Формирование и развитие знаний о гомеостазе при обучении биологии: Раздел «Человек и его здоровье»

Актуальность исследования. В основной школе закладывается фундамент общеобразовательной подготовки учащихся. Этот возрастной период рассматривается в отечественной педагогике как время активного формирования личности, полноценной подготовки и адаптации молодого поколения к существующим социальным отношениям. Основу данного фундамента составляют научные знания.

Современная наука, по словам В. А. Сластенина (111), развиваясь с колоссальной быстротой, приносит массу нового и неоднородного по качеству и значению материала (факты, законы, теории, гипотезы и др.). Именно это составляет основу биологического образования.

Как отмечает Е. С. Цикало (168), на современном этапе биологическая наука достаточно широко осуществляет теоретические исследования процессов жизнедеятельности живых систем на различных уровнях организации на основе системного и исторического подходов к познанию живых объектов.

Однако педагогическая практика демонстрирует, что в содержании биологического образования преобладают эмпирические знания, которые остаются только фаюгофиксирующими, дающими лишь описание явлений, не раскрывающими при этом их сущности. Очевидно, это и является одной из причин неполноценного решения задач по формированию у учащихся научного мировоззрения и усвоению объективной картины мира. В то же время для формирования биологической картины мира важны теоретические знания, которые объясняют явления, вскрывают их сущность, служат основой научного мировоззрения.

Теоретические системные знания всецело отвечают характеру современной науки, дают адекватное, конкретное, всестороннее понимание явлений и процессов, повышают доказательность обучения. В них воплощаются существенные признаки биологических объектов и явлений, связи между ними и закономерности их развития.

Именно о формировании у учащихся таких системных биологических знаний, адаптировано отражающих специфику современной науки, указывают Государственные общеобразовательные стандарты общего, основного общего и среднего (полного) общего образования (152).

Анализ школьного курса биологии позволяет вычленить общебиологические понятия, играющие важную роль в формировании системы биологических знаний. Среди них можно выделить знания о гомеостазе, как первооснове жизненных проявлений.

Усиление внимания к вопросу о гомеостазе продиктовано задачами дальнейшего совершенствования содержания раздела «Человек и его здоровье» — формирования у учащихся знаний об организме как саморегулирующейся системенеобходимостью развития внутрипредметных и межпредметных связей раздела, направленных на подготовку учащихся к восприятию и усвоению как отдельных тем «Клетка — единица живого», «Размножение и развитие организмов» и «Основы экологии», так и в целом всего раздела «Общая биология» .

Раскрывая систему знаний о гомеостазе, формируя представления учащихся о данном понятии, можно выйти на интеграцию знаний учащихся об обмене веществ и энергии, питании, дыхании, выделении, регуляции, поведении и ряда других.

Согласно работам ААЛогинова (85), гомеостаз по существу является частным случаем одного из основных законов материального мира — закона сохранения материи и энергии, а поддержание гомеостаза — единственно возможный способ существования открытой системы, находящейся в постоянном контакте с внешней средой, что, несомненно, является коренным отличием живого от неживого. Н. А. Фомин (161) подчеркивает, что динамичность и саморегуляция гомеостатических параметров в значительной мере снижает зависимость организма от внешних влияний и делает его самостоятельной единицей живой материи, способной к выживанию в меняющихся условиях внешней среды.

Следовательно, знания о гомеостазе, гомеостатических процессах в организме человека можно отнести к числу важнейших, поскольку они могут составлять основу для формирования современных научных взглядов учащихся.

Вопросы теории гомеостаза, как теории о биологическом процессе, раскрыты в работах отечественных и зарубежных исследователей: П. К. Анохина, В. П. Балуды, М. В. Балуды, АВ. Вапьдмана, П. Д. Горизонтова, И. И. Деянова, Г. Н. Кассиля, У. Б. Кеннона, Г. Лабори, ААЛогинова, Г. Селье, А. М. Степанова, К. В. Судакова, ДАСаркисова, И. К. Теплушкова, Д. Теппермена, Р. Харди и многих других.

Исследования ученых характеризуют не только подходы к поиску сущности и формулированию определения «гомеостаз», но определяют содержательную сторону знаний о данном понятии, выявляют совокупность закономерно связанных явлений, происходящих в организме человека.

В ходе научного поиска определено, что знания о гомеостазе включают в себя не только показатели относительного постоянства внутренней среды (биологические константы), но и демонстрируют механизмы, обеспечивающие это постоянство.

Исследования проблемы формирования и развития знаний учащихся о гомеостазе и его способности регулировать постоянство внутренней среды в методике обучения биологии проводились B.C. Анисимовой, Е. П. Бруновт, Д. П. Гольневой, Л. Ю. Долгачевой, С. И. Заровной, Г. Я. Малаховой, Р. Д. Машем, Е. А. Соколовой, С. Н. Токаревой, А. Н. Ховриным, Л. М. Черницюой.

Однако часто в своих работах методисты С. И. Заровная, Г. Я Малахова, Е. А. Соколова, подменяли понятие «гомеостаз» понятием «внутренняя среда» и наоборот. В тех случаях, когда этого не происходило (B.C. Анисимова, Е. П. Бруновт, А.Н. Ховрин), чаще всего гомеостаз представлялся как набор выборочных научных сведений, конкретных понятий и ряда параметров крови, мочи, температуры тела, отдельных органов и систем. В этом случае знания о гомеостазе растворялись в многообразии терминов, понятий, теорий, фактов, а также механизмов обеспечивающих реализацию гомеостаза в организме человека. Все это не способствовало четкому пониманию данного понятия не только учащимися, но и учителями.

Анализ биологической, научно — педагогической и методической литературы по теме исследования показывает, что основным назначением раздела «Человек и его здоровье» является дальнейшее развитие системы общебиологических знаний учащихся. В этом контексте очень важным представляется необходимость выбора системообразующих понятий и выявление их взаимосвязей. К их перечню, наряду с обменом веществ и превращением энергии, нервно-гуморальной регуляции процессов жизнедеятельности, питанием, ростом, дыханием, размножением, саморегуляции, поведением, внутренней средой может быть отнесена и система знаний о гомеостазе. Именно эти знания помогают осмыслить такие сложные процессы как механизмы иммунной защиты, целенаправленного регулирования и поведения, поддержания постоянства внутренней среды, что позволяет сформировать целостное представление об организме человека. А на конечном этапе подводит учащихся к пониманию существования биологических систем (биологической кибернетики) и адаптационных возможностей организмов в постоянно меняющихся условиях среды обитания. Все эти задачи успешно могут быть реализованы через формирование и развитие системных знаний о гомеостазе.

В результате, проблема формирования и развития знаний о гомеостазе в содержании биологического образования оказалась до настоящего времени еще не решенной. Одним из путей ее разрешения является обновление содержания биологического образования в курсе «Человек и его здоровье» .

Считаем, что формирование и развитие знаний учащихся о гомеостазе должно происходить через призму представлений о функциональных системах (П.К. Анохин, К. В. Судаков, В. Г. Зилов и др.), с одной стороны, и опору на концепцию развивающего обучения (А.Н.Леонтьев, Л. С. Выготский, В. В. Давыдов и др.), теоретические основы содержания общего среднего образования (И.Я.Лернер, В. В. Краевский и др.), с другой. В этом случае содержание учебного предмета станет основой для прогнозируемой познавательной деятельности учащихся, направленной на усвоение школьного курса биологии через формирование и развитие знаний о гомеостазе. При этом ведущим будет дальнейшее развитие содержания среднего биологического образования.

Являясь условием учебно-познавательной деятельности учащихся содержание, сегодня может выступать средством удовлетворения их потребностей в обучении биологии. Поэтому проблемы совершенствования структуры содержания биологического образования, находясь, в прямой зависимости от изменений в самой биологической науке нуждается в постоянном обновлении.

Специфику современных научных знаний, адаптированных к содержанию учебного предмета, составляет система биологических понятий.

Современное состояние биологической и методической науки позволяет выделить общебиологические понятия, играющие важную роль в повышении уровня усвоения системы биологических знаний. Значительное внимание разработке различных систем понятий и определению их роли в образовательной подготовке учащихся уделено в работах З. Э. Аболинь, В. С. Анисимовой, Е.П.Бру-новт, Н. М. Верзилина, Б. В. Всесвятского, С. И. Заровной, И. Д. Зверева, О. В. Казаковой, Б. Д. Комиссарова, Р. Д. Маша, Л. В. Ребровой, С. В. Токаревой, А. Н. Ховрина и др.

К наиболее важным общебиологическим понятиям в первую очередь относят понятия, определяющие общие свойства жизни (самоорганизация, воспроизведение, адаптация, регуляция, раздражимость, наследственность, изменчивость), а также понятия, определяющие процессы жизни (обмен веществ и превращение энергии, гомеостаз, функционирование, онтогенез, эволюция и др.).

Несмотря на достаточно широкое научное освещение исследований в области гомеосгаза, преподавание школьного курса «Человек и его здоровье» осуществляется, как правило, без рассмотрения самого понятия гомеостаз.

В методической литературе отсутствует единый подход к отбору необходимых общебиологических понятий при формировании и развитии знаний учащихся в процессе изучения биологии. До настоящего времени не раскрыто содержание каждого понятияотсутствует иерархия понятий по степени их соподчиненностив недостаточной мере выявлены существенные связи между доминирующими элементами биологических знаний, не отобраны системообразующие элементы структуры содержания среднего биологического образования.

Вышеизложенное определило проблему исследования. которая заключалась в разрешении противоречий между методической подготовкой большинства учителей биологии, связанной с формированием системности знаний учащихся о процессах, происходящих в организме человека, и необходимостью развития у учащихся системного мышления при обучениимежду рассмотрением в разделе «Человек и его здоровье» механизмов функционирования организма в постоянно меняющихся условиях окружающей среды и низким уровнем гомеостатических знаний у учащихсямежду особой ролью знаний о гомеостазе в развитии у учащихся умений моделирования и прогнозирования поведения отдельных органов, систем и целого организма в зависимости от тех или иных условий и недостаточным отражением их в содержании раздела «Человек и его здоровье» .

Данная проблема обусловила выбор темы исследования: «Формирование и развитие знаний о гомеостазе при обучении биологии (раздел «Человек и его здоровье»).

Объект исследования: содержание курса биологии 9 класса общеобразовательной школы (раздел «Человек и его здоровье»).

Предмет исследования: методика формирования и развития знаний о гомеостазе при изучении раздела «Человек и его здоровье» .

Цель исследования: обоснование и совершенствование содержания и структуры учебного материала на основе включения в курс биологии знаний о гомеостазе (раздел «Человек и его здоровье») и определение методических условий, обеспечивающих его качественное усвоение учащимися.

Гипотеза исследования: если определить педагогически адаптированное содержание, объем и структуру знаний о гомеостазе на основе функциональных систем организма человека, использовать дедуктивно-индуктивный подход в целях их развития, адекватные задачам и содержанию основного теоретического знания методы и приемы организации познавательной деятельности учащихся, то это позволит:

— повысить научный уровень изучения раздела «Человек и его здоровье» и освободить его от второстепенного фактологического материала;

— улучшить общебиологическую подготовку учащихся, сформировать у них умения устанавливать взаимосвязи между органами и системами органов, и организмом и внешней средой;

— усилить реализацию внутрипредметных и межпредметных связей раздела «Человек и его здоровье» ;

— подготовить учащихся к восприятию и активному усвоению раздела «Общая биология» ,.

— развить познавательную активность и самостоятельную деятельность учащихся в процессе изучения раздела «Человек и его здоровье» .

Задачи исследования:

• провести отбор содержания и теоретически обосновать объем и структуру знаний о гомеостазе, которые должны быть усвоены учащимися, определить последовательность этапов их развития в учебном процессе;

• выявить методические условия, способствующие формированию и развитию знаний о гомеостазе, и способы деятельности учащихся по их качественному усвоению;

• разработать методику изучения знаний о гомеостазе с использованием понятия функциональной системы на уроках раздела «Человек и его здоровье» ;

• экспериментально проверить эффективность разработанной методики развития знаний о гомеостазе в процессе изучения раздела «Человек и ею здоровье» .

Методологические основы исследования составляют теоретические основы содержания общего среднего образования, комплексный и системный подходы к исследованию педагогических объектов, психолого-педагогические положения отечественных ученых о личностно-ориентированном подходе в обучении, теория развивающего обучения, теория проблемного обучения, теория активизации учебной деятельности школьников.

Методы исследования:

— монографический: изучение и анализ философской, психологопедагогической, биологической и методической литературы по проблеме исследования, учебных программ и учебников по биологии;

— праксиологический: изучение и анализ педагогического опыта учителей методистов, использовавших в своей работе практику формирования и развития общебиологических знаний;

— диагностический: тестирование учащихся по уровням усвоения знаний, письменное контактное анкетирование учащихся и учителей;

— экспериментальный: организация и проведение поискового и обучающего педагогического эксперимента;

— статистический: анализ результатов педагогического эксперимента непараметрическими методами математической статистики.

Базой исследования служили средние общеобразовательные школы №№ 574, 710,1220 г. Москвы. Исследование по решению задач и достижению цели диссертации проводилось в три этапа.

На первом этапе (1992;1994) осуществлен анализ состояния проблемы формирования и развития знаний учащихся о гомеосгазе в разделе «Человек и его здоровье», в теории и практике отечественной общеобразовательной школыизучена литература по теме исследования. На данном этапе разработан научный аппарат исследования: предмет и объект, цели, задачи, гипотеза исследования, разработана методика исследования.

На втором этапе (1994;1997) проведена опытно-экспериментальная работа, включающая разработку комплекса уроков и учебных заданий, позволяющих осуществить системный подход в изучении знаний «гомеостаз» в школьном курсе «Человек и его здоровье», внедрение авторской методики формирования и развития знаний учащихся о гомеосгазе в курсе 'Человек и его здоровье", а также анализ ее эффективности в образовательном процессе.

На третьем этапе (1997;1999) проведена обработка и обобщение результатов исследования, оформление диссертации.

Научная новизна исследования состоит в:

— обосновании необходимости формирования знаний о гомеостазе, как базы для развития общебиологических понятий (цитологических, гистологических, физиологических, морфологических, экологических);

— разработке содержания и структуры учебного материала, обеспечивающего формирование и развитие знаний о гомеостазе на основе теории функциональных систем организма человека;

— выявлении методических условий, способствующих формированию и развитию знаний о гомеостазе;

— разработке системы учебных заданий, дидактических материалов и рабочей тетради по разделу «Человек и его здоровье» .

Теоретическая значимость исследования заключается в определении системы знаний о гомеостазе, способствующей совершенствованию усвоения учебного материала раздела «Человек и его здоровье», преодолению его описательного характера, усилении доказательности в обучении.

Практическая значимость исследования состоит в разработке и апробации предложенной программы и методики формирования и развития знаний о гомеостазе с использованием понятий о функциональных системах организма, лабораторного практикума, дидактических материалов, программированного контроля, системы учебных пособий по разделу «Человек и его здоровье», и внедрении их в школьную практику.

Достоверность исследования обеспечивается результатами педагогического эксперимента и их репрезентативностью, сравнительным анализом статистических данных по формированию и развитию знаний учащихся о гомеостазе, исходными методологическими позициями.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись на заседаниях кафедры методики преподавания биологии Московского педагогического государственного университета, на лекциях и практических занятиях для студентов биолого-химического факультетах МПГУ, на методических семинарах учителей биологии школ Южного округа г. Москвы, а также учителей школ «РИНО», на международной научно-практической конференции «Современные проблемы методики биологии и экологии в школе и в вузе» (М., 1997), на научно-практических конференциях биолого-химического факультета МПГУ (М., 1995, 1996) и международной научно-практической конференции МПУ (М., 2000). По теме диссертационного исследования под научным руководством.

3. Результаты исследования подтверждают гипотезу о том, что развитие системы знаний о гомеостазе в курсе «Человек и его здоровье», способствуют усвоению основных понятий данного курса, при наличии четко выделенной структуры такой системы и соблюдения методических условий формирования и развития знаний учащихся, к которым относятся:

1) наличие у учащихся определенного уровня обученности (выше 50%), позволяющего им решать задачи поискового и творческого характера;

2) использование межпредметных и внутрипредметных связей раздела с другими учебными курсами, а также внутрицикловых и содержательно-информационных межпредметных связей;

3) введение знаний о гомеостазе должно идти от абстрактного к конкретному, от общего к частному. При этом на первом этапе введения первичной абстракции ключевыми понятиями, формирующими знание о гомеостазе выступают «авторегуляция» и «внутренняя среда клетки», а в качестве исходной функциональной единицы является саморегулирующая система клетки с обратной связью. На этапе расширения и углубления ключевыми понятиями выступают такие как организменный гомеостаз, внутренняя среда организма, рефлекс, рефлекторное кольцо, нервный центр, результат, рецептор, что позволяет расширить и углубить знания о гомеостазе через активное введение понятия функциональной системы. На этапе конкретизации знаний о гомеостазе ключевыми понятиями выступают разнообразные функциональные системы различных уровней организации, которые направлены на достижение адаптивного приспособления как отдельных систем, так и организма в целом;

4) обеспечение активизации познавательной деятельности учащихся с помощью методов проблемного обучения, а также отбора содержания, опирающегося на жизненные наблюдения учащихся;

5) постоянное осуществление контроля знаний учащихся.

Проблема формирования и развития знаний учащихся о гомеостазе, опыт практического решения на основе отобранного содержания учебного материала и методики преподавания биологии в 9 классах, позволяет рассматривать знания о гомеостазе важным составляющим звеном в процессе формирования представлений об организме человека как целостной единой системе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Формирование и развитие системы биологических знаний в разделе «Человек и его здоровье» направлено на повышение уровня биологической подготовки школьников, на формирование интеллектуальных и практических умений применять полученные знания в повседневной жизни.

Изучение достижений современной науки в области управления, саморегуляции, самоорганизации, а также основных понятий раздела «Человек и его здоровье» с одной стороны и экспериментальные исследования с другой, позволили установить, что знание о гомеостазе, как наиболее существенный признак живой материи целесообразно использовать в качестве системообразующего. Его формирование и развитие успешно обеспечивает усвоение учебного материала раздела «Человек и его здоровье*.

Знания о гомеостазе относятся к числу актуальных проблем современной биологии раскрывающих взаимоотношение организма и среды, единство организма, его способность к адаптации и изменению резистентности. Среди механизмов гомеостаза, позволяющих организму сохранить жизнедеятельность и постоянство (в известных пределах) внутренней среды выделяют функциональные системы, которые обуславливают своими саморегуляторными механизмами устойчивость различных показателей его внутренней среды.

Выделенное знание и механизм его реализации объединяет сведения об основных процессах жизнедеятельности и условиях их проявления. Это, в свою очередь, позволяет раскрыть физиологические основы взаимосвязи систем органов в организме человека и с окружающей средой.

Гомеостаз включает в себя: факты, термины, понятия и теории. Среди терминов и понятий наполняющих содержание знания о гомеостазе выделяют:

— биологические понятия (обмен веществ и энергии, регуляцию, поведение, адаптацию, выделение, питание, дыхание, пищеварение, внутренняя среда организма, рефлекс, иммунитет и др.). Понятия кибернетики (эталонный сигнал, управляющее усгойство, исполнительное устройство, прямая и обратная связи, вход, возмущение, выход, открытая система и др.). Физические понятия (сила тяжести, сила давления, упругость, хрупкость, электрический ток, давление и др.) и понятия химические (химические элементы, катализаторы, химические реакциирастворимость, состав воздуха и др.).

Среди законов наполняющих содержание знания о гомеостазе выделяют основные законы химии и физики, среди которых: закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения массы вещества, закон сохранения электрических зарядов и закон сохранения импульса. Среди законов физиологии можно выделить такие законы как, закон Белла-Мажанди, закон поверхности натяжения и закон «Все или ничего» .

Среди теорий непосредственно определяющих содержание гомеостаза выделяют теорию электролитической диссоциации и строения вещества. Касаясь физиологии можно отметить ряд научных теорий так или иначе характеризующих гомеостаз, В частности: теория функциональных систем, доминанты, элементарной рассудочной деятельности, современная теория иммунитета, нервизма, пристеночного пищеварения и теория ВНД и др.

Последовательность изучения знаний о гомеостазе определяется целью при которой максимально раскрывается само это знание, начиная с клеточного уровня и заканчивая целостным организмом.

Логика развития знания «гомеостаз» служит основой для незначительной корректировки содержания и структуры раздела, усвоения системы знаний и умений. В первую очередь это касается расширения содержания темы «Введение. Общий обзор организма человека» и изменения порядка изучения отдельных тем раздела. Например, более раннее изучение темы «Высшая нервная деятельность» .

Развитию системы знаний о гомеостазе способствует дедуктивное введение и последующая их конкретизация, систематизация и обобщение через активное введение в раздел понятия «функциональная система» предложенного П. К. Анохиным, как одного из механизмов его активного поддерживания.

Выявление существенных связей процессов жизнедеятельности организма, таких как обмен веществ и энергии, пищеварение, дыхание, выделение, кровообращение и др. через гомеостатические механизмы создает предпосылки для повышения эффективности усвоения системы биологических знаний служащих формированию у учащихся теоретического мышления и перехода большинства из них на уровень продуктивной учебной деятельности. Это в свою очередь позволяет развить познавательную активность и самостоятельность учащихся в процессе овладения новыми знаниями.

Обобщая результаты проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

1. Системообразующее знание «гомеостаз» способствует совершенствованию содержания и улучшению структуры раздела «Человек и его здоровье» ;

2. Содержание и объем знаний о гомеостазе, позволяют сформировать у учащихся представления о его роли в поддержании основных физиологических параметров в организме;

3. Теоретическое изучение проблемы и результаты экспериментального исследования подтвердили целесообразность выделения данного знания в качестве системообразующего в разделе «Человек и его здоровье» .

В свою очередь, развитие системы знаний о гомеостазе, позволяет:

3.1. Рассмотреть организм человека как сложную целостную и развивающуюся саморегулирующую систему, в которой постоянно протекают процессы обмена веществ, роста и развития;

3.2. Четко выстроить иерархию регулирования от клетки до целостного организма, а это значит, что можно на более высоком уровне объяснить, нервно-гуморальную и иммунологическую регуляцию организма человека;

3.3. Показать единство всех процессов регуляции существующих как в живой так и неживой природе, а также в социальной среде;

3.4. Сформировать у учащихся правильные представления о биологических потребностях человека, т. е. объяснить в этом случае цель поведения, которая заключается в достижении физиологических потребностей (пище, воде, воздухе, сне, оптимальной температуре);

3.5. Продемонстрировать возможности и границы адаптации человека в постоянно изменяющихся условиях среды обитания;

3.6. Перейти от описательной биологии, которая характерна для школьного курса в настоящее время к биологии конкретных физиологических параметров, которые подчиняются физическим, химическим и биологическим законам;

3.7. Определить понятие нормы (константы), которая является показателем здоровья, а также указать на последствия ведущие к отклонению регулирующих систем как в сторону усиления, так и в сторону ослабления деятельности организма, тем самым показать, что гомеосгатические механизмы определяют конечную цель регуляции — поиск оптимального состояния системы от клетки до организма включительно;

3.8. Усилить внутрипредметные и межпредметные связи раздела «Человек и его здоровье» с разделом «Общая биология» и курсами «Химия», «Физика» и «Основы безопасности жизнедеятельности» .

4. Выбор методических условий: опора на знания, полученные при изучении предыдущих разделов школьного курса биологии и других предметов естественно — научного цикла, сочетание индуктивной и дедуктивной логики изложения учебного материала, увеличение учебного времени на изучение ключевых тем раздела в целях более детального рассмотрения сущности гомеостаза, организация самостоятельной работы учащихся с использованием дополнительной и справочной литературы, применение заданий дифференцированных по степени трудности, способствует эффективному усвоению знаний раздела.

Полученные в исследовании результаты не претендуют на исчерпывающие решение рассматриваемой проблемы. Результаты работы свидетельствуют о повышении уровня усвоения материала раздела «Человек и его здоровье» на основе развития системы знаний о гомеостазе. Предложенная методика является одним из вариантов общебиологической подготовки школьников. Поиск способов совершенствования обучения биологии является предметом дальнейших исследований.