Применение цикла исследования на уроках естественных наук. Практические рекомендации.

Гасанова Юлия Николаевна, учитель физики

 и интегрированного курса «Науки».

                      Назарбаев Интеллектуальная школа города Астаны

Международный Бакалавриат.

[e-mail]

Применение цикла исследования на уроках естественных наук. Практические рекомендации.

Одной из тенденций современного образования является перенос акцента с информативного типа преподавания на концептуальное обучение учащихся.  Другими словами, передовое педагогическое сообщество ставит перед собой задачу перейти от ретрансляции накопленных человечеством научных знаний к формированию у студентов глубокого понимания и осмысления этих знаний и использованию их в жизнедеятельности.

Опираясь на опыт школ Международного Бакалавриата, основные принципы обучения которого уже внедряются в нескольких школах нашей страны, можно утверждать, что одним из эффективных способов достичь желаемого результата является широкое применение цикла исследования на уроках всех учебных дисциплин, от математики до физической культуры.

Существует несколько различных вариаций цикла научного исследования, применяемого в процессе обучения. Большей частью, их различия объясняются лишь особенностями вида проводимого исследования (фундаментальное, прикладное, поисковое, воспроизводящее и др.). Но все они имеют одну общую особенность – исследователь (в нашем случае – ученик) самостоятельно добывает знания, необходимые ему для дальнейшего обучения. В ходе этого процесса у студента формируется широкий спектр качеств, обеспечивающих ему его успешную самореализацию в будущем, таких как аналитический характер мышления, умение находить решение проблемам различного рода, способность самостоятельно обучаться на протяжении всей жизни, творческие способности.

Как показывает практика применения цикла исследования на уроках естественных наук в нашей школе, наиболее оптимальным и эффективным на первичном этапе приобретения знаний является цикл, состоящий из следующих фаз (этапов): Наблюдения – Формирование вопроса исследования – Выдвижение гипотезы – Выбор соответствующего метода сбора данных – Выполнение эксперимента – Анализ и интерпретация полученных результатов и формирование выводов по первому циклу исследования – Вычленение новых вопросов исследования (см. рисунок).

                   

Первый этап Наблюдения призван обнаружить определенные общие тенденции или закономерности, которые будут являться предметом исследования. Наиболее эффективный прием на этом этапе – демонстрации изучаемых явлений или процессов. В качестве альтернативы могут быть использованы видео или фотоматериалы, демонстрирующие изучаемое явление. После демонстрации проводится обсуждение, в ходе которого и определяются ключевые вопросы, требующие изучения.

На этапе Формирования вопроса исследования важно сфокусироваться лишь на одном из возникших вопросов, который будет иметь первостепенную значимость для исследования.

Этап Выдвижение гипотезы включает в себя два важных элемента. Первый – это обсуждение. Здесь учащимся предлагается выдвинуть всевозможные предположения по поводу того, какие факторы могут оказывать влияние на ход изучаемого процесса или явления. Это, своего рода, мозговой штурм. Второй же элемент носит уже личностно-ориентированный характер. На этом этапе каждый ученик имеет свободу выбора, остановившись на одной конкретной идее, которую он хочет проверить в ходе своего исследования. Выдвигая гипотезу, ученик должен быть ориентирован на установление связей между зависимой и независимой переменной, управлять которыми он будет в своем эксперименте. Важно помнить, что при проведении так называемого открытого исследования, учитель не должен ограничивать детей в выборе гипотезы, какой бы научно-необоснованной она не была. В последствии это, как правило, оказывает положительный эффект на результаты исследования. Кроме того, необходимо формировать у студентов умение давать обоснование своей гипотезы.

На этапе Выбор метода сбора данных студент детально планирует свой эксперимент, нацеленный на проверку выдвинутой гипотезы и на получение ответа на вопрос исследования. При этом особый упор делается на манипулирование переменными и управление контролируемыми величинами. Но неоспоримым требованием к выбранному студентом методу должна являться безопасность его выполнения для него лично и для других людей, находящихся в лаборатории (классе).

Для этапа Выполнение эксперимента зачастую не требуется какое-то специальное оборудование. Практика показывает, что студенты планируют свой эксперимент таким образом, что для его реализации нужны лишь простейшие измерительные приборы, которые найдутся в любой лаборатории, и некоторые подручные материалы (пластилин, канцелярские принадлежности, нитки и т.д.). На этом этапе как раз-таки и формируется умение детей находить выход из затруднительных ситуаций.

Этап Анализ и интерпретация полученных результатов подразумевает поиск аргументов, подтверждающих или опровергающих гипотезу, и нахождение фактов, позволяющих получить ответ на поставленный вопрос исследования. Очень важно на этом этапе ориентировать учеников на применение навыков, приобретенных на уроках математики (построение графика зависимости переменных, определение закономерностей и тенденций, основанных на результатах исследования). Формирование выводов по первому циклу исследования является подведением итогов проведенных учениками экспериментов. Каждый студент, опираясь на результаты своего исследования, определяет, подтверждена ли связь между переменными, и в случае нахождения этой связи устанавливает между ними математическую зависимость. Значимой частью этого этапа является обсуждение всех полученных учениками результатов в классе. Это позволяет обобщить полученные результаты и сделать выводы в целом по вопросу исследования.

В ходе обсуждения, как правило, ученики задаются Новыми вопросами, которые появлялись у них в ходе выполнения их работы, что является одним из признаков формирования у учеников устойчивой внутренней мотивации к изучению предмета. Некоторые из таких вопросов могут стать целью нового цикла исследования. В зависимости от целей обучения, определяемых возрастными особенностями учащихся, а также от ресурсов времени, отведенного на изучение определенной темы, цикл исследования может повторяться неоднократно. При этом каждый новый цикл будет обеспечивать всё большую и большую глубину приобретаемых учеником знаний. Например, тема «Силы упругости» может включать в себя следующие циклы: «Изучение деформации», «Закон Гука», «Коэффициент жесткости», «Предел упругости материалов», «Предел прочности» и т.д. При этом основной и, что стоит отметить, довольно сложной задачей учителя при организации исследовательской деятельности учащихся является грамотное и ненавязчивое подведение учащихся к следующему циклу исследования.

Используя цикл исследования в процессе обучения, нельзя забывать, что помимо эмпирического метода познания не менее важное значение имеет научная теория. В связи с этим, по завершению каждого отдельного цикла необходимо уделить внимание познанию теоретических аспектов науки по рассматриваемому вопросу. Получив базовые представления об изучаемом явлении из экспериментального исследования, студент уже является в достаточной мере подготовленным к самостоятельному постижению теоретических основ рассматриваемой темы. Таким образом, у учителя уже нет необходимости «пересказывать» ученикам материал параграфа учебника, ему достаточно лишь координировать деятельность учащихся по приобретению новых знаний.

В качестве примера того, как применяется цикл исследования на уроках интегрированного курса наук в нашей школе, ниже представлена методика изучения темы «Сила Архимеда».

Этап 1. Наблюдения.

ü   Практическая работа учащихся. Детям предлагают два одинаковых металлических грузика на нитях. Один из них лежит в стакане с водой, другой на столе. Ученики определяют, какой из них легче поднять со своей опоры. При необходимости можно предоставить ученикам динамометры. Обсуждение. Учитель из всего сказанного учениками делает акцент на предположении о том, что в воде есть какая-то сила, которая «помогает» поднять груз. Она, предположительно, и влияет на поведение тел в жидкости. Ее называют выталкивающей или силой Архимеда.

Этап 2. Формирование вопроса исследования.

ü   Обсуждение вопроса «От чего может зависеть сила Архимеда?» (мозговой штурм)

ü   Составление вопроса исследования индивидуально каждым учеником (исходя из личных взглядов). Приблизительная форма вопроса исследования: Как зависит сила Архимеда от … (массы тела, плотности жидкости, объема сосуда, объема тела и т.д.)?

Этап 3. Выдвижение гипотезы.

ü   Каждый ученик формулирует свою гипотезу, опираясь на приблизительную схему «Если увеличить … (массу тела, плотность жидкости, объем сосуда, объема тела и т.д.) в n раз, то сила Архимеда увеличится (уменьшится) в n раз, так как наблюдения показывают, что…»

Этап 4. Выбор метода проведения эксперимента

ü   Ученик составляет план выполнения своего эксперимента, позволяющего проверить справедливость гипотезы. В его задачу входит продумать, как создать в опыте такие условия, при которых в эксперименте будут лишь только те две переменных, которые упомянуты в гипотезе. Также он самостоятельно подбирает необходимое для его опыта оборудование. Чтобы упростить детям задачу, заранее на демонстрационный стол выставляются те приборы и материалы, которые потенциально могут понадобиться ученикам в их опытах (мерные стаканы, тела разных масс, объемов, жидкости разных плотностей и т.д.). Учитель консультирует учащихся, которые зашли в тупик в планировании своего эксперимента.

Этап 5. Выполнение эксперимента.

ü   Ученики выполняют запланированный ими эксперимент, занося значения измеренных величин в предварительно составленную самостоятельно таблицу. Учитель и лаборант контролируют соблюдение норм безопасности.

Этап 6. Анализ и интерпретация полученных результатов и формирование выводов по первому циклу исследования

ü   Ученики строят графики зависимости силы Архимеда от … (массы тела, плотности жидкости, объема сосуда, объема тела и т.д.). Анализируют свои результаты.

ü   Учитель просит учеников по очереди озвучить результаты своих исследований, из чего затем складывается общая картина. К примеру, «Сила Архимеда зависит от объема тела и плотности жидкости, но не зависит от объема жидкости, массы тела и т.д.»

Однако завершающим этапом первого цикла является изучение теоретических основ по теме «Выталкивающая сила. Закон Архимеда». На усмотрение учителя и исходя из имеющихся в его распоряжении ресурсов можно предложить студентам работу с текстом учебника или материалами в интернете. Очень эффективной формой закрепления этой работы является составление учащимися опорного конспекта или интеллект-карты по изученной теме.

В ходе обсуждения проведенного учениками исследования студенты, как правило, высказываются о фактах, которые их насторожили или удивили. После выполнения этой работы многие из учеников отмечают то, что какие-то тела в жидкости тонут, а какие-то всплывают. В итоге рождается новый вопрос для следующего цикла исследования: При каких условиях тела плавают и тонут в воде?

Таким образом, через использование цикла исследования на школьных уроках обеспечивается непрерывность и логическая последовательность контента обучения, а процесс получения знаний сопровождается сменой роли ученика из пассивного слушателя в активного деятеля.