Исследовательская деятельность учащихся по физике с использованием информационных технологий в условиях реализации ФГОС
статья по физике (9, 10, 11 класс)

Исследовательская деятельность учащихся по физике  с использованием информационных технологий в условиях реализации ФГОС.

Информационные технологии, основная цель которых- личностный рост и развитие творческого потенциала учащихся, есть совокупность личностно-ориентированных технологий, применяемых в организации деятельности школьников на уроках в зависимости от задач и целей обучения.

Исследование таких технологий дает возможность осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность, формировать информационную культуру, умение обрабатывать информацию, готовить учащихся к будущей профессии.

    Одним из способов развития личности являются учебные исследования. Прочные знания необходимы, но важно, чтобы эти знания не стали самоцелью, чтобы они превратились в способ развития личности, создали условия для совершенствования способностей.

   Учебные исследования как способ развития личности важны для формирования позитивной мотивации изучения физики, для развития интереса к предмету и формирования исследовательских навыков и практической компетенции учащихся,  с этой целью использую долгосрочные научные проекты  в работе с детьми. Наличие современного оборудования, чувствительных датчиков, милли- и микро- приборов  (A,V,W ), лабораторий  позволяет резко расширить диапазон исследований в разных разделах физики.

Учащимся предлагаю перечень тем научных работ, обсуждаем методику их выполнения, и даю возможность выбрать одну из тем для работы. Часто ученики сами предлагают темы исследований, которые их заинтересовали. Каждая тема содержит краткое описание проблемы, практическое задание и список литературы ( или других источников информации). Этих данных достаточно для погружения в тему  и возникновения интереса к ней.

Структура любой работы должна выглядеть следующим образом:

1. Постановка задачи
2. Обзор литературы по данной теме (для чего? Что сделано? Должна быть научная новизна – посмотреть в Интернете, что есть по данному вопросу)
3. Проведение самих исследований ( эксперимент, теории)
4. Обработка результатов (оценка точности данных). Если нет погрешности – это не работа. Как оценивались погрешности?
5. Представление результатов.
6. Выступление.

  Методы проведения эксперимента разрабатывается самими учащимися и под руководством учителя. Обсуждается необходимое оборудование, техника проведения эксперимента, расчеты, выводы. При необходимости предлагаю изменить технологию эксперимента или провести параллельно дополнительное исследование, оказываю помощь в обработке полученных данных – помощь консультативная.

 От выбора темы, а зачастую, от наличия оборудования, в значительной мере зависит эффективность и успех научной работы учащихся.

При этом неотъемлемыми условиями подбора тем научных работ, я считаю, должны быть:

а) обязательное наличие в работе учащихся элементов творчества и их собственных научных исследований. Работа не должна быть репродуктивной или скопированной из Интернета;

б) тема работы должна быть очень интересной, а ее результаты должны иметь практическое значение, которое демонстрируется во время защиты работы ( выбор тем экспериментального характера, изготовление приборов и оборудования, разработка и постановка эксперимента);

в) темы должны опираться на уже изученный материал или тот, который будет изучаться, но допускается опережающее освоение необходимого материала для работы ( под руководством учителя)

г) работа должна иметь достаточный объем ( должна быть развернутой);

д) работа должна предоставлять возможность для защиты на разных конкурсах работ по физике.

  Не всегда удается достигнуть намеченных результатов ( целей) по разного рода причинам – недостаток оборудования, времени, не совсем точный результат ( расплывчатость работы ) или вовсе результаты исследования отрицательны, уровень работы не соответствует критериям представления работы на конкурс.

    Обязательно нужно учитывать и возраст ( класс) детей, принимающих участие в исследовательской работе. Работы учеников 7-9 классов можно и нужно демонстрировать в классах, на уроках для популяризации предмета. Работы учеников 10-11 классов позволяют проводить более серьезные исследования, которые можно представить на конкурс.

 Совсем не обязательно заниматься исследовательской деятельностью после уроков. Часто исследовательские работы предлагаю учащимся в виде домашнего задания, что способствует развитию у них таких умений и навыков:

• Интеллектуальных ( умение сравнивать, выделять главное, обобщать, исследовать и оформлять результаты эксперимента),
• Предметных ( умение соединять теорию с практикой, применять физические знания для анализа явлений, обеспечивать понимание принципа действия приборов и устройств, овладевать инструментальными методами исследования как в процессе постановки физических опытов, так и при эксплуатации и ремонте многочисленных объектов бытовой техники),
• Организационно-познавательных ( умение определять функциональное назначение прибора или инструмента, соблюдать правила эксплуатации и ТБ при работе с техническими объектами),
• Трудовых ( навыки овладения ручным инструментом при подготовке опытов)

   Если уже говорить о самостоятельной исследовательской деятельности, то можно предложить учащимся задание по исследованию на уроке с обязательными последующими выводами работы – например, при выполнении л/р в 8 классе « Сборка электрической цепи и измерение силы тока на ее участках » - пусть сами включают амперметр в различные участки и сделают вывод. А ведь самая большая проблема у детей практически во всех лабораторных работах6 « А что писать в выводе?» Или предложить им в л/р 9 класса «Исследование зависимости периода и частоты колебаний математического маятника от его длины» исследовать эту зависимость не только от длины маятника, но и от массы и амплитуды колебаний.

Многое можно предложить ученикам сделать дома.

 Система домашних экспериментальных заданий нацелена на решение ряда проблем:

• Физическое осмысление опыта;
• Раскрытие функциональных зависимостей в физических законах и закономерностях, путем измерения физических величин;
• Осознание возможности управления физическими процессами с помощью объектов бытовой техники;
• Измерение параметров реальных технических устройств не только бытового назначения и проведение расчетов
• Актуализация технических и технологических знаний
• Осознание и понимание физических явлений и законов и др.

Приведу примеры заданий для самостоятельного ( домашний эксперимент) выполнения:

• Кипение (видеосъемка, объяснение)
• Расчет стоимости электроэнергии за время выполнения домашних заданий
• Определение собственного давления на пол, стоя на одной ноге.
• Определение собственной мощности (при ходьбе, езде на велосипеде, подъеме на какой-то этаж)
• Определение центра тяжести любого элемента домашнего инвентаря ( терки, совка, большой ложки и т.д.)
• Определение жесткости пружины безмена.
• Определение удельной теплоемкости картофелины (яйца, и др)
• Определение максимальной скорости мяча при бросании в горизонтальном направлении.
• Зависимость дальности полета мяча от угла бросания.
• Определение периода движения, линейной и угловой скорости, центростремительного ускорения при движении на «гигантских шагах»
• Зависимость индуктивности катушки от геометрических параметров и рода материала катушки и провода.

    Работать учащиеся могут даже в группах. При необходимости можно взять некоторые приборы из кабинета – термометр, милли- и микроамперметры, вольтметры. Батарейки есть у всех. Ведь не весь же класс работает…

   После проверки и доработки каждого задания проводится конференция ( часть урока), где читаются краткие доклады ( презентации ), обсуждаются полученные результаты и их практическое применение.

 Не всегда исследовательская деятельность носит экспериментальный характер. Есть работы теоретические – не связанные непосредственно с самим экспериментом. Это работы по астрономии. Например,  в прошлом учебном году была представлена работа на тему «Астероидная опасность». В этом году ребят очень заинтересовал вопрос колонизации Марса.

   Некоторые работы связаны с огромным количеством опросов, анкет, анализом полученных данных – на основе которых делаются выводы – подтверждающие или опровергающие наши стереотипы ( « IQ и цвет волос. Блондинки…», «Левши…», «Очкарики-ботаники…»)

   Есть работы, требующие поиска, обработки огромного количества материала, например, «Вклад российских ученых в победу в ВОВ».

    Иногда учащиеся выбирают тему исследований ( проектов), не входящих в программу изучения физики в школе, я опять имею в виду астрономию. Отказать в этом ученику нельзя – если есть желание изучить данный вопрос – пожалуйста. Но дети повзрослели. Багаж знаний возрос. Оптимизм поубавился. Учитывая уровень технического и научного потенциала землян, развитие нанотехнологий, робототехники, программного обеспечения и т.д. и т.п ребята «прогнозируют» ход событий на ближайшие 100-200 лет. Это их право, их выбор, их видение проблемы, решать которую все равно прндётся если не им, то их детям, внукам и правнукам. И что самое главное – это они понимают… Но работа всегда носит реферативный характер – в конечном итоге – презентация на эту тему. Но и такие работы нужно поощрять, поддерживать, помогать, направлять.

  Защиты работ проводятся на конференциях. Если защита проходит в классе, на уровне школы – то проводим ее аналогично защите дипломных работ ВУЗов, что позволяет учащимся чувствовать себя уверенней, не «теряться» при общественных слушаниях, готовит их к обучению в высших учебных заведениях.

Список работ, выполненных учащимися:

1. Исследование удельной теплоемкости вещества от агрегатного состояния.
2. Конструирование и сборка УКВ-тюнера.
3. Расчет, сборка цветомузыкальной установки для проведения школьных вечеров.
4. Определение спектральных границ чувствительности человеческого глаза.
5. Исследование зависимости мощности излучения нити лампы накаливания от температуры.
6. Акустический туман.
7. История развития средств связи. Работа переросла в театрализованный урок.

Часть работ будет переделана на более серьезном оборудовании, с применением чувствительных датчиков, видеосъемки, обработки полученных данных с применением специальных программ, расширяющих возможности расчетов, построения разного рода зависимостей и т.д. ( многие школы приобрели новое лабораторное оборудование, которое тоже надо осваивать, использовать, а не складывать в подсобках и показывать как достижение научного прогресса)

Темы работ могут быть исследовательские ( экспериментальные), теоретические, вычислительные ( вводя новые параметры – отслеживать поведение тела или системы ).

Примерные темы работ, которые учащиеся предложили:

• Определение показателя преломления крыльев насекомых.
• Определение разрешающей способности глаза.
• Определение пробы золотых украшений.
• Исследование коэффициентов поверхностного натяжения воды-дистиллированной, кипяченой, водопроводной, отстойной, минеральной.
• Определение влаги в хлебобулочных изделиях.
• Колонизация Марса.
• Физики и атеизм.

При выполнении работы основываемся на работу ДФМН зав. Кафедрой методики обучения физики проф. Ляпцева А.В

 И в заключнии