Биологические основы построения системы знаний о живой природе

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ЗНАНИЙ О  ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

1. Растения и животные как «единицы» живой природы и предмет познания ребенка.

Ребенок дошкольного  возраста знакомится с миром природы  непосредственно через наблюдения или практическую деятельность во время прогулок. Опосредованные способы познания природы (книги, картины, кино. телевидение) расширяют кругозор маленького ребенка, однако оказывают меньшее воспитательное воздействие. Непосредственное общение с природой имеет то преимущество, что насыщает эмоциональное восприятие ребенка яркими впечатлениями. Ребенок знакомится с природой на уровне целостного организма. Предметом его восприятия и деятельности становятся, прежде всего, отдельные конкретные растения, животные, способы их функционирования. Предметом познания является связь объектов живой природы с внешней средой. Дошкольники могут сталкиваться со средообразующей деятельностью человека: его труд обеспечивает возможность существования домашних животных, диких животных, по тем или иным причинам нашедшим приют у человека, комнатных растений и других культур. В ряде случаев, особенно в сельской местности, дети могут наблюдать природные сообщества: пруд, болото, луг и пр. таким образом, исходной единицей живой природы, в наибольшей степени отвечающей специфике и познавательным возможностям дошкольников, является конкретный предмет живой природы. В роли этой единицы чаще всего выступает целостный растительный или животный организм (дерево, воробей, собака и пр.). Но и отдельные части (плод, лист, цветок) или целостный организм в единице со средой (горшечное растение, аквариум с рыбами). Таким образом, отдельный природный объект, стоящий в центре внимания ребенка, может служить исходным звеном для дидактического анализа биологических знаний.

По определению В.И. Вернадского, организм – это отдельный элемент однородного живого вещества. Важнейшая морфофункциональная характеристика индивидуума – строгая зависимость между отдельными частями: разделить особь на части без потери «индивидуальности» невозможно. Таким образом, отдельно взятый организм (особь, растительный и животный, обладающий статусом биологической самостоятельности и имеющей приоритет  в дошкольной педагогике как конкретный объект, составляющий предметный мир ребенка, может быть взят за основу построения дидактической системы знаний о живой природе.

Какими же значимыми  особенностями обладают животные и  растения?

Главная характерная  черта – это разнообразие живых  объектов, с которыми сталкивается ребенок в период дошкольного  детства. Все многообразие растений и животных, доступное наблюдению ребенка, предстает перед ним не в статичном, неизменном виде. Все модификации  животных объектов, их изменяющиеся состояния в самом общем виде обусловлены двумя факторами: их взаимодействием со средой обитания и онтогенетическим развитием. Таким образом, многообразие растений и животных, связь с внешней средой, рост и развитие являются атрибутами окружающей ребенка природной действительности, которые естественно, без напряжения входят в сферу его познавательной деятельности.

Видовое многообразие живых  объектов, их тесная взаимосвязь со средой обитания, особенности онтогенетического  развития растений и животных –  три важных аспекта биологической  науки. Они могут стать исходными  положениями для построения дидактической системы знаний о живой природе для детей дошкольного возраста.

2. Взаимосвязь организма со средой.

В биологии и философии организм и среда рассматриваются как  целостная система. Их тесная взаимосвязь  обуславливается спецификой живого организма, нуждающегося в притоке энергии извне.

Взаимосвязь растительных и животных  организмов со средой их обитания – это сложное многогранное явление, изучением которого занимается ряд биологических наук. Одним  из достижений нашего столетия является бурное развитие экологии – науки, рассматривающей взаимосвязь организмов со средой на популяционно-видовом, биоценологическом и биосферном уровнях. Прямое назначение экологии – изучение условий существования живых организмов, взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Экологи выделяют три  группы факторов, определяющих особенности  жизни приспособленности животных. Это – абиотические (климатические, эдафические и пр.), биотические (растительный и животный мир и микроорганизмы) и антропогенные (воздействие человека на природу) факторы.

Среда обитания животного (по Кашкарову – все то, что  его окружает) определяет конкретные условия его жизни. Взаимодействие животного со средой обитания осуществляется посредством различных типов  приспособленности (адаптации).

Для познания дошкольников наиболее значимыми являются два  тира адаптации животных: структурная  поведенческая, т.е. те, которые имеют  четкое внешнее выражение и доступны непосредственном наблюдению  ребенка. К внешним морфологическим признакам  приспособленности животных относятся: общее строение тела, строение органов передвижения, характерные особенности покрова тела и т.п. Очень важно знакомить детей со способами передвижения животных (локомоцией), играющим первостепенную роль во всех сферах их жизни (питание, защита от врагов, размножение, выращивание потомства и др.).

Конкретные формы передвижения у разных видов животных строго приспособлены  к условиям среды обитания. Животные, обитающие в водной, воздушной, наземной средах, сильно различающихся механическими свойствами, имеют и очень несхожие, специфические  локомоторные органы.

В приспособленности  животных к передвижению выделяется ряд зависимостей, отражающих связь  способа и скорости передвижения со строением тела, в частности, конечностей. 

Немаловажную защитную функцию выполняют кровы животных, в частности их окраска.  Покровительственную окраску, обусловленную подбором подходящего фона или быстрым изменением цвета кожи; предостерегающую, расчленяющую и др. Защитная окраска как форма приспособленности животного в сфере питания, защиты от врагов, выращивания потомства и др. достигает эффекта лишь в том случае, если он жестко сочетается с определенной формой поведения (например, маскирующий эффект достигается сочетанием покровительственной окраски с неподвижностью, пугающий эффект – путем сочетания демонстрации ярко окрашенных участков тела с резкими, устрашающими движениями и т.д.).

Специфические защитные структуры покрова (утолщения, панцирные  покрытия, рога, иглы и пр.) также  вполне доступны для наблюдения дошкольниками. Морфологические признаки проявляют свою приспособительную защитную функцию лишь в сочетании с определенными элементами поведения. Приспособительное значение поведения является совокупностью функций  рабочих (экзосоматических) органов животных. Особенности строения каждого данного органа определяют характер его функций, т.е. соответствующих элементов поведения животного.

С поведением, как функцией животного организма, связано одно из интересных явлений биологии –  конвергентное сходство неродственных особей. Под конвергенцией понимается «независимое приобретение сходных структур различными, т.е. близким родством не связанными, организмами».

Явления конвергентной  приспособленности интересны тем, что они носят исключительно  внешний характер, доступны наблюдению и ярко отражают факт приспособительной взаимосвязи различных животных со средой обитания.

Применительно к дошкольному  возрасту явления конвергентного сходства животных интересны по целому ряду моментов: они носят внешний характер и доступны наблюдению; особенности внешней морфологии животных неразрывно связаны с общей функциональной направленностью организма, т.е. динамикой их поведения; однородность среды, которая, и только которая является причиной самого явления конвергенции, создает нередкие возможности ее наблюдения в природе (например, легко можно наблюдать одновременный полет в воздухе бабочек и птиц).

Теперь перейдем к  растениям и охарактеризуем особенности  их взаимосвязи со средой обитания. Растения как живые существа     значительно   отличаются от животных. Зеленое растение – это производитель органического вещества. Это – автотрофный (или растительный) способ питания. он не требовал от растений необходимости перемещаться в пространстве в поисках пищи – пища для них имелась повсюду. Поэтому в процессе эволюции сложился их оседлый образ жизни и характерное строение. Взаимоотношения растений со окружающей средой сложны и многообразны. «Вся совокупность экологических факторов, влияющих на данное растение или данную группировку растений, - пишет академик В.Н. Сухачев, - образует его условия местопроизрастания (местообитания), или среду».

Экологические факторы,  воздействующие на растения:

1. Климатические (атмосферные): тепло, влажность воздуха, состав воздуха, свет, ветер;
2. Почвенные (эдафические): химический состав почвы, вода в почве, количество и состав почвенного воздуха, тепло почвы, механические свойства почвы, реакция почвы;
3. Орографические (рельефные): высота над уровнем моря, крутизна склонов, экспозиция;
4. Биотические: человек (вырубка, сенокошение, пожар, осушение орошение местности, обработка почвы), животные (пастьба, вытаптывание, удобрение, рыхление и пр.).

Факторы внешней среды действуют  на растение не изолировано, а во всей их совокупности.

В отличие от животных, у которых  разные формы поведения обнаруживают различные  функции отдельных органов и частей тела или организма в целом, функциональная деятельность растительного организма протекает на физиологическом уровне. Обнаружить ее можно только косвенным путем – по тем или иным морфологическим изменениям различных органов растения; при этом необходимо знать строение и функцию каждого органа.

Основная масса растений состоит  из наземной и подземной  частей. Под землей находится корень, функции которого – закрепления растения в земле и всасывание из почвы воды и минеральных солей.  Стебель (стволовые ветки) выполняет проводящую функцию – передает воду и соли листьям, цветам, плодам.

Чрезвычайно важна функция  листьев у растений.  Процесс  фотосинтеза – окислительно-восстановительная реакция образования органических веществ из углерода воздуха с помощью световой энергии, улавливаемой хлорофильными элементами зеленого растения. Таким образом, основная функция зеленых листьев – поглощение света. Ее довольно легко наблюдать на комнатных растениях, листья которых всегда располагаются перпендикулярно к потоку светоэнергии.

При наличии всех необходимых  условий растение бурно растет, затем  начинает цвести и плодоносить. Появление  цветов сигнализирует о завершении вегетативного периода и наступлении качественно нового периода в онтогенетическом развитии растения. Цветок – это орган размножения, в опыленном  состоянии он дает начало развитию плода. Созревание плодов завершает жизненный цикл растений: однолетние погибают, многолетние – переходят в состояние покоя.

Как и все живые  организмы, растения хорошо приспособлены  к среде обитания. Приспособленность  проявляется в различных морфологических  особенностях растений, в их физиологических  процессах, которые можно наблюдать  в сезонной смене их состояний. Осеннее сбрасывание листвы, например, имеет определенный биологический смысл: сильно уменьшается общая поверхность наземной части растения, а, следовательно, и опасность зимнего испарения влаги.

Приспособленность к  различным условиям жизни, проявляющаяся в морфологических особенностях, отчетливо видна на растениях разных климатических зон. Внешний облик растительного покрова, состав растений любой территории во многом определяются особенностями  местного климата – прежде всего температурой и количеством осадков в разные периоды года. По типу отношения растений к таким факторам внешней среды, как вода, свет, температурные условия, сложились группы, которые легко мирятся с недостатком какого-либо фактора или, наоборот, требуют его изобилия. Та или иная особенность таких растений имеет ярко выраженные характерные признаки строения.  Существуют растения фотофилы (светолюбивые), фотофобы (теневыносливые). Растения, которые приспособились к суровым условиям пустынь – их обезвоженности, сильной жаре, резким температурным колебаниям, относятся к группе ксерофитов. Крайняя форма ксерофитов – кактусы, обитатели американских пустынь.

Противоположное явление  представляют собой растения, привыкшие  к изобилию влаги, - их тонкие стебли и листья легко испаряют ее и быстро реагируют на недостаток воды. Морфологические особенности комнатных растений можно наблюдать с детьми и учитывать при уходе за ними.

3. Экологические связи  в природе. В рассматриваемой проблеме взаимосвязи живого организма и среды обитания важным является понятие геобиоценоза (экосистемы). Жизнедеятельность основных компонентов экосистемы (абиотические факторы, растения и животные, микроорганизмы) создает кругооборот энергии, необходимый для поддержания гомеостаза внутри экосистемы. Выпадение или разрушение одного из звеньев этой цепи может привести к гибели всей экосистемы.

Чрезвычайно сложные и многообразные  связи делают это явление малодоступным  для дошкольников, тем более что  они скрыты от непосредственного  наблюдения.  Все же отдельные взаимосвязанные выпуклые звенья, просматриваемые с первого взгляда, доступны для старших дошкольников (исследования З.П. Плохих и И.А. Хайдуровой), и ознакомление с ними может оказаться полезным для формирования уже с дошкольного возраста экологической направленности мышления.

Одним из таких выпуклых звеньев может быть взаимоотношения  хищника и жертвы. Почти в любом  биотическом сообществе  имеется  сосуществование  первичных и  вторичных консументов (животных, питающихся растениями, и животных, питающихся другими животными). При оптимальном состоянии экосистемы численность тех или других находится  в определенном равновесии, а взаимоотношения хищника и жертвы являются необходимым фактором для сохранения этого равновесия в сообществе.  Такие наглядные способы защиты от хищников, как бегство, маскировка, запугивание, использование колющих и твердых покровов, являются интересным материалом для ознакомления дошкольников и формирования у них представлений о некоторых важнейших экологических связях в природе, о формах приспособленности живых существ к среде обитания.

Другими факторами, пригодными для обучения дошкольников, являются некоторые пищевые цепи, существующие в биоценозах, доступных наблюдению детей (например, лес, пруд или озеро). Хорошо заметные пищевые цепи образуются в результате сезонных изменений состояния неживой природы. Сезонная периодичность «может сказываться на физиологическом состоянии видов (цветение, сбрасывание листвы у растений, диапауза, миграция у животных) или на видовом составе биоценозов». Примером такой пищевой цепочки может быть следующая: температурные условия  окружающей среды (воздуха и почвы), состояние растений, степень активности насекомых, наличие или отсутствие перелетных птиц.

Одним из глобальных факторов, влияющих на среду обитания животных и растений, является  деятельность человека.

Экологами всего мира доказано, что биосфера Земли – это большая совокупность экосистем, каждый элемент которых многими нитями связан с другими их элементами. Каждый представитель сообщества выполняет вполне определенную, только ему предназначенную функцию. Уничтожение или разрушение даже одного элемента может оказаться губительной для всей экосистемы. Антропогенный фактор имеет чрезвычайно большое значение в развитии растений, животных или целых биоценозов.

В микроокружении дошкольника  взрослые люди очень часто выступают  в роли средообразующего фактора  по отношению к растениям и  животным, обитатели уголка природы, комнатные растения, растительность участка детского сада, зимующие птицы  – вот перечень живого, являющегося атрибутом каждого дошкольного учреждения. За их жизнь и состояние непосредственно отвечают педагоги. Их сознательная (созидающая) деятельность должна занять определенное место в системе знаний о живой природе. 

4. Рост и  развитие живого организма.  Мир живой природы существует на Земле благодаря тому, что организмы размножаются, воспроизводят себе подобных.

Онтогенез растений и  животных слагается их процессов  роста и развития.

Рост – это процесс  развертывания определенного количества изменения, но без качественных изменений организма. Процесс роста обуславливает такие преобразования организма, которые создают возможность выхода на новый функциональный уровень. Таким образом, обеспечивается развитие организма – приобретение качественно новых возможностей.

Важной особенностью онтогенетического развития живых  организмов является их одновременное  и постоянное взаимодействие со средой. Биологи указывают, что в своем  развитии каждое живое существо проходит ряд жизненных фаз: эмбриональную (зародышевую), фазу юности, половой зрелости, размножения, старения, смерти. На каждой из этих стадий обнаруживается большая или меньшая специфика взаимодействия особи со средой обитания.

Интересные преобразования в процессе онтогенетического развития претерпевают животные, особенно высшие. Следует иметь в виду, что как у позвоночных, так и у беспозвоночных индивидуальное развитие совершается или с метаморфозом (превращением), или без него. В первом случае онтогенез характеризуется наличием личинной стадии. При этом личинка и взрослая особь совершенно похожи друг на друга и ведут в  корне различный образ жизни.

Иначе обстоит дело с  теми формами онтогенеза, которые  протекают без метаморфоза,  в  частности у высших беспозвоночных – птиц и млекопитающих. В своем индивидуальном развитии эти животные проходят следующие периоды: эмбриональный (пренатальный), ранний постнатальный, ювенильный (игровой) и взрослый.

На всех стадиях развития высших животных особый интерес с  точки зрения дошкольного детства  представляют два момента: морфофункциональные изменения растущего молодого животного и его взаимоотношения со средой.  В раннем периоде животное быстро увеличивается в размерах, одна за другой начинают функционировать разные формы поведения, особенно локомоторного. Можно понаблюдать, как детеныши домашних животных начинают вставать, стоять, ходить,  бегать, прыгать и т.д. основную средообразующую функцию  в этот период онтогенеза выполняют взрослые особи (либо оба родителя – например, у птиц, либо только материнская – у многих млекопитающих). Взрослые выкармливают молодняк, обогревают, охраняют и защищают.

Ювенильный период характеризуется, прежде всего, играми, выступающими в  различных формах и выполняющими разные функции. Игры служат подготовке молодого животного к взрослой жизни. В морфологическом отношении животное -  детеныш - уже мало отличается от взрослого, в основном только размерами, пропорциями. Взаимоотношения со средой в это период двоякие: с одной стороны сильна еще опека взрослых (например, игры могут проходить в зоне безопасности, под присмотром матери), с другой стороны, детеныш уже осваивает окружающую предметную среду (отыскивает пищу, обследует предметы и пр.).

Таким образом, на конкретных представителях  растительного и животного мира дошкольникам можно демонстрировать последовательный процесс онтогенеза развития живого организма. Каждая из форм живых существ имеет свои преимущества: однолетние быстрорастущие растения позволяют  детям проследить  весь жизненный цикл (о  семени до семени), что почти невозможно осуществить на животных. Постнатальное развитие животных, в свою очередь, особенно отчетливо демонстрирует морфофункциональную связь развивающегося организма со средой обитания.

5. Многообразие растений  и животных. Все многообразие организмов – это результат филогенеза как длительного исторического процесса формообразования растений и животных, длительного совершенствования, вызванного необходимостью приспособления живых существ к меняющимся условиям. Накопление наследственных изменений отдельных особей приводит к образованию видов и что этот процесс осуществляется на основе естественного отбора. Наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор – вот решающие факторы эволюции.

Многообразие видов животных и  растений  - это исторический итог эволюции, в основе которого лежит связь живого организма со средой и последовательная цепочка изменений в этих взаимоотношениях: преобразование условий жизни побуждает организм к адаптивным изменениям.

6. Свойства живого организма. К. Вилли указывает: «Всем живым организмам в большей или в меньшей степени свойственны определенные размеры и формы, обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение и приспособленность».

Знакомясь с  многообразием  растений и животных, дошкольники в первую очередь познают их внешние параметры: характерные черты строения, размеры, форму, краску и прочие признаки, по которым в дальнейшем они могут узнавать знакомые объекты и сравнивать их с новыми. Тем самым дети исподволь учатся суммировать и обобщать сходные особенности (например, у всех растений есть листья; листья зеленого цвета и пр.). Таким образом, первый из выделенных К. Вилли признаков живого  (внешние параметры) будет широко представлен знаниями о многообразии  растений и животных. Второй признак – обмен веществ в живом организме. Так биохимический процесс в целом, обмен веществ, конечно, недоступен наблюдению дошкольников. Однако начальные и конечные акты процесса метаболизма дети наблюдают всякий раз, когда ухаживают за обитателями живого уголка (кормят животных, поливают растения и пр.). Такое неполное представление об обмене, как особенности живого, на самом деле являются достаточно убедительными для детей дошкольного возраста, так как оно воспринимается по аналогии с  собственными процессами роста, происходящими в результате поглощения пищи. Познавая условия живых существ, дети, естественно, поставят на первое место пищу (т.е. питание в широком смысле) как новый фактор существования.

«Третья особенность живых организмов, - указывает К. Вилли, - это их способность к движению. Подвижность большинства животных совершенно очевидна: они ползают, плавают, бегают и летают. У растений движения гораздо более медленны и не так заметны, но они все же происходят».  Признак движения у детей дошкольного возраста является  очень сильным, доминирующим. Движущиеся объекты воздействуют на эмоции ребенка и оставляют яркие впечатления. Именно поэтому дети без колебаний относят  к живому животных и сомневаются в случае с растениями.

Следующее свойство живых организмов – раздражимость – хорошо представлено у тех животных, которые имеют специальные органы – рецепторы восприятия, обеспечивающие возможность видеть, слышать, ощущать запах и пр. Проявление раздражимости у животных тесно связано с их поведением – специфическим действиями, движениями. Раздражимость животных легко обнаруживается и может быть понята дошкольниками.

Два последующих признака – рост и размножение тесно связаны  между собой и чрезвычайно  значимы для характеристики живого. Размножение при этом не затрагивалось. В случае с животными оно легко подразумевается, как расти, развиавться, а затем превращаться в родительскую аналогию может только вновь народившийся (отпочковавшийся) организм, Что достигается не чем иным, как размножение. В случае с растениями дети невольно становятся свидетелями их размножения: наблюдая за ростом и развитием растения, выращиваемого из семени, они получают урожай новых семян (одно семя – одно растение - много новых семян). На примере растений старшие дошкольники знакомятся с разными способами размножения: семенным, вегетативным.

Последнее, что выделяет К. Вилли  – это приспособление, или адаптации  организма. «Способность растения или  животного приспосабливаться к  окружающим условиям позволяет ему  выживать в мире, полном неожиданных перемен». Приспособленность, как было показано выше, - результат длительного и постоянного взаимодействия организма со средой.

Таким образом, система знаний о  живой природе, в центре которой  стоит явление взаимосвязи растений и животных с внешней средой, позволяет одновременно накапливать представления о специфических особенностях живого организма вообще. Следует отметит, что при таком подходе формирование понимания живого осуществляется не специальной постановкой цели раскрытия понятия живого, а попутно с формированием самых различных знаний о растениях и животных. Именно такой путь – не от понятия к деятельности, а от деятельности к общему пониманию – соответствует психическим особенностям детей дошкольного возраст, специфике их познавательных процессов. Постановка в центре системы понятия о связи организма со средой ориентирует детей на практическую деятельность, на активные формы усвоения знаний.