Nowa podstawa programowa  – główne narzędzie pracy każdego nauczyciela – stawia przed dydaktykami nowe wyzwania. Od września 2009 roku nauczyciele gimnazjum staną się odpowiedzialni za wykształcenie u uczniów umiejętności myślenia naukowego (od 2012 r. będą za to odpowiedzialni również nauczyciele szkół podstawowych), ponieważ uważa się, że szkoła podstawowa i gimnazjum są najlepszymi etapami edukacji do kształcenia tej umiejętności. Szkoły ponadgimnazjalne będą tę umiejętność jedynie doskonalić.

Wykształcenie absolwenta rozumiejącego otaczający go współczesny świat, sprawnie orientującego się wśród natłoku informacji, patrzącego na problemy dnia codziennego przez pryzmat naukowego poznania, przygotowanego do ciągłego uczenia się – to cel  kształcenia ogólnego na III i IV etapie edukacyjnym, czyli w gimnazjum i szkole ponadgimnazjalej.  

Nowe kształcenie ogólne na III i IV etapie edukacyjnym tworzy teraz programową całość,  
co jest związane z jednokrotnym podczas gimnazjalnego i ponadgimnazjalnego etapu rozwoju ucznia omawianiem określonych  treści programowych. Takie ujęcie nakłada na  nauczyciela gimnazjalnego większą odpowiedzialność edukacyjną.  Zostaje zobowiązany do efektywnej realizacji podstawy programowej podczas minimum 130 godzin biologii w trzyletnim cyklu kształcenia i wykształcenia w tym czasie u przeciętnego ucznia wszystkich umiejętności związanych z przedmiotem biologia zapisanych w podstawie programowej.

Zadaniem nauczyciela biologii według nowej podstawy programowej jest kształcenie
u młodzieży:
• umiejętności wyszukiwania, analizowania, przetwarzania, wykorzystywania i tworzenia informacji w różnej postaci,
• umiejętności myślenia naukowego dotyczącej różnorodności biologicznej
i podstawowych procesów biologicznych,
• znajomości metodyki badań biologicznych.

Akcentowana w podstawie programowej konieczność przygotowywania uczniów
do wszechstronnego samokształcenia powoduje, że kolejnym zadaniem  nauczyciela biologii będzie stworzenie odpowiednich sytuacji dydaktyczno-wychowawczych kształcących samodzielność myślenia i działania  oraz poznania.  Takie warunki kształcenia biologicznego uczniów, sprzyjające poznaniu naukowemu i rozwijaniu myślenia naukowego, spełniają  metody kierowania samodzielną pracą ucznia, a  szczególnie metoda laboratoryjna.  

Dlaczego na lekcjach biologii eksperyment i obserwacja biologiczna (jako samodzielna metoda badawcza lub ogniwo metody eksperymentu) są niezbędnymi sposobami realizacji nowej podstawy programowej z biologii?  

Wśród pięciu wymagań ogólnych zapisanych w nowej podstawie programowej aż trzy są związane z eksperymentami i obserwacjami biologicznymi. Przeciętnemu absolwentowi gimnazjum będzie się stawiało takie wymagania, jak:
• znajomość metodyki badań biologicznych (uczeń powinien umieć planować, przeprowadzać i dokumentować obserwacje i proste doświadczenia biologiczne; określać warunki doświadczenia, rozróżniać próbę kontrolną i badawczą, formułować wnioski, przeprowadzać obserwacje mikroskopowe preparatów świeżych i trwałych);
• poszukiwanie, wykorzystywanie i tworzenie informacji (m.in. uczeń powinien umieć wykorzystywać różnorodne źródła informacji i metody pozyskiwania informacji, odczytywać, analizować i przetwarzać informacje przedstawione w różnej formie);
• rozumowanie i argumentowanie (uczeń powinien umieć interpretować informacje i wyjaśniać zależności przyczynowo-skutkowe między faktami, formułować wnioski, formułować  i przedstawiać opinie związane z omawianymi zagadnieniami biologicznymi).

Kształcenie i rozwijanie powyżej zacytowanych umiejętności młodzieży gimnazjalnej mają umożliwić działania praktyczne na lekcjach biologii w postaci doświadczeń przeprowadzanych samodzielnie przez uczniów. W  nowej podstawie programowej podano propozycje  doświadczeń i obserwacji, wskazane do przeprowadzenia na lekcjach biologii z tzw. przeciętnym uczniem.

Podstawa kształcenia ogólnego – fragment Zalecane doświadczenia i obserwacje Uczeń: 1) planuje i przeprowadza doświadczenie: a) wykazujące, że podczas fermentacji drożdże wydzielają dwutlenek węgla, b) sprawdzające wpływ wybranego czynnika na proces kiełkowania nasion, c) wykazujące rolę składników chemicznych kości, d) sprawdzające gęstość rozmieszczenia receptorów w skórze różnych części ciała, e) sprawdzające obecność skrobi w produktach spożywczych; 2) dokonuje obserwacji: a) mikroskopowych preparatów trwałych (np. tkanki zwierzęce, organizmy jednokomórkowe) i świeżych (np. skórka liścia spichrzowego cebuli, miąższ pomidora, liść moczarki kanadyjskiej, glony, pierwotniaki), b) zmian tętna i ciśnienia krwi podczas spoczynku i wysiłku fizycznego, c) wykazujących obecność plamki ślepej na siatkówce oka, d) w terenie przedstawicieli pospolitych gatunków roślin i zwierząt, e) w terenie obserwacji liczebności, rozmieszczenia i zagęszczenia wybranego gatunku rośliny zielnej.

Szczególnie cenne w obecnej dydaktyce są samodzielnie prowadzone przez uczniów  eksperymenty, w których uczniowie rozwiązują problemy badawcze. W pracy z uczniem nauczyciele są przewodnikami po obszarach  biologii i udzielają  uczniom wskazówek.  Nie powinno się ograniczać tylko do doświadczeń i obserwacji zalecanych w podstawie programowej. Nauczyciele biologii, w miarę możliwości, powinni jak najczęściej proponować młodzieży poznanie zagadnień programowych z wykorzystaniem prostych eksperymentów. Podczas przeprowadzania odpowiednio dobranych przez nauczyciela eksperymentów  młodzież nie tylko wzbogaca swoją wiedzę biologiczną, ale także ćwiczy stosowanie procedur myślenia naukowego, uczy się samodzielności, współpracy, skutecznego komunikowania się, oceniania działań własnych, rozwiązywania konfliktów  itp.  (dlatego doświadczenia w formie pokazu powinny być prowadzone tylko w wyjątkowych sytuacjach).

Eksperymenty  zastosowane na początku lekcji  pobudzą uczniów do aktywności twórczej w trakcie zajęć oraz zwiększą zainteresowanie uczniów omawianymi na lekcji biologii problemami. Na początku zajęć przeprowadzane mogą być doświadczenia szybkie do wykonania np. eksperymenty z wykrywaniem witaminy C w owocach i warzywach czy wykrywaniem dwutlenku węgla (tlenku węglaIV) w wydychanym powietrzu, a także doświadczenia, których przebieg uczniowie będą mogli obserwować podczas trwającej lekcji, np. wpływ temperatury i natężenia światła na intensywność fotosyntezy. Eksperymenty długotrwałe, np. dotyczące tego jak obecność soli mineralnych w kościach wpływa na ich właściwości fizyczne, można zaplanować tak, aby cześć doświadczalna była  wykonana przez uczniów w domu, a  jedynie po zakończeniu eksperymentu, na zajęciach szkolnych, uczniowie analizowaliby przyniesione wyniki eksperymentu i formułowali wnioski.

We wszystkich eksperymentach szkolnych młodzież powinna wykonywać  doświadczenia równym frontem. W przypadku podziału na grupy i przygotowania różnych  doświadczeń – uczniowie zobowiązani byliby do wykonania takich samych zestawów doświadczeń, zamieniając się miejscami, przy stanowiskach z różnymi doświadczeniami.   
Co będzie stanowić największą trudność dla gimnazjalistów? Będzie to terminologia i procedury metod naukowego poznania. Uczniowie gimnazjum z eksperymentami i obserwacjami zetknęli się już na lekcjach przyrody w szkole podstawowej. Jednak prowadzone  wtedy obserwacje i  eksperymenty  stosowane były dla ułatwienia poznania rzeczywistości przez dzieci, wprowadzały w świat naukowego poznania, zaciekawiały uczniów, ale uczniowie nie uczyli się procedur badań naukowych. Dlatego nauczyciel nie mogąc wymagać, od uczniów pierwszej klasy gimnazjum, znajomości procedur myślenia naukowego, musi wykształcić je u swoich uczniów, podczas prowadzonych lekcji biologii.

Jak pomóc uczniom poznać procedury metody naukowej i metodykę badań biologicznych,  pomóc im opanować terminologię biologiczną?

Po pierwsze – trzeba zacząć od przykładu bliskiego uczniom tłumaczyć terminologię, procedury metody eksperymentu na przykładzie rozwiązywania problemu  z życia codziennego, np.  rozwiązując wspólnie z uczniami problem: czy niepaląca się  jedna z lampek stolikowych w pracowni biologicznej jest uszkodzona? Wtedy łatwiej uczniowi będzie zrozumieć pojęcia związane z metodą naukową: problem badawczy, eksperyment, obserwacja, hipoteza pozytywna, hipoteza negatywna, plan doświadczenia, próba badawcza, próba kontrolna, wynik doświadczenia, wniosek.  Natomiast jeśli nauczyciel ma możliwość zastosowania ilustracji – najlepiej jeśli mają formę infografik, filmów, czy symulacji komputerowych z przebiegu doświadczenia  biologicznego – to uczniowie nie tylko poznają przebieg doświadczenia, ale także mogą ćwiczyć formułowanie problemów badawczych, hipotez, odróżnianie próby kontrolnej i badawczej, hipotezy pozytywnej i negatywnej,  analizowanie planu doświadczenia i sposobu dokumentowania przebiegu doświadczenia, odczytywania wyników  i formułowania wniosków. Wytłumaczenie i przećwiczenie na prostych przykładach, zobrazowanych ilustracjami, terminologii związanej z poznaniem naukowym, odtworzenie schematu postępowania w metodach naukowych usprawni potem samodzielne przeprowadzanie doświadczeń przez uczniów.

Na jakie elementy poznania naukowego nauczyciel biologii powinien zwróci uwagę?
Na cechy wyróżniające badania naukowe, na schemat prowadzenia badań metodami naukowymi oraz na procedury metody naukowej tj. na:
1. prawidłowe formułowanie przez uczniów problemów badawczych, hipotez, wniosków oraz odróżnianie problemu badawczego od hipotezy i wniosku, odczytu wyniku doświadczenia od wniosku.
Problem badawczy (to cel doświadczenia lub obserwacji, czyli czego chcemy się dowiedzieć? może by formułowany w formie pytania:
Czy ....................................................................................?
Jak .....................................................................................?
Czy ....................... wpływa na ...........................................?
Czy istnieje wpływ ....................... na .................................?
Czy istnieje zależność między ............... , a .........................?
Jaki jest wpływ ....................... na ......................................?
lub w postaci równoważnika zdania:
Wpływ ............................... (czegoś) na ......................... (coś),
Badanie przebiegu .............................................................,
Zależność między .................., a .......................................,
Wykrywanie ...................................... w ...........................,
Oznaczanie zawartości ...................... w .............................

2. formułowanie hipotezy – czyli propozycji odpowiedzi na pytanie (jeśli problem badawczy postawiony jest w formie pytania) lub sprecyzowanie wyjaśnienia, przypuszczalnego rozwiązania problemu badawczego – określenie: co przypuszczam? Hipoteza wymaga zweryfikowania w wyniku przeprowadzenia wybranej metody badawczej i może być potwierdzająca lub zaprzeczająca. Będzie ona zweryfikowana w wyniku zaplanowanego doświadczenia lub obserwacji. Wyniki badania naukowego mogą potwierdzić lub zaprzeczyć sformułowanej hipotezie.

Hipoteza sformułowana jest zawsze w formie zadania oznajmującego.
(Coś) ......................... wpływa na ...................... (coś).
W ............................. znajduje się ................................
Im ........................ tym ..............................

3. planowanie doświadczenia. Na rzeczowy, zapis planu doświadczenia w postaci punktów, który powinien określać:  jak i kiedy ma być prowadzone badanie oraz co jest do tego potrzebne.
Planowanie badań wymaga ustalenia:
• obiektu badania (co będzie badane);
• doboru obiektu badań (w próbach badawczych i kontrolnych muszą być  jednakowe obiekty i w takiej samej ilości);
• materiału badania (co będzie potrzebne do planowanej metody  rozwiązania problemu badawczego?);
• metody (w przypadku eksperymentów wymagających zestawów doświadczalnych określenie ich elementów składowych – jakie narzędzia/sprzęt będą potrzebne?, ile zestawów? itp.);
• terminu, czasu trwania badań, częstotliwości badań (kiedy będzie badane?, gdzie będą prowadzone badania?, jak często będą zapisywane wyniki obserwacji?);
• obserwowanych parametrów, sposobu obserwacji i dokumentacji (jaki czynnik będzie zmieniany i jaki parametr będzie obserwowany?, w jaki sposób będzie prowadzone badanie?);
• próby kontrolnej (obiekt w warunkach optymalnych dla niego, niezbędny jest do porównania obserwacji obiektów w warunkach prób badawczych lub przy używaniu odczynników do badań mogą być próby kontrolne pozytywne –  warunki, których odczynnik styka się wyłącznie z substancją, na którą reaguje lub próby kontrolne negatywne – odczynnik styka się z substancją, na której obecność nie reaguje);
• próby  badawczej – obiekt znajduje się w warunkach, w których tylko jeden czynnik uległ zmianie;
• minimum trzech powtórzeń (aby zmniejszyć przypadkowość).  
Szczególnie istotne dla nauczycieli biologii jest zwracanie uwagi uczniów na odróżnianie próby kontrolnej od badawczej, z czym młodzież może mieć początkowo problemy. Jednak  ćwiczenie planowania różnych eksperymentów w trakcie trzyletniego cyklu kształcenia umożliwi uzyskanie przez gimnazjalistów tej umiejętności.

4. dokumentowanie, zapisywanie wyników badań – zwykle w postaci tabeli, która ułatwi zebranie i uporządkowanie wyników badań.
Nauczyciel zobowiązany jest do kształcenia umiejętności poprawnego konstruowania tabel
i zwracania uwagi  m.in. na:
• adekwatne do zawartości tabeli zatytułowanie jej i umieszczenie tytułu nad tabelą
• zaplanowanie tabeli zgodnie z zasadami konstruowania tabeli (kolumny i wiersze powinny mieć nagłówki informujące o zawartości tytułowanych komórek)
• właściwe wpisywanie danych do tabeli – porównywane dane powinny znajdować się w wierszach jeden pod drugim.

5. przetworzenie danych tabelarycznych na odpowiednią formę wykresu, ułatwiającą analizę tendencji zmian, ułatwienie porównywanie wyników itp.
Wykresy:
• Liniowy – do zapisu  i analizy ciągłych zmian,
• Słupkowy – do zapisu i porównań zmian skokowych (np. grup wiekowych, zestawiając obok siebie porównywane kategorie),
• Kołowy – do analiz procentowych udziałów określonych kategorii wyników
w zebranych wynikach badania.
Wskazane jest zwracanie uwagi uczniów na prawidłowe konstruowanie wykresu:
• dokładne oznaczenie osi:
– oś OX – tutaj nanosi się dane dotyczące zmiennej niezależnej, czyli dane dotyczące czynnika zmienianego w eksperymencie
– oś OY – tutaj nanosi się dane dotyczące zmiennej zależnej, czyli  wartości zmieniającego się, mierzonego parametru,
Ważne jest opisanie osi z uwzględnieniem jednostek (wyjątek stanowią wykresy słupkowe, gdzie przy kategoriach nie ma jednostek) oraz zaznaczenie punktu „0”;
• na osiach powinny być zaznaczone w odpowiednich proporcjach jednostki;
• na wykresach powinny by naniesione punkty –  tylko obrazujące wyniki badań, które w przypadku wykresu liniowego powinny być połączone (uczniowie powinni dostrzec, że nie zawsze wykres zaczyna się od punktu „0”);
• w przypadku wykresów słupkowych, kołowych lub skomplikowanych wykresów liniowych – wykresy powinny zawiera tzw. legendę.

6. interpretacje wyników i ich porównanie z naukowymi informacjami teoretycznymi
na badany temat  i  hipotez.

7. formułowanie wniosków, które powinny wypływać z analizy uzyskanych wyników. Często uczniowie zbyt uogólniają, formułują zbyt daleko idące wnioski (np. na podstawie badania tętna przed i po biegu wnioskują, że wysiłek fizyczny wpływa na szybkość pracy serca, a taki wniosek można by sformułować dopiero po wykonaniu różnorodnych ćwiczeń gimnastycznych). Wnioski mają być rozwiązaniem problemu badawczego.
Mogą by powtórzeniem zdania oznajmującego sformułowanego jako hipoteza. Nauczyciel powinien uzmysłowić gimnazjaliście (najlepiej na konkretnym przykładzie) różnicę między wynikiem doświadczenia, a wnioskiem.

8. konieczność powtarzalności badań i możliwości popełnienia błędów i źródła ewentualnych błędów m.in.  pomiarowych.

Prowadzenie eksperymentów  samodzielnie przez uczniów na lekcjach biologii to pierwszy krok w kształceniu umiejętności myślenia naukowego. Kolejny krok to stwarzanie warunków do rozpoznawania zagadnień w sposób naukowy, odróżniania informacji naukowych od nienaukowych, krytycznej oceny informacji, wykorzystania wiedzy biologicznej w życiu codziennym (np. do odróżniania faktu naukowego od obiegowej opinii), swobodnej wypowiedzi i argumentowania z zastosowaniem myślenia naukowego. Jest to możliwe, gdy  w trakcie  procesu nauczania – ucznia się,   nauczyciel będzie poddawał pod dyskusję uczniów obiegowe opinie związane z tematyką prowadzonej  lekcji. Będzie uczył  młodzież formułowania pytań, na które odpowiedź pomoże zweryfikować opinie metodami naukowymi, ale jednocześnie będzie motywował uczniów  do zadawania tego rodzaju pytań, będzie kształcił u uczniów umiejętność samodzielnego, naukowego myślenia oraz  logicznego argumentowania, a także wspierał uczenie się w działaniu.

Rezultatem takiego kształcenia będzie wytworzenie u absolwentów gimnazjum nawyku rozpoznawania faktów naukowych wśród natłoku informacji, umiejętność wskazywania informacji niezbędnych do odpowiedzi na pytanie lub umiejętność podjęcia decyzji, zajęcia stanowiska w konkretnej sprawie. Uczniowie nauczeni zadawania pytań, nabiorą wprawy w dostrzeganiu błędów proceduralnych. Stąd już tylko jeden krok do wykształcenia ucznia analizującego zjawiska i procesy zachodzące w otaczającym go  świecie przez pryzmat nauki, czego wymaga od każdego nauczyciela gimnazjum nowa podstawa programowa.

Elżbieta Zalewska
Doradca metodyczny biologii

---

Foto: Prawa autorskie (MANDY GODBEHEAR ,27318148) 2009, wykorzystano zgodnie z licencją Shutterstock, Inc.