Как увлечь школьника в науку
статья по теме

 Кузьмина Наталья Игоревна,

учитель математики ГБОУ гимназии №399

                                                                                 Красносельского района Санкт-Петербурга

Как увлечь школьника в науку

         Наука и техника развиваются столь стремительно, что появление новых технологий зачастую не воспринимается как нечто из ряда вон выходящее. Новое стало рядовым и привычным элементом реальности. Удивление и восторг от самого факта научного открытия и его достижения людьми уступили место восхищению и любованию новинками индустрии. Для школьника XXI века, с рождения окруженного новейшими технологическими разработками, они – удобный и легкий путь к освоению новых сервисов нового времени: кино, игры, музыка, фотография, общение. И то, что процесс создания этих инноваций ведется выдающимися учеными и профессионалами, и вовсе не так очевиден и прост, часто осознается не до конца. Ценность, сложность и красота научного исследования зачастую не представляет интереса для современной молодежи. Придумали – и замечательно, главное, чтобы четко работало и стильно смотрелось. В связи  с этим перед школой стоит задача подготовки выпускников, умеющих самостоятельно работать над развитием собственного интеллекта.

         Как же увлечь российского школьника в науку?

Анализ требований, которые  предъявляются ФГОС нового поколения к обучающимся, говорит о том, что образование должно стать личностно-ориентированным, направленным на организацию разноуровневой познавательной деятельности учащихся. Эксперты и аналитики, занимающиеся вопросами образования, в последние годы не устают повторять: если мы хотим, чтобы выпускники школ были успешными, знающими, чего они хотят в жизни, людьми, то особое внимание надо уделять развитию исследовательского поведения в образовании детей. Для успешного существования в динамичном окружении природа наделила человека такими способностями.

Система работы учителя, который ставит перед собой такую задачу, строится на базовых идеях, которые сводятся к тому, что все дети одарены от природы,  а на развитие одаренности наибольшее влияние оказывает педагогический фактор. 

Новые принципы личностно ориентированного образования, индивидуального подхода, субъективности в обучении требуют и новых методов обучения. И в базисном учебном плане выделено основное направление такого вида деятельности: проектно - исследовательское.  

Хотим мы этого или нет, но жизненные реалии таковы, что одним из ведущих методов обучения станет метод проектов. Он развивает общие учебные умения и навыки, формирует не просто умения, а компетенции, реализует принцип связи обучения с жизнью, и, скорее всего, позволит  увлечь школьника в науку, ведь общеизвестно, что самые ценные и прочные знания добываются самостоятельно, в ходе собственных творческих изысканий. И потому, наверное, лучше дать возможность школьникам самим пройти этот путь. И не только пройти, но и показать другим. Ведь детское творчество и знание выдающихся достижений отечественной науки с ранних лет – и есть первый смелый шаг на пути к ней. Наука является основным фактором обеспечения конкурентоспособности продукции и престижа страны на мировом рынке. Поэтому ведущие страны мира уделяют значительное внимание научно-исследовательской деятельности, затрачивая на это значительные средства. Начать заниматься проектно - исследовательской деятельностью никогда не поздно, но, в идеале, лучше в начальной школе.

Исследования должны быть творческими. Творческое решение часто не укладывается в заранее намеченные планы. Иногда оригинальные решения появляются неожиданно, после продолжительных и напрасных попыток. Чем больше типичных, шаблонных решений, тем сложнее получить оригинальное. Рассмотрим основные этапы увлечения одаренных детей в проектно – исследовательскую деятельность.

Постановка темы является достаточно сложной задачей,

выбрать тему иногда гораздо труднее, чем провести само исследование. Тема должна быть актуальной, т.е. важной, требующей разработки именно в настоящее время. Это требование является одним из основных. Критериев для оценки степени актуальности не существует. Важной характеристикой темы является возможность ее практической реализации. К примеру, тема «Старинные меры длины в произведениях художественной литературы» возникла  в  процессе изучения произведения И.С. Тургенева «Муму». Ребята наткнулись на фразу: «…самым замечательным лицом был дворник Герасим, мужчина двенадцати вершков роста, сложенный богатырем…». Вершок равен 4,5 см, значит, рост Герасима составлял 4,5см х 12 = 54 см. И это рост богатыря? Так возникла проблема, которую решили исследовать, и которая помогла определиться в теме.

             Выбор темы для многих является трудным этапом. Часто выбирают слишком масштабные или сложные темы. Такие темы могут оказаться непосильными для их раскрытия в рамках учебного исследования. Возможен случай, когда учащийся в силу тех или иных причин выбирает тему, которая является «неизвестной землей» лишь для еще не вполне осведомленного начинающего исследователя (такой темой в математике является, например, «Золотое сечение»). Чтобы облегчить процесс выбора темы, следует придерживаться основных критериев:

1) желательно, чтобы тема представляла интерес для учащегося не только на данный, текущий момент, но и вписывалась в общую перспективу профессионального развития ученика, т.е. имела непосредственное отношение к предварительно выбранной им будущей специальности;

2) очень хорошо, если выбор темы интересен и ученику, и педагогу. Это происходит тогда, когда сам научный руководитель занят исследовательской работой и в рамках избранной им сферы выделяет требующую разработки область для изучения ее учеником. В какой-то мере это может напомнить традиционные отношения «мастер - ученик»;

3) тема также должна быть реализуема в имеющихся условиях. Это значит, что по выбранной теме должны быть доступны оборудование и литература.

             Формулировка темы отражает сосуществование в науке уже известного и еще не исследованного, т.е. процесс развития научного познания. Вследствие этой причины очень ответственным этапом в подготовке исследования становится этап обоснования актуальности темы. Обосновать актуальность - значит объяснить необходимость изучения данной темы в контексте общего процесса научного познания. Определение актуальности исследования - обязательное требование к любой работе. Актуальность может состоять в необходимости получения новых данных и необходимости проверки новых методов и т.п. Обосновывая актуальность избранной темы, следует указать, почему именно она и именно на данный момент является актуальной. Например, проектная работа «Время и его измерение» в процессе накопления материала была разбита на две части. Первая часть работы была посвящена летоисчислению, т.к. это было актуально на тот момент (декабрь-январь, Рождество, Новый год). Вторую часть назвали «По какому времени на Руси жить хорошо?», т.к. момент защиты проекта пришелся на конец марта 2012 г., когда вопрос о переходе на летнее время стал вновь актуален в нашей стране. Это значит, что, обращаясь к той или иной проблеме, исследователю нужно четко представить, на какие вопросы могут дать ответ результаты его работы.

         После выбора темы научного исследования начинается поиск, а затем конкретное и тщательное изучение научной информации, т.е. исследователя интересует пространство познания: источники информации для исследования и работа с ними. На данном этапе бесценно тесное сотрудничество со школьным информационным центром, где ребят учат пользоваться справочным аппаратом книги, понимать значения аннотации, предисловия, послесловия, примечаний, библиографии, указателей. На этом этапе работы не всегда можно точно определить тему исследования, пути и способы ее разработки и осуществления. Для этого необходимо изучить научную литературу по вопросу. После чего тема обычно уточняется, изменяется. Так произошло с темой работы «Для чего фотографу надо знать математику». Сравнив методики «работы» живописца и художника, принципы построения композиции картины и фотографии, пришли к выводу, что выигрышнее будет работа с названием «Найдите красоту в повседневном, и Вы – победитель!»

Цель поиска, проработки и анализа информации - всестороннее освещение состояния вопроса по теме, ее уточнение (если это необходимо), обоснование цели и задач научного исследования. Изучаются различные литературные источники. Кроме информации, непосредственно относящейся к исследуемой теме, необходимо проработать основную литературу по родственным темам. Важно ознакомиться также с дисциплинами, близкими к дисциплине выбранной темы. Этот анализ может быть полезен при разработке отдельных вопросов темы. Так, оказалась интересной одна из работ. В 7 кл., начав изучение геометрии и физики, ребята исследовали вопрос о форме снежинок, назвали проект «Небесная геометрия». А в 8 кл., приступив к новому предмету – химии, поняли, что работа не закончена:  можно  грамотнее обосновать сделанные в работе выводы. Тема работы была изменена: «Рисует узоры мороз на оконном стекле?», и опиралась она теперь на знания трех предметов. Интересным и познавательным оказалось то, что в процессе работы ученики старались поставить несколько целей, это зависело от того, какое слово выделить интонацией: первое, второе или третье! А самым главным итогом в работе оказался вывод: уровень самообразования зависит только от них самих. 

Определившись с темой, обосновав актуальность, далее формулируются цель и задачи исследования. Формулировка цели должна логически вытекать из обрисованной выше сложившейся ситуации по теме, формулируется конкретная цель научного исследования. Формулировка цели должна быть максимально четкой и краткой, а также полной и логически корректной. Сформулированная общая цель исследования требует постановки конкретных тактических задач. Задач, в отличие от цели, должно быть несколько. В совокупности они образуют общую тактику реализации поставленной цели, а по отдельности представляют собой последовательные шаги её достижения.

Особые затруднения вызывает необходимость выделения предмета и объекта исследования. Объект исследования - это явление или процесс, на который направлен научный поиск автора работы. Предмет исследования представляет собой фрагмент объекта, подвергающийся непосредственному изучению. Объект - это своеобразный носитель проблемы. Предмет исследования - это конкретная часть объекта, внутри которой ведется поиск. Предметом исследования могут быть явления в целом, отдельные их стороны, аспекты и отношения между отдельными сторонами и целым (совокупность элементов, связей, отношений в конкретной области объекта). Именно предмет исследования определяет тему работы.

             Уточнив тему в результате изучения специальной литературы, исследователь может приступать к выработке гипотезы. Это один из самых ответственных моментов работы над исследованием.     Гипотеза должна удовлетворять ряду требований: быть проверяемой, содержать предположение, быть логически непротиворечивой, соответствовать фактам. В современной научной практике гипотеза определяется как научно обоснованное предположение о непосредственно наблюдаемом явлении.

Процесс формулирования гипотезы не является одномоментным актом. Вначале лучше составить ее рабочий вариант - как первичное, временное предположение, служащее систематизации материала. После накопления значительного количества фактического материала рабочий вариант гипотезы уточняется, видоизменяется и приобретает вид окончательной научной гипотезы.

              Вслед за выработкой гипотезы начинается следующий этап подготовки к исследованию - определение его цели и задач. Точнее, не начинается, а продолжается, так как выработка цели и задач происходит уже в ходе разработки гипотезы. В общем виде цель и задачи должны уточнить направления, по которым пойдет доказательство гипотезы. Цель исследования - это конечный результат, которого хотел бы достичь исследователь при завершении своей работы. Выделим наиболее типичные цели. Ими может быть определение характеристик явлений, не изученных ранее; выявление взаимосвязи неких явлений; изучение развития явлений; описание нового явления; обобщение, выявление общих закономерностей; создание классификаций.) Можно поставить целью: выявить...; установить...; обосновать...; уточнить...; разработать...; доказать...

                  Цель - идеальное видение результата, который направляет деятельность человека. Исследователь для достижения поставленной цели и проверки положений сформулированной им гипотезы выделяет конкретные задачи исследования. Формулировать задачи необходимо очень тщательно, так как описание их решения в дальнейшем составит содержание глав. Заголовки глав рождаются именно из формулировок задач. Задача исследования - это выбор путей и средств для достижения цели в соответствии с выдвинутой гипотезой. Задачи лучше всего формулировать в виде утверждения того, что необходимо сделать, чтобы цель была достигнута. Постановка задач основывается на дроблении цели исследования на подцели. Перечисление задач строится по принципу от наименее сложных к наиболее сложным, трудоемким, а их количество определяется глубиной исследования.

После формулирования гипотезы, целей и задач исследования следует этап определения методов. Метод – это способ достижения цели исследования. Очевидна решающая роль выбора метода в успехе той или иной исследовательской работы, поэтому, работая над темами, большое внимание следует уделить  вопросу о методах познания, о методах научных исследований, о взаимосвязи эмпирических и теоретических методов. Методы научного познания делятся на общие и специальные. К общим методам относятся: теоретические, эмпирические, математические.

Теоретические методы.

• Моделирование позволяет применять экспериментальный метод к объектам, непосредственное действие с которыми затруднительно или невозможно. Оно предполагает мыслительные действия или практические действия с «моделью».

• Абстрагирование состоит в мысленном отвлечении от всего несущественного и фиксировании одной или нескольких интересующих исследователя сторон предмета;

• Анализ и синтез. Анализ – метод исследования путём разложения предмета на составные части. Синтез – соединение полученных при анализе частей в нечто целое. Анализ и синтез существуют как целое. Методами анализа и синтеза проводится, например, начальный этап исследования – изучение литературы по теме исследования.

• Восхождение от абстрактного к конкретному осуществляется в два этапа. На первом этапе единый объект расчленяется на части, описывается при помощи понятий и суждений; а на втором этапе восстанавливается исходная целостность предмета.

Эмпирические методы:

• наблюдение;

• сравнение;

• эксперимент. Экспериментальное изучение объекта имеет ряд преимуществ по сравнению с др. методами.

Математические методы:

• статистические методы;

• методы и модели теории графов и сетевого моделирования;

• методы и модели динамического программирования;

• методы и модели массового обслуживания;

• метод визуализации данных (функции, графики и др.)

Отбор методов совершается при обязательном руководстве педагога.

Итак, в кратком варианте структура и этапы научного исследования выглядят так:

1) необходимо определиться с проблемой. Данный этап заключается не просто в поиске проблемы, а в четкой и точной формулировке задач исследования, поскольку от этого в значительной степени зависит ход и эффективность всего исследования. На этом этапе требуется собрать и обработать исходную информацию, продумать методы и средства решения задач;

2) необходимо выдвинуть, а затем обосновать первоначальную гипотезу. Обычно выработка гипотезы проводится на основе сформулированных задач и анализа собранной изначальной информации. Гипотеза может иметь не один вариант, из них затем нужно выбрать наиболее целесообразный. Для уточнения гипотезы рабочего порядка проводятся эксперименты, позволяющие более полно изучить объект;

3) теоретическое исследование заключается в синтезе и анализе основных закономерностей, которые дают фундаментальные науки по отношению к исследуемому объекту. На этом этапе происходит дальнейшее добывание с помощью аппарата разных наук дополнительных, новых, еще не известных закономерностей.

 Т.к. учебное исследование чаще происходит на уровне теоретического анализа источников информации, то целью исследования на уровне теории является обобщение явлений, их связей, получение большей информации для обоснования рабочей гипотезы;

4) экспериментальные исследования продолжают теоретический этап. Эксперимент как поставленный научно опыт, является наиболее сложной и трудоемкой частью исследования. Его цели могут быть различными, поскольку зависят они от характера всего исследования, а также последовательности его проведения. В случае стандартного хода и порядка проведения исследования опытная часть (эксперимент) проводят после стадии теоретического изучения проблемы. В таком случае эксперимент, как правило, подтверждает результаты теоретических гипотез. Иногда после проведения эксперимента, гипотезы опровергаются;

5) анализ результатов и их сопоставление. Этот этап подразумевает необходимость сравнить теоретический и экспериментальный этапы научного исследования для окончательного подтверждения гипотезы и дальнейшего формулирования выводов и вытекающих из нее следствий. Иногда результат бывает и отрицательным, тогда гипотезу приходится отвергать;

6) окончательные выводы - подводятся итоги, формулируются выводы и их соответствие изначально поставленной задаче.

7) освоение результатов. Этот этап характерен для технических работ. Он является подготовкой к промышленной реализации результатов исследования.

К этим семи шагам сводятся основные этапы научного исследования, которые необходимо пройти от рабочей гипотезы до внедрения результатов исследования в жизнь.

Организация научно-исследовательской деятельности младших школьников – серьезная и непростая работа. Она требует от педагога высокого уровня знаний, хорошего владения методиками исследования объектов, наличия солидной библиотеки с серьезной литературой, и, вообще, желания углубленно работать с учащимися. Работа с учениками в течение нескольких лет способствует формированию функциональной грамотности – умению воспринимать и анализировать информацию, представленную в различных формах.

Проектно-исследовательский метод в обучении не является новым. Особая важность использования этого метода в работе с одаренными детьми подчеркивалась отечественными педагогами и психологами начала XX века. Цель этого метода – «вызвать» в уме ученика тот самый мыслительный процесс, какой переживает творец и изобретатель данного открытия или изобретения» (Б.Е.Райков).