Введение

Система образования в соответствии с требованием современности нуждается в коренном переосмыслении, практической реализации: научиться познавать, научиться работать, научиться жить. Особое внимание ученые привлекли к вопросу использования компьютерных программных средств для наглядности учебного материала [1, с. 102].

Одним из способов преодоления фрагментарности знаний у обучающихся является визуализация полученной учебной информации. В настоящей работе под визуализацией понимается преобразование содержания биологического материала в наглядную и логическую структуру, отражающую основные понятия, последовательность и взаимосвязь.

Процесс познания человеком окружающей действительности происходит чувственной и логической стороной. Чувственная форма познания осуществляется в ощущениях и представлениях, логическая форма реализуется в понятиях, суждениях и умозаключениях [2, с. 126].

Визуализация не должна ограничиваться демонстрацией готовой иллюстрации обсуждаемого процесса. Наибольшее образовательное значение имеет самостоятельная деятельность обучающихся по преобразованию данного текста в схему/модель, сравнению объектов в таблице, построению последовательности биологического. В этом случае обучающийся не только будет воспринимать готовый материал, но и будет выполнять действия по отбору нужной информации, её систематизации и обобщению выше сформулированного.

Использование визуальных моделей особенно важно при обучении школьников разных возрастных групп. В 5–6-х классах наглядные материалы помогают выделить основные признаки биологических объектов. В 7–9-х классах схемы и таблицы позволяют создать систему определенных сведений о многообразии организмов, функциях органов и протекании различных жизненных процессов. В 10–11-х классах данная визуализация может использоваться для анализа сложных молекулярных, генетических и эволюционных механизмов.

Цель работы — определить возможности использования средств визуализации учебной информации для повышения качества усвоения биологического материала обучающимися 5–11-х классов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определить основные виды изучаемых визуальных средств, которые будут применяться при изучении биологии.
2. Разработать задания на преобразование полученной биологической информации в изображение.
3. Адаптировать содержание заданий к возрасту обучающихся.
4. Разработать критерии оценивания созданных моделей.
5. Провести входную диагностику качества усвоения биологического материала обучающимися.
6. Организовать серию занятий с использованием средств визуализации.
7. Провести итоговую диагностику и сопоставить полученные результаты.

Организация и методы исследования

Исследование проводилось в течение 2025/2026 учебного года на базе одной из общеобразовательных организаций города Москвы. Название образовательной организации не указывается, поскольку участниками работы являлись несовершеннолетние обучающиеся.

В исследовании приняли участие 100 школьников 5–11-х классов. Для учета возрастных особенностей участники были объединены в три группы.

Таблица 1

Распределение участников исследования

Исследование включало четыре этапа: диагностический, обучающий, практический и итоговый.

На диагностическом этапе обучающимся предлагалось изучить небольшой фрагмент текста биологической направленности и представить его содержание в форме схемы, таблицы или иной модели. Конкретная тема и сложность материала зависели от возраста участников.

Обучающиеся 5–6-х классов выполняли задания по темам «Признаки живых организмов», «Строение клетки», «Органы цветкового растения». Учащиеся 7–9-х классов работали с материалами о систематике организмов, фотосинтезе/хемосинтезе, пищеварении, кровообращении и взаимосвязи систем органов человека. Старшеклассникам предлагались тексты по генетике, биосинтезу белка, закону Харди-Вайнберга, клеточному дыханию, брожению и различным эволюционным процессам.

На обучающем этапе школьники знакомились с тем, как необходимо использовать различные средства визуализации и правилами их построения. Обсуждались способы выделения ключевых понятий и сокращения второстепенной информации.

На практическом этапе обучающиеся выполняли задания на преобразование данного учебного материала. Использовались индивидуальная, парная и групповая формы работы, которые описаны в федеральных государственных образовательных стандартах (ФГОС). Участники исследования не только создавали собственные модели, но и анализировали работы одноклассников, выявляли различные неточности и предлагали способы улучшения работ.

На итоговом этапе проводилась конечная диагностика. Темы заданий отличались от использованных на входном этапе, однако были сопоставимы по объему и сложности.

Используемые средства визуализации

В процессе работы применялись несколько основных видов визуальных моделей.

Структурно-логические схемы (СЛС) использовались для представления состава биологических объектов и отношений между их частями. На структурно-логические схеме выделены отдельные блоки и раскрыты связи между ними [3, с. 4].

Например, при изучении клетки обучающиеся обозначали основные органоиды и связывали каждый из них с выполняемой функцией.

Последовательные схемы применялись при изучении процессов, которые состояли из нескольких этапов. С их помощью школьники представляли фотосинтез/хемосинтез, пищеварение, движение крови, биосинтез белка и другие различные процессы.

Сравнительные таблицы использовались для того, чтобы сопоставить биологические объекты. Учащиеся сравнивали растительную и животную клетки, различные группы организмов, артерии, вены и капилляры, митоз и мейоз.

Инфографика использовалась для объединения краткого текста, числовых сведений и изображений.

Ж. Е. Ермолаева, И. Н. Герасимова и О. В. Лапухова определяют инфографику как «синтетическую форму организации информационного материала», включающую визуальные элементы и поясняющие их тексты [4, с. 27]

Данный формат был особенно удобен для представления результатов сравнения и обобщения большого количества полученного материала.

Биологические рисунки и модели применялись при изучении строения клеток, органов, тканей и организмов. Особое внимание уделялось правильности подписей и обозначению значимых элементов.

Принципы организации визуального материала

При разработке и оценивании визуальных моделей учитывались несколько принципов:

Во-первых, модель должна соответствовать содержанию материала, который изучается обучающимися.

Во-вторых, необходимо соблюдать достаточность предоставленной информации. В модели должны присутствовать сведения, которые необходимы для понимания темы, однако избыточное количество текста также затрудняет понимание.

В-третьих, важна логическая последовательность предложенного материала. Понятия должны быть расположены в определенной последовательности.

В-четвертых, обозначаемые педагогами связи должны быть понятными. Стрелки, линии, подписи и условные знаки используются только тогда, когда помогают раскрывать отношения между элементами.

В-пятых, визуальная модель должна соответствовать возрасту обучающихся. Для младших школьников использовались более простые структуры с небольшим количеством элементов. В старших классах увеличивалось число понятий, связей и источников информации.

Критерии и шкала оценивания

Для оценки качества усвоения биологического материала использовались критерии, включавшая четыре показателя:

1. выделение важной информации;
2. структурирование материала;
3. установление связей между понятиями;
4. биологическая корректность созданной модели.

Каждый показатель оценивался от 0 до 3 баллов.

Таблица 2

Критерии оценивания визуальной модели

Максимальный результат за выполнение задания составлял 12 баллов.

В зависимости от количества набранных баллов были выделены четыре уровня качества усвоения биологического материала.

Таблица 3

Уровни качества усвоения материала

Низкий уровень характеризовался отсутствием полной структуры и существенными фактическими ошибками. Обучающийся переносил в работу отдельные фразы или изображения, но не устанавливал связи между ними.

На базовом уровне в модели обучающегося присутствовали отдельные правильные элементы, однако содержание отражалось им неполно. Связи между понятиями могли отсутствовать полностью или обозначаться неверно.

Достаточный уровень предполагал правильное выделение основных понятий и наличие существенных связей. При этом допускались отдельные мелкие неточности.

Высокий уровень характеризовался полным, последовательным и биологически корректным представлением информации. Обучающийся мог объяснить логику построенной им модели.

Организация работы обучающихся

Работа с учебным материалом проводилась по единому алгоритму.

На первом этапе обучающиеся знакомились с текстом, рисунком или другим источником и определяли тему материала.

На втором этапе выделяли основные понятия и факты. Сведения, не влияющие на понимание темы, исключались.

На третьем этапе устанавливались отношения между понятиями: причина и его следствие, объект и его функция, этапы процесса, сходство и его различие.

На четвертом этапе выбиралась форма визуализации. Последовательные процессы чаще представлялись в виде цепочки или алгоритма.

На пятом этапе создавалась визуальная модель, проверялись подписи, обозначение связей и биологическая корректность сведений.

На заключительном этапе обучающийся кратко объяснял построенную модель. Это позволяло установить, действительно ли понимает он связи или только воспроизводит поверхностные знания.

Результаты исследования

До начала систематического использования средств визуализации низкий уровень качества усвоения материала был выявлен у 29 обучающихся. Базовый уровень продемонстрировал 41 участник, достаточный — 24, высокий — 6.

После проведения серии занятий распределение существенно изменилось. Количество обучающихся с низким уровнем уменьшилось до 8 человек, с базовым — до 20. Достаточного уровня достигли 45 участников, высокого — 27.

Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4

Распределение обучающихся по уровням

До начала работы низкий и базовый уровни показали 70 обучающихся. После проведения серии занятий достаточного и высокого уровней достигли 72 участника.

Средний результат входной диагностики составил 5,3 балла из 12 возможных. На итоговом этапе он увеличился до 8,4 балла.

Результаты по отдельным критериям представлены в таблице 5.

Таблица 5

Средние результаты по критериям

Наиболее высокий входной показатель был зафиксирован по критерию выделения существенной информации — 1,6 балла. Обучающиеся могли находить отдельные ключевые понятия, однако не всегда правильно преобразовывали их в единую модель.

Наиболее сложным оказалось установление связей между понятиями. Средний результат по данному критерию составлял 1,1 балла. В работах присутствовали основные термины, однако стрелки и линии между ними нередко использовались формально или не использовались вовсе.

После проведения серии занятий показатель выделения существенной информации увеличился до 2,3 балла. Результат по критерию структурирования материала достиг 2,1 балла, по критерию установления связей — 1,9 балла, по биологической корректности — 2,1 балла.

Обсуждение результатов

Полученная положительная динамика показывает, что использование средств визуализации может способствовать повышению качества усвоения биологического материала.

Важным условием стало активное участие обучающихся в создании визуальных моделей. Простая демонстрация готовой схемы облегчала восприятие материала, но не всегда помогала обеспечивать глубокое понимание. При самостоятельном построении модели школьники были вынуждены выделять основные понятия, устанавливать связи и проверять правильность представления данной им информации.

Заключение

Средства визуализации учебной информации могут эффективно применяться при изучении биологии в 5–11-х классах.

В исследовании приняли участие 100 обучающихся. В процессе работы использовались структурно-логические схемы, сравнительные таблицы, инфографика, последовательные модели процессов и биологические рисунки.

Для оценки качества усвоения материала применялась шкала, которая включала четыре критерия: выделение существенной информации, структурирование материала, установление связей между понятиями и биологическую корректность.

До начала работы низкий уровень был выявлен у 29 обучающихся, базовый — у 41, достаточный — у 24, высокий — у 6. После проведения серии занятий количество школьников с низким уровнем уменьшилось до 8 человек. Достаточного уровня достигли 45 участников, высокого — 27.

Общий средний результат увеличился с 5,3 до 8,4 балла из 12 возможных. Положительная динамика была отмечена во всех возрастных группах.

Наиболее сложным для обучающихся оставалось установление связей между биологическими понятиями. Это доказывает нам о необходимости включать в учебный процесс задания, которые требуют не только воспроизведения ими информации, но и объяснения отношений между объектами, процессами и функциями.

Таким образом, визуализация учебной информации позволяет уменьшить фрагментарность знаний, облегчает восприятие биологического материала и способствует формированию полного представления об изучаемых ими объектах и процессах. Наиболее значимый результат достигается в тех случаях, когда обучающиеся не только рассматривают готовые материалы от педагогов, но и самостоятельно могут преобразовать учебную информацию в наглядную и логическую структуру, отражающую основные понятия, последовательность и взаимосвязь.

Литература:

1. Зареченский, О. Н. Из опыта использования мультимедийных средств визуализации на уроках биологии / О. Н. Зареченский, Ю. А. Ющенко, О. В. Хотулева // Проблемы современного педагогического образования. — 2023. — № 78–3. — С. 102–105. — EDN UEXZCH.
2. Рябоконь, Е. А. Визуализация учебной информации как средство активизации познавательной деятельности обучающихся / Е. А. Рябоконь, З. В. Крецан, Л. Е. Шмакова // Вестник Кемеровского государственного университета. Серия: Гуманитарные и общественные науки. — 2020. — Т. 4, № 2(14). — С. 126–136. — DOI 10.21603/2542–1840–2020–4–2–126–136. — EDN MLGGDF.
3. Соколова, И. Ю. Структурно-логические схемы — дидактическое основание информационных технологий, электронных учебников и комплексов / И. Ю. Соколова // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 6. — С. 368. — EDN TODPNP.
4. Ермолаева, Ж. Е. Инфографика как способ визуализации учебной информации / Ж. Е. Ермолаева, О. В. Лапухова, И. Н. Герасимова // Научно-методический электронный журнал «Концепт». — 2014. — № 11. — С. 26–30. — EDN RCAPHY.