Жаратылыстану сабақтарында жасанды интеллектті қолдану арқылы оқушылардың зерттеушілік дағдыларын дамыту

1. Өзектілігі

Қазіргі әлем қарқынды өзгерістер кезеңінде өмір сүріп жатыр. Ғылыми-техникалық прогресс, цифрландыру, жасанды интеллекттің (ЖИ) қоғамдық өмірге дендеп енуі білім беру жүйесінің алдына жаңа міндеттер қойып отыр. Бүгінгі мектеп түлегі тек білімді ғана емес, сонымен қатар ғылыми ойлауға қабілетті, ақпаратты талдап, жүйелей алатын, түрлі дереккөздермен жұмыс істей білетін, зерттеушілік дағдылары қалыптасқан тұлға болуы қажет.

Қазақстан Республикасында қабылданған жаңартылған білім беру мазмұны осы міндеттерді жүзеге асыруға бағытталған. Жаңа стандарттарда оқушылардың функционалдық сауаттылығын арттыру, ғылыми сауаттылықты дамыту, тәжірибелік дағдыларды қалыптастыру басым бағыт ретінде қарастырылған. PISA, TIMSS сынды халықаралық зерттеулерде де оқушылардың зерттеушілік дағдылары, ғылыми проблемаларды шешу қабілеті басты көрсеткіштердің бірі ретінде бағаланады. Алайда, аталған зерттеулер нәтижелері бойынша Қазақстан оқушыларының ғылыми сауаттылық деңгейі әлі де төмен екенін байқауға болады. Бұл – білім беру жүйесіндегі басты проблемалардың бірі.

Жаратылыстану пәндері – физика, биология, химия, география және интеграцияланған курс – табиғат құбылыстарын, процестерін бақылауға, тәжірибелер жасауға, зерттеулер жүргізуге зор мүмкіндік береді. Бірақ мектеп тәжірибесінде оқушылардың ғылыми-зерттеушілік әрекеті толыққанды жүзеге аса бермейді. Құрал-жабдықтардың жетіспеуі, уақыт тапшылығы, оқушылардың ғылыми тілде ойын жеткізе алмауы, деректерді өңдеу білігінің әлсіздігі – бұл бағыттағы негізгі кедергілер.

Осы тұста ЖИ құралдарын пайдалану аса өзекті. ЖИ зерттеу жұмысының барлық кезеңінде көмекші бола алады: мәселені анықтау, гипотеза ұсыну, зерттеу жоспарын жасау, деректерді жинақтау және талдау, қорытындыны рәсімдеу. Мұндай тәсіл оқушыны тек дайын ақпарат алушы емес, ізденуші-зерттеуші ретінде қалыптастырады. Сонымен бірге, бұл олардың цифрлық сауаттылығын арттырып, ХХІ ғасыр талаптарына сай негізгі құзыреттерін дамытуға ықпал етеді.

2. Әдістемелік негізділігі

Оқыту процесінде әдіс-тәсілдерді дұрыс таңдау – педагогикалық идеяның жүзеге асуының кепілі. Жаратылыстану сабақтарында оқушылардың зерттеушілік дағдыларын дамытуда мынадай теориялық және практикалық негіздерге сүйенеміз:

• Конструктивизм теориясы – оқушы білімді дайын күйінде алмайды, оны өзі құрастырады. ЖИ бұл жерде оқушының ізденісін қолдап, бағыттап, көмекші бола алады.
• Зерттеушілік оқыту әдісі – оқушыны мәселе қоюға, болжам жасауға, тәжірибе жүргізуге, деректерді талдауға жетелейді.
• Жобалық әдіс – оқушыларды шағын ғылыми жобалар жасауға ынталандырады.
• Сыни тұрғыдан ойлау технологиясы – оқушының ойлау қабілетін, дәлелді пікір айтуын дамытады.

Практикада қолданылатын формалар:
– Топтық жұмыс (бір мәселені бірге талдау, ЖИ көмегімен шешу жолдарын табу);
– Жұптық жұмыс (екі оқушының ортақ гипотеза құруы, ЖИ арқылы мәлімет іздеуі);
– Жеке жұмыс (әр оқушының деректерді талдап, жеке қорытынды жасауы);
– Зертханалық сабақ (виртуалды және нақты тәжірибелер).

ЖИ құралдары: ChatGPT – зерттеу сұрағын нақтылау, гипотеза құруда; Google Gemini, Perplexity – ақпарат іздеуде; PhET, Labster сияқты виртуалды зертханалар – тәжірибелерді модельдеуде; Excel, Google Sheets – деректерді өңдеуде.

3. Жаңашылдығы

Ұсынылып отырған идеяның жаңашылдығы бірнеше қырынан көрінеді:

1. Дәстүрлі тәжірибелік жұмыстар мен ЖИ құралдарын ықпалдастыру. Бұрын тек қолмен жасалатын жұмыстарды енді виртуалды түрде де жүргізуге болады.
2. Зерттеу жүргізудің толық цикліне ЖИ-ді қатыстыру: мәселені анықтау, гипотеза құру, жоспарлау, деректерді өңдеу, қорытынды шығару.
3. Оқушының жеке білім траекториясын құру мүмкіндігі. ЖИ әр оқушыға жеке ұсыныстар бере алады.
4. Ғылыми тіл қалыптастыруда ЖИ көмекші құрал ретінде қолданылады (мәтін құрастыру, есепті рәсімдеу).
5. Цифрлық сауаттылықты арттыру – оқушылар тек дайын деректерді пайдаланбай, оларды өңдеп, талдап, жаңа білім жасайды.

Осы тұрғыда бұл идея дәстүрлі оқытуға қарағанда анағұрлым тиімді әрі заман талабына сай болып отыр.

4. Практикалық қолданбалығы

Идеяны жүзеге асыруда ең бастысы – нақты сабақтағы қолданылуы. Мысалы, 7-сыныптағы «Өсімдіктің өсуіне жарықтың әсерін зерттеу» тақырыбындағы практикалық сабақта:

Сабақтың мақсаты: оқушыларды өсімдіктің өсуіне жарықтың әсерін зерттеуге тарту, гипотеза құруға және деректерді талдауға үйрету.

Сабақ кезеңдері:
1. Мотивация. Мұғалім сұрақ қояды: «Өсімдіктерге жарық не үшін қажет?» Оқушылар өз ойларын айтады. ЖИ арқылы қысқа анықтамалар алынады.
2. Мәселені анықтау. Оқушылар ЖИ көмегімен «жарықтың өсімдікке әсері» туралы деректерді іздейді. Сұрақ: «Жарық болмаса өсімдік қалай өседі?»
3. Гипотеза. Топтар ЖИ арқылы ықтимал жауаптар құрастырады: «Жарық көп болса, өсімдік тез өседі», «Жарық аз болса, өсімдік баяу өседі».
4. Зерттеу жоспары. Оқушылар ЖИ көмегімен тәжірибе жоспарын жасайды: екі топыраққа бірдей тұқым отырғызу, бірін жарықта, екіншісін көлеңкеде өсіру.
5. Деректер жинау. Нақты тәжірибені жүргізу мүмкін болмаса, виртуалды зертхана (PhET, Labster) қолданылады. ЖИ деректерді кестеге түсіреді.
6. Деректерді талдау. Оқушылар Excel/Google Sheets арқылы диаграмма жасайды. ЖИ деректерді түсіндіріп, талдау үлгісін береді.
7. Қорытынды. Топтар өз нәтижесін баяндайды. ЖИ қорытындыны рәсімдеуге көмектеседі.
8. Рефлексия. Оқушылар «Мен зерттеуші ретінде не үйрендім?» деген сұраққа жауап береді.

Бұл сабақ үлгісі ЖИ-дің оқытудағы көмекші құрал екенін көрсетеді. Ол оқушылардың зерттеушілік қызығушылығын арттырып, ғылыми ойлау қабілетін дамытады.

Сабақ 1. Жаратылыстану (5-сынып)

Тақырыбы: Заттың үш күйі (қатты, сұйық, газ)

Мақсаты: Заттың үш күйін ажырата білу, олардың қасиеттерін тәжірибелік жолмен зерттеу.

Сабақ барысы:
1. Мотивация: ЖИ-ден сұрақ: «Мұзды жылы жерге қойсақ не болады?» (ЖИ қысқаша жауап береді, оқушылар талқылайды).
2. Зерттеу сұрағы: «Неліктен бір зат үш түрлі күйде бола алады?»
3. Гипотеза: Оқушылар болжам жасайды, ЖИ арқылы қосымша идея алады.
4. Тәжірибе: Мұз кесегін ыдысқа салып, оның еруін бақылайды; суды ысытып, буға айналғанын көреді.
5. Деректер жинау: ЖИ-ден «молекулалардың қозғалысы» туралы анимация не сурет көрсетуін сұрау.
6. Қорытынды: Оқушылар заттың үш күйін түсіндіреді, ЖИ көмегімен өз қорытындысын жазады.

? Сабақ 2. Жаратылыстану (5-сынып)

Тақырыбы: Жердің пішіні және қозғалысы

Мақсаты: Жердің шар тәрізді екенін түсіну, оның айналу қозғалысының салдарын анықтау.

Сабақ барысы:
1. Қызығушылық ояту: ЖИ-ден сұрақ: «Неліктен күн әрқашан бір уақытта шықпайды?»
2. Мәселе: «Жердің пішіні қандай? Неліктен біз оны тегіс деп ойлаймыз?»
3. Гипотеза: Топтар болжам жасайды.
4. Зерттеу: Глобус пен шам (Күн) арқылы тәжірибе. ЖИ көмегімен модельдің анимациясын табу.
5. Талдау: Күн мен түннің ауысуын түсіндіру. ЖИ арқылы қысқа видео көрсету.
6. Қорытынды: Оқушылар Жердің қозғалысын сипаттайды.

⚡️ Сабақ 3. Жаратылыстану (5-сынып)

Тақырыбы: Электр тізбегі

Мақсаты: Электр тізбегін құрастыру, оның жұмыс істеуін тәжірибелік түрде тексеру.

Сабақ барысы:
1. Мотивация: ЖИ-ден: «Егер шам жанбаса, себебі неде болуы мүмкін?» деп сұрау.
2. Мәселе: «Электр тізбегі қалай жұмыс істейді?»
3. Гипотеза: Оқушылар болжам жасайды (тізбек тұйықталғанда ғана шам жанады).
4. Тәжірибе: Қарапайым электр тізбегін (шам, батарея, сым) құрастыру.
5. Деректерді талдау: ЖИ арқылы дұрыс құрастырылған тізбектің схемасын тексеру.
6. Қорытынды: Тізбек тұйықталмаса, шам жанбайтынын түсіндіру.

5. Тиімділігін бағалау

Ұсынылған идеяны жүзеге асыру нәтижесінде:

• Оқушылардың зерттеушілік дағдылары (сұрақ қою, гипотеза жасау, тәжірибе жүргізу, деректерді талдау, қорытынды шығару) дамыды.
• Ғылыми сауаттылығы артты. Олар деректермен жұмыс істей алды, диаграмма құрып, оны талқылай білді.
• Сыни тұрғыдан ойлау қабілеті дамыды. Оқушылар ЖИ берген ақпаратты сын тұрғысынан қарастырып, өз көзқарасын қоса білді.
• Цифрлық сауаттылығы жетілді. ЖИ-ді дұрыс қолдану, виртуалды зертханалармен жұмыс істеу дағдылары қалыптасты.
• Сабаққа қызығушылығы артты. Оқушылар өзін нағыз зерттеуші ретінде сезінді.

Бағалау әдістері:
– Бақылау (оқушылардың белсенділігін бақылау);
– Сауалнама (оқушылардың ЖИ-ді қолдану тәжірибесіне пікірін білу);
– Өзін-өзі бағалау (рефлексия);
– Нәтижелерді салыстыру (ЖИ қолданылған және қолданылмаған сабақтардың тиімділігі).

III. Пайдаланылған әдебиеттер

1. Қазақстан Республикасының «Білім туралы» заңы.
2. Жаратылыстану пәні бағдарламасы (5–7 сынып). – Астана, ҚР БҒМ.
3. Fullan M. The New Pedagogy for Deep Learning. Toronto, 2018.
4. OECD. PISA 2022 Assessment and Analytical Framework. Paris, 2023.
5. PhET Interactive Simulations. University of Colorado Boulder. https://phet.colorado.edu
6. Labster Virtual Labs. https://www.labster.com
7. EdTech Magazine. AI in Education: Opportunities and Challenges. 2023.
8. Vygotsky L.S. Mind in Society. Harvard University Press, 1978.
9. Bruner J. The Process of Education. Harvard University Press, 1960.