Формирование естественнонаучной грамотности на уроках биологии

РАЗВИТИЕ

ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ ГРАМОТНОСТИ

НА ОСНОВЕ ПРЕДМЕТНОГО И МЕЖПРЕДМЕТНОГО СОДЕРЖАНИЯ

Составила учитель биологии

МОУ Пронинской СОШ

Викторова Н.А.

Описание уровней естественно-научной грамотности школьников PISA

Перечень компетенций и познавательных действий для разработки заданий по оценке естественно-научной грамотности в 7–9-х классах

Код	Перечень компетенций и познавательных действий, являющихся структурными элементами данных компетенций
1.	Научное объяснение явлений
1.1.	Применить естественнонаучные знания для анализа ситуации / проблемы
1.2.	Выбрать модель, лежащую в основе объяснения
1.3.	Выбрать объяснение, наиболее полно отражающее описанные процессы
1.4.	Создать объяснение, указав несколько причинно-следственных связей
1.5.	Выбрать возможный прогноз и аргументировать выбор
1.6.	Сделать прогноз на основании предложенного объяснения процесса
1.7.	Привести примеры возможного применения естественнонаучного знания для общества
2.	Понимание особенностей естественно-научного исследования
2.1.	Различать вопросы, которые возможно исследовать методами естественных наук
2.2.	Распознавать гипотезу (предположение), на проверку которой направлено данное исследование

2.3.	Оценить предложенный способ проведения исследования / план исследования
2.4.	Интерпретировать результаты исследований / находить информацию в данных, подтверждающую выводы
2.5.	Сделать выводы по предложенным результатам исследования
2.6.	Оценить способы, которые используются для обеспечения надежности данных и достоверности объяснений
2.7.	Предложить способ увеличения точности получаемых в исследовании данных
3.	Интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов
3.1.	Определять недостающую информацию для решения проблемы
3.2.	Распознавать предположения (допущения), аргументы и описания в научно-популярных текстах
3.3.	Находить необходимые данные в источниках информации, представленной в различной форме (таблицы, графики, схемы, диаграммы, карты)
3.4.	Преобразовать информацию из одной формы представления данных в другую
3.5.	Интерпретировать данные и делать соответствующие выводы
3.6.	Оценивать достоверность научных аргументов и доказательства из различных источников

При разработке заданий выделяются следующие ситуации: глобальная, местная (национальная) и личностная. Например, выбор продуктов для сбалансированной диеты – это личностная ситуация, а анализ проблем изменения климата на Земле – глобальная.

Контекст заданий строится по различным содержательным блокам:

• «Процессы и явления в неживой природе»,

• «Процессы и явления в живой природе»,

• «Современные технологии»,

• «Техника и технологии в быту»,

• «Сохранение здоровья человека»,

• «Опасности и риски»,

• «Экологические проблемы»,

• «Использование природных ресурсов».

Биология

Учебный предмет «Биология» как учебная дисциплина предметной области «Естественнонаучные предметы» занимает одно из ведущих мест в системе школьного образования. Биология и география являются пионерами в формировании у обучающегося целостных и систематизированных представлений об окружающей природе, закладывают основу научной картины мира.

Формирование естественнонаучной грамотности на современном уроке биологии не стоит выделять в отдельный этап, а необходимо органично встроить в структуру преподавания. Достижение учащимися высокого уровня овладения компетенциями естественно-научной грамотности не может проходить стихийно, а требует организации специальной подготовки. Развитие умений во многом зависит от тех условий, которые созданы для обучения, организации процесса выполнения тренировочных задач и упражнений, учета индивидуальных особенностей (возможностей) ребенка.

Контекст заданий PISA, затрагивающий, например, темы здоровья, окружающей среды, опасностей и рисков, в большинстве случаев предполагает, что ученик уже обладает определенным багажом знаний. Функциональная грамотность (в том числе естественнонаучная) – это способность применить знания в реальной ситуации.

С биологией соотносятся задания содержательной области «Живые системы». Они, как правило, интуитивно более понятны школьникам, нежели задания области «Физические системы», соотносимые с физикой и химией.

Рассмотрим некоторые примеры заданий блока естественно-научной грамотности и их интеграцию в конкретные темы курса.

Примеры заданий для 5-го класса

Предметное содержание программы 5-го класса по биологии включает темы: «Биология – наука о живой природе», «Методы изучения живой природы», «Организмы – тела живой природы», «Организмы и среда обитания», «Природные сообщества», «Живая природа и человек». Эти блоки позволяют развивать основные компетенции естественно-научной грамотности: научно объяснять явления, понимать основные особенности естественно-научного исследования, интерпретировать данные и использовать научные доказательства для получения выводов.

Согласно модели естественно-научной грамотности проверяемые компетенции базируются на знаниях: 60% составляют естественно-научные (предметные) знания и 40% – знания о науке, методы и способы рассуждений. Поэтому при подборе заданий формата PISA из открытого банка необходимо учитывать, что в этом исследовании проводится оценка естественно-научной грамотности 15-летних школьников и у пятиклассников может быть недостаточно знаний из области биологии, физики и химии.

Тема «Биология – наука о живой природе»

Изучение биологии традиционно начинается с выделения признаков живых организмов (клеточное строение, питание, дыхание, выделение, рост и др.). Важно, чтобы школьники не просто заучили определения этих понятий, а могли объяснять значение данных процессов и узнавать их в текстах, на рисунках и схемах. Задание «Воздушное питание растений» в эту тему предлагается включить для обсуждения роли дыхания в жизни животных. Для ответа на вопрос учащимся пригодятся базовые знания из курса «Окружающий мир» о том, что в процессе горения участвует кислород. Сопоставив эту информацию с д анными о необходимости кислорода для дыхания, учащиеся могут выбрать верное предположение.

Компетенция, которая формируется при выполнении этого задания, – научное объяснение явлений. Критерии оценивания: верный ответ – 3, максимальная оценка – 1 балл.

При обсуждении источников получения различной информации о живых организмах можно предложить ученикам выполнить элемент задания

«Хлебный пилильщик». Это задание низкого уровня сложности, не требует базовых предметных знаний и основано на личном опыте.

При анализе результатов скорее всего окажется, что некоторые пятиклассники дали лишь частично правильный ответ и не получили максимально возможный балл. Эта ситуация возникнет при невнимательном прочтении формулировки задания: «Выберите все верные ответы». Здесь следует обратить внимание на тесную связь естественнонаучной и читательской грамотности.

Верные ответы: 1, 4. Критерии оценивания: указаны два верных элемента ответа – 2 балла, указан только один верный элемент ответа, и другие элементы не указаны – 1 балл, другие ответы или ответ отсутствуют – 0 баллов.

Следующий элемент задания «Хлебный пилильщик» может стать началом разговора о профессиях, связанных с биологией.

1. В тексте употребляется слово «энтомолог». Выберите определение, объясняющее значение этого слова.

1. Название науки, которая занимается изучением вредителей сельского хозяйства.

2. Название профессии ученых, которые изучают насекомых.

3. Прибор, при помощи которого отлавливают насекомых-вредителей.

4. Книга, по которой определяют видовую принадлежность насекомых

Это задание с выбором одного правильного ответа и низким уровнем сложности требует обращения к вводному тексту: «Показав одного отловленного насекомого энтомологу…».

Верный ответ: 2. Критерии оценивания: приведен верный ответ – 1 балл, ответ неверный или отсутствует – 0 баллов.

Тема «Методы изучения живой природы»

В рамках этой темы происходит знакомство с процессом познания, со структурой и функциями научного знания. В дальнейшем эти представления развиваются и наполняются конкретным содержанием.

На этапе самоконтроля и самооценки для уточнения различий между методами наблюдения и эксперимента можно использовать элемент задания

«Берегите птиц!».

\

Задание направлено на оценку компетенции «понимание особенностей естественнонаучного исследования», имеет средний уровень сложности, что делает его доступным для пятиклассников. Учащимся нужно различить те данные, которые можно получить в результате специально организованного эксперимента, и данные, которые могут быть зафиксированы в ходе наблюдения за птицами. Выполнение задания подразумевает соотнесение предложенных примеров с определением понятий «наблюдение» и «опыт», данных во вводном тексте. Необходимо обратить внимание школьников на формулировку: «Выберите два примера, которые...».

Верный ответ: В, Д. Критерии оценивания: 1 балл – за выбор двух экспериментов, 0 баллов – за другие варианты ответов.

Примеры заданий для 6-го класса

Предметное содержание программы 6-го класса по биологии включает тему «Растительный организм» и многокомпонентную тему «Строение и жизнедеятельность растительного организма», при изучении которой рассматриваются жизненные процессы, размножение и развитие растений. Наряду с формированием предметных знаний и умений, методический инструментарий должен обеспечивать развитие у учащихся умений использовать свои знания в разнообразных ситуациях, близких к реальным.

Тема «Строение и жизнедеятельность растительного организма»

Раздел «Питание растений»

1. При изучении видов корней и типов корневых систем стоит обсудить вопрос, какие особенности ухода за растениями зависят от типа корневой системы. Для успешного выполнения задания необходимы базовые знания о поглощении корнями воды и минеральных веществ, необходимых растению, о значении полива для жизни культурных растений. Учащимся нужно на основе анализа текста и рисунка, представленного в комплексном задании, ответить, почему при выращивании тыквы растение необходимо часто поливать.

При обсуждении вариантов ответа необходимо обратить внимание на ключевую для данного вопроса информацию вводного текста:

«…множество боковых корней, которые… располагаются преимущественно в поверхностном слое почвы».

Это задание с развернутым ответом среднего уровня сложности предполагает развитие компетенции «интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов».

Ответ: «Растение тыквы имеет множество боковых корней в поверхностном слое почвы, который быстро подсыхает». Он оценивается в 1 балл. Другие ответы – 0 баллов.

При изучении процессов фотосинтеза основное внимание уделяется его значению в природе. Показать важность фотосинтеза для жизни человека поможет следующее задание

Школьники должны вычленить из текста ключевую информацию и дополнить ее собственными знаниями о фотосинтезе. В процессе фотосинтеза используется углекислый газ и создаются органические вещества – эти данные есть в задании. Следовательно, хлорелла будет снижать концентрацию углекислого газа и создавать съедобную биомассу для питания космонавтов. Кроме того, необходимо вспомнить, что в качестве побочного продукта при фотосинтезе выделяется кислород, который космонавты смогут использовать для дыхания.

При выполнении этого задания ученик должен продемонстрировать умение использовать и применять понятийное знание для описания или объяснения явлений. Это соответствует среднему уровню сложности. Развиваемая компетенция – научное объяснение явлений. Критерии оценивания:

Раздел «Размножение растений»

Содержание темы позволяет познакомить учащихся с размножением как одним из основных свойств живых организмов. Материал темы показывает тесную связь теоретических знаний с практикой, значение биологических знаний при выращивании растений.

При изучении хозяйственного значения вегетативного размножения растений можно предложить шестиклассникам выполнить задание

«Прививка растений». Задание содержит в условии всю необходимую для решения информацию и не требует специальных базовых знаний, поэтому может быть рассмотрено на этапе изучения нового материала.

Как часто бывает в заданиях формата PISA, условие содержит избыточную информацию о трех способах прививки растений. Для успешного выполнения задания необходимо вычленить из текста только значимые данные о последовательности действий при окулировке. Если рисунок выбран верно, то его сопоставление с позициями задания дает последовательность 3, 1, 4, 5, 2. Данный пример дает возможность обсудить с учениками ситуацию, когда задача имеет не одно правильное решение. Это очень важно для развития креативного мышления. При выполнени

процедуры окулировки этапы «срезать с черенка крупную почку» и «сделать надрез на ветке дичка» могут быть переставлены местами, что не повлияет на конечный результат этой процедуры.

Развиваемая компетенция – интерпретация данных для получения выводов. Критерии оценивания:

Вторая часть задания «Прививка растений» интересна не столько с предметной стороны, сколько со стороны оформления ответа. Подобная формулировка задания в виде заполнения таблицы встречается в задачах формата PISA, поэтому школьники должны быть с ней знакомы. Ход выполнения аналогичен разобранному выше: из трех способов прививки

на рисунке надо выбрать один, который фигурирует непосредственно в вопросе.

Ответ:

Случаи	Подойдет	Не подойдет
Толщина подвоя равна толщине привоя		˅
Кора вишни очень плохо отделяется от древесины	˅
Надземная часть вишни погибла, а корень живой	˅
Прививка осенью, когда сокодвижение в растении прекращается		˅

Примеры заданий для 7-го класса

Предметное содержание программы 7-го класса по биологии включает темы: «Систематические группы растений», «Развитие растительного мира на Земле», «Растения в природных сообществах», «Растения и человек»,

«Грибы. Лишайники. Бактерии». На основе общего знания строения и закономерностей жизни растения учащиеся приступают к изучению конкретных групп растений, их взаимодействия между собой и значения для человека. Используя это предметное содержание, очень удобно показать ценность общих знаний для решения практических задач как личностного уровня, так и национального или глобального.

Тема «Растения и человек»

При обсуждении основных сельскохозяйственных растений нельзя не упомянуть об одной из основных злаковых культур планеты – рисе.

Д ля выполнения задания «Выращивание риса» потребуются базовые знания об экологических группах растений.

Проанализировав информацию из пояснительного текста об адаптации риса к полуводному-полуназемному существованию, учащиеся могут сделать предположение, что сорные растения к таким условиям не приспособлены.

Развиваемая компетенция – научное объяснение явлений. Ответ:

«Проливной тип рисоводства, так как сорняки почти не способны расти на затопленной территории». Критерии оценивания: максимальная оценка – 2 балла, если верно дан ответ и приведено пояснение; если дан только верный ответ, но пояснение неверное или отсутствует – 1 балл; в прочих ситуациях – 0 баллов.

Продолжая тему выращивания риса, можно повторить материал предыдущей темы о влиянии на растения условий неживой природы. Также на базе предметного содержания важно отработать сложную форму задания – заполнение таблицы по результатам анализа предложенной информации.

Ответ:

Условия	Да	Нет
Сажать рис нужно поздней весной, когда температура уже стабильно высокая	˅
Выращивать рис необходимо в круглосуточно затененном месте		˅
Зерна нужно закладывать в борозды, заполненные водой	˅
Необходимо минимизировать полив и защитить посев от осадков		˅

Критерии оценивания:

Верно указано «да» или «нет» для четырех условий	2 балла
Верно указано «да» или «нет» для трех условий	1 балл
Верно указано «да» или «нет» для двух и менее условий, или ответ отсутствует	0 баллов

Тема «Грибы. Лишайники. Бактерии»

Изучение бактерий, грибов и лишайников предполагает широкие возможности для использования на разных этапах урока заданий из открытого банка PISA.

На мотивационно-целевом этапе урока про строение и размножение грибов в качестве проблемной ситуации можно предложить ученикам выполнить элемент задания «Культивирование грибов». Варианты ответов будут самыми разнообразными, так как базовых знаний на этот момент недостаточно. На этапе рефлексии стоит вернуться к этому заданию и найти правильный ответ.

Задание с выбором одного ответа, но среднего уровня сложности, так как предполагает использование и применение знания для объяснения явления. Развиваемая компетенция – научное объяснение явлений. Критерий оценивания: 1 балл за верно выбранный ответ 2.

Примеры заданий для 8-го класса

Предметное содержание программы 8-го класса по биологии включает темы: «Животный организм», «Строение и жизнедеятельность организма животного», «Систематические группы животных», «Развитие животного мира на Земле», «Животные в природных сообществах», «Животные и человек». Жизненные ситуации, связанные с домашними или дикими животными, часто являются для учащихся знакомыми, личностно значимыми и вызывают заинтересованность.

Тема «Животный организм» (раздел «Размножение и развитие животных»);

тема «Систематические группы животных» (раздел «Членистоногие»)

Элемент задания «Яблонная плодожорка» может быть рассмотрен в ходе обсуждения типов развития насекомых. Задание выполняется на основе анализа текста: очевидно, что личинка, похожая на червя, – это гусеница, весной они окукливаются и превращаются в бабочек (взрослое насекомое). Далее можно разобрать жизненные циклы насекомых, знакомых учащимся в меньшей степени.

Ответ: гусеница – куколка – взрослое насекомое. Верный ответ оценивается в 1 балл.

Следующий фрагмент задания «Яблонная плодожорка» позволяет показать, как можно применить знания о стадиях жизненного цикла бабочки в практических целях.

Для выполнения задания необходимы базовые знания о стадиях развития насекомых с полным превращением. Из этих стадий необходимо выбрать ту, на которой насекомые спариваются (информация из вводного текста:

«…половые феромоны – вещества, привлекающие насекомых к месту спаривания»). Обязательно стоит акцентировать внимание учащихся на требовании пояснить ответ: без пояснения не будет выставлен максимальный балл. Формируемая компетенция – научное объяснение явлений.

Ответ: «На стадии бабочки (взрослого насекомого, имаго); пояснение – бабочки устремляются к месту, где сосредоточено пахучее вещество». Критерии оценивания:

Тема «Систематические группы животных» (раздел «Рыбы»)

Плавательный пузырь – особый орган, характерный исключительно для костных рыб. Эта структура обсуждается в двух аспектах: как приспособление к среде обитания и как систематический признак отличия хрящевых и костных рыб. Для уточнения функции плавательного пузыря учащимся можно предложить задание «Плавание рыб».

Для выполнения этого задания необходимы базовые знания по физике: сила Архимеда и условия плавания тела, погруженного в жидкость.

Задание 1. Правильный ответ – 3; критерий оценивания – 1 балл.

Задание 2. Возможный ответ: «Когда рыба умирает, у нее расслабляются все мышцы, в том числе и мышцы, сжимающие плавательный пузырь; увеличивается объем рыбы, Архимедова сила превышает силу тяжести, поэтому рыба всплывает». Критерий оценивания: за правильное объяснение

– 1 балл, если объяснение неверное или отсутствует – 0 баллов.

Тема «Животные в природных сообществах»

Тема взаимосвязи животных между собой за счет пищевых цепей и сетей обычно не вызывает трудностей у обучающихся. Но в задании «Причины вымирания сапсанов» есть дополнительное условие составления пищевой цепи: необходимо выбрать только тех участников, которые участвовали в накоплении пестицидов в организме сапсана. Второе условие: указать пищевую цепь необходимо полностью, то есть для выполнения задания нужны базовые знания о структуре цепи питания.

Из сопроводительного текста следует, что пестициды применялись для защиты урожая сельскохозяйственных растений от различных вредителей- беспозвоночных. Следовательно, необходимо выписать звенья цепи, ведущие от растения к сапсану. Эта задача не имеет единственно правильного решения, верными будут два варианта пищевой цепи: растение – улитка – дрозд – сапсан или растение – кролик – сапсан. Верный ответ оценивается в 1 балл.

Более сложным, требующим обобщать информацию и делать выводы является фрагмент 2 того же задания про сапсанов.

2. Почему применение пестицидов привело к гибели сапсанов, если высокотоксичные для насекомых ядохимикаты были безвредны для теплокровных животных в применяемых концентрациях?

Здесь учащимся необходимо понимание того факта, что в цепи питания передается энергия, заключенная в веществах (в пище).

Возможный ответ: «Сапсаны находятся на вершине пищевой цепочки, поэтому получают более высокую дозу химических веществ». Верный ответ оценивается в 1 балл.

Обсудить последствия накопления в организме сапсанов пестицидов поможет задание 3 той же линейки. Обращаем внимание учеников на форму ответа: в таблице необходимо отметить верность или неверность четырех суждений.

Для правильного ответа на вопрос школьникам надо учесть информацию о нарушении кальциевого обмена, данную в сопроводительном тексте.

Ответ:

Причины вымирания	Да	Нет
Вокруг яиц формировалась слишком тонкая скорлупа, что приводило к повреждению яиц при насиживании	˅
Острота зрения у взрослых птиц ухудшалась, что снижало возможность эффективной охоты		˅
Нарушалась магнитная ориентация птиц, что препятствовало возвращению с юга на родину		˅
Кости и мышцы у эмбрионов развивались с нарушениями, что приводило к преждевременной гибели птенцов	˅

Критерии оценивания:

Верно указано «да» или «нет» для 4 причин	2 балла
Верно указано «да» или «нет» для 3 причин	1 балл
Верно указано «да» или «нет» для 0-2 причин, или ответ отсутствует	0 баллов

Тема «Животные и человек»

Прямое или косвенное антропогенное воздействие на живую природу приводит к разнообразным последствиям. Признание ошибок и попытки их исправить – важное качество личности. Готовность оценивать поведение и поступки с позиции норм экологической культуры – элемент планируемых личностных результатов освоения учебного предмета «Биология» на уровне основного общего образования. Как элемент экологического воспитания на уроках биологии можно рассматривать решение фрагмента задания

«Причины вымирания сапсанов».

В сопроводительном тексте представлена информация о сроках выпуска птенцов и сроках наблюдения за образовавшейся парой. Если принять во внимание эту информацию, то наиболее вероятной причиной отсутствия птенцов следует считать юный возраст гнездящихся особей. Верный ответ оценивается в 1 балл.

Примеры заданий для 9-го класса

Предметное содержание программы 9-го класса по биологии включает 15 тем: «Человек – биосоциальный вид», «Структура организма человека»,

«Нейрогуморальная регуляция», «Опора и движение», «Внутренняя среда организма», «Кровообращение», «Дыхание», «Питание и пищеварение»,

«Обмен веществ и превращение энергии», «Кожа», «Выделение»,

«Размножение и развитие», «Органы чувств и сенсорные системы»,

«Поведение и психика», «Человек и окружающая среда».

Материалы этого курса близки учащимся, обычно вызывают заинтересованность, способствуют формированию здоровьесберегающих компетенций.

Тема «Внутренняя среда организма»

При изучении состава и функций крови можно разобрать с учениками элемент задания «Экстремальные профессии». Для поиска решения понадобятся базовые знания о функциях форменных элементов крови.

В сопроводительном тексте и тексте вопроса есть указание на различное содержание кислорода в разные периоды исследования: «перед рекордным погружением ныряльщик активно дышал чистым кислородом» и «некоторые тренировки велись в барокамере с пониженным содержанием кислорода». Фиксация и транспорт кислорода связаны с эритроцитами.

Верный ответ: «Повышение содержания эритроцитов в крови» (1 балл). Задание низкого уровня сложности, развиваемая компетенция – понимание особенностей естественно-научного исследования.

Тема «Дыхание»

При изучении темы «Дыхание» обязательно обсуждается вред и последствия табакокурения. Для контроля усвоения вопроса о функциях легких можно предложить школьникам элемент задания «Курение табака».

Проверяемая компетенция – научное объяснение явлений. Критерии оценивания – 1 балл за выбор верного ответа: «Передавать некоторое количество вдыхаемого кислорода в кровь».

Следующее задание из этой линейки позволяет построить модель эксперимента для исследования эффективности никотинового пластыря для отказа от курения.

Анализ предложенных вариантов показывает, что проведение экспериментов по планам A и B не даст никакой статистической информации. Вариант С не является экспериментом вовсе, так как условия не заданы и не контролируются. Правильный ответ: вариант D – оценивается в 1 балл. Проверяемая компетенция – понимание особенностей естественно- научного исследования.

Тема «Обмен веществ и превращение энергии» (раздел «Витамины»)

В курсе биологии представлены элементарные знания о витаминах как о химических веществах, но уделяется также внимание и особенностям влияния витаминов на процессы обмена веществ в случае их нехватки или

избытка. В связи с этим обсуждаются вопросы их сохранения при приготовлении пищи. В рамках этого разговора можно предложить учащимся элемент задания «Активаторы жизни».

Выполнение задания стоит начать с анализа графика зависимости растворимости кислорода от температуры воды. Из графика следует,

что кислород в холодной воде растворяется лучше, чем в горячей. Разрушение витамина С зависит от содержания кислорода.

Это задание среднего уровня сложности, относится к компетенции

«интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов». Критерии оценивания: за выбранный ответ

«В кипящей воде нет кислорода, разрушающего витамин С» – 1 балл.

При изучении темы «Обмен веществ и превращение энергии» обязателен разговор о нормах и режиме питания. Для анализа рациона питания при контроле массы тела можно взять элемент уже обсуждаемого ранее задания про хлореллу.

В сопроводительном тексте есть информация о значительном содержании белка в пищевых добавках на основе хлореллы. Обзор диаграмм соотношения белков, жиров и углеводов в потребляемой пище позволяет

выявить, что высокая доля белковых продуктов рекомендована при похудении. Возможный ответ: «Применение пищевых добавок из хлореллы рекомендовано при похудении (при снижении массы тела)». Ответ оценивается в 1 балл.