Механическое знание

Эксперты ВШЭ на базе результатов международных исследований TIMSS и PISA выявили проблемы преподавания естественных наук в школе. Недостаточно высокие баллы у старшеклассников связаны со школьным подходом к физике, химии, биологии и географии. Пассивность учеников на уроках, запоминание информации вместо ее применения, дефицит экспериментов, разобщенность близких дисциплин и недооценка современной науки сопровождают весь курс естествознания. В итоге к старшим классам подростки меньше интересуются физикой и химией.

Необъяснимые взлеты и провалы

Результаты двух авторитетных международных исследований качества школьного образования – TIMSS и PISA волны 2015 года – показали, что содержание естественнонаучного образования в России в целом отвечает мировым тенденциям. Вопрос только в нюансах, но их немало. Прежде всего – компетенции школьников и системные проблемы, стоящие за ними.

В общем виде результаты России по естественнонаучным дисциплинам в двух мониторингах таковы:

 В TIMSS всех видов – для четвероклассников, восьмиклассников и учеников 11-го класса – наши баллы оказались выше средних международных, то есть выше 500.

 Для 4-го класса баллы TIMSS не просто высоки, но и продолжают последовательно расти. С 2003 года, когда Россия впервые участвовала в этом мониторинге, средний балл учеников поднялся на 41 единицу. Тогда, в начале «нулевых», четвероклассники заработали в среднем 526 баллов, а в 2015 году – 567 баллов.

 У восьмиклассников результаты в TIMSS довольно высокие, но растут слабо (в 2011 году было 542, в 2015 году стало 544 балла).

 В PISA баллы пятнадцатилетних школьников, напротив, ниже средних международных (все тех же 500 баллов). Правда, с 2006 года есть положительная динамика – в восемь единиц (с 479 до 487 баллов).

 В TIMSS-Advanced – для выпускников – результаты по физике профильного (повышенного) уровня падают. Баллы России в 2015 году (508) еще выше средних, но динамика явно отрицательная. Двадцать лет назад россияне в среднем заработали 546 баллов.

Многие из этих проблем, очевидно, связаны с преподаванием естествознания в школе.

Исследователи поясняют: практикоориентированный подход в школьной физике, химии, биологии и географии – по-прежнему редкость. Чаще предполагается воспроизведение знаний, а не рассуждение и решение задач, взятых из жизни. Роли ученика и педагога тоже несколько архаичны. На уроках учитель активен, а дети чаще пассивны. Наконец, разные области естествознания преподаются в отрыве друг от друга, причем на ряд предметов выделено слишком мало часов. А программа по физике мало сообразуется с приоритетами современной науки.

В итоге достижения учеников по естествознанию снижаются при переходе из начальной в среднюю школу. А результаты по TIMSS и PISA у учеников восьмых–девятых классов резко отличаются, хотя речь идет об освоении одних и тех же предметов.

«Противоположные» мониторинги

Оговоримся, что TIMSS и PISA, конечно, очень разные измерители знаний. Первый, скорее, тестирует фундаментальные знания, а второй – более прикладные.

 TIMSS показывает, как учащиеся осваивают курс математики и естественных наук с точки зрения международных требований, согласованных между странами. PISA акцентирует практику: как естественнонаучная грамотность учеников применяется к реальным проблемам и ситуациям.

 Задания TIMSS классифицируются по предметам, а PISA – по содержательным областям (вместо биологии – «живые системы», вместо физики и химии – «физические системы» и пр.).

 TIMSS в заданиях чаще предлагает типовые, формализованные ситуации, PISA – наоборот, малознакомые, но вполне реальные. Вместо «условий задачи» в PISA мы, скорее, увидим научно-популярный текст.

 В рубрике «научное объяснение явлений» у двух систем есть сходство (в TIMSS 45% таких заданий, а в PISA – 48%). А вот в номинации «применение методов естественнонаучного исследования», безусловно, количественно выигрывает PISA (21% таких заданий; в TIMSS их лишь 5%).

 Заданий на рассуждение в PISA также намного больше – 31% против 9% в TIMSS.

 И, наконец, в TIMSS немало заданий «репродуктивного типа»: для ответа на вопрос ученику надо только воспроизвести знания. Например, отнести животное с описанными признаками к одной из таксономических групп, предложенных на выбор. Или ответить на вопрос, каким видом энергии обладает сжатая пружина (варианты ответов прилагаются).

Очевидно, что концепция TIMSS довольно близка к отечественным программам естествознания. PISA, напротив, далека от них. «Практики, основанные на активной роли учащегося, для PISA могут быть более результативны, чем практики, в которых доминирует учитель», – пишут исследователи. Однако в российской школе детям на этих уроках чаще отводится пассивная роль.

Между тем, при всем различии двух систем, речь идет об одних и тех же предметах. Откуда же столь разные результаты и другие парадоксы мониторингов?

Как научные шоу вытянули четвероклассников

Четвероклассники успешно осваивают естественные науки. Только у учащихся двух стран – Сингапура и Республики Корея – баллы в TIMSS выше, чем у России. С Японией результат очень похожий. Наши школьники в среднем имеют 567 баллов, а у Сингапура и Кореи 590 и 589 соответственно. Достижения остальных 43 стран явно ниже российских.

При этом, как уже говорилось, результаты четвероклассников устойчиво растут. Это как раз и парадоксально, по мнению исследователей.

Требования TIMSS выходят далеко за рамки предмета «Окружающий мир» российской начальной школы. Задания предлагаются по всему набору соответствующих дисциплин: биологии, физике, химии и географии. Однако в России в курсе естествознания в началке, по сути, есть только биология и география (95% содержания). На физические и химические сведения отведено лишь 5%. Это самые общие представления о разнообразии веществ и их агрегатных состояниях. При этом в расписании выделено очень мало времени на естествознание: около 50 часов за учебный год в 4-м классе. Для сравнения: в странах-победителях рейтинга – почти вдвое больше: в Сингапуре – 96 часов, в Республике Корея – 92. 

Иными словами, ученики начальной школы не изучают очень многого из того, что оценивается в TIMSS и есть в программах большинства стран. При этом российские четвероклассники занимают одну из лидирующих позиций рейтинга.

По итогам анкетирования детей, родителей, педагогов исследователи нашли такие объяснения этому феномену:

 Российские четвероклассники (а им в среднем 10,8 лет) на полгода старше четвероклассников из других стран (в среднем 10,2 года). В этот период нюансы возраста крайне значимы для результатов.

 Уровень образования родителей один из самых высоких в мире. При этом они уделяют много внимания образованию детей: например, помогают с домашними заданиями, объясняют непонятные моменты.

 Четвероклассники добросовестно относятся к учебе: 93% делают домашнюю работу каждый день.

 80% учеников полностью вовлечены в учебный процесс по естествознанию (средний показатель по странам – 69%).

В то же время, российские учителя начальной школы далеко не всегда восполняют пробелы в содержании программы. Если судить только по их демографическим показателям (81% учителей старше 40 лет; средний стаж работы – 25 лет, причем 78% имеют стаж больше 20 лет), то современные методы обучения близки не всем.

Где тогда, если не в школе, четвероклассники почерпнули столько сведений по естествознанию?

В образовательной среде в целом, поясняют исследователи. К ней относятся родители, семья, а также хорошо развитая в России система дополнительного образования детей – кружки и секции. Существуют также научно-популярные телепрограммы для детей и анимационные фильмы. В последнее время наблюдается бум научных акций для детей: лектории, шоу, фестивали.

Отсюда – и внеинституциональная, внешкольная естественнонаучная грамотность выпускников началки.

При этом российские четвероклассники более успешны в заданиях на знания и на применение. А в заданиях группы «рассуждение» – несколько менее.

По мнению авторов, изменения курса естествознания в четвертом классе не должны сводиться к расширению объема программы. Надо менять и методы преподавания – например, чаще учить детей рассуждать и исследовать мир.

Неживые системы, или Методическая архаика

По TIMSS ученики восьмых классов оказались относительно успешны: у них седьмое место в рейтинге с 544 баллами. В PISA же результаты более чем скромные: 15-е место с 487 баллами. Причем по биологии (в терминологии PISA, в «живых системах») российские школьники отстают особенно заметно. Это тем более странно, что биология изучается без перерывов, с пятого по девятый класс.

Проблемы с этим предметом могут объясняться тем, что учебники по биологии перегружены описаниями и «сведениями, трудно поддающимися осмыслению», полагают авторы. Исследовательская составляющая тоже явно подкачала: ученики слабо представляют себе научные методы в биологии.

Затруднения россиян в PISA, по мнению исследователей, связаны с тем, что ученикам и преподавателям «малознакома сама постановка вопроса о применении естественнонаучных знаний к решению задач в реальном жизненном контексте». Реальная проблема часто нуждается в исследовательском отношении – анализе данных, а его как раз и нет.

Любопытно, что по другим направлениям PISA – математической и читательской грамотности – ситуация в российском образовании улучшается. Есть прогресс в прикладной математике – на фоне высоких результатов в фундаментальной области. Возникает вопрос, почему так не повезло биологии. Возможно, дело «в разобщенности представителей разных естественнонаучных предметов» и отсутствии у них единого представления о современном школьном естествознании, полагают эксперты.

Много Ньютона и мало Эйнштейна

Исследование TIMSS-Advanced выявило диспропорцию в структуре школьного курса по физике в старших классах. Механике уделено много места, квантовой физике (или физике атома) – мало. И это при том, что мониторинг охватывает только тех одиннадцатиклассников, которые сдают физику на повышенном уровне.

Эта ситуация с приоритетами в программе вполне показательна – как логическое завершение курса естествознания в школе (по крайней мере, в масштабах исследования). Он выглядит не слишком современно и недостаточно соответствует тенденциям современной науки.

Российский балл в TIMSS-Advanced – все еще выше среднего: (508 против 500). Но отставание от чемпиона рейтинга – Словении (531 балл) – слишком велико. За последние 20 лет наши результаты снижались. (Впрочем, это общая тенденция для всех стран, участвовавших в мониторинге, кроме США и Словении). Возможное объяснение – рост доли молодых людей, изучающих физику на профильном уровне, в общей численности россиян этого возраста. В 1995 году эта доля составляла лишь 1,9%, а в 2015 году – уже 4,9%. Можно предположить, что у выпускников, сдававших физику, оказались слишком разные результаты. И во многом это связано с учителями. 

 Увеличение числа профильных классов означало и рост числа педагогов, преподававших в них. «Не исключено, что новые учителя, начавшие преподавать профильный курс физики, на первых порах еще не обладали для этого достаточным опытом и квалификацией, что и могло привести к некоторому снижению в среднем уровне подготовки учащихся», – считают авторы.

 Падение результатов связано и со снижением внимания к отдельным областям физики, которые в TIMSS-Advanced, в духе тенденций современной науки, как раз акцентируются. Так, в 2015 году старшеклассники менее успешно выполнили задание по квантовой физике. Результаты по двум другим разделам – механике с термодинамикой и электричеству с магнетизмом – выше (каждый) на 25 баллов.

В российской программе квантовой физики не так много, зато в TIMSS-Advanced ее вес растет. Ясно, что современные направления фундаментальных исследований (например, физика элементарных частиц, квантовая гравитация) и развитие инноваций (это квантовые компьютеры, нанотехнологии, ядерная и термоядерная энергетика) требуют подготовки прежде всего по квантовой физике. И это обычно учитывается в содержании школьных программ. Очевидно, российским программам пора модернизироваться.

И еще одно логическое завершение курса по физике в школе: выпускники явно лучше выполняют задания на воспроизведение знаний, чем на их применение и рассуждение. С учетом похожих результатов в младших классах и теоретического характера школьного естествознания, это не удивительно. Проблема становится сквозной и, по сути, хронической.

Пора модернизации

Эксперты убеждены, что естествознание стоит осовременить. Во всех его дисциплинах должно быть больше данных сегодняшней науки. Детей надо знакомить и с методами научного исследования.

В школе нужно развивать непрерывное естественнонаучное образование. В большинстве развитых стран мира естествознание – в виде интегрированного курса – обязательно изучается с первых классов до конца основной школы, поясняют авторы. При этом в содержании образования постоянно представлены элементы всех дисциплин (физики, химии, биологии и географии).

В этом отношении Россия пока проигрывает. В 5-6-х классах давно нет интегрированного предмета «природоведение» (аналог предмета Science), а есть лишь биология и география.

Однако именно в 11-12 лет детям особенно интересно исследовать природу и ставить научные эксперименты. Это делается как раз в рамках Science – как когда-то делалось в рамках природоведения в советской школе.

Кроме того, изучение физики в России начинается только с 7-го класса, а химии – с 8-го. И этот двух-трехлетний разрыв в естественнонаучном образовании не способствует интересу подростков к наукам, а порой ведет к утрате полученных знаний, заключают исследователи.
IQ

Авторы исследования:

Галина Ковалева, приглашенный преподаватель Института образования НИУ ВШЭ, заведующий центром оценки качества образования ФГБНУ «Институт стратегии развития образования Российской академии образования»

Александр Пентин, заведующий центром естественнонаучного образования ФГБНУ «Институт стратегии развития образования Российской академии образования»

 

Елена Давыдова, младший научный сотрудник центра оценки качества образования ФГБНУ «Институт стратегии развития образования Российской академии образования»

Елена Смирнова, младший научный сотрудник центра оценки качества образования ФГБНУ «Институт стратегии развития образования Российской академии образования»

Автор текста: Соболевская Ольга Вадимовна, 12 июля, 2018 г.