Abstract
The relevance of the study is determined by the contradiction between the high didactic potential of visualization in biological education and the fragmented use of digital visual aids, which limits the implementation of the system-activity approach, leaving the student in the role of a passive observer. The aim of the work is the theoretical substantiation and development of a design model for the digital content of visual aids that ensures the integrity of the educational process. A model is proposed in which digital visual aids serve as a tool for the sequential transition from sign-reflective activity to instrumental-modeling activity and research-project activity. The implementation of the developed model contributes to the development of metasubject competencies and a deep understanding of biological processes through active visual modeling.

Key words: digital content of visual aids, visualization, sign-reflective activity, instrumental-modeling activity, research-project activity, methods of teaching biology.

----------------

Современный этап развития образования характеризуется процессами интенсивной цифровизации, требующими пересмотра организационных и методических аспектов обучения. Цифровые технологии создают принципиально новые дидактические возможности, включая организацию интерактивных форматов и построение персонализированных образовательных траекторий [1, 2]. Особую актуальность эти тенденции приобретают в системе естественнонаучного образования. Специфика дисциплин данного цикла (и прежде всего биологии) требует перехода от традиционной текстоцентричной парадигмы к визуально-насыщенной образовательной среде. Изучение живых систем, скрытых от прямого наблюдения процессов и микроструктур невозможно без использования развитых средств наглядности, которые сегодня эволюционируют от статических схем к сложным динамическим моделям и 3D-симуляциям.

Однако в реальной педагогической практике наблюдается существенное противоречие между технологическим потенциалом современных визуальных средств и их фактическим методическим воплощением. Использование цифрового контента визуальных средств учителями биологии часто носит фрагментарный, иллюстративный характер без должной методической проработки. Вследствие этого используемые цифровые ресурсы выступают преимущественно как средство демонстрации готового знаний, что приводит к доминированию репродуктивных задач и оставляет обучающихся в позиции пассивных потребителей информации [3].

Актуальность исследования определяется необходимостью разработки методологического фундамента, который превратит цифровой контент визуальных средств по биологии из набора иллюстраций в системный инструмент организации познавательной деятельности. Методологической основой данного исследования является системно-деятельностный подход, согласно которому, знания не передаются в готовом виде, а выстраиваются самим учеником в процессе активной деятельности. Этот принцип кардинально меняет роль наглядности в обучении и смещает акцент с пассивного просмотра готовых изображений на активное взаимодействие с учебным материалом [4].

В условиях цифровой трансформации образования таким инструментом становится цифровой контент визуальных средств (ЦКВС) по биологии. Мы понимаем под ЦКВС не просто набор картинок, а целостную систему интерактивных объектов (3D-моделей, анимированных схем, виртуальных лабораторий и симуляций), которая организует познавательную деятельность ученика. Такой контент позволяет перейти от запоминания фактов к самостоятельному исследованию, моделированию и сборке биологических систем. Таким образом, ЦКВС становится не иллюстрацией, а средой для деятельности. Ученик не просто видит модель клетки – он может «собрать» ее, изменить условия в симуляции и увидеть последствия, то есть совершить действия, ведущие к пониманию.

Для обеспечения системной интеграции визуальных средств в учебный процесс были обоснованы четыре дидактических принципа:

1. Принцип модульности визуального ряда. Содержание ЦКВС структурируется в виде взаимосвязанных блоков, где каждый визуальный элемент (схема, модель, анимация) является логическим продолжением предыдущего.
    
2. Принцип адекватности визуальной формы типу деятельности. Формат контента должен строго соответствовать учебной задаче. Для запоминания – инфографика, для понимания процессов – динамическая симуляция, для творчества – конструктор моделей.
    
3. Принцип диалогической интерактивности. Визуальные средства должны обеспечивать обратную связь. Интерактивность в ЦКВС – это возможность вмешиваться в ход виртуального процесса, изменяя параметры системы.
    
4. Принцип контекстной интеграции. Визуальные модули объединяются сквозной учебной проблемой, создавая целостную картину биологического явления.

Модель проектирования ЦКВС обучения по биологии можно представить в виде структурно-функциональной схемы (рис. 1).

Рис. 1. Структурно-функциональная схема модели проектирования ЦКВС обучения по биологии

Центральным ядром представленной модели является не просто подбор наглядности, а проектирование сценария взаимодействия обучающегося с цифровой средой. Архитектура модели выстроена таким образом, чтобы обеспечить управляемый дидактический переход: от пассивного созерцания к активному действию. Реализация этого перехода опирается на последовательную смену трех базовых форм учебной деятельности [5], каждая из которых требует специфического типа цифрового контента визуальных средств. Рассмотрим содержание этих форм и соответствующие им требования к визуализации (табл. 1).

Таблица 1

Соответствие форм деятельности и типов ЦКВС

Практическая апробация разработанной модели ЦКВС проводилась в рамках опытно-экспериментальной работы на базе школ Омска и Омской области с участием 372 обучающихся 10-х профильных классов на примере раздела «Химический состав и строение клетки». Модель была реализована в виде трех последовательных модулей.

Модуль 1. Информационно-визуальный (знаково-отражательная деятельность). На данном этапе для формирования образа клеточных структур использовался интерактивный 3D-атлас. Обучающимся предлагались задания, требующие кодирования информации из текста в визуальные образы (соотнесение функций с трехмерными моделями органоидов). Этот этап заложил прочный понятийный аппарат.

Модуль 2. Лабораторно-динамический (инструментально-моделирующая деятельность). Целью данного этапа явилось овладение способами работы с динамическими моделями. Старшеклассники работали в Виртуальной лаборатории «Транспорт веществ». Им предлагалось самостоятельно изменять параметры внешней среды (температуру, концентрацию солей) и в реальном времени наблюдать визуальную реакцию клетки (например, изменение объема при осмосе), что позволило им самостоятельно выявить причинно-следственные связи.

Модуль 3. Конструкторско-проектный (исследовательско-проективная деятельность) Цель данного этапа – создание собственного визуального продукта. Задания включали комплекс профессионально-ориентированных кейсов («Митохондриальная дисфункция» – анализ визуальных данных и прогнозирование последствий) и проектное задание: спроектировать и визуализировать модель «Клетки специального назначения» с заданными свойствами на онлайн-платформе. Результатом этапа – переход к самостоятельному конструированию визуальных моделей.

Для оценки результативности модели была проведена диагностика уровня сформированности метапредметных компетенций до и после ее реализации. Анализ полученных данных выявил статистически значимую положительную динамику по следующим критериям.

Когнитивный критерий (полнота и системность знаний). Отмечен значительный рост усвоения материала – средний коэффициент усвоения (Ку) раздела «Химический состав и строение клетки» вырос с 0,62 (констатирующий этап) до 0,84 (контрольный этап). Это свидетельствует о том, что последовательное использование ЦКВС устранило проблему фрагментарности знаний.

Деятельностный критерий (умение применять и преобразовывать знания). Наблюдался качественный сдвиг от репродукции к продуктивному преобразованию визуальных данных. Если в начале работы только 30% старшеклассников могли самостоятельно выдвигать обоснованные гипотезы при работе с симуляциями (Модуль 2), то после апробации этот показатель возрос до 82%. Например, при решении кейса большинство (более 75%) смогли не просто описать, но и объяснить механизм патологии, опираясь на визуализацию процессов клеточного дыхания.

Мотивационный критерий. По результатам анкетирования зафиксировано повышение внутренней мотивации – 88% обучающихся отметили, что работа с интерактивными и динамичными ЦКВС (виртуальные лаборатории) повысила их интерес к предмету и способствовала глубокому визуальному пониманию сложных абстрактных процессов.

Полученные данные подтверждают, что организация учебного процесса на основе разработанной модели ЦКВС приводит к качественным изменениям в структуре познавательной деятельности. Последовательное прохождение трех форм деятельности, подкрепленных адекватным визуальным контентом, обеспечивает развитие навыков визуального моделирования и проектного мышления, необходимых для освоения естественнонаучных дисциплин.

Исследование проведено без финансовой поддержки.

Литература

1. Арбузова Е.Н. Технопарк как инновационная площадка для реализации современного биологического образования в системе «школа-ВУЗ» // Актуальные проблемы методики преподавания биологии, химии, экологии и географии в школе и вузе : Материалы Всероссийской с международным участием научно-практической конференции. Москва: Государственный университет просвещения, 2025. С. 17-25.

2. Бабкин Р.И., Арбузова Е.Н. Модель взаимодействия средней школы и технопарка педагогического вуза в реализации современного биологического образования // Биологическое образование: традиции и инновации : Материалы I Всероссийской научно-практической конференции. Челябинск: Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, 2022. С. 21-26.

3. Арбузова Е.Н. Технологии визуализации информации на уроках биологии // Биология в школе. 2019. № 3. С. 30-37.

4. Опарин Р.В., Арбузова Е.Н., Лялина И.Ю. Развитие базовых исследовательских действий учащихся по разделу «биология человека» с применением цифровых инструментов на базе педагогического технопарка // Актуальные проблемы современной России: психология, педагогика, экономика, управление и право : Сборник научных трудов II Ежегодной международной научно-практической конференции и Международных научно-практических конференций. Москва: Московский психолого-социальный университет, 2024. С. 552-556.

5. Арбузова Е.Н. Базовые формы овладения учебной деятельностью по дисциплине "Теория и методика обучения биологии" // Успехи современного естествознания. 2008. № 9. С. 44.

Рекомендовано к публикации:
Е.Н.Арбузова, доктор педагогических наук, профессор кафедры
адаптивной и физической культуры ОмГУ им. Ф.М. Достоевского,
А.А.Ахаян, доктор педагогических наук, член Редакционной Коллегии

Literature

1. Arbuzova E.N. Tekhnopark kak innovatsionnaya ploshchadka dlya realizatsii sovremennogo biologicheskogo obrazovaniya v sisteme «shkola-VUZ» // Aktual'nye problemy metodiki prepodavaniya biologii, khimii, ekologii i geografii v shkole i vuze : Materialy Vserossiiskoi s mezhdunarodnym uchastiem nauchno-prakticheskoi konferentsii. Moskva: Gosudarstvennyi universitet prosveshcheniya, 2025. S. 17-25.

2. Babkin R.I., Arbuzova E.N. Model' vzaimodeistviya srednei shkoly i tekhnoparka pedagogicheskogo vuza v realizatsii sovremennogo biologicheskogo obrazovaniya // Biologicheskoe obrazovanie: traditsii i innovatsii : Materialy I Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Chelyabinsk: Yuzhno-Ural'skii gosudarstvennyi gumanitarno-pedagogicheskii universitet, 2022. S. 21-26.

3. Arbuzova E.N. Tekhnologii vizualizatsii informatsii na urokakh biologii // Biologiya v shkole. 2019. № 3. S. 30-37.

4. Oparin R.V., Arbuzova E.N., Lyalina I.Yu. Razvitie bazovykh issledovatel'skikh deistvii uchashchikhsya po razdelu «biologiya cheloveka» s primeneniem tsifrovykh instrumentov na baze pedagogicheskogo tekhnoparka // Aktual'nye problemy sovremennoi Rossii: psikhologiya, pedagogika, ekonomika, upravlenie i pravo : Sbornik nauchnykh trudov II Ezhegodnoi mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii i Mezhdunarodnykh nauchno-prakticheskikh konferentsii. Moskva: Moskovskii psikhologo-sotsial'nyi universitet, 2024. S. 552-556.

5. Arbuzova E.N. Bazovye formy ovladeniya uchebnoi deyatel'nost'yu po distsipline "Teoriya i metodika obucheniya biologii" // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2008. № 9. S. 44.
    

Яскина Ольга Александровна
Омский государственный педагогический университет, г. Омск
РИНЦ AuthorID: 702723
SPIN-код: 4410-0840
ORCID: 0000-0002-8092-067X