Формирование инженерной и естественно-научной компетенции школьников на уроках биологии

Автор: Величутин Дмитрий Александрович

Организация: ГБОУ Лицей № 373 Московского района

Населенный пункт: г. Санкт - Петербург

«Не в количестве знаний заключается образование,

а в полном понимании и искусном применении всего того, что знаешь.

А. Дистарвег

 

Современное образование не стоит на месте, оно движется вперед и должно шагать в ногу со временем, чтобы в полной мере удовлетворять возникающие потребности общества. Процесс обучения кардинально меняется и переносит свои приоритеты: теперь перед педагогом стоит задача не научить, а создать такую среду для учащихся, в которой будет осуществлена возможность самостоятельного изучения предметов, а также будет раскрыт творческий потенциал школьника. Эти требование прописаны в Федеральном государственном образовательном стандарте 3 поколения, в основе которого лежит системно деятельностный подход, нацеливающий на «развитие личности ребенка, на овладение системой метапредметных и предметных знаний, умений и навыков в процессе интенсивной подготовке», а также прослеживается практико-ориентированная направленность, подразумевающая формирование у обучающихся ключевых компетенций – готовности учащихся использовать усвоенные знания, умения и способы деятельности в реальной жизни для решения практических задач. Кроме того, отмечается, что одним из базовых требований к содержанию образования на ступени основного общего образования «… является достижение выпускниками уровня функциональной грамотности», в частности естественно научной – которая определяется, как способностью человека занимать активную гражданскую позицию по вопросам, связанным с естественными науками, и его готовностью интересоваться естественнонаучными идеями.

Оценка функциональной естественно научной грамотности базируется на компетентностном подходе, который рассматривается как интеграция знаний, умений, отношений и ценностей, возникающих как эффект формирования знаний и умений. Проявляется компетентность в действии.

Естественно научная грамотность включает  в себя следующие компетентности:

1. Научно объяснять явления;

2. Понимать основные особенности естественно-научного исследования;

3. Интерпретировать данные и использовать научные доказательства для получения выводов;

Помимо этого в современном мире растет влияние технологий. Высокотехнологичность и наукоемкость современных производств и услуг предполагает соответствующий уровень профессиональной культуры и подготовки молодых специалистов, как залог их востребованности на рынке труда, а, следовательно, актуализируется задача развития инженерного мышления, которое выступает как ведущий и наиболее значимый тип мыслительной деятельности человека.
 

В ФГОС в «портрете выпускника школы» можно выделить характеристики выпускника школы, которые на современном этапе могут трактоваться в качестве инженерной компетенции:
 

• ориентация мотивационной сферы выпускника на инновационную деятельность и творчество;
• обладание навыками критического мышления, креативность, активность, инициативность в процессе целенаправленного познания мира;
• осознание выпускником всей полноты значимости науки и образования;
• обладание навыками эффективного и обоснованного применения научных методов познания эмпирического и теоретического характера;
• ориентация выпускника на партнерство, сотрудничество;
• ориентация на эффективное сочетание информационно-познавательных, проектных и учебно-исследовательских видов деятельности;

 

Помимо вышеперечисленного, среди других составляющих инженерной компетенции можно выделить:

· способность к взаимодействию и переговорам с партнерами по разработке различных видов решений (коммуникативные УУД);

· использование информационных ресурсов, работа с текстами (информационные УУД);

· ответственность за качество и продуктивность деятельности, рациональное оценивание результатов деятельности (регулятивные УУД);

 

Как же эффективно формировать естественно научную грамотность и развивать инженерную компетентность школьников, достигать метапредметных результатов,  если Вы учитель не математики, информатики, физики, а учитель биологии?

 

Компетенции естественно научной грамотности предполагают развития у обучающихся исследовательских навыков, таких как научно объяснять явления, формулировать гипотезы и цели исследования, умения анализировать, интерпретировать данные и делать соответствующие выводы, поэтому в урочной и во внеурочной деятельности я использую современные методы обучения.

 

Так обучающиеся 6 – 11 классов проводят исследования используя «Умные теплицы ЙоТик М2, Умные дома ЙоТик М2» в которых применяется технология Интернет вещей (IoT) -управление системой выращивания растений. На уроках информатики обучающиеся собирают и программируют теплицы по заданным параметрам, а на уроках биологии и во внеурочной деятельности проводят исследования целью которых является создание собственных систем управления выращиванием растений, на основе анализа полученных данных в режиме реального времени, таких как температура и влажность воздуха, атмосферное давление, освещенность, температура и влажность почвы, ультрафиолетовое А и Б-излучение, индекс ультрафиолета;

 

Начиная с 2022 года обучающимися проведено более 16 исследований, касающихся условий прорастания семян различных видов растений, также совместно с учителем физики разработан и успешно представлен  урок – исследование о проращивании растений в разных графитационных условиях лунного и марсианского грунта.

 

Также обучающиеся на уроках используют цифровые микроскопы Digital Blue QX7, которые  снабжены преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим передачу в компьютер в реальном времени изображения микрообъекта и микропроцесса, а также их хранения, в том числе в форме цифровой видеозаписи. Изучая особенности клеточного строение различных организмов, ткани, фазы деления клеток, хромосомы, обучающиеся проводят не только исследования, но фиксирует данные в виде фото и видеозаписи и представляют анализ полученных результатов в виде презентаций.

 

Помимо вышеперечисленного, инженерное мышление можно формировать используя метод моделирования, так, при изучении темы «Строение клетки» в 5 классах, я провожу занятия по моделированию растительной и животной  клетки используя пластилин, в 6 классах при изучении темы «Строение цветка», «Типы соцветий»  с использованием пластилина, предлагаю создать обучающимся  модель  цветка по заданию (с простым или двойным околоцветником, пестичный или тычиночный) и т.д. Помимо пластилина подручными средствами может быть цветная бумага, ватные палочки и диски, пластиковые бутылки и др, в 9 классе примером предметной модели может послужить собственная  модель принципа построения молекулы ДНК при помощи конструктора – пазлы. Этот приём наглядно демонстрирует учащимся последовательность и закономерность расположения нуклеотидов в двуцепочечной ДНК, а при изучении «Анатомии человека» обучающиеся используют разборные модели органов человека.

 

В ходе моделирования обучающиеся проходят несколько этапов деятельности:

 

1 этап:  тщательное изучение опыта, связанного с интересующим  явлением или объектом, анализ и обобщение этого опыта, и создание гипотезы, лежащей в основе будущей модели;

 

2 этап: составление программы деятельности, разработка различных вариантов конструируемого объекта;

 

3 этап: создание окончательного варианта модели;

 

Для эффективного формирования естественно – научной грамотности на своих уроках я также применяю современные инновационные педагогические технологии, так например формировать компетенцию «Научно объяснять явления» естественно – научной грамотности мне помогает игровая технология обучения. Например, при изучении темы в 7 классе  «Особенности строения земноводных», обучающиеся работают с  кластером в виде скелета рыбы, где каждый плавник представлен в виде отдела,  а в голове рыбы представлен главный вопрос, на который обучающиеся должны ответить заполнив плавники, а также они должны догадаться почему при изучении земноводных, мы используем кластер «Скелет рыбы», при изучении в 9 классе темы «Динамика численности популяции и ее регуляция. Цепи питания», обучающиеся изучают взаимоотношения сказочных персонажей «Красоцвет», «Цветогрыз», «Грызоед» в сказочном лесу, также обучающиеся на уроках решают практико-ориентированные задачи. Например, при изучении темы «Иммунитет человека», дети должны ответить на практико-ориентированный вопрос: «Кот может безошибочно определить где у человека больное место. Он ложится прямо на больной сустав и начинает его «лечить». И ведь действительно помогает. Объясните, что за странное чутьё и лекарство есть у кота?»

При формировании естественно – научной компетентности «Понимать основные особенности естественно-научного исследования» я применяю метод кейс технологии, который направлен на формирование у обучающихся знаний и умений на основе анализа и решения реальной или смоделированной проблемной ситуации представленной в виде кейса.

В 6 классе примером кейс технологии может быть следующее задание при изучении темы «Воздушное питание растений»:

В книге голландского естествоиспытателя Ян Батист ван-Гельмонта (ещё в начале XVII века) был описан  известный опыт, который Ксения решила повторить сама. В этом ей помог папа, потому что в опыте надо было использовать электрическую плитку и спирт. Их опыт состоял из следующих шагов.

1) Растение герани (пеларгонии) поставили в тёмный шкаф и продержали там несколько дней (3-4).

2) Растение выставили на свет, закрепив на одном из листьев с двух сторон полоску плотной бумаги.

3) Через сутки срезали лист с полоской бумаги, сняли полоску и опустили лист в кипяток на 2-3 минуты; после этого весь лист, в том числе и там, где была полоска, остался зелёным.

4) Лист опустили на несколько минут в горячий спирт, в результате чего лист обесцветился, а спирт приобрел зеленоватый оттенок.

5) Лист промыли в воде, а затем в стеклянной чашечке залили слабым раствором йода.

6) Когда лист вынули, он имел такой вид:

 

Вопрос 1: В чем состоит цель этого опыта? Выберите один ответ.

А. Показать, что хлорофилл, содержащийся в листе, растворяется в спирте.

Б. Показать, что лист в кипятке сохраняет зелёную окраску.

В. Показать, что в листьях на свету образуется крахмал.

Г. Показать, что под закреплённой бумажкой лист теряет хлорофилл.

Вопрос 2. Каким был бы результат опыта, если бы лист срезали сразу после 4 дней в тёмном шкафу и, так же обработав в воде и спирте, положили в раствор йода?

Последнюю компетенцию естественно – научной грамотности «Интерпретировать данные и использовать научные доказательства для получения выводов», можно формировать у обучающихся используя технологию проблемного обучения и технологию критического мышления. Например при изучении темы 6 класса «Тайны полового размножения покрытосеменных», обучающиеся читают письма от пчелки Майи и «наливного яблочка», анализирует текст письма и на основании полученной  информации выстраивают этапы полового размножения покрытосеменных, в 9 – 10 классе, при изучении «Сцепленного с полом наследования признаков» можно использовать игровую технологию обучения, в ходе которой обучающиеся на урок становятся генетиками, работниками генетической консультации. К ним в консультацию приходят письма с признаками родителей и их потомков и обучающиеся по этим признакам должны определить какие из них являются доминантными и могу проявится в будущем поколении, а какие рецессивные и не проявятся.  

Решая подобные задачи, при изучении анатомии, генетики, селекции,  ребята видят возможность реально использовать свои знания в определенных жизненных ситуациях, что приводит к более глубокому пониманию материала, а также к профориентированности, ведь биология необходима для поступления в Вуз не только будущим медикам, но и будущим ветеренарам, селекционерам,  биоинженерам, биотехнологам, экологам, санитарным инспекторам и д.р.

Таким образом применяя современные приемы, методы обучения, используя инновационные педагогические технологии совместно с информационным оборудованием мы может успешно формировать естественно –научную грамотность, инженерную компетентность и метапредметность у обучающихся на уроках биологии, формировать инженерное мышление у будущих выпускников школ, которое является крайне востребованным в современном обществе.

Опубликовано: 27.03.2024