Создание данной теории физической наукой оказало революционное влияние на все остальные науки естественнонаучного цикла и во многом предопределило стратегию их дальнейшего развития. Не составила исключения и биологическая наука, использовавшая «плоды» этой теории не только напрямую – от физики, но и от смежной науки – химии, которая применила основные идеи электронной теории вещества для объяснения механизмов химических реакций, протекающих как в неживой, так и в живой природе.

В нашем исследовании реализация постулатов и методов электронной теории вещества при изучении курсов химии и биологии позволила учащимся предвидеть в каждом конкретном случае, какие молекулы будут играть роль доноров, а какие – акцепторов электронов, что, несомненно, открывает большие перспективы в управлении химическими реакциями, а также физиолого-биохимическими процессами клеток, лежащими в основе их жизнедеятельности, как в норме, так и при патологии. Электронная теория вещества, как фундаментальная методология, позволила выявить физико-химическую сущность физиологических процессов на элементарном уровне, понять взаимосвязь физических, химических и биологических явлений, а через них и взаимосвязь (преемственность) форм движения материи.

Выбор функционального подхода в качестве содержательной основы преемственности курсов физики, химии, биологии предопределен двумя аспектами: длительной исторической проверкой и эффективностью данного метода в рамках естествознания и новым уровнем его теоретической обоснованности в рамках кибернетики.

Функциональный подход как разновидность системного подхода выполняет важную методологическую роль при изучении функций и явлений живых и неживых систем. Метод позволяет создать гипотетические модели их организации, которые затем проверяются практикой. Функциональный подход служит целям управления сложными системами. Его использование в единстве с частными методами исследования позволяет вскрыть новые количественные и качественные закономерности изучаемых процессов и явлений в природных системах, управлять ими и получать от них максимальную пользу.

Усвоение функционального подхода и умение его использовать на практике важно не только для ученых, но и для учащихся, которые в процессе обучения «следуют по тропе открытий», освоенных наукой. Данной методологией должны владеть и студенты, и учащиеся школ, у которых значительную сложность представляет систематическое развитие понятий и умений физиологического характера. Наше исследование показало, что осмысление потенциальных возможностей функционального подхода и его использование при изучении природных систем в школьных курсах физики, химии, биологии расширило границы его применения и понимания других научных методологий, которые в иерархической лестнице являются общими (системный подход и материалистическая диалектика) и способствуют интеграции естественнонаучных знаний, а также методов познания окружающего мира.

В четвертой главе «Методические основы формирования фундаментальных естественнонаучных понятий» показано, что эффективная реализация методологических и содержательных основ преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях МПС с помощью современных методов и форм познания возможна лишь при выполнении двух важнейших условий: кардинальной реконструкции базисного учебного плана и содержания естественнонаучных дисциплин на основе учения о генетической связи форм движения материи и реализации на практике принципа единства содержательного и процессуального компонентов обучения. Эти условия были выполнены и отражены в Новой концепции естественнонаучного образования, основанной на опережающем изучении курсов физики и химии, разработанной академиком РАН А.В. Усовой; учебных программах, разработанных авторским коллективом; экспериментальных учебниках физики, подготовленных М.Д. Даммер; учебно-методических комплексах, разработанных М.Ж. Симоновой и С.М. Похлебаевым. Выполнение данных условий при осуществлении нашего эксперимента обеспечило выработку единого подхода к формированию понятий и умений, общих для курсов физики, химии, биологии, а также согласованную деятельность учителей по раскрытию перед школьниками единых требований к усвоению фундаментальных естественнонаучных понятий и овладению учебно-познавательными умениями.

Выбор методических средств и приемов по реализации преемственности физики, химии, биологии в условиях МПС был обусловлен содержанием обозначенных нами фундаментальных естественнонаучных понятий: «вещество», «энергия», «диффузия», «информация», «форма». Данные понятия имеют высокий уровень абстракции, через них раскрывается содержание атрибутов материи – движения, взаимодействия, отражения, а потому они являются системообразующими понятиями при формировании естественнонаучной картины мира, элементы которой закладываются при изучении естественнонаучных дисциплин в основной школе. Вместе с тем, анализ результатов констатирующего эксперимента показал, что уровень усвоения этих понятий учащимися к моменту окончания школы низкий.

При разработке нашей методической системы, призванной обеспечить преемственность методологических и содержательных основ в процессе изучения курсов физики, химии, биологии в условиях МПС мы опирались на исследования П.Я. Гальперина, Е.Н. Кабановой-Меллер, И.Я. Лернера, Н.А. Менчинской, А.В. Усовой и др. в которых показано, что понятие, данное учащимся извне, формируется в той мере, в какой является продуктом его мыслительной деятельности. Процесс овладения понятиями происходит постепенно, через последовательные этапы, на которых оно обогащается новыми признаками, выстраивается иерархия признаков. Реализация этой идеи в рамках нашего эксперимента осуществлялась через конструирование системы понятийных моделей. Исходное конструирование учащимися (при содействии учителя) обобщенных моделей высокого уровня интеграции, отражающих иерархию и взаимосвязь фундаментальных естественнонаучных понятий, позволяло сформировать у них общую абстракцию этой системы понятий, вызывающую положительную мотивацию; в дальнейшем эти модели служили своеобразной стратегией (методологией) формирования естественнонаучных знаний. Наполнение же этой абстрактной системы конкретным содержанием происходило в процессе изучения отдельных курсов и осуществлялось на основе частных моделей, позволяющих подавать информацию постепенно, небольшими порциями и в те периоды обучения, когда потребность к овладению знаниями у учащихся была достаточно высокой, а интерес к практическому их применению был устойчив. Предлагаемый нами подход позволил выявить возможность преемственности между курсами физики, химии, биологии не только на уровне явлений, но и на уровне сущности, что дало возможность вывести межпредметные связи курсов естественнонаучного цикла на теоретический уровень и на этой основе сформировать у школьников естественнонаучное мышление.

В работе представлены способы, приемы и средства реализации процессуальных МПС, использованные на различных дидактических этапах формирования фундаментальных естественнонаучных понятий. Наиболее эффективными оказались подходы и способы, направленные на обучение школьников обобщенным приемам работы с учебной и дополнительной литературой, проведения наблюдений и постановки опытов, изучения структурных элементов знаний на основе обобщенных планов деятельности, формирующие ориентировочную основу действия (ООД) третьего типа. Сформированные на их основе умения, обладающие свойством широкого переноса, использовались учащимися при решении многих познавательных и практических задач, а также позволяли сформировать организационные, оценочные умения и умения контролировать свою деятельность, вносить коррективы в имеющиеся знания.

Эффективным средством формирования обозначенных нами фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях экспериментального обучения было использование проблемных заданий и задач, требующих комплексного применения знаний. Это явилось важным условием поддержания интереса, активности и роста самостоятельности школьников при осуществлении межпредметных связей в процессе развития понятий в курсах физики, химии, биологии. Примеры таких задач и заданий представлены в диссертационном исследовании.

Реализации дидактического принципа преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях МПС в процессе формирования фундаментальных естественнонаучных понятий способствовало рациональное сочетание всего спектра форм учебных занятий: интегративных уроков, межпредметных конференций, комплексных семинаров и практических работ, методика проведения которых опубликована нами в методических рекомендаций.

Разработанная нами методическая система позволяет:

- обосновать приоритетность методологических основ содержания обучения;

- помочь учащимся овладеть рациональными методами самоорганизации своей деятельности по осуществлению принятых целей учебного и общественного характера;

- привить учащимся склонность к самообразованию, самосовершенствованию, к творческой деятельности;

- развить индивидуальные творческие потенции каждого ученика;

- ознакомить учащихся с модельным характером науки и образования;

- взять на вооружение предложенную нами модель, отражающую уровни научного знания, его онтогенез и формы познания, лежащие в основе каждого из этих уровней.

- определить место моделей в структуре научного знания;

- овладеть методом моделирования как важнейшим методом познания и как учебным средством для многих дидактических целей (наглядности, запоминания и т.д.);

- выявить специфику метода моделирования, позволяющую одновременно задействовать («сопрягать») формы чувственного и рационального познания;

- самостоятельно интегрировать знания и выражать это в виде образно-знаковых моделей разного уровня обобщения;

- использовать модели как средство интерпретации абстрактных понятий или отношений между реальными объектами;

- осознать эвристическую функцию моделей;

- обогатить методологический аппарат учащихся;

- повысить теоретический уровень мышления;

- сформировать естественнонаучное мировоззрение;

- повысить мотивацию школьников к учебным предметам и к учению, сделать их учебную деятельность более осмысленной и продуктивной.

Кроме того, методическая система, разработанная нами, позволила в рамках курсов физики, химии, биологии решить в комплексе три основополагающие задачи современной дидактики: создать условия для формирования творческой личности; включить учащихся в деятельность по развитию теоретического интегративного мышления; сформировать системные знания.

Результаты нашего эксперимента свидетельствуют, что методологические и фундаментальные естественнонаучные знания (понятия, законы, теории) обеспечили не только глубокую преемственность курсов физики, химии, биологии в условиях МПС, но и формирование естественнонаучного мышления (сознания) учащихся и их личностные качества, в силу того что познанные ими закономерности природы стали общими законами их мыслительной деятельности.

Практическое осуществление предлагаемой методической системы позволило сформировать у школьников умения и навыки выполнять задания творческого характера, требующие комплексного применения знаний физики, химии и биологии, которые необходимы для решения проблем как в области науки (пусть даже на примитивном уровне), так и повседневной практики.

В пятой главе «Методика проведения и результаты педагогического эксперимента» раскрываются задачи, методика проведения педагогического эксперимента, критерии эффективности реализации в учебном процессе разработанной системы формирования и развития фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях МПС, результаты педагогического эксперимента и их анализ.

Педагогический эксперимент проводился в МОУ №№ 80, 99, 102,124 г. Челябинска, МОУ № 4 г. Аши Челябинской области. В экспериментальных классах основной школы обучение учащихся осуществлялось в соответствии с разработанной автором методической системой реализации методологических и содержательных основ преемственности курсов физики, химии, биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация», «форма» в условиях межпредметных связей и в рамках Новой концепцией естественнонаучного образования А.В. Усовой. Обучение физики начиналось с V класса, химии – с V?, биологии – со второго полугодия шестого класса. Учащиеся контрольных классов обучались по программам, которые предусматривают начальное изучение биологии до изучения физики и химии. В экспериментальных классах использовался разработанный автором учебно-методический комплекс, включающий концепцию, учебные программы, учебные пособия, методические рекомендации, разработки теоретических семинаров, серию логически связанных образно-знаковых моделей разного уровня обобщенности, обеспечивающих преемственность формирования фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия» «информация», «форма», их развитие до теоретического уровня.

В процессе педагогического эксперимента по проверке эффективности предлагаемой методической системы осуществления преемственности физики, химии, биологии применялись разнообразные эмпирические методы исследования: наблюдения, опросы, консультации, проводились контрольные работы. Для количественной оценки полученных результатов экспериментального обучения нами использовались следующие показатели: коэффициент полноты усвоения учащимися содержания понятия (К); интегральный коэффициент усвоения понятий учитывающий содержание, объем понятия и связи данного понятия с другими понятиями (I); глобальный показатель уровня знаний (Q); коэффициент эффективности по интегральному коэффициенту усвоения понятий (?); коэффициент эффективности предложенной системы по глобальному показателю уровня сформированности понятий (?); коэффициент сформированности умений выполнять тот или иной вид деятельности (Р); коэффициент успешности развития умения выполнять тот или иной вид деятельности (?); критерий согласия хи-квадрат (?2 ).

Для выяснения качества усвоения знаний учащихся о веществе, энергии, диффузии, информации и форме в условиях экспериментального преподавания в VI?IХ классах проводились контрольные работы. На основе поэлементного анализа контрольных работ были рассчитан коэффициент (К) полноты усвоения содержания понятий. Результаты работ, выполненных учащимися VI?IХ классов, приведены на рис. 2?6.

Полученные результаты позволили рассчитать глобальный показатель уровня знаний учащихся контрольных и экспериментальных классов.

Для расчета глобального показателя уровня знаний и критерия ?2 были выделены следующие уровни сформированности понятий:

Учащийся оперирует термином, обладает частичными знаниями о содержании понятия, существенные признаки не отграничены от несущественных.

Учащийся дает правильное определение понятия, усвоены все существенные признаки. Однако понятие еще не обобщено.

Учащийся оперирует понятием при решении несложных задач по данному предмету (например, по физике или химии).