Лавриненко А.В., Осипенко Л.Е. Организация исследовательской деятельности школьников //2010-6

Потенциал экономического роста любой страны напрямую зависит от уровня развития науки и техники. В последнее время с углублением инновационных процессов и повышением уровня информатизации общества значимость интеллектуальной составляющей производственных ресурсов существенно возрастает. Ввиду этого особую актуальность приобретает проблема формирования будущей интеллектуальной элиты нации. «Капитал должен плясать под дудку таланта» — так авторы популярной книги «Бизнес в стиле фанк» провозгласили перспективы для тех стран, которые не могут похвастаться изобилием природных ресурсов и вынуждены рассчитывать только на творческие способности, интеллект и квалификацию своих граждан, чтобы выжить в международной конкуренции. А для Беларуси при относительно низкой численности населения и отсутствии богатых природных источников полезных ископаемых «вопрос формирования национальной элиты учёных... — это вопрос национальной безопасности» [3, с. 164].

В этой связи принято говорить о методологии формирования общекультурных умений и навыков школьников, в числе которых и исследовательские компетенции. Одним из стратегических подходов к их формированию может служить интеграция традиций современных научных школ в технологию организации исследовательской деятельности школьников.

Многое из того, что излагается в данной статье, не претендует на оригинальность; в той или иной форме аналогичные идеи, наверняка, приходили в голову многим учёным. Наша основная цель заключается в том, чтобы взглянуть на эту проблему в другом ракурсе. Во-первых, обратить внимание на особенности современной физики как науки и чрезвычайную продуктивность научных исследовательских коллективов. Во-вторых, показать, что ряд аспектов, используемых при их комплектации, может быть востребован и при организации исследовательской деятельности школьников по физике.

Для обоснования первого тезиса мы будем рассматривать науку не как систему готовых знаний, а как специфический вид деятельности. В данном контексте нельзя не учитывать психологические особенности работников науки, их способности и интересы. Учёт и использование этих факторов приобретают всё большую роль в понимании самого механизма научного творчества. Далее остановимся на основных особенностях современных научных коллективов. А поскольку «ни один из великих умов древности не изучал трудных вещей без помощи какого-либо сходства», то свою статью мы построили на логике сравнения научных («взрослых») и детских исследовательских коллективов.

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ КАК НАУКИ

Социологи подсчитали, что сейчас нас окружает до 80 % предметов, которых ещё столетие назад люди не знали. Это газовая зажигалка, шариковая ручка, магнитные карточки, застёжки на молнии, ноутбуки, мобильная связь, интернет, модифицированные продукты и т.д. Образно говоря, от прошлого века нам остались лишь гребёнка, носовой платок и классическая литература. Эти факты являются свидетельством роста фундаментальных знаний и их «материальных» носителей.

Возрастание социально-экономической роли науки в жизни общества сопровождается резким ростом расходов на её материальную базу, что объективно отражает неимоверно возросшую сложность современной науки. Если для прошлых веков была характерна «камерная» наука гигантов мысли, учёных- одиночек и карликовых лабораторий, то современная наука имеет крупномасштабный характер и высокую техническую оснащённость. Развитие космических программ или запуск большого адронного коллайдера — два наглядных примера международного распределения обязательств по финансированию амбициозных научных проектов. Даже на более приземлённом уровне стоимость достаточно рутинных широкополосных источников света и спектральных анализаторов в обычных университетских лабораториях измеряется в десятках, а иногда и сотнях тысяч долларов США.

Поскольку физика развивается стремительно, она сама подталкивает к решению проблемы ограниченности индивидуального сознания за счёт наложения нескольких индивидуальных разумов. Характеризуя эффективность организованного мышления, С. М. Ямпольский и В. А. Лисичкин пишут, что «групповое мышление даёт на 70 % больше ценных новых идей, чем сумма индивидуальных мышлений» [11, с. 167].

Но так ли просто создать научный исследовательский коллектив?

НАУЧНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОЛЛЕКТИВ И ЕГО СПЕЦИФИКА

Научный исследовательский коллектив как сообщество, обладающее определённым творческим потенциалом, имеет свою специфическую структуру и особенности, которые в значительной мере отличают его от любого другого коллектива. В частности, М. Луцки исследовательский коллектив определяет как «группу лиц, которые подготовлены использовать определённые исследовательские средства, методики и концепции, составляют... специальное подразделение, сгруппированное вокруг определённой проблемы. Каждый член группы использует методы и знания, поддерживая постоянную связь с другими членами группы и подвергая непрерывной проверке свои постулаты, в силу ограничений, налагаемых на них работой коллег. Группа несёт коллективную ответственность за конечный продукт [цит-ся по 2, с. 37—38].

Особенно актуальной организация научных исследовательских коллективов становится при решении сложных задач, имеющих целостный характер и обладающих существенными связями между компонентами. В таких случаях коллектив подбирается под задачу. Формируясь по типу театральных трупп, создаваемых на время для постановки какого-либо спектакля, такие коллективы собирают «исполнителей» разных научных ролей. Например, даже для достаточно заурядного проекта в области нанотехнологий требуется как минимум один технолог, обладающий навыками создания наноструктурированных объектов, и один теоретик для дизайна и моделирования. Причём мы здесь подразумеваем, что в подразделении имеется штат и лаборатория для тестирования функциональных свойств образцов, а руководитель работает в подразделении на постоянной позиции.

Также известно, что структурная основа успешного функционирования научного исследовательского коллектива — наличие в нём одного или нескольких крупных специалистов, ответственных за формулировку проблематики и построение предмета исследования, а также обладающих достаточным авторитетом и опытом, чтобы привлечь и отобрать для работы над проблемой наиболее талантливых молодых исследователей. Такие лидеры, собственно, и формируют группы под свои идеи, занимаясь научным «Продюссированием» — генерацией идеи и поиском финансовых средств для реализации задуманного проекта. К большому плюсу можно отнести наличие в группе лидера-исполнителя, того, кто непосредственно занимается работой в лаборатории или вычислениями.

Принцип разнообразия предполагает, что научная продуктивность каждого члена исследовательского коллектива возрастает с увеличением числа функций и специальностей всего коллектива: «...объединение учёных в коллектив порождает нелинейное взаимодействие между ними и, как следствие, не аддитивное, а более резкое возрастание зависимости коллективного результата от усилий отдельных учёных» [10, с. 226].

В настоящее время определены следующие требования к формированию научных исследовательских коллективов:

■ они должны иметь гетерогенный (неоднородный) характер, поскольку наличие специалистов разного профиля увеличивает вероятность возникновения оригинальных идей;

■ исследовательские коллективы не должны быть постоянными по составу, им необходимо периодически менять исследовательскую тематику;

■ в исследовательских коллективах требуется рационально сочетать работников по возрасту и полу [2; 6].

Для плодотворной работы научного исследовательского коллектива немаловажное значение имеют формальные и неформальные связи в коллективе, отношения членов коллектива между собой и руководителем и т.п. [5, с. 7]. О важности взаимодействия в научном исследовательском коллективе свидетельствуют материалы опроса, проведённого в научных учреждениях Академии наук Беларуси. Так, 32,5% респондентов считают, что товарищеская взаимопомощь в большой мере влияет на эффективность исследований, а ещё 56,7% отметили, что она отчасти влияет и на успешный результат [7].

Приведённые выше особенности научных исследовательских коллективов могут, на наш взгляд, учитываться для эффективной организации исследовательской деятельности школьников.

Идея сотрудничества учащихся в педагогике не нова. Она была представлена во взглядах и деятельности многих педагогов-гуманистов прошлых столетий: Сократа, Ф. Рабле, Я. А. Коменского, Ж. Ж. Руссо, А. Дистервега, Л. Н. Толстого, К. Д. Ушинского, А. С. Макаренко и др.

В настоящее время различные контексты проблемы сотрудничества детей также изучаются психологами и педагогами. Так, результаты опроса более 200 учащихся, занимающихся исследовательской деятельностью по физике, показали, что 92 % респондентов считают целесообразным выполнять исследовательскую работу в группе, поскольку одному, по их мнению, справиться со сложной исследовательской задачей бывает весьма проблематично [4].

Подтверждением данного эмпирического факта может служить следующая упрощённая вероятностная модель.

Пусть α — вероятность правильного решения данной исследовательской задачи по физике одним учеником. Тогда вероятность р решения этой исследовательской задачи группой из n не влияющих друг на друга учащихся можно определить, как

p_n = 1 – (1 – α)ⁿ = 1 – e^{ln(1 – α)n}.   (1)

Это выражение упрощается, если учесть тот естественный факт, что исследовательские задачи по физике, как правило, достаточно сложны, т.е. вероятность их решения невысока: α « 1. В этом случае ln(1 – α) ≈ –α и p_n ≈ 1 – e^–αn. При сравнительно малом числе членов исследовательского коллектива школьников (αn « 1) получаем линейную зависимость вероятности решения от величины исследовательской группы учащихся:

p_n ≈ αn.   (2)

То есть при возрастании сложности решаемых исследовательских задач (уменьшении вероятности их решения α) группа учащихся должна расти, чтобы сохранить способность их решения. Отметим, что мы не учитывали здесь взаимное влияние учеников друг на друга, хотя это весьма интенсивный процесс.

Какова же возможная ролевая структура детских исследовательских коллективов по физике? Ответ на данный вопрос изложен нами в публикации [4]. Отметим лишь, что для успешной реализации физического исследовательского проекта возможно, чтобы детский исследовательский коллектив также имел гетерогенный характер, т.е. состоял из детей, по-разному проявляющих себя в исследовании. А распределение ролей участников исследования, разработка средств, оборудования и пр. — дело самих участников исследовательского коллектива. Всё зависит от творческого потенциала личности, её интересов, степени подготовки и т.п.

Особо хотелось бы отметить эффективность организации разновозрастных детских исследовательских коллективов. Данная проблема не является праздной для небольших сельских школ, число которых в настоящее время в Беларуси составляет более 70 % от общего количества общеобразовательных учреждений. Как показал наш многолетний опыт работы в сельских школах, разновозрастные усилия детей уместны, когда им недостает теоретических знаний или других исследовательских компетенций, необходимых для решения поставленной проблемы. Новые члены исследовательского коллектива выдвигают свежие точки зрения и стимулируют друг друга «думать» в новых направлениях. Кроме того, в разновозрастном детском исследовательском коллективе происходит эффективная передача опыта проведения исследований через обязательное шефство старших школьников над младшими. Наиболее ценным в разновозрастных исследовательских коллективах является то, что «школа юного исследователя» обладает преемственностью. Ежегодно старшие ребята заканчивают школу, а на их место приходят новые ученики [4].

ВОЗРАСТ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ И НАУЧНОЕ ТВОРЧЕСТВО

Интересен вопрос влияния возраста исследователя на динамику его научного творчества. Казалось бы, чем старше учёный, чем больше он умудрён опытом познания, тем больший вклад он может внести в науку. Однако в действительности это не совсем так. В начале XX века академик П. И. Вальден, обобщив достаточно большой массив статистических данных, обнаружил, что абсолютное большинство крупнейших открытий в физике и химии с конца XVIII по начало XX века было сделано учёными в возрасте до 40 лет. Так, у И. Ньютона основные идеи учения о тяготении и теории дифференциального исчисления возникли в возрасте 25 лет. Примерно в том же возрасте А. Эйнштейн высказал принципы частной теории относительности. Дж. Уатту также не было 30, когда он изобрёл паровую машину. Этот перечень можно продолжать. Однако факты свидетельствуют о том, что не только «науки юношей питают», но и научная молодежь интенсивно питает науку, являясь источником смелых, революционных идей и открытий.

Следовательно, весьма уместным является вопрос «В каком возрасте можно приобщать детей к исследовательской деятельности по физике?». Эксперименты, проведённые под руководством А. И. Савенкова, показали, что исследовательской деятельностью могут успешно заниматься даже воспитанники детского сада [8].

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОЛЛЕКТИВА

Существует ли некий оптимум в количественном составе научных исследовательских коллективов? Результаты изучения их численности [5] показали, что чем больше коллектив научных сотрудников, в котором работает учёный, тем выше его продуктивность (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость, отражающая продуктивность научных
исследовательских коллективов от их численного состава

Заключение, которое можно сделать на основе данных, представленных на рисунке 1, свидетельствует, что у учёных высокая научная продуктивность деятельности связана с наличием коллег в коллективе, в котором они работают. Столь значительная численность учёных в исследовательских коллективах обусловлена сложностью решаемых задач. А поскольку решаемые учащимися задачи гораздо проще, то соответственно и количественный состав детских исследовательских коллективов должен быть меньше.

Изучение детских исследовательских коллективов показало, что наиболее оптимальной считается группа в два (46 %) и три человека (21 %). Однако эти цифры не являются догмой. В ряде случаев количество участников детской исследовательской группы может быть избыточным.

Общеизвестно, что специальное введение избыточности, как правило, является необходимым элементом надёжного функционирования любой сложной системы. Так, дублирование (введение избыточности) элементов в технические устройства резко повышает надёжность работы этих устройств.

О введении избыточности в науку говорил американский социолог Уоррен О. Хэгстром. Он подчёркивал, что дублирование исследований гарантируют надёжное получение научного результата [9]. Рассматривая избыточность в традиционном понимании данного термина как подстраховку от сбоев, мы считаем, что при организации исследовательской деятельности школьников она в ряде случаев весьма целесообразна.

НАУЧНЫЙ ЛИДЕР В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ КОЛЛЕКТИВЕ

Большое значение в науке придаётся наличию в исследовательском коллективе лидера, способного вести за собой других. Эту позицию высказал 51 % опрошенных Национальной академии наук [7]. По их мнению, руководитель научного коллектива должен обладать многими личными качествами: знаниями, опытом, научным авторитетом и организаторскими способностями. Он должен уметь руководить и направлять работу других, держать в своих руках все звенья работы на всех этапах и активно помогать всем членам коллектива [5].

По данным исследований, проведённых московскими социологами в Таганроге, наиболее ценными качествами руководителя кафедры (по мнению её членов) являются: требовательность (88%), знание дела (80%), справедливость (71 %), чуткость (63 %), тактичность (52%) и ум (43%). Социологи Новосибирского университета установили, что сотрудники предпочитают иметь научных руководителей, которые не только обладают высокими интеллектуальными и деловыми качествами, но и достаточно привлекательны, наделены оптимизмом и чувством юмора. Такие недостатки руководителя, как недоступность, мелочное и неконкретное руководство, отсутствие твёрдых взглядов, могут привести коллектив исследователей к полному развалу [1].

Поскольку при организации исследований детей их руководителем, как правило, является учитель, это предъявляет к его кандидатуре определённые требования. В данном контексте нами было проведено интервьюирование 250 руководителей детских исследовательских работ. Его результаты отражены в таблице 1. Они показали, что для эффективного руководства исследовательской деятельностью школьников для педагога наиболее значимы знания методологии научного исследования (77%), преподаваемого предмета (75 %), исследовательских моделей обучения школьников (64 %) и их возрастных особенностей (62%). Особо отмечали педагоги необходимость получения своевременных консультаций со стороны учёных по теме исследования (97%) и владение компьютером (67 %) [4].

По мнению А. И. Савенкова, педагог, подготовленный к решению задач исследовательского обучения, должен обладать ещё рядом умений. В частности, уметь ставить перед учащимися реальные учебно- исследовательские задачи в понятной для детей форме; организовывать мероприятия для проведения наблюдений, экспериментов и разнообразных «полевых» исследований [8].

Немаловажной является проблема взаимоотношений лидера и руководимого им исследовательского коллектива.

Как отмечает А. И. Яблонский, руководитель и коллектив должны быть в определённом смысле когерентны между собой. Их отношения должны строиться на основе взаимного уважения. Руководителю научного исследовательского коллектива необходимо обладать умением объединять людей, вдохновлять их на выполнение работы. Все участники должны быть в курсе работ по смежным темам, высказывать свою точку зрения, но в то же время прислушиваться к мнению коллектива. Важно, чтобы исследование протекало в атмосфере совместного творчества.

Особенно значима роль учителя как руководителя исследовательской работы школьников на первых этапах исследования, пока собственная структура детского исследовательского коллектива ещё не оформилась. В дальнейшем учитель должен обеспечить возможность регулярных отчётов рабочих групп и обмена мнениями в ходе открытых общих обсуждений; уметь стимулировать предложения учащихся по выдвижению новых оригинальных направлений исследования; быть способным к выполнению функций координатора и партнёра в исследовательском поиске; внимательно следить за динамикой познавательного интереса у учащихся и психологической атмосферой в детском исследовательском коллективе [8].

Таблица 1

Результаты опроса учителей физики о наиболее значимых профессионально- педагогических знаниях и умениях, необходимых для эффективной организации исследовательской деятельности школьников

(Объём выборки — 250 учителей физики со стажем 5 лет и более,
каждый из которых указывал несколько позиций)

ВЫВОДЫ

Таким образом, идеи, положенные в основу комплектации современных научных исследовательских коллективов, могут быть эффективно использованы и при организации исследовательской деятельности школьников.

Чтобы детский исследовательской коллектив эффективно работал, требуется определённое сочетание в нём школьников разного возраста, склада ума, стимулирующих и в то же время в известной мере дополняющих друг друга при непременном условии групповой и индивидуальной заинтересованности в проводимом исследовании. При выполнении сложных физических исследований, требующих комплексного рассмотрения проблемы, акцент можно сделать в сторону принципа разнообразия: здесь важно не столько количество детей, сколько их подбор.

Руководитель исследовательской работы школьников, как и руководитель крупного научного исследовательского коллектива, должен быть не только педагогом, но и «научным продюссером», ориентированным не только на саму проблему исследования, но и на обеспечение организационной целостности исследовательского коллектива, а также его согласованной работы для достижения поставленной цели.

Что касается потенциала научных исследовательских коллективов, то, отдавая дань гениям прошлого, сформулировавшим законы классической механики и теорию относительности, открывшим волновую и квантовую теорию света, отметим, что именно коллективы научных работников, связанные единством целей, замыслов и убеждений, смогли раскрыть секреты атомной энергии и её практического использования, создать компьютеры, сконструировать космические корабли и запустить ускорители частиц.

Список использованной литературы

1. Арене, В. Ж. Азбука исследователя / В. Ж. Арене. — М.: Интермет инжиниринг, 2006.

2. Междисциплинарные исследования в современной науке: научно-аналитический обзор. — М., 1978.

3. Мясникович, М. В. Наука Беларуси на современном этапе: задачи и организация научной, научно-технической и инновационной деятельности / М. В. Мясникович, А. И. Лесникович, С. М. Дедков. — Минск: Белорусская наука, 2006.

4. Осипенко, Л. Е. Особенности формирования на уроках физики представлений о методах научного познания у сельских школьников / Л. Е. Осипенко // Фiзiка: праблемы выкладання. — 2009. — № 1. — С. 42-48.

5. Пельц, Д. Учёные в организациях. Об оптимальных условиях для исследований и разработок / Д. Пельц, Ф. Эндрюс. — М., 1973.

6. Рачков, П. А. Науковедение: проблемы, структура, элементы / П. А. Рачков. — М.: Изд-во МГУ, 1974.

7. Русецкая, В. И. Социодинамика научного коллектива / В. И. Русецкая; под ред. Е. М. Бабосова. — Минск: Навука i тэхнiка, 1992.

8. Савенков, А. И. Психология детской одарённости: учеб. пособие / А. И. Савенков. — М.: Генезис, 2010.

9. Хэгстром, У. Соперничество в науке / У. Хэгстром // Научная деятельность: структура и институты. — М.: Наука, 1980. — С. 324-359.

10. Яблонский, А. И. Модели и методы исследования науки / А. И. Яблонский. — М.: Эдито риал УРСС, 2001.

11. Ямполъский, С. М. Прогнозирование научно-технического прогресса / С. М. Ямпольский, В. А. Лисичкин. — М.: Экономика, 1974.