Последовательность исследования, структура эксперимента, результаты и их обсуждение излагаются ниже.

Сведения об использовании наблюдений за природными объектами для решения образовательных задач мы можем найти уже в Византийской империи, на основании чего опосредованно судить и о степени использования их в школах античности[8]. Из сохранившихся крупиц знаний, которыми обладали во времена Византийской империи, можно отметить произведение «Беседы на шестоднев» Василия Великого[9]. Интересна идея свт. Василия Великого, опровергающая мнение учёных того времени, что для растения важна солнечная теплота на том основании, что в книге Бытия растения были созданы за день до того, как Господь сотворил солнце. Казалось бы, противоречие с современными данными физиологии растений и, одновременно, вполне современный взгляд на проблему – действительно, для развития семени солнечный свет не нужен, питание у него в этот момент гетеротрофное, а в стадии вегетации источник света не важен – это может быть и электрический свет, а не только солнечный.

Рассматривая вопрос размножения растений, свт. Василий уже полемизирует со Священным Писанием, точнее с местом книги Бытия, в котором говорится, что «все растения имеют семена». Василий Великий вполне обоснованно доказывает, что растения могут размножаться и иными способами. «Шестоднев» полон подобных примеров, и везде автор ищет причинно-следственную связь между явлениями. Например, указывает, что появление головни на злаках – это не пример превращения одного растения в другое, а «произрастание» одного на другом. «Говорят: как же земля приносит семена по роду, а между тем часто, посеяв пшеницу, собираем черное пшеничное зерно? Но это не изменение в другой род, а как бы недуг и болезнь семени»[10]. Сделать подобный вывод возможно только при глубоком знании особенностей фенологических фаз пшеницы.

О значении, придававшемся в то время наблюдениям за сезонными явлениями природы, говорят новгородские летописи, насыщенные сведениями «о погоде, о сене, о дровах, об урожае, о состоянии воды в Волхове, о поломках и починках моста через Волхов, о раннем громе и поздно стоящей дождливой погоде»[11]. «Даже о небесных знамениях, стихийных бедствиях, гололёде, событиях и явлениях, как правило дававших средневековым хронистам повод к мистическим рассуждениям, – новгородская летопись пишет по-деловому, суховато, избегая рассуждений и толкований»[12]. Лишь в начале XVIII века природоведческие записи исчезнут из Новгородских летописей.

В европейском образовании интерес к наблюдениям за изменениями в природе как средству обучения возник в XVI–XVII вв., в период создания школьного образования по системе Я. А. Коменского. Он связан, как с развитием торговли в период Великих географических открытий, так и с появлением протестантизма – наименее отягощённой традициями части христианства. Возможность захвата колоний на других континентах потребовала строительства флота, развития вооружений, а значит навигации, математики, баллистики, металлургии и т. д. С другой стороны, протестанты оказались в это время наиболее прогрессивной и мобильной частью населения любой из европейских стран[13].

Университеты предлагали глубокое образование для небольшой группы граждан, что не отвечало новым запросам общества и государства. Требовалась система обучения, которая в быстрый срок подготовила бы большое число грамотных людей, способных работать более эффективно, но не претендующих на особое место в обществе. Такую систему и создал Я. А. Коменский. Единая школьная система по Коменскому состояла из трёх ступеней – материнской школы (до 6 лет), народной школы (от 6 до 12 лет) и латинской школы (для особо одарённых детей от 12 до 18 лет)[14].

В народной школе проводилось изучение родного языка, арифметики, элементов геометрии, географии, природоведения, чтение Священного Писания, знакомство с важнейшими ремёслами. Для этой ступени особое внимание Я. А. Коменский уделил способам развития наблюдательности у детей.

Основополагающими предметами, развивающими наблюдательность у школьников, Я. А. Коменский считал географию и природоведение, при этом начинать изучение он требовал с изучения своего родного места, местных видов растений и животных. Однако произошло разделение: при изучении начальной географии основное внимание уделялось наблюдениям за неживой природой, а при изучении природоведения – наблюдениям над живыми объектами, в основном растениями. Единая система наблюдений за природными процессами оказалась разделена предметами и воспринималась не в едином комплексе, а отдельно. В данном случае проявился главный недостаток классно-урочной системы – изучение предмета в отрыве от прочих.

Главной задачей классно-урочной системы являлась подготовка будущих рабочих для мануфактур, фабрик и заводов, способных выполнять нудные и однообразные операции, использовать несложные агрегаты и станки без их порчи[15]. Быстрому и более эффективному обучению в условиях данной системы способствовали наблюдения за сезонными изменениями в природе, что было сформулировано Я. А. Коменским в виде «золотого правила дидактики».

Создание в России систематического естественного образования, основанного на наблюдениях за изменениями в природе, связано с реформами Петра I[16]. Уже в 1701 г. в Москве создаётся первая профессиональная школа – школа математических и навигацких наук. В 1715 г. в Петербурге основывается Петербургская морская академия с теми же задачами. Создание к 1726 г. медицинских, инженерных и артиллерийских школ послужило основой для начала систематических инструментальных наблюдений. В этих учреждениях шло обучение географии и естественной истории, опиравшееся на большое число наблюдений, которые слушатели должны были проводить самостоятельно. В частности, обязательно организовывались наблюдения над погодой и сезонными изменениями направления ветра, поскольку эта работа формировала у обучаемых необходимые профессиональные качества[17].

Таким образом, само появление наблюдений за сезонными изменениями в учебном процессе изначально должно было восполнить недостаток материальной базы обучения и помочь в профессиональном становлении обучающихся, то есть рассматривалось как метод учебного познания.

К концу XVIII века в связи с увеличением полиграфической базы в России начинается активное печатание учебников, что позволило окончательно перевести процесс обучения в рамки классно-урочной системы. Наблюдения за сезонными изменениями в природе в этот период перестают активно использоваться для самостоятельного познания природы обучающимися и становятся методом педагогического сопровождения учебной деятельности, вспомогательного по отношению к объяснительно-иллюстративному. Так, в преподавании начальной географии наблюдался интерес к использованию наблюдений за погодой как способу формирования у школьников географических умений в течение всего периода обучения[18]. В то же время, в преподавании естествознания такого интереса к наблюдению за сезонностью жизнедеятельности растений и животных не было.