Основное внимание В. П. Вахтеров уделяет предметному методу обучения, внутри которого и должны быть фенологические наблюдения. В частности, В. П. Вахтеров указывал на значение, которое имеет "…не просто знакомство с внешним миром ученика младших классов, а умелое знакомство, узнавание через правильно организованное наблюдение, развитые наблюдательность, внимание и пытливость. <…> В самом деле, все мы знаем, как много мы теряем, не зная надлежащих приёмов наблюдения, порядка, в каком надо изучать предмет, не умея анализировать полученные впечатления, сравнивать, классифицировать, обобщать их и правильно формулировать… Научить правилам наблюдения можно, только упражняя детей в наблюдении же, образуя в них привычку делать наблюдения известным образом, в известном порядке, по известным правилам".
В. П. Вахтеров рассматривал фенологические наблюдения в обучении естествознанию как метод педагогического сопровождения, позволяющий эффективнее достигать целей начального образования.
В преподавании начальной географии в этот период наблюдался стойкий интерес к регулярным наблюдениям за погодой и сопутствующими им изменениями в живой природе своей местности. Были созданы учебники по географии, в которых наблюдениям за погодой и природными изменениями отводилось центральное место, наряду с описанием путешествий в рамках страноведения.
В журнале "Педагогический вестник" в 1903 г. был предложен цикл статей "Наблюдения над погодой". В нём автор А. Баранов предлагал подробное описание правил и последовательность организации метеорологических и фенологических наблюдений, которые следовало проводить с учащимися начальной и средней школы. Основное внимание в данном цикле было уделено метеорологическим наблюдениям, дано описание метеорологических приборов (термометра, барометра, флюгера) и способов работы с ними. Был предложен дневник наблюдений школьника, в который предлагалось заносить данные о погоде. Одна из статей была посвящена целиком значению наблюдений над погодой для сельскохозяйственной деятельности.
Дискуссия, развернувшаяся на страницах журналов "Естествознание и география" и "Педагогический вестник" в первое десятилетие ХХ века, показывает, что практикующие учителя со всей серьёзностью относились к использованию фенологических наблюдений как к методу учебного познания и педагогического сопровождения, но вне рамок текущего учебного процесса.
Все выводы практикующих учителей сводились к очевидной полезности наблюдений за изменениями в природе как способу развития личности обучающегося, но предложений по конкретному использованию фенологических наблюдений в учебном процессе нет вовсе. Это приводило к рассмотрению фенологических наблюдений только как одного из направлений работы вне урока.
В 1910-х годах появляются первые попытки использовать увиденное и зафиксированное учащимися в ходе фенологических наблюдений в учебном процессе. В 1913 г. преподавательница естествознания и географии Е. Я. Гурвич, обобщив опыт организации наблюдений за сезонными изменениями в природе в народном училище, где она преподавала, предложила печатный "Дневник наблюдений над погодой за 191…/… учебный год", в котором предлагалось учащимся как наблюдать за погодными явлениями: температурой воздуха, давлением, направлением и силой ветра, так и фиксировать сельскохозяйственные работы и основные фенологические фазы растений, например, распускание листьев у берёзы. В предисловии Е. Я. Гурвич указывает, что главной целью пособия является предложение учащимся средней школы "общей схемы для ведения записей по наблюдению за природой".
В 1915 г. вышла книга для самостоятельных наблюдений Б. Игнатьева и С. Соколова "Наблюдай природу", предназначенная для курсов естествознания и начальной географии гимназий и реальных училищ. В пособии авторы подробно останавливаются на методике проведения метеорологических и фенологических наблюдений, фиксировании их результатов. В качестве формы обобщения предлагается календарь природы или график изменения температур.
Авторами перечисленных пособий вопрос о необходимости организации наблюдений за сезонными явлениями природы не ставился в силу своей очевидности. В то же время, это были работы чистых практиков, без каких-либо попыток дидактического осмысления предлагаемой работы, попыток использовать полученные сведения в процессе обучения для формирования учебных умений.
Бо́льшая часть методистов-естественников биологического направления не видела места для фенологической работы в курсе естествознания, считая главным развитие лабораторных биологических исследований, связанных в основном с микроскопированием и изучением мертвых препаратов.
Лишь при разработке методики организации учебных экскурсий по естествознанию некоторое внимание уделялось необходимости учитывать фенологические фазы в развитии растений и животных. Так, К. П. Ягодовский указывал, что "…не на отдельный организм нужно обращать внимание экскурсантов, а на явления общего характера… Только при этом непременном условии мы можем достигнуть того, что наши ученики будут представлять себе жизнь окружающей природы в виде ряда тесно связанных причинной зависимостью явлений, а не в виде отдельных существ, отличающихся теми или иными удивительными особенностями…".
Если анализировать динамику интереса к организации и проведению наблюдений за сезонными изменениями в учебном процессе в российской школе в период с 1703 по 1917 г., то становится очевидным её зависимость от экономической и политической обстановки в российском обществе. В условиях декларации доступности образования – в ходе реформ Екатерины Великой в XVIII в. или в результате отмены крепостного права в третьей четверти XIX в. – интерес к использованию фенологических наблюдений в обучении резко возрастает. Напротив, во времена реакции и сворачивания реформ – снижается или исчезает вовсе.
Объяснение этому феномену предложил А. Я. Герд, указавший в качестве конечной цели школьного наблюдения формирование мировоззрения ученика, что невозможно в условиях реакции. Он же показал, что организация наблюдений есть сложный процесс, в котором непосредственные наблюдения являются лишь началом формирования учебных умений, на базе которых и будет складываться мировоззрение ученика.
В массовой школе фенологические наблюдения рассматривали как некое подспорье учителю в условиях классно-урочной системы обучения, позволявшее с меньшими потерями передавать содержание естественных предметов учащимся. Поэтому в условиях николаевской реакции 30–50-х гг. XIX в. наблюдения за сезонными изменениями в природе использовались только в специальных школах – в Земледельческой школе как метод учебного познания и профессионально значимое качество, в кадетских училищах как метод педагогического сопровождения для расширения кругозора кадетов.
После отмены крепостного права и появления земских школ, фенологические наблюдения стали использоваться повсеместно в начальном обучении как метод учебного познания. В среднем звене наблюдения за сезонными изменениями использовались как метод педагогического сопровождения для решения локальных задач обучения в ходе экскурсий или работ в школьном саду, а сами наблюдения рассматривались как необязательная форма внеучебной работы.
Своего расцвета использование фенологических наблюдений в школе достигает в первое десятилетие ХХ в. благодаря работам Д. Н. Кайгородова, удачным учебным пособиям и организации добровольной фенологической сети. В то же время теоретического обобщения, позволявшего обосновать дидактическую необходимость регулярных наблюдений за сезонными изменениями в природе своей местности в школьном образовательном процессе, сделано не было. Сторонников организации фенологических наблюдений в школе либо интересовал конкретный научный результат, либо методическое обеспечение непосредственного наблюдения при минимальном использовании его результатов в учебном процессе для формирования и развития личности обучающегося, его мировоззрения.
В первые годы Советской власти (1917–1922) интерес к фенологии был незначительным. Более того, используя любую возможность для сведения счётов с прежними "дореволюционными" взглядами, многие из учёных-естественников стали отрицать ценность каких бы то ни было наблюдений за сезонными изменениями в природе. Свою роль сыграло и то, что Д. Н. Кайгородов был глубоко верующим человеком, отрицал дарвинизм, и то, что народный календарь примет, на который ссылались многие наблюдатели в дореволюционный период, опирался на церковный календарь. Кроме того, отсутствие или малое использование инструментов и приборов, делало невозможным осуществлять фенологические наблюдения.
"Надо прямо сказать, что фенология – наука очень опасная для школы ввиду не выработанности и часто ненаучности самого метода наблюдения. Здесь так много условного, многое имеет смысл при многолетних и массовых работах, что невольно возникают опасения относительно доступности фенологии в школе… Этим я не хочу вовсе отрицать значение ведения записей, например, погоды, хода весны и т. п. в школе, но считаю нужным предостеречь от увлечения этим, и главное – от придания этой работе псевдонаучного характера", – писал в 1922 году В. Ф. Натали, один из ведущих учёных-протозоологов, видный методист.
В период с 1922 по 1931 г. в отечественной школе были проведены наиболее смелые эксперименты, сопровождавшиеся крупными ошибками. В этот период фенологические наблюдения ненадолго исчезают из школьного учебного процесса, перейдя в область внешкольной работы в рамках движения "юных натуралистов", начало которому положило создание в 1918 г. Сокольнической станции юных любителей природы, ставшей впоследствии Центральной агробиологической станцией юных натуралистов им. К. А. Тимирязева.
Вслед за Сокольнической станцией юных натуралистов была создана Петроградская (Ленинградская) биологическая станция, которой руководили С. В Герд, отвечавший за зоологический уголок, и И. И. Полянский, организовавший натуралистическую работу с детьми и учителями. В 1924 г. все станции юных натуралистов были объединены под руководством Центрального бюро юннатов при ЦК ВЛКСМ.
Это позволило развиваться фенологическим наблюдениям как методу учебного познания вне рамок школы, что в условиях перманентного педагогического эксперимента следует считать положительным моментом. Однако, внешкольное существование фенологических наблюдений использовало их только как метод научного познания, без применения в педагогическом процессе, что обедняло возможности, которыми обладали фенологические наблюдения.
Возвращение в школьную практику фенологических наблюдений произошло в начале 30-х гг. ХХ в. благодаря Постановлению ЦК ВКП(б) от 5 сентября 1931 г. "О начальной и средней школе" и Постановлению ЦК ВКП(б) от 25 августа 1932 г. "Об учебных программах и режиме в начальной и средней школе". Программа начальной школы 1932 г. определила общую схему расположения учебного материала.
Программы начальной школы чётко ориентировали учителя на организацию фенологических наблюдений уже с первого года обучения в школе. Во втором классе предлагалось расширение полученного материала: "жизнь растений и животных изучается не в общих картинах сезонных изменений в природе, а по отдельным природным группировкам, таким как огород, сад (или в городе парк), пруд, река, лес". В третьем и четвёртом классе программой предполагалось изучение неорганической природы, а также темы "Жизнь растений", "Жизнь животных" и "Жизнь и строение человеческого тела", при изучении которых фенологические наблюдения играли второстепенную роль.
Данная программа просуществовала до 1937/38 учебного года, когда была исправлена. В 1–2 классах сведения о природе давались на уроках чтения и развития речи, а наблюдения проводились во время экскурсий в природу и путём организации внеклассной работы. Естествознание преподавалось лишь в 3–4 классах, при этом в программе для этих классов указывалось: "Очень существенной особенностью изучения живой природы является необходимость ведения таких наблюдений, которые не укладываются в отведённое для усвоения программы учебное время… Вот почему нужна организация учащихся в кружки юных натуралистов, юных опытников, работа которых является необходимой составной частью работы по естествознанию…".
Несмотря на то что наблюдения за изменениями в природе признавались важными для успешного усвоения учебного материала, их предлагалось вынести за сетку часов, сделать в основном внеклассными и внешкольными, хотя и обязательными. Такой порядок организации фенологических наблюдений в начальной школе просуществовал до начала Великой Отечественной войны.
Н. Ф. Куразов в 1946 г. указывал, что увлечение "классно-книжным прохождением программы" неизбежно приводит к выпадению естествознания и географии из начального обучения, а в обучении географии ведёт к исчезновению непосредственных наблюдений, с которых начинается любое исследование.
Описывая особенности программы 1945 г., Н. Ф. Куразов отмечал, что "идея замены учебника объяснительным чтением состоит в том, что в основу обучения и воспитания кладутся непосредственные чувственные восприятия изучаемых объектов, школьное краеведение, натурально-предметный метод".
Автор настаивал на необходимости возродить в обучении географии на начальном этапе, в 3–4 классах, наблюдение как главный и основной источник знаний: "Имеется глубокий педагогический смысл в том, что наша программа требует не книжного, а непосредственного ознакомления с географическими объектами своей местности. Для этого необходимы экскурсии, наблюдения, работа на географической площадке. Тот учитель, который не выполняет всего этого и ограничивает изучение естествознания и географии только чтением и пересказом статей книги объяснительного чтения, этим самым опрокидывает всю систему нашего начального образования".
Попутно Н. Ф. Куразов предлагает организовать наблюдения за сезонными изменениями в природе начиная с 1 класса, в котором должны проводиться экскурсии и элементарные наблюдения над явлениями природы в ходе самих занятий. Автор настаивает на том, что "из года в год школа должна накапливать материал фенологических, климатических и прочих наблюдений и беречь свой научный архив".
Полноценную точку зрения на методику преподавания географического материала в начальной школе Н. Ф. Куразов изложил в специальном пособии для учителей "Методика преподавания географии". В нём он большое внимание уделил рассмотрению феномена географического наблюдения, под которым понимал "планомерное, сознательное, целеустремлённое восприятие предметов и процессов, происходящих в географической среде". Такое максимально широкое определение позволило автору позиционировать географическое наблюдение по двум направлениям: развитие наблюдательности как качества личности учащегося и непосредственное познание географической среды, формирование географических представлений и понятий. Среди видов географических наблюдений Н. Ф. Куразов выделял и фенологические, которые в одной из глав трактовал как разновидность климатических наблюдений, связывая их с наблюдениями над погодой (Глава VI "Географические наблюдения"), а в другой – как самостоятельный вид внеклассных наблюдений за природой (4-я часть "Внеклассная работа по географии в начальной школе").
Интересными методическими пособиями этого периода следует назвать также "Изучение природы в начальной школе" П. А. Завитаева (1948), "Методику преподавания естествознания в начальной школе" М. Н. Скаткина (1952), "Как преподавать начальные сведения о неживой природе" С. А. Павловича (1948) и др.
Центральным пособием по организации фенологических наблюдений в школе в 50–60-е гг. ХХ в. стала книга Н. В. Попова "Фенологические наблюдения в школе", в которых фенологическая работа трактовалась как общешкольное дело, касавшееся не только конкретного предмета, но и всего обучения школьников в целом. Н. В. Попов обосновывал мнение, что фенология, как практико-ориентированная научная дисциплина, крайне полезна для использования в обучении, поскольку имеет выход сразу на несколько учебных дисциплин.