Межпредметные связи школьного курса биологии

Современный школьник на предметных уроках получает обширные знания по самым разным научным направлениям, приобретает разнообразные умения и навыки. Однако далеко не всегда результатом обучения является формирование целостной картины окружающего мира. Чтобы достичь этой цели, необходима интеграция знаний. Рассмотрим, как это может осуществляться при преподавании биологии.

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 биохии или биофизике будут вполне уместны и на уроках физики и химии.

Связь биологии и физики.

Современное биологическое образование требует, чтобы уже в 6 классе при объяснении биологических явлений учитель использовал знания физических понятий и законов, которых у детей этого возраста нет. В результате, учителю биологии приходится самому объяснять физические процессы и явления. Это создаёт серьёзные трудности, но совершенно очевидно, что физическое обоснование биологических процессов — мощный фактор формирования научного мировоззрения. Достаточный багаж физических знаний, на которые может опереться учитель биологии, появляется у школьников в тому моменту, когда онт начинают изучать анатомию, физиологию и гигиену человека.

Ранее мы уже рассматривали связь биологии и физики в современной школьной программе [2; с. 21–22] и пришли к выводу, что учебниках практически отсутствуют сведения о том, как можно применить физические закономерности в диагностике, лечении и профилактики болезней человека; отсутствуют и методические пособия для учителя, позволяющие эффективно интегрировать предметные знания. В результате, значительная часть знаний, получаемых детьми на уроках физики, оказывается оторванной от их практического применения. А ведь именно это позволяет педагогу сделать преподавание естественнонаучных дисциплин личностно значимым, через интерес к самому себе развить стремление к познанию нового, осознать тесную взаимосвязь законов физики, химии и биологии. Проводя аналогию между физическими процессами и жизнедеятельностью биологических систем, ребёнок развивает умения анализировать, сравнивать и обобщать, расширяя тем самым границы познания. Наш опыт совместной работы показывает, что наилучшая форма использования межпредметных связей — это интегрированные уроки.

Предлагаем список тем, наиболее подходящих для интеграции физики и биологии человека:

1.      Механика организма: архитектура строения скелета и костной ткани (расположение трабекул в костной ткани, трубчатое строение костей, сводчатое строение стопы, физиологические изгибы позвоночника идр.), динамические и статические нагрузки и их влияние на костно-мышечный аппарат, перемещение центра тяжести при движении и сохранение равновесия, работа вестибулярного аппарата и причина возникновения морской болезни, рычаги в теле человека (работа конечностей, усиление звука в системе косточек среднего уха), сила трения и способы её уменьшения в организме (строение и работа суставов, особенности строения плевральной оболочки);

2.      Диффузия в организме человека: через клеточные мембраны, через стенки лёгочных альвеол и стенки капилляров, осмос;

3.      Тепловые процессы: терморегуляция в организме человека и её нарушения, энергетический обмен и его нарушения;

4.      Давление: возникновение кровеносного давления и его роль в кровообращении, давление на барабанную перепонку, роль давления крови при образовании первичной мочи, значение разности давления для дыхательных рефлексов, горная болезнь и механизм её возникновения;

5.      Электрические явления в организме: возникновение и иррадиация возбуждения и торможения в мозге, передача нервного импульса, электрическая активность органов и её использование в диагностике (ЭЭГ, ЭКГ);

6.      Оптическая система глаза: преломление светового луча роговицей и хрусталиком, механизм возникновения близорукости и дальнозоркости и их коррекция, возникновение изображения на сетчатке. [2; с. 21–22]

В старших классах физические знания требуются учителю биологии для объяснения таких тем, как энергетический обмен и цепь переносчиков электронов, фотосинтез и воздействие фотонов на молекулы хлорофилла, искусственный мутагенез, методы определения возраста палеонтологических находок и др.

Связь биологии и химии.

На стыке биологии и химии возникла наука биохимия, элементы которой дети изучают и на биологии, и на химии. Основной проблемой биохимии следует считать поиск ответа на вопрос, как взаимодействие молекул порождает жизнь, как произошёл переход от химической эволюции к биологической. [3; с. 36–37]

Понятие о неорганических и органических веществах вводится ещё в 6 классе. В последующие годы на уроках биологии разбирается биологическая роль воды в связи с её физическими и химическими свойствами. На уроках химии и биологии 9 и 10 классах большое внимание уделяется белкам, липидам, углеводам, нуклеиновым кислотам.

Подробное изучение учебных программ показало, что на фоне дефицита учебного времени при изучении этих тем существует дублирование значительной части материала в учебниках по химии и биологии. Именно поэтому целесообразно проведение интегрированных уроков по темам «Вода в природе и в организме», «Строение и функции белков», «Свойства липидов и углеводов и их биологическая роль», «Биосинтез белка», «Строение, свойства и функции нуклеиновых кислот», «Рациональное питание с точки зрения химии», «Ферменты и их роль в организме», «Химические и биологические методы защиты растений», «Что такое биохимический анализ крови?» Таким образом достигается не только более полное и глубокое усвоение учебного материала, но и формируется положительная учебная мотивация.

Связь биологии и географии

При изучении надвидовых уровней биологических систем физические и химические подходы к объяснению биологических явлений дополняются географическим подходом. Раздел «Биосфера» присутствует в курсе биологии 6, 9 и 11 класса и в курсе географии 6, 7 и 11 классов. Учитель биологии имеет возможность, опираясь на знания, полученные на уроках географии, рассмотреть более подробно вопросы геоботаники, географии растений и зоогеографии, которые очень полезны при изучении эволюционного учения в 11 классе.

Большие возможности для интеграции уроков можно найти при изучении последних тем в курсах 6 класса, что неоднократно осуществлялось нами. При таком подходе у детей не создаётся впечатления разрозненности знаний, формируется картина природы в целом, закладываются основы экологического мышления.

Большой интерес вызывают у детей интегрированные уроки, посвящённые растительному и животному миру материков и различных регионов России. По этим темам даже учащиеся 7–8 классов могут самостоятельно подготовить качественные презентации и стендовые доклады. [3; с. 37–39]

Также у нас есть опыт проведения интегрированных уроков по темам «Почвы», «Земельные ресурсы и их использование», «Биологические ресурсы и их использование», «Географическое и экологической видообразование», «Расы человека, их возникновение и единство».

Однако интегрированные уроки — это не единственный способ объединения географическх и биологических подходов к изучению природы. Такие научные направления, как экология и ландшафтоведение, находятся на стыке биологии и географии, поэтому возникает возможность совместной работы учителей предметников по созданию вместе с детьми учебных проектов. В зависимости от возраста и уровня подготовки детей, результаты проектной деятельности могут быть представлены в виде тематического кроссворда, презентации, реферата или отчёта.           Таким образом, технология междисциплинарных проектов позволяет решить множество педагогических задач. Обучающиеся получают возможность осознать информационную целостность всех школьных дисциплин как отражение единых законов окружающего мира; научиться работать с людьми; использовать разные способы получения и представления информации; развить презентационные умения и навыки для представления результатов своей деятельности как дистанционно, так и очно. [1; с. 163–165]

Нужно отметить, что совместная работа над проектами полезна не только детям, но и взрослым участникам совместной работы. Технология позволяет учителям получить возможность исследовательской работы в областях знания, которые не могут быть изучены в рамках одного предмета; способствовать всестороннему развитию личности учащихся; улучшить психологический климат в коллективе, увлечённо работающем над общими проблемами. [4; с. 110–111]

Связь биологии и математики

Биология широко использует математический аппарат при проведении тех или иных исследоаний. Например, ежегодно ученики нашей школы пишут исследовательские работы по биологической и экологической проблематике (например, «Социологическое исследование экологического сознания жителей Санкт-Петербурга», «Разработка проекта очистки воды в реке Оккервиль», «Возрастные различия в переключении произвольного внимания у детей и подростков» и др.) Любое исследование предполагает статистическую обработку результатов: ранжирование, построение графиков и диаграмм, подсчёт среднего арифметического, среднеквадратичного отклонения, процентной доли, коэффициентов корреляции.

При изучении генетических законов, решении задач по генетике, биохимии и популяционной генетике математический аппарат необходим как при освоении теоретического материала, так и при решении конкретных задач.

На протяжении многих лет в школе действует факультатив, рассматривающий золотое сечение в природе. Организация занятий такова, что обучающимся предоставляется широкая возможность самостоятельной работы при подборе материала, подготовке сообщений и презентаций.

Хотя занятия на факультативе проводит учитель математики, учителя других профилей не только принимают в них участие, но и на своих уроках используют материал этого курса.

В частности, на уроках ботаники мы обращаем внимание на то, что очередное листорасположение подчиняется правилу золотого сечения: дробь, числитель которой — это число оборотов на стебле, а знаменатель — число листьев в цикле, соответствует рядам Фибоначчи, например, 3/8 или 5/13. Подобную же логарифмическую спираль можно обнаружить в расположении семян в корзинках сложноцветных, чешуй — в шишках голосеменных, колючек на стебле кактусов. Во всех этих случаях спирали заворачиваются навстречу друг другу, а число правых и левых спиралей всегда относится друг к другу как соседние числа в ряду Фибоначчи.

Переходя к курсу зоологии, мы вновь сталкиваемся с логарифмической спиралью в строении раковины моллюска. По законам золотого сечения построены тела бабочек, стрекоз и ящериц, этому же правилу подчиняется форма яиц птиц.

Та же логарифмическая спираль обнаруживается и в строении костного лабиринта (улитки) внутреннего уха. Золотую пропорцию можно обнаружить в строении человеческого тела и в чертах лица. Но те только в анатоии можно увидеть золотую пропорцию. Отношение продолжительности систолы и диастолы сердечного цикла также составляет дробь из соседних чисел ряда Фибоначчи. Чем больше сердечный ритм отклоняется от идеяальной частоты, тем больше энергетические затраты организма и тем ниже эффективность работы сердца.

В курсе общей биологии обязательно отмечается, что двойная спираль молекулы ДНК почти полностью соответствует числам ряда Фибоначчи. Таким образом, на протяжении всего курса биологии учитель имеет возможность с математической очностью обосновать гармоничность природы и единство всех проявлений жизни. [3; с. 39]

Связь биологии с гуманитарными науками

Интегрированный подход создаёт условия, спосоьствуюие личностному росту. Естесивеннонаучное образование должно формировать у школьников понимание жизни как величесйшей ценности. Вместе с тем, естествознание приближается по стратегии исследования к гуманитарным дисциплинам, происходит гуманизация биологии и биологизация других наук. Гуманизация науки предполагает взгляд на человека как на высшую ценность.. С позиции современной биологической культуры человек и жизн на Земле становятся единой универсальной ценностью. Интерес к уникальным особенностям каждого природного объекта роднит биологию с гуманитарными науками.

Наиболее близки к гуманитарной сфере такие рпзделы биологии, как этология (наука о поведении), зоопсихология, экология, систематика. [34 с. 28–29]

Культурологический подход к преподаванию требует использования произведений литературы и живописи при изучении живой природы, знакомства с биографиями знаменитых биологов и историей науки.

Таким образом, современное преподавание биологии должно отражать реальное положение науки о живой природе в системе научного знания. Биология тесно взаимодействует с естественнонаучными и гуманитарными дисциплинами, включена в социокультурную среду. Формирование научной картины мира — это результат всего школьного обучения, который не может быть достигнут без взаимодействия разных дисциплин, приёмов и методов обучения.

Литература:

1.      Васильева Т. С. Школьные экологические проекты как форма интеграции естественнонаучного образования // нтеграция как методология естественно-научного образования: Материалы городской научно-практической конференции/ под ред. И. Ю. Алексашиной. — СПб.: СПб АППО, 2012: с. 163–165

2.      Васильева Т. С., Кудрявцева М. Е. Организм человека как объект физического познания // Вопросы образования и науки в XXI веке: сб. науч. тр. по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 29 апреля 2013 г.: в 11 частях. Часть 9; М-во обр. и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бинес-Наука-Общество», 2013, с. 21–22

3.      Комиссаров Б. Д. Методологические проблемы школьного биологического образования. — М.: Просвещение, 1991. — 160 с.

4.      Родионова Е. П., Васильва Т. С. Метод междисциплинарных проектов и исследований как способ формирования целостной картины мира // Наука и образование в жизни современного общества: сб. науч. тр. по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 29 октября 2012 г.: в 12 частях. Часть 10; М-во обр. и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бинес-Наука-Общество», 2012, с. 110–111