Формирование системного мышления на уроках биологии

  • Чурикова Маргарита Анатольевна, учитель биологии

Мною разработана система уроков по
естественному циклу дисциплин (биология,
экология, природоведение, естествознание),
направленная на формирование логического
мышления на основе диалектического подхода к
обучению.

Уроки построены с применением способа
диалектического обучения
учащихся (далее
СДО)
. Обучение с использованием СДО основано
на сохранении и развитии в себе врожденного
диалектического мышления.

Способ ориентирован на вербальное
(словесно-логическое, понятийное мышление),
наиболее естественное для человека. Сутью его
является работа с понятиями, с использованием
системы логических правил разной степени
сложности, позволяющей получать систему
дедуктивных знаний (с привлечением индукции), и
законов диалектики.

В процессе обучения биологии при решении
проблемных биологических задач важно привить
учащимся поисковые умения. Прежде всего, это
соотнесение данных в условии задачи между собой
и с вопросом (требованием) задачи; соотнесение
каждого шага поиска с другими и с вопросом
задачи; постоянное доказывание необходимости и
убедительности каждого суждения и операции;
проверку полноты и достаточности решения. Для
этого можно использовать определение отношений
между понятиями, например, родо-видовые (см.
урок “…решение противоречия в том же родовом
понятии – соединительная ткань: хрящевая
ткань, которая с возрастом заменится костной
тканью”).

При этом важно, чтобы каждое умение стало
привычкой, установкой учеников, чтобы они не
представляли себе возможности рассуждать,
давать ответ без приведения достаточных
доказательств. В старших классах важно развивать
осознание сути этих действий и постоянный
самоконтроль (что не сделал, что упустил, где не
соблюдена мера достаточности).

Не менее важно обеспечить и усвоение
методологических знаний: знаний о теории как
системе знаний и методе познания, об идеальном
объекте, о формализованных понятиях, путях
установления законов, об общенаучных понятиях
(определение, закон, правило и т.д.).

Определенное значение имеет понимание
сущности учебного материала, то есть содержание
информации и деятельности, которое следует
усвоить. Большое значение имеет и то, что
информация должна передаваться и обрабатываться
с наименьшими затратами, за кратчайшее время, при
наименьшем уровне помех (это возможно при
условии, когда ученик сам является источником
информации, выводит понятия), что она должна
быть наилучшим образом закодирована,
представлена в оптимальной для восприятия форме.
Учитывая это, задания могут быть зафиксированы в
двух видах.

В первом из них, вначале приводится
определенная информация, а затем к ней ставятся
вопрос или требование выполнить какую-либо
работу. А во втором – фиксируются данные, которые
запоминать не надо, а нужно усвоить идею, лежащую
в основе задания. Всегда надо осознать, что в
задании является учебным материалом, подлежащим
усвоению. В этом аспекте, большое значение имеет
отработка информативного текста.

Чаще всего учащиеся пересказывают тексты, лишь
слегка преобразуя их, синтаксически и
лексически, но не по смыслу. Они не приучены к
творческому чтению текста, к выходу за его
пределы. Этому нужно учить. В любом тексте,
несущем связную информацию, можно выделит
несколько видов связей, различных по степени их
явной выраженности. Первый вид связи
отличается тем, что связь очевидна и явно
выражена. В учебниках таких текстов большинство.
Учащиеся воспроизводят их достаточно легко.

Другой вид связей внутри текста
состоит в том, что они не выражены автором прямо,
но они существуют. Это связи не только между
высказываниями, но между ними, с одной стороны, и
уже имеющимися знаниями ученика – с другой.
Часто высока степень востребованности
междисциплинарных связей. (См. урок: … Версия.
Силу трения
можно уменьшить двумя путями:
“полировкой” – за счет хряща и “смазкой”-
жидкостью).

Рассмотрим это на примере урока биологии по
теме “Соединения костей”, сравнивая виды
соединений. “На поверхности” – различия,
указанные в тексте: непрерывные – прерывистые,
неподвижные – подвижные
соединения. Но в
данном случае не выдержанны
причинно-следственные связи. Поэтому при работе
с учебником необходимо направлять мысль ученика
на актуализацию уже усвоенных знаний, увязку их с
текстом, функциональную обусловленность. Для
этого можно рекомендовать систему
вопросов-суждений, которые выводят ученика на
законы и категории диалектики.

При этом важно, чтобы каждое умение стало
привычкой, установкой учеников, чтобы они не
представляли себе возможности рассуждать,
давать ответ без приведения достаточных
доказательств. В старших классах важно развивать
осознание сути этих действий и постоянный
самоконтроль (что не сделал, что упустил, где не
соблюдена мера достаточности).

По мере того, как исчерпывается информация из
учебника (из §), наблюдается усложнение вопросов
(см. текст прилагаемого урока). Чем отдаленнее
связь, тем более творческим будет прочтение
текста. Эта работа приводит к группе
противоположных понятий (см. урок:…факторы,
влияющие на подвижность костей
; факторы,
обеспечивающие неподвижность)
; формулированию
противоречия (необходимость соединения,
обеспечивающего максимальную подвижность и
максимальную фиксацию
); его разрешению и,
вершина – вывод: соединение костей, выполняющее
востребованные функции, имеет определенное
строение, в данном случае это сустав.

Итак, особенностью таких уроков является:

формулирование вопросов – суждений
(являющихся алгоритмом объединения понятий в
суждение), ориентированное на актуализацию
усвоенных знаний и увязку с информативным
текстом, выводящее ученика на законы и категории
диалектики;

творческое чтение, требующее дополнительной
справочной литературы, с использованием
алгоритма нахождения и разрешения противоречий
в учебном материале;

выдвижение гипотез, задания на развитие
поисковых умений, на проверку решения
исследовательских задач.

Вопросы и задания применяются разной,
постепенно возрастающей, степени сложности. Ее
критерием является количество “шагов”
(например: обобщение, ограничение понятий,
анализ, синтез, сравнивание, абстрагирование,
умение
формулировать проблемные вопросы,
аргументировать опровержение и т.д).
, которые
надо осуществить, чтобы выполнить задание. Этот
критерий объективен, потому что каждый
предполагаемый им способ действий
предусматривает четкое число операций.

Эти же задания служат и контролю (самоконтролю),
проверке (самооценке) результатов обучения.

Основным результатом этой деятельности
является повышение уровня сформированности
системного мышления (по результатам мониторинга,
проводимого на начало и окончание учебного года),
интеллекта и способностей учащихся.

Выводы:

  • системный подход позволяет обеспечить
    преемственность и логическую
    последовательность учебного материала на всех
    ступенях обучения;
  • диалектический подход, умение видеть в частном
    примере проявление общих закономерностей
    способствует формированию основ научного
    мировоззрения, выведения процесса познания на
    предельную (философскую) ступень обобщения;
  • подход, к изучению общебиологических
    закономерностей, основанный на принципе “от
    общего к частному”, позволяет сформировать у
    учащихся не просто определенный алгоритм работы
    с любой информацией, когда он использует готовые
    конструкции, но и способность рассуждать с их
    помощью; использовать знания для выработки
    собственных взглядов;
  • развитие навыков системного мышления возможно
    через отработку ведущих биологических понятий
    по концентрической (“по спирали”) системе, с
    более глубоким раскрытием их содержания на
    каждом последующем этапе;
  • такой подход к изучению общебиологических
    закономерностей способствует развитию
    интеллекта и способностей учащихся;
  • снимает перегрузку частными понятиями учебного
    материала, и, как следствие, создает
    благоприятные дидактические условия;
  • позволяет организовать систему тематического
    учета знаний и умений (биологических и
    общеучебных), повышающую результативность
    учебного процесса;
  • формирование системного мышления возможно на
    любом этапе обучения, но эффективность этого
    подхода выше при условии развития его с первых
    этапов обучения.

Системный подход, к изучению общебиологических
закономерностей, основанный на принципе “от
общего к частному”, позволяет сформировать у
учащихся он не просто определенный алгоритм
работы с любой информацией, когда он использует
готовые конструкции, но и способность рассуждать
с их помощью; использовать знания для выработки
собственных взглядов.

Урок построен с применением способа
диалектического обучения учащихся
.

Особенностью урока является формулирование
вопросов – суждений, ориентированное на
актуализацию усвоенных знаний и увязку с
информативным текстом;

творческое чтение, требующее дополнительной
справочной литературы, с использованием
алгоритма нахождения и разрешения противоречий
в учебном материале;

выдвижение гипотез, задания на развитие
поисковых умений, на проверку решения
исследовательских задач.

Тема Соединения костей”. (Биология.
Человек. 8 класс)

I. Актуализация знаний о животных тканях.

Задание. Найти лишнее понятие, указать
признак, по которому вы его исключаете: кровь,
лимфа, костная ткань, эпителиальная ткань,
хрящевая ткань.

Предполагаемый ответ: эпителиальная ткань –
родовое понятие (общее). Остальные – видовые
(частные), родовым для которых является
соединительная ткань.

Вопрос-суждение. (Далее В.С.) Каким образом
перечисленные виды соединительной ткани можно
разбить (логически) на группы?

Предполагаемый ответ: По агрегатному
состоянию межклеточного вещества.

1. Кровь и лимфа.

2. Костная и хрящевая ткань.

Какие из перечисленных тканей преобладают в
скелете человека?

Предполагаемый ответ: костная и хрящевая ткани.

B.С. Каким образом скелет, состоящий из
отдельных костей, объединяется в единую
конструкцию?

Гипотеза. путем соединения костей
между собой.

II. Тема урока: Соединение костей.

Задание. Найти понятия, составляющие объем
понятия “Соединение костей” и отразить
отношение между ними через систему кругов
Эйлера.

А – сустав

Б – костный шов

В – симфиз

Г – соединение костей

В.С. Каким образом эти соединения отличаются
друг от друга?

Гипотезы.

Степенью подвижности.

Функцией.

Строением.

В.С. Почему в скелете человека наблюдается
такое разнообразие соединений?

Гипотеза. Востребованы функции, разная
степень подвижности.

В.С. Каким образом строение соединений
соответствует выполняемой функции?

Какой вид ткани оптимален?

Гипотеза. В случае неподвижного прочного
соединения приемлема костная ткань
(например, костный шов между костями черепа,
соединение диафизов костей с их эпифизами).

В.С. В каком случае неподвижный костный
шов инициирует противоречие?

Гипотеза 1. Осложнение при родах.

Большой объем головного мозга, следовательно,
черепа при неподвижных костях осложняют
деторождение.

Вывод: решение противоречия в том же родовом
понятии – соединительная ткань: хрящевая ткань,
которая с возрастом заменится костной тканью.

В.С. В каком случае в организме востребовано
полуподвижное соединение?

Гипотеза. В том случае, когда необходимо
сочетать прочность с определенной степенью подвижности.
Это оптимально за счет хрящевой ткани
(например, симфиз).

Воспользуемся текстом учебника для более
полного представления о соединении костей.

Задание. Составьте вопросы суждения по
статье “Неподвижные соединения костей”
§12(учебник “Д. В.Колесов, Р. Д. Маш, И. Н. Беляев.
Биология. Человек . 8 класс”).

Примерный вопрос:

Каким образом в организме человека
обеспечивается максимальная степень
подвижности отделов скелета относительно друг
друга?

Гипотеза. Неподвижные, полуподвижные
за счет соединительной ткани, непрерывно
следовательно, максимально подвижные
противоположное понятие – прерывистые.

В.С. Каким образом в скелете человека
осуществляется функция соединять и разъединять
(обеспечивать подвижность) отделы скелета?

Гипотеза. Разъединить – “удалить”
соединительную ткань, обеспечить максимальную
степень подвижности; чтобы объединить – создать
максимально низкое давление – вакуум.

Возражение. Вакуум можно создать только в
ограниченном пространстве.

Версия. Чтобы обеспечить соединение костей
в отделе скелета, необходимо создать полость
(сумку), в ней вакуум, который обеспечит
соединение.

Возражение. Кости в таком соединении
максимально сближены и подвижны, трутся,
разрушаются под действием силы трения.

Версия. Силу трения можно уменьшить двумя
путями: “полировкой” – за счет хряща и
“смазкой” – жидкостью.

В.С. Каким образом в соединение костей
возможно поступление жидкости?

Версия. Из окружающей среды, через стенки
сумки.

Возражение. Возникает новое
противоречие – жидкость практически несжимаема,
будет являться препятствием для соединения.

Гипотеза. Уменьшить количество жидкости до
оптимального количества, поддерживать уровень.

Разрешив противоречие, мы добились
максимальной подвижности отделов скелета,
которая, в свою очередь, порождает новое
противоречие – “безграничное” движение.

В.С. Каким образом, не уменьшая подвижности,
возможно ограничить движение?

В каком случае кости скелета должны обладать и
подвижностью и неподвижностью?

Предполагаемый ответ: при разной
функциональной нагрузке.

В.С. Каким образом строение сустава
обеспечивает одновременно максимальную
подвижность и неподвижность?

Версия. Подвижные и неподвижные соединения
являются противоположными понятиями,
следовательно, факторы, влияющие на степень
подвижности, противоположны.

Факторы, обеспечивающие целостность сустава,
соединение костей
:

1. Наличие суставной сумки.

2. Вакуум в ней.

Факторы, влияющие на подвижность костей:

1. Гладкая поверхность.

2. “Смазка”.

Следовательно, факторы, обеспечивающие
неподвижность
:

1. Неровная поверхность.

2. Отсутствие “смазки”.

В.С. Каким образом из суставной капсулы
возможно “откачать смазку” (синовиальную
жидкость)?

Гипотеза. Путем диффузии туда же, откуда
она выделяется – в стенки суставной капсулы.

В.С. Каким образом в суставе возможно
увеличить силу трения?

Гипотеза. Поверхности должны быть не
идеально гладкими, при отсутствии синовиальной
жидкости хрящевые поверхности сближаются и
“вдавливаются” друг в друга (фиксируются).

Проверить конструкцию можно двумя путями:

1. По учебнику (энциклопедии).

2. Через родовое понятие – “соединительная
ткань”.

III. Реализация сформированного понятия.

Работа с таблицей “Строение
опорно-двигательной системы человека
”.

Задание. Рассмотрите изображение скелета
человека.

В.С. В каком случае в скелете человека
требуется большая степень подвижности?

Гипотеза. Для обеспечения амплитуды,
разнообразия движений в системе
рычагов-конечностей.

Какой вид соединения наиболее выгоден в этом
случае?

Версия. Сустав.

В.С. Каким образом суставу подбирают
название?

Версия. По названию одной из сочленяющихся
костей.

В.С. Чем объяснить, что верхняя конечность не
утрачивает своей подвижности, несмотря на то, что
прикрепляется к менее подвижному плечевому
поясу?

Гипотеза. Несколько костей служащих
опорой, соединяются с конечностью суставом,
обеспечивающим движение в разных плоскостях
благодаря особому строению.

Задание.

Функциональная проба (с. 92), учебник
“Д.В.Колесов, Р.Д. Маш, И.Н. Беляев. Биология.
Человек . 8 класс”.

Работа в группах.

Задача: выяснить функции костей
плечевого пояса.

По итогам работы групп формулируется общий
вывод.

Предполагаемый вывод:

1. Плечевой пояс соединяет кости руки с осевым
скелетом;

2. Для обеспечения подвижности верхних
конечностей необходимы 2 кости плечевого пояса и
сустав.

IV. Домашнее задание:

По параграфу 12.

1. Составить 15 вопросов-суждений.

2. Или записать в тетради примеры соединений
костей (градация по степени подвижности,
прерывности).

3. Или выписать новые понятия в сборник понятий.