Nauczanie przyrody -- UNESCO -- Raport od 1972 do 1991

Integracja oznacza połączenie różnych dyscyplin wiedzy w jednym programie nauczania. Korelacja to starannie planowana współpraca pomiędzy różnymi dziedzinami.

Argumenty przemawiające za integracją:

• Wiedza jest niepodzielna i tylko dla ułatwienia jej studiowania arbitralnie podzielona została na różne dziedziny.
• Integracja umożliwia wprowadzenie takich nauk, jak astrofizyka, biofizyka, biochemia, psychofizjologia itp. Zamknięcie tradycyjnych dziedzin w oddzielnych szufladach powoduje zaniedbanie kierunków interdyscyplinarnych.
• Integracja w nauczaniu pozwala uniknąć powtórzeń, oszczędza czas i środki oraz zwiększa efektywność nauczania.
• Integracja prowadzona przez jednego nauczyciela daje mu szansę lepszego kontaktu z dziećmi. Nauczyciel może odnieść korzyści, jeśli wzbogaci własne metody nauczania, zrewiduje podejście do przedmiotów nauczanych w sposób zintegrowany. Jeśli program spełniający warunki integracyjności prowadzony jest przez kilku nauczycieli, to stwarza to potrzebę znacznie bliższej współpracy, dzielenia się doświadczeniami, uświadamiania sobie problemów, jakie mają inni.
• Integracja ukazuje, że pewne schematy racjonalnego myślenia są wspólne wszystkim naukom przyrodniczym.
• Maxwell pisał: "Nauka objawia się nam od całkiem innej strony, kiedy stwierdzimy, że zjawiska fizyczne możemy obserwować nie tylko w salach wykładowych za pomocą światła rzucanego na ekran, lecz że możemy znaleźć ilustracje najogólniejszych teorii nauk w grach sportowych i w gimnastyce, w podróży lądem i wodą, w zawierusze i burzy na morzu i w ogóle wszędzie tam, gdzie materia jest w ruchu".

Przykłady programów zintegrowanych

I. "Zestaw tematów głównych" -- np. światło, rozpatrywane we wszystkich jego aspektach: astronomicznym, biologicznym, chemicznym i fizycznym. Inne tematy wiodące to: energia, systemy ekologiczne, zmiany, oddziaływania i równowaga, ruch.

II. Program oparty na kilku głównych tematach, np.: "energia -- materia -- życie".

III. Program wykorzystujący metody stosowane w nauce np.: klasyfikacja, obserwacja, wykorzystanie modeli, przybliżenia i uogólnienia itp.

IV. Program oparty na rzeczywistych problemach występujących w danym środowisku. W USA w Portland dzieci (w wieku 15 lat) badają problemy swojego otoczenia, czytając literaturę, zapraszając prominentów do szkoły, przeprowadzając wywiady w urzędach państwowych. Zajmują się problemami zanieczyszczenia powietrza, hałasu, zaopatrzenia w wodę, składowania odpadów itp. Te tematy są podstawą dalszych dociekań. Uczniowie przeprowadzają doświadczenia laboratoryjne, prowadzą obserwacje, notują dane, wyciągają wnioski, tworzą modele, opracowują programy działań. W rezultacie zdobywają wiele wiadomości z fizyki, chemii, biologii, uczą się zbierania i analizowania danych, poznają problemy funkcjonowania społeczeństwa i zasady demokratycznego działania. Tworzą projekty rozwiązań rzeczywistych problemów.

Program można rozszerzyć o problemy innych miast i wsi, takie jak: zatory w ruchu ulicznym, gęstość zaludnienia, zaopatrzenie wsi w wodę, surowce naturalne itp. Można także dołączyć zagadnienia ogólnoświatowe, takie jak np.: problemy żywnościowe, trwałość zabobonów, ochrona zdrowia itp.

V. "Wstęp do przyrodoznawstwa" (Introduction to Natural Science) -- program opracowany w USA, przeznaczony dla młodzieży szczególnie uzdolnionej. Myśl przewodnia programu o ukazanie postępu nauki na tle rozwoju społecznego.

• Część pierwsza to dociekanie, jakie procesy doprowadziły Ziemię i ludzi do sytuacji obecnej. Zaczyna się od teorii powstania materii, poprzez historię geologiczną aż do powstania życia.
• Dalej następuje przegląd osiągnięć myślicieli sumeryjskich, babilońskich, egipskich i greckich, którzy próbowali odpowiadać na pytania i dziś jeszcze aktualne. W tych właśnie czasach powstała astronomia. Obserwacje astronomiczne prowadzone przez uczniów gołym okiem prowadzą do podobnych odpowiedzi, jakie otrzymywali starożytni i na podstawie których powstała np. teoria ruchów ciał niebieskich Ptolemeusza.
• Kolejny rozdział to osiągnięcia Newtona, jego zasady mechaniki i prawo powszechnego ciążenia. Przy okazji uczniowie mogą wykonywać wiele doświadczeń, wykorzystują zasady dynamiki do tłumaczenia różnorodnych problemów. Poznają również filozofię epoki Oświecenia, zgodnie z którą każdy skutek musiał mieć określoną przyczynę.
• Następnie uczniowie przechodzą do technik pomiarowych, kinetycznej teorii gazów, pojęcia prawdopodobieństwa i do termodynamiki. Pojawiają się nowe idee, w fizyce znajduje się miejsce dla indeterminizmu. Program przedstawia dalej ogromne znaczenie statystyki i rachunku prawdopodobieństwa. Uczy, jak trudno jest prowadzić obserwacje i pomiary i o ile trudniej jest właściwie je interpretować. Uczeń zauważa, że fizyka ma swoje obszary niepewności i że łączą się one ze wszystkimi aspektami życia.
• Końcowa część programu obejmuje wiek XX -- badanie atomów, fizykę jądrową. Omawia się drogi, które doprowadziły do powstania omawianych pojęć, rozważa rolę, jaką odegrała metoda dedukcji, indukcji oraz intuicja. Całość kończy dyskusja: Co społeczeństwo osiągnęło lub straciło dzięki rozwojowi w ciągu wieków.
• Część druga to "Nauka o życiu" dotycząca bezpośrednio procesów życia. Kurs rozpoczyna się od rozważenia charakterystyki żywych organizmów na Ziemi. Poprzez opis żywej komórki przechodzi się do omówienia wiązań atomowych i jonowych w cząsteczkach, sił przyciągania i wiązań wodorowych. Następne tematy dotyczą natury reakcji chemicznych, stanów równowagi, procesów utleniania i redukcji, fotosyntezy, procesów oddychania.
• Warto w tym miejscu zauważyć, że nie ma prostej odpowiedzi na pytanie, kiedy układ cząsteczek staje się żywym organizmem. Problem powstania życia omawiany jest z różnych punktów widzenia. Procesy życiowe organizmów są bardzo złożone, a co więcej -- własności organizmu jako całości nie są prostą sumą własności jego elementów. Omawianie różnorodnych zjawisk życiowych prowadzi do tematyki z zakresu genetyki i teorii ewolucji. Ciekawe jest przejście od opisu pojedynczych organizmów do rozważań o charakterze społecznym. Zakończeniem tej części jest problematyka ekologiczna. Dyskusje na temat zagrożeń cywilizacyjnych, eksplozji demograficznej, wyżywienia, problemu zanieczyszczenia środowiska łączą się z pytaniami o korzyści, jakie odnieśliśmy z rozwoju nauk, o miejsce wartości humanistycznych.

VI. Program w ujęciu historycznym -- Harvard Project Physics -- czyli historia przyrodoznawstwa. Pozwala na pokazanie tempa przemian teorii naukowych i ich wpływu na rozwój świata. Dynamiczny charakter nauk ścisłych ukazuje stałe poszukiwanie coraz to lepszych wyjaśnień otaczającego nas świata.

VII. Wykorzystanie biografii uczonych -- program podobny do poprzedniego, lecz rozwój nauk przyrodniczych jest tu ukazany poprzez przedstawienie sylwetek i biografii poszczególnych uczonych.

VIII. Zintegrowane programy nauk przyrodniczych w Nowej Południowej Walii.

• Nauczanie przyrody według tego programu rozpoczyna się wśród uczniów w wieku lat 12 i prowadzi do ich 18 roku życia. Program jest podzielony na dwie części: stopień I dla klas młodszych i II dla starszych. Pierwszy stopień ma przygotować ucznia raczej do życia obywatelskiego niż do studiów wyższych. Egzamin ukończenia kursu stopnia I jest zakończeniem nauczania ogólnokształcącego. Stopień II to przygotowanie do studiów przyrodniczych.
• Kurs przyrodniczy I stopnia nie jest podzielony na fizykę, chemię, biologię i geologię, lecz integruje wiedzę z tych dziedzin, tak aby ukazać przyrodę jako jedną całość. Cały program zorganizowany jest wokół trzech pojęć: energia, materia, duch i styl nauki. Metoda nauczania opiera się na eksperymencie i doświadczeniu.

IX. Program przyrodoznawstwa -- Nowa Zelandia.

• Ten kurs rozpoczyna się w szkole średniej w klasach 1-5 (uczniowie od lat 12 do 16). Liczba godzin przeznaczonych na jego realizację wynosi: 60 w klasach 1 i 2, 90 w klasach 3 i 4 oraz 150 godzin w klasie 5.
• Program zawiera następujące treści:
  • --Budowa materii -- budowa cząsteczkowa, struktura i wiązania.
  • --Energia, przekazywanie energii, zachowanie i przemiany, związek między materią i energią.
  • --Czas, rozmiary i przestrzeń; przyrządy jako przedłużenie zmysłów.
  • --Różnorodność i porządek.
  • --Uzależnienia i przystosowania.
  • --Ewolucja żywych istot w ciągu stuleci.
  • --Równowaga.
  • --Komórka jako podstawa życia.
  • --Człowiek i jego próby kontrolowania i modyfikowania środowiska.

X. Świat tworzony przez człowieka -- program integrujący nauki przyrodnicze, matematykę, nauki społeczne i psychologiczne.

• Działy programu są następujące (fragmenty):
  • --Technika i człowiek -- przystosowanie techniki do użytku człowieka, wybrane problemy techniczne; ich analiza jakościowa i ilościowa.
  • --Podejmowanie decyzji -- przesłanki, typy decyzji, kryteria, optymalizacja, nie każdy problem łatwo rozwiązać.
  • --Optymalizacja -- prawdopodobieństwo, gry, wykresy nierówności, problem planowania transportu.
  • --Modelowanie -- istota modeli, model ruchu drogowego, model populacji, zastosowanie modeli.
  • --Systemy -- części systemu, model populacji miasta, systemy pomiarowe, zakres systemów.
  • --Wzory zmian -- znaczenie zmienności, język jako środek porozumienia, porozumiewanie się między ludźmi.
  • --Stabilność -- prawo popytu i podaży, niestabilność w układach fizycznych, zastosowanie niestabilności.
  • --Maszyny i systemy dla ludzi -- człowiek jako regulator, człowiek ograniczony potrzebami środowiska, dostosowanie techniki do potrzeb człowieka.
  • --Komputer, myśląca maszyna ludzka -- człowiek jako twórca symboliki, szyfry i kody, przeszłość, teraźniejszość i przyszłość komputera.

XI. Harwardzki program fizyki -- metoda różnorodnych środków.

• Oprócz książek dla ucznia i przewodników laboratoryjnych, opracowano zestaw bardzo wielu pomocy dydaktycznych: filmy, zbiory tekstów uzupełniających, taśmy, foliogramy, zestawy do doświadczeń pokazowych i ćwiczeń uczniowskich, elementy przyrządów laboratoryjnych.
• Kurs podstawowy składa się z sześciu głównych tematów: badanie ruchu, dynamika ruchu planet, fale i pola, struktura materii, atom, jądro atomowe. Oprócz tego nauczyciel może wybrać dowolny temat uzupełniający, taki, który najbardziej odpowiada zainteresowaniom klasy. Wśród tych tematów znajdują się zagadnienia takie jak: historia odkryć w fizyce, optyka, ale również: fizyka a literatura.
• Właśnie ze względu na taki wachlarz tematów uzupełniających, a również dlatego, że program kładzie nacisk na humanistyczne korzenie konsekwencji rozwoju nauki, można uznać, że harwardzki program integruje treści różnych przedmiotów. Warto również dodać, że w czasie rozpatrywania poważnych tematów fizycznych uczniowie dyskutują takie zagadnienia jak: wpływ fizyki na inne nauki, konsekwencje społeczne rozwoju nauki itp.

XII. Nuffieldowski program fizyki -- poziom 0

• Pięcioletni kurs dla uczniów w wieku 11 -- 16 lat. Przeznaczony jest dla młodzieży zdolnej.
• Program podzielony jest na 10 działów (fragmenty):
  1. Świat wokół nas -- przegląd, świat żywy i martwy, rozmaitość rzeczy i ich zbiory, temperatura, ocena i pomiar,
  2. W poszukiwaniu prawidłowości -- ruch i siły, ogrzewanie substancji, prawidłowości wzrostu;
  3. Jak powstają żywe istoty? -- Jak powstają żywe istoty? Jak rozmnażają się zwierzęta wodne, rozmnażanie się ssaków, jak rozmnażają się rośliny?
  4. Powietrze -- powietrze nas otacza, jakie są tego skutki, z czego składa się powietrze? ciśnienie,
  5. Elektryczność -- montowanie obwodów, czy elektryczność przepływa przez wszystkie substancje, próby badania elektryczności,
  6. Woda -- woda z różnych miejsc, wyniki badania wody, zwierzęta i rośliny na lądzie i w wodzie, czym jest woda, czy elektryczność przepływa przez wodę?
  7. Maleństwa -- jak małe są małe ciała? Bakterie, cząsteczki,
  8. Ziemia -- Surowce na Ziemi, gleba, ropa naftowa, metale, różnica między metalami i niemetalami.
  9. Owady -- szarańcza, wielkie białe motyle, spojrzenie na inne owady,
  10. Energia -- zbadajmy, czym jest energia, promieniowanie cieplne, światło, dźwięk.

XIII. Nuffieldowski Program Nauk Przyrodniczych dla Szkół Średnich.

• Program przeznaczony jest dla uczniów w wieku 13 -- 16 lat.
• Materiał oparto na ośmiu działach:
  1. Współzależność żywych organizmów -- badanie środowiska, klasyfikacja i identyfikacja, wzrost roślin i zwierząt, badania populacji, choroby -- walka ze szkodnikami,
  2. Ciągłość życia -- rozmnażanie i rozprzestrzenianie się roślin i zwierząt, mechanizm dziedziczności, proces ewolucji,
  3. Biologia człowieka -- aktywność fizyczna, cykl życia ludzkiego, zdrowie i higiena, zmysły, zachowanie i uczenie się, człowiek i świat -- oddziaływanie na środowisko.
  4. Użytkowanie energii -- energia w działaniu, energia człowieka, elektryczne przekazywanie energii, problemy stosowania energii,
  5. Rozszerzenie możliwości zmysłów -- możliwości ludzkie, słyszenie i natura dźwięku, widzenie i natura światła, techniczne środki łączności,
  6. Ruch -- transport, poruszanie się istot żywych,
  7. Użytkowanie materiałów -- zbieranie i klasyfikowanie, metale i stopy, paliwa, materiały budowlane i tworzywa sztuczne, włókna i tkaniny, substancje radioaktywne,
  8. Ziemia i jej miejsce we Wszechświecie -- oderwanie się od Ziemi, Ziemia i jej sąsiedzi w Komosie, pogoda, skorupa Ziemi.

XIV Portlandzki Program Zintegrowanych Nauk Przyrodniczych

• Program jest przeznaczony dla uczniów 15 -- 18 letnich.
• W pierwszym roku omawia się cztery działy:
  • --Spostrzeganie a pomiary ilościowe -- odczuwanie i spostrzeganie, pomiary, porządkowanie, porozumiewanie się,
  • --Ciepło, energia i porządek -- ciepło, temperatura i chaos, energia, energia jądrowa i promieniotwórczość, tendencje zmian w przyrodzie,
  • --Myszy i ludzie -- rozmnażanie i rozwój, genetyka, populacja, ekologia,
  • --Równowaga środowiskowa.
• Drugi rok:
  • --Ruch i energia -- ruch, Newton wyjaśnia, ruch wielowymiarowy, zachowanie, energia a praca, kinetyczna teoria gazów,
  • --Reakcje chemiczne -- mol, mieszanina gazów, równania chemiczne, elektryczna budowa materii, cząstki elementarne, szybkość reakcji, rozpuszczalność, kwasy -- zasady, utlenianie -- redukcja, stechiometria.
• Rok trzeci:
  • --Fale i cząstki -- fale, światło, pole elektryczne i magnetyczne, Faraday i era elektryczności, promieniowanie elektromagnetyczne, chemiczne podstawy teorii atomowej, elektrony i kwanty, wzmianki o nowoczesnych teoriach fizycznych,
  • --Planetarny model atomu -- atom w trzech wymiarach, atomy wieloelektronowe, energia jonizacji a układ okresowy, cząsteczki w gazach, wiązania w cieczach i ciałach stałych,
  • --Chemia materii ożywionej -- jak zbudowane są monomery, polimery, geny, proteiny i mutacje,
  • --Zdobywanie energii a wzrost -- zużywanie energii, przemiana materii, przemiana materii i geny.

Powyższe opracowanie przedstawia zbiór przykładów różnych programów nauczania. Jak widać jest ich wiele i są bardzo różnorodne. Mogą stanowić inspiracje do opracowania własnych programów nauczania przyrody.