Методическое пособие «Исследовательская деятельность учащихся по физике»

Автор учитель физики МАОУ СОШ №44

г.Улан-Удэ Данзанова Елена Васильевна

Методическое пособие

«Исследовательская деятельность учащихся по физике»

Описание: Методическая разработка "Исследовательская деятельность учащихся по физике" рекомендуется учителям в качестве пособия при подготовке проектов с учащимися.

«Исследовать - это значит видеть то, что видят все, но думать так, как не думает никто».

Исследовательская деятельность учащихся служит достижению одной из важнейших целей образования – научить детей мыслить самостоятельно, уметь ставить и решать проблемы, привлекая знания из различных областей науки. Поэтому необходимо развивать творческие способности детей, что возможно через организацию исследовательской деятельности учащихся. Такая работа позволяет учащимся наиболее полно проявить свою индивидуальность, творческие способности, готовность к личностной самореализации.

Организация исследовательской работы в основном отведена во внеурочное время, однако на различных этапах урока можно использовать исследовательские методы, приёмы и практические опытно-экспериментальные виды работ.

В разработке дается общая схема проведения исследования, признаки творческой личности, фазы творческого процесса. Основные этапы, технология проведения исследований. Исследования делятся на фундаментальные и прикладные или теоретические и эмпирические. Виды исследовательской деятельности: социальные проекты, учебные эксперименты, творческие работы.

Общая схема проведения исследовательской работы

 

Признаки творческой личности:

·        Способность замечать и формулировать альтернативы;

·        Подвергать сомнению очевидное на первый взгляд;

·        Избегать поверхностных формулировок;

·        Умение вникнуть в проблему и в то же время оторваться от реальности;

·        Увидеть перспективу;

·        Способность увидеть знакомый объект с совершенно новой стороны, в новом контексте;

·        Отказ от категорических суждений, деления на «белое» и «черное»;

·        Готовность отойти от привычного жизненного равновесия и устойчивости ради неопределенности и поиска.

Фазы творческого процесса:

1.     Потребность в новой идее;

2.     Выделение проблемы;

3.     Отказ от первого, как бы напрашивающегося решения ради поиска каких-то других путей;

4.     Переход от рассмотрения многих альтернатив к нескольким решениям и их обсуждениям;

5.     Отход от внутреннего ограничения рамок возможных решений;

6.     Свободные умозрительные рассуждения;

7.     После постановки проблемы занятие новой, возможно произвольной, затем возвращение обратно и воссоздание;

8.     Критический анализ логического пути между новой позицией и отправной точкой;

9.     Распознание и выбор нужной комбинации среди множества возможных;

10. Кристаллизация решения.

Исследовательская деятельность учащихся – это деятельность, связанная с поиском ответа на творческую, исследовательскую задачу с заранее неизвестным решением (проблему) и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере.

Основные этапы исследования:

·        выявление противоречия и постановка проблемы, требующей решения;

·        выбор темы исследования;

·        выбор цели исследования;

·        определение задач по достижению цели;

·        определение методов исследования;

·        сбор собственного материала;

·        анализ и обобщение собранного материала;

·        собственные выводы и представление.

Технология проектирования исследования:

1.     Выделение проблемы, постановка целей и задач исследования;

2.     Изучение теоретического материала;

3.     Формулировка рабочей гипотезы;

4.     Освоение методики исследования;

5.     Сбор собственного экспериментального материала;

6.     Обработка материала;

7.     Обобщение, анализ, выводы;

8.     Представление исследовательской работы.

Этапы исследовательской работы учащегося:

·        актуализация проблемы (выявить проблему и определить направление будущего исследования);

·        определение сферы исследования (сформулировать основные вопросы, ответы на которые хотели бы найти);

·        выбор темы исследования (попытаться как можно строже обозначить границы исследования);

·        выработка гипотезы (разработать гипотезу или гипотезы, в том числе должны быть высказаны и нереальные, провокационные идеи);

·        выявление и систематизация подходов к решению проблемы (выбрать методы исследования);

·        определение последовательности проведения исследования.

·        продолжение сбор и обработка информации (зафиксировать полученные знания);

·        анализ и обобщение полученных материалов (структурировать полученный материал, используя известные логические правила и приемы);

·        подготовка отчета (дать определения основным понятиям, подготовить сообщение по результатам исследования);

·        доклад, презентация (защитить результаты публично перед сверстниками и взрослыми, ответить на вопросы).

 

                                                                              

 

                                                             

 

Уровни креативной постановки вопросов (на примере схемы психолога Эрики Ландау):

1.     Кто, что, как, где, когда? (Описательный вопрос);

2.     Почему, кто, как, что делает? (Каузальный вопрос. Кауза «causa» в переводе с греческого – причина);

3.     Что я чувствую, что я знаю? (Субъективный вопрос);

4.     Что было бы, если бы? (Воображаемый вопрос);

5.     Что правильно, а что нет? (Оценочный вопрос);

6.     Куда дальше? (Вопрос, ориентированный на будущее).

Главный результат исследовательской деятельности – интеллектуальный продукт, устанавливающий ту или иную истину в результате процедуры исследования и представленный в стандартном виде.

Исследования
Фундаментальные Прикладные	Теоретические Эмпирические

Фундаментальные исследования направлены на углубление научных знаний и открытие новых областей и не преследуют непосредственно практических целей.

Прикладные исследования направлены на применение открытых закономерностей и законов для решения практических вопросов и внедрения результатов в практику.

Методы исследования
Теоретические:	Эмпирические:	Математические
Анализ Синтез Аналогия Моделирование От простого к сложному	Наблюдения Эксперимент Опросы Анкетирование Интервьюирование Сравнение	Статистические Моделирование Программирование Визуализация

Метод – это способ достижения цели  исследования

Виды  научно-исследовательских  работ  учащихся: 

·        Обзорно-, критическо-аналитические

·        Информационно-реферативные

·        Экспериментально - опытные

·        Натуралистические и описательные

·        Исследовательско -творческие

·        Проблемно - реферативные

Исследовательский проект
Монопредметный	Межпредметный	Надпредметный

Формы организации исследовательской деятельности учащихся:

·        Элементы исследования в рамках учебных предметов;

·        Предметы в рамках базисного компонента;

·        Элективные курсы – школьный компонент;

·        Группы дополнительного образования;

·        Экскурсия;

·        Интегрированная программа общего и дополнительного образования;

·        Поход или экспедиция;

·        Научно-практическая конференция или конкурс;

·        Клуб или молодежное объединение.

С чего можно начинать

ü Сообщения учащихся, сказки

ü Рефераты

ü Исследовательские задания

ü Творческие проекты

ü Исследовательские проекты

В качестве основного средства   организации исследовательской работы выступает система исследовательских заданий.

Способы формирования навыков ведения исследовательской работы:

·        Ведение учеником небольшого исследования с подготовкой сообщения, доклада, реферата и т.п.;

·        Изучение специального учебного курса «Введение в научно-исследовательскую деятельность»;

·        Развитие познавательных, исследовательских навыков непосредственно при изучении школьных предметов:

- на уроках: проблемные уроки, уроки – лекции, уроки коллективных экспериментальных исследований, семинары, практические и лабораторные занятия, урочные проекты,

- во внеурочное время: самостоятельная исследовательская работа уч-ся. реферативная работа, проектная работа по интересам, курсовые работы, интеллектуальные марафоны, олимпиады, конференции.

В процессе работы над исследованием у учащихся формируются следующие умения:

1.     Видеть проблему;

2.     Самостоятельно ставить задачи;

3.     Анализировать, сравнивать, выбирать методы, наиболее приемлемые для работы;

4.     Подбирать литературу;

5.     Составлять библиографию;

6.     Готовить тезисы, рефераты;

7.     Выступать перед публикой, связно излагать свои мысли, аргументированно говорить, владеть вниманием аудитории;

8.     Выслушивать других;

9.     Задавать вопросы по проблемам выступлений; С достоинством выходить из острых ситуаций.

Возможная технология организации учебно-исследовательской деятельности

1-й этап – подготовительный

Первый блок – Тема работы. Главное на этом этапе – заинтересовать школьников выбранной и сформулированной ими темой.

Основные  критерии  выбора темы:

1. Тема должна быть интересна не только  ученику, но  и педагогу. Это происходит тогда, когда сам учитель занят исследовательской работой

2. Тема также должна быть реализуема в имеющихся условиях. Это значит, что по выбранной теме должны быть доступны оборудование и литература.

Второй блок – Гипотеза поиска. Образ или Гипотеза должны быть конкретными и находиться в определенной области знаний.

В современной научной  практике   гипотеза определяется как научно обоснованное  предположение об условиях решения проблемы. 

    Гипотеза должна соответствовать ряду требований: 1) быть проверяемой;

2) содержать предположение; 3) быть непротиворечивой; 4) соответствовать фактам.

Третий блок – Алгоритм формирования образа или гипотезы поиска. Алгоритм должен быть составлен так, чтобы поиск шел от простой информации к более сложной.

2-й этап – продуктивная работа

Четвертый блок – Поиск информации. При этом школьник стремится овладеть опытом ориентирования в потоках информации, работы с научной литературой, оценки и отбора информации, относящейся к намеченному образу или гипотезе.

Пятый блок – Анализ и оценка полученной информации, принятие решения. После того как информация получена, ее необходимо проанализировать, оценить, проверить на соответствие требованиям образа или гипотезы.

Шестой блок – Использование собранных данных. На этом этапе необходимо помочь школьнику сделать правильный выбор, аргументированно доказать свою точку зрения, подготовить выступление, сообщение о результатах своей работы.

3-й этап – оценка и поощрение

Седьмой блок – Экспертная оценка. После того как работа закончена, ее представляют на рецензию.

Восьмой блок – Представление и защита. Школьники представляют свои работы и защищают их. При представлении руководитель и учащийся должны с самого начала определиться с тем жанром, в котором они работают, и строго следовать его требованиям. Для начинающего исследователя чрезвычайно важным является публичное обсуждение результатов своих исследований.

Девятый блок – Поощрение. По результатам выступлений авторы лучших работ могут быть отмечены дипломом, призами, поездками и т.п.

В качестве основного средства   организации исследовательской работы выступает система исследовательских заданий.

Этапы формулировки темы исследовательской работы:

·        Выбор области исследований;

·        Определение исследовательской цели работы;

·        Выбор объекта и привязка к нему поставленной цели;

·        Определение предмета исследования;

·        Формулировка гипотезы;

·        Конкретизация задач исследования;

·        Формулировка темы работы.

Варианты организации учебно-исследовательской деятельности:

1.     Учитель предлагает список примерных тем для исследовательской работы, при этом темы могут или каким-то образом анонсироваться, или просто вывешиваться на стенде в виде списка.

2.     Просмотр видеофильмов, обсуждение экскурсий.

3.     Оценочный зачет, школьная конференция, региональная конференция.

Специфика реализации исследовательских задач в школе

Исследовательская деятельность - инструмент повышения качества образования. В основе учебного исследования - проблема, для решения которой необходимо: искать и анализировать информацию, находить способы решения проблемы, анализировать результаты решения, корректировать свою исследовательскую деятельность.

Проблема - это несоответствие между объективно существующей потребностью и известными субъекту возможностями ее удовлетворения. Таким образом, всякий раз, когда имеется несоответствие между тем, что есть, и тем, что требуется (что должно быть), человек осознает это несоответствие и не знает, как его устранить, он оказывается перед проблемой. Существуют два пути появления проблем.

Источники проблемы – базовые дидактические противоречия:

‒   Между известным и неизвестным;

‒   Между знаниями и умениями;

‒   Между сложностью задачи и наличием способа ее решения;

‒   Между потребностями и возможностями их реализации.

Итак, ситуация может приобрести проблемный характер, если имеются те или иные противоречия, которые необходимо разрешить, требуется установить сходство и различия, важно установить причинно-следственные связи, необходимо обосновать выбор, требуется подтверждение закономерностей примерами из собственного опыта и примеров из опыта — теоретическими закономерностями, стоит задача выявления достоинств и недостатков того или иного решения.

Три уровня исследовательского метода обучения:

1. Преподаватель ставит перед учеником проблему и подсказывает пути ее решения;

2. Преподаватель только ставит проблему, а ученик самостоятельно выбирает метод исследования;

3. И постановка проблемы, и выбор метода, и само решение осуществляется учеником.

Есть зависимость тематики, характера и объема исследований от возрастной психологии. Учащиеся более старшего возраста способны самостоятельно выполнять некоторые поисковые шаги, например, определить, каковы причины существования проблемы, в чем состоит ее сущность и т.п. Старшеклассники способны проявить полную самостоятельность от постановки проблемы, источником которой выступает их собственный опыт, до ее разрешения. Действия учителя во многом зависят от степени самостоятельности учеников.

Классификация творческих работ учащихся:

- Реферативные - творческие работы, написанные на основе нескольких литературных источников, предполагающие выполнение задачи сбора и представления максимально полной информации по избранной теме. Пример: «Современные представления о проблеме озоновых дыр».

- Экспериментальные - творческие работы, написанные на основе выполнения эксперимента, описанного в науке и имеющего известный результат. Пример: «Исследование зависимости яркости свечения вольфрамовой проволоки от ее температуры».

- Проектные – творческие работы, связанные с планированием, достижением и описанием определенного результата (построением установки, нахождением какого-либо объекта и т. д.). Могут включать в себя этап исследования как способа достижения конечного результата. Пример: «Создание молодежной телепередачи на местном ТВ».

- Натуралистические описательные - творческие работы, направленные на наблюдение и качественное описание какого-либо явления по определенной методике с фиксацией результата. При этом не выдвигается каких-либо гипотез и не делается попыток интерпретации результата. Пример: «Исследование зависимости изменения температуры воздуха от времени суток», «Наблюдение за птицами водоемов и определение их видов».

- Исследовательские - творческие работы, выполненные с помощью корректной с научной точки зрения методики, имеющие полученный с помощью этой методики собственный экспериментальный материал, на основании которого делаются анализ и выводы о характере исследуемого явления. Особенностью таких работ является непредсказуемость результата, который могут дать исследования. Пример из астрономии: «Есть ли жизнь на других планетах?»

Оформление научно - исследовательской   работы:

—  Оформление  результатов исследования – один из самых трудоемких этапов работы.

—  Написать работу на черновике - это 30% успеха, а вот правильно оформить  работу, последовательно изложив изученный материал и свои научные исследования, при этом правильно раскрыв тему исследования - это 70 % работы.

—  Существуют общие правила не только к  оформлению текста исследовательской работы, но и  к срокам представления данной работы  в комиссию для изучения  материала (на конкурс).

Критерии экспертной оценки исследовательских работ учащихся:

1.     Соответствие темы, содержания исследовательской работы заявленной тематике;

2.     Умение корректно сформулировать цель, тему и проблему своей исследовательской работы, обозначить актуальность;

3.     Наличие литературного обзора;

4.     Содержательный уровень анализа темы, проблемы, обоснования исследовательских методов;

5.     Логически грамотное построение содержания всей работы (сопоставления, расчеты, оценки, проекты);

6.     Умение сформулировать результат своего исследования;

7.     Уровень самостоятельного выполнения и его отражение в исследовательской работе (личный вклад учащегося);

8.     Оформление исследовательской работы (титульный лист, план, список литературы, грамотность, цитирование и т.п.).

Основные ошибки в исследовательских работах учащихся:

1.     Неправильная формулировка темы или названия работы;

2.     Отсутствие контрольной группы или неправильный ее подбор;

3.     Отсутствие статистической обработки полученных результатов;

4.     Неверная интерпретация полученных результатов;

5.     Несоответствие выводов и результатов исследования.

Темы творческих работ учащихся по физике:

‒   Марс - планета загадок.

‒   Радиоактивность (от истории до практики).

‒   Физические основы полета воздушного змея.

‒   Действие сотовой связи на организм человека.

‒   Электропроводность биологических тканей организма.

‒   Память воды.

‒   Магнитное поле Земли и его влияние на организм человека.

‒   Влияние излучений мониторов на состояние здоровья человека.

‒   Загрязнение воздуха

‒   Солнечная активность и ее влияние на Землю.

‒   Путешествие в страну Кристаллов.

‒   Баня как физическая лаборатория исследований воздействия экстремальных параметров на организм человека.

‒   Изучение иллюзий глаза

‒   Свойства сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков.

‒   Грозовые явления.

‒   Определение влажности воздуха и изучение влияния ее на жизнедеятельность человека.

‒   Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости разными методами.

‒   Выявление влияния волн различной частоты на живые организмы.

Темы (разработки) исследований учащихся:

- Реферат-исследование «Плюсы и минусы плеера» - Физика №35/04, с.9.

- «Исследование падения тел в воздухе» - Физика . №35/04, с.21.

- Исследование «Равновесие» - Физика, №35/04, с.28.

- Проект «Альтернативные виды энергии»

- Проект «Солнце – энергия будущего»

Методика «Продолжи исследование»

Это методика, позволяющая включить детей в процесс собственного исследовательского поиска. Необходимо выписать из научно-популярных журналов и газет отрывки статей, немного отредактировать их для того, чтобы они лучше воспринимались детьми, и предложить им продолжить работу в направлении, указанном в отрывке. Учащимся требуется собрать материал, где это только возможно: в энциклопедиях, словарях, научных и научно-популярных книгах, Интернет, сделать собственные наблюдения, провести эксперименты, подумать, дать определения основным понятиям, высказать суждения, сделать необходимые умозаключения. Каждый ученик выбирает себе отрывок и начинает работу, (иногда полезно обходиться и без выбора). На этом этапе возможны разные варианты.

Варианты методики:

1.     Педагог сам выдает детям отрывки определенной тематики и предлагает каждому ученику провести собственное исследование по тому направлению, которое ему случайно досталось. Затем, когда работы закончены, заслушивается и обсуждается каждый доклад. Тому, чей доклад был признан лучшим, можно предложить выступить в роли научного редактора сборника научных трудов всех учащихся. Научный редактор собирает работы у всех и помогает каждому довести их до уровня публикаций. После чего текст печатается на компьютере. Эти сборники можно отправлять на самые разные конкурсы исследовательских работ учащихся.

2.     Возможен и интересен и другой вариант, когда всем учащимся выдается один и тот же отрывок. Направления поиска могут быть очень разными. При подведении итогов в этом случае ярче заметны самые глубокие, самые оригинальные разработки.

Примеры заданий:

‒   Солнце – подобно ядерному реактору, изливает энергию, достаточную для того, чтобы обеспечить все нужды человечества. Этот и ему подобные факты не дают покоя ученым, но как изловить солнечную радиацию? Как сделать то, что прекрасно удается растениям? Копировать лист растения или воспользоваться подсказанными ими идеями.

‒   У многих видов муравьев есть специальные органы, с помощью которых они могут издавать довольно интенсивные звуки. Какую роль играют эти звуки в жизни муравьев? Служат ли они сигналами для передачи информации сородичам?

Примеры творческих заданий:

‒   Парадокс. Известно, что по законам аэродинамики майский жук не может летать (масса его тела, площадь крыльев и другие характеристики не должны позволить это делать). Но законов аэродинамики жук не знает и, видимо, поэтому летает.

‒   Нарисуйте дом, который бы вы построили в пустыне, в горах, на равнине, в джунглях и в других местах (например, в условиях вечной мерзлоты). Обоснуйте свой проект (с точки зрения физики).

‒   В Феодосии во время археологических поисков была обнаружена развитая водопроводная сеть. Озадачивало то, что трубы, по которым вода подавалась в город, шли с куч щебня, набросанных на самых возвышенных местах. Никаких емкостей для воды на кучах не было. Как действовал водопровод? Если население города увеличится, то как увеличить производительность водопровода? Не можете ли вы приближенно рассчитать эту производительность?

Примеры экспериментальных задач:

‒   Стрельба из бутылки: объяснить, почему происходит "выстрел".

‒   Надуть шарик в бутылке: объяснить, почему не получается, хотя места достаточно.

‒   Удержать теннисный шарик в воздухе, чтобы он не опирался ни на что, кроме воздуха.

‒   Замедлить падение груза.

‒   Как управлять движением в воздухе с помощью воздуха?

‒   Перенести жидкость из одного сосуда в другой, не прикасаясь ни к одному из сосудов (рядом с сосудами лежит трубка, открытая с обоих концов).

‒   Удержать жидкость в перевернутом стакане.

‒   Увидеть воздух. Сфотографировать воздух.

‒   Воздушные потоки в комнате: как их обнаружить?

‒   Простейшие ветродвигатели.

‒   Создать "безвоздушное" пространство.

«Передо мной открылась удивительно богатая, неисчерпаемая по красоте грань педагогического мастерства – умение учить детей думать. Это открытие вдохновляло меня, я переживал необыкновенное счастье творчества» В.А.Сухомлинский.

Краткое описание документа:

Методическая разработка "Исследовательская деятельность учащихся по физике" рекомендуется учителям в качестве пособия при подготовке проектов с учащимися.

Исследовательская деятельность учащихся служит достижению одной из важнейших целей образования – научить детей мыслить самостоятельно, уметь ставить и решать проблемы, привлекая знания из различных областей науки. Поэтому необходимо развивать творческие способности детей, что возможно через организацию исследовательской деятельности учащихся. Такая работа позволяет учащимся наиболее полно проявить свою индивидуальность, творческие способности, готовность к личностной самореализации.

Организация исследовательской работы в основном отведена во внеурочное время, однако на различных этапах урока можно использовать исследовательские методы, приёмы и практические опытно-экспериментальные виды работ.

В разработке дается общая схема проведения исследования, признаки творческой личности, фазы творческого процесса. Основные этапы, технология проведения исследований. Исследования делятся на фундаментальные и прикладные или теоретические и эмпирические. Виды исследовательской деятельности: социальные проекты, учебные эксперименты, творческие работы.