Методика организации учебно-исследовательской деятельности школьников по физике

Методика организации учебно-исследовательской деятельности школьников по физике

В последнее время стала активно развиваться учебно-исследовательская работа со школьниками. Она проводится в рамках элективных курсов или факультативов. По результатам этих работ проводятся научно исследовательские и практические конференции и семинары, выпускаются сборники научных работ.

Исследовательский подход в обучении - это путь знакомства учащихся с методами научного познания, важное средство формирования у них научного мировоззрения, развития критического мышления и познавательной самостоятельности, а также углубления знания в определенной области и применения их на практике.

И особую роль в реализации этого подхода играют предметы естественного цикла (физика, география, биология, химия).

Под исследовательской деятельностью понимается деятельность учащихся, связанная с решением творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, нормированную исходя из принятых в науке традиций: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, собственные выводы. Любое исследование имеет подобную структуру. Такая цепочка является неотъемлемой принадлежностью исследовательской деятельности, нормой ее проведения.

Процесс обучения началам учебного исследования представляет собой поэтапное, с учетом возрастных особенностей, целенаправленное формирование всех компонентов исследовательской культуры школьников:

- мыслительных умений и навыков; анализ и выделение главного; сравнение, обобщение и систематизация; определение и объяснение понятий; конкретизация, доказательства и опровержение, умения видеть противоречия;

- умений и навыков работы с книгой и другими источниками информации;

- умений и навыков, связанных с культурой устной и письменной речи;

- специальных исследовательских умений и навыков.

Сущность исследовательского подхода в обучении состоит:

а) во введении общих и частных методов научного исследования в процесс учебного познания на всех его этапах (от восприятия до применения их на практике);

б) в организации учебной и внеучебной научно-образовательной, поисково-творческой деятельности;

в) в актуализации внутрипредметных, межпредметных и межцикловых связей;

г) в изменении характера взаимоотношений «учитель - ученик - коллектив учащихся» в сторону сотрудничества.

Содержательную основу исследовательского подхода в обучении составляет взаимосвязь между содержанием изучаемого материала, методами и формами обучения, организационными формами учебной работы.

Процессуальную основу его составляет научно-образовательная, поисково-творческая деятельность, способствующая организованному усвоению опыта творческой деятельности и творческому усвоению и применению знаний.

Исследовательский подход в обучении помогает школьнику увидеть гармонические связи между разрозненными явлениями и фактами, картину мира как единого целого.

Многолетний опыт учителей школ показал, что методика организации учебно-исследовательской деятельности школьников не достаточно сформирована. Учителя предлагают для исследования глобальные проблемы, например «Влияние электромагнитного излучения на человека». Данные работы могут быть только реферативного вида, и исследовательская деятельность здесь минимизирована. Конечно, такие попытки стоит делать, но всегда надо иметь в виду, что подобные глобальные проблемы давно волнуют человечество, и быть первооткрывателем здесь невозможно. Поэтому всегда нужно помнить, что все общие проблемы начинаются с частных, и начинающему исследователю гораздо полезнее начать именно с них.

Основной целью данного вида деятельности для учеников должно стать не столько стремление получить новые научные знания, сколько изучение методики научной работы.

Если в науке главной целью является производство новых знаний, то в образовании цель исследовательской деятельности - в приобретении учащимся функционального навыка исследования как универсального способа освоения действительности, развитии способности к исследовательскому типу мышления, активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе на основе приобретения субъективно новых знаний (т. е. самостоятельно получаемых знаний, являющихся новыми и личностно значимыми для конкретного учащегося).

При развитии учебно-исследовательской деятельности современная система образования сталкивается со следующей проблемой: нет готовых эталонов знания, явления, увиденные в живой природе чисто механически не вписываются в готовые схемы, а требуют самостоятельного анализа в каждой конкретной ситуации.

Главным результатом исследовательской деятельности является интеллектуальный, творческий продукт, устанавливающий ту или иную истину в результате процедуры исследования и представленный в стандартном виде.

Еще одной проблемой развития учебно-исследовательской деятельности является то, что организаторы конференций часто в требованиях указывают практической значимости, применимости результатов исследования, характеристику социального эффекта исследования. Такая деятельность, хотя часто называется организаторами исследовательской, преследует иные цели - социализации, наработки социальной практики средствами исследовательской деятельности.

Не менее важные ограничения накладывают на тематику, характер и объем исследований требования возрастной психологии. Для юношеского возраста характерны еще невысокий общий образовательный уровень, несформированность мировоззрения, неразвитость способности к самостоятельному анализу, слабая концентрацией внимания. Чрезмерный объем работы и ее специализация, которые приводят к уходу в узкую предметную область, могут нанести вред общему образованию и развитию, которые являются, безусловно, главной задачей в этом возрасте. Поэтому далеко не каждая исследовательская задача, привнесенная из науки, пригодна для реализации в образовательных учреждениях. Такие задачи должны удовлетворять определенным требованиям, исходя из которых, возможно установить общие принципы проектирования исследовательских задач учащихся в различных областях знания. Необходимо учитывать возраст учащихся при отборе темы, методики исследования.

Анализ представляемых на конференции и конкурсы работ позволяет выделить следующие их типы:

1. Проблемно-реферативные - творческие работы, написанные на основе нескольких литературных источников, предполагающие сопоставление данных разных источников и на основе этого собственную трактовку поставленной проблемы.

2. Экспериментальные - творческие работы, написанные на основе выполнения эксперимента, описанного в науке и имеющего известный результат. Носят скорее иллюстративный характер, предполагают самостоятельную трактовку особенностей результата в зависимости от изменения исходных условий.

3. Натуралистические и описательные - творческие работы, направленные на наблюдение и качественное описание какого-либо явления. Могут иметь элемент научной новизны. Отличительной особенностью является отсутствие корректной методики исследования.

4. Исследовательские - творческие работы, выполненные с помощью корректной с научной точки зрения методики, имеющие полученный с помощью этой методики собственный экспериментальный материал, на основании которого делается анализ и выводы о характере исследуемого явления. Особенностью таких работ является непредопределенность результата, который могут дать исследования.

При анализе выявлены следующие проблемы:

1. Неграмотная и неоднозначная трактовка руководителями понятия «учебно-исследовательская работа».

2. Недостаточная информированность учащихся и их руководителей о проведении научно-исследовательских конференций различного ранга.

3. Отсутствие системы научного сопровождения.

4 Психологические затруднения и проблемы культуры речи детей, возникающие при подготовке и защите исследовательских работ.

Рассмотрим методику организации учебно-исследовательской деятельности школьников. Мы выделили ряд условий для успешного выполнения исследовательской деятельности.

1. Цель исследования должна быть конкретной и интересной.

2. Цель должна быть доступной. Не следует выбирать тему, которую невозможно выполнить без применения сложного оборудования, а также такую, которая требует специальных научных знаний, например в объеме высшей школы.

3. Работа должна носить элементы новизны и актуальности. Работа должна быть интересна не только самому исполнителю, но и достаточно широкому кругу людей, как ученых, так и неспециалистов. Такую тему нужно выбирать при консультации с опытным учителем. Новизна работы - не обязательно крупное научное открытие, его трудно сделать, не окончив хотя бы среднюю школу, хотя исключать такое нельзя. Новым может быть, например, анализ уже известных научных фактов, новое решение уже известной научной задачи, постановка нового эксперимента. Новизна такого типа как раз характерна для начинающего исследователя.

4. У работы должна быть практическая ценность. Это условие иногда бывает не совсем обязательным для реферативных работ, но написать хороший интересный реферат тоже очень непросто, так как он обобщает достижения различных ученых в какой-либо области науки. Поэтому лучше сделать небольшую, но законченную работу по какой-либо конкретной теме, например, проблеме излучения различных источников света (свечи, лампы накаливания, люминесцентной лампы и т.п.) или зависимости одной характеристики вещества от другой.

Особенностями методики применения такой деятельности являются следствия психологической и педагогической особенностей протекания исследовательской деятельности учащихся.

Первая особенность - это необходимость новой идеи для решения поставленной задачи. Новизна идеи субъективна, т.е. идея является новой только для учащихся¹. Так как учитель знает возможный вариант решения, он всегда может и должен прийти на помощь тем, для кого задача оказалась неодолимой.

Вторая особенность - интерес к поставленной задаче. Учитель должен заинтересовать учащихся, поскольку для интуитивного нахождения идеи большое значение имеет эмоция.

Третья особенность состоит в том, что задание должно быть трудным, но посильным. Это нужно для того, чтобы повысить самооценку даже самых слабых учащихся. К этому есть ряд непременных условий:

- следует убедиться в том, что все предыдущие ступени овладения знаниями пройдены успешно, т.е. учащиеся освоили, понимают смысл, помнят формулировки определений, законов, формулы и графики, а также умеют всем этим пользоваться;

- необходимо в каждом отдельном случае найти косвенную подсказку, которая может иметь решающее значение. Удачно приведенный пример, умело заданный вопрос, или мысль, высказанная вслух, - все это может быть средством помощи ученику;

- следует давать задания в порядке нарастания сложности, начиная с очень простых;

- для экспериментирования следует рекомендовать в первую очередь такие задания, которые не требуют больших затрат времени и особых умений, но способны своим результатом вызвать положительные эмоции у учащихся;

- учащиеся должны ясно представлять, в чем заключается их задача, и каким образом будет проверяться ее выполнение. Это придает работе учащихся осмысленный, целенаправленный характер и способствует более успешному ее выполнению;

- учитывая индивидуальные интересы и склонности отдельных учащихся, учитель должен постоянно помнить , что любая внеурочная работа по физике с частью учеников должна обязательно способствовать развитию познавательного интереса всех учеников на уроках физики;

- на внеурочных занятиях учитель физики может формировать интерес учащихся к различным профессиям. Весьма ценным в этом отношении является техническое моделирование, конструирование различных моделей, установок, приборов;

- при изготовлении приборов учащимися учитель должен стремиться к тому, чтобы превалировала физическая составляющая, а не ремесло.

Опыт учителей показывает, что для успешной исследовательской работы ученики должны обладать следующими компетентностями:

- умение работать с рекомендуемой литературой;

- умение критически осмысливать материал, представленный в книге;

- умение четко и ясно излагать свои мысли.

При организации учебно-исследовательской работы по физике ведущим должен быть принцип предоставления всем школьникам, проявляющим интерес к физике или ее приложениям в практической жизни, возможности удовлетворения их интересов и развития способностей.

А.В. Усова² рекомендует: каждую работу, которую учащиеся выполняют необходимо максимально использовать для уточнения, углубления ранее полученных знаний и выработки умения применять их на практике.

Нужно стремиться к тому, чтобы в процессе выполнения каждой новой работы учащиеся познавали что-то новое: открывали для себя возможность применения более рациональных способов измерения величины, устанавливали новые взаимосвязи их с другими величинами, осуществляли перенос умений в измерении одних величин на измерение других и т.д.

Т.е. необходимо организовать выполнение работ так, чтобы они побуждали учащихся совершенствовать, комбинировать ранее усвоенные приемы. Систематическая организация такой деятельности учащихся способствует развитию их творческих способностей и критического мышления.

Рассмотрим основные этапы выполнения учебно-исследовательской работы.

Первый этап работы - подготовительный. Он включает в себя изучение литературы, сбор данных, подбор методики и оборудования.

Приобщение к учебно-исследовательской деятельности начинается с мотивации. Каждый ученик, который впервые сталкивается с такой деятельностью, должен увидеть вполне конкретные выгоды.

Далее выбирается направление исследования. Это наиболее трудный этап. Здесь всё определяется специализацией, кругозором и компетенцией учебно-исследовательской работы.

Цель научного исследования должна быть по возможности сформулирована как можно более четко. Исследование с расплывчатой, неконкретной целью, как правило, никогда не приводит к достоверным результатам.

Поэтому простые наблюдения за каким-либо предметом или явлением могут лишь дать почву для размышлений о постановке цели научного или учебного исследования. После таких наблюдений надо дать ответ на вопрос: что же можно нового или интересного можно выяснить о наблюдаемом объекте?

Например, как зависит электропроводность речной воды от времени года? Интерес к теме часто вырабатывается путем простых наблюдений.

Следующая ступень - это сбор информации по теме исследования. Прежде всего, это работа в библиотеке с научной литературой или поиск в Интернете. Необходимо постараться собрать как можно больше информации по предмету исследования. В поисках нужных книг можно обратиться к учителю, руководителю кружка, преподавателю вуза, библиотекарю, воспользоваться возможностями поисковых систем Интернета. Знакомство с литературой позволяет избежать повторения уже сделанной кем-то работы и уточнить задачу исследования, полностью войти в курс дела.

Второй этап работы - экспериментальный. Он начинается с составления плана исследования. При составлении плана учитывается выбор методики исследования, расчет необходимого объема наблюдений или количества опытов, предварительное планирование времени на выполнение каждой части работы. Обычно на сбор первичного фактического материала и его первичную обработку уходит около 2/3, а на написание и оформление работы - 1/3 общего времени, затраченного на работу.

При планировании объема работы нужно учесть, что многократная повторяемость опытов или наблюдений есть необходимое условие для получения достоверного результата исследования. Причем эти опыты или наблюдения должны быть именно однотипными. Все наблюдения или опыты и их результаты должны быть зафиксированы, т.е. оформлены письменно, зарисованы, сфотографированы, записаны на видеопленку, на магнитофон и т.д.

При обработке первичных данных результаты исследования можно представить в виде таблиц, графиков, схем и диаграмм, которые позволяют легко заметить определенные тенденции, закономерности. Работа с таблицами, графиками, диаграммами нужна не только для того, чтобы представить материал публике. Она помогает самому исследователю посмотреть на материал с новой стороны, сделать новые выводы.

Следующий этап является аналитическим. Здесь необходимо произвести анализ полученных данных.

После обработки данных можно приступать к отчетному этапу, т.е. оформлению результатов в форме научного отчета, статьи, доклада и т.д. Обычно первичным является отчет.

Оформление работы является важной частью исследования. Поэтому любая работа, чтобы сразу привлечь к себе внимание, должна иметь ярко выделенные главные моменты: актуальность, новизна, практическое значение, результаты внедрения в практику. Работа должна быть наглядной и иллюстрированной.

План отчета обычно включает в себя:

- Введение (цель, задачи, актуальность исследования);

- План исследования;

- Обзор литературы;

- Описание экспериментальной установки;

- Материалы и методика проведения эксперимента;

- Сбор результатов эксперимента и их анализ;

- Заключение и выводы;

- Список использованной литературы.

Такой план может незначительно меняться, но в целом остается неизменным для всех трудов.

Введение. Оно является началом работы и вводит в курс дела: во введении необходимо отразить актуальность, новизну и практическую ценность изучаемой проблемы, сформулировать цели и задачи настоящей работы, обосновать их, попытаться убедить читателя в своих взглядах на эти вопросы. Введение показывает, насколько свободно автор владеет темой работы.

Обзор литературы. Литература исследуется для того, чтобы понять, что по данному вопросу изучено, а что изучено недостаточно. Это способствует углублению ранее полученных знаний, систематизации данных, выявлению проблемы исследования.

При обзоре литературных источников необходим их анализ, а не просто реферативное изложения фактов. Мысли следует излагать своими словами, а если предложение сложное, можно процитировать автора, взяв фразу в кавычки и сделать ссылку на данный источник, чтобы любой читатель мог проверить ее подлинность.

Описание экспериментальной установки нужно для того, чтобы раскрыть физическую суть эксперимента. Далее описывают методику проведения эксперимента, где, когда и кем, как проводились наблюдения и опыты, сколько их было проведено, с какой точностью проводились измерения и подсчеты, какие способы обработки данных использовались. Если использовались какие-либо стандартные методики, не всегда имеет смысл их подробно описывать, так как многие из них общеизвестны. Если методика была разработана или модифицирована самим автором в процессе работы, необходимо подробно описать как исходную методику, так и изменения, которые были в нее внесены. Необходимо обосновать причину этих изменений и возможности, открываемые измененной методикой.

Сбор результатов эксперимента и их анализ. Этот раздел работы не предусматривает переписывания дневника наблюдения или протокола опытов. В работе должен быть представлен уже обработанный и осмысленный материал.

Выводы - это краткое повторение результатов исследования, сформулированное в сжатой форме и без приведения доказательств. В выводах обычно приводятся перспективы дальнейшей разработки темы данного исследования, если она имеется, и указываются методы, которыми она будет осуществляться.

Список литературы. Значение этой обязательной части работы школьниками обычно недооценивается. Список литературы содержит перечисление всех упоминавшихся в тексте статей и книг. Он нужен для того, чтобы любой читатель работы мог найти любую книгу или статью по приведенным в списке данным. В список следует включать только те работы, которые автор прочитал сам.

Последний этап - информационный (выступление на конференции). Если работа нигде не представлена, то она теряет учебный смысл. Теряется также мотивация учащихся к дальнейшему проведению учебно-исследовательской деятельности. Доклад о проделанной работе должен быть четким, ясным, слушатели должны сразу понять смысл данной работы и возможные результаты.

1 Внеурочная работа по физике. / Под ред. О.Ф. Кабардина. - М.: Просвещение, 1983.

2 Усова А.В., Вологодская З.А. Самостоятельная работа учащихся в средней школе. - М.: Просвещение, 1981.