Выбор форм и методов обучения при организации исследовательской деятельности на уроках физики

#

ВЫБОР ФОРМ И МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА УРОКАХ ФИЗИКИ

CHOOSING RESEARCH FORMS AND METHODS IN PHYSICS CLASSES

О. В. Лебедева, О. Ю. Степанова

Авторы рассматривают проектирование урока физики при организации исследовательской деятельности учащихся. Соотнесены степень самостоятельности учащихся на каждом этапе учебного процесса и ведущие методы и формы обучения.

Ключевые слова: исследовательская деятельность учащихся, учебное исследование, проектирование урока физики.

O. V. Lebedeva, O. U. Stepanova

The authors examine planning a physics lesson involving students' research work. Students' levels of independence in their work at each stage are correlated with teaching methods and forms to be used.

Keywords: students' research work, class research, planning a physics class.

В педагогических исследованиях рассматриваются различные организационные формы исследовательского обучения в школьном образовании: элективные курсы на основе исследовательских проектов (Т. В. Альникова), включение в учебный план специальных предметов (М. И. Старовиков, Е. С. Кощеева), организация конференций, конкурсов, молодежных объединений (А. В. Леонто-вич, Е. Н. Кикоть). Гораздо менее разработанной в педагогической науке остается организация исследовательской деятельности на уроке. В исследованиях отмечается, что на уроке гораздо меньше возможностей для исследовательского обучения, чем на внеурочных формах организации учебного процесса [1; 2]. С этим трудно не согласиться, но для выполнения требований государственного стандарта общего образования по физике (выпускник школы должен овладеть основами научного метода познания и экспериментальными умениями и навыками [3]) необходима организация исследований именно на уроке, так как исследования в рамках научного общества учащихся (НОУ) выполняют немногие, наиболее способные к такой деятельности школьники, факультативные занятия посещает только часть учащихся, причем наиболее мотивированная.

Существуют различные точки зрения на возможность включения учебного исследования в урок. А. Ю. Пентин считает, что «полноценное учебное исследование практически невозможно поместить в рамки традиционного урока... Однако отдельные элементы исследовательского метода на уроке отрабатывать можно» [4]. С другой стороны, существуют авторские УМК, в основе которых лежат исследования, проводимые на уроках [5]. В работах, посвященных организации учебных исследований, остается нерассмотренной проблема дидактической обоснованности включения исследовательской деятельности в урок, теоретические основания отбора содержания обучения для ее организации, сочетания форм, методов и средств обучения.

А. В. Леонтович дает определение термина «исследовательская деятельность учащихся»: «деятельность учащихся, связанная с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением. и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, нормированная, исходя из принятых в науке традиций: постановка проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы» [6, с. 13].

Исходя из взятого за основу определения исследовательской деятельности, соотнесем ее с методами и формами обучения, которыми эта деятельность будет реализована на уроке. Воспользуемся классификацией методов обучения по уровню, характеру познавательной деятельности (И. Я. Лернер, М. Н. Скаткин): объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, эвристический, проблемный, исследовательский. По определению исследовательской деятельности, ее организация исключает объяснительно-иллюстративный и репродуктивный методы (что совершенно не исключает эти методы из учебного процесса, они необходимы при определенном содержании). Многие авторы предполагают реализацию исследовательского обучения на уроке только исследовательским методом.

Для обоснованного выбора методов и форм обучения при включении исследовательской деятельности в урок предлагаем рассмотреть этапы исследования и уровень самостоятельности учащихся на каждом из них. Выделяют следующие этапы исследования:

1. Постановка исследовательской задачи.

2. Выдвижение гипотез.

3. Планирование решения задачи.

4. Реализация разработанного плана.

Ф

5. Анализ и оценка результатов, построение обобщений.

Наиболее сложным, на наш взгляд, этапом для самостоятельной работы учащихся является постановка исследовательской задачи. Умение видеть проблему, определить противоречие - это сложная задача не только для учащихся, но и для ученого. А. С. Обухов отмечает, что для учителя важно научиться «провоцировать появление вопросов и желания найти на них ответы» [7]. В. С. Лазарев определяет умение ставить исследовательские задачи как умение ставить вопросы о недостающем знании и предъявлять требования к ответам на них [8]. Если на уроке постановка исследовательской задачи все-таки остается за учителем, очень важно убедиться, что ученики приняли эту задачу, то есть, во-первых, могут сформулировать вопрос о том, что хотят узнать, во-вторых, определить требования к результату изучения объекта.

Следующий этап - выдвижение гипотез, что является одним из главных исследовательских умений. Это умение, как и любое другое, необходимо формировать в ходе самой деятельности, поэтому сначала следует выработать с учащимися требования к результату действия (гипотеза должна быть обоснованной и проверяемой). Очень удобна работа в группах - каждая группа предлагает рабочую гипотезу (гипотезы) на общее обсуждение и обосновывает их. В некоторых случаях этот этап также может быть осуществлен учителем.

Разработка плана решения исследовательской задачи - одно из исследовательских действий, которые составляют операциональную сторону исследовательской деятельности. Сначала необходимо научить школьников определять последовательность действий, которые позволят проверить гипотезу и найти решение поставленной задачи. На наш взгляд, в этом случае оптимальным методом обучения является эвристическая беседа. Учитель, формулируя вопросы, наводит учащихся на соответствующую поставленной задаче последовательность действий. При этом он не отвергает ошибочные предложения, а подводит учеников к пониманию ошибок. «Если нас как исследователей интересует ... (формулируется гипотеза, предложенная ранее), с чего нужно начать исследование?» Выдвинутые предложения обсуждаются фронтально, затем следует вопрос о следующем шаге и т. д. В дальнейшем, в зависимости от сложности и новизны задачи, следует использовать работу в группах, с обязательным фронтальным обсуждением выдвинутых разными группами вариантов решений. При таком обсуждении учащиеся поочередно выступают как в роли разработчиков, так и в роли экспертов.

Следующий этап - воплощение разработанных планов - лучше всего осуществляется в процессе групповой (парной) работы. В некоторых случаях основой познавательной деятельности учащихся на этом этапе может быть и демонстрационный эксперимент. Например, на уроке в 8-м классе исследовательской задачей является определение зависимости между силой тока и напряжением на участке цепи. Выработав план эксперимента (либо фронтально, либо в группах), сам эксперимент осуществляет учитель (лаборант) на демонстрационном оборудовании.

Полученные результаты учащиеся могут обсудить в группах и определить вид зависимости путем построения графика и т. д.

В любом случае последний этап - обсуждение полученных результатов, формулировка выводов, построение обобщений - должен быть проведен под руководством учителя.

В зависимости от дидактической ситуации урока исследовательская деятельность на нем может осуществляться на разных уровнях и реализуется различными методами обучения. Рассмотрим возможные варианты организации исследовательской деятельности на уроке в зависимости от содержания обучения и основной дидактической цели урока. Соотношение самостоятельной работы и деятельности под руководством учителя отражается в выборе ведущего метода обучения.

Выбор уровня исследовательской деятельности определяет учитель в соответствии с определенной дидактической ситуацией. В первую очередь, это анализ содержания обучения. Полный цикл, полный набор исследовательских действий учащихся не может быть реализован всегда, при любом содержании, независимо от контекста [9]. Для учебного предмета «физика», в максимальной степени из всех школьных предметов близкого базовой науке, принципиально важно положение изучаемого элемента содержания в структуре теории (эмпирическое основание, теоретическое ядро, выводы и следствия), отвечающей обшей закономерности чередования уроков в теме. В этой последовательности уроков, по мере усвоения учащимися научных основ содержания и сформированности предметных умений, возрастает доля их самостоятельной исследовательской работы и уменьшается прямое руководство ею со стороны учителя, как представлено в таблице.

При экспериментальном получении принципиально новых фактов, положений теории, учащийся не может планировать эксперимент, он просто не подозревает о необходимости проведения тех или иных действий в новой для него познавательной области. Типичным примером из курса физики средней школы является обнаружение и исследование явления электромагнитной индукции, и установление соответствующего закона. Если просто дать учащимся катушки, источник, магнит и гальванометр, то нужно обладать гением Фарадея, чтобы открыть и сформулировать, то, что от них требуется. Поэтому в подобных ситуациях план исследования, мотивационную основу деятельности предлагает учитель, задача же учеников - предложить свой вариант, способ изменения магнитного потока, обобщить увиденное, сформулировать закон (вначале неизбежно неполно и неточно) и т. д. Поскольку материал представляет для школьников субъективную новизну, на этом этапе возможно сочетание элементов исследовательской деятельности учащихся с руководством учителя при обобщении ее результатов и формулировании законов, что соответствует первому уровню и проблемному методу обучения согласно таблице.

На этапе применений знаний и формирования умений, получения эмпирических законов учащиеся участву-

Таблица

Сопоставление уровней исследовательской деятельности и методов обучения

Содержание учебного материала и цели обучения Этапы исследования Под рук-вом учителя Самостоя-тельноно Метод обучения

I. Переход в новую понятийную область 1 Постановка исследовательской задачи + Проблемный

2 Выдвижение гипотез +

3 Планирование решения задачи +

4 Реализация разработанного плана +

5 Анализ и оценка результатов, построение обобщений +

II. Получение эмпирических законов, применение теории 1 Постановка исследовательской задачи + Эвристический

2 Выдвижение гипотез +

3 Планирование решения задачи +

4 Реализация разработанного плана +

5 Анализ и оценка результатов, построение обобщений +

III. Формирование новых способов деятельности, применение теории 1 Постановка исследовательской задачи + Исследовательский

2 Выдвижение гипотез +

3 Планирование решения задачи +

4 Реализация разработанного плана +

5 Анализ и оценка результатов, построение обобщений +

IV. Перенос знаний и умений в новую ситуацию 1 Постановка исследовательской задачи + Исследовательский

2 Выдвижение гипотез +

3 Планирование решения задачи +

4 Реализация разработанного плана +

5 Анализ и оценка результатов, построение обобщений +

ют в составлении плана проверки выдвинутых гипотез, его практической реализации в виде экспериментальной деятельности, что соответствует в целом эвристическому методу поэтапного исследования.

Для иллюстрации этапа получения эмпирических законов опишем урок изучения закона равновесия рычага. Учителем ставится вопрос: можно ли груз 3 Н уравновесить грузом 1 Н? Учащиеся, на основании ранее полученных знаний, могут дать только отрицательный ответ. Когда же кто-то выскажет идею рычага (в крайнем случае, это будет учитель), на демонстрационной установке ставится соответствующий опыт, наблюдается равновесие, замечаются значения плеч и выдвигается гипотеза: на рычаге можно уравновесить две любые две силы при соответствующих значениях плеч. В ходе коллективного обсуждения разрабатывается план экспериментального исследования, в группах или парах проводится сама работа с неизвестным, вообще говоря, для учащихся результатом, коллективно подводится итог, формулируется закон равновесия рычага.

В дальнейшем можно переходить к собственно исследовательским методам обучения, передавая учащим-

ся функции выдвижения гипотез, а затем и саму постановку исследовательской задачи. Однако возможность применения такого варианта исследовательского метода обучения следует убедительно обосновать и подкрепить предметными знаниями и учебными умениями учащихся, в противном случае идея исследовательского обучения может быть дискредитирована. Apriori таких учебных задач весьма ограниченное количество, выполнение каждой из них должно быть тщательно подготовлено учителем. Например, чтобы реализовать в виде полноценной исследовательской работы потенциально пригодную для этого задачу экспериментального определения сопротивления проводника по закону Ома, следует:

1) обеспечить знание самого закона;

2) сформировать экспериментальные умения измерения силы тока и напряжения;

3) обеспечить возможность самостоятельного выдвижения учащимися гипотезы и плана работы, для чего они должны дома решить соответствующую расчетную задачу, причем данные предложить в виде изображения схемы с показаниями стрелочных приборов;

4) на этапе актуализации опорных знаний урока проведения исследовательской работы решить эту задачу на доске, оставив схему и расчеты на все время работы учащихся;

5) раздать учащимся сопротивления неизвестных номиналов, предложив самим выбрать необходимые приборы, собрать схемы, провести измерения и расчеты;

6) осуществлять оперативную поддержку, так как, скорее всего, некоторые учащиеся не смогут самостоятельно выполнить всю работу, особенно ее первые этапы, составляющие суть исследовательской деятельности (гипотеза и план работы); учитывать меру самостоятельности учащихся при подведении итогов и выставлении оценок.

Поскольку далеко не все учащиеся в реальном классе обладают достаточным уровнем развития и обученности для организации исследовательского варианта учебного процесса, на наш взгляд, наиболее эффективно при организации исследования на уроке сочетание фронтальной и групповых форм организации. Рассмотрим чередование форм организации учащихся на уроке в 9-м классе при изучении периода колебаний нитяного маятника:

- ставится задача установить зависимость периода колебаний и выдвигаются гипотезы, от чего период может зависеть;

- идет фронтальное обсуждение, выдвигаются способы проверки гипотез;

- в группах учащиеся планируют эксперимент, который позволил бы им обнаружить связь величин и характер этой зависимости;

- фронтальное обсуждение представленной каждой группой плана эксперимента (сравниваем с требованиями к эксперименту - позволяет ли он достичь цели, не влияют ли какие-то другие факторы, какие будут погрешности);

- снова работа в группах: если первоначально предложенный план не удовлетворяет требованиям к результату, идет его корректировка и выполнение спланированного эксперимента;

- фронтальное обсуждение полученных в эксперименте результатов, подведение итогов.

При организации групповой работы могут быть предложены различные способы конструирования групп. Группы могут быть как однородные (гомогенные), так и разнородные (гетерогенные), причем деление возможно по разным основаниям. Чаще всего основанием для деления на группы являются результаты диагностики учебного процесса (успеваемость), соответственно могут быть сформированы однородные группы учеников, способных обучаться соответственно на репродуктивном, реконструктивном и творческом уровне, либо разнородные группы, в которые входят и «сильные», и «слабые» ученики (как в приведенном выше примере). При делении на однородные группы, очевидно, необходимо дифференцировать задания для разных групп, поскольку выполнять работу они будут с различной степенью самостоятельности.

Говоря об организации исследования на уроке в группах, следует обсудить возможность коллективно распреде-

ленной деятельности, кооперативно-групповой формы организации. В группах могут выполняться отдельные части общего исследования, затем результаты каждой группы фронтально обсуждаются и объединяются.

Вернемся к изучению периода колебаний нитяного маятника. Учащиеся могут выдвинуть гипотезы о зависимости периода от длины нити, массы груза, амплитуды колебаний, ускорения свободного падения. Каждая группа вырабатывает план эксперимента, позволяющего проверить одну из гипотез, проводит эксперимент, обрабатывает результаты. Далее следуют представления результатов, полученных группами, всему классу, экспертиза со стороны других групп и учителя, общий вывод. Аналогично может быть организовано изучение зависимости периода колебаний пружинного маятника от его параметров, зависимости для силы трения скольжения, выталкивающей силы и др.

Таким образом, понятие исследовательской деятельности учащихся следует детализировать, соотнеся уровень его реально возможной самостоятельности с местом урока в теме. После этого становится возможным определить соответствующие каждому этапу учебного процесса методы и формы обучения для организации реальной исследовательской деятельности учащихся.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Альникова Т. В. Формирование проектно-иссле-довательской компетенции учащихся на элективных курсах по физике: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - Томск, 2007.

2. Кикоть Е. Н. Теоретические основы развития исследовательской деятельности учащихся в учебном комплексе «лицей-вуз»: Автореф. дис. ... д-ра пед. наук. - Калининград, 2002.

3. Сборник нормативных документов: Физика / Сост. Э. Д. Днепров, А. Г. Аркадьев. - М.: Дрофа, 2007.

4. Пентин А. Ю. Учебное исследование и что им не является / Лицейское и гимназическое образование - 2002. - № 10.

5. Разумовский В. Г., Орлов В. А., Дик Ю. И., Никифоров Г. Г. Физика: Учеб. для уч-ся 7 кл. обще-образоват. учреждений - М.: ВЛАДОС, 2004.

6. Леонтович И. В. Об основных понятиях концепции развития исследовательской и проектной деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. - 2003. - № 4.

7. Обухов А. С. Исследовательская позиция и исследовательская деятельность: что и как развивать // Исследовательская деятельность школьников. - 2003. - № 4.

8. Лазарев В. С. Рекомендации по развитию исследовательских умений учащихся. - М., 2007.

9. Гребенев И. В. Дидактика физики как основа конструирования учебного процесса: Моногр. -Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2005.