Исследование, как элемент урока по физике
учебно-методический материал по физике (7, 8, 9, 10, 11 класс)

Использование технологии исследовательской деятельности

 на уроках физики в условиях ФГОС СОО.

        Задача современной школы воспитать у учащихся исследовательскую установку по отношению к жизни. Возникают вопросы: как создать образовательную среду, которая будет способствовать развитию у детей исследовательского отношения к миру и к себе, становлению исследовательской позиции?

Современные  школьники имеют особо благоприятные внутренние предпосылки для развития исследовательского отношения к миру.

 Потребность в исследовательском поиске обусловлена биологически: ребёнок рождается исследователем. Черты детского поведения: любознательность, жажда новых впечатлений, стремление экспериментировать, самостоятельно искать новые сведения о мире.

Исследовательское обучение

Внутреннее стремление к познанию через исследование порождает исследовательское поведение и создает условия для исследовательского обучения, главная цель которого – формирование у учащихся способности самостоятельно, творчески осваивать и перестраивать новые способы деятельности в любой сфере человеческой культуры.

Что значит термин «исследование»?

Это процесс выработки новых знаний, один из видов познавательной деятельности человека, поиск неизвестного. Он не предполагает создания заранее планируемого объекта, даже его модели или прототипа (в этом – отличие исследования от проектирования, понимаемого как решение определённой, ясно осознаваемой задачи).

Исследование – это бескорыстный поиск истины; что важно для развития творческих способностей  (Александр Ильич Савенков).

Исследовательская деятельность должна быть более свободной, чем проектирование, и практически не регламентированной внешними установками (можно выдвигать самые смелые идеи); она более гибкая, в ней больше места для импровизации.

Исследовательские знания, умения, навыки

Специальные исследовательские знания - это специфические знания о проведении исследований и действии механизмов исследовательского поиска

Общие исследовательские умения и навыки

•          умение видеть проблемы
•         умение задавать вопросы
•          умение выдвигать гипотезы
•         умение давать определение понятиям
•         умение классифицировать
•         умения и навыки наблюдения
•         умения и навыки проведения экспериментов
•         умение делать выводы и умозаключения
•         умения и навыки структурирования материала
•         умения и навыки работы с текстом
•         умение доказывать и защищать свои идеи

Урок-исследование

На разных этапах урока-исследования, который включает как индивидуальную, так и групповую формы работы, дети учатся:

•  задавать исследовательские вопросы
•  формулировать проблемы
•  выдвигать гипотезы
•  составлять план работы
•  вести наблюдения
•  планировать и проводить опыты для нахождения необходимой информации и проверки гипотез
•  выделять существенную информацию из разных источников (книги, энциклопедии, рисунки, схемы, модели и др.)
•  систематизировать информацию
•  представлять результаты работы в разных формах (устное и письменное сообщение, рисунок, таблица и др.)

Развитие умения видеть проблемы

Умение видеть проблемы – интегральное свойство, характеризующее мышление человека. Задания:

 1) «Посмотрите на мир чужими глазами»: предложить детям продолжить рассказ, посмотрев на события, явления, с разных точек зрения.

 2) «Составьте рассказ от имени другого персонажа» (рассказ от имени разных людей, живых существ и даже неживых объектов).

3) «Составьте рассказ, используя данную концовку» (оценивается логичность и оригинальность изложения).

4) «Сколько значений у предмета?» (найти как можно больше вариантов нетрадиционного, но при этом реального использования предмета; ребёнок учится открывать в обыденном новые, неожиданные возможности).

5) «Назовите как можно больше признаков предмета» (выигрывает тот, кто выделит и напишет в тетради как можно больше признаков этого предмета).

6) Наблюдение как способ выявления проблем (Почему играют котята, щенки, медвежата? Почему светит солнце? и др.)

7) Наблюдение очевидного.

8) «Тема одна – сюжетов много» (детям предлагается нарисовать, придумать, написать как можно больше сюжетов на одну и ту же тему).

9) «Увидеть в другом свете» (одни и те же предметы при разном освещении выглядят и воспринимаются по-разному).

Развитие умения выдвигать гипотезы

Новое знание впервые осознаётся исследователем в форме гипотезы – необходимого и кульминационного момента мыслительного процесса. Гипотезы рождаются и в результате логических рассуждений, и в итоге интуитивного мышления.

        Способы проверки гипотез делят на теоретические (предполагают опору на логику и анализ других теорий) и эмпирические (предполагают наблюдения и эксперименты).

        Построение гипотез – основа исследовательского, творческого мышления.

Задания:

        1) «Давайте вместе подумаем»: Почему дует ветер? Почему бывают день и ночь? и др.

        2) «Найдите возможную причину события» (помогает научиться выдвигать гипотезы).

        3) «Что  бы произошло, если бы…» (надо придумать как можно больше гипотез и провокационных идей, объясняющих, что  бы случилось в результате).

        4) Обсуждение наиболее известных гипотез, часто обсуждаемых в научном мире, популярных книгах, СМИ.

Важно научиться вырабатывать гипотезы по принципу «чем больше, тем лучше» (А.И. Савенков); можно выдвигать самые фантастические гипотезы и даже «провокационные идеи». Ценность предположений в том, что они заставляют нас выйти за рамки обыденных представлений, погрузиться в стихию мысленной игры, риска, сделать то, без чего движение в неизведанное невозможно.

Развитие умений задавать вопросы

Вопрос направляет мышление ребёнка на поиск ответа, пробуждая потребность в познании, приобщая к умственному труду. Задания:

        1) «Какие вопросы помогут тебе узнать новое о предмете, лежащем на столе?».

        2) «Вопросы и ответы».

        3) «Найдите загаданное слово» (можно проводить в разных вариантах; обязательное правило: в вопросе должна быть невидимая явно связь).

        4) «Найдите причину событий с помощью вопросов».

Развитие умений наблюдать

Наблюдение – вид восприятия, характеризующийся целенаправленностью, выражающейся в ясно осознаваемой познавательной задаче. В ходе наблюдения могут использоваться различные приборы и приспособления.

Наблюдение – акт интеллектуальный, а не перцептивный. Наблюдательность – сплав внимательности и мышления.

Ребёнок анализирует объект, сравнивает, оценивает, находит общее с другими.  Умение наблюдать связано с умением видеть проблемы.

Упражнения на развитие внимания и наблюдательности:

1) «Парные картинки, содержащие различия» (найдите два одинаковых изображения; два одинаковых квадрата; найдите, какие предметы изображены на рисунке и т.д.).

2) «Найдите ошибки художника» (задания с намеренно сделанными ошибками; формируется умение наблюдать и анализировать зрительные образы).

3) «Найдите силуэт изображённого предмета».

4) «Учимся наблюдать» (понаблюдайте за поведением людей и дорисуйте на схемах, какие причёски, глаза, брови, ресницы, бороды, бакенбарды, имеют разные люди. Понаблюдайте, чем похожи и чем отличаются предметы друг от друга).

5) «Рассмотрите рисунок и обратите внимание на изображённые ладони» (на каждой из представленных ладоней показаны места соприкосновения руки с одним из предметов, нарисованных внутри. Нужно определить, какой предмет какая рука держала).

Развитие умений и навыков экспериментирования

Эксперимент – метод познания, при помощи которого в строго контролируемых и управляемых условиях исследуется явление природы или общества.

Эксперимент предполагает воздействие человека на объект и предмет исследования, которое может проходить в лабораторных и естественных условиях. Предполагается проведение практических действий с целью проверки и сравнения.

Но эксперименты бывают и мысленные (их можно проводить только в уме). В ходе мысленных экспериментов исследователь мысленно представляет себе каждый шаг своего воображаемого  действия с объектом и яснее может увидеть результаты этих действий.

Задачи, которые можно решить в ходе мысленных экспериментов (предложил английский психолог, специалист в области обучения одарённых детей Джоан Фримен):

• Что можно сделать из куска бумаги?
• Что будет, если все станут выше ростом?
• Что нужно для того, чтобы накормить всё человечество?

                Задачи из практики американских образовательных учреждений, работающих с одарёнными детьми:

•         На какое животное похоже темнеющее перед грозой небо? Почему?
•         Почему металлическую пружину можно сравнить с надеждой?
•         Айсберг напоминает глобальную идею потому, что…
•         Если бы озеро было столом, чем были бы лодки?

        Эти задачи могут решать дети разного возраста, уровень требуемых ответов будет разным.

Сложная ситуация для мысленного эксперимента в области психологии. Детям предлагается неоконченный рассказ.

«Ребята играли в футбол во дворе. Дима хотел забить мяч в ворота, но удар не получился, мяч сорвался с ноги и попал в окно квартиры на первом этаже. Окно разбилось…»

Представьте, что вы полицейский, идущий мимо. Что вы скажете мальчику, разбившему окно? А что бы вы сказали, если бы были его другом? Его братом или сестрой? Родителями? Бабушкой?

Эксперименты с реальными объектами

1. Определяем плавучесть предметов.
2.  Как вода исчезает.
3. Эксперименты с лучом света.
4. Измерение объёма капли.
5. Эксперименты с магнитом и металлами.
6. Эксперимент с отражением света.
7. Эксперименты по смешиванию красок.
8. Эксперименты с домашними животными.

Исследовательский поиск

1) Выбор темы исследования. Темы могут быть теоретическими, экспериментальными, фантастическими.

2) Цель и задачи исследования (цель указывает общее направление движения, задачи описывают основные шаги).

3) Гипотеза исследования (гипотезы начинаются словами предположим, допустим, возможно, что, если…).

4) Организация исследования: составить план работы. Воспользоваться методами, которые помогут проверить гипотезу(ы): подумать самостоятельно, посмотреть книги о том, что исследуешь, спросить у других людей, познакомиться с кино- и телефильмами по теме исследования, обратиться к компьютеру, посмотреть в сети Интернет, понаблюдать, провести эксперимент.

 5) Подготовка к защите исследовательской работы

Исследование на уроках разных предметных областей

Исследование проводится в несколько этапов по определённому плану.

 Подготовительный  этап

• выбор темы
• формулирование цели и задач исследования
• составление плана исследования

Основной этап

•          сбор материала
•         обобщение полученных данных

Заключительный этап

• представление
• обмен мнениями

Урок-исследование  (этапы методики исследования)

• Мотивация (создание проблемной ситуации)
• Исследование (может быть в малых группах) – это поиск решения; у каждой группы – свой материал для исследования
• Обмен информацией (учитель обеспечивает условия для свободного обмена мнениями)
• Организация информации – это этап классификации
• Связывание информации
• Подведение итогов, рефлексия
• Постановка новых вопросов
• Применение

Способы создания мотивации на уроке-исследовании

1. Приём ключевых слов (универсальный приём); основан на рефлексии учащимися того, что ими уже изучено по той или иной теме или проблеме, и стимулировании постановки вопросов о том, что они ещё об этом не знают.

Стимульный материал – ключевые слова для вопросов.

Чтобы младшие школьники пользовались ключевыми словами-подсказками, нужно научить их задавать исследовательские вопросы, с помощью которых может быть наиболее полно изучен предмет исследования.

2. Приём загадки

Стимульный материал – реальные объекты, рисунки, схемы, символы, высказывания, отрывки из текста, фильма, музыкального произведения и т.п., интерпретация которых характеризуется той или иной степенью неопределённости.

Самым важным является гипотетическая связь между стимульным материалом (его интерпретацией) и той гипотезой, которая должна возникнуть у учащихся. Вопросы учителя могут быть прямыми и косвенными.

3. Выполнимое / невыполнимое действие

Стимульный материал – задание с ловушкой: требование выполнить действие, которое субъективно воспринимается как выполнимое, а объективно является невыполнимым. Ученик воспринимает предложенное задание как лёгкое и выполнимое. В процессе выполнения зарождается сомнение или обнаруживается невозможность его осуществления. Этот способ обеспечивает возникновение очень сильной потребности в познании того нового, что необходимо узнать детям.

4. Погружение в проблему – наиболее сложный способ для применения в начальной школе.

Предполагает высокий уровень личностной включённости ученика в решение проблемы.

Стимульный материал – авторские (оригинальные) высказывания, точки зрения людей, задания с требованием занять чью-то позицию, выполнить какие-то действия, высказать суждение с заданной точки зрения.

Важно, чтобы темы предлагаемых высказываний были доступны детям, актуальны для них.

Исследования обучающихся

В  исследованиях конечный продукт – текст.  Авторы представляют свои исследования в  виде докладов и презентаций.

Текст исследовательской работы, подготовленный на конкурс, конференцию, должен содержать:

• титульный лист;
• содержание с указанием названий частей и страниц;
• введение;
• краткий обзор научно-популярной, учебно-научной литературы – теоретическое основание исследования;
• основная, исследовательская часть;
• выводы;
• список литературы;
• приложения.