Международные исследования в области естествознания: усиление прикладной направленности школьного курса химии
статья по теме

Санкт-Петербург

Отличительной особенностью развития образования в мире в настоящее время является повышенное внимание правительств большинства стран к проблемам качества и эффективности образования. Образование становится стратегической областью, обеспечивающей национальную безопасность. О конкурентоспособности страны начинают судить по уровню образовательной подготовки подрастающего поколения. Страны объединяют усилия в разработке методов, технологий и инструментов сравнительных исследований качества образования. Основное внимание уделяется не поиску стран по уровню подготовки учащихся, а объяснению различий, существующих между странами, и выявлению факторов, влияющих на результаты обучения, особенно тех из них, которые демонстрируют высокие достижения.

На современном этапе развития системы образования целью обучения не могут быть только предметные знания. Это положение находит свое отражение в нормативных документах: в Федеральном Государственном образовательном стандарте второго поколения предметные результаты обучения обозначены на последнем месте. [8]  Одним из ответов на вызовы современного общества стал компетентностный подход, суть которого состоит в том, что результаты образования определяются исходя из общих способностей человека, необходимых ему для жизни в меняющемся мире. В этом свете представляется необходимым усиление прикладной составляющей учебных предметов.

Химия, как учебный предмет, способствует формированию у учащихся представлений о научно обоснованных правилах и нормах использования веществ и материалов и, совместно с другими естественнонаучными дисциплинами, основ здорового образа жизни и грамотного поведения в быту, в природе. Изучение химии должно не только обеспечить познание окружающей действительности, но и вооружить учащихся знаниями, необходимыми для практической деятельности. В связи с этим в числе приоритетных задач обновления содержания школьного курса химии особое место отведено задаче усиления его прикладной направленности.

Прикладной составляющей учебных предметов также уделяется большое внимание в практике проведения международных исследований по проблеме качества математического и естественнонаучного образования (TIMSS, PISA). Результаты данных исследований показали, что российские школьники, как по химии, так и по другим предметам естественнонаучного цикла в большей степени демонстрируют умение воспроизводить и применять знания в знакомой ситуации и в меньшей степени - умение интегрировать эти знания и применять их для объяснения явлений, происходящих в окружающем мире.

Об актуальности проблемы прикладной направленности изучения химии и ее интеграции с другими разделами естествознания в соответствии с современными тенденциями обновления содержания школьного химического образования свидетельствует направленность развития существующих систем школьного химического образования за рубежом.

Проблемам качества образования уделено внимание многих международных исследований, наиболее масштабными из которых являются TIMSS, PISA, PIRLS. Каждое из этих мониторинговых исследований имеет определенные цели и задачи.

Так, целью оценки эффективности обучения TIMSS является сравнительный анализ подготовки учащихся средней школы по математике и естествознанию в странах с различными системами образования, выявление факторов, определяющих степень эффективности обучения. Исследование нацелено на оценку эффективности процесса обучения в школах по математике и естественным наукам.

Цель исследования PISA - оценить, обладают ли учащиеся, получившие общее обязательное образование, знаниями и умениями, необходимыми для полноценного функционирования в обществе. Исследование образовательных достижений учащихся проводится по трем основным направлениям: «грамотность чтения», «математическая грамотность» и «естественнонаучная грамотность». Особое внимание уделяется оценке овладения учащимися общеучебными и интеллектуальными умениями.

Целью проекта PIRLS является сравнение уровня и качества чтения и понимания текста учащимися начальной школы в странах мира, а также выявление и интерпретация различий в национальных системах образования с целью совершенствования процесса обучения чтению.

Подробнее познакомиться с общими характеристиками данных проектов, методикой проведения, рабочими материалами, результатами проведенных многолетних исследований и выводами специалистов можно по материалам множества информационных источников.

Поскольку в докладе проблемным выделен вопрос усиления прикладной составляющей школьного курса химии, подробнее следует остановиться на исследованиях TIMSS и PISA: в них присутствует естественнонаучный компонент, частью которого и является химия.

Естественнонаучная грамотность – способность человека осваивать и использовать естественнонаучные знания для распознания и постановки вопросов, для освоения новых знаний, для объяснения естественнонаучных явлений и формулирования основанных на научных доказательствах выводов в связи с естественнонаучной проблематикой; понимать основные особенности естествознания как формы человеческого познания; демонстрировать осведомленность в том, что естественные науки и технология оказывают влияние на материальную, интеллектуальную и культурную сферы общества; проявлять активную гражданскую позицию при рассмотрении проблем, связанных с естествознанием.

Основные предварительные результаты таковы^[1]:

1. Средний результат российских учащихся по естественнонаучной грамотности в 2009 году (478 баллов) статистически значимо ниже среднего результата по странам ОЭСР (501 балл), 37-40 места среди 65 стран.
2. В соответствии с уровнями естественнонаучной грамотности исследования PISA 78% российских учащихся достигли и превысили пороговый уровень, 22% российских учащихся не достигают порогового (2-го) уровня естественнонаучной грамотности (средний показатель по ОЭСР – 18%). Подробнее в таблице 1 (приложение).
3. Для российских участников не выявлено статистически значимых различий между результатами юношей и девушек по естественнонаучной грамотности. Средний балл девушек составил 480 баллов (в странах ОЭСР – 501), а юношей – 477 (в странах ОЭСР – 501).
4. В результатах российских учащихся по естественнонаучной грамотности не выявлено изменений по сравнению с предыдущим этапом исследования ни в средних результатах, ни в распределении учащихся по уровням естественнонаучной грамотности: 2006 год – 479 баллов, 2009 год – 478 баллов.
5. Результаты исследования PISA обозначили дефициты российских учащихся в сформированности ряда важных умений: осуществлять поиск информации по ключевым словам; анализировать процессы проведения исследований; составлять прогнозы на основе имеющихся данных; интерпретировать научные факты и данные исследований; выявлять научные факты и данные исследований, лежащих в основе доказательств и выводов; интерпретировать графическую информацию; проводить оценочные расчеты и прикидки.

Таким образом, за период с 2000 до 2009 года в функциональной грамотности российских 15-летних учащихся, а именно в их способности использовать полученные в школе знания, умения и опыт для широкого диапазона жизненных задач в повседневной жизни, в ситуациях личностно и социально значимых, выходящих за пределы чисто учебных, не зафиксировано никаких значительных изменений.

По всем трем направлениям исследования PISA Россия находится в группе стран, средний балл которых статистически значимо ниже среднего балла по странам ОЭСР.

Средние баллы российских учащихся по всем трем направлениям соответствуют пороговому значению функциональной грамотности, т.е. значению, с которого учащиеся начинают явно самостоятельно проявлять в знакомых ситуациях компетенции, необходимые для активного функционирования в современном мире.

Сравнение результатов России с другими странами явно показывает отличие приоритетов отечественного образования от приоритетов, которые проявились в исследовании PISA и разделяются многими странами. Обеспечивая учащихся значительным багажом предметных знаний, о чем свидетельствуют международное исследование качества математического и естественнонаучного образования TIMSS, российская система общего образования не способствует развитию у них умения выходить за пределы учебных ситуаций, в которых формируются эти знания, в связи с чем не формируется функциональная грамотность российских учащихся.

Российской системе образования необходимо предпринять ряд усилий по созданию новых учебных пособий, переподготовке учителей, мониторингу способности применять изученные знания в учебных и практических ситуациях, а также обеспечить адекватные условия обучения учащихся в школе.

TIMSS^[2] - это мониторинг эффективности процесса обучения, позволяющий проследить тенденции и угадать будущие изменения. Исследование нацелено на оценку эффективности процесса обучения в школах по математике и естественным наукам. Ведь именно естествознание и математика, наравне с чтением,  являются стратегическими областями, уровень подготовки по которым означает степень конкурентоспособности страны и способность использовать и развивать новые технологии.

TIMSS объединяет усилия ведущих специалистов более 50 стран, что обеспечивает не только высокое качество  оценки эффективности процесса обучения, но и способствует разработке инновационных подходов в сфере образования на основе международных стандартов. Особенно важно, что TIMSS позволяет оценить уровень подготовки не только по конкретным  дисциплинам, но и по межпредметным областям (экологии, естественнонаучным методам познания). Многие задания сформулированы таким образом, чтобы оценить степень готовности учащихся к практическому применению полученных на уроке знаний. Другая группа заданий  (25% теста) предполагает свободный ответ: обоснование точки зрения, объяснение явления, то есть  предполагает  обладание учащимися не только учебными, но и коммуникативными навыками. Структура естественнонаучной части теста представлена в таблице 2 (приложение).

Результаты данного исследования показывают, что по качеству математического и естественнонаучного образования Россия находится среди стран, продемонстрировавших наилучшие результаты, уступая только группе лидирующих стран. Результаты российских школьников превышают средние международные показатели.

Так как в данной работе рассматривается проблема химического образования, то обратим внимание к результатам этого исследования по химии. В российских школах в основном обучение химии начинается с 8 класса. Рассмотрим результаты мониторинга по естествознанию для восьмиклассников.

Результаты учащихся 8 классов по естествознанию в 2011 году стали статистически значимо выше(542 балла), чем в 2007 и 2003 году (530 и 514 баллов соответственно) и по сравнению с 1995 и 1999 годами (523 и 529 баллов соответственно). Т.е. за эти годы прослеживается устойчивая позитивная тенденция в естественнонаучной подготовке российских учащихся (таблица 3). Восьмиклассники по знанию естественных наук оказались на седьмом месте в 2011 году.

Конкурентоспособность и эффективность образования стран определяются по числу учащихся, демонстрирующих самые высокие и самые низкие образовательные достижения по основным предметам, к которым относят математику и естествознание. По сравнению с 2003 и 2007 годами увеличилось число восьмиклассников со средним, высоким и высшим уровнями естественнонаучной подготовки (таблица 4).

Самые высокие результаты российские восьмиклассники продемонстрировали по вопросам химического содержания.

Анализ содержания международного теста для учащихся 8 класса показал, что содержание более 60% заданий соответствует отечественным школьным программам по предметам естественнонаучного цикла на момент окончания 8 класса. Из внепрограммных заданий большую часть составляют вопросы экологического содержания, вопросы по общей биологии и др.

Дополнительный анализ показал, что на результаты выполнения заданий учащимися 8 класса значительное влияние оказывает нестандартность формы заданий и их формулировок. Это отчасти можно объяснить тем, что по-прежнему учебники и пособия для учащихся основной школы включают достаточно однообразные задания.

Анализ особенностей выполнения теста по естествознанию показывает:

• учащиеся справляются хорошо с заданиями программного характера, представленными в традиционной форме;
• учащиеся не умеют эффективно применять полученные знания при выполнении нестандартных заданий;
• у учащихся отсутствует опыт в выполнении заданий экспериментального и проблемного характера.

Таким образом, несмотря на полученные в целом положительные результаты российских восьмиклассников и наметившиеся позитивные тенденции, в исследовании проявились или повторились проблемы, которые требуют дополнительного анализа и учета при совершенствовании естественнонаучного общего образования.

Проведенный анализ данных исследования TIMSS позволил выявить ряд положительных тенденций в системе российского общего образования, а также определить направления дальнейшего совершенствования процесса обучения математике и естественнонаучным предметам. 

Положительные тенденции  в системе российского общего образования:

• улучшение общего экономического состояния семей;
• улучшение образовательной среды в школах;
• повышение степени удовлетворенности педагогов своей работой в школе.

Особенности организации учебного процесса:

• много времени уделяется контролю знаний учащихся;
• много времени на уроке отводится на проверку домашнего задания;
• снижается доля времени, отводимая на организацию познавательной деятельности учащихся;
• домашнее задание задается на каждом (или почти) уроке.

Основное направление повышения эффективности обучения математике и естественнонаучным предметам в российской школе связано с активизацией познавательной деятельности учащихся на уроках. Разработке данного направления необходимо уделить наибольшее внимание.

По мнению экспертов, которые комментируют результаты международных исследований качества образования TIMSS:

«Наши школьники достигли хороших результатов за счет отличного знания фактического материала, но, к сожалению, далеко не всех научили применять знания к жизни и решать нестандартные задачи.»

«Что касается достижений восьмиклассников... Их результаты и по естественным наукам и по математике заметно улучшились за последние годы, именно тогда, когда получили повсеместное распространение Государственная итоговая аттестация (ГИА) в 9 классе и Единый государственный экзамен (ЕГЭ) в 11-м.»

«Успехи наших подростков несомненны. Другое дело, что знания, которые они демонстрируют – по большей части фактические. Задачи они могут решать лишь по выученному образцу, по стандартному алгоритму. С умением рассуждать, находить нестандартный подход, применять школьные знания в жизни у наших школьников большие трудности. И требования ЕГЭ здесь тоже играют не последнюю роль.» [9]

Изучение результатов международных исследований качества образования в области естествознания позволяет сделать выводы о необходимости:

• совершенствования содержания естественнонаучного образования;
• включения в программный материал заданий прикладного характера;
• увеличения экспериментальной составляющей естественнонаучных дисциплин.

Несмотря на достаточно высокие результаты учащихся по химии, международные исследования показывают ряд проблем в данной области естествознания. Они во многом связаны с недостаточной реализацией прикладной направленности учебного предмета химии. При высокой доле фундаментальности знания очень мало времени уделяется практической составляющей этого предмета и самостоятельной работе учащихся, в том числе работе с текстами и другими источниками информации. В настоящее время сложилось противоречие между необходимостью усиления прикладной направленности обучения химии в основной школе и ограниченностью времени, отводимого на изучение химии действующим учебным планом.

На современном этапе развития школы в свете задач осуществления личностно ориентированного обучения складывается новый взгляд на сущность прикладной направленности обучения химии. В свете новых требований на передний план выдвигаются задачи развития личности учащихся, вооружения их знаниями о нормах грамотного поведения в быту, на производстве, в природе, социализации и адаптации учащихся к постоянно меняющемуся социальному и природному окружению.

В качестве приоритетной задачи обновления содержания школьного химического образования выдвигается задача усиления его прикладной направленности. Решение данной задачи предполагает переосмысление накопленного опыта в контексте новых задач, новых подходов к содержанию общего среднего образования.

Тенденция усиления прикладной направленности обучения химии отчетливо просматривается в содержании проектов государственного образовательного стандарта, учебных программ общеобразовательных школ и, что особенно важно, учебников и дидактических пособий.

Различными средствами и способами осуществления прикладной направленности обучения химии, которые могут быть реализованы в процессе обучения, являются:

• включение в содержание учебного материала прикладных знаний;
• наполнение прикладной информацией текстов химических расчетных задач и инструкций по выполнению практических работ;
• использование химического эксперимента, ориентированного на практику;
• осуществление интеграции химии с другими школьными дисциплинами естественнонаучного цикла;
• реализация деятельностного подхода к обучению.

Для реализации прикладной направленности обучения химии наиболее эффективными являются словесно-наглядно-практические методы обучения (лабораторные опыты, практические занятия, решение химических задач, выполнение разнообразных упражнений, работа с литературой (учебником, справочником, дополнительной литературой), выполнение творческих заданий (проектирование и конструирование приборов, моделей и т. п.), письменные работы контролирующего характера и др.). В основе всех этих методов обучения лежит практическая деятельность учащихся, осуществляемая под руководством учителя с использованием средств наглядности. При этом важную роль призвана сыграть организация всех видов самостоятельной работы - коллективной, групповой, индивидуальной. В последнее время все отчетливее проявляется возрастающая роль исследовательского метода в обучении химии, который позволяет значительно эффективнее решать задачу реализации прикладной направленности обучения, а также задачу развития творческих способностей учащихся.

В современных условиях развития образования одним из важнейших принципов обновления содержания школьного химического образования является усиление его прикладной направленности, под которой понимается ориентированность содержания и методов обучения химии в школе на развитие у учащихся умений самостоятельно приобретать и применять химические знания, необходимые для решения практических задач.

Прикладной составляющей учебных предметов уделяется большое внимание в практике проведения международных исследований по проблеме качества математического и естественнонаучного образования (TIMSS, PISA). Результаты данных исследований показали, что российские школьники, как по химии, так и по другим предметам естественнонаучного цикла в большей степени демонстрируют умение воспроизводить и применять знания в знакомой ситуации и в меньшей степени - умение интегрировать эти знания и применять их для объяснения явлений, происходящих в окружающем мире.

Тенденция усиления прикладной направленности обучения химии отчетливо просматривается в содержании проектов государственного образовательного стандарта, учебных программ общеобразовательных школ, учебников и дидактических пособий.

Но недостаточное количество часов, отводимых на изучение предмета, существенно ограничивает возможности реализации прикладной направленности химии на уроках, что требует поиска возможных подходов к ее осуществлению в других компонентах системы школьного химического образования, в частности, во внеурочной работе.

Информационные источники

1. Международное исследование по оценке качества математического и естественнонаучного образования - http://www.centeroko.ru 
2. Оценка эффективности процесса обучения TIMSS - http://www.education-medelle.com 
3. Международные сравнительные исследования: исследования качества образования TIMSS - http://www.education-medelle.com/articles/otcenka-effektivnosti-protcessa-obucheniya-timss.html
4. Результаты международного исследования TIMSS-2011 - http://минобрнауки.рф/%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%81-%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80/2904/%D1%84%D0%B0%D0%B9%D0%BB/1451/12.12.11-TIMSS_2011.pdf
5. Изучение качества чтения и понимания текста - http://www.centeroko.ru/pirls/pirls.htm
6. Программа международной оценки обучающихся: Мониторинг знаний и умений в новом тысячелетии - http://www.centeroko.ru/pisa/pisa.htm 
7. Первые результаты международной программы PISA-2009. Материалы для обсуждения. - http://www.centeroko.ru/public.htm 
8. ФГОС основного общего образования -  http://www.standart.edu.ru 
9. Итог международных исследований: школьное образование в РФ улучшается - http://ria.ru/ratings_multimedia/20121211/788759958.htm 

Приложения

1. Предварительные результаты исследования естественнонаучной грамотности учащихся PISA-2009

Таблица 1. Уровень естественнонаучной грамотности учащихся России в сравнении со странами ОЭСР

1. Оценка эффективности процесса обучения TIMSS

Таблица 2. Структура естественнонаучной части теста

Таблица 3. Средний балл учащихся средней школы

Таблица 4. Уровни образовательных достижений (% средней школы)