Проблема подготовки юных исследователей на довузовском этапе обучения еще далека до своего окончательного решения. Это обусловлено рядом причин.

Самая длинная дорога начинается с первого шага...
Восточная мудрость

Потребность в расширении подготовки молодых исследователей в системе образования многих стран ставит вопрос о вовлечении их в сферу научного поиска уже на довузовском этапе обучения. Например, в качестве стартовых параметров при проектировании целей, содержания и технологий образования выпускников 12-летней школы в России приняты умения проводить теоретические и экспериментальные исследования, задавать вопросы, видеть противоречия, формулировать проблемы и гипотезы, выявлять закономерности, делать выводы и обобщения [8].

Эти аспекты нашли отражение и в белорусских образовательных стандартах по физике, в которых также указывается на необходимость формирования у учащихся научного мировоззрения и ознакомления их с основными методами науки: теорией и экспериментом, соотношением между ними [4].

В нашей стране на достижение данной цели направлены и научно-практические конференции школьников, турниры юных физиков, «Сахаровские чтения», республиканская программа «Одаренные дети».

Однако, на наш взгляд, проблема подготовки юных исследователей на довузовском этапе обучения еще далека до своего окончательного решения. Это обусловлено рядом причин.

Одну из них мы связываем с недостаточной готовностью педагогов к организации и руководству исследовательской деятельностью учащихся. На эту причину указало 46 % опрошенных нами педагогов Минской области.

В числе других причин учителями были отмечены перегрузки и недостаток времени на организацию исследовательской работы учащихся (45%); отсутствие педагогического опыта в этой области (42 %); низкий уровень подготовки учащихся (35 %); отсутствие своевременной помощи со стороны методических служб (22 % ); отсутствие специальных помещений для проведения исследований (18%); отсутствие у педагогов собственных исследовательских качеств (11 %). Не видят необходимости в такого рода деятельности 18% опрошенных нами педагогов.

Ряд педагогов указывают на недостаточную ориентацию современных учебных планов, программ и учебников по физике на формирование исследовательских умений учащихся. Анализ их содержания показал следующее.

Особое место в процессе формирования исследовательских умений у школьников занимают мыслительные операции, которые являются важной составляющей учебного исследования и должны находиться в поле зрения каждого учителя. Мыслительные операции у школьников на уроках физики формируются в основном при решении задач. Видимо, следуя совету Д. Пойа: «Если хотите научиться решать задачи, то решайте их», учителя физики предлагают учащимся огромное количество задач и затрачивают на это не менее половины учебного времени. А результаты их титанической работы весьма скромны: многие учащиеся так и не овладевают общим подходом к решению задач, а встретившись с заданием исследовательского характера, требующим от них серьезных методологических знаний, теряются и даже не знают, как к нему подступиться.

Нам представляется, что решение задач должно быть строго целенаправленным. (Здесь весьма уместно будет вспомнить слова Б. Шоу о том, что «вколачивать в человека ненужные ему премудрости так же вредно, как кормить его опилками».) Для этого учитель физики должен не только иметь достаточно большой по объему многофункциональный задачник, но и четко понимать, зачем он дает учащимся те или иные задачи, что они приобретут в результате их решения? А для этого учителю необходимо знать, какая система принципов построения и взаимосвязей задач заложена в данном пособии. Причем, как отмечают педагоги, эта система, будучи зачастую неочевидной, должна быть четко описана авторами в задачнике или методических рекомендациях к нему.

Авторы учебных пособий по физике при изложении материала сосредоточивают внимание в основном на формировании у школьников практических умений. Сформированные у них в начальной школе умения обращаться с лабораторным оборудованием, проводить несложные измерения и вычисления в дальнейшем углубляются и совершенствуются. Этот аспект весьма важен для формирования положительной мотивации учащихся на исследовательскую деятельность, поскольку, как показало исследование А.В.Усовой [7], более 30% школьников любят уроки физики за возможность самостоятельно выполнять лабораторные и практические работы.

Особое место в формировании исследовательских умений школьников занимает овладение ими методикой наблюдения. Во время изучения школьниками курсов «География», «Биология», «Физика», «Химия» только за период с седьмого по девятый классы учащиеся имеют возможность выполнить более 250 наблюдений. Однако столь большое количество наблюдений и демонстраций при применяемых ныне методиках не обеспечивает формирование 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, не в должной мере формируют у них умение пользоваться знакомым оборудованием в незнакомой ситуации, 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 сформироваться лишь отдельные элементы метода наблюдения, причем, как показывает наш опыт, весьма нестойкие.

При организации наблюдений учащихся мы предлагаем использовать эвристическое предписание «Учусь наблюдать». Оно составлено так, чтобы подсказывать им лишь то, что нужно сделать (но не как), намечать направление движения вперед.

Учусь наблюдать

1. Уточните объект наблюдения. (Что вы будете наблюдать?)

2. Осмыслите цель наблюдения. (Что вы хотите узнать?)

3. Предварительно разработайте и запишите в тетради план проведения наблюдения.

4. До начала наблюдения подумайте, когда вы будете осуществлять фиксацию наблюдаемых явлений (в процессе наблюдения или сразу же после его окончания)?

5. Выберите способ наблюдения (визуально или с помощью приборов).

6. Наблюдение проведите несколько раз.

7. Укажите точно и полно признаки наблюдаемых процессов.

8. Что существенно нового было обнаружено, а что общего с ранее известным?

9. Опишите наблюдаемый процесс (словесно, в виде формул, уравнений, рисунков, схем и пр.).

Определенное препятствие возникает у педагогов при формировании у школьников экспериментальных умений. Еще в далеком 1900 г. подчеркивалось, что эксперимент должен составлять основу и быть краеугольным камнем всего изложения материала по физике[6]. На уроках и лабораторных работах у школьников формируются понятия об экспериментальных методах учебного исследования: измерении, наблюдении, фиксации их результатов, проведении математической обработки полученных результатов. Однако исследования А.В. Усовой [7] показали, что в массовой школе при использовании стандартных методик умение самостоятельно проводить эксперимент формируется у учащихся крайне медленно. Этот факт мы связываем с тем, что в большинстве экспериментов, предлагаемых учащимся, определены состав и последовательность выполнения всех операций. По мнению опрошенных нами учителей предметов естественно-научного цикла (Минская область), эта проблема еще более усугубилась после появления тетрадей для лабораторных работ на печатной основе. С одной стороны, эти тетради весьма удобны тем, что по структуре и содержанию следуют за действующими учебниками. Однако основное преимущество такого рода тетрадей должно состоять в том, что учитель, работающий по государственной программе, не перестраивая коренным образом содержание лабораторных работ, может не только расширить его, но и более глубоко представить перед учащимися контекст учебника, что должно помочь более осознанному усвоению материала. К сожалению, учащиеся, выполнив по таким тетрадям только за три года обучения (с седьмого по девятый классы) более 90 лабораторных, практических работ и опытов по предметам естественно-научного цикла, не могут определить основные операции эксперимента.

Качественный анализ лабораторных работ, приведенных в тетрадях для лабораторных работ, показал, что при выполнении многих из них не предусматривается формирование ряда необходимых приемов и правил экспериментального метода. Приятное исключение в этом плане составляют материалы «Тетради для экспериментальных исследований учащихся седьмых классов» (авторы Н.И. Запрудский, А.Л. Карпук).

Чтобы целенаправленно формировать у учащихся экспериментальные умения, перед началом проведения школьниками каждого эксперимента педагогу, на наш взгляд, целесообразно подчеркнуть необходимость составления плана его проведения, в котором просматривалась бы четкая целевая логика эксперимента.

Можно предложить учащимся эвристическое предписание «Учусь ставить эксперимент», которое поможет им в организации и проведении эксперимента.

Учусь ставить эксперимент

1. Что я хочу узнать во время проведения эксперимента?

2. Что я уже знаю об этом явлении?

З. Что я предлагаю сделать (идея эксперимента)?

4. Какие приборы и материалы мне нужны?

5. Каков план моих действий?

6. Как я буду действовать, и что я при этом получу?

7. Мое объяснение результата.

8. Анализ результата. Какие вопросы у меня возникают в связи с этим?

9. Мои выводы [2].

Необходимо указать на один существенный недостаток использования указанных выше эвристических предписаний при проведении учащимися наблюдений и экспериментов. Это определенное увеличение затрат учебного времени (которого и так не хватает) на их проведение. Однако, как показал опыт нашей работы, по мере накопления учащимися опыта проведения наблюдений и экспериментов, этот недостаток постепенно устраняется, и остальные лабораторные работы выполняются быстрее. Кроме того, использование учащимися данных эвристических предписаний на лабораторных работах дает им возможность выполнять их с высокой степенью самостоятельности и эффективности, что, на наш взгляд, является весомой компенсацией отмеченного выше недостатка.

На наш взгляд, разработчикам учебных пособий по физике необходимо больше внимания уделять формированию у школьников умения интерпретировать полученные результаты и представлять их в виде таблиц, графиков, диаграмм. Если этого не делать, то можно услышать забавные диалоги между членами жюри и учащимися на конференциях и турнирах юных физиков:

– Вам не кажется, что для построения данного графика трех точек недостаточно?

– Не кажется, потому что у нас их четыре!

С одной стороны, такие ответы юных исследователей придают некий колорит серьезной обстановке интеллектуальных соревнований, с другой – свидетельствуют о том, что правильное построение графиков для многих учащихся является проблематичным. Поэтому, на наш взгляд, школьникам целесообразно еще раз напомнить

Учусь строить графики

1. Графики строят на бумаге с миллиметровой или другой сеткой. Размер сетки определяется интервалами измеряемых величин и выбранным для них масштабом (но не наоборот).

2. По оси абсцисс откладывают значение аргумента, по оси ординат – значение функции.

3. На каждой из осей приводят интервал изменения величины, в котором проводилось исследование.

4. Масштабы по каждой величине выбирают независимо друг от друга. При этом максимальным по точности для обеих осей одновременно будет наклон основной части графика под углом, близким к 45°. Если график удлинен вдоль одной из осей, то завышена точность измерений соответствующей величины. В таком случае масштаб по одной из осей несколько уменьшают, по другой – увеличивают, добиваясь наилучшего наклона кривой.

5. Шкалы на осях наносят в виде равноотстоящих чисел. Выбор этих чисел в каждом случае должен обеспечивать наибольшую простоту и удобство нанесения и чтения шкал.

6. На осях указывают обозначения и единицы величин.

7. Точки на графике наносят аккуратно остро отточенным карандашом и обводят кружочком.

8. Кривую по нанесенным точкам проводят карандашом плавно, без изломов и перегибов, располагая как можно ближе ко всем точкам, чтобы по обе стороны оказалось приблизительно равное их количество. Не следует проводить кривую через каждую точку, поскольку любая точка на графике – результат измерений, содержащих погрешности.

9. Любая особенность на графике (максимум, минимум, перегиб, излом) должна быть тщательно проверена и объяснена. Для этого на соответствующем участке графика необходимо иметь достаточное количество экспериментальных точек.

10. Каждый график подписывают. Подпись должна отражать основное содержание графика.

Необходимо также отметить недостаточное внимание авторов программ и учебников по физике к формированию умений учащихся осуществлять оценку значений величин и их погрешностей, полученных при выполнении исследований. На наш взгляд, следствием этого факта является неумение учащихся различать степень достоверности тех или иных категорий научной информации: фактов, гипотез, законов, моделей, теоретических выводов и результатов эксперимента. Школьники недостаточно осознают их значимость при изучении физики.

Следует отметить, что в ряде учебных пособий очень мало задач, формирующих у школьников умение выдвигать гипотезы. Как известно, гипотеза предполагает обязательную попытку доказательства, продумывания его хода. На наш взгляд, в VII-IXклассах необходимо использовать генетические гипотезы, направленные на выяснение причины явления, или гипотезы, направленные на установление каких-либо фактов.

Таким образом, анализ современных учебных программ и пособий по физике для VII-IXклассов для школ с 11-летним сроком обучения позволил сделать выводы о том, что они имеют определенные возможности и резервы для формирования исследовательских умений школьников. Однако в данной предметной области наблюдаются следующие недостатки:

• Из поля зрения авторов современных учебных планов, программ и пособий по физике, на наш взгляд, выпали такие важнейшие аспекты физического образования, как методология науки.

• При изложении материала авторы учебных пособий по физике сосредоточивают внимание в основном на формировании у школьников практических умений. В то же время недостаточное внимание обращается на выявление школьниками целевых установок проводимых ими наблюдений и экспериментов, обнаружение их сущности как методов научного познания, что приводит к формализму в знаниях школьников.

• Во многих учебных пособиях по физике не уделяется должного внимания процессу генерирования школьниками гипотез.

• Авторам учебных пособий по физике необходимо уделять большее внимание формированию у школьников умения представлять полученные результаты в виде таблиц, графиков, диаграмм, а также формированию у них умения интерпретировать полученные результаты.

• В должной мере не обеспечивается организация подлинно поисковой работы учащихся при выполнении лабораторных работ с использованием тетрадей на печатной основе.

Все вышеизложенное было проанализировано и послужило основанием для начала целенаправленной, систематической работы сотрудников Минского государственного областного института повышения квалификации и переподготовки кадров по формированию готовности учителей Минской области к руководству учебно-исследовательской деятельностью школьников.

Пять лет целенаправленной работы над данной проблемой дали свои положительные результаты. Они достаточно подробно изложены в публикации [5]. Отметим лишь, что проведенный нами опрос 145 участников областной научно-практической конференции школьников показал, что занятия исследовательской деятельностью для 96 % респондентов сделали учебу более интересной; более половины опрошенных после занятий исследовательской деятельностью стали лучше учиться, 86 % стали более активными, 83 % – более уверенными в себе, 88% – более самостоятельными.

Мы обнаружили ежегодное увеличение количества участников научно-практических конференций школьников в Минской области. Необходимо отметить, что до 1999 г. лишь в двух из двадцати восьми районов Минской области систематически организовывались такие конференции. Общее количество их участников в 1999 г. составило всего 25 человек. К 2004 г. количество участников районных научно-практических конференций составило 483 человека.

В школах Минской области активизировалась работа Научных обществ учащихся (только в СШ № 1 г.Дзержинска их шесть), Школ юных исследователей, региональных научно-практических конференций школьников. Эти факты также убедительно свидетельствуют о повышении интереса школьников Минской области к исследованиям.

Ученые ведущих вузов Беларуси отмечают ежегодное повышение уровня подготовки команды Минской области на республиканских научно-практических конференциях школьников. Чрезвычайно важно, что эти показатели возросли также и за счет сельских школьников.

Особая гордость Минской области – наши «международники». В 2004 г. на международных ученических конференциях по предметам естественно-научного цикла в Голландии и США были отмечены учащиеся Жодинской белорусской гимназии и СШ № 1 г. Дзержинска.

В качестве резюме

Так все-таки можно ли и нужно ли воспитывать юных исследователей в «глубинке»? Наверное, академики Н.А. Борисевич, A.M. Гончаренко, М.А. Лазарук, О.И. Тавгень, В.А. Толкачев, А.В. Русецкий согласятся с тем, что не такое это безнадежное дело, как кажется на первый взгляд. Ведь они тоже выходцы из «глубинки» Минской области!

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

2. Браверман Э.М. Обучение проведению наблюдений и экспериментов //Физика в школе. – 1988. – №5.

З. Кто есть кто в Беларуси? – Мн.: Энциклопедикс, 2001. – Т.1.

4. Образовательные стандарты по естественно-математическим и технологическим дисциплинам. – Мн.: Мин-во образования РБ. –1999.

5. Ситникова С.В., Осипенко Л.Е. Формирование готовности педагогов к руководству учебно-исследовательской деятельностью школьников // Народная асвета. – 2004. – №9. – С. 42–44.

6. Труды комиссии по вопросу об улучшениях в средней общеобразовательной школе. Вып. 1. – СПб., 1900.

7. Усова А.В. Чтобы учение стало успешным // Педагогика. – 2000. – №4. – С. 30–33.

8. Хуторской А.В. Методологические основы проектирования образования в 12-летней школе //Педагогика. – 2000. – №8. – С. 29–37.