Моделювання як метод пізнання невіддільний від розвитку знання. Практично у всіх науках про природу, живу та неживу, про суспільство, побудова та використання моделей є потужним знаряддям пізнання. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні й складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності й тому багато разів більш простий, ніж ця реальність, і дослідження спочатку цієї моделі. Моделювання - це наочно-практичний метод навчання. Наочність є необхідним і закономірним засобом освітнього процесу на всіх етапах вивчення біології в середній школі, так само як і практичний метод. Спеціальні психолого-педагогічні дослідження показали, що ефективність навчання залежить від ступеня залучення всіх органів почуттів людини. Чим різноманітніше чуттєве сприйняття навчального матеріалу, тим міцніше він засвоюється. Унаслідок цього ми вважаємо, що сукупність наочного й практичного методів навчання у вигляді методу моделювання є самодостатнім і має зайняти гідне місце серед сучасних методів навчання.
Моделювання як ефективний метод сучасного уроку біології
Згідно з Концепцією Нової української школи, яка є основним документом у розвитку сучасної освіти, а також за експертними оцінками, найбільш успішними на ринку праці є фахівці, які вміють навчатися впродовж життя, критично мислити, ставити цілі та досягати їх, працювати в команді, спілкуватися в багатокультурному середовищі та опановувати інші сучасні вміння [1].
Нова українська школа — це ключова реформа Міністерства освіти і науки України. Головна мета — створити школу, у якій буде приємно навчатись і яка даватиме учням не тільки знання, як це відбувалося раніше, а й уміння застосовувати їх у житті. Це створення школи, де учні будуть навчатися через діяльність, а основна увага спрямована на розвиток компетентностей, а не запам’ятовування фактів [2].
Кожна дитина — неповторна, наділена від природи унікальними здібностями, талантами та можливостями. Місія Нової української школи — допомогти розкрити та розвинути можливості кожної дитини. У Законі України «Про освіту» визначено, що компетентність — це динамічна комбінація знань, умінь, навичок, способів мислення, поглядів, цінностей, інших особистих якостей, що визначає здатність особи успішно соціалізуватися, провадити професійну та/або подальшу навчальну діяльність [3].
Новий Державний стандарт ґрунтується на засадах особистісно зорієнтованого, компетентнісного і діяльнісного підходів, що реалізовані в освітніх галузях і відображені в результативних складових змісту базової і повної загальної середньої освіти. Компетентнісний підхід сприяє формуванню ключових і предметних компетентностей. До ключових компетентностей належить уміння вчитися, спілкуватися державною, рідною та іноземними мовами, математична і базові компетентності в галузі природознавства і техніки, інформаційно-комунікаційна, соціальна, громадянська, загальнокультурна, підприємницька і здоров’язбережувальна компетентності, а до предметних (галузевих) — комунікативна, літературна, мистецька, міжпредметна естетична, природничо-наукова і математична, проектно-технологічна та інформаційно-комунікаційна, суспільствознавча, історична і здоров’язбережувальна компетентності. Діяльнісний підхід спрямований на розвиток умінь і навичок учня, застосування здобутих знань у практичних ситуаціях, пошук шляхів інтеграції до соціокультурного та природного середовища.
Форми організації освітнього процесу можуть уточнюватися та розширюватись у змісті окремих предметів за умови виконання вимог Державного стандарту та окремих предметів протягом навчального року. Вибір форм і методів навчання вчитель визначає самостійно, ураховуючи конкретні умови роботи, забезпечуючи водночас досягнення очікуваних результатів, зазначених у навчальних програмах окремих предметів [4].
Сучасна школа знаходиться на шляху активного пошуку нових форм і методів навчання. Для кращого засвоєння навчального матеріалу необхідно використовувати спеціальні прийоми, які направлені на організацію інтересу та уваги. Сучасні форми навчання біології повинні забезпечити не лише засвоєння глибоких і міцних знань учнями, а й сформувати в них вміння й навички самостійно здобувати нові знання, розвивати творче мислення та пізнавальну активність.
У наш час основною задачею сучасної освіти є підготовка підростаючого покоління до життя й професійної діяльності в новому, високорозвиненому інформаційному середовищі, ефективному використанню її можливостей [5].
Нинішнє покоління учнів, народжених після 2000 року, — це перше, повністю цифрове покоління. Їхні цінності перебувають ще в процесі формування, але психологи відзначають тяжіння до індивідуалізму, самовпевненість і спрямованість до успіху. Інформаційне середовище, у якому живе покоління Z, суттєво впливає на розвиток їхньої особистості, визначаючи характерні ознаки [6].
Нові підходи до організації навчального процесу з біології в загальноосвітній школі потребують використання найсучасніших педагогічних концепцій та вдосконалення відомих методик, модернізації їхнього змісту з метою формування високоінтелектуальної, духовно багатої, творчої, толерантної особистості. Такі завдання здатен реалізувати лише компетентний педагог, який володіє своїм предметом та вміло застосовує прийоми навчальної діяльності. З-поміж розмаїття методів ефективного навчання біології чинне місце посідає метод моделювання біологічних явищ та об’єктів [7].
Модель у буквальному значенні (від фр. modele, від лат. modulus — «міра, зразок») означає відтворення предмета в зменшеному або збільшеному вигляді, схему, зображення або опис якого-небудь явища або процесу в природі й суспільстві. Моделі класифікують за різними типами ознак. Наприклад, виходячи з того, із чого вони зроблені, розрізняють моделі предметні, знакові й ігрові. За способом пізнання розрізняють моделі науково-технічні, життєві й художні. За змістом модель може бути статичною, тобто відображати структуру оригіналу, динамічною — відображати функціонування оригіналу. За способом застосування трапляються експериментальні, дослідницькі й навчальні моделі [8].
Моделювання є процесом дослідження об’єктів пізнання на їхніх моделях. Метод моделювання в сучасній науці використовують тоді, коли маніпулювання з оригіналом неефективне або взагалі неможливе. Прикладом є вивчення недосяжних у часі та просторі об’єктів і процесів (еволюційні процеси, фізіологічні й екологічні явища та взаємодії). У школі під час вивчення біології такі ситуації трапляються на кожному кроці, і моделювання допомагає їх розв’язувати.
Моделювання біологічних систем відносять до активних методів навчання. Воно полягає в уявному або практичному створенні учнями моделі біологічного об’єкта — біогеоценозу, агроценозу, клітини, системи органів, організму тощо. Використання цього методу спонукає школярів до пошуку, часто вимагає різноманітних практичних дій [9].
Усі моделі можна розділити на два великі класи: моделі предметні (матеріальні) й моделі знакові (інформаційні). Предметні моделі відтворюють геометричні, фізичні та інші властивості об’єктів у матеріальній формі. У процесі навчання широко використовують такі моделі: глобус (географія), муляжі (біологія), моделі кристалічних ґраток (хімія) та ін. У навчанні біології застосовують, в основному, матеріальні моделі. Це муляжі плодів, гербарій рослин, моделі квіток, мозку тварин, органів людини і т. д. Істотними ознаками матеріальної моделі є наочність, абстракція, елемент наукової фантазії й уяви, використання аналогії як логічного методу побудови, елемент гіпотетичності. На уроках учням пропонують власноруч зробити такі моделі, тоді їхньою важливою властивістю стає наявність творчої фантазії. Пропонуючи такі вправи для самостійного виконання, досить легко можна визначити, наскільки учень розуміє предмет.
Інформаційна модель об’єкта — це його опис. Об’єктом у біології можна назвати клітину, організм, групу живих організмів, процес, явище тощо. До інформаційних моделей належать: карти, схеми, креслення, графіки, таблиці («об’єкт — властивість», «об’єкт — об’єкт»).
Текстова модель — опис об’єкта моделювання природною мовою. Одним із прикладів текстової моделі є опис загальної характеристики групи живих організмів. У курсі біології учневі пропонують готовий текст, який необхідно запам’ятати й відтворити. Може бути запропоноване відео, на основі якого учні мають відновити в тексті пропущені слова.
Перевага табличних моделей полягає в тому, що в них вносять необхідну коротку інформацію про об’єкт або кілька об’єктів та їхніх властивостей. Під час складання таблиць так само відбувається процес обробки текстової інформації, в учнів розвивається вміння виділяти головне. За таблицями можна проводити аналіз, робити висновки, контролювати ступінь засвоєння знань.
До графічних моделей можна віднести зображення організмів (картинки, схеми, графіки) [10].
Комп’ютерне моделювання. Широке використання анімації, моделювання з використанням програми PowerPoіnt, Learning Apps, Mozaik education, Human anatomy, Phet, Microsoft Paint 3D робить навчання більш наочним, зрозумілим і таким, що запам’ятовується. Завдяки анімації можна змоделювати біологічні процеси (наприклад, «Рефлекторна дуга», «Нестатеве розмноження гідри» і т. д.).
Таким чином, застосування на уроках біології методу моделювання забезпечує формування в учнів провідних понять, засвоєння біологічних закономірностей. Під час вивчення біології використовують текстові, табличні, графічні, комбіновані й комп’ютерні моделі. Метод моделювання дозволяє підвищити ефективність засвоєння учнями біології, проте у випадку, коли його використовує вчитель, який має достатній рівень професійної культури й педагогічної майстерності.
Сукупність наочного й практичного методів навчання у вигляді методу моделювання є самодостатнім і має зайняти гідне місце серед сучасних методів навчання.
При вивченні природознавства, біології та екології учні повинні вміти створювати, застосовувати й перетворювати знаки й символи, моделі та схеми для вирішення навчальних та пізнавальних завдань. Модель виступає як «інструмент» спільної діяльності учнів і вчителя. Вона відбиває загальні відносини та зв'язки всередині досліджуваного об'єкта. За допомогою моделі ми можемо вирішувати велике коло завдань, що випливають із внутрішньої структури самої моделі.
Моделювання знаходить широке застосування в області біології не лише через те, що може замінити експеримент. Воно має велике самостійне значення, яке відображується в цілому ряді переваг:
Цифрове моделювання виконує в біології самостійні функції. Проте зберігає своє евристичне значення тільки тоді, коли враховуються межі застосування будь-якої моделі.
В основі вибору даної форми уроку лежить розуміння того, що при великому потоці нової інформації психіка дітей поступово адаптується до навчального процесу й розуміння нових термінів викликає труднощі. Учні не зосереджуються на значенні слів, поверхнево запам'ятовують термін. Та намагаються захистити себе від надмірної інформації. Іноді необхідно зупинитися й спрямувати учнів на детальне розуміння термінів.
Для моделювання можна використовувати пластилін та з його допомогою деталізувати і краще зрозуміти термін чи поняття [Додаток А].
У процесі уроку активізуються всі три види сприйняття: зорове (демонстрація таблиць, схем, "моделей"), звукове (робота ведеться в малих групах і учням доводиться обговорювати кожен етап роботи), тактильне (робота з пластичним матеріалом). Використання різних типів сприйняття навчальної інформації підвищує пізнавальну активність та інтерес кожного до навчального процесу. Робота в малих групах сприяє діалогічному спілкуванню, яке є визначальним у розвитку навичок міжособистісного спілкування, уміння конструктивно знаходити рішення поставлених завдань. Це надзвичайно важливі новоутворення даного вікового періоду. Під час уроку дуже важливо налаштувати дітей на спільну роботу, допомогти оцінити необхідність діяльності кожного члена групи, націлити кожного учня на позитивний результат, звернути увагу на розвиток мови, пам'яті, логічного, мислення.
У ході моделювання учні проходять кілька етапів діяльності.
Перший - ретельне вивчення досвіду, пов'язаного з явищем або об'єктом, аналіз і узагальнення цього досвіду, створення гіпотези, що лежить в основі майбутньої моделі.
Другий - складання програми діяльності, її організація відповідно до розробленої програми, внесення в неї коректив, підказаних практикою або різними джерелами, уточнення первісної гіпотези дослідження, взятої в основу моделі.
Третій - створення остаточного варіанта моделі. Якщо на другому етапі дослідник ніби пропонує різні варіанти об'єкта, який конструює, то на третьому етапі він на основі цих варіантів створює остаточний зразок того чи іншого проєкту, що збирається втілити.
Під час моделювання учні «пропускають» через себе інформацію, аналізують, узагальнюють, встановлюють причинно-наслідкові зв'язки й утілюють у модель. Проводячи такі уроки, учитель досить легко може визначити, наскільки учень розуміє предмет.
Приклади використання й побудови моделей на уроках біології.
При вивченні теми «Клітина» (6 клас) проводжу заняття з моделювання рослинної і тваринної клітини з використанням пластиліну. Цей прийом можливо використовувати як у ході проведення уроку, так і в якості творчого домашнього завдання. Важливою властивістю моделі в даному випадку є наявність у ній творчої фантазії. Подібні завдання застосовую і на інших уроках з тем: «Одноклітинні організми. Перехід до багатоклітинності» в 6 класі, «Процеси життєдіяльності тварин» - 7 клас, «Організм людини як біологічна система» - 8 клас, «Тіла, речовини та явища навколо нас» у 5 класі тощо [Додаток Б].
При використанні пластиліну на уроках з моделюванням біологічних об'єктів не виникає проблем сприйняття. Найголовнішим у цій роботі виявилося дитяче відкриття, що будь-яка дія може призвести до зміни форми і структури об'єкта; і те, що будь-яке словесне пояснення можна довести виготовленням моделі. Після «пластилінових» робіт краще сприймається електронні моделі, теоретичний матеріал.
У побудові моделі використовую не тільки пластилін, а й інші підручні матеріали. Наприклад, кольоровий папір, ватні палички й диски, пластикові пляшки та ін. Моделі часто робимо розбірні, тому їх зручно використовувати при відпрацюванні різних умінь на етапі вивчення матеріалу й контролю знань [Додаток В].
Прикладом предметної моделі може послужити власна модель принципу побудови молекули нуклеїнової кислоти за допомогою конструктора LEGO. Цей прийом наочно демонструє учням послідовність і закономірність розташування нуклеотидів у нуклеїнових кислотах [Додаток Г].
Інформаційні моделі використовуються як опора для викладу відповідного навчального матеріалу у вигляді граф логічних моделей.
Дуже ефективно використовуються інформаційні моделі при вивченні різноманіття рослин і тварин, де в опорному конспекті по навчальному матеріалу у вигляді значків, символів кодується великий обсяг інформації, але легко розшифровуються учнями, особливо коли ці символи вибирають і пропонують самі діти.
Скласти з даних малюнків, наприклад, життєвий цикл комах з повним перетворенням.
У ході вивчення теми «Різноманітність рослин» в 6 класі дітям пропонують картки з назвою рослин, рослиноїдних і хижих тварин, бактерій, грибів та завданням: візьміться за руки, складіть ланцюг живлення. Такі вправи закріплюють розуміння, що «ланцюги харчування» починаються з рослин - це перша ланка, друга ланка ланцюга - травоїдні тварини, третя ланка - комахоїдні або хижі тварини, а закінчуються ланцюги організмами - руйнівниками органічної речовини. Учні аналізують випадки, що стануться з ланцюгом, якщо з нього вилучити окрему ланку.
При вивченні наступних тем: моно-, ди-, полігібридне схрещування, проміжне успадкування ознаки, аналізуюче схрещування, взаємодію неалельних генів, генетика статі та зчеплене зі статтю успадкування використовуємо модель вирішення генетичних завдань, яка легко засвоюється школярами.
Використання граф логічних моделей на уроках біології дає наступні можливості:
- отримати цілісне уявлення про досліджуваний об'єкт;
- здійснити зв'язок між попередніми й наступними темами курсу;
- визначити складові частини загального поняття та з’ясувати при цьому зв’язки й закономірності між ними;
- організувати самостійну роботу учня над конкретною темою при виконанні ним творчого, дослідницького завдання;
- позбавляти учнів від механічного запам'ятовування, знімати стрес перед сприйняттям великого обсягу навчального матеріалу;
- сформувати новий погляд на навчальний предмет, на предметний курс, на життя в цілому.
Сучасні цифрові ресурси містять у своєму складі модулі та функції і дають можливості учителям біології конструювати цікаві й наочні уроки, організовувати позакласні заходи. Смарт дошка надає можливості для використання програм: Learning Apps, Mozaik education, Human anatomy, Phet, Microsoft Paint 3D.
У складі програмного забезпечення "Mozaik" є 3D-моделі для вивчення шкільного курсу біології. Інтерактивний флеш-ролик 3D-модель "Mozaik" дозволяє побачити багато об'єктів у просторі [Додаток Є].
Paint 3D, доступна тільки в Windows 10, є безкоштовною програмою Microsoft, яка включає в себе як базові, так і передові інструменти для малювання. Ми можемо не тільки використовувати маркери, фігури, текст і ефекти для створення унікальних 2D-об'єктів, але також можемо створювати 3D-об'єкти і навіть використовувати моделі, створені іншими користувачами Paint 3D.
Додаток Paint 3D і його інструменти досить прості для користувачів будь-якого рівня знань. Не потрібно бути експертом в області 3D-дизайну, щоб знати, як використовувати Paint 3D. Крім того, цей додаток відмінно працює, як 2D-програма, як і класична програма Paint, у якій удосконалені функції та оновлений інтерфейс. Paint 3D використовує безліч функцій, присутніх в оригінальному додатку Paint, але також включає нові інструменти, зокрема можливість створювати 3D-об'єкти.
Ось деякі з функцій, які можна знайти в Paint 3D:
Програми Learning Apps, Mozaik education, Human anatomy, Phet, Microsoft Paint 3D підвищують мотивацію до навчання учнів шляхом занурення їх у віртуальне навчальне середовище. Віртуальне навчання спонукає учнів до навчальних досліджень та експериментування в середовищі, подібному до гри. Ці програми можливо використати при поясненні нового матеріалу, закріпленні вивчених понять, виконанні лабораторних, практичних робіт.
Використання методу моделювання сприяє розвитку:
Моделювання в навчанні біології грає позитивне значення, оскільки воно визначається змістом предмета, а також віковими психологічними особливостями дітей.
Активне застосування моделювання як методу викладання біології відчутно впливає на атмосферу уроку в цілому, спонукає до розвитку творчих здібностей учнів, поглибленого вивчення біології.
Моделювання в змісті навчальних предметів формує одну з ключових компетентностей щодо вирішення проблемних питань стратегії сталого розвитку природи й суспільства.
Список використаної літератури
Додатки
Додаток А
Фотографії моделювання з використанням пластиліну на уроках біології
Додаток Б
Фотографії предметних моделей з пластиліну
Додаток В
Фотографії моделей з підручних матеріалів
Додаток Г
Фотографії створення біологічних моделей за допомогою конструктора LEGO
Додаток Д
Фотографії інформаційних моделей: флеш анімація, скрайб-презентація, 3D модель (фото створено з відео)
Додаток Е
Застосування програми Paint 3D для створення біологічних моделей на уроках
Додаток Є
3D-моделі у складі програмного забезпечення Mozaik education, Human anatomy, Phet, що використовуються на уроках біології
1