Технология организации исследовательской деятельности
статья по математике на тему

Технология организации исследовательской деятельности

Знание только тогда знание, когда оно приобретено усилиями своей мысли, а не памятью.

Л. Н. Толстой.

 Деятельность, а не просто совокупность неких знаний определена Стандартом как главная ценность обучения. Исследовательская деятельность является уникальным инструментом развития личности обучающихся, действенным фактором образовательного процесса, способствующим развитию педагога и ребенка, формирующим высокий уровень общественной культуры и образования.

В основе самостоятельной творческой деятельности находится исследование.

По мнению М. В. Кларина, «это обучение, в котором учащийся ставится в ситуации, когда он сам овладевает понятиями и подходом к решению проблем в процессе познания, в большей или меньшей степени организованного (направляемого) учителем»1. При этом в качестве содержания образования выступают не только учебные знания, но и способы исследовательской деятельности.

1 Кларин, М. В. Инновационные модели обучения в зарубежных педагогических поисках / М. В. Кларин. М., 1994. С. 84.

Учебно-исследовательская деятельность учащихся — это решение ими творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным результатом, имеющей целью построение учеником субъективно нового знания.

Базисом исследовательской компетенции служат исследовательские способности (умения), которые проявляются в исследовательском поведении учащихся: видеть проблемы, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить опыты, делать выводы, структурировать материал, объяснять, доказывать и защищать свои идеи. В процессе осуществления исследовательской деятельности учащиеся создают новые для себя образовательные продукты (гипотезы, методы, средства, выводы) и посредством этого развивают свои творческие способности. Это повышает успешность человека в образовании и профессиональной деятельности, поскольку именно творческая личность, как отмечает Д. Б. Богоявленская, является более конкурентоспособной.

Исследовательская деятельность является деятельностью интеллектуально-творческой, поскольку в процессе ее осуществления субъект выдвигает новые идеи, создает новые знания, новые способы деятельности.

Основы репродуктивной и исследовательской деятельности можно изобразить схематически.

Исследовательская деятельность учащихся организуется на основе ряда принципов, которые предопределяют содержание, методы работы учащихся и характер управляющей деятельности учителя. Принцип, как известно, — это руководящая идея, основное правило, требование к деятельности. При организации исследовательской деятельности учащихся важно руководствоваться, во-первых, общепринятыми принципами научной деятельности:наблюдаемости, простоты, соответствия и системности; во-вторых, специфическими педагогическими принципами.

Принцип соответствия методам естественно-научного исследования. Учебные исследования учащихся принципиально отличаются от научных исследований: по степени новизны, по используемой аппаратуре, по сложности, по допускаемым погрешностям в измерениях и т.п. Однако, важно, чтобы учащиеся в своих исследованиях проходили все стадии, которые характерны для «взрослых» исследований: осознание проблемы, определение цели исследования и его задач, формулировка гипотезы и построение модели, определение методики исследования, его проведение, фиксация, обработка и интерпретация результатов, формулировка выводов. Прохождение учениками указанных стадий познавательной деятельности формирует исследовательский стиль мышления и соответствующие умения.

Принцип поуровневого подхода к выполнению учащимися исследовательских заданий. Имеющийся у школьников уровень владения исследовательскими процедурами весьма различается. Поэтому важно предоставить им возможность выбора уровня самостоятельности в исполнении исследовательских процедур. А. Леви выделил три таких уровня в выполнении учениками экспериментальных исследований:

1-й уровень. Учащиеся знакомятся с постановкой проблемы, принимают цель исследования, знакомятся с гипотезой, выполняют работу по готовому плану, сами интерпретируют полученные результаты.

2-й уровень. Учащиеся знакомятся с поставленной проблемой, принимают цель эксперимента и его гипотезу, сами планируют работу, выполняют опыты и объясняют полученные результаты.

3-й уровень. Учащиеся знакомятся с проблемой, сами формулируют цель и выдвигают гипотезу, планируют и осуществляют эксперимент, интерпретируют полученные результаты1.

Имеет смысл дополнить данный перечень еще двумя уровнями:

0-й уровень. Учащиеся работают по готовой инструкции, в которой прописана цель и порядок выполнения работы. Гипотеза не указывается. Работа учеников носит репродуктивный характер. Более того, они зачастую на опыте определяют то, что им уже известно и приведено в учебнике. Именно на нулевом уровне исследования работают учащиеся, выполняя традиционные лабораторные работы по физике, химии.

4-й уровень. Учащиеся сами обнаруживают проблему, формулируют цель исследования, предполагают возможные результаты (выдвигают гипотезу), планируют, осуществляют эксперимент и интерпретируют полученные результаты. Здесь им принадлежит ведущая роль в выборе способов работы с изучаемым материалом. Более того, ученики ставят под сомнение известные факты, принятые представления и нормы, подвергают их экспериментальной проверке и последующим обоснованиям. Каждый учащийся самостоятельно изучает, описывает и интерпретирует те сведения и наблюдения, которые он изучает в ходе учебного исследования.

Принцип опережающего характера экспериментов школьников. Суть данного принципа заключается в том, что учащиеся сталкиваются с новыми явлениями, представлениями, идеями в своих экспериментальных исследованиях, прежде чем они будут изложены и изучены на уроке. Исследования по определению не могут быть лишь опытной иллюстрацией изученного материала, которая отрицательно сказывается на учебной мотивации учащихся. Многие объекты, понятия и явления учащиеся успешно изучают именно посредством самостоятельных исследований. При этом учащиеся самостоятельно постигают ведущие понятия и идеи, а не получают их в готовом виде от учителя. «Учитель создает такие ситуации, которые предоставляют учащимся возможность знакомиться с представлениями, понятиями и в то же время требуют от них самостоятельно устанавливать и обнаруживать эти понятия на предлагаемых примерах»1.

Принцип опоры на образовательные интересы учащихся. Важно, чтобы решение о проведении внепрограммного исследования, выбор его темы были за самим учеником. Учитель должен ориентироваться на познавательные интересы учащихся. Известно, что навязанная учащемуся тема должного образовательного эффекта не даст. Поэтому важно знать, чувствовать интересы и склонности ребенка, чтобы предложить ему альтернативы, созвучные его желаниям.

Принцип самоорганизации учащихся. Этот принцип предполагает, что педагог создает условия для: а) самостоятельного определения цели, содержания работы, этапов исследования; б) проявления ответственности за свои решения; в) критической оценки результатов своих действий. Благодаря самоорганизующейся деятельности личность учащегося способна саморазвиваться, проявлять автономность, критичность, мотивированность, рефлексию.

Принцип сотрудничества учащегося и педагога. В отличие от традиционного обучения, когда результаты решения учебных задач заранее известны, в исследовательском обучении позиции учителя и учащегося уравниваются, поскольку самому педагогу, как правило, неизвестны результаты предстоящей работы. Учитель и учащийся становятся «коллегами». Только при наличии подобного рода взаимоотношений, когда партнеры работают на равных и уважительно относятся к «научной» позиции друг друга, создается благоприятный психологический микроклимат, положительно влияющий на развитие индивидуальности ребенка и на результаты его самореализации.

Принцип продуктивности. Учебно-исследовательская деятельность учащегося должна быть таковой, чтобы в процессе создания внешних образовательных продуктов (результатов исследования) у него происходило формирование и развитие творческого мышления, исследовательских умений и способностей.

Принцип рефлексии. Исследовательская деятельность на всех этапах должна сопровождаться ее рефлексивным осознанием учащимся как субъектом этой деятельности. Рефлексия выступает в качестве условия, необходимого для того, чтобы ученик видел схе

- му организации собственной исследовательской деятельности, конструировал ее в соответствии со своими целями, осознавал и усваивал способы ее проведения. Ученик не только проводит исследование, но знает также, как Он это делает, становясь сам для себя объектом управления.

Перечисленные принципы в своей совокупности характеризуют способы осуществления учебного исследования на практике^ они регулируют деятельность учителя и ученика в этом процессе.

В процессе исследования не предполагается создание заранее известного объекта. Исследование — это один из методов познания. С помощью исследования мы выявляем то, что уже есть в объекте или процессе.

Учебные исследования школьников можно дифференцировать по различным основаниям: целям, объекту, используемым методам, времени и месту проведения, продолжительности, количеству участников и др.

По целям исследования можно подразделять на инновационные (предполагающие получение объективно новых научных результатов) и репродуктивные (результаты были ранее кем-то получены; к ним, как правило, относятся учебные исследования учащихся).

По содержанию исследования можно разделить, с одной стороны, на эмпирические и теоретические. Первые из них предполагают проведение учащимися собственных наблюдений и экспериментов; вторые ориентированы на работу по изучению и обобщению фактов, материалов, содержащихся в разных источниках; это то, что можно спросить у других людей то, что можно почерпнуть в книгах и т.п. Исследования могут относиться как к естествознанию, так и к гуманитарной сфере. С другой стороны, учебные исследования можно разделить на монопредметные, межпредметные и надпред-метные. Первые из них предполагают, что учащиеся ограничивают- ся рамками одного учебного предмета и направлены на его изучение. Межпредметные исследования требуют привлечения для решения проблемы знаний из различных предметов. Надпредметные — выходят за рамки предметов учебного плана общеобразовательного

учреждения.

Теоретические исследования могут' осуществляться лишь посредством изучения и контент-анализа литературы, но могут предполагать применение и более сложных методов работы: моделирования (в том числе компьютерного) и проектирования.

По методам экспериментальные исследования различаются следующим образом. Так, по физике при изучении волнового движения могут быть использованы осциллографический и спектральный методы; при изучении тепловых явлений — калориметрический метод; при изучении свойств электрических и магнитных полей — метод зондирования; при измерении сопротивлений — методы замещения и компенсационный; при измерении неэлектрических величин — электрические методы и др. Эксперимент (от лат. experimen-tum — проба, опыт) — научно-обоснованнй опыт, с помощью которого проверяют справедливость выдвинутой гипотезы. Эксперимент в отличие от наблюдения характеризуется активным вмешательством в ситуацию со стороны исследователя, осуществляющего манипуляции с одной или несколькими переменными и проводящего регистрацию изменений в поведении изучаемого объекта при минимизации количества изучаемых параметров.

По времени и месту проведения учебные исследования могут быть урочными и внеклассными (внешкольными). Первые проводятся на уроках и факультативных занятиях. При этом они выполняют двойную роль: 1) помогают учащимся самим добыть новые знания, которые входят в учебную программу; 2) способствуют развитию их исследовательских умений. На уроках учащиеся могут выполнять отдельные элементы исследований, наблюдать полный цикл исследовательской деятельности, осуществляемый учеными (например, на видео), сами выполнять целостные исследования. При этом могут проводиться нетрадиционные уроки: урок-исследование, урок-творческий отчет, урок-защита выполненного исследования и др. Учащимся могут предлагаться домашние задания исследовательского характера.

Внеклассные исследования по содержанию охватывают более широкий, чем учебная программа, контекст: они могут быть межпредметными и выходить за рамки учебных предметов; могут проводиться в рамках ученического научного общества, в процессе подготовки к конференциям, конкурсам исследовательских работ, на базе лабораторий исследовательских учреждений.

По продолжительности исследования могут быть краткосрочными (занимать, например, урок или его часть), среднесрочными (несколько дней или недель), долговременными (месяцы или годы).

Исследования могут выполняться отдельными учащимися или группами учащихся. При этом участники могут быть как из одного класса или школы, так и из разных школ или даже стран. Это возможно благодаря применению телекоммуникационных средств: чат, электронная почта и др.

Важно отметить, что помощь учителя не должна состоять в подсказке вариантов, способов, источников получения информации.

Приведем вопросы, которые можно ставить юному исследователю:

Какие еще возможности ты можешь использовать для получения информации?

В какой последовательности, на твой взгляд, это лучше сделать?

На чем строится твое убеждение, что это лучший вариант?

Каких знаний у тебя не хватает для принятия решения?

Где эти знания ты можешь получить? и т.п.

Фазы учебного исследования

Учебная исследовательская деятельность включает в себя 3 основные фазы: фаза проектирования, технологическая фаза и рефлексивная фаза.

Рассмотрим, как учащиеся привлекаются к исследовательской деятельности.

Учащийся 6-го класса Машьянов Антон, обучаясь в 5 классе провел исследование, затрагивающее географические знания и математические закономерности, предоставив на Декаде науки и творчества работу «Тайны лабиринтов раскрываются». Одним из дополнений этого исследования было создание пособия  для одноклассников по обучению тайнам лабиринта и тестированию. В этом году Антон продолжает исследование по этой теме, раскрывая новые повороты лабиринтов.

Исследование у большинства из нас ассоциируется масштабным научным проектом. Но это не всегда так.

Приведу пример исследования, позволяющий получить алгоритм сложения целых чисел с разными знаками.

Учащиеся 7 класса получили возможность исследовать линейные уравнения с параметрами. Ведь именно тогда, когда вместо цифры в математике появляется буква – параметр – тогда и начинается настоящая алгебра!  

У учащихся сложилась целостная картина: любое линейное уравнение с одной неизвестной может быть приведено в уравнению вида  

В зависимости от чисел a и b уравнение (1) может иметь единственное решение, не  иметь решений и иметь бесконечное множество решений.
Зная это, задания усложнились и стали носить исследовательский характер.
Рассмотрим несколько примеров:

Изучая системы линейных уравнений с двумя неизвестными возникает вопрос: от чего зависит количество решений системы. Есть ли оно - это решение, или система имеет бесконечное множество решений, а может система решений не имеет? Этот вопрос и стал предметом исследования на одном из уроков алгебры.

Известными методами были решены 3 класса систем:

• Не имеющие решений;
• Имеющие бесконечное множество решений;
• Имеющие единственное решение;

Затем учащиеся сформулировали внешний признак того или иного класса систем, получена гипотеза. Которая подтвердилась в ходе урока.

На этапе первичного закрепления         материала было решено много задач с параметром. Например:

Освоив алгоритм, понимая графический смысл пропорциональности коэффициентов, учащиеся с легкостью придумывали системы с заданным числом решений. Что позволило углубить понимание материала, применение его в новой ситуации.

Исследование по геометрии Доброван С.

Исследование функций 9 класс.

Согласование фаз технологии и УУД основной школы.

                Таким образом, Общеизвестно, что нельзя человека научить на всю жизнь, его надо научить учиться всю жизнь. Этому и способствует исследовательская деятельность, которая нацелена на формирование у школьников основных ключевых компетентностей.