Интеграция знаний через междисциплинарный подход в объяснении биохимических процессов: преимущества и вызовы



В статье рассматривается применение междисциплинарного подхода в объяснении биохимических процессов в школьном курсе биологии. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения уровня естественнонаучной грамотности учащихся, улучшения их подготовки к экзаменам, таким как ЕГЭ, и формирования целостного представления о природных процессах. В работе анализируется, как интеграция химических знаний в процесс преподавания биологии помогает учащимся глубже понять биохимические процессы, такие как обмен веществ, фотосинтез, дыхание и другие. В рамках педагогического эксперимента был оценен эффект междисциплинарного подхода на уровень усвоения материала учащимися и развитие их аналитического мышления. Результаты показали, что междисциплинарное обучение способствует улучшению академической успеваемости, углубленному пониманию биологических процессов и повышению интереса к науке. Статья также предлагает методические рекомендации для учителей по интеграции химических знаний в процесс преподавания биологии.

Ключевые слова: междисциплинарный подход, биология, химия, педагогический эксперимент, биохимические процессы, естественнонаучная грамотность, образование.

The article deals with the application of interdisciplinary approach in explaining biochemical processes in the school biology course. The relevance of the study is conditioned by the need to increase the level of students' natural science literacy, to improve their preparation for examinations, such as the USE, and to form a holistic view of natural processes. The paper analyzes how the integration of chemical knowledge in the process of teaching biology helps students to gain a deeper understanding of biochemical processes such as metabolism, photosynthesis, respiration and others. The effect of the interdisciplinary approach on students' learning level and the development of their analytical thinking was evaluated in a pedagogical experiment. The results showed that interdisciplinary teaching improved academic performance, deepened understanding of biological processes, and increased interest in science. The article also offers methodological recommendations for teachers on integrating chemical knowledge into biology teaching.

Keywords: interdisciplinary approach, biology, chemistry, pedagogical experiment, biochemical processes, science literacy, education.

Введение

Образовательные стандарты сейчас показывают, что учащимся нужно обладать не только теоретической базой, но и демонстрировать интеграцию информации из других дисциплин, такие как химия и биология.

Школьный курс биологии построен таким образом, что учителю, начиная с самых первых уроков, приходится прибегать к математическим, физическим, химическим, географическим понятиям и законам, объясняя явления природы. Одновременно с этим, элементы знаний по биохимии или биофизике будут вполне уместны и на уроках физики и химии [1].

Если рассматривать биохимические процессы, такие как обмен веществ, фотосинтез и клеточное дыхание, то для того, чтобы их объяснить и усвоить, необходимо знать течение биологических и химических явлений. Данные процессы могут вызвать сложность у учащегося из-за необходимости в сочетании знаний по биологии и химии.

Образование ставит перед собой задачу в повышении знаний по естественным наукам и подготовки учащихся к экзаменам, таким как ОГЭ или ЕГЭ. Междисциплинарный способ является одним из эффективных способов, чтобы интегрировать знания из различных дисциплин, чтобы более глубоко понять изучаемые процессы.

Целью настоящего исследования является анализ применения междисциплинарного подхода для объяснения биохимических процессов и оценка его эффективности. Гипотеза исследования заключается в том, что использование междисциплинарных методов в преподавании биологии, который включает химические знания, способствует улучшению понимания учащимися биохимических процессов и повышению их академической успеваемости.

Задачи исследования включают оценку теоретических основ междисциплинарного подхода в обучении биологии с интеграцией химии, проведение педагогического эксперимента для анализа эффективности применения междисциплинарного подхода, разработку методических рекомендаций для учителей биологии по внедрению междисциплинарных методов в преподавание биохимических процессов.

1. Теоретическое описание междисциплинарного подхода

1.1 Междисциплинарный подход в обучении биологии и химии

Интеграция в обучении предполагает не только пролонгацию одного предмета в область других знаний (предметов), но и реализует в максимальной степени функции воспитания в образовании и подчинении этого единого процесса глубокому усвоению учащимися содержания программы каждой учебной дисциплины, развитию и совершенствованию у них познавательной деятельности [2].

Междисциплинарный подход представляет собой метод, при котором знания из разных областей науки помогают создать общее и целостное представление об изучаемом предмете. В контексте образования по биологии и химии, это означает интеграцию химических знаний в изучение биологических процессов, что позволяет учащимся не только понять отдельные химические реакции, но и понять их роль в более широком контексте.

Примеры междисциплинарных связей в биологии и химии:

1. Фотосинтез: В процессе фотосинтеза растения используют солнечную энергию для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды. Для полного понимания этого процесса учащиеся должны понимать как биологическую роль хлоропластов и клеток в целом, так и химические реакции, происходящие в этих органеллах.
2. Клеточное дыхание: Описание химических реакций окисления глюкозы в клетках организма. Для понимания нужно понимание как химических реакций (например, реакция окисления), так и биологических процессов (например, роль митохондрий).
3. Обмен веществ: Он включает как химические реакции (например, расщепление молекул пищи), так и биологические процессы, такие как транспорт веществ через клеточные мембраны.

1.2 Преимущества и ограничения междисциплинарного подхода

Преимущества дисциплинарного подхода состоят в:

1. Развитии критического мышления . Развитие у учащихся критического мышления помогает решать сложные задачи. Они учатся анализировать ситуацию с различных точек зрения, оценивать информацию критически и применять знания из разных дисциплин.
2. Формировании целостного мировоззрения . Данный подход помогает учащимся видеть картину в целом, а не фокусироваться только на отдельных частях проблемы. Это важно в условиях глобализации и быстрого научного прогресса.
3. Повышении мотивации к обучению. Процесс обучения становится более интересным и увлекательным для учащихся. Вместо изучения теории в «изоляции», учащиеся видят, как знания из разных областей могут быть использованы в решении реальных проблем.

Ограничения междисциплинарного подхода состоят в:

1. Необходимости подготовки учителей. Для успешной реализации данного подхода учитель должен иметь знания не только из своей области, но и быть способным интегрировать знания из других наук. При подготовке учителей важно развивать умения выделения межпредметных связей в материале изучаемых ими биологических дисциплин через применение современных образовательных технологий [3].
2. Трудности в создании учебных материалов. Разработка учебных материалов, которые эффективно интегрируют несколько дисциплин, может дать сложной задачей. Для этого необходимо учитывать как особенности каждой дисциплины, так и взаимосвязь.
3. Затраты времени. Применение междисциплинарности может требовать больше времени на подготовку занятий и проведение дополнительных экспериментов.

2. Педагогический эксперимент
   1. Описание эксперимента

В рамках данного исследования была проведена проверка эффективности междисциплинарного подхода в преподавании биохимии для учащихся 9 классов. Эксперимент был направлен на оценку влияния интеграции биологии и химии на усвоение темы: «Пластический и энергетический обмен. Белки, жиры, углеводы».

Целью эксперимента является анализ влияния междисциплинарного подхода на успешность усвоения учащимися биохимических процессов, их способность понимать взаимосвязь между биологическими и химическими аспектами обмена веществ.

Для эксперимента были выбраны 4 школы с аналогическими характеристиками (размер, местоположение, социально-экономический статус учащихся). В каждой школе из двух 9-х классов был случайным образом выбран один класс для проведения эксперимента, а второй класс стал контрольным, в котором продолжалось традиционное преподавание.

Для оценки уровня знаний учащихся были использованы следующие инструменты:

1. Предварительный тест — проводился до начала эксперимента и оценивал исходные знания по теме;
2. Итоговый тест — проводился после завершения учебного процесса для оценки усвоения материала;
3. Анкета учащихся — использовались для сбора обратной связи от учеников о восприятии междисциплинарного подхода;
4. Опрос учителей — позволял собрать мнение преподавателей.

Процедура проведения эксперимента была следующей:

1. На начальном этапе проводился предварительный тест, чтобы оценить исходный уровень знаний учащихся;
2. В экспериментальном классе был применен междисциплинарный подход, включающий интеграцию биологии и химии для изучения данной темы;
3. В контрольном классе тема преподавалась традиционным методом;
4. После завершения обучения проводился итоговый тест.
   2. Анализ данных и результатов

До начала эксперимента как в экспериментальной, так и в контрольной группе были получены схожие результаты:

– Экспериментальная группа: средний балл — 10,5

– Контрольная группа: средний балл — 10,3

Эти результаты указывают на одинаковый исходный уровень знаний учащихся в обеих группах.

После проведения учебного процесса результаты итогового теста показали явное преимущество экспериментальной группы:

– Экспериментальная группа: средний балл — 16,8

– Контрольная группа: средний балл — 13,7

Таким образом, разница в результатах составила 3,1 балла в пользу экспериментальной группы, что свидетельствует о положительном влиянии междисциплинарного подхода на усвоение материала.

Если мы посмотрим на прирост среднего балла:

– Экспериментальная группа: прирост на 6,3 балла

– Контрольная группа: прирост на 3,4 балла

Это подтверждает, что учащиеся в экспериментальной группе значительно улучшили свои результаты, что говорит о более глубоком усвоении материала.

Если мы изучим обратную связь от учащихся и учителей:

– 85 % учеников экспериментальной группы положительно оценили междисциплинарный подход, отметив, что интеграция биологии и химии помогла им лучше понять биохимические процессы.

– 90 % учителей считают междисциплинарный подход эффективным, утверждая, что он способствует повышению интереса и вовлечения учащихся.

3. Методические рекомендации

1. Использование междисциплинарного подхода. Это поможет увидеть взаимосвязь с теоретическими знаниями и практическими аспектами изучаемых процессов;
2. Разработка учебных материалов. Нужны интегрированные учебные программы, включающие как теоретические, так и практические задания, которые позволят учащимся осознать взаимозависимость биологических и химических процессов;
3. Подготовка преподавателей. Учителя необходимо помочь в предоставлении соответствующих материалов для эффективного использования данного метода;
4. Использование обратной связи. Регулярное анкетирование и опросы помогут учащимся и преподавателям получать информацию о восприятии методов.

Заключение

Проведенное исследование показало, что междисциплинарный подход в преподавании биохимии имеет высокую эффективность. Он способствует лучшему усвоению материала учащимися, помогает интегрировать знания из различных дисциплин и углубляет понимание биохимических процессов. Результаты исследования подтвердили, что использование этого метода повышает интерес и мотивацию учащихся, а также помогает улучшать результаты обучения.

Литература:

1. Васильева, Т. С. Межпредметные связи школьного курса биологии / Т. С. Васильева. — Текст: непосредственный // Педагогическое мастерство: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Москва, июнь 2013 г.). — Т. 0. — Москва: Буки-Веди, 2013. — С. 72–75. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/71/4019/ (дата обращения: 28.03.2025).
2. Барышникова, Т. В. Реализация школьного междисциплинарного проекта «Интеграция физической культуры и биологии» / Т. В. Барышникова, И. Г. Федоренко. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 7 (111). — С. 1053–1061. — URL: https://moluch.ru/archive/111/27684/ (дата обращения: 28.03.2025).
3. Борисенко, Е. Ю. Междисциплинарный подход при обучении бакалавров педагогического образования направленности «Биология — химия» / Е. Ю. Борисенко, Е. В. Осипова // ПРОБЛЕМЫ и ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ науки в РОССИИ и МИРЕ: Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции, Самара, 13 октября 2021 года. — Уфа: Общество с ограниченной ответственностью «Аэтерна», 2021. — С. 197–202. — EDN OAHHZS.