Застосування методів проблемного навчання в процесі вивчення біології

Серед методів стимулювання навчальної ді­яльності учнів провідне місце належить проблемно-пошуковим методам. Методи навчання поділяються на репро­дуктивні й пошукові здавна. Ще в методиці навчання, яку застосовував Сократ, значна увага приділялася вмінню педагога через постановку навідних запитань керувати мисленням учня таким чином, щоб урешті він самотужки дійшов висновків та узагальнень.

Проблемне навчання — це один із тинів розвивального навчання, характерна особливість якого полягає в зближенні психології мислен­ня учнів із психологією навчання. Воно передбачає дослідницьку діяль­ність учня, яка зумовлена проблемною ситуацією й спонукає його фор­мулювати гіпотези й перевіряти їх у ході розумових і практичних опе­рацій.

Проблемна ситуація — це ситуація, для оволодіння якою учень має знайти й застосувати нові для себе знання чи способи дій.

Проблемне завдання — це своєрідний опис проблемної ситуації, що відображує суперечності, сутність яких треба з'ясувати.

Для уроків біології характерні три найважливіших типи проб­лемних ситуацій, які зумовлені специфікою навчального пред­мета:

1) суперечності в самих наукових фактах, наприклад:

Ø птахи пристосовані до польоту, та не всі з них літають;

Ø підтримання сталості внутрішнього середовища організму (гомеостаз) за неперервної мінливості умов зовнішнього середовища;

2) суперечності між обивательськими уявленнями про певний факт та його науковим поясненням, наприклад:

Ø учням зрозуміло, що тяжко хворим дають кисневу маску для підтри­мання дихання, але незрозуміло, чому необхідною її складовою є оксид карбону;

Ø слово «запалення» в учнів зазвичай асоціюється з хворобою, а вчитель пояснює, що це захисна реакція організму;

3) суперечності між набутими знаннями й новими фактами, які учні не можуть пояснити, наприклад:

Ø якщо в легенях немає м'язових волокон, то за рахунок чого вони мо­жуть розширюватись і стискатись? Як це відбувається?

Ø мутації здебільшого є шкідливим для окремих організмів. Яким чином вони відіграють важливу роль в еволюції видів?

Виокремлюють такі етапи проблемного навчання:

Ø постановка проблемного завдання;

Ø виникнення проблемної ситуації;

Ø висунення гіпотез;

Ø перевірка та доведення припущень;

Ø висновки.

Надзвичайно важливі точні й правильні постановка завдання, фор­мулювання запитання. Від цього залежить успішність їх виконання. Проблемні запитання мають характерний стиль:

Чому..., хоча..? Наприклад: «Чому вдихания чистого кисню шкідливе, хоча кисень життєво необхідний для організму?»; «Чому зуби бобра не сточуються, не зменшуються в розмірі, хоча він усе життя гризе дере­вину?»

Чому..., незважаючи на..? Наприклад: «Чому кров в артеріях не повер­тається назад, незважаючи на відсутність перешкод?»

Якщо..., то чому..? Наприклад: «Якщо біль неприємний для людини, то чому його називають захисною реакцією організму?»

Якщо..., то чи можна..? Наприклад: «Якщо в організм людини потрапив білий фосфор, то чи можна їй дати молоко як протиотруту?»

Однак важлива не лише форма проблемних запитань, а й правильна їх постановка.

Наприклад: «Якщо качконіс належить до ссавців, то чому він несе яй­ця?» Зазвичай діти відповідають, що йому так хочеться або через свою бу­дову. Запитання слід сформулювати так: «Якщо качконіс несе яйця, то чо­му він належить до класу ссавців?» Тепер діти шукатимуть ті ознаки, за якими качконоса віднесено до класу ссавців, а не до класу птахів.

Методи проблемного навчання ґрунтуються на самостійній пізнава­льній активності учнів. У процесі проблемного навчання використову­ються методи різних рівнів складності. Це дає змогу диференційовано підходити до вивчення матеріалу.

Виокремлюють чотири рівні проблемного навчання за­лежно від застосовуваних методів і ступеня пошукової самостійності:

1) проблемний виклад навчального матеріалу;

2) вчитель створює проблемну ситуацію, а учні долучаються й ра­зом розв'язують її;

3) вчитель створює проблемну ситуацію, а учні самостійно розв'я­зують її;

4) вчитель лише підводить учнів до проблеми, а вони самостійно формулюють проблемне завдання й розв'язують його.

За проблемного викладу матеріалу вчителем ступінь пізнавальної активності учнів найнижчий. Виокремлюють два види проб­лемного викладу — монологічний та показовий, які різняться не лише прийомами, а й рівнем проблемності та пізнавальної самостійно­сті учнів.

За монологічного проблемного викладу активізація розумової діяль­ності учнів досягається за рахунок:

Ø створення проблемної ситуації через постановку проблемного запи­тання;

Ø використання додаткового матеріалу з елементами новизни;

Ø емоційності викладу та збудження інтересу учнів до навчального матеріалу за допомогою наочності.

Учитель сам пояснює суть нового матеріалу, дає учням готові нау­кові висновки, але робить це в умовах проблемної ситуації, підвищено­го інтересу учнів до вивчення.

Монологічний виклад — найдоступ­ніший для вчителя метод, хоча менш ефективний для активізації пізна­вальної діяльності учнів. Його застосовують у разі:

Ø великої складності матеріалу;

Ø браку часу на уроці;

Ø відсутності в учнів навичок проблемного учіння.

Такий виклад спонукає учнів стежити за логікою вчителя, контро­лювати правильність кожного судження: якщо вчитель недостатньо коректно й непослідовно розв'язує проблему, то учні ставлять запитан­ня, висловлюють сумніви, заперечують.

Метод показового проблемного викладу рекомендується викорис­товувати в двох варіантах. Розглянемо їх.

Перший варіант викладу вчитель обирає тоді, коли на матеріалі з іс­торії даної науки учням показується логіка розкриття вченим суті яви­ща, факту. Створивши проблемну ситуацію, вчитель аналізує факти, робить висновки й узагальнення. В такий спосіб він демонструє шлях наукового пізнання, пропонує учням стежити за логікою мислення вче­ного, робить їх ніби співучасниками наукового пошуку. Для активізації розумової діяльності учнів учитель:

Ø створює проблемну ситуацію;

Ø показує логіку мислення вченого на шляху до істини (помилки, не­вдачі, успіхи й способи вирішення наукової проблеми);

Ø емоційно викладає для збудження інтересу учнів до життя вченого, до історії наукових відкриттів.

Якщо матеріал не дає змоги відтворити історію відкриття, то вчи­тель може застосувати другий варіант: логічним аналізом відомих фраг­ментів реконструювати шлях відкриття. Для цього вчитель:

Ø створює проблемну ситуацію, ставлячи запитання чи проблемну за­дачу;

Ø аналізує ситуацію й формулює проблему;

Ø висуває припущення, гіпотези;

Ø доводить гіпотези.

■ Наведемо приклад використання методу монологічного проблемного викладу на уроці з теми «Рух крові судинами. Нейрогуморальна регуляція кровообігу».

Вчитель ставить запитання: «Чому рух крові судинами відбувається безперервно, хоча серце виштовхує Ті в артерії періодично?» Це поясню­ється тим, що кров, яка виштовхується в артерії під час скорочення шлуноч­ків серця (систола), розтягує їхні стінки, які завдяки своїй еластичності під час діастоли скорочуються, що й забезпечує безперервну течію крові.

«Що ще примушує кров рухатися судинами?» Різниця тисків на початку та наприкінці великого та малого кіл кровообігу. «Якщо тиск неоднаковий у різних частинах кровоносної системи, то де він більший, а де менший?» Поміркуймо: кров рухається від серця в артерії й далі судинами організму; за законом фізики рідина рухається від ділянки з вищим тиском до ділянки з нижчим тиском, тож найвищий тиск буде в аорті (120—130 мм рт. ст.), а найнижчий — наприкінці великого кола кровообігу в порожнистих венах (З—8 мм рт. ст.).

Поступово учнів слід залучати до розв'язання проблемних завдань. Цьому сприяє частково пошуковий метод, який передбачає здійснен­ня учнями під керівництвом учителя певних розумових операцій або практичних дій для розв'язання навчальних завдань. При цьому задіюються не лише пам'ять, а й мислення учнів. За цього методу учні можуть брати активну участь у висуванні гіпотез, пошуку шляхів їх пе­ревірки й формулюванні окремих і загальних висновків. Учитель заз­вичай створює проблемну ситуацію, чітко визначає проблему й формулює висновки, а решту етапів учні здійснюють самостійно або за допомогою вчителя.

Пізнавальна самостійність учнів поступово підвищується і з часом вони можуть самотужки розв'язувати проблемні завдання. Тоді част-ковопошуковий метод навчання змінюється дослідницьким.

На різних етапах навчання біології залежно від підготовленості уч­нів частково пошуковий метод реалізується по-різному: у формі еврис­тичної бесіди або самостійної роботи учнів.

Евристична бесіда —це обговорення навчальної проблеми. Зі словесних методів саме бесіда (а не виклад) дає змогу залучити учнів до пошуку істини. Завдання вчителя — спланувати кроки пошуку й по­ділити проблемне завдання на окремі проблеми. Евристична бесіда, на відміну від репродуктивної, має такі особливості:

Ø спрямованість на розв'язання нової для учнів проблеми;

Ø логічний взаємозв'язок запитань учителя та відповідей учнів, що за­безпечує поетапне розв'язання проблеми;

Ø проблемний характер більшості запитань;

Ø самостійний пошук учнями відповідей на поставленні запитання, що сприяє набуттю нових знань;

Ø наведення переконливих доказів для розв'яання поставленої про­блеми.

■ Наприклад, у формі евристичної бесіди доцільно провести перший урок із теми «Травлення» (розділ «Людина», 8 клас). Тема уроку — «Значення травлення. Будова й функції органів травлення. Методи дослідження трав­лення».

Мотивуючи навчально-пізнавальну діяльність, учитель формулює про­блемне запитання: «Чому білки, жири й вуглеводи в разі безпосереднього введення в кров спричиняють загибель людини, а якщо проходять через травний канал, то стають корисними й засвоюються організмом?»

Аби учні могли правильно відповісти на це запитання, вчитель пропо­нує їм з'ясувати сутність таких понять: «травлення» й «живлення», «роз­щеплення» й «засвоєння речовин». Після цього вчитель запитує: «Чи мо­жуть поживні речовини (білки, жири, вуглеводи та інші), які входять до складу продуктів харчування, легко засвоюватися клітинами організму? Як це пов'язане з проникністю клітинних мембран?» Далі потрібно з'ясу­вати хімічну природу білків, жирів, вуглеводів як біополімерів та як відбу­ваються їх синтез і розщеплення до мономерів.

Питання видової специфічності білків, жирів, вуглеводів усвідомлю­ється учнями після повторення критеріїв виду, насамперед біохімічного — подібність складу хімічних речовин і реакцій, що з ними відбуваються. Да­лі вчитель пропонує пригадати з курсу хімії, як можна прискорити хімічні реакції, адже розщеплення складних речовин до простих — це реакції роз­кладу. Учні згадують про каталізатори. Вчитель повідомляє про біоката- лізатори — ферменти, їхню будову, дію та основні групи.

Самостійна робота учнів (теоретична або експерименталь­на) як засіб реалізації частково пошукового методу має захоплювати учнів не лише можливістїо зробити дослід чи виконати іншу дію, а й внутрішньою суттю, логікою думки.

■ Наприклад, розглянемо виконання учнями самостійної роботи з теми: «Визначення частоти пульсу за різних станів організму» за короткою ін- струкцією-планом.

Знайти місця, де добре промацується пульс (на променевій артерії).

Зважаючи на зв'язок між пульсом і частотою серцевих скорочень (ЧСС), визначити ЧСС у стані спокою.

Визначити ЧСС після навантаження.

Визначити ЧСС після одно- й п'ятихвилинного відпочинку.

Результати звести в таблицю (табл. 8.2).

Таблиця 8.2. Пульс за різних станів організму

5. Зробити висновки (за варіантами): • як залежить ЧСС від фізичного навантаження;

корисне чи шкідливе фізичне навантаження, оскільки внаслідок нього змінюється ЧСС;

як і чому відрізняється ЧСС після фізичного навантаження в тренова­них і нетренованих людей?

Дослідницький методу що є основним методом здобуття досвіду творчої діяльності, характеризується найвищим рівнем самостійної пізнавальної активності учнів. Сутність цього методу зумовлена його функціями:

Ø формування рис творчої діяльності;

Ø організація творчого засвоєння знань (навчає застосовувати відомі знання для розв'язання проблемних завдань);

Ø забезпечення оволодіння методами наукового пізнання в процесі діяльності;

Ø формування інтересу, потреби в творчій діяльності.

Дослідницькі завдання можуть бути текстовими, графічними, прак­тичними, складеними на наочно-образному матеріалі; за обсягом — невеликі (розв'язуються протягом кількох хвилин) і великі (розв'язу­ються протягом кількох уроків). Іноді дослідницьким завданням вва­жають дослідження за інструкцією. Це неправильно, бо інструкція ви­ключає творчий пошук.

Дослідницьке завдання передбачає певний цикл самостійних нав­чально-пізнавальних дій учнів: збирання інформації, її аналіз, самос­тійна постановка проблеми, її розв'язання, перевірка результату й зас­тосування нового знання на практиці.

■ Наприклад, розглянемо розв'язання такого проблемного завдання: «Поя­снити легкість трубчастих кісток за одночасної міцності».

Гіпотеза: «Напевне, це пояснюється певним складом кісток та їхньою будовою».

Можливі шляхи розв'язання проблеми:

Ø самостійні спостереження — розгляд натуральної кістки, виявлення внутрішньої порожнини й особливого розміщення кісткових перекла­дин у голівках довгих кісток;

Ø пошукова бесіда про особливості будови кісткової тканини, роль труб­частої форми кісток;

Ø пояснення вчителя — фактичні дані про міцність кісток, принцип будо­ви губчастої тканини;

Ø демонстраційний дослід — з'ясування ролі органічних і мінеральних речовин, що входять до складу кісток.

Самостійний висновок: «Міцність кісткам надають щільна поверхня, особливе розташування кісткових перекладин, які протидіють лініям мак­симального навантаження. Трубчаста форліа, губчаста будова, хімічний склад (поєднання органічних і неорганічних речовин), наявність порожни­ни у трубчастих кістках роблять їх водночас легкими й міцніти».

Отже, проблемне навчання в шкільній практиці реалізується за до­помогою багатьох методів, вибір яких зумовлюється можливістю залу­чення учнів до пізнавальної діяльності певного рівня складності й са­мостійності.

На різних етапах уроку доцільно застосовувати різноманітні методи проблемного навчання з певною метою: на етапі мотивації навчаль­ної діяльності — для створення позитивних мотивів учіння; на етапі сприймання інформації — для прояву пізнавальної самостійності уч­нів; на етапі оперування поняттями — для перевірки вмінь учнів засто­совувати свої знання на практиці, на реконструктивному й творчому рівнях.

До педагогічних умов підвищення ефективності про­блемного навчання належать:

Ø правильність формулювання проблемного запитання, що полягає в чіткому відображенні суперечності;

Ø нестандартність, новизна, оригінальність методичних прийомів створення проблемних ситуацій;

Ø систематичне застосування різноманітних методів проблемного на­вчання відповідно до рівня пізнавальної самостійності учнів;

Ø готовність учителя керувати розумовими процесами школярів під час теоретичного або експериментального розв'язання проблеми.