% учеников дают прогнозы о возможных последствиях использования трансгенных организмов и генетически модифицированных продуктов для здоровья человека, применяют полученные знания в повседневно жизни: делятся своим личным опытом в использовании антибиотиков, профилактике пищевых отравлений. Целью обучающего этапа педагогического эксперимента стала проверка эффективности применения авторской методики формирования микробиологической компетентности. Обучение проводилось на уроках общей биологии в 10-11 классах школ г. Ярославля (№ 2, 51, 58, 74) и г. Рыбинска (№8, лицей №2) Ярославской области, в эксперименте участвовало 204 ученика. Обучающий этап педагогического эксперимента включал три этапа: описательный (изучение строения, процессов жизнедеятельности прокариот, их разнообразия) объяснительный (применение знаний о прокариотах при изучении положений генетики, экологий, эволюционного учения), практический (применение знаний о прокариотах при изучении биотехнологии). На эмпирическом этапе от учеников требовалось называть представителей, относящихся к микроорганизмам, основные компоненты прокариотической клетки; давать определения понятиям (микроорганизм, прокариотическая и эукариотическая клетка, хемосинтез, брожение); описывать характерные особенности организации прокариотической и эукариотической клеток, процессов питания и размножения; строение и функции органоидов клеток. Анализ ответов учащихся показал, что отобранная и систематизированная информация о микроорганизмах способствовала более качественному усвоению понятий о строении прокариот и процессах их жизнедеятельности. Значительно сократилось количество учеников, не владеющих этими понятиями; улучшилось качество ответов – возросло количество примеров, ответы стали более логичными и полными. Большинство учеников не только сравнивали хемо- и фотосинтез, брожение и дыхание, но и раскрывали в связи с этим средообразующую роль бактерий. Зная особенности спорообразования и размножения прокариот, они понимают, почему многие инфекционные заболевания протекают остро, раскрывают значение кипячения воды, стерилизации продуктов питания, методы профилактики инфекционных заболеваний. Использование практикума также позволило повысить мотивацию обучения, сформировать важные здоровьесберегающие и природоохранные предметные компетенции. На втором этапе к ученикам предъявлялись требования объяснять и прогнозировать, так как объяснение и прогнозирование – важнейшие 17 функции теоретического знания. Большинство учеников – 68% - называли, определяли, описывали особенности геномов про- и эукариот, круговороты азота, углерода и серы, роль прокариот в экосистемах. Около 32% учащихся устанавливали связь между особенностями строения генома прокариот и последствиями неправильного лечения антибиотиками, объясняли различия в лечении вирусных и бактериальных заболеваний. Они понимали роль прокариот в азотфиксации и объясняли значение бобовых растений для повышения плодородия почвы. Они раскрывали последствия средообразующей роли прокариот – возникновение почвы, залежей серы, железа, марганца, месторождений нефти, торфа, каменного угля и т.д. Знания о микроорганизмах ученики использовали при изучении происхождения и эволюции жизни на Земле. Они понимали, что жизнь организована экосистемно, поэтому компонентами древнейшей биосферы уже были микробные сообщества, а современные сообщества микроорганизмов продолжают играть значительную роль в жизни биосферы (в качестве продуцентов, редуцентов, симбионтов). Ученики также объясняли роль микрофлоры в кишечнике человека и последствия ее нарушения при лечении антибиотиками. На заключительном этапе планируемые результаты дополнялись требованием оценивать. Ученики не ограничивались перечислением, определением и описанием отраслей производства, где используются микроорганизмы, основных этапов генной инженерии; объяснением причин развития современной биотехнологии, прогнозированием последствий распространения трансгенных организмов, но и оценивали перспективы развития биотехнологии, последствия вмешательства человека в геном живых организмов. Учебный материал дополнялся информацией о современных методах селекции, основных направлениях биотехнологии – красной, белой и зеленой. Ученики знакомились с этапами генной инженерии, основными направлениями использования микроорганизмов в промышленности, создании трансгенных организмов. В своих ответах ученики называли основные методы селекции микроорганизмов, стадии генной инженерии, приводили примеры трансгенных организмов, раскрывали вклад методов селекции в развитие современной биотехнологии, объясняли значение и роль генной инженерии и трансгенных организмов для современного общества, пытались прогнозировать последствия использования этих организмов для будущего экосистемы и человечества. Около 18% учеников справились с заданиями на уровне требования оценивать. Их ответы были наиболее логичными, эмоционально окрашенными, аргументированы. В своих ответах эти ученики показывали не только высокий уровень знаний, но и личную позицию по отношению к обсуждаемым проблемам, пытались придать своему ответу индивидуальность. 18 Анализ проведенных круглых столов и дискуссий показал потребность учеников предъявлять личную гражданскую позицию, использовать полученные знания для решения познавательных и этических проблем. Важно отметить, что результаты обучения признаются значимыми и самими учениками: «Знания о микроорганизмах очень важны для сохранения здоровья и окружающей среды». Результаты обучающего и констатирующего этапов эксперимента были проанализированы и проверены с помощью статистических методов. диаграмма 1 число учеников 150 100 50 0 1 2 3 уровни усвоения знаний о микроорганизмах обучающий этап констатирующий этап Уровни усвоения знаний о микроорганизмах Этапы педагогического экспери1 2 3 мента Число учащихся Констатирующий 101 19 9 этап Обучающий этап 112 66 36 Для подтверждения эффективности эксперимента, полученные результаты распределения были использованы для расчета критерия 2: где n1 и n2 – соответственно число учащихся на констатирующем и обучающем этапе эксперимента; i – уровень усвоения знаний о микроорганизмах; О1 и О2 – соответственно число учащихся констатирующего и обучающего этапа педагогического эксперимента, находящихся на i-м уровне. 19 Число степеней свободы подсчитывалось с помощью формулы: = (k - 1)(с - 1), где k - число столбцов, с - число строк в таблице с анализируемым материалом. Для нашего эксперимента число степеней свободы равно 2. Полученное значение Тнабл = 98,95. При уровне значимости = 0,01 критическое значение статистики для числа степеней свободы = 2 оказывается равным Ткрит = 13,81. Так как Тнабл > Ткрит (98,95 > 13,81), то нулевая гипотеза отвергается и принимается за истинную альтернативная гипотеза. Таким образом, значение χ2 показало неслучайность и достоверность различия между результатами констатирующего и педагогического эксперимента. В заключении отмечены результаты и выводы диссертационного исследования, состоящие в следующем: 1. Выявлены подходы к формированию предметной компетентности: положения прагматизма и формализма, ценностного подхода, философские концепции о закономерностях развития научного познания; научно-исторические концепции микробиологии; педагогические и методические теории и положения о целях и содержании школьного образования, профильном обучении, компетентностном подходе в обучении. 2. Установлено, что в учебниках биологии 10 – 11 классов учебная информация о микроорганизмах достаточно фрагментарна, нелогична, не направлена на формирование предметных компетенций. Вместе с тем решить проблему самостоятельно, то есть придать содержанию учебной информации о микроорганизмах целостность, системность, ориентировать ее на компетентностный подход большинство учителей затрудняются. 3. Обосновано, что формирование предметной компетентности в области знаний о микроорганизмах у старшеклассников возможно, если этой задаче будут подчинены цели, выраженные через планируемые результаты обучения; компетентностное содержание, основными принципами отбора которого служат преемственность, фундаментальность, практичность и проблемность; познавательные мотивы и мониторинг полученных результатов. 4. Установлено, что усвоению знаний о микроорганизмах способствуют следующие методические условия: использование практикума при изучении эмпирических понятий микробиологии; использование методов проекта и ситуационного анализа, требующих применения теоретических знаний; обсуждение социально20 5. 6. этических проблем при рассмотрении вопросов биотехнологии в ходе диспутов. Оценена эффективность разработанной методики. Установлено, что ее использование позволило существенно поднять уровень знаний, ценностных ориентаций и достигнуть компетентности учащихся. От названия и описания ученики перешли к объяснению, прогнозированию и оцениванию явлений с позиций эмпирических знаний, теоретических положений и эмоциональноличностного опыта. Разработанная методика формирования предметной компетентности в области знаний о микроорганизмах апробирована и может быть использована с целью модернизации программ, учебников, учебных и методических пособий по школьному курсу общей биологии. Проведенное исследование не исчерпывает всех аспектов рассматриваемой проблемы. К перспективным направлениям дальнейших исследований следует отнести: 1. отражение системы знаний о микроорганизмах в государственном образовательном стандарте; 2. разработку системы знаний о микроорганизмах для МСШ (малочисленных сельских школ); 3. дальнейший поиск предметных компетенций в области знаний о микроорганизмах. Результаты исследования отражены в 9 публикациях автора общим объемом 4,5 п.л. 21 Учебные пособия. 1. Школьный практикум по микробиологии. Методическое пособие. Ярославль: изд. ЯГПУ, 2006. 1,5 п.л. 2. Развитие знаний о микроорганизмах в курсе общей биологии. Методическое пособие. Ярославль: изд. ЯГПУ, 2007. 1,75 п.л. 3. Разнообразие живых организмов: тетрадь – практикум [Текст] / в соавт. Л.Н. Сухорукова, В.С. Кучменко – М.: Просвещение, 2008. – 0,3/4,3 п.л. Статьи, тезисы. 1. Развитие знаний о микроорганизмах в курсе общей биологии на основе компетентностного подхода. Вестник ВАК ЧГПУ, 2007. 0,3 п.л. 2. Методические условия развития знаний о микроорганизмах в курсе общей биологии. Естествознание: исследования и обучение: материалы международ. конференции «Чтения Ушинского» ЕГФ ЯГПУ. Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2005. 0,3 п.л. 3. Основные этапы развития знаний о микроорганизмах в школьном курсе общей биологии. Естествознание: исследования и обучение: материалы международ. конференции «Чтения Ушинского» ЕГФ ЯГПУ. Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2006. 0,3 п.л. 4. Формирование предметных компетенций при изучении школьного курса общей биологии. Естествознание: исследования и обучение: материалы международ. конференции «Чтения Ушинского» ЕГФ ЯГПУ. Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2007. 0,3 п.л. 5. Методические условия развития знаний о микроорганизмах в курсе общей биологии. Биологическое и географическое образование в современной школе: Материалы междунар. ауч-практ. конф. Ярославль: Канцлер, 2005 6. Компетентностный подход при изучении микробиологии: от компетентности учителя к компетентности ученика. Высшая школа на современном этапе: проблемы преподавания, обучения и функционирования рынка труда. Материалы междунар. науч-метод. конф. Ярославль, изд. ЯГПУ, 2007 22
