Методика проектного обучения биологии

Отбирая наиболее эффективные пути реализации проектного обучения, способствующие усвоению учебной программы по биологии и формированию у школьников системы знаний о природе, обществе, процессе их взаимодействия, мы приступили к разработке методики проектного обучения общей биологии. Для этого нами были проанализированы различные программы и учебники по биологии, а также психолого-педагогическая литература о возрастных особенностях старшеклассников.

Основным требованием к организации проектного обучения с использованием системно-структурного подхода является построение целостной модели методики проектного обучения биологии, учитывающей комплексное взаимодействие всех ее элементов. Наличие модели позволяет объяснить механизмы эффективного осуществления учебного процесса, а тщательный анализ ее компонентов, во взаимосвязи и динамике позволяет предвидеть результаты проектной деятельности [10].

В связи с этим, нами разработана модель методики проектного обучения, при построении которой прослежена взаимосвязь всех элементов — целевого компонента, методолого-теоретических основ, а также содержательного, процессуального и результативного компонентов (смотри Приложение 3).

Модель методики проектного обучения разделу общей биологии базируется на методологических и теоретических основах обучения биологии и проектного обучения, основными элементами которых являются методологические и психолого-педагогические принципы, подходы проектного обучения, а также теории познания, деятельности, развития личности и проектного обучения.

Методологические принципы отражают методологию проектной деятельности, к ним относятся принципы гуманизации и открытости. Наиболее важным из них для осуществления проектного обучения, мы считаем принцип открытости, который предусматривает взаимодействие учащихся с социальной средой. Примеры такого взаимодействия — проведение бесед-интервью (с учениками и учителями школы, администрацией района, представителями различных организаций), организация экскурсий на социальнозначимые объекты (очистные сооружения, предприятия, ВУЗы и др.), рассылка приглашений на защиту проекта и т. д. [11].

Из психолого-педагогических принципов, определяющих методику проектного обучения, мы выделили:

• — принцип краеведения, обеспечивающий возможность учета особенностей местных условий, как природной среды, так и социума;
• — принцип единства интеграции и дифференциации, основывающийся, как на вутрипредметных, так и на межпредметных связях, необходимо при разработке монопредметных и межпредметных учебных исследовательских проектов, включающих два и более предмета;
• — принцип коммуникативной направленности предполагает грамотное планирование дискуссии (позволяющее привлечь как можно больше участников), обсуждения групповых тем исследования, организации совместной работы в группе, подготовки и проведения защиты проекта;
• — принцип проектности, позволяющий построить содержание деятельности на основе элементов проектной культуры и является одним из ведущих принципов, так как вся деятельность по учебному исследовательскому проекту соответствует этапам работы по любому проекту и включает в себя замысел (определение проблемы исследования, ее значимости), план действий (поиск путей решения проблемы, планирование), работу над проектом, описание (оформление проектного исследования) и защиту (презентацию) проекта;
• — принцип связи теории с практикой, предусматривающий включение в работу над проектом большого количества практических заданий, опытов, мониторинга;
• — принцип индивидуализации, который дает возможность подготовить задания к выполнению учебного исследовательского проекта, учитывающие разнообразные интересы, способности и возможности учащихся, желание работать индивидуально, в паре или группе над общей темой;
• — принципы активности и самостоятельности, предусматривающие, как активное использование уже имеющихся знаний, умений и навыков, полученных при изучении различных курсов, так и дальнейшее образование и самообразование учащихся при работе по исследованию проблемы, отбору необходимой информации в словарях, справочниках, Интернет.

При построении модели методики проектного обучения общей биологии, нами также учитывались подходы к учебной деятельности, обеспечивающие многостороннее развитие личности учащегося [13].

Из различных подходов к обучению нами были выделены: системный, проблемный, исследовательский, деятельностный, личностный, интегративный и гуманистический подходы, как наиболее соответствующие, по нашему мнению, проектному обучению общей биологии.

Использование системного подхода в проектном обучении дает возможность построить каждый учебный проект в виде целостной развивающей системы, побуждающей учащихся к освоению знаний, приобретению многообразных умений и навыков. Реализация системного подхода позволяет проследить комплексное взаимодействие элементов системы проектного обучения, объяснить механизмы эффективного осуществления учебного процесса. Упорядоченные взаимодействия (ученик — группа учащихся; группа учащихся — учитель; ученик — учитель) обеспечивают устойчивое функционирование системы. При тщательном анализе каждого элемента системы проектного обучения, их взаимосвязи в динамике появляется возможность предвидения результата деятельности.

Только предусмотрев условия проведения учебного проекта, его цель, методологию, содержание, средства, построив модель, изучив отдельные компоненты, можно решить поставленную задачу формирования единства системного знания и способа деятельности.

Учет всех системно-структурных связей при организации проектного обучения в курсе биологии старших классов приводит к соединению знаний различных дисциплин, формированию научной картины мира и выработке обобщенных понятий у учащихся [16].

Проблемный подход, наряду с исследовательским, является одним из основных требований к организации проектного обучения в курсе биологии. Систематическое использование проблемного подхода способствует формированию научных убеждений, повышает уровень включения в реальные жизненные ситуации и развивает экологическую ответственность учащихся. Основные методические приемы создания проблемных ситуаций — предварительные задания, использование жизненных наблюдений учащихся, решение экспериментальных и познавательных задач, создание ситуации выбора, постановка проблемных вопросов (на обобщение, обоснование, конкретизацию, логику рассуждения), организация дискуссий и учет межпредметных связей.

Данные приемы используются и при работе над проектом. Проектное обучение включает в себя постановку проблемы, поиск путей решения, внесение идей, сбор и анализ информации, решение проблемы. Работа над проектом ориентирована на самостоятельную деятельность обучаемых и предполагает решение какой-то проблемы, предусматривающей использование разнообразных методов и средств обучения, а также интегрирование знаний, умений из различных областей науки.

В основе проектного обучения лежит развитие умений и навыков, критического и творческого мышления учащихся, направленность на определенный результат деятельности, который можно получить при решении той или иной практически или теоретически значимой проблемы и применить в реальной жизни. Чтобы добиться такого результата, необходимо научить школьников самостоятельному мышлению и решению проблем с привлечением знаний из разных областей, а также выработать у них умения прогнозировать результаты деятельности и устанавливать причинно-следственные связи [21].

Проектное обучение общей биологии предусматривает создание проблемных ситуаций во время дискуссии, выявляющей задачи, на решение которых в дальнейшем будет нацелена работа групп. Разнообразные проблемы решаются группами при выполнении всего проекта и отдельных заданий по нему (к экскурсии, домашней работе, практической работе на уроке и т. д.). Например, работая над проектом «Охраняемые природные территории», старшеклассники, в ходе дискуссии знакомятся с экологическими проблемами, отвечая на вопросы: «Какие природные территории нуждаются в охране?», «Почему они появились?», «На какие типы делятся охраняемые природные территории и по каким признакам?» и многие другие. Только решив эти проблемы, они могут двигаться дальше, определив типы охраняемых территорий, выделить проблемы для изучения в группах.

Исследовательский подход является одним из основных в проектном обучении старшеклассников биологии. Работа над проектом при обучении общей биологии должна отвечать требованиям научного исследования и проводиться по тщательно разработанной схеме, включающей в себя обоснование темы исследования, изучение теории вопроса, составление плана решения проблемы, описание хода работы, связь результата работы с практикой и соотнесение их с теоретическими знаниями.

Исследовательские проекты полностью подчинены логике исследования и имеют структуру, приближенную или полностью совпадающую с подлинным научным исследованием. При работе над проектом учащимися ведется поиск информации, производится анализ и обобщение собранного материала, выработка гипотез, выполнение практических заданий, сбор экспериментальных данных, обсуждение методов исследования и способов оформление конечных результатов, что приводит к развитию исследовательских умений и навыков.

Использование деятельностного подхода в проектном обучении биологии происходит через осуществление учебно-познавательной, социальной, речевой, ценностно-ориентировочной и коммуникативной деятельности и обеспечивает активную позицию ученика, становление его личности, повышает интерес к учению [36].

Так, учебно-познавательная проектная деятельность старшеклассников направлена на познание и творческое преобразование окружающей действительности и собственной личности и приводит к формированию самостоятельности, сознательности учения, способности самообразования. Социальная деятельность осуществляется во время групповых экскурсий на значимые объекты, встреч с представителями различных структур, организуемых в рамках проведения проекта. Активное включение школьника в создание тех или иных проектов дает ему возможность осваивать новые способы человеческой деятельности в социокультурной среде.

Основой выполнения проектов при обучении общей биологии становится многообразие видов деятельности, требующих выдвижения новых задач, поиска новых путей и способов решения поставленной проблемы и обеспечивающих возможность каждой личности реализовать себя в коллективном творчестве.

Организация проектного обучения общей биологии в значительной мере зависит от личностного подхода и позволяет привести в соответствие содержание образования с возможностями ученика для реализации в учебном процессе потенциальных возможностей каждого.

При составлении заданий инструктивных карточек, учитель биологии учитывает состав группы, индивидуальные особенности и возможности учеников, подготовленность класса, а при делении учащихся на группы — их успеваемость, психологическую совместимость, работоспособность, темперамент и другие характерные особенности.

При выполнении проектов появляется возможность учитывать индивидуально-психологические особенности и способности учащихся, а также интересы школьников, их социальные притязания, права на выбор образовательных траекторий, преодоление изолированности образования от других сфер общественной практики [23].

Актуальность решаемых при выполнении проекта учащимися задач обеспечивается особенностью курса «Общая биология», содержащего материал об охране окружающей среды, выживанию человечества и сохранению жизни на планете. Проектное обучение общей биологии обеспечивает свободу выбора учащимися исследуемой проблемы, цели, задач исследования, путей их решения, заданий инструктивной карточки, формы отчета, необходимых для выполнения проекта. Создание ситуаций успеха при проектном обучении общей биологии достигается предоставлением возможностей каждому ученику сообщить о своих достижениях одноклассникам на защите проекта, поместить свой реферат, макет и др. на выставку работ, вывесить таблицу, график, рисунок на общем стенде, осознать свой вклад в работу группы.

Интегративный подход к проектному обучению делает возможной организацию учебной деятельности за счет внутрии межпредметной интеграции.

Проектное обучение биологии также основывается на гуманистическом подходе, так как при выполнении учебного проекта каждый ученик имеет возможность выбрать работу по своим интересам и способностям. Так, проектная деятельность учащегося в группе может быть индивидуальной или при поддержке группы, самостоятельной или с помощью педагога. Гуманистический подход осуществляется и при получении итоговой оценки за выполнение проекта по нескольким критериям (оценка учащегося группой, оценка учителем за реферат или отчет, оценка класса за доклад).

Проанализировав различные подходы, мы выяснили, что преобладающими в проектном обучении общей биологии являются деятельностный, исследовательский, проблемный, и интегративный подходы, что обусловлено особенностями биологического образования; системный, личностный и гуманистический подходы присущи для проектного обучения вообще, но их необходимо учитывать и при проектном обучении общей биологии [38].

Специфической целью, присущей проектному обучению биологии, является развитие исследовательских и проектировочных умений, позволяющих определять задачи проекта, обосновывать тему исследования, выдвигать гипотезы, составлять план проектной деятельности, осуществлять исследовательскую деятельность по проекту и т. д.

Одним из основных компонентов системы является содержание проектного обучения, которое формируется в соответствии с поставленными целями и выделенными методолого-теоретическими основами. Оно определяется содержанием учебных программ средней (полной) школы и включает: содержание предметной области, соответствующее задачам и требованиям проектного обучения; общеучебные, предметные, исследовательские, проектировочные и коммуникативные умения; ценностно-экологические нормы и правила.

Содержание предметной области включает биологические и экологические теории, законы и понятия и «позволяет раскрыть перед учащимися возможности применения конкретных экологических знаний в определенных видах повседневной практической деятельности, направленной на сохранение и укрепление их собственного здоровья и здоровья других людей, а также на охрану и улучшение окружающей среды, в том числе и в своем регионе» .

Без включения в содержание учебного исследовательского проекта биологических и экологических теорий и законов невозможно приобретение знаний о процессе взаимодействия природы и общества. Экологические понятия, являясь основной единицей учебного процесса, относятся в нашей модели к содержанию учебных исследовательских проектов, реализуемых в системе уроков тем «Основы экологии» и «Биосфера» раздела «Общая биология» .

Соответствие предметной области задачам и требованиям проектного обучения, предусматривает [24]:

наличие тем для исследовательской деятельности учащихся;

возможность проведения экскурсий, практических и лабораторных работ;

многочисленные связи с социальной средой;

дискретность содержания темы (урока) и возможность деления на равные по значению части;

наличие развивающих возможностей и практической направленности.

Содержание проектного обучения также включает исследовательские, проектировочные, коммуникативные умения и умения осуществлять самоуправление учебно-познавательной деятельностью, которые являются необходимым компонентом.

При реализации проектного обучения общей биологии, необходимо продолжить формирование умений и навыков проведения исследовательской деятельности. Все используемые в исследовательской деятельности по проекту учебные умения можно разделить на базовые, инструментальные и специальные. Из базовых учебных умений необходимо особо выделить умения работать со словарями, справочниками, энциклопедиями, составлять план работы, писать конспект, разрабатывать и проводить эксперимент, обрабатывать данные и оценивать результаты [26].

Важными инструментальными учебными умениями, используемыми при выполнении исследовательского учебного проекта, являются умения работать с лабораторным оборудованием (электроприборами, микроскопом; химической посудой) и измерительными приборами (линейкой, градусником, дозиметром и т. д.).

Специальными исследовательскими умениями, реализуемыми в проектах тем «Основы экологии» и «Биосфера» раздела «Общая биология», стали умения: выявлять черты приспособленности живых организмов к условиям существования, определять основные компоненты местных природных экосистем, составлять экологические карты и схемы, отбирать пробы и проводить тесты, прогнозировать последствия воздействия человека на природные экосистемы.

Проектировочные умения, входящие в содержание учебных проектов разных типов, близки к исследовательским умениям. К ним относятся умения выбрать, обосновать и сформулировать тему учебного проекта, оформить проектное исследование (в виде реферативной работы, графиков, таблиц, диаграмм и т. д.), провести защиту проекта.

Содержание проектного обучения биологии соответствует требованиям современного образования, включая не только различные знания и умения, но и систему ценностных ориентаций: ценностно-экологические нормы и правила, необходимые для формирования личности учащегося.

Процесс проектного обучения общей биологии включает: формы, методы и средства обучения, а также деятельность учителя и учащихся по выполнению проекта.

Основной формой реализации проектного обучения биологии является урок (при краткосрочном проекте) или серия уроков (при проекте средней продолжительности). Проект средней продолжительности включает в себя: урок подготовки к работе над проектом, урок выполнения проекта, урокзащита проекта, также в него входят групповая экскурсия и домашняя работа по инструктивным заданиям.

Реализация учебного исследовательского проекта предусматривает не только использование комплекса различных методов обучения, но и их динамическое развитие. Так, например, Н. М. Верзилин указывал, что «активизация учебной деятельности учащихся, т. е. постепенное развитие их самостоятельности в усвоении, воспроизведении и применении знаний, требует особого использования методов в их постепенном усложнении, развитии» [4].

Проанализировав вышесказанное, мы составили таблицу, которая представлена в таблице 5, в которой отразили усложнение и развитие различных групп методов в процессе работы над проектом.

Из содержания таблицы видно, что в течение работы над проектом происходит развитие словесной группы методов — с объяснения (ученики являются слушателями), беседы (ученики только кратко отвечают на вопросы), до самостоятельных сообщений учащихся.

Развитие наглядных методов при реализации учебного исследовательского проекта начинается с демонстрации наглядных пособий учителем на подготовительном этапе, продолжается их использованием в своей работе учащимися на основном этапе и заканчивается самостоятельным изготовлением пособий для заключительного этапа.

Таблица 5 — Развитие методов в процессе работы над учебным исследовательским проектом [31].

Развитие практической группы методов, используемой на основном этапе работы над проектом, предусматривает применение знаний учащимися и приобретение ими новых знаний, не только под руководством учителя, но и самостоятельно. Усложнение применения практических методов идет от словесного руководства учителя к письменным инструкциям и самостоятельному составлению плана действий учениками. Таким образом «методы в процессе преподавания находятся в движении, развитии и постепенном усложнении — переходе от большего непосредственного руководства учителем к большей самостоятельности учащихся» .

Развитие методов в течение работы над исследовательским проектом обеспечивает развитие способности наблюдать, ставить эксперимент, самостоятельно принимать решения, работать с источниками информации.

Реализация учебных исследовательских проектов предусматривает обязательное использование методов исследовательской деятельности. Исследовательские проекты подчиняются логике исследования и имеют структуру, приближенную к научному исследованию. Составные компоненты этой структуры: аргументированный выбор темы, определение проблемы, предмета, объекта, задач и гипотез исследования, экспериментальная часть по определенным методам, работа с источниками информации, обсуждение полученных результатов, выводов и оформление результатов. Поэтому, при реализации исследовательских проектов в процессе обучения, необходимо использование основных методов исследовательской деятельности (методов экспериментальной работы, методов обработки результатов и др.). Особенно актуально проведение учебных исследовательских проектов в темах «Основы экологии» и «Биосфера», имеющих практическую направленность на изучение окружающей среды, для усвоения экологических понятий, развития исследовательских умений и формирования экологически ценностных ориентаций через познавательную активность и самостоятельность учащихся.

Для эффективного осуществления проектного обучения биологии необходимо использовать разнообразные средства обучения (смотри таблицу 6).

Таблица 6 — Использование средств обучения на различных этапах проектного обучения общей биологии [34].

Средствами проектного обучения биологии являются [11]:

• -источники информации (книги, компьютерные средства, СМИ, учебные пособия, атласы, фото-, видеои аудиоматериалы, таблицы, карточки);
• -лабораторное оборудование (реактивы, приборы и инструменты для проведения тестов и лабораторных опытов);
• -оборудование, необходимое для оформления результатов исследования (стенды для выставки реферативных работ и отчетных материалов, видеои компьютерные средства).

Деятельность учителя и учащихся при выполнении учебного исследовательского проекта имеет ряд отличий от деятельности на традиционном (комбинированном) уроке. Для осознанного прочного усвоения предмета, ученик должен сам оперировать его содержанием, а учитель — осуществлять мотивационное управление учением, что подразумевает перевод обучения на субъект — субъективную основу, который обеспечит ученику развитие его мотивационной сферы, интеллекта, самостоятельности, коллективизма и умения осуществлять самоуправление учебно-познавательной деятельностью.

Проектное обучение общей биологии обеспечивает максимальную самостоятельность в обучении, ставя учителя на позицию консультанта, позволяя индивидуализировать работу с отдельными группами и эффективно контролировать усвоение знаний учащимися.

Виды деятельности учителя на различных этапах учебного исследовательского проекта, мы привели в таблице № 7 (смотри приложение 4). Из материалов таблицы можно сделать вывод, что на различных этапах проектного обучения биологии используются такие виды деятельности учителя как гностическая, проектировочная, конструктивная, организаторская, коммуникативная, консультативная и деятельность по контролю и оценке учащихся.

Деятельность учащихся также является частью процесса проектного обучения. Вид деятельности учащихся зависит от этапа учебного проекта, который может быть подготовительным, основным или заключительным.

Под подготовительным этапом подразумевается изучение темы исследования и возможностей осуществления проекта, а также постановка целей, задач и выдвижение гипотезы. Основной этап включает определение способов и методов реализации исследовательской деятельности и работу по проекту. В завершающий этап выполнения проекта входят защита проекта, анализ и обсуждение и оценка результатов работы.

Нами были выявлены наиболее оптимальные виды деятельности учащихся для каждого этапа учебного исследовательского проекта по общей биологии [14].

Так, на подготовительном этапе осуществляется фронтальная работа класса (на определенном отрезке урока или на всем уроке, в зависимости от выделенного на осуществление проектной деятельности времени). Она начинается с сообщения темы и постановки проблемы учителем. Затем, для обсуждения темы, используется проблемная дискуссия, во время которой учащиеся выбирают темы проектов, реально осуществимые на практике. В результате дискуссии определяется значимость планируемой работы, ставятся цели и задачи. После выбора ведущих идей для будущих проектов формируются группы из 4−8 человек, максимально разнородные по успеваемости.

При проведении основного этапа, на уроках общей биологии наиболее оптимальна работа учащихся в группах, которые самостоятельно распределяют сферы деятельности среди участников и, проводят исследования по учебному проекту (как всей группой, так в подгруппах и индивидуально).

Исследовательская деятельность учащихся по исследовательскому проекту по общей биологии включает в себя:

• — работу с дополнительной литературой и материалами средств массовой информации;
• — выполнение практических и лабораторных работ по заданиям, подготовленным учителем;
• — изучение карт, таблиц, видеоматериалов и компьютерных программ;
• — экскурсии с заданиями по исследованию и т. д.

После проведенной работы, группа переходит к обобщению и оформлению полученных результатов (написание рефератов, журналов исследований, оформление стендов), а также к подготовке коллективного выступления перед классом с привлечением (если это возможно) фото-, аудиои видеоматериалов.

Последний этап (завершение работы) состоит из ознакомления учащихся класса с результатами работы групп через проведение защиты рефератов, конференции. При подготовке к этому этапу организовываются выставки работ учащихся. Материалы, подготовленные группами к защите проекта, могут использоваться для дальнейших уроков, оформления кабинетов, организации выставок и музеев. Для систематизации различных видов деятельности учащихся, мы составили таблицу № 8 «Деятельность учащихся по учебному проекту» (смотри Приложение 5).

Ожидаемыми результатами использования проектного обучения общей биологии являются: развитие у учащихся биологических и экологических знаний, исследовательских и коммуникативных умений и навыков, умений осуществлять самоуправление учебно-познавательной деятельностью, самостоятельности мышления, дальнейшее формирование нравственных ценностей, активной жизненной позиции, этичного поведения в коллективе и развитие познавательного интереса [18].