Естественно-научная грамотность: объяснять явления, а не заучивать

Три умения, которые здесь проверяются

В рамке PISA естественно-научная грамотность разбирается на три компетенции, и полезно держать их отдельно, потому что провал бывает в разных местах. Научно объяснять явления. Понимать особенности естественно-научного исследования, то есть представлять, как вообще добывается знание. Интерпретировать данные и использовать научные доказательства для выводов.

Российская школа традиционно сильна в первой половине первого пункта: назвать закон, воспроизвести определение, решить типовую задачу. И заметно слабее там, где надо взять незнакомую ситуацию и подобрать к ней объяснение самому. В PISA-2018 наш средний балл по естественно-научной грамотности составил 478 при среднем по ОЭСР 489 — это самый большой разрыв из трёх направлений.

Почему определение не помогает объяснить

Определение — это свёрнутое знание. Чтобы его развернуть в объяснение конкретного случая, нужен отдельный навык, и он тренируется отдельно. Мы обычно проверяем свёрнутую форму: рассказал определение — молодец. А в жизни и в заданиях PISA спрашивают развёрнутую: вот ситуация, объясни.

Проверить, есть ли этот навык у вашего класса, можно за одну минуту. Спросите, почему зимой окна запотевают изнутри, а не снаружи. Материал для ответа есть у любого восьмиклассника: точка росы, конденсация, разница температур. Формулировать связку большинство не умеет, потому что этого никогда не просили.

Задания, которые чинят это на любом предмете

Второй и пятый типы недооценены. Разбор рекламного обещания «клинически доказано» или народной приметы про то, что от холода простужаются, даёт больше понимания устройства науки, чем параграф про методы познания. И работает это на любом уроке естественного цикла, а на биологии особенно: подборку форматов я собирал в материале про игры на уроке биологии.

Понимание исследования: минимум, который должен быть у каждого

Полноценной методологии в школе не будет, и это нормально. Но четыре вещи выпускник унести обязан, иначе он беззащитен перед первой попавшейся статьёй в интернете.

1. Что такое контроль. Чтобы утверждать, что подействовало удобрение, нужна грядка без удобрения в тех же условиях. Без контрольной группы вывода нет, есть история.
2. Что корреляция не причина. Классический пример: мороженое и утопления растут вместе, потому что лето. Разбирается за десять минут и запоминается на годы.
3. Что выборка бывает маленькой и кривой. «Опросили 20 человек в своём классе» — не то же самое, что «опросили тысячу по стране».
4. Что у любого измерения есть погрешность. Число 7,384 из измерения линейкой врёт три знака подряд, и ученик должен это чувствовать.

Эти четыре пункта я вставляю в лабораторные работы прямо в бланк отчёта отдельными строками: где здесь контроль, сколько было измерений, какова погрешность, какой вывод данные не позволяют сделать. Отчёт становится длиннее на три строки, а мышление меняется заметно.

Как проводить обсуждение, чтобы говорили не трое

1. Даю явление, а не вопрос

   Одна фраза на экране: «зимой окна запотевают изнутри». Никакого вопроса. Дети сами формулируют, что здесь непонятно.

2. Минута молча, письменно

   Каждый пишет объяснение в тетрадь. Без этого шага говорят одни и те же трое, а остальные ждут готового ответа.

3. Обмен в парах

   Сосед должен найти в объяснении слабое место. Не «неправильно», а «вот здесь не хватает звена». Формулировку задаю я.

4. Собираем версии на доску

   Записываю все, включая неверные, без оценки. Класс должен видеть, что версий бывает несколько и они конкурируют.

5. Проверяем, а не объявляю правильную

   Спрашиваю, каким наблюдением или опытом можно отсечь лишние версии. Иногда получается проверить прямо на уроке, и тогда занятие получается.

Четвёртый шаг — тот, который чаще всего срезают из-за времени, и напрасно. Пока на доске одна версия, никакого научного мышления не происходит: происходит запоминание. Тот же принцип я разбирал применительно к физике в материале про игры на уроке физики, там же есть приёмы для проверки версий подручными средствами.

Частые ошибки учителя

Первая: просить объяснение сразу после объяснения. Если я только что рассказал про конденсацию, вопрос про запотевшие окна проверяет память, а не перенос. Разрыв должен быть хотя бы в неделю, а лучше в месяц: это тот же принцип интервального повторения, который работает при подготовке к ВПР.

Вторая: засчитывать пересказ определения за объяснение. Ученик говорит «это диффузия», я киваю. На самом деле он назвал явление, а не объяснил его. Требование называть механизм и связь стоит держать жёстко, иначе навык не появится.

Третья: брать только красивые демонстрации. Опыт с эффектным взрывом запоминается как шоу и не оставляет объяснения. Скучный опыт с двумя стаканами воды разной температуры, где надо предсказать результат заранее, даёт больше. Предсказание до опыта — вообще самый недооценённый приём в естественных науках.

Где брать задания

ФИПИ ведёт открытый банк заданий для оценки естественно-научной грамотности для 7–9 классов, он бесплатный и с критериями. Банк ФГБНУ «ИСРО» покрывает 5–9 классы по шести направлениям, и в нём есть методические комментарии, показывающие, какая именно компетенция проверяется каждым вопросом. Этих двух источников хватает на несколько лет вперёд, сочинять с нуля не нужно.

Отдельно советую держать личную копилку явлений. Я записываю в заметки всё, что вызывает вопрос «а почему так»: конденсат на бутылке, соль на дорогах, разная скорость остывания чая с молоком и без. За год набирается пятьдесят сюжетов, каждый на пять минут урока, и они не устаревают. Как встроить такие пятиминутки в предметную неделю, есть отдельный разбор для методистов про предметную неделю.

Явления, с которых можно начать завтра

Список ниже я собирал несколько лет и пользуюсь им как разминкой на пять минут. Все явления знакомы детям по личному опыту, ни одно не требует оборудования, и к каждому есть школьное объяснение или хотя бы школьная версия объяснения.

• Почему зимой окна запотевают изнутри, а не снаружи. Точка росы и конденсация, физика 8 класса.
• Почему зимой солят дороги. Понижение температуры замерзания раствора, химия 8–9 класса.
• Почему в жару полезнее пить тёплое. Терморегуляция и испарение, биология.
• Почему после дождя пахнет землёй. Летучие вещества, испарение, порог восприятия запаха.
• Почему самолёт оставляет след не всегда. Влажность и температура воздуха на высоте, география и физика.
• Почему лёд скользкий. Классический сюжет с несколькими конкурирующими объяснениями, ни одно из которых не покрывает всё.

Последний пункт я использую как показательный. Даже у школьного явления бывает несколько объяснений, и наука не всегда даёт одно окончательное. Для подростка это открытие важнее конкретного механизма, потому что меняет представление о том, что вообще такое знание: не список готовых ответов, а поле, где часть вопросов ещё открыта.

Лабораторная работа как главный инструмент

Ни один разговор не даёт того, что даёт собственный опыт с предсказанием, сделанным заранее. Беда школьной лабораторной в том, что она обычно устроена как исполнение инструкции: сделай по пунктам, запиши ожидаемый результат, сформулируй вывод из учебника. Такая работа тренирует аккуратность и не тренирует ни одну из трёх компетенций.

Минимальная переделка занимает две строки в бланке отчёта. Первая: «моё предсказание и почему» — заполняется до начала работы, и её нельзя менять после. Вторая: «что эти данные не позволяют утверждать» — заполняется в конце. Всё остальное можно оставить как есть. С этими двумя строками обычная лабораторная превращается в работу с гипотезой и с границами вывода, а времени добавляет минуты три.

И приём для тех, у кого оборудования нет: мысленный эксперимент вслух. «Что произойдёт, если...» с обязательным обоснованием, потом проверка по видео или по описанию. Это хуже настоящего опыта, но заметно лучше пересказа параграфа. Форматы такой работы по разным предметам я собирал в подборках про игры на уроке химии и игры на уроке географии.

Как встроить это в год, а не в отдельный курс

Отдельный курс функциональной грамотности в расписании — решение, к которому приходят многие школы, и оно почти всегда разочаровывает. Причина та же, что с натаскиванием: ученик распознаёт очередной школьный жанр и учится решать жанр. Работает встроенная схема, где на естественно-научную грамотность не тратится ни одного дополнительного часа.

Схема простая. Одно явление на разминку раз в неделю, пять минут. Две дополнительные строки в каждой лабораторной. Один разбор чужого объяснения в месяц: реклама, примета, заголовок. И одно задание на чтение данных в каждой контрольной, пусть даже на два балла из двадцати. За учебный год набирается около тридцати эпизодов работы с объяснением, десяток лабораторных с гипотезой и восемь разборов источников. Это заметно больше, чем даёт годовой курс раз в неделю, и это не требует ни часов, ни отдельной программы.

Единственное, что действительно нужно, — договорённость между учителями естественного цикла о том, что все четверо делают это одинаково. Иначе ученик получает разные требования на биологии и на физике и разумно заключает, что это личные причуды взрослых. Как договариваться о таких вещах на методобъединении без превращения встречи в отчёт, разбирал в материале про методическое объединение.