С изучения растений начинается в биологии последовательное формирование естественнонаучной картины мира. Растительный мир изучается как составная часть природы на клеточном, организменном, видовом, биогеоценотическом и биосферном уровнях организации жизни. Мировоззренческие идеи эволюции и уровней организации живой материи могут получить более глубокое развитие при изучении растений с помощью межпредметных связей.
Растительная клетка изучается как мельчайшая частица строения организма растения, и одновременно у учащихся формируются первичные представления о клетке как элементарной структурно-функциональной единице жизни. Понять строение и процессы жизнедеятельности клетки и научно объяснить их учащиеся могут лишь тогда, когда учитель раскрывает закономерные связи строения и функций клетки, ее жизнедеятельности и внешней среды. Понятия внешней среды и условий жизни учащиеся усваивают в курсе природоведения 5 класса. Внешней средой называют все, что окружает растения (солнечный свет, воздух, вода, почва, другие растения, животные и др.), а условиями жизни — то, без чего растение не может жить (вода, воздух, свет, тепло). Эти понятия целесообразно повторить, опираясь на знания учащихся из курса природоведения, при освещении вопроса "Растительный мир как составная часть природы".
Под углом зрения этих понятий важно раскрыть и процессы жизнедеятельности клетки. Учитель подчеркивает, что питание и дыхание клеток могут происходить лишь тогда, когда во внешней среде есть необходимые для этого условия: вода, воздух, минеральные вещества, свет и тепло. Из воздуха и почвы поступают внутрь клетки необходимые для питания и дыхания вещества: вода, минеральные вещества, кислород, углекислый газ и др. С этими понятиями учащиеся также знакомы из курса природоведения. Они знают, что все тела природы состоят из веществ. Учитель может поставить перед ними вопросы: является ли растение телом природы? Из чего оно состоит? Отличаются ли вещества, из которых состоит растение, от веществ неживых тел природы?
Последний вопрос является для учащихся проблемным. Он позволяет учителю ввести понятие об органических веществах как веществах, которые образуются в клетках в процессе питания (сахар, крахмал). Введение уже при изучении клетки понятий об органических и минеральных веществах позволяет избежать неопределенности понятия "питательные вещества" и определить их как органические и минеральные вещества, которые поступают в клетку и образуются в ней в процессе питания.
Для объяснения вопроса о поступлении веществ в клетку важно использовать известные учащимся из курса природоведения понятия о растворимых веществах, растворении и растворах. Учитель биологии предлагает учащимся вспомнить, какие вещества называются растворимыми, какие нерастворимыми. Учащиеся вспоминают: "Если частицы вещества в воде становятся невидимыми и вместе с водой проходят через фильтр, то это вещество растворимо в воде. Если частицы плавают в воде или оседают на дно, а также задерживаются фильтром, то это вещество нерастворимо в воде". Учитель ставит новый проблемный вопрос: какие, растворимые или нерастворимые в воде, вещества поступают в клетку? На основании опыта, демонстрирующего поступление веществ в клетку, учащиеся делают выводы о том, что твердые вещества поступают в клетку только в растворенном виде, а вода растворяет минеральные соли. Вода с растворенными в ней веществами (соли, сахар) поступает в цитоплазму и образует клеточный сок, заполняющий вакуоли. Говоря о движении цитоплазмы, целесообразно подчеркнуть, что движение присуще всей живой и неживой природе, и предложить учащимся привести известные им из курса природоведения примеры движения тел (движения тела человека, небесных тел, Земли вокруг Солнца, воздуха, воды, растений и животных).
Развитие общих естественнонаучных понятий о телах и веществах необходимо предусмотреть и при изучении строения клетки. Учитель предлагает учащимся привести примеры тел живой природы и отмечает, что внутри одних, более крупных тел могут находиться более мелкие тела. На вопрос "Есть ли такие тела в клетке?" учащиеся отвечают: "Ядро — это небольшое тельце в цитоплазме клетки. Пластиды — Это также мелкие тельца в цитоплазме".
Расширение понятия о веществах происходит, когда учитель, обобщая знания учащихся из курсов природоведения и ботаники, отмечает, что вещества могут быть:
· органическими (сахар, крахмал) и неорганическими (вода, минеральные соли);
· твердыми (соль, сахар), жидкими (вода, раствор соли, раствор йода) и газообразными (кислород, углекислый газ);
· растворимыми и нерастворимыми в воде;
· бесцветными и иметь цвет (йод, вещества, окрашивающие пластиды, содержащиеся в клеточном соке).
Цитоплазма представляет собой живое бесцветное вязкое вещество. Такие знания имеют пропедевтическое значение: они подготавливают учащихся к изучению химии и физики, а также позволяют им увидеть связь биологических и физико-химических процессов в природе.
Развитие общих естественнонаучных понятий в сочетании с цитолого-физиологическими и на основе последовательных фактических и понятийных связей с курсом природоведения позволяет учащимся глубже понять единство живой и неживой природы на уровне клетки.
Важнейшим экологическим понятием, широко используемым в курсе биологии, является "среда обитания". Начиная с темы "Водоросли", учитель формирует у учащихся понятие о водной среде обитания, опираясь на понятия об агрегатном состоянии веществ и о воде, известные из курса природоведения. Учитель может предложить учащимся вопросы репродуктивного и поискового характера. Вспомните из курса природоведения, какие существуют агрегатные состояния вещества. Что такое вода? Какие она имеет физические свойства? Каковы свойства кислорода, который находится в воде в растворенном состоянии? Какое значение имеют физические свойства воды для жизни водорослей?
Важно, чтобы учащиеся осознали основные физико-химические закономерности, определяющие воздействие среды на организм. Этому способствуют проблемные вопросы межпредметного характера. Например: объясните, почему кислород постоянно поступает в цитоплазму одноклеточной водоросли, а образующийся в процессе дыхания углекислый газ выделяется в окружающую среду. Для ответа используйте знания из курса физики о диффузии в жидкостях и газах. В таком вопросе-задании учитель подсказывает учащимся опорное понятие из курса физики — "диффузия". Если учащиеся затрудняются самостоятельно ответить на проблемный вопрос, учитель предлагает вспомнить, что такое диффузия, или прочитать определение в учебнике физики. Учащиеся с помощью учителя дают ответ: "Диффузия — это распространение одних веществ в других, движение молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Молекулы газа и жидкости движутся из области большего давления в область меньшего. Значит, кислород поступает в цитоплазму клетки водоросли потому, что его давление постоянно уменьшается по сравнению с окружающей водой, а давление углекислого газа постоянно увеличивается, так как он образуется в процессе дыхания". Такие вопросы помогают учащимся осознать связи между живой и неживой природой.
Углубление знаний учащихся о единстве живой и неживой природы происходит при изучении растений на организменном уровне.
Центральным понятием при этом является сложное понятие "растение — целостный организм". Оно формируется постепенно при изучении каждого органа растения на основе развития морфолого-физиологических и экологических понятий. Знания о питании и дыхании растений учащиеся приобретают с использованием изученных в курсе природоведения понятий о почве, воде, воздухе, веществе. Эти понятия привлекаются при изучении поглощения воды и минеральных веществ и дыхания корня, фотосинтеза и дыхания в листе, передвижения минеральных и органических веществ по стеблю, дыхания семян и питания проростка и др.
Экологические понятия о факторах неживой природы, связанных с деятельностью человека, раскрывающие взаимосвязи растительных организмов с внешней средой, также требуют для своего формирования фактических и понятийных связей с курсами природоведения и физической географии.
В курсе природоведения изучаются темы, которые создают у учащихся базис эмпирических знаний о взаимосвязях растений с факторами среды: "Ветер", "Образование облаков и осадков", "Вода в природе" и др. Учебный материал этих тем необходимо полнее использовать при изучении ботаники, привлекая полученные в них знания учащихся. Например, в теме "Растения — обитатели суши" учащиеся изучают такие вопросы как "Разнообразие условий жизни на суше", "Растения влаголюбивые и засухоустойчивые", "Растения светолюбивые и теневыносливые". Эти экологические понятия подкреплены конкретными фактами о жизни мать-и-мачехи, подорожника, чертополоха, калужницы, верблюжьей колючки, кактусов и других растений. На эти знания учитель биологии может опираться при изучении внешнего строения листа, листьев световых и теневых, листьев растений влажных и засушливых мест, видоизменений листьев, испарения воды листьями, размножения и опыления растений, их условий жизни в природе. Раскрытию условий жизни растений в природе способствуют и знания учащихся из курса физической географии о литосфере, гидросфере, атмосфере, природном комплексе.
Популяционно-видовой уровень организации жизни раскрывается при изучении видового многообразия растений на Земле, их приспособленности к окружающей среде. Эти вопросы следует изучать, используя ранее полученные знания учащимися о распределении солнечного света и тепла на земной поверхности в зависимости от географической широты, о природных богатствах Мирового океана, о растительности различных природных зон из курсов физической географии и географии материков.