Методический материал Проблемно-задачный подход в обучении биологии

Проблемно-задачный подход в обучении биологии
С целью повышения качества подготовки учащихся была разработана проблемно-задачная технология обучения,интегрирующая в себе технологии проблемного, развивающего обучения, основанная на задачном и компетентностном подходах к обучению. Каждая учебная задача представляет собой некоторую проблему, для решения которой ребятам требуется овладеть новыми знаниями или новым способом действий, или новым мыслительным приѐмом. Предъявление учебной задачи происходит в рамках проблемной ситуации,создаваемой учителем. К примеру, сначала для решения предлагается задача, основанная на знакомом и отработанном способе действий. Большинство учеников благополучно справляются с задачей, что обеспечивает создание ситуации успеха. После этого ребятам предлагается решить задачу, внешне похожую на предыдущую, но имеющую скрытые отличия. После безуспешных попыток решения ученики попадают в ситуацию «интеллектуального разрыва», для преодоления которого им необходимо отыскать новый, ранее неизвестный способ действий. Таким образом, проблема становится сформулированной и учащиеся под руководством учителя приступают к поиску решения. Деятельность обучающего и учащихся по решению задач в контексте развивающего и проблемного обучения математике в корне отличается от их деятельности при традиционном обучении. Учитель перестаѐт быть дидактом и «ментором», навязывающим своѐ видение решения проблемы, а учащийся становится активным участником диалога и полилога по обсуждению решения. Так, на этапе анализа задачи и постановки проблемы, учащийся пытается сформулировать собственные затруднения и переопределить задачу.
Подобная деятельность позволяет развивать аналитические способности, способности к самооценке. Следующий этап решения задачи – это поиск плана решения. На данном этапе обучающий организует поиск решения задачи путѐм раскрытия субъектного опыта учащегося, ориентирует его на различные способы действий, поощряет нестандартные учебные действия. Ученик же выдвигает свои идеи и гипотезы, предлагает свои варианты решения. Деятельность этого этапа развивает способности к исследованиям, творческоемышление, умение планировать, проектировать. На этапе осуществления и осознания решения, учитель обучает приемам развития внимания, восприятия, памяти, мышления, творческим поисковым процедурам, эвристическим приемам, методам доказательства. Ученик же участвует в осуществлении решения, критически осмысливаетслова и действия учителя и других учеников. На данном этапе формируются умения аргументировать, дискутировать, выявлять обобщенный алгоритм решения, развивается критическое мышление. Последний этап решения задачи – осмысление еѐ результатов, или рефлексия. Обучающий здесь учит способам смысловой интерпретации результатов и оценивает деятельность учащихся, в первую очередь, по процессу получения результата. Обучающиеся учатся выявлять метод решения, описывать «маршрут» получения знания, отделять способ решения от результата, и, самое важное – анализировать свою учебную деятельность. На данном этапе происходит развитие способностей к самооценке,самоорганизации и самокоррекции. Деятельность учащихся в рамках проблемно-задачной технологии обучения заключается не только в решении задач как таковых. Учитель предлагает, а учащиеся выполняют и другие задания. Достаточно эффективными в контексте развивающего обучения являются задания типа «составь задачу». Такие задания направлены на развитие умения ставить проблему.
      Не всякая проблемная  ситуация неизбежно побуждает мышление. Мышление не возникает, если у субъекта нет потребности в разрешении проблемной ситуации, а также отсутствуют исходные знания, необходимые для начала поиска. Для возникновения этого начала надо проанализировать проблемную ситуацию.
        Проблему можно рассматривать, как логическую, психологическую и дидактическую категории. Как дидактичекую категорию разные авторы определяют её по-разному. «Проблема – возникший или поставленный перед субъектом вопрос, ответ на который,  заранее не известен и подлежит творческому поиску, для осуществления которого у человека имеются некоторые исходные средства, пригодные для поиска» (И.Я.Лернер).
Для организации образовательного процесса, развивающего потребность и умение учиться, важно первоначально определиться, что такое потребность учиться, а что значит умение учиться. Сформировать потребность учиться - значит обеспечить развитие у ребенка личностной ценности познавательной деятельности. Такому школьнику интересен сам процесс учения, познания. Он хочет понять способы этой деятельности. И для него умение находить истину – пожалуй, самый значимый результат. Ведь полноценное познание возможно только при овладении личностью определенными действиями, навыками, что, собственно говоря, и означает умение учиться. К таким действиям, необходимым для осуществления познавательной деятельности, можно отнести специальные предметные действия, универсальные познавательные действия, универсальные коммуникативные действия. Естественно, что и определенный объем знаний является важной составляющей. Только знания эти должны быть иного качества.
Очень большой интерес и вместе с тем мотивацию обучения вызывает постановка модельных опытов. В 8-м классе при изучении темы «Состав и строение костей», чтобы доказать, что трубка прочнее стержня той же массы, вовсе не обязательно испытывать на излом кости, проще это сделать на одинаковых листах бумаги. Для демонстрации механизма вдоха и выдоха можно использовать модель, в которой на стеклянную воронку (грудная клетка) надевается резиновый шарик (изображающий диафрагму), внутрь помещается другой резиновый шарик, демонстрирующий легкое и вставляется стеклянная трубочка (трахея). Для того, чтобы показать вдох, дно диафрагмы оттягивается вниз и шарик, изображающий легкое, раздувается. Таким образом, создается проблемная ситуация: возникает потребность объяснить, на каких законах работает модель, и как эти законы проявляются в условиях живого организма.
Памятка решения проблемы.

Название этапа Суть этапа Прием учебной работы
1. Осознание проблемы, вскрытие противоречия. Обнаружение скрытого противоречия в проблемном вопросе. Установление причинно – следственных связей, нахождение в них разрыва.
2. Формулирование
гипотезы. Обозначение с помощью гипотезы основного направления поиска ответа. Выдвижение гипотезы.
3. Доказательство гипотезы. Доказательство или опровержение высказанного в гипотезе предположения. Обоснование гипотезы.
4. Общий вывод. Обогащение ранее сформулированных причинно-следственных связей новым содержанием. Установление причинно –следственных связей.

Поиск решения проблемы

У учащихся есть три пути от проблемной ситуации к учебной проблеме. Если класс сильный, нужен побуждающий от проблемной ситуации диалог, в результате развиваются творческие способности учащихся, и они сами формулируют учебную проблему. Если дети не могут самостоятельно сформулировать проблему, необходим подводящий диалог, то есть учитель задает стимулирующие вопросы, которые помогают выдвигать гипотезы. Порой учителю на первых порах приходится самому создавать проблему, на этом пути творчество детей отсутствует.

Второй блок проблемного урока – воспроизведение - делится на две части:
§  выражение нового знания в новой форме;
§  реализация продукта.

Выражение нового знания в новой форме

Этот этап урока можно провести тремя разными способами. Один из них – формулирование понятий и вопросов. Каждый ученик сам должен выразить полученное новое знание и представить его учителю и одноклассникам. Ребята могут работать в группах, парах, индивидуально, работая над составлением вопросов по материалу урока. Составляя вопросы и отвечая на них, учащиеся дважды упражняются в проговаривании нового материала. Так в 7 классе на уроке по теме «Земноводные» ребята получили такое домашнее задание: за рамками нашего урока осталось много интересного, придумайте 10 интересных вопросов и найдите на них ответы.
Еще выражать новое знание можно в виде опорных слов, сигналов, точек, конспектов.
Кроме формулировки и опорных сигналов существует еще один способ выражения и реализации нового знания в виде художественного образа. Данные задания чаще даются на дом (с целью экономии времени на уроке) и не обязательно всем ученикам, а по желанию. Конкретными формами художественного образа являются метафоры, загадки, стихотворения, сказки, рассказы и т. д. Учащиеся должны проявить не столько свои литературные способности, сколько умение продуктивно и точно выразить новые знания. Например, задания на дом по теме «Земноводные»:
составьте страницу энциклопедии о земноводных с выделением существенных признаков этого класса;
  проведите репортаж специальных корреспондентов с выставки «Лягушачьи секреты»;
напишите рассказ на тему: «Один день из жизни лягушки»;
придумайте сюжет компьютерной игры, главным героем, которой будет лягушка.

Пример алгоритма формулировки теоретического понятия

1. Прочтите внимательно текст с описанием изучаемого объекта.
2. Выпишите общие признаки этого объекта.
3. Выделите из этих признаков частные данного объекта.
4. Составьте определение теоретического понятия.
5. Установите место этого понятия в системе общебиологических знаний.
6. Предложите свои варианты новых элементов, которые можно включить в содержание
данного понятия.

Процесс усвоения понятий можно считать успешным, если ученик:

а) дает правильное определение понятия, воспроизводя его по памяти;
б) приводит примеры, иллюстрирующие данное понятие;
в) демонстрирует знание всех элементов данного понятия;
г) видит место понятия в общей системе знаний по конкретной теме;
д) способен применять усвоенные знания в известной ситуации, а также переносить их в новые условия.

Другая форма продуктивных заданий – формулирование вопросов для взаимопроверки. Такую работу проводят в парах или в группах как постоянного, так и переменного состава. Постепенно ученики перекидывают мостики от изучаемого материала к пройденному, устанавливают причинно-следственные связи. Такая организация воспроизведения знаний с использованием индивидуального подхода, приемов развития саморегуляции, самоконтроля, самооценки способствует формированию способностей к рефлексивному мышлению, а в целом, развитию внутри личностного интеллекта.

Примеры проблемных вопросов к разделу «Общая биология»

Основы цитологии
1. Известно, что в спальне не должно быть слишком много растений, так как при этом ухудшается кислородный режим в помещении. Известно также, что растения при фотосинтезе выделяют кислород, обогащая им окружающий воздух. Не кажутся ли вам эти факты противоречащими друг другу? Почему?
2. Предположим, что у клетки появился поверхностный аппарат, полностью изолирующий её содержимое от внешней среды. Какие преимущества и какие трудности при этом возникли бы? К каким последствиям для самой клетки привело бы это событие?
3. Почему ассимиляция и диссимиляция – это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке?
4. Какое питание более выгодно – автотрофное или гетеротрофное?
5. Какие функции не смогла бы выполнять плазматическая мембрана, если бы в её состав не входили белки?
6. Почему вирусы отнесли к живым организмам, но отнесли к отдельному царству?
Размножение и индивидуальное развитие организмов

1. Почему генетический материал двух образовавшихся в результате митоза дочерних
клеток абсолютно идентичен?
2.Почему для многих насекомых характерно развитие с полным превращением, хотя оно
более длительно?
3.Почему половые клетки должны иметь гаплоидный, а не диплоидный набор хромосом?
4.В чем биологическое значение оплодотворения?5.Почему оплодотворение у цветковых растений называется двойным?
6.В чем состоят эволюционные преимущества полового размножения перед бесполым?
7.Почему партеногенетическое развитие нельзя считать следствием беспологоразмножения организмов?
Биологи приспособления такого уровня называют ароморфозами. С позиций ОТСМ-ТРИЗ их можно оценить как решения движущих противоречий (Хоменко Н.Н.) Ученики подводятся к необходимости «переизобретения» биологических приспособлений на уровне ароморфозов.
Использование проблемной ситуации в учебной теме: «Характеристика класса земноводных»
Переформулируем тему: «Как рыбы осваивали сушу?»
Рыбы – водные существа. Освоив все жизненные ресурсы своей среды, они высадили десант на сушу. С какими проблемами столкнулись эти первопроходцы?
Размножение пресмыкающихся
Пресмыкающиеся – это животные, которые смогли перейти к размножению на суше. Их эволюционные предшественники рыбы и амфибии откладывают икру в воду. В воде происходит ее оплодотворение и развитие зародыша.
Как должна была измениться икринка, чтобы зародыш успешно развивался в наземных условиях?
Эволюция дыхательной системы животных
Постановка этой задачи требует предварительных пояснений.
Зачем мы дышим?
Как должна измениться поверхность, чтобы при общем увеличении размера объекта, ее относительная площадь не уменьшалась?
Какой должна быть поверхность, чтобы служить организму защитой и при этом осуществлять газообмен?
Как должна измениться поверхность, обеспечивающая газообмен у наземно-воздушных обитателей?
  Можно указать несколько основных способов создания проблемных ситуаций.
1.      Побуждение учащихся к теоретическому объяснению явлений, фактов, внешнего несоответствия между ними. Это вызывает поисковую деятельность учащихся.
2.      Использование учебных и жизненных ситуаций, возникающих при выполнении учащимися практических заданий в школе, дома, и т.д.
3.      Задания на объяснение явлений или поиска путей их практического применения.
4.      Побуждение учащихся к анализу фактов и явлений действительности, порождающее противоречия между житейскими представлениями и научными понятиями об этих фактах.
5.      Выдвижение гипотез, выводов и их проверка.
6.      Побуждение учащихся к сравнению, сопоставлению фактов, явлений, в результате которых возникает проблемная ситуация.
7.      Ознакомление учащихся с фактами, носящими как будто бы необъяснимый характер и приведшими в истории науки к возникновению научной проблемы. Обычно это объясняется недостаточностью прежних знаний учащихся.
8.      Побуждение учащихся к предварительному обобщению новых  фактов. Учащиеся получают задание рассмотреть некоторые факты, явления, содержащиеся в новом для них материале, сравнить с известными и сделать обобщение.
9.      Организация предметных связей. Часто материал учебного предмета не обеспечивает создание проблемной ситуации и в этом случае следует использовать факты и данные наук, имеющие связь с изучаемым материалом.
10.   Варьирование заданий,  переформулировка вопросов.

Условия и способы реализации проблемного обучения
   Для реализации проблемного обучения необходимо выполнить ряд условий:
Отбор центральных проблем в системе обучения биологии;
Определение особенностей проблемного обучения в разных видах учебной работы;
Построение оптимальной системы проблемного обучения, создание учебных и методических пособий и руководств;
Личностный подход и мастерство учителя, способные вызвать познавательную деятельность детей.
    Так как главной структурной единицей проблемного подхода является проблемная ситуация, стоит выделить следующие критерии постановки ее на уроки:
1.      Эмоциональная окраска материала и формы его подачи, стремление вызвать у детей положительные эмоции, переходящие в устойчивые чувства, которыми  определяется интерес;
2.      Опора на опыт и имеющиеся у ученика знания и умения, чтобы проблема была реально значимой;
3.      Творческий подход учителя к постановке проблемы и развитие творческого мышления учащихся;
4.      Учет возрастных и психологических особенностей учащихся при формировании проблемных ситуаций.  (Панчешникова Л.М., 2000)

     Реальная проблема имеет два признака: она личностно значима для учащихся и требует от школьников действия по сбору необходимой информации, поиску путей ее решения и, что считается особенно важным, деятельности, в соответствии с найденным решением.
    Функции учителя состоят в том, чтобы координировать деятельность учащихся, помогать им, но не давать жестких указаний. В случае затруднения учителю рекомендуется поставить наводящие вопросы, дать дополнительные задания.