Использование знаний из курса естествознания (природоведения) при изучении растений

Потребность в физических и химических знаниях имеется с самого начала изучения биологии. Уже при ознакомлении со строением цветкового растения и его жизнедеятельностью возникает необходимость в использовании понятий «вещество», «минеральные вещества», «воздух», «кислород», «углекислый газ», «органические вещества», «крахмал», «сахар», «глюкоза», «углеводы», «белки», «жиры» и др. В элементарном виде эти понятия формируются у учащихся в курсе «Естествознание» или «Природа» при изучении тем.

«Тела и вещества», «Вода», «Воздух», «Почва». С учетом этого в процессе беседы о растительном организме учитель предлагает учащимся вспомнить, на какие две группы делят тела природы, к какой группе тел относят растения, как иначе называют живые тела, из чего состоят тела природы, на какие две группы делят вещества, чем различаются между собой минеральные и органические вещества и т. д. При ознакомлении с поглощением из почвы корнями растений воды и минеральных солей учитель использует знания учащимся о свойстве воды как растворителе многих веществ, о способности частиц воды и растворенных в ней веществ к проникновению в другие тела или вещества, а при ознакомлении с проведением воды и растворенных в ней минеральных веществ по стеблю растения к другим его органам демонстрирует опыт, доказывающий, что этот процесс происходит благодаря корневому давлению, создаваемому водой в корнях при ее всасывании.

Знания о диффузии веществ используются и при объяснении поступления углекислого газа в фотосинтезирующие органы растения и удаления из них в окружающую среду образующегося при фотосинтезе свободного кислорода, поступления при дыхании во все органы растения кислорода и удаления из них углекислого газа и пр.

При изучении дыхания растений можно на элементарном уровне познакомить учащихся с сутью этого процесса, так как предварительные знания о способности тел совершать работу, разных видах энергии и свойствах кислорода они получили из пропедевтического курса естествознания. С учетом этого учитель предлагает учащимся самим ответить на вопросы: почему клетки растения не могут жить без поступления в них кислорода, какая энергия освобождается при воздействии кислорода на органические вещества клетки, какие конечные вещества образуются в клетках в процессе дыхания, каковы различия между дыханием и питанием растения.

При ознакомлении с испарением воды растениями учитель предлагает учащимся вспомнить, какое известное им явление называют испарением, что представляет собой водяной пар, при каких условиях вода превращается в пар, а пар — в капельки воды, а при демонстрации опыта, доказывающего испарение воды растением, — объяснить, почему капельки воды появились на внутренней стенке колбы после того, как в нее поместили один из побегов растения, а горлышко колбы закрыли ватой, а также подумать, на поверхности чего в листьях растений образуется водяной пар, где он скапливается и каким образом выходит наружу, чем испарение воды листьями отличается от ее испарения с поверхности камня или другого неживого тела, каково значение испарения в жизни растения.

Раскрывая вопросы, связанные с распространением плодов и семян в природе, учитель напоминает о разной плотности воздуха и воды и связывает с этим наличие у плодов растений крылышек, парашютиков, хохолков и других приспособлений к переносу их воздухом, различных выростов и воздушных полостей, способствующих «путешествию» по воде. При ознакомлении с условиями прорастания семян учащимся предлагается самим объяснить, какое значение в этом процессе кроме необходимой температуры имеют влага и воздух, почему крупные семена сеют глубже, чем мелкие; почему глубину посева семян увеличивают на песчаных почвах и уменьшают на глинистых почвах.

Знания о неживых телах и веществах и их свойствах, полученные учащимися на уроках естествознания (5 кл.), используются и при изучении отделов растений. Например, выясняя условиях жизни водорослей в водной среде обитания, учитель напоминает, что вода — хороший растворитель и в ней в растворенном состоянии имеются минеральные соли, кислород, углекислый газ и некоторые органические вещества; через нее на разную глубину проходят те или иные солнечные лучи; она более плотная, чем воздух, обладает большей выталкивающей силой и пр.; предлагает вопросы, требующие установления причинно-следственных связей: почему зеленые водоросли не могут жить в водоемах на большой глубине; в связи с чем красные водоросли встречаются на значительных морских глубинах; почему во время отливов бурые морские водоросли, не имеющие развитых механических тканей, принимают свое естественное положение.

Возможности использования пропедевтических знаний из курса природоведения (естествознания) имеются и при изучении других отделов растений. Кроме того, с отделами растительного мира важно знакомить с опорой на географические знания о распределении солнечного света и тепла на земной поверхности в зависимости от географической широты, о растительности различных природных зон, ее использовании и охране.

Межпредметные связи в процессе изучении раздела «Животные» осуществляются в основном с опорой на знания учащихся о центральной и осевой симметрии из курса математики; физических свойствах сред обитания организмов, массе, объеме и плотности тел, диффузии, давлении жидкости и газов, выталкивающей силе воды, теплоотдаче, рычагах из курсов естествознания и физики; составе воздуха, кислороде и углекислом газе и их свойствах, минеральных и органических (питательных) веществах из курса естествознания; животном мире природных зон и материков из курса географии. При этом всякий раз актуализируются только те межпредметные знания, опора на которые способствует более качественному усвоению непосредственно изучаемого материала о животных. Например, при изучении кишечнополостных учитель может напомнить учащимся, что к этому типу животных относят уже известных им из географии коралловых полипов, а затем предложить вспомнить, в каких природных условиях встречаются эти животные, описать по таблице их внешний вид. От краткой беседы о коралловых полипах учитель может перейти к демонстрации изображений других представителей типа и выявлению их общих признаков. Такое начало изучения кишечнополостных — от знакомого к незнакомому — значительно повышает интерес учащихся к изучению животных этого типа.

При ознакомлении с общими признаками кишечнополостных учащимся предлагается вспомнить, что в математике называют осью и центром симметрия и сказать, сколько осей симметрии может быть проведено через тело гидры, если за центр симметрии принять ее ротовое отверстие, как называют такую симметрию тела. После этого учитель предлагает подумать, какое значение имеет лучевая симметрия тела в жизни животного, ведущего прикрепленный образ жизни.

При изучении клеточного строения и физиологических функций организма гидры внимание учащихся снова привлекается к вопросам диффузии. Отметив, что у гидры нет специальных органов дыхания, учитель предлагает учащимся подумать над такими вопросами: каким образом в тело гидры поступает кислород и удаляется во внешнюю среду углекислый газ? Каким образом питательные вещества поступают из пищеварительных клеток гидры в другие клетки ее тела?

В беседе о значении кишечнополостных целесообразно предложить учащимся вспомнить известный им из курса географии материал о коралловых рифах и островах, а затем пояснить, как они образуются, вследствие чего возникают барьерные рифы и пр. При этом важно обратить внимание на различия условий жизни особей, связанных с их месторасположением в колониях.

На уроках о плоских, круглых и кольчатых червях учитель снова привлекает знания учащихся о симметрии и предлагает им самим определить, сколько осей симметрии можно провести через тело планарии (или других рассматриваемых объектов), подумать, в связи с чем у животных стала развиваться двусторонняя симметрия тела. При изучении жизнедеятельности этих животных продолжается работа по использованию знаний о диффузии. Привлекаются и знания о почве в процессе ознакомления с жизнью и значением в природе дождевых червей.

При изучении моллюсков важно использовать знания из физики о реактивном способе движения, а при изучении членистоногих — о рычагах.

К изучению материала о рыбах из курса природоведения и географии учащиеся получают знания о большом числе видов рыб, их распространении, условиях, влияющих на их численность, и пр. В связи с этим уже на первом уроке после вводного слова учитель может предложить учащимся назвать известных им видов рыб, выяснить, что они знают о среде обитания и образе жизни этих животных, сравнить между собой внешний вид рыб, обитающих в водоемах в верхних слоях воды, в ее толще и вблизи дна, и объяснить, в связи с чем тело у одних видов рыб (плотва, лещ, сельдь) суженное спереди и сзади и сплюснутое с боков, у других (акула, тунец, треска) оно торпедообразное или сплюснутое в спинно-брюшном направлении (скаты), перевернутое на один бок (камбала, палтус). В последующей беседе учитель выясняет, как у рыб осуществляется поступательное движение, какое значение при этом имеет выделяемая кожными железами слизь, какова роль плавательного пузыря в погружении рыбы вглубь воды и всплытии к поверхности и т. п. В ответах на эти и другие вопросы учащиеся используют имеющиеся у них знания об объеме, массе и плотности тел, давлении, сопротивлении и архимедовой силе воды, что способствуют более осознанному усвоению ими материала о приспособленности рыб к водному образу жизни.

Ознакомление с системами внутренних органов рыбы и их функциями проводится на основе повторной актуализации знаний о веществах и их свойствах, явлении диффузии, давлении в жидкостях и газах. Основные систематические группы рыб, хозяйственное значение рыб и их охрана изучаются с привлечением знаний из курса географии.

Межпредметные связи при изучении земноводных обычно используются в процессе ознакомления с особенностями строения их органов передвижения, кожного покрова, дыхательной и кровеносной систем, размножения и развития, распространения в природе. Отметив, что выход на сушу стал возможен при развитии у предков земноводных двух пар конечностей, учитель называет и показывает на таблице отделы передних и задних конечностей лягушки, а после ознакомления с их скелетом и мышцами предлагает учащимся объяснить физический принцип их работы, указать, где находятся точки опоры рычагов, что приводит в движение эти рычаги. При этом важно, чтобы учащиеся поняли, что рычажное строение конечностей уменьшает усилия, необходимые для поддержания тела и его передвижения в пространстве.

При ознакомлении с покровом тела земноводных учитель отмечает, что кожа у этих животных тонкая, имеет множество желез, выделяющих слизь, и мелких кровеносных сосудов, а в последующей беседе выясняет значение такой кожи в жизни изучаемых животных с опорой на имеющиеся у учащихся знания о растворимости кислорода во влаге кожи, его диффузии в кровеносные сосуды.

В процессе ознакомления с дыхательной и кровеносной системами земноводных учитель обращает внимание учащихся на то, что легкие у этих животных тонкостенные и не могут из-за малой внутренней поверхности насыщать кровь большим количеством кислорода, что кровь от сердца к органам тела течет смешанная, и предлагает им, используя знания о свойствах кислорода и теплоотдаче, объяснить, почему температура тела у лягушек или тритонов невысокая и непостоянная. При выяснении механизмов вдоха и выдоха у лягушки, учитель ставит вопрос, почему воздух поступает в ее ротовую полость, когда рот и ноздри бывают закрыты, а дно ротовой полости опускается за счет расслабления его мышц; благодаря чему воздух из легких выходит наружу. При изучении размножения земноводных учитель предлагает на основе имеющихся физических знаний объяснить, почему откладываемая икра вначале погружается на дно водоема, а затем всплывает к его поверхности и какое значение имеет такое явление.

При изучении пресмыкающихся особое внимание учащихся обращается на появление на коже рогового покрова, образование грудной клетки и реберный тип дыхания, увеличение внутренней поверхности легких, образование в желудочке сердца неполной перегородки, уменьшающей смешение артериальной и венозной крови, внутреннее оплодотворение и отложение яиц, имеющих большой запас питательных веществ и защитные оболочки. В связи с рассмотрением названных особенностей строения и жизнедеятельности пресмыкающихся учитель ставит перед классом вопросы: почему пресмыкающиеся, в отличие от земноводных, могут жить в местах с сухим климатом, в связи с чем и как у этих животных происходит активное вентилирование легких, почему пресмыкающиеся, в отличие от земноводных, ведут более активный образ жизни, какое значение в жизни развивающегося зародыша имеют оболочки яйца, как осуществляется газообмен зародыша с внешней средой и т. п. В процессе ознакомления с пресмыкающимися используются также знания из курса географии о распространении этих животных на Земле.

Значительные возможности в установлении межпредметных связей имеются в теме «Класс Птицы». В начале ее изучения учитель предлагает учащимся назвать птиц, известных им из курсов природоведения и географии, рассказать, где их можно встретить в природе, в чем проявляется их разнообразие.

При ознакомлении с особенностями строения птиц, развившимися у них в связи с приспособлением к длительному полету, актуализируются имеющиеся у учащихся физические знания. Учитель выясняет в процессе беседы значение перьевого покрова и компактного туловища в преодолении сопротивления воздуха, наполнения воздухом трубчатых костей и наличия воздушных мешков между внутренними органами в уменьшении плотность тела, сильного развития грудных мышц, приводящих в движение крылья в полете, и пр. В процессе изучения внутренних органов птицы и их функций учащимся предлагается объяснить, в связи с чем температура тела у этих животных стала высокой и постоянной. При рассмотрении особенностей размножения и развития учитель выясняет, в связи с чем у самок большинства видов птиц функционирует только один яичник и яйца в нем созревают не одновременно, какое значение в выведении потомства имеет гнездо, почему к концу развития скорлупа яйца становится менее прочной.

Во время ознакомления с сезонными явлениями в жизни птиц, их экологическими группами физические знания могут быть использованы учащимся в ответах на такие, например, вопросы: почему яйца, отложенные кайрами, при сильном ветре не скатывается с уступов скал; почему дятлы во время питания и выдалбливания дупла хорошо удерживаются на стволах на деревьев; почему основным сигналом перелета для птиц служит уменьшение продолжительности дня, а не понижение температуры воздуха или сокращение численности насекомых; в связи с чем крупные и средние по величине птицы летят на зимовку клином, вожжой или другим видом строя.

Ко времени изучения млекопитающих школьники из курса географии получают знания о внешнем облике, распространении и образе жизни многих видов животных этого класса. Например, им известны утконос и ехидна из яйцекладущих, кенгуру и коала из сумчатых, сурки, суслики, полевые мыши, бобры, нутрии, шиншилла из грызунов, зайцы и кролики из зайцеобразных, кабан, бегемот, антилопы, северные олени и благородный олени из парнокопытных, зебра, кулан и лошадь Пржевальского из непарнокопытных, шакал, песец, леопард, гепард, ягуар, соболь, дикая собака динго из хищных и представители других отрядов. Поэтому при изучении внешнего строения, образа жизни, размножения, многообразия и распространения зверей учитель актуализирует и систематизирует имеющиеся у учащихся знания, обогащая их новыми сведениями.

Используются и межпредметные связи с физикой. Например, при ознакомлении с особенностями зубной системы грызунов учитель может предложить учащимся объяснить, почему у грызунов и зайцеобразных при питании происходит самозатачивание резцов, в связи с чем киты, выброшенные волнами на берег моря, погибают от сдавливания внутренних органов тела, в связи с чем шерсть у млекопитающих северных широт после осенней линьки становится более густой, в связи с чем звери, впадающие в зимний сон или спячку накапливают много жира и т. п.

При изучении раздела «Человек и его здоровье» происходит дальнейшее расширение и углубление знаний учащихся о строении и функционировании живого на организменном уровне его организации и необходимость использования в этом процессе межпредметных связей, и прежде всего с химией и физикой, приобретает особое значение.

Актуализация химических и физических знаний важна при изучении всех систем органов и организма человека в целом. Так, при ознакомлении учащихся с химическим составом клетки и костей необходимо привлечение знаний о свойствах воды и солей, при разъяснении механизма движения костей в суставе — знаний о рычагах, механической работе и силе трения, при изучении работы мышц — знания по химии об экзотермических и эндотермических реакциях и по физике о превращениях одних видов энергии в другие.

Изучение легочного и тканевого газообмена и транспортной функции крови проводится с использованием знаний об окислении и диффузии, разъяснения механизмов вдоха и выдоха, кровяного давления — с опорой на знания о закономерностях движения жидкостей и газов в зависимости от разности давления в начале и конце пути, а углубление и расширений знаний о пластическом и энергетическом обмене веществ — с привлечением знаний о катализаторах, кислотной, щелочной и нейтральной реакциях среды, законе сохранения и превращения энергии. Вопросы теплорегуляции организма человека рассматриваются с опорой на знания об удельной теплоте парообразования.

С функциями органов зрения и слуха учащиеся знакомятся на основе полученных представлений об оптике и звуке.

Межпредметные знания при изучении раздела «Человек и его здоровье» наиболее целесообразно использовать в решении проблемных ситуаций или познавательных задач. Например, при изучении опорно-двигательной системы можно предложить учащимся объяснить, в связи с чем при мышечной работе человеку становится жарко и на его теле появляется пот; почему при беге на короткие дистанции спортсмен опирается только на пальцы ног; почему большая берцовая кость при своей относительной легкости может в вертикальном положении выдержать груз массой до 1500 кг; почему мышцы прикрепляются к костям посредством сухожилий; в связи с чем в скелете человека произошло сращение крестцовых позвонков и увеличение массивности костей таза; почему побуждение 7—9 месячных детей к хождению может привести к неприятным последствиям. В процессе ознакомления с дыхательной и кровеносной системами учащиеся должны объяснить, почему при горном восхождении у человека происходит увеличение числа эритроцитов в крови; в связи с чем при взятии крови из вен предплечья врач накладывает жгут на плечо и предлагает пациенту сжимать и разжимать кисть руки, почему артериальное давление крови у людей с возрастом увеличивается, с чем связана разная толщина стенки сердца и т. п.

При изучении раздела «Человек и его здоровье» учащимся могут быть даны и расчетные задачи, решение которых связано с использованием межпредметных знаний. Например, на уроках или при выполнении домашних заданий они могут вычислить: 1) скорость крови в полых венах, зная их диаметр, скорость крови в аорте и ее диаметр; 2) количество теплоты, выделяемой организмом человека за сутки, если известно, что этого тепла достаточно для нагревания до кипения 33 л холодной воды; 3) количество теплоты, расходуемое организмом человека на испарение пота, если известно, сколько его образуется при физической работе за тот или иной промежуток времени и сколько Дж необходимо на испарение 1 г этой жидкости.

При изучении общей биологии происходит обобщение, углубление и расширение ранее приобретенных учащимися знаний о клеточном и организменном уровнях живого и ознакомление на внутрипредметной и межпредметной основе с процессами, происходящими на популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном уровнях. Так, функции живого вещества, содержание и значение химических элементов в клетке рассматриваются на основе актуализации знаний учащихся о свойствах кислорода, азота, серы, углерода, типах химических связей (Химия, 8—9 кл.), сложные вещества, входящие в состав клетки, процессы обмена веществ — на основе знаний о свойствах воды, теории химического строения и основных классах органических соединений, окислительно-восстановительных реакциях, электролитической диссоциации (Химия, 8—9 кл.), о применении первого закона термодинамики к изопроцессам (Физика, 10 кл.).

Для выяснения причин потери энергии в цепях питания используются знания об использовании энергии на процессы жизнедеятельности в теплоотдачу (Физика, 8 кл.), законе сохранения и превращения энергии (Физика, 10 кл.).

Знания из курса географии об основных эпохах горообразования и древнем оледенении на территории нашей страны используются при рассмотрении важнейших ароморфозов в истории органического мира, о населении Земли и географии населения мира — при ознакомлении с человеческими расами и их единством, о природно-территориальных комплексах — в изучении биогеоценозов и агробиоценозов, о географических оболочках — в развитии понятия «биосфера». Актуализация полученных из курса географии знаний об охране природы и восстановлении ее богатств необходима при ознакомлении с экономическими аспектами деятельности человека в природе.

При ознакомлении с многообразием и происхождением культурных растений и одомашненных животных, селекцией как частью системы сельскохозяйственного производства большое значение имеет опора на знания, приобретаемые учащимися в процессе трудового обучения.

Для осуществления межпредметных связей в обучении биологии важно, чтобы при составлении тематического плана изучения программного материала учитель познакомился с учебниками естественнонаучного цикла, зафиксировал места «стыковок» в их содержании, а при разработке методики изучения того или иного биологического материала тщательно продумывал процесс их реализации.