УРОКИ PISA-2018: ПРИРОДНИЧО-НАУКОВА ГРАМОТНІСТЬ І ЯК ЇЇ РОЗВИВАТИ Олександр КОЗЛЕНКО, науковий співробітник відділу біологічної, хімічної та фізичної освіти Інституту педагогіки НАПН України © Козленко О. Г., 2020 ЗМІСТ, ФОРМИ І МЕТОДИ НАВЧАННЯ 3 Передплатний індекс 68828 «Біологія і хімія в рідній школі». — 2020. – № 1 необхідні людям як творчим, активним і свідомим громадянам. Природничо-наукова грамотність визначається як здатність учня / студента як свідомого громадянина вивчати й вирішувати питання, пов’язані з наукою й науковими ідеями. Науково грамотна особа готова аргументовано міркувати про науку й технології, що потребує від неї таких компетентностей: пояснювати різноманітні явища з наукової позиції, оцінювати й розробляти наукове дослідження, а також інтерпретувати дані й докази з наукової позиції (35). «Грамотність у природничо-наукових дисциплінах (природничо-наукова грамотність) – спроможність займатися питаннями, пов’язаними з наукою, а також науковими ідеями, в чому особа виявляє себе як громадянин, який уміє мислити. Науково грамотна людина прагне вступати у аргументовану дискусію про науку і технології, для чого необхідно вміти пояснювати різноманітні явища з наукової точки зору, оцінювати та формувати науковий запит, а також науково інтерпретувати дані та свідчення (427)». Ми свідомо наводимо два визначення природничо-наукової грамотності (точне – з визначника термінів і «розтлумачене» – з тіла Звіту), щоб звернути увагу на певні особливості національного підходу: намагання пом’якшити формулювання та спростити їх для загалу. Наприклад, якщо в Звіті «науково грамотна особа готова аргументовано міркувати про науку й технології», тобто займатися цим задля власного задоволення, то у визначенні зі словника читаємо: «Науково грамотна людина прагне вступати у аргументовану дискусію про науку і технології…». Це, як бачимо, вимагає й певного сформованого ставлення, й активних дій відповідно до наукового світогляду. Далі ми ще накраплятимемо на деякі аналогічні явища. Порівнюючи результати українських школярів і їхніх однолітків з референтних1 країн (мал. 1, за [2, 53]), бачимо, що результати вимірювання за трьома показниками в цілому корелюють один з одним. Це не має дивувати: три форми грамотності не вимірюються окремо одна від одної, вони тісно взаємопов’язані (мал. 2), тож наявність успіхів або, навпаки, виразних проблем в одній з галузей може приводити до відповідно кращих / гірших результатів в інших. У житті ж ми доволі часто стикаємося із ситуацією, описаною у старому анекдоті про вчителів – фізика з математиком: Ф і з и к: «Як ти їх навчаєш? Вони ж квадратні рівняння не розв’язують!» М а т е м а т и к : «В мене – розв’язують…» Тобто учні настільки звикли до предметної структури знань, що перенесення набутих вмінь навіть з одного предмета до іншого є доволі складним. Саме це є одним з найголовніших викликів у підготовці до наступного вимірювання PISA: показати, що не тільки предмети одного циклу є предметами про те саме: про світ, що оточує людину, а й зазначити, що для опису і тлумачення природничих явищ застосовуються як тексти різних типів, так і математичний інструментарій. Для природничих дисциплін, особливо для біології, що у підручниках залишається надто описовою (та й хімія тяжіє до описів), читацька грамотність є важливим вмінням, і саме неготовність учнів працювати з текстовою інформацією призвела до зниження результатів (це обговорюється нижче). 1 Р е ф е р е н т н і к р а ї н и — це країни, освітні характеристики й результати успішності учнів яких взято для порівняння з аналогічними параметрами України; вони подібні за соціальноекономічним станом або за культурною чи історичною спорідненістю з Україною. Це Білорусь, Грузія, Естонія, Молдова, Польща та Словацька Республіка. Мал. 1. Успішність учнів / студентів у читанні, математиці та природничо-наукових дисциплінах «Біологія і хімія в рідній школі». — 2020. – № 1 Передплатний індекс 68828 4 ЗМІСТ, ФОРМИ І МЕТОДИ НАВЧАННЯ У математичній грамотності велике значення має робота з інтерпретації даних: уміння аналізувати математичні розв’язки або висновки, інтерпретувати їх у контексті проблеми з реального життя, визначати обґрунтованість результатів або висновків. Як бачимо, це все цілком вкладається в те, що ми вважаємо одним зі складників природничо-наукової компетентності. Варто окремо зазначити, що тестування РISA не орієнтоване лише на школярів, які обрали саме наукове майбутнє: це дослідження загальної готовності застосовувати методи природничих наук у повсякденному житті. Сучасне буденне життя з його насиченістю технічними засобами, різноманітними речовинами і впливом, будь-яка професійна діяльність потребують наукових знань і доволі широкої обізнаності в технологіях, що ґрунтуються на природничих науках. Через те готовність до життя сучасних школярів має включати розуміння цих галузей незалежно від професійної орієнтації або профільного вибору. 3. Характеристики завдань у PISA Дослідження PISA є доволі складним і об’ємним: складається з 84 завдань, розподілених на блоки, що містять стимул (опис ситуації, пристрою тощо) та окремі запитання до нього. Крім того, кожне завдання з оцінювання природничо-наукової грамотності спрямовано на вимірювання певної компетентності, що ґрунтується на знаннях і ставленнях, і належить до одного з контекстів (мал. 3, за [1, 11]). Саме за цією структурою і буде побудовано обговорення «болючих точок» у природничо-науковій освіті. 3.1. Знання, що лежить в основі завдань У природничо-науковій грамотності розуміння основних фактів, понять і пояснювальних теорій, на яких ґрунтується наукове знання, є базовим компонентом. Таке знання включає знання фактів, об’єктів, процесів і закономірностей природного світу й технологічних артефактів (тобто знання наукового змісту), знання про те, яким чином наукові ідеї перевіряються, спростовуються або підтверджуються в експерименті чи на практиці (знання процедур), і розуміння логічного обґрунтування цих процедур та обґрунтування щодо їх використання (епістемне знання). У вимірюваннях PISA розподіл завдань між цими складниками такий: 61 % припадає на базові знання, 28 % – на процедурні, 11 % – на епістемні знання. За попередніми міжнародними дослідженнями, в яких брала участь Україна, наприклад TIMMS, щодо знань власно наукового змісту стан цілком непоганий. Завдяки процесам, що відбуваються в українській освіті протягом останніх років, на знання та використання експериментальних методів звернуто увагу на всіх рівнях загальної освіти, від початкового включно. Знання про те, як побудовано наукове дослідження, якими є його основні етапи, завдання та обмеження – все те, що належить до епістемного знання – також поступово поширюється в навчанні природничих дисциплін. До епістемного знання належать:  «характер наукових спостережень, фактів гіпотез, моделей і теорій;  мета й завдання науки (отримувати пояснення природного світу) на відміну від технології (отримувати оптимальні рішення для забезпечення людських потреб), сутність наукового й технологічного завдання та відповідні дані;  спрямованість науки на важливість, наприМал. 2. Структура природничо-наукової грамотності у 2015 р. Мал. 3. Оцінювання природничо-наукової грамотності за Рамковим документом PISA-2015 [1, 11] ЗМІСТ, ФОРМИ І МЕТОДИ НАВЧАННЯ 5 Передплатний індекс 68828 «Біологія і хімія в рідній школі». — 2020. – № 1 клад, публікацій, об’єктивності, усунення похибки тощо;  характер наукових обґрунтувань, наприклад дедуктивні, індуктивні, умовиводи, породжені з найкращих пояснень (абдуктивні), побудовані на аналогіях або на моделях» [1, 17]. Варто зазначити, що суттєвий поштовх у цьому напрямі відбувся завдяки впровадженню в режимі експерименту інтегрованих курсів «Природничі науки» (для 10 – 11 класів гуманітарного профілю ); саме необхідність наочно пояснити учням, які обрали інший не-природничо-науковий, напрям майбутньої спеціалізації, допомогла узагальнити важливі елементи знань саме епістемного рівня. Зокрема, йдеться про принципи та можливе застосування у проектній діяльності принципів подвійного сліпого рандомізованого дослідження. 3.2. Контексти завдань: особистісний, локальний, глобальний Оцінювання природничо-наукової грамотності зосереджене навколо ситуацій, що мали стосунок:  до життя особистості, родини й груп однолітків (особистісний контекст);  до життя громад (локальний і національний аспект);  до життя людства в усьому світі (глобальний аспект). Слід зазначити, що включення змісту в контекст є «фірмовим стилем» завдань дослідження PISA. Пояснимо, як відбувається перехід від звичайної підручникової форми завдання до контекстної на прикладі з фізики. Звичайна форма Дві суцільні кулі однакового об’єму, алюмінієва (1) та мідна (2), падають з однакової висоти зі стану спокою. Опір повітря дуже малий. Порівняйте кінетичні енергії E1 і E2 і швидкості куль u1 і u2 безпосередньо перед ударом об землю. 1) E1 = E2 ; u1 = u2 2) E1 = E2 ; u1 < u2 3) E1 < E2 ; u1 = u2 4) E1 < E2 ; u1 < u2 Контекстна форма Уявіть, що космонавтам, що перебувають на Місяці, із завислого над поверхнею літального апарату водночас скидають два контейнери з необхідним обладнанням. Контейнер 1 більший за масою, ніж контейнер 2. Порівняйте час, який знадобиться обом контейнерам для досягнення поверхні Місяця, і їхні швидкості безпосередньо перед ударом об поверхню. Для простоти оцінювання можна навести варіанти відповіді. Інженери також розраховують кінетичну енергію, що її матиме контейнер під час удару об поверхню. Поясніть, для чого вони це роблять. Тут має бути дано пояснення. Порівняйте кінетичні енергії обох контейнерів безпосередньо перед ударом об поверхню Місяця. Наводяться варіанти відповіді. Виділення рівнів контексту (особистісний, локальний, глобальний) є доволі незвичним, тож потребує пояснення на прикладах. Розглянемо фрагмент основи завдання «Свічки різних компаній» (повністю завдання наведено в [3]) і спробуємо визначити його контекст (особистісний, локальний / національний або глобальний): «Компанія «Мерехтлива свічка» стверджує, що їх свічки в середньому горять довше, ніж свічки, зроблені компанією «Блискуча свічка». Тестери для споживчих новин спалили 15 свічок компанії «Мерехтлива свічка» і 15 свічок компанії «Блискуча свічка», і записали кількість хвилин, упродовж яких горіла кожна свічка. У наведеному графіку показано час горіння кожної свічки, 50 %-й діапазон і медіана...» Як бачимо, завдання побудовано саме у локальному контексті: тестери реклами, які оприлюднюють свої результати досліджень у місцевих новинах – це і є ті самі небайдужі представники громадськості, до яких в ідеалі має належати більшість населення. Таким чином, у завданні в неявному вигляді наведено мотиваційну частину: непроголошений заклик до самих учнів бути також уважними та небайдужими. Хоча природничо-наукове оцінювання PISA не є оцінюванням контекстів (воно оцінює знання та вміння застосувати їх у певних контекстах), для нашої системи освіти – це чи не найважливіший момент, точка уваги. Справа в тім, що навчання природничих наук у нас традиційно ґрунтується переважно на глобальному аспекті: найчастіше саме глобальні проблеми хвилюють публіку найбільше, незалежно від того, йдеться про публікацію, телевізійну новину в ЗМІ або інтернет-меми в соціальних мережах. Відповідно, розподіл уваги можна уявити як 50 – 60 % на глобальний аспект, 35 – 40 % – на особистісний, і 5 – 10% – на локальний або національний. Саме просідання локального аспекту призводить до проблем не лише з відповідями на запитання PISA, а й на поширення такого явища, яка патерналізм: жінки чекають на принца на білому коні, чоловіки – що хтось прийде і зробить ремонт в оселі, і всі разом очікують всього-всього від президента, держави, мера і т. ін. Красномовний показник кількості людей, здатних взяти відповідальність на рівні найменшої локальної соціальної одиниці – родини – це кількість утеплених стін у міських багатоповерхівках: якщо їхати містом, то побачимо, що він приблизно становить ті самі 5 – 10 %, про які йшлося вище (на відміну від завдань з американських або європейських систем оцінювання, які часто-густо спираються саме на локальний контекст). У природничо-науковому змісті «просідання» локального аспекту також є відчутною проблемою, у т. ч. під час прийняття рішень, що стосуються особистого життя та здоров’я. В оцінюванні PISA тема «Здоров’я та захворювання» розглядається по контекстах таким чином: • особистісний: захист здоров’я конкретної людини, нещасні випадки, власне харчування; • локальний / національний: контроль над захворюваннями, соціальна трансмісія, вибір харчових продуктів, здоров’я населення; • глобальний: епідемії, поширення інфекційних хвороб[1, 12] . Наприклад, робити щеплення або відмовлятися від нього – це вибір людини у особистісному контексті; шкільний курс біології непогано пояснює, що відбувається в організмі при цьому, що таке набутий «Біологія і хімія в рідній школі». — 2020. – № 1 Передплатний індекс 68828 6 ЗМІСТ, ФОРМИ І МЕТОДИ НАВЧАННЯ стійкий природний імунітет тощо. Вчителі також наводять приклади успіхів на рівні глобального контексту – як було винищено природну віспу тощо. Але те, як відмова від щеплення може вплинути на груповий імунітет певної популяції (міста, області тощо) і чому через збільшення кількості невакцинованих людей суттєво збільшується ризик спалахів захворювань – це залишається поза увагою. 3.3. Ставлення у завданнях Час «перевернутих» засобів масової інформації, загальне перенасичення споживачів інформацією через соціальні мережі спричиняють суттєву проблему: готовність великої кількості людей сприймати переважно глобальні проблеми у поєднанні з яскравими емоційними реакціями замість виважених і науково обґрунтованих рішень. Саме це є основою формування певних ставлень у т. зв. буденній свідомості, якою люди користуються значно частіше порівняно з науковим мисленням, що ґрунтується на раціоналізмі. Найвиразніше це можна побачити на такому вимірнику завдань дослідження PISA, як ставлення. Ця характеристика включає цікавість до науки, поціновування наукових підходів до дослідження, а також екологічну свідомість. Перші два складники є доволі важливими: дослідження вказують на низький авторитет науки та науковців у суспільстві, невисокий попит на наукові спеціальності у вишах і загалом невідповідно низький рівень поціновування наукових досягнень, з якими пересічна людина щодня стикається у повсякденному житті – від електрики та каналізації до ліків і мобільного зв’язку. На мал. 4 показано, скільки життів було врятовано завдяки науковим відкриттям (до неї ще не включено відкриття груп крові К. Ландштайнером, яке, за оцінками, врятувало близько 2 млрд людей) [4]. Але саме на прикладі екологічної свідомості найяскравіше видно механізми, за якими відбувається підміна раціонального судження емоційною реакцією. Саме необґрунтовано роздмухана «турбота про довколишнє середовище» вже сьогодні призводить до негативних наслідків, яких можна було б уникнути. За даними ЮНІСЕФ, дефіцит вітаміну А є причиною смерті від 1 до 2 млн осіб щорічно; одним зі шляхів розв’язування цієї проблеми є генетично модифікований «золотий рис», сорт з високим умістом провітаміну А. Однак через протидію ГМО з боку Greenpeace та інших екоактивістських організацій його поширення загальмоване. У 2016 р. 110 лауреатів Нобелівської премії підписали петицію, що закликає Greenpeace припинити переслідування генетично модифікованих організмів. У цій петиції заборону розповсюдження «золотого рису» в бідних країнах описують як «злочин проти людства». Нещодавно, у жовтні 2019 р. соціальними мережами в Україні прокотилася хвиля акцій щодо заборони поліетилену та вкрай небезпечного забруднення Світового океану мікропластіком із закликами відмовитися від використання поліетиленових пакетів у магазинах. Втім навіть аналіз найпоширеніших Мал. 4. Наукові відкриття та кількість людей, яких вони врятували ЗМІСТ, ФОРМИ І МЕТОДИ НАВЧАННЯ 7 Передплатний індекс 68828 «Біологія і хімія в рідній школі». — 2020. – № 1 відкритих даних вказує, що для України «хайпу» в цій темі більше, аніж раціональних підстав (мал. 5). Мал. 5. Внесок десяти найбільших забруднювачів Світового океану пластиком і в утворення мікропластику Як бачимо, внесок України в цей процес неможливо розглянути простим оком, та й вирішення вже знайдене, і воно доволі поширене навіть у київських супермаркетах. Йдеться про пластик, що розкладається у природі (biodegradable), наприклад, на основі полілактату. Крім того, ще невідомо, що має більш негативні наслідки для природи: використання паперових мішечків замість поліетилену потребує значної кількості деревини на їхнє виготовлення. Ставлення вимірювати важко. Ставлення важко формувати й корегувати. Але звертати увагу на це необхідно, і не у вигляді гасел та кампаній, а у повсякденному навчанні предметів природничого циклу, в т. ч. через створення PISA-подібних завдань з ретельними розрахунками, скільки коштуватиме та чи інша дія, включаючи універсальний вимірювальний засіб: у грошах. Принагідно зазначимо, що фінансова грамотність, що органічно та невід’ємно входить до математичної грамотності, за термінологією PISA, є добрим способом не лише формув