science-review.ru
Школьники Российской Федерации, участвовавшие в последних исследованиях PISA, демонстрируют не слишком высокий уровень естественнонаучной грамотности, при этом уже с 2000 г. на всех циклах исследования PISA не прослеживается положительная динамика результатов. Естественнонаучное образование в российской школе, которое характеризуется «разрозненностью учебных предметов и непониманием общих задач» [1, с. 95], А.Ю. Пентин, Г.Г. Никифоров, Е.А. Никишова считают основной причиной сложившейся ситуации. Таким образом, перед школьным отечественным образованием стоит задача разработки и внедрения в практику системы формирования естественнонаучной грамотности школьников, в том числе на основе «модернизации содержания и методов обучения» [1, с. 81].
Вышеназванные проблемы и определили цель инновационной деятельности Рождественской средней школы Собинского района Владимирской области – проектирование системы совершенствования естественнонаучных компетенций обучающихся в условиях терминального компьютерного класса как элемента информационно-технической инфраструктуры цифровой образовательной среды школы.
Реализация поставленной цели потребовала решения следующих конкретных задач:
1) уточнить перечень естественнонаучных компетенций, формируемых в рамках образовательного проекта «Агрокласс»;
2) спроектировать методическую систему оптимизации естественнонаучного образования в общеобразовательной школе с применением цифровых технологий;
3) разработать систему заданий по естественнонаучной грамотности, включающих формирование у обучающихся метапредметных компетенций, в том числе умения выходить за пределы учебных ситуаций с использованием возможностей компьютерного оборудования терминального класса.
Материалы и методы исследования
При проведении исследования были использованы следующие методы: анализ научно-методической литературы, анализ и интерпретация промежуточных результатов реализации региональной программы инновационной деятельности Рождественской основной школы Собинского района Владимирской области по теме «Совершенствование контроля формирования естественнонаучных компетенций обучающихся в условиях модернизации информационно-технической инфраструктуры цифровой образовательной среды современной школы». В эксперименте приняли участие обучающиеся 7 и 9 классов в рамках образовательного проекта «Агрокласс», а также педагоги школы (начальной школы и предметов естественнонаучного цикла, информатики) и администрация.
Результаты исследования и их обсуждение
Методологическое обоснование понятия естественнонаучной грамотности (ЕНГ) дается в трудах Л.М. Перминовой с позиций системного и культурологического подходов [2, с. 165], что позволяет трактовать язык естественнонаучного знания как знаковую систему. В работах ученого выделяется три вида ЕНГ: общекультурная, допрофессиональная и методологическая. Кроме того, Л.М. Перминова акцентирует внимание на важности умения «решать стандартные жизненные ситуации на основе прикладных знаний» [2, с. 163] и «потребностно-мотивационной составляющей» ЕНГ [2, с. 164].
Под естественнонаучной грамотностью М.Ю. Демидова, Д.Ю. Добротин, В.С. Рохлов понимают «способность человека занимать активную гражданскую позицию по вопросам, связанным с развитием естественных наук и применением их достижений, его готовность интересоваться естественнонаучными идеями» [3, с. 9]. Процесс формирования любых компетенций определяется возрастными особенностями школьника и напрямую зависит от «усложнения используемого содержания, постепенного перехода от эмпирического к теоретическому подходу в обучении» [3, с. 10].
А.Ю. Пентин, Г.Г. Никифоров, Е.А. Никишова считают, что следует расширить содержание заданий для начальной школы и 5 класса, объем которых «не может ограничиваться содержанием изучаемых естественнонаучных программ, но должен также опираться и на внешкольный опыт учащихся» [1, с. 80].
Кроме того, цифровая трансформация образования привела к представлению заданий в рамках циклов исследования PISA в компьютерной форме, что дает возможность проверки у обучающихся понимания специфики естественнонаучного исследования (методологической компетенции). Цифровые среды дают возможность моделировать «различные естественнонаучные исследования и более точно оценивать такие умения, как планирование исследования, выбор данных для подтверждения или опровержения гипотезы и т.п.» [3, с. 14].
Таким образом, анализ научных исследований по теме дал основание для уточнения перечня определяющих ЕНГ компетенций: научное объяснение явлений; понимание основных особенностей естественнонаучного исследования; интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов [1, с. 88].
Перечень компетенций и компонентов определяет основные требования к разработке системы заданий по формированию и оцениванию ЕНГ:
1) задания должны не только проверять перечисленные выше компетенции, но и опираться на реальные жизненные ситуации [1, с. 83];
2) рекомендуется рассматривать жизненные ситуации в трехуровневой системе: личностный уровень, который связан с личностью обучающегося и ближним кругом его общения; локальный уровень, определяемый местным сообществом; наконец, глобальный уровень, связанный с проблемами мирового масштаба [1, с. 86];
3) следует учитывать возраст обучающихся: для младшего подросткового возраста (начальные классы, 5–6 классы) формирование компетенций ЕНГ опирается на жажду познания, естественную любознательность и склонность к исследованию всего нового и необычного обучающихся этой возрастной группы. К 7-му классу начинает формироваться мировоззрение и определяется гражданская позиция подростка, что дает возможность обсуждать проблемы естественнонаучного образования локального или глобального уровней;
4) появление в учебном плане такого предмета, как физика, где одной из основных задач является формирование навыков экспериментального исследования, дает возможность включения в систему заданий процедурного типа [1, с. 91];
5) также начиная с 7-го класса необходимо систематически вводить открытые задания с развернутым аргументированным ответом. Подобные задания развивают логическое мышление, способствуют формированию навыков устной и письменной коммуникации;
6) открытые устные высказывания необходимо сопровождать ситуацией обсуждения сопровождения высказываниями других обучающихся и педагога, что в свою очередь способствует совершенствованию речевых умений и навыков аргументации [1, с. 93];
7) важной составной частью системы заданий по формированию компетенций ЕНГ являются задания на развитие метапредметных умений и навыков, а также способности применять биологические знания, умения и навыки в нестандартных ситуациях. Эти задания носят интегрированный характер и включают информацию из области предметов естественнонаучного цикла: биологии, химии, географии, физики, охватывающие разные темы, которые становятся предметом проверки в рамках исследований PISA.
8) наконец, система заданий по ЕНГ должна включать ситуации, в которых обучающийся выбирает из предложенных методов наиболее оптимальный или самостоятельно конструирует уникальный метод решения задания (задание высокого уровня сложности).
Подводя итог, следует отметить, что система заданий для формирования и оценки уровня ЕНГ должна включать следующие компетенции обучающихся: умение использовать естественнонаучные знания в реальных жизненных ситуациях; выявлять проблемы, которые являются объектом естественнонаучного знания и могут быть решены с помощью научных методов; владеть методами естественнонаучного исследования и методами научного исследования в целом; описывать, объяснять и прогнозировать естественнонаучные явления; на основе полученных в результате эксперимента данных делать выводы в четких формулировках с использованием научной терминологии.
Методика конструирования контекстных заданий, которые рассматриваются как эффективное средство формирования ЕНГ в условиях, максимально приближенных к реальной жизни, разработана в научных трудах Д.С. Ямщиковой [4].
Условия формирования и способы диагностики компонентов ЕНГ (компетентностного, когнитивно-содержательного, контекстного, мотивационно-ценностного) подробно рассмотрены в исследовании Е.А. Шимко [5].
Помимо программы внеурочной деятельности «Агрокласс», педагогами школы были разработаны модели учебных занятий с использованием программы Veyon терминального класса: по биологии по теме «Плоские черви» (7 класс); по географии по теме «Географическое положение Евразии» (7 класс); по химии по теме «Спирты» (9 класс).
Для контроля сформированности отдельных компонентов ЕНГ (интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов) применяются задания, выполняемые на тонких клиентах в терминальном компьютерном классе. Терминальный компьютерный класс школы базируется на технологиях XRDP и миникомпьютерной и микрокомпьютерной технике (Raspberry Pi и др.) и отечественном программном обеспечении Linux ALT Образование. Учитель-тьютор контролирует и активно участвует в ходе занятия, применяя программу Veyon.
Для достижения цели занятия педагоги школы используют на уроках прикладные задания, основанные на реальных жизненных ситуациях – стандартных и нестандартных, самостоятельную работу учащихся с научной и научно-популярной литературой и др.
В качестве примера приведем описание хода занятия внеурочного курса «Агрокласс» по теме «Изучение качественного состава почв на территории МБОУ «Рождественская СОШ». Форма занятия – урок с применением цифровых ресурсов. Форма организации: групповая, работа в малых группах. Необходимое оборудование и материалы для урока: компьютер с выходом в интернет; интернет-портал «Почвоведение»; рабочая тетрадь; образцы почв; набор химической посуды и реактивов; универсальная индикаторная бумага, растворы 20 % соляной кислоты, карбоната натрия, хлорида серебра, нитрата натрия.
Во время занятия ученики 7 класса обобщают и закрепляют знания по теме «Изучение качественного состава почв на территории МБОУ «Рождественская СОШ». Для решения поставленных на занятии задач используются традиционные средства обучения (учебные пособия и оборудование) и современные цифровые технологии (различные сервисы, симуляторы и тренажеры), которые дают возможность разнообразить методы обобщения и закрепления.
В начале занятия педагог организует актуализацию ранее изученного материала по теме (плодородие почв, питательные вещества для рассады и др.), организует обсуждение, помогает сформулировать вопросы, определить тему занятия и цель предстоящей работы. Обучающиеся воспроизводят в устной и графической форме известные сведения.
Далее следует поиск решения проблемы (исследовательский этап). Преподаватель предлагает проблемную ситуацию из реальной жизни, инициирует самостоятельное формулирование проблемы и гипотезы проекта (кислотность почвы влияет на качество урожая на территории школы); организует поиск способов получения нового знания для решения проблемы.
Педагог выдает тексты для чтения и анализа и организует обмен информацией и ее обсуждение. Особое внимание уделяется применению полученных знаний для решения поставленной задачи, доказательства своей точки зрения.
На практическом этапе педагог предлагает выбрать и обосновать способы и методы определения питательных веществ в почве и составление картограмм; организует диалог и обсуждение решений между обучающимися.
На контрольно-оценочном этапе объектами оценки являются результаты деятельности обучающегося, презентация полученного продукта, а также наблюдение за способами деятельности, владение которыми демонстрирует обучающийся во время проведения занятия.
Завершающим этапом занятия становится рефлексия учебно-исследовательской и экспериментальной деятельности (осмысление процесса и результата деятельности). Педагог предлагает оценить уровень достижения цели урока, ответить индивидуально на вопросы рефлексивного листа или анкеты.
Помимо образовательного процесса работу по формированию ЕНГ обучающихся в школе поддерживает методическая система, спроектированная по нескольким направлениям.
1. Включение в план внеурочной деятельности образовательных событий, направленных на совместную работу всего педагогического коллектива по формированию ЕНГ (межпредметные недели, учебно-исследовательские конференции, межпредметные марафоны, экскурсии в учебные заведения профессионального образования, ботанические сады, станции юных натуралистов и др.); Неделя естественнонаучной грамотности (открытые уроки, викторины, диагностика обучающихся и др.).
2. Формирование банка заданий по направлению «естественнонаучная компетентность» у обучающихся на основе образцов, разработанных ФГБНУ «Институт стратегии развития образования Российской академии образования».
3. Повышение уровня профессионализма учителей-предметников: участие в вебинарах по формированию и оценке функциональной грамотности обучающихся, участие в марафоне функциональной грамотности Академии Минпросвещения России, проведение заседаний методического объединения учителей-предметников по вопросам формирования и оценки функциональной грамотности, педагогического совета «Формирование функциональной грамотности обучающихся как ключевого ориентира для совершенствования качества образования»; работа с электронным банком заданий для оценки функциональной грамотности (естественнонаучная компетентность) на сайте РЭШ; обучение педагогов по индивидуальным образовательным маршрутам с учетом профессиональных дефицитов в области формирования функциональной грамотности обучающихся; взаимопосещение уроков с целью обмена опытом по формированию функциональной грамотности и др. мероприятия.
4. Подготовка педагогов к применению цифровых образовательных ресурсов и распространение успешных практик в муниципальном сообществе; вебинары по обмену опытом в области цифровых технологий («горизонтальное» обучение).
5. Особое значение для повышения мотивации обучающихся к занятиям по формированию ЕНГ имеет организация в рамках эксперимента ученического ИТ-патруля по обслуживанию компьютерного класса (формат «дети учат взрослых»).
6. Организация разъяснительной работы с родителями обучающихся по вопросам формирования функциональной грамотности: родительские собрания «Формируем функциональную грамотность обучающихся – учимся для жизни»; информирование через информационные стенды; организация семейных мероприятий, связанных с работой на земле.
Анализ результатов реализации образовательного проекта «Агрокласс» дает основание говорить о повышении уровня сформированности ЕНГ обучающихся 7 и 9 классов по выделенным выше критериям. Психолого-педагогические исследования уровня мотивации обучающихся к изучению предметов естественнонаучного цикла свидетельствуют о том, что уровень мотивации обучающихся, вовлеченных в проект «Агрокласс», выше на 50 % по сравнению с остальными сверстниками. Результатом проведения плана профориентационных воспитательных мероприятий для обучающихся и целенаправленной работы с родителями при активном участии руководства и работников агропромышленного комплекса «ЗАО имени Ленина села Рождествено» стало увеличение количества выпускников, которые решили связать свою дальнейшую судьбу с агропромышленным комплексом и вернуться после обучения в родное село. Система мер по повышению уровня профессионального мастерства педагогов, в том числе в сфере цифровых технологий, привела к тому, что вдвое увеличилось количество педагогов, использующих в своей практике компьютерный класс. Кроме того, увеличилась загрузка компьютерного класса (с 2–3 раз в неделю в 2022 г. до ежедневного использования в 2024 г.).
Результаты инновационной деятельности неоднократно обсуждались на совещаниях и тематических семинарах на муниципальном и региональном уровне. Методические разработки педагогов размещены на интернет-порталах сетевых педагогических сообществ.
Заключение
В ходе исследования было доказано, что эффективность процесса формирования ЕНГ определяется системой методической работы школы, включающей интегрированные контекстные задания в рамках реализации программы внеурочной деятельности, комплекс общешкольных мероприятий, образующих уникальную систему совершенствования ЕНГ обучающихся школы; использование компьютерного оборудования терминального класса, базирующегося на технологиях XRDP, миникомпьютерной и микрокомпьютерной технике (Raspberry Pi и др.) и отечественном программном обеспечении Linux ALT «Образование»; подготовку педагогов к применению цифровых образовательных ресурсов в педагогической деятельности и распространение успешных практик формирования ЕНГ в муниципальном сообществе.