Осипенко Л.Е., Пролиско Т.С. Особенности преподавания курса по выбору «Юный исследователь»

Если решиться пойти до конца мучительным путем сомнений, бесчисленных проверок, ошибок и неожиданных озарений, в конце на вершине, как награда, возникнет истина. Чтобы не сбиться с этого пути, нужно не только выбрать направление и овладеть секретами мастерства, инструментами познания, созданными и отточенными усилиями многих поколений, но и воспитать в себе терпение, добросовестность, умение удивляться, умение доверять интуиции и не доверять ей, верить в результат и упорно искать его опровержение, способность пришпоривать и обуздать фантазию. (А. Мигдал)

Существует много путей развития интеллектуального потенциала личности ребенка. В нашей стране в данном ракурсе становится все более популярной такая форма работы со школьниками, как учебно-исследовательская деятельность, включающая основные этапы научного исследования.

Комплекс мероприятий, в рамках которых идет внедрение этой формы работы, включает научно-практические конференции школьников, турниры юных физиков, летнюю научно-исследовательскую школу и др. В Минской области такая работа создала условия для появления ряда авторских методик, в основу которых положены исследовательские модели обучения школьников. В состав одной из них входит курс по выбору «Юный исследователь», разработанный и апробированный авторами данной статьи в СШ № 1 п. Дружный в рамках реализации программы деятельности областной инновационной площадки «Организация работы с одаренными учащимися в условиях сельской школы». Его специфика состоит в том, что он должен служить дополнительным ресурсом для воздействия на личность ученика с целью развития его интеллектуальных способностей и. подготовки к дальнейшему обучению в вузе.

В ходе разработки курса и его реализации нами решались две важные задачи. Первая заключалась в выделении наиболее универсальных и значимых знаний и умений учащихся, необходимых для реализации исследовательской деятельности на естественно-научных дисциплинах. Вторая задача состояла в том, чтобы определить основные компоненты содержания данного курса, обеспечивающие формирование соответствующих знаний и умений. При этом мы акцентировали внимание не на узкопредметных знаниях, ибо в наш век их прирост и обновление приобретают такие быстрые темпы, которые не позволяют человеку при всем желании их освоить, а на приобретении учащимися фундаментальных, методологических знаний.

Еще Дж. Брунер в своих исследованиях отмечал, что умственная деятельность ученого, делающего «эпохальное» открытие, и умственная деятельность ребенка, познающего новое, практически идентичны по своей внутренней механике. При этом ребенку гораздо легче изучать науку, действуя подобно ученому, чем получать добытые кем-то знания в готовом виде [3].

Эти идеи были развиты в исследованиях В. И. Андреева [1], Г. М. Голина [4], М. В. Кларина [5], В. А. Котлярова [6], А. А. Никитина [7], А. В. Усовой [11], С. А. Шапоринского [12] и др. Они показали, что структура учебно-исследовательской деятельности ребенка, как и исследование, проводимое ученым, может базироваться на структуре познавательного цикла: ФАКТЫ  ПРОБЛЕМА ГИПОТЕЗА МОДЕЛЬ СЛЕДСТВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТ.

Эту идею было предложено положить в основу экспериментального курса по выбору «Юный исследователь». Однако опросы выпускников базовых общеобразовательных школ на предмет знания основных методов научного познания, необходимых для реализации учебно-исследовательской деятельности по физике, на этапе констатирующего эксперимента показали, что большинство учащихся к основным методам научного познания относят наблюдение (28%) и эксперимент (41% респондентов). Лишь небольшое количество опрошенных знают о таких методах научного познания, как моделирование (7%), анализ (1%) (табл. 1).

Таблица 1

Результаты опроса выпускников

Кроме этого, анализ работ 338 учащихся школ Минской области и г. Минска позволил выявить следующие пробелы:

• недостаточное владение школьниками рядом операций, входящих в методы научного познания. Даже зная, что нужно делать, многие учащиеся произвести саму операцию зачастую не могли;

• отсутствие у учащихся (особенно слабых) правильной системы операций. Как показало наше исследование, у ряда учащихся эта система либо вовсе отсутствует (и тогда метод используется путем хаотических действий), либо эта система неверная;

• недостаточная обобщенность системы операций: правильная система операций актуализировалась одним содержанием (например, при проведении программных лабораторных работ) и не актуализировалась другим (например, при самостоятельном проведении наблюдений и экспериментов), хотя последние не труднее программных.

Содержание курса по выбору должно было не только нивелировать выявленные недостатки, но и содействовать развитию интеллектуальных умений, познавательной активности учащихся.

Для реализации поставленных задач нами предусмотрены два вида занятий: лекционные и практические. Важная роль отводится также самостоятельной работе школьников, в частности решению задач и выполнению тренировочных упражнений, связанных со спецификой ряда изучаемых тем, проведению самостоятельных исследований по выбранной теме.

Курс предназначен для изучения в VIII–XIклассах, однако возможен и вариант его изучения в VI–VIIклассах при недельной нагрузке в 2 часа в течение учебного года. Предусматривается и двухгодичное изучение данного курса при недельной нагрузке в 1 час.

Опираясь на собственный опыт и готовность учащихся к занятиям исследовательской деятельностью, учитель распределяет выделенное годовое количество часов на виды занятий.

Отслеживание эффективности данного курса может осуществляться в форме публичной защиты учащимися исследовательских работ на научно-практических конференциях разного уровня.

Особенности содержания плана курса по выбору отражены в приложении 1. Логика построения программы курса обусловлена системой последовательной работы по овладению учащимися основами исследовательской деятельности: от осмысления уникальной деятельности выдающихся ученых – к изучению доминирующих методов научного познания, необходимых для реализации учебно-исследовательской деятельности по физике. Курс состоит из ряда блоков, позволяющих осуществить весь акт естественно-научного познания и представить полученные результаты ученических исследований в виде докладов и сообщений, с которыми учащиеся могут выступить на районных и областных конференциях, ставших в Минской области уже традиционными.

Рассмотрим особенности содержания ряда тем данного курса.

Экспериментальные факты – наиболее устойчивая часть научных знаний. На протяжении истории развития наук многократные измерения таких величин, как гравитационная постоянная, постоянная Авогадро и др., позволили лишь уточнить их значения, но не опровергнуть их объективного существования.

Известно, что во время изучения курсов «География», «Биология», «Физика», «Химия» школьники только за три года обучения имеют возможность выполнить более 250 наблюдений. Однако столь большое их количество при применяемых ныне методиках не обеспечивает формирования у учащихся умения самостоятельно и целостно проводить наблюдения. Опыт нашей работы показал, что в процессе организации наблюдений школьников многие учителя недостаточно поощряют их самостоятельное логическое мышление, мало будят конструктивную мысль, не требуют в значительной мере инициативы от учащихся. От них чаще всего требуется всего лишь «смотреть». К сожалению, для школьников такое пассивное наблюдение имеет лишь подтверждающий и иллюстративный характер, легко заменяемый словесным сообщением факта. Естественно, что при такой организации процесса наблюдения у учащихся могут быть сформированы лишь отдельные приемы наблюдения, причем весьма нестойкие.

Поэтому, предлагая учащимся задания на наблюдение окружающего мира, мы целенаправленно обучали их собирать, анализировать и систематизировать полученные факты, используя эвристические предписания [8]. Например:

• М.В. Ломоносов в заметках по физике отмечал: «Толченое стекло не прозрачно. Мокрая бумага более прозрачна». Дайте объяснение данным фактам.

• Понаблюдайте за образованием росы и инея, кипением воды.

• В какой чашке чай остывает быстрее: фарфоровой, металлической или стеклянной?

Однако сбор фактов без их осмысления, по меткому выражению К.А. Тимирязева, приводит к заболачиванию науки. Проблема является формой осмысления фактов, способом перехода от познания отдельных фактов к познанию законов. Она в очень большой степени определяет стратегию исследования. Неслучайно принято считать, что сформулировать научную проблему – значит показать умение отделить главное от второстепенного, выяснить то, что уже известно и что пока не известно науке о предмете исследования. Поэтому целесообразно предлагать учащимся задачи, решение которых позволит им овладеть умением выделять и формулировать проблему исследования. Например:

• Если ранним утром войти в воду и опустить руку, то кажется, что она теплее, чем была вчера днем. Но ведь за это время вода остыла!

• Почему весной и летом морская вода поверхностного слоя у антарктических берегов более холодная, чем лежащие ниже глубинные слои?

• В ряде штатов США иногда ощущается нехватка пресной воды. Как один из вариантов уменьшения данной проблемы ученые предложили буксировать айсберги от берегов Аляски к калифорнийскому побережью. Какая возникает проблема? Как обеспечить быстрое таяние льда в Лос-Анджелесе? Необходимо учесть, что применять топливо невыгодно, электрический разогрев – тем более.

Найденная проблема, как правило, определяет будущую тему исследования. На наш взгляд, при выборе темы исследования необходимо придерживаться ряда общих положений.

Тема должна быть интересна ребенку. Желание что-либо исследовать возникает тогда, когда объект привлекает, удивляет, вызывает интерес. Тема, «навязанная» ребенку, какой бы важной она ни казалась нам, взрослым, должного эффекта не даст. Чтобы выбрать тему, интересующую ребенка, нужно знать его склонности. Услышать, понять, почувствовать его интересы – сложная, но вполне решаемая педагогическая задача.

Тема должна быть оригинальной, в ней необходим элемент новизны, предполагающий нестандартный взгляд на традиционные предметы и явления. В то же время она должна быть достаточно узкой и конкретной.

Тема должна быть выполнимой. Выбирая проблему, необходимо учесть, есть ли необходимые для ее решения средства и материалы. Отсутствие литературы, необходимой «исследовательской базы», невозможность собрать необходимые данные обычно приводят к поверхностному решению, рождающему «пустословие» [10].

Еще во времена Галилея центральным звеном познания считалась гипотеза, благодаря которой научная теория способна выполнять не только объяснительную, но и предсказательную функцию. Выдвижение гипотез, предположений и нетрадиционных идей – важные мыслительные навыки, обеспечивающие прогресс в любой сфере. История науки показывает, что все отрасли научного знания развиваются путем гипотез, роль которых с развитием знания возрастает. Поэтому необходимо особое внимание уделять уяснению учащимися сущности гипотезы, ее роли и места в познании.

Выдвигая гипотезы, обычно используют слова: «может быть», «предположим», «допустим», «возможно», «что будет, если...».

Приведем несколько упражнений, позволяющих формировать у учащихся умение выдвигать гипотезы:

• В 1965 году советским физиком Е. Г. Швидковским было открыто ранее неизвестное свойство атмосферы Земли, заключающееся в существовании области повышенной ионизации на высоте 10–40 км. Какова ваша гипотеза образования такой области?

• В 1958 году группой советских ученых, возглавляемой академиком С.Н. Верновым, было установлено, что в области пространства, где расположены силовые линии магнитного поля Земли, находится радиационная зона, названная впоследствии внешним радиационным поясом. Установлено, что высота пояса колеблется от 12 тыс. до 36 тыс. км от поверхности Земли. Предложите гипотезу происхождения радиационного пояса и обоснуйте ее.

• Предположите, что произойдет, если на Земле исчезнет сила трения.

Моделирование является одним из основных методов познания в дисциплинах естественно-научного цикла. В ряде случаев его использование в учебном процессе диктуется необходимостью раскрыть такие стороны объектов, которые невозможно постигнуть путем непосредственного изучения, например, выделить отдельные элементы изучаемого предмета (явления), увидеть те узлы, которые закрыты в реальном объекте. Поэтому приходится прибегать к искусственному воспроизведению подобных явлений в форме, удобной для наблюдения или изучения, т.е. использовать модели.

Ученик по своей природе обладает внутренней психологической потребностью в наглядной картине изучаемого объекта. Использование учащимися моделей увеличивает возможности их творческого успеха, позволяет им быстрее высказывать новые идеи и гипотезы, строить новые теории:

• Разработайте теоретическую модель полета стрекозы и обоснуйте ее основные параметры.

• Определите, по какой траектории должен лететь современный самолет, чтобы в нем можно было воспроизвести невесомость?

• Создайте в лаборатории мираж, подобный тому, что можно наблюдать на дороге или в пустыне, и исследуйте его параметры.

На рисунке 1 изображена корпускулярная модель-аналогия преломления света на границе двух сред. Придумайте на основе этой же идеи модель-аналогию прохождения света через фокусирующую линзу.

Рис. 1. Корпускулярная модель-аналогия преломления света
на границе двух сред

Поскольку причинность – одна из форм общей взаимосвязи явлений объективного мира, то анализ причинно-следственных связей – центральное звено исследования. Однако для многих школьников эта процедура является достаточно сложным видом работы, которому необходимо обучать специально.

В разработанном нами курсе по выбору основу таких заданий составляли вопросы типа: Чем это обусловлено? Как это можно объяснить? Почему это произошло? От чего зависит? Например:

• Если длинные волосы погрузить в воду, то они торчат во все стороны. Почему они слипаются, как только мы вынимаем голову из воды?

• Почему ветер гасит звук, а туман его усиливает?

• Почему от капли дождя, падающей в воду, летят брызги?

• Почему человек может бежать по очень тонкому льду и не может стоять на нем, не проваливаясь?

Особое место в учебном исследовании по физике занимает эксперимент. Особенности формирования у школьников представлений об эксперименте как методе научного познания достаточно подробно изложены нами в публикации [9], поэтому остановимся только на нескольких аспектах, отражающих эффективность данного курса по выбору.

Как уже отмечалось, одна из задач курса – формирование у учащихся знаний о доминирующих методах научного познания, необходимых для реализации учебно-исследовательской деятельности. Степень полноты таких знаний выявлялась в устных и письменных высказываниях учащихся. Их количественная оценка осуществлялась с опорой на работы В.И. Андреева [1], А.В. Усовой [11].

После апробации курса по выбору «Юный исследователь» мы можем констатировать, что у учащихся сформировался необходимый объем знаний об основных методах научного познания, необходимых для реализации учебно-исследовательской деятельности по естественно-научным дисциплинам. Динамика изменения полноты знаний учащихся экспериментальных групп о доминирующих методах научного познания представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Динамика изменения полноты знаний учащихся
экспериментальных групп о доминирующих методах научного познания,
необходимых для реализации учебно-исследовательской деятельности

Рисунок 2 отражает достаточно интенсивную динамику накопления у учащихся экспериментальных групп объема знаний о методах научного познания. Кроме того, наблюдения за школьниками, посещавшими курс по выбору «Юный исследователь», показали, что их работоспособность при проведении программных лабораторных работ поддерживается на достаточно высоком уровне. При этом вся работа, включая суперзадания, выполняется ими самостоятельно, без какой-либо помощи учителя.

Учащиеся, посещавшие курс по выбору «Юный исследователь», чаще пользовались дополнительной литературой при выполнении исследований, интенсивнее шло общение в познавательных целях как со взрослыми, так и со школьными товарищами (как старшего, так и младшего возраста), разнообразнее были формы общения.

О повышении уровня познавательной активности школьников, посещавших курс «Юный исследователь», свидетельствует рост количественного состава учащихся, занимающихся учебными исследованиями в СШ № 1 п. Дружный (табл. 2).

Таблица 2

Таким образом, объектами изучения в курсе по выбору «Юный исследователь» для учащихся базовой школы на доступном уровне могут быть следующие методы научного познания: наблюдение, эксперимент, метод модельных гипотез и метод их анализа. Они позволят сформировать у школьников понимание, что такое исходные факты, в чем сущность моделей природных объектов и процессов, гипотез; познакомить, как экспериментально проверяются модели, гипотезы, как формулируются выводы. Без этой базы знаний у выпускников школы не может сформироваться научное мышление, они не смогут отличать научные знания от псевдонаучных, разбираться в вопросах познаваемости окружающего мира.

Хотелось бы обратить внимание на качество оформления исследовательских работ учащихся. Опыт организации районных и областных научно-практических конференций школьников по физике показал, что в исследовательских работах учащихся нередко нет полного соответствия темы и содержания; отсутствуют анализ и интерпретация полученных экспериментальных данных; в ряде случаев полученные выводы неадекватны поставленной цели. К общим ошибкам можно отнести и то, что иногда текст работы изобилует специальными терминами, содержание которых не объясняется в работе. При публичном выступлении оказывается, что учащийся не в состоянии объяснить их физический смысл. Нередко в работе нет «Заключения», в котором должен быть кратко подведен итог работы автора с литературой, сформулированы основные выводы, определен круг решенных и нерешенных проблем.

Все это говорит о необходимости еще раз напомнить требования к структуре и оформлению материалов учебных исследований (приложения 2–5).

При оформлении исследовательской работы часто возникает необходимость сделать ссылки на какие-либо источники. Напомним, что существуют различные способы указания источников цитат, например в подстрочных примечаниях (приложение 6, примеры 1, 2, 3), внутритекстовые (примеры 2, 3), а также затекстовые (примеры 4–7).

С каждым днем растет поток информационных ресурсов на электронных носителях, а также различной информации в режиме локального и удаленного доступа. Примеры оформления библиографического описания публикаций на физическом носителе (CD-ROM, дискета), а также электронных публикаций в Интернете приведены в приложении 6 (примеры 1Б, 1В) [2].

---

Приложение 1

Учебно-тематический план курса по выбору «Юный исследователь»

Приложение 2

Пример оформления титульного листа
исследовательской работы учащегося по физике

Приложение 3

Логика изложения материала тезисов доклада

В тезисах необходимо избегать стиля отчета и помнить, что в их содержании нужно отобразить три вещи: цель и программу исследования, а также полученные новые факты. При этом эксперт, который знакомится с содержанием ваших тезисов, должен понять, что исследовали авторы данной работы, а также к каким конкретно результатам они пришли самостоятельно.

Приложение 4

Структура исследовательской работы по физике

Исследовательская работа, как и тезисы, должна быть построена по определенной общепринятой структуре.

Основными элементами исследовательской работы в порядке их расположения являются: титульный лист; оглавление; введение; основная часть; заключение; список использованной литературы; приложения.

Титульный лист является первой страницей работы и заполняется по образцу, приведенному в приложении 2.

После титульного листа помещается оглавление, в котором приводятся пункты работы с указанием страниц.

Во введении кратко обосновывается актуальность выбранной темы, цель и задачи исследования; формулируется объект исследования, указывается избранный метод (или методы) исследования, дается характеристика работы – относится ли она к теоретическим исследованиям или к прикладным, сообщается, в чем заключается значимость и (или) прикладная ценность полученных результатов, приводится характеристика источников для написания работы и краткий обзор имеющейся по данной теме литературы.

В основной части исследования подробно приводится методика исследования, излагаются и анализируются полученные результаты. При этом содержание основной части должно точно соответствовать теме работы и полностью ее раскрывать.

Заключение содержит основные выводы, к которым автор пришел в процессе анализа избранного материала. При этом должна быть подчеркнута их самостоятельность, новизна, теоретическое и (или) практическое (прикладное) значение полученных результатов.

В конце работы приводится список использованной литературы. При этом номер ссылки должен соответствовать порядковому номеру источника в списке литературы.

В приложениях можно поместить дополнительные материалы: таблицы, рисунки, графики и пр., служащие более глубокому раскрытию полученных результатов.

Приложение 5

Требования к оформлению исследовательской работы по физике

Текст работы должен быть аккуратно напечатан.

Кегль шрифта основного текста работы должен быть 14 пунктов, ненаклонный. Для заголовков разрешается использовать шрифты кеглем до 23 пунктов. Гарнитура шрифта – семейства Timesили Arial.

Для участия в отборочном туре конференции могут быть представлены сокращенные (до 10 страниц) тексты либо тезисы докладов.

Оформление работы не должно включать излишеств, не относящихся к пониманию работы.

Листы работы должны быть сшиты степлером либо другим способом и размещены в файле, папке или скоросшивателе.

Приложение 6

Оформление библиографических ссылок

Примеры оформления библиографических ссылок

1А Шрейдер Ю. Логика знаковых систем. – М.: Знание, 1974. – С. 18.

1Б Большие и малые библиотеки России [Электрон, ресурс]: справочник/ Рос. библ. ассоц. – Электрон, текстовые дан. (5570560 байт). – М.: Либерея, 2001. – 1 CD-ROM.

1В Библиотека электронных ресурсов физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова – [Электрон, ресурс] / ред. В. Румянцев. – М., 2001. – Режим доступа: http://pronos.km.ru/proekty/mgu.

2 Ценным подспорьем для начинающих радиолюбителей является книга В.М. Городилина –-«Регулировка радиоаппаратуры» (М.: Высш. шк., 1992).

3 В изданном в 1972 г. учебном пособии М.Е. Тульчинского «Качественные задачи по физике», рассматриваются вопросы...

4 В.Г. Разумовский [43] наиболее важными проблемами в области методики преподавания...

5 В.Г. Разумовский [43, с. 12] полагает, что...

6 Как видно из исследований [6; 7, с. 4–9; 9, с. 25]...

7 Исследованиями ряда авторов [4; 6; 9; 13] установлено, что...

1. Андреев, В. И. Эвристическое программирование учебно-исследовательской деятельности. – М. : Высшая школа, 1981.

2. Библиографическое описание электронных ресурсов: рекомендации и примеры // Атэстацыя. – 2002. – № 8. – С. 54–56 [Электрон, ресурс] / ред. Н. А. Гусева. – Минск, 2002. – Режим доступа: http://www.vak.org.by.

3. Брунер, Дж. Психология познания. – М.: Прогресс, 1977.

4. Голин, Г.М. Образовательные и воспитательные функции методологии научного познания в школьном курсе физики : дис. ... д-ра пед. наук. – Коломна, 1986.

5. Кларин, М.В. Характерные черты исследовательского подхода: обучение на основе решений проблем // Школьные технологии. – 2004. – № 1. – С. 11–24.

6. Котляров, В.А. Организация исследовательской деятельности учащихся при изучении физики в основной школе : дис. ... канд. пед. наук. – Новосибирск, 2004.

7. Никитин, А.А. Теоретические основы обучения учащихся методологии научного познания при изучении физики в школе : дис. ... д-ра пед. наук. – СПб., 2001.

8. Осипенко, Л.Е. Можно ли воспитывать юных исследователей в «глубинке»? // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2005. – № 1. – С. 31–35.

9. Осипенко, Л.Е., Пролиско, Т.С. Формирование представлений школьников об эксперименте как методе научного познания на уроках физики // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2006. – № 2. – С. 40–45.

10. Савенков, А.И. Теоретические, эмпирические и фантастические темы в домашнем обучении // Исследовательская работа школьников. – 2002. – № 2. – С. 73–78.

11. Усова, А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. – М.: Педагогика, 1986.

12. Шапоринский, С.А. Обучение и научное познание. – М.: Педагогика, 1981.