автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Знаково-символическая наглядность как средство повышения качества знаний учащихся по биологии

Автореферат диссертации по теме "Знаково-символическая наглядность как средство повышения качества знаний учащихся по биологии"

На правах рукописи УДК 373.016:57

ЗОРКОВ Иван Александрович

ЗНАКОВО-СИМВОЛИЧЕСКАЯ НАГЛЯДНОСТЬ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ ПО БИОЛОГИИ (9 класс)

Специальность 13.00.02 — Теория и методика обучения и воспитания (биология, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

2 г АПР 2015

005567729

Санкт-Петербург 2015

005567729

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и методики обучения биологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева».

Научный доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой

руководитель: физиологии человека и методики обучения биологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева» Смирнова Наиля Заиловна

Официальные доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры методики оппоненты: преподавания биологии, химии и экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный областной университет»

Пасечник Владимир Васильевич

кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры начального естественно-математического образования Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования « Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена» Симонова Людмила Владимировна

Ведущая Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

организация: высшего профессионального образования «Омский государственный педагогический университет»

Защита диссертации состоится 28 мая 2015 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.199.08 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Российском государственном педагогическом университете имени А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки, д. 48, корпус 12, ауд. 21.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, 191186, г. Санкт-Петербург, набережная реки Мойки, д. 48, корпус 5 и на сайте: http://disser.herzen.spb.ru/Preview/Karta/karta_000000210.html

Автореферат разослан » ¿¿-¿¿уб15 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор педагогических наук, профессор

П.В. Станкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В современных условиях гуманитаризации и интенсификации обучения проблема сохранения и повышения качества биологических знаний учащихся приобретает всё большую значимость. Для решения данной проблемы на протяжении многих лет учёные и педагоги применяли средства наглядного обучения в образовательном процессе. С постоянной модернизацией компонентов процесса обучения биологическая наглядность постоянно изменяется. На первый план выходят обновлённые средства наглядного обучения позволяющие предоставить учащимся больший объём учебной информации за то же время, что и ранее, без потерь в качестве биологических знаний.

В разделе «Учебно-методическое и информационное обеспечение реализации основной образовательной программы» ФГОС основного общего образования отмечается необходимость «использования в образовательном процессе современных средств обучения, обновления содержания основной образовательной программы, методик её реализации в соответствии с динамикой развития системы образования»1.

Современная наглядность может характеризоваться простотой и одновременно содержать основную идею отображаемой информации в широком контексте её представления. Как отмечают А.И. Никишов, Е.В. Прохорова, JI.B. Реброва, A.B. Теремов, Д.И. Трайтак при обучении биологии необходимо дополнять классическую биологическую наглядность современными и эффективными средствами наглядного обучения, способными интенсифицировать и оптимизировать учебный процесс. В условиях современного образовательного процесса средства наглядного обучения должны позволять учащимся сопоставлять, устанавливать взаимосвязи, обобщать биологические явления. Одним из таких средств, по мнению большинства исследователей, выступает знаково-символическая наглядность - система знаков и символов, структурированных в схемах и несущих информацию в сжатом виде. Использование знаково-символической наглядности на уроках способствует структурированию биологических знаний, повышает уровень качества их усвоения.

Вместе с тем мы согласны с мнением И.Н. Пономарёвой, О.Г. Роговой, В.П. Соломина о том, что классическая наглядность не утрачивает своей актуальности, поэтому комплексное применение в школьной биологии натуральной и знаковой наглядности является главнейшим правилом современного наглядного обучения. В базовом образовательном нормативном документе «Фундаментальное ядро содержания общего образования» действия со знаково-символическими средствами входят в блок познавательных универсальных учебных действий, формирование и развитие которых является одним из планируемых результатов обучения. Из вышесказанного следует, что возможность формирования и развития знаково-символических УУД зависит от интенсивности применения знаковых средств, другими словами знаково-символическая наглядность имеет «дополнительный эффект», связанный с влиянием на развитие познавательных универсальных учебных действий.

Вышесказанное подтверждает дидактическую значимость и актуальность применения знаково-символической наглядности (ЗСН) в процессе обучения биологии в современной школе как эффективного средства повышения качества знаний учащихся и развития знаково-символических универсальных учебных действий (УУД). Вместе с тем применение ЗСН в обучении биологии связано с рядом противоречий:

1 Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. М., 2013.

- между потребностью современного информационного общества в выпускниках с высоким уровнем качества биологических знаний, обладающих способностью оперировать различными знаково-символическими системами, и низким уровнем качества знаний учащихся, их неспособностью выполнять знаково-символические УУД на высоком уровне;

- между возможностью применения специальных методик использования знаково-символической наглядности для повышения качества знаний учащихся и недостаточной разработанностью теории и практики применения ЗСН в процессе обучения биологии.

Выделенные противоречия обозначили актуальность проблемы настоящего исследования, которая заключается в поиске теоретических оснований и методических условий для выявления возможностей использования знаково-символической наглядности как средства повышения качества знаний учащихся по биологии.

Актуальность рассматриваемой проблемы, поиск оптимальных путей разрешения выделенных противоречий предопределили выбор темы диссертационного исследования: «Знаково-символическая наглядность как средство повышения качества знаний учащихся по биологии (9 класс)».

Объектом исследования является процесс обучения биологии (9 класс).

Предметом исследования является методика обучения биологии с применением знаково-символической наглядности.

Цель исследования заключается в разработке и научном обосновании методики обучения биологии с применением знаково-символической наглядности (9 класс) для повышения качества знаний учащихся по биологии.

Гипотеза исследования содержит предположение о том, что знаково-символическая наглядность выступит как средство повышения качества биологических знаний, если:

- учебные цели будут ориентированы на повышение уровня качества биологических знаний;

- будут выявлены принципы разработки знаково-символических средств, создана их система;

- определено оптимальное сочетание знаково-символической наглядности с другими видами средств наглядности в обучении биологии;

- разработаны организационно педагогические условия обучения с применением знаково-символической наглядности, подобраны оптимальные формы и методы обучения;

- организована совместная знаково-символическая деятельность учителя и учащихся;

- определены способы оценки качества биологических знаний и уровня развития знаково-символических УУД.

В соответствии с проблемой, целью, объектом, предметом, гипотезой исследования были определены следующие задачи.

1. Изучить состояние исследуемой проблемы, её отражение в теории и практике биологического образования на основе анализа философской, психолого-педагогической и методической литературы.

2. Разработать систему знаково-символической наглядности с учётом содержания раздела «Общие биологические закономерности» (9 класс).

3. Разработать модель методики обучения биологии с применением знаково-символической наглядности как средства повышения качества биологических знаний.

4. Выявить организационно-педагогические условия реализации -разработанной методики, при соблюдении которых применение знаково-символической наглядности для повышения качества знаний учащихся по биологии будет эффективным.

5. В ходе педагогического эксперимента проверить эффективность разработанной методики обучения биологии как средства повышения качества знаний учащихся посредством системы знаково-символической наглядности.

Теоретико-методологическую основу исследования составили философские и психолого-педагогические работы, в которых прямо или косвенно освещалась проблема использования различных средств наглядного обучения и их влияние на уровень качества усвоения учебного материала. В философской и психолого-педагогической литературе это исследования М.В. Гамезо, B.C. Герасимовой, Ч.С. Пирса, Л.О. Резникова, А.Б. Соломоника, в которых категории знака и символа рассматриваются в аспекте семиотической науки во всём разнообразии их форм и взаимосвязи в рамках единой системы; У.Д. Боумэна, Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, B.C. Мухиной, Н.Г. Салминой, Д.Б. Эльконина в которых изучается роль знаков как эффективных средств познавательной деятельности; Б. Де Портера, М. Хенаки, разработавших методику применения карт памяти в обучении; Л.В. Занкова, Я.А. Коменского, А.М. Розенштейна которые содержат фундаментальные идеи и теории, связанные с принципом наглядного обучения; В.И. Евдокимова, В.Ю. Мезенцевой, Н.Б. Орипова, Б.Н. Поповой, И.А. Смольникова, в исследованиях которых проблема использования ЗСН рассматривается наиболее подробно, отмечается роль ЗСН в процессе преподавания дисциплин естественнонаучного цикла, приводятся различные классификации наглядных средств. Основными работами в области теории и методики обучения биологии для нашего исследования стали труды Л.П. Анастасовой, Л.Д. Аникеевой, Н.М. Верзилина, В.М. Корсунской, Е.В. Макаревича, В.И. Нахаевой, В.В. Пасечника, И.Н. Пономарёвой, О.Г. Роговой, Н.А. Рыкова, О.Н. Савицкой, Ю.А. Сверчковой, Г.Д. Сидельниковой, В.П. Соломина, И.И. Таджиева, А.В. Теремова, Д.И. Трайтака, в которых рассматривается проблема применения знаково-символических средств при обучении биологии в средней школе.

Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы использовались следующие методы исследования: анализ философской, психологической, педагогической и методической литературы; синтез, моделирование, прогнозирование, обобщение; педагогическое наблюдение, педагогический эксперимент; устные и письменные опросы (интервьюирование, тестирование, анкетирование); математическая и статистическая обработка данных эксперимента, графическое представление результатов эксперимента.

Опытно-экспериментальная база исследования. Исследование проводилось на базе МБОУ ЦО № 1 г. Красноярска, МБОУ СОШ № 5 г. Дивногорска, МБОУ СОШ № 4 г. Дивногорска. Диссертационное исследование выполнялось с 2010 по 2014 г. в течение четырёх лет и включало три взаимосвязанных этапа.

Первый этап (01.09.2011 - 01.01.2012) - поисковый. Включал в себя изучение состояния проблемы использования ЗСН в обучении биологии, анализ философской, научно-методической, психолого-педагогической литературы, диссертационных работ по проблеме исследования; определение объекта, предмета, методологической и теоретической основы исследования; формулирование гипотезы, задач и разработку плана проведения исследования; разработку экспериментальной системы средств ЗСН; констатирующий эксперимент.

Второй этап (01.01.2012 - 01.01.2013) - обучающий. Включал в себя организацию и проведение формирующего эксперимента с целью апробации разработанной системы средств ЗСН и предложенной в работе методики её реализации, проверки основных положений гипотезы исследования. Эксперимент со статистической выборкой,

превышающей 100 единиц (учащихся) был организован в пяти экспериментальных классах и пяти контрольных (фоновых).

Третий этап (01.01.2013 - 01.11.2013) — констатирующий. Включал в себя, помимо систематического обучающего эксперимента, контрольный педагогический эксперимент с целью оценки достоверности результатов исследования, а также анализ результатов эксперимента, формулирование выводов и оформление диссертационного исследования.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Система средств знаково-символической наглядности (раздел «Общие биологические закономерности», 9 класс).

2. Методика обучения биологии с применением знаково-символической наглядности как средство повышения качества биологических знаний учащихся.

3. Позитивные результаты исследования, обеспеченные успешной реализацией обучения биологии с применением знаково-символической наглядности для повышения качества знаний учащихся по биологии.

Научная новизна исследований заключается в следующем.

1. Доказана эффективная роль знаково-символической наглядности в обучении биологии как средства повышения качества знаний учащихся.

2. Разработана система средств ЗСН с учётом специфики раздела «Общие биологические закономерности» и возрастных особенностей учащихся, состоящая из четырёх взаимосвязанных блоков: изобразительная ЗСН; натуральная ЗСН; словесно-образная ЗСН, внутренняя ЗСН. Каждый блок включает в себя несколько групп знаково-символических средств. Определено место знаково-символической наглядности в системе средств наглядного обучения биологии и её оптимальные сочетания с другими видами наглядности.

3. Разработана модель методики обучения биологии с применением знаково-символической наглядности, способствующая повышению качества знаний учащихся по биологии за счет содержащейся в ее структуре системы ЗСН, организационно-педагогических условий её применения, принципов разработки знаковых средств, организации совместной знаково-символической деятельности учителя и учащихся.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем.

1. Осуществлён анализ содержания и структуры понятия «знаково-символическая наглядность» с позиции философии, педагогической психологии и методики обучения биологии. Разработана классификация ЗСН, объединяющая её классические и современные формы, определено место ЗСН в системе средств наглядного обучения биологии. Проведён теоретический анализ состояния проблемы повышения качества знаний в обучении биологии.

2. Выявлены принципы, определяющие сущность разработки и конструирования средств ЗСН.

3. Обоснована необходимость сохранения дидактического принципа наглядности в обучении и разработке его специфических функций в процессе обучения биологии.

4. Разработана методика обучения биологии с применением ЗСН, направленная на повышение уровня качества знаний учащихся по биологии.

5. Выявлены организационно-педагогические условия эффективности экспериментальной методики, применительно к школьной биологии, включающие использование групповой и индивидуальной форм обучения; совместную деятельность учителя и учащихся по -разработке и применению средств знаково-символической наглядности; разработку системы средств ЗСН с учётом особенностей содержания курса «Общие биологические закономерности».

Практическая значимость исследования заключается в том, что его результаты внедрены в практику работы школ и позволяют предложить учителям разработанную методику повышения качества знаний учащихся по биологии, включающую систему средств ЗСН, содержание, методы и формы организации учебного процесса. Разработаны методические материалы и рекомендации по применению ЗСН в обучении биологии.

Достоверность результатов исследования обеспечиваются опорой основных положений и выводов на достижения педагогики и методики обучения биологии; адекватностью используемых методов целям и задачам исследования; репрезентативностью и статистической значимостью полученных экспериментальных данных (проанализировано 87 анкет учителей биологии, 80 анкет учащихся, 35 отчётов по анализу уроков биологии).

Апробация результатов исследования осуществлялась в МБОУ «Центр образования № 1» г. Красноярска, МБОУ СОШ № 4, МАОУ «Гимназия № 10» г. Красноярска на протяжении всего периода исследования.

Основные положения диссертационного исследования представлялись автором на международных и всероссийских научно-практических конференциях: «Первый Всероссийский съезд учителей биологии» (Москва, 2011), «Алтай: экология и природопользование» (Бийск, 2011); «Педагогические технологии в профессиональной подготовке педагога-воспитателя, социального педагога, педагога-психолога» (Барнаул, 2012); «Молодёжь и наука XXI века» (Красноярск, 2012); «Инновационные подходы к содержанию биологического и географического образования в школе и вузе» (Ярославль, 2012); «Современные проблемы естественнонаучного образования: тенденции и перспективы» (Красноярск, 2012), «Science, Technology and Higer Education» (Westwood, 2012); «Роль УМК в решении проблем биологического образования в современной школе» (Москва, 2012). По теме исследования опубликовано 16 научных и учебно-методических работ общим объёмом 11,42 п. л. (1 методическое пособие, 15 статей, из них 4 статьи - в рецензируемых журналах).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, библиографического списка и приложений. Объем диссертации 229 страниц, в том числе 19 таблиц, 17 рисунков и 4 приложения. Список литературы включает 251 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, определяется научный аппарат: цель, объект, предмет, формулируется гипотеза, раскрываются задачи, этапы, методы исследования, его научная новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются основные положения, выносимые на защиту.

1.1. В первой главе «Теоретические основы использования знаково-символической наглядности в образовательном процессе» проанализированы и сформулированы теоретические основы изучения исследуемой проблемы -общефилософские, общенаучные, психолого-педагогические и методические. Осуществлён теоретический анализ проблемы повышения качества знаний учащихся по биологии, раскрыта сущность понятия «качество знаний», проанализированы основные показатели качества знаний, позволяющие определить уровень данной характеристики у учащихся девятого класса. Рассмотрены подходы к определению понятий «знаково-символическая наглядность», «знаково-символическая система», «знаково-символическая модель».

В рамках нашего исследования мы рассматриваем знаково-символическую наглядность как совокупность знаково-символических средств, в процессе знаково-символической деятельности формирующую образы определённых предметов и явлений окружающей действительности с представлением системно-структурных, системно-функциональных и иных взаимосвязей обозначаемых объектов.

Анализ философской, психологической (М.В. Гамезо, Б.Ф. Ломов, Е.Б. Медведева, Ч.С. Пирс, Б.А. Резников, А. Соломоник, Л.О. Столяров и др.) и методической литературы (Н.М. Верзилин, И.Д. Зверев, И.Н. Пономарева, В.П. Соломин, Г.Д. Сидельникова, Д.И. Трайтак, В.И. Богословский, Е.В. Пискунова, О.Г. Роговая, В.И. Смирнов, Н.Е. Кузнецова и др.) позволил выявить важнейшие этапы и события, происходящие в этих областях знаний, и составить ретроспективу проблемы применения ЗСН.

В отечественной методической литературе первые рекомендации по использованию в обучении схематического рисунка встречаются в работах В.Ф. Зуева (ХУНТ в.). В 1936 году методика схематизации содержания школьной биологии предлагается С.А. Павловичем, A.A. Яхонтовым. Дидактическая эффективность ЗСН становится общепризнанной только к середине XX в. В работах Н.М. Верзилина, И.Д. Зверева, В.М. Корсунской, И.Н. Рыкова, Д.И. Трайтака предпринимаются попытки определения места знаковой наглядности в системе средств наглядного обучения, обсуждаются вопросы её классификации, ведётся разработка принципов моделирования биологических объектов и явлений.

В начале XXI в. в связи с переходом школ к ФГОС второго поколения и деятельностному подходу отмечается высокий уровень интереса к проблеме применения ЗСН в обучении. Вместе с тем конкретного подхода к обучению с использованием ЗСН до сих пор нет, поэтому обобщение имеющейся методической информации является актуальным.

На основе данных литературного анализа и особенностей процесса обучения биологии с использованием ЗСН в современной школе нами разработана система средств ЗСН, основывающаяся на критериальных особенностях формы знаково-символических средств по отношению к обозначаемому объекту (иконичность-произвольность) и функции знаково-символического средства по отношению к его содержанию. Предлагаемая нами система включает все разновидности ЗСН, использующиеся в обучении в настоящее время. Мы выделяем четыре блока знаково-символических средств: изобразительные (идеограммы, пиктограммы, буквенно-цифровая символика, алгоритмы, фреймы), натуральные (части тела живых организмов, символизирующие ряд сходных признаков), словесно-образные (мимика, жесты, позы) и внутренние (мысленные модели).

При комплексном применении наглядных средств обучения блоки, представляющие отдельные группы знаково-символических средств, взаимодействуют друг с другом, образуя макроструктуру согласованной системы биологической ЗСН. Каждый из блоков, имеет собственную микроструктуру и составлен из групп различных знаково-символических средств наглядного обучения (рис. 1).

Блок изобразительной ЗСН

Блок натуральной ЗСН

Блок

словесно-образной ЗСН

Блок внутренней ЗСН

Языковые ЗСС Неязыковые ЗСС Неязыковые ЗСС Языковые ЗСС

1111

£ н

г °

о о

о 3

? я

Е с;

о о

м с!

^ 5

з 2

и и

п

х л

ч -

О

ш к

а я

8-1

с Р

= 5

51 2

>\ к Ш и

сО и и 3 «

о. ш

с е-

Е-О с О 52 п

я 2

■о 3

с; в 5

СО и §.

с §

о и &У

? о-

я «

§ 1

К >

н

8о

С СО и

== 2

* 3

о Д

¥ о.

= 2

я Я §

Я ч

ц

к 5 | 1

1 § О ? ш 5

П Я

£ Н

с &

о И

<3

О.

Н а>

"I

о а

3 1

Т X

* 3

Я Н

к &

г *

х 5 с:

о. ^ Н 5

- л

3 5

I"

X

и

_2

з X к 5

5 «>

2 я %Э о 2 х

3 о-

ш

как ¥ 5 а

5 « = Й = (-Мм

5 = О У о с

I В

аЩ5>§

ЭйпО я .. о гтш Й

X

и

О

я 2

° 3 ё-1 т~

и и

5

г

к « 0.0

И «\о

В " И

2 3 о

*

о р р 5

Й-п. X и I-Й = е4

¡а «г

и О

Н х

Рис. 1. Система средств знаково-символической наглядности

Система ЗСН состоит из взаимосвязанных элементов, которыми являются знаково-символические средства: фреймы, кластеры, карты памяти, метапланы, алгоритмы, выступающие во множестве комбинаций. Она отвечает основным атрибутивным характеристикам, предъявляемым к знаковым системам, имеет сферу действия, т. е. процесс обучения биологии в школе по курсу «Общие биологические закономерности» (9 класс).

Во второй главе «Знаково-символическая наглядность в практике обучения биологии» раскрыты специфика и возможности использования образовательной среды как средства повышения качества биологических знаний и уровня развития УУД школьников посредством применения ЗСН, приведены принципы разработки знаково-символических средств. Для этого через проведение анкетирования учителей и учащихся изучена практика работы учителей биологии. Было опрошено 87 учителей биологии в г. Красноярске и г. Дивногорске. Анкетирование показало актуальность проблемы использования образовательных возможностей ЗСН. В практике работы педагогов ЗСН

применяется эпизодически, в процессе её применения не ставятся конкретные цели и задачи по развитию УУД и повышению качества биологических знаний учащихся. Было установлено, что 37 % педагогов не имеют конкретного представления о сути понятий «знаково-символическая наглядность» и «знаково-символическая деятельность». Более половины опрошенных не используют образовательные возможности знаковой наглядности, но соглашаются с необходимостью организации совместной работы учителя и учащихся с ЗСН. Большинство учителей понимают важность использования ЗСН, однако редко используют её в собственной педагогической практике в связи с недостатком специальных методик и методических рекомендаций.

Возникающие у учителей сложности, недостаточный уровень качества биологических знаний и развития знаково-символических УУД учащихся в базовых школах, выявленные в ходе констатирующего эксперимента, послужили предпосылкой для разработки методики обучения биологии с применением ЗСН. Предлагаемая нами структурно-функциональная модель базируется на требованиях ФГОС основного общего образования и является системой обучающих воздействий, ориентирующейся на цели, которые диктуют выбор содержательных блоков, средств и методов обучения (рис. 2).

Предлагаемая модель может реализовываться как на уроках биологии, так и в рамках факультативных и элективных курсов. На основе научного анализа определены блоки модели (основной, теоретико-методический и оценочно-результативный) и обоснованы компоненты (целевой и содержательно-структурный).

В основной блок входят методологические и теоретические основы организации образовательного процесса: ведущие идеи, закономерности, подходы и основные принципы обучения, на которые опирается методика применения ЗСН в школьной биологии. Ведущими методологическими подходами, определяющими проектирование теоретико-методического блока, стали семиотический и деятельностный подходы. Из широкого спектра принципов обучения особое внимание было уделено принципам наглядности и системности биологического содержания, а также принципу учета индивидуальных особенностей обучающихся.

Целевой компонент основного блока модели определяется целью, поставленной перед экспериментальной методикой, и определяет структуру и направленность теоретико-методического блока, отражающего принципы разработки знаково-символических средств, организацию образовательного процесса, в частности методы, формы и средства обучения. Основной составляющей теоретико-методического блока является система средств ЗСН, при помощи которой организуется графическая знаково-символическая деятельность в обучении биологии в 9 классе.

Принципы разработки ЗСН представляют собой требования, предъявляемые к форме и содержанию средств ЗСН. Это простота и конвенциальность, ассоциативность, компактность и содержательность, изоморфность, универсальность, трансформация знаково-символического средства в ряде тем раздела и повторение отдельных его частей при необходимости в составе других «комплексных» знаково-символических средств.

т

ОСНОВНОЙ КЛОК , ■

Ведущие идеи и теории Щ Методологические подходы в Основные принципы -ф

ш

Целевой компонент

обоснование эффективности использования системы средств знаково-символической наглядности в повышении уровня качества знаний учащихся и развитии знаково-символических УУД I "1

Содержательно-структурный компонент

& Гт.№1.л КПА^П 1ГП Ж

Система средств ЗСН

Процессуальный компонент

• Методика использования ЗСН

• Организационно-педагогические условия применения ЗСН

• Методы обучения

• Формы обучения

• Средства управления деятельностью

Деятельность учителя, направленная на организацию действий учащихся со средствами ЗСН

Результативный компонент

Положительная динамика уровня качества биологических знаний учащихся, сформированность у учащихся познавательных знаково-символических УУД

Рис. 2. Модель методики обучения биологии с применением знаково-символической наглядности (9 класс)

Средства управления деятельностью, входящие в содержательно - структурный компонент, представлены заданиями по схематизации, моделированию учебной информации, разработке алгоритмов деятельности, фреймов, карт памяти и содержат способы выполнения действий со средствами ЗСН. Формы и виды учебной деятельности реализуются через коллективную, групповую, парную, индивидуальную формы работы и соответствуют возрастным особенностям школьников.

На основе разработанной модели методики было построено экспериментальное обучение в базовых школах в 9 классе по разделу «Общие биологические закономерности» (базовый уровень).

Применение ЗСН основывается на соблюдении следующих организационно-педагогических условий организации обучения.

1. Организация изучения нового материала с использованием ЗСН совместно с демонстрацией натуральной наглядности.

2. Организация совместной знаково-символической деятельности учителя и учащихся, направленной на разработку и выполнение действий со средствами ЗСН в группах из 3-5 человек в форме мини-семинаров, организуемых на уроке.

3. Включение учащихся в самостоятельную работу по разработке и преобразованию знаково-символических средств, организуемую в рамках домашнего задания.

4. Ознакомление учителей биологии с различными классификациями ЗСН,

современными и инновационными формами ЗСН, методикой применения ЗСН в обучении биологии путём организации краткосрочных курсов повышения квалификации учителей в данной области.

5. Обеспечение разнообразия диагностик, направленных на выявление отдельных критериев качества знаний учащихся и уровня знаково-символических УУД, помимо общепринятых инструментов диагностики.

В теоретико-методическом блоке в качестве средств управления деятельностью учащихся выступают тестовые задания, выявляющие способность к знаково-символической деятельности (по Д. Векслеру), алгоритмы с поэтапным описанием деятельности (использовались при создании и преобразовании учащимися средств ЗСН по материалу урока), инструктивные карточки, содержащие общие принципы визуализации текстового материала в доступной для девятиклассников форме.

Результативный компонент модели включает средства контроля, которые позволяют учесть уровни сформированности различных показателей качества биологических знаний через тестовые задания открытого и закрытого типов. Данный компонент представлен элементами, позволяющими диагностировать результативность разработанной модели процесса применения ЗСН для повышения качества знаний и развития знаково-символических УУД. Диагностируемыми элементами являются количественные показатели качества знаний, а также способность к знаково-символическому моделированию, анализу и синтезу, осмысленному чтению, сериации и классификации, находящим отражение в составляющих познавательных УУД. Рассматривались показатели качества знаний учащихся, гипотетически коррелирующие с интенсивностью применения ЗСН на уроке. Это полнота, прочность, системность, оперативность, взятые по ИЛ. Лернеру.

В третьей главе «Методические основы использования знаково-символической наглядности для повышения качества знаний учащихся при обучении биологии» описывается методика обучения биологии с применением знаково-символической наглядности в ходе педагогического эксперимента, излагаются результаты проведенного экспериментального исследования, рассмотрены показатели для распознавания уровня развития знаково-символических УУД учащихся на основе оценочно-диагностических карт.

Методика обучения биологии с применением знаково-символической наглядности включает в себя следующие этапы: 1) выявление у учащихся уровня готовности к знаково-символической деятельности; 2) обучение учащихся деятельности со средствами знаково-символической наглядности; 3) обучение биологии с использованием знаково-символической наглядности; 4) система корректирующих мероприятий, направленная на выяснение недочётов в методике применения знаково-символической наглядности; 5) итоговый контроль.

С целью проверки эффективности методики были организованы поисковый и формирующий эксперименты. Результативность разработанной методики оценивалась с помощью инструментария, который включает оценочно-диагностические карты, анкеты, протоколы наблюдений, тестовые задания, отражающие изменение качества знаний учащихся.

Методика оценки уровня развития знаково-символических УУД разработана на основе методики В.И. Тесленко. В качестве уровней развития знаково-символических УУД нами были выбраны информационный уровень (выполняется задание только по образцу); продуктивный уровень (выполняются действия с готовьм средством ЗСН или при его разработке); репродуктивный (выполняется знаково-символическая деятельность

применительно к стандартным, стереотипным ситуациям); стандартный базовый уровень (знаково-символические действия сознательно встраиваются в свою учебную деятельность).

В состав оценочно-диагностических карт включены критерии, определяющие познавательные УУД учащихся, основанные на умениях осмысленного чтения, составления и преобразования средств ЗСН, классификации, анализа (табл. 1).

Таблица 1

Фрагмент оценочно-диагностической карты по оценке уровня сформированности знаково-символических УУД

Критерии Уровни сформированности знаково-символических УУД

стандартный базовый продуктивный уровень репродуктивный информацио ннын

показатели показатели показатели показатели

1. Умение осмысленно го чтения, извлечения из текста главной информации Безошибочно выделяет основную мысль текста и распределяет понятия на основные и второстепен ные Совершает редкие ошибки при формулировке основной мысли текста, распределяет понятия на основные и второстепенные Часто ошибочно выделяет основную мысль текста, без помощи учителя не понимает, какие понятия в тексте являются основными Не способен сформулирова ть основную мысль текста, не понимает, какие понятия в тексте являются основными

2. Владение операциями классифика ции Самостоятельно и безошибочно классифицирует биологические явления и объекты по различным принципам Классифицирует объекты по единственному принципу с незначительными затруднениями Не понимает принципов, на основе которых классифицируются биологические объекты. Опирается на алгоритм этой деятельности Не способен провести классифика цию самостоятель но

3. Умение составлять и преобразовывать знаково-символичес кие модели Самостоятельно составляет знаково- символические модели биологических объектов и явлений, преобразует их при необходимости Самостоятельно составляет знаково-символические модели биологических объектов и явлений, испытывает трудности с преобразованием моделей Составляет знаково-символическую модель по образцу, не может преобразовать модель Способен составить знаково-символичес кую модель только под руководством учителя

4. Владение операциями анализа Самостоятельно выполняет анализ учебной информации Испытывает незначительные затруднения при выполнении действий анализа, не всегда провести анализ правильно Для анализа биологической информации нуждается в алгоритме выполнения деятельности Анализирует информацию только с помощью учителя

В минимальных оценочно-диагностических картах каждому нормированному показателю приписывается определённое число баллов. Стандартный базовый уровень — 4 балла; продуктивный уровень - 3 балла; репродуктивный уровень - 2 балла; информационный уровень — 1 балл.

Общий балл, характеризующий уровень знаково-символических УУД учащихся, подсчитываете! по следующей формуле:

У.С. = Ка*а + Кь*Ь + Ыс* с + М„* а,

где У.С. - средний уровень сформированное™ знаково-символических УУД; N3, Мь, N0, Н] - показатели, соответствующие уровням развития знаково-символических УУД, где а=4, Ь=3, с=2, с1=1.

В ходе анализа результатов эксперимента, нами было отмечено повышение уровня развития знаково-символических УУД в экспериментальных и контрольной группах (табл. 2).

Таблица 2

Динамика уровня развития знаково-символических УУД в контрольной и экспериментальной группах на констатирующем, формирующем и завершающем этапах

эксперимента

Уровень развития УУД Величина уровня развития знаково-символических УУД (%)

КГ ЭГ1 ЭГ2

к.з. ф.э. з.э. к.э. ф.э. З.Э. к.э. ф.э. з.э.

Информационный 29 31 36 30 45 44 27 29 32

Репродуктивный 44 45 46 45 50 53 23 23 34

Продуктивный 27 36 42 24 30 39 30 49 62

Стандартный базовый 15 17 17 19 20 23 16 16 17

Представленные в табл. 2 экспериментальные данные показывают, что значение уровня развития знаково-символических УУД в экспериментальной группе превысило уровень этого показателя в контрольной группе.

Для осуществления целенаправленной и систематической работы по повышению качества биологических знаний учащихся средствами знаково-

символической наглядности экспериментальная методика была апробирована в МБОУ «Центр образования №1» (г. Красноярск), МБОУ «СОШ № 4» (г. Дивногорск) в 2011 -2013 гг.

На контролирующем этапе педагогического эксперимента был проанализирован уровень полноты знаний учащихся, определяющийся по четырём уровням: ученический, алгоритмический, эвристический, творческий. Коэффициент полноты усвоения

_ 2 п

определяется по формуле: К =-У я.

1=1 , где П[ - количество верно выполненных заданий; п - общее количество заданий в тесте, N — количество учащихся.

В результате анализа экспериментальных данных, было отмечено повышение полноты знаний учащихся по 4 уровням в экспериментальной и контрольной группах (рис.

3).

Рис. 3. Показатели полноты знаний учащихся по 4 уровням усвоения на констатирующем, формирующем и завершающем этапах эксперимента Прочность биологических знаний определялась нами по формуле, предложенной

В.П. Беспалько. Р К\л1 К1 ^ ^ ^ _ коэффициент полноты усвоения при первой проверке; К2 - коэффициент полноты усвоения при отсроченной проверке. Результаты анализа прочности знаний учащихся по биологии при использовании ЗСН представлены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели прочности знаний учащихся на констатирующем, формирующем и

Уровни усвоения знаний,а Коэффициенты усвоения, Ка (%) при отсроченном воспроизведении

первая проверка прочность усвоения, р (%) отсроченная проверка прочность усвоения, р (%)

кг эг1 эг2 кг эг1 эг2 кг эг1 эг2 кг эг1 эг2

1 62 85 81 0,91 0,99 0,96 67 80 83 0,91 0,96 0,97

2 50 73 74 0,94 1 1 50 76 70 0,94 1,03 1

3 41 71 71 0,89 0,99 1,01 48 50 69 0,94 0,94 1

После определения уровня прочности знаний была проанализирована динамика их систематичности. Для определения уровня систематичности знаний учащихся в ходе эксперимента на каждом контрольном срезе им предлагалось пройти графическую проверку, включавшую три задания на составление кластеров учебной информации. Результаты анализа выражались в процентах, каждое из заданий оценивалось от 1 до 5 баллов (в сумме 15 баллов). Результаты анализа систематичности знаний учащихся представлены на рис. 4.

Рис. 4. Показатели систематичности усвоения знаний учащихся в контрольной и экспериментальной группах по уровням (взято среднее арифметическое значение от четырёх уровней) на констатирующем, формирующем и завершающем этапах

эксперимента

Обобщая результаты педагогического эксперимента, можно говорить об устойчивом росте качества биологических знаний старших школьников в рамках предложенной нами методики. Таким образом, поставленная цель была достигнута, результаты педагогического эксперимента подтвердили гипотезу исследования. В Заключении обобщены результаты диссертационного исследования и сформулированы основные выводы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Изучение философской, психолого - педагогической и методической литературы позволило выявить теоретические основы использования образовательного потенциала средств знаково-символической наглядности в процессах повышения качества биологических знаний учащихся и развитии знаково-символических УУД; сформулировать дефеницию понятия «знаково-символическая наглядность», отражающую сущностные особенности ЗСН, применительно к обучению биологии в школе; разработать классификацию ЗСН используемую в обучении биологии; определить принципы разработки ЗСН в обучении биологии.

2. Сконструирована и разработана система знаково-символической наглядности, представляющая собой совокупность современных форм знаковых средств, таких как фреймы, карты памяти, алгоритмы, метапланы и кластеры. Знаково-символическая система в полной мере отвечает критериям, предъявляемым к знаковым системам в философской и психолого-педагогической литературе, строится в соответствии с принципами конструирования знаково-символической наглядности, теорией развития биологических понятий разработанной коллективом автором под руководством Н. М. Верзилина.

3. Разработана модель методики повышения биологических знаний учащихся средствами знаково-символической наглядности и развитая УУД, включающая целевой, содержательный, организационно-методический, процессуально-деятельностный, оценочно-результативный компоненты. Модель характеризуется многоуровневым проектированием образовательного процесса; оптимальным соотношением теоретической подготовки и практической деятельности; использованием знаков и символов как средств

обучения; расширением видов деятельности обучающихся; отбором эффективных форм организации учебного процесса.

4. Определены, обоснованны и реализованы организационно-педагогические условия, при соблюдении которых обеспечивается повышение уровня качества биологических знаний и развитие УУД учащихся через реализацию системы ЗСН и модель методики её применения. Организационно — педагогические условия подразумевают вовлечение учащихся в знаково-символическую деятельность, их самостоятельную работу по схематизации, кодированию и декодированию знаково-символических средств, а также теоретическую и методическую подготовку учителя, осуществляющуюся на специальных методических семинарах в разделе «Общие биологические закономерности» (9 класс). Как следствие, в результате вышеуказанной деятельности соблюдение методических условий определяет динамику развития знаково-символических, познавательных УУД. Уровень развития УУД коррелирует с интенсивностью применения ЗСН, другими словами знаково-символическая наглядность имеет дополнительный эффект, кроме повышения качества знаний по биологии, её применение влияет и на развитие познавательных знаково-символических универсальных учебных действий.

5. Экспериментально подтверждена эффективность знаково-символической наглядности в обучении биологии как средства повышения качества знаний учащихся по биологии и развития знаково-символических учебных действий. В соответствии с общепринятыми методиками определения качества знаний, для выявления его динамики выбраны такие его количественные показатели, как глубина, полнота, прочность, систематичность. В ходе эксперимента удалось добиться количественного роста качества биологических знаний по всем из упомянутых показателей. Наибольший эффект ЗСН оказывает на систематичность знаний учащихся, которая возросла на 30 %. Меньший эффект ЗСН оказывает на полноту знаний (возросла на 10%). Прочность знаний сохраняла близкие значения на протяжении двух лет экспериментального обучения, что также подтверждает эффективность системы ЗСН. Величина уровня сформированное™ знаково-символических УУД определялась по трём уровням: информационный, репродуктивный, продуктивный, стандартный базовый. Эти данные подтверждаются методами статистической обработки результатов.

В Приложении представлены материалы эксперимента.

Основные положения и содержание диссертации изложены в следующих публикациях общим объемом 10,8 пл.:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Зорков И. А. Особенности использования средств знаково-символической наглядности при обучении биологии в условиях перехода школ к федеральным государственным стандартам второго поколения / И.А. Зорков, Н.З. Смирнова // Вестник Томского государственного педагогического университета (Tomsk State Pedagogical University Bulletin). 2012. № 11 (126). С. 149 - 155 (70% личного участия). 0,71 п.л.

2. Зорков И.А. Повышение качества усвоения биологических понятий средствами знаково-символической наглядности. Вестник Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2012. № 4 (22). С. 102-109. 0,35 п.л.

3. Zorkov I.A. The Use of Sign and Symbolic Visual Aids in Biology Teaching under the Conditions of Schools Shift to the Federal -State Standards of the Second Generation / I.A. Zorkov, N.Z. Smirnova // Journal of Siberian Federal University. Humanities & Social Sciences, 2013. № 9 (6). C. 1320 - 1332 (70% личного участия). 0,90 п.л.

4. Зорков И.А. Формирование и развитие познавательных знаково-символических универсальных учебных действий по биологии в основной школе. Сибирский педагогический журнал. Новосибирск, 2014. №6. С. 44 - 50. 0,70 п.л.

Статьи в других изданиях.

5. Зорков И.А. Средства знаково-символической наглядности в обучении биологии // Материалы IV Всероссийской (с международным участием) научно-методической конференции учителей, преподавателей, студентов и аспирантов дисциплин естественнонаучного цикла «Современное состояние школьного естественнонаучного образования: тенденции и перспективы». Красноярск, 2011. С. 104 - 108. 0,12 п.л.

6. Зорков И.А. Знаково-символическая наглядность в обучении биологии // Материалы X Российско-монгольской научной конференции молодых учёных и студентов «Алтай: экология и природопользование». Бийск, 2011. С. 282 — 287. 0,1 п.л.

7. Зорков И.А. Знаково-символическая наглядность как средство реализации системно-деятельностного в условиях реализации ФГОС второго поколения при обучении биологии // Материалы международной научно-практической конференции «Инновационные подходы к содержанию биологического и географического образования в школе и вузе». Ярославль, 2012. С. 33 - 36. 0,19 п.л.

8. Зорков И.А. Знаково-символические системы в обучении биологии // Материалы международной научно-практической конференции «Педагогические технологии в профессиональной подготовке педагога-воспитателя, социального педагога, педагога-психолога». Барнаул, 2012. С. 198 - 204. 0,14 п.л.

9. Зорков И.А. Применение знаково-символической наглядности в условиях реализации ФГОС при обучении биологии // Материалы ХХП Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука XXI века». Красноярск, 2012. С. 245-250. 0,15 п.л.

10. Zorkov I.A. Sign systems as means of a further effect of learning biology in higher school // Materials of the international research and practice conference Vol II. «Science, Technology and Higer Education». Canada. Westwood, 2012. P. 187 - 191. 0,3 п.л.

11. Зорков И.А. Использование карт памяти для повышения качества усвоения биологических понятий в курсе «Общая биология» (9 класс) // Материалы V Всероссийской (с международным участием) научно-методической конференции учителей, преподавателей, студентов, магистрантов и аспирантов дисциплин естественнонаучного цикла «Современные проблемы естественнонаучного образования: тенденции и перспективы». Красноярск, 2012. С. 76 - 78. 0,11 п.л.

12. Зорков И.А. Знаково-символические системы как средство повышения эффективности обучения биологии / И.А. Зорков, Н.З. Смирнова // Концепт [Электронный ресурс]: научно-методический электронный журнал официального сайта эвристических олимпиад «Совёнок» и «Прорыв». URL: http: www.covenok.ru/concept/2012/1247.htm (70% личного участия). 0,36 п.л.

13. Зорков И.А. Семиотический подход в биологическом образовании // Материалы VI Всероссийской (с международным участием) научно-методической конференции «Современное естественнонаучное образование: достижения и перспективы». Красноярск, 2013. С. 108-112. 0,20 п.л.

Учебно-методические работы.

14. Зорков И.А. Знаково-символическая наглядность в обучении биологии: методическое пособие. Красноярск. 2012, 102 с. 6,75 пл.

Подписано в печать 26.03.2015 г. Формат 60х84'/,6 Бумага офсетная. Печать офсетная. Объём 1,25 Тираж 100 экз. Заказ № 68

Типография РГПУ, 191186, С.-Петербург, наб. р. Мойки, 48