В первой половине XIX в. каких-либо попыток использовать в учебном процессе наблюдения за сезонными изменениями в природе не отмечено[19]. Развитие наблюдательности у детей с помощью наблюдений за сезонными изменениями в этот период было уделом энтузиастов и было связано с необходимостью как можно более раннего формирования у учащихся профессиональных навыков. В качестве примера необходимо отметить работу Н. И. Анненкова в Земледельческой школе в 30–40-е годы XIX века[20].
Первая серьёзная разработка основ школьного наблюдения в преподавании естествознания была осуществлена А. Н. Бекетовым в 60-х годах XIX века[21]. Связана она была с резко возросшей потребностью экономики России в грамотных специалистах сельского хозяйства, лесного дела, инженерах после отмены крепостного права. Однако А. Н. Бекетов приоритет отдавал школьному демонстрационному эксперименту, то есть рассматривал школьное наблюдение как метод педагогического сопровождения.
Одновременно с А. Н. Бекетовым предложил активное использование наблюдений за сезонными изменениями в обучении природоведению А. Я. Герд, который считал данную работу основой для формирования мировоззрения.
А. Я. Герд рассматривал наблюдения как метод учебного познания и попытался выявить структуру учебного процесса, позволяющую эффективно обучать с помощью наблюдений. Фактически он обосновал необходимость проведения регулярных наблюдений за природными изменениями в курсе естествознания и показал пути и средства его преподавания в школе. Им была сделана попытка проанализировать последствия для ребёнка тех знаний, которые он получает в ходе наблюдения изучаемых предметов, объектов и явлений природы. По А. Я. Герду, при помощи органов чувств ребёнок получает ощущения и «впечатления», то есть восприятия, переходящие в представления и понятия. «По всем этим впечатлениям ребёнок составляет понятия о предметах, его окружающих, и в нём мало-помалу накопляется известный запас самых необходимых сведений, без которых немыслимо дальнейшее умственное развитие»[22].
В своей попытке связать фенологические наблюдения с учебной работой обучающихся А. Я. Герд пришёл к пониманию необходимости специфического вида учебной деятельности – фенологической работы, не определяя её конкретно. Такой вывод можно сделать на основе анализа его педагогических мыслей.
Наблюдения за изменениями в природе для А. Я. Герда были по своей сути не только методом учебного познания учеником окружающего мира, но и методом педагогического сопровождения учителем этого процесса. С помощью наблюдений учитель создаёт условия, при которых у обучающегося формируются учебные умения. Осуществляется этот процесс в ходе учебной деятельности. Фенологические наблюдения в данном случае – это лишь эмпирическая база обучения, предоставляющая возможность оперирования знакомыми представлениями и понятиями для формирования учебных умений, а на их основе – мировоззрения как конечную цель обучения.
На первом этапе А. Я. Герд рекомендовал начинать с выделения качественных отличий объекта наблюдения от прочих предметов или явлений: на какие органы чувств воздействует, какие оставляет после себя ощущения.
На втором этапе следовало переходить от выделения качественных отличий предмета (явления) к их обобщению, то есть к восприятию.
На третьем этапе следовало воспроизвести по памяти след, оставшийся от ощущения и восприятия предмета, то есть формировать представление о нём.
На четвёртом этапе необходимо было выяснить сущность наблюдаемого предмета (явления), сформировав понятие о нём.
На пятом этапе важно было уяснить сущность наблюдаемого предмета (явления) в правильных выводах и обобщениях, проверяя самостоятельными опытами и наблюдениями, то есть установить закономерность[23].
Разработанная А. Я. Гердом методика обеспечивала последовательность проведения наблюдений, постепенное их расширение и углубление. Фактически была предложена схема формирования понятийного аппарата на базе проведённых школьником наблюдений, причём сами наблюдения рассматриваются лишь как средство, с помощью которого можно достичь целей обучения.
Одновременно с работами А. Н. Бекетова и А. Я. Герда, в 60-х гг. XIX века появились учебники начальной географии Д. Д. Семёнова и П. Н. Белохи[24], в которых активно использовались наблюдения за сезонными изменениями в природе как основа формирования начальных географических представлений. В церковно-приходских и земских школах отдельного предмета географии не было, но книги для классного чтения содержали много статей по географии, а учителям рекомендовалось совместно с учениками проводить наблюдения за течением годовых изменений в природе, обращая внимание на метеорологические явления. Вместе с тем, обобщения о роли и месте фенологических и метеорологических наблюдений в обучении географии, подобных работам А. Я. Герда по методике естествознания, сделано не было.