Вместо эпиграфа
Говорят, что настоящего исследователя отличает от всех других людей особого рода голод – к поиску, парадоксам и решениям! Уже расхожей в педагогике стала притча о голодном человеке и ловле рыбы. Важно не просто накормить голодного рыбой, главное – научить его её ловить! Если мы дадим ему рыбу, то поможем только один раз, а если научим ловить, то накормим на всю жизнь.
Повышение качества образования и формирование у учащихся ключевых компетенций – важнейшая задача развития школьного образования, которая предполагает активную самостоятельную позицию учащихся в учении; развитие общеучебных умений и навыков: в первую очередь исследовательских, рефлексивных, самооценочных; формирование не просто умений, а компетенций, то есть умений, непосредственно сопряжённых с опытом их применения в практической деятельности; приоритетное нацеливание на развитие познавательного интереса учащихся, реализацию принципа связи обучения с жизнью [2].
Как оживить процесс обучения, как создать атмосферу радостной приподнятости, сопутствующей поиску и творчеству? Как сделать учебную деятельность жизнерадостной, увлекательной и интересной? Как пробудить у учащихся тягу к знаниям?
Поможет найти ответы на эти вопросы при обучении физики постановка ученика в условия исследователя, на место учёного или первооткрывателя.
По мнению А.И. Савенкова “исследовательская практика ребенка – это не просто один из методов обучения, это путь формирования особого стиля детской жизни и учебной деятельности. В его фундаменте – исследовательское поведение. Оно позволяет трансформировать обучение в самообучение, реально запускает механизм саморазвития” [3].
В последнее десятилетие резко возросло количество конференций обучающихся самого различного уровня: от внутришкольного до международного. На них представляются результаты исследовательской деятельности, деятельности, связанной с поиском ответа на творческую, исследовательскую задачу с неизвестным решением и предполагающей наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере.
Несмотря на разнообразие научных дисциплин представляемых на конференциях и их, казалось бы, совершенную несводимость к общему знаменателю (например, физика и литература) при написании исследовательской работы в любой отрасли знания сохраняется общая логика построения работы.
Представление исследования, особенно в современности, имеет решающее значение во всей работе. Наличие стандартов представления является характерным атрибутом исследовательской деятельности и выражено достаточно жестко в отличие, например, от деятельности в сфере искусства.
Существует несколько основных форм представления результатов научной работы – статья, доклад, сообщение, творческий отчёт, презентация [1]. Определение формы сопутствует составлению плана исследования. Каждая форма имеет свои особенности написания. Основными требованиями к содержанию работы являются обоснование актуальности темы, аргументация и факты, основные выводы.
После окончания исследования, оформления полученных результатов, наступает последний этап – защита. Следует помнить, что выступление ограничивается регламентом. Защита не должна сводиться к обычному пересказу всего содержания работы. Особое внимание уделяется речи докладчика, она должна быть ясной, грамотной, уверенной, выразительной.
Общая структура исследовательской работы следующая: титульный лист, оглавление, основная часть, заключение, список литературы, приложение.
Титульный лист является первой страницей научной работы и оформляется в соответствии с определёнными требованиями (шрифт, интервалы и др.): указываются название учебного учреждения, тема исследования, сведения об авторе работы, руководителе и т.д.
За титульным листом следует оглавление. Оно включает в себя основные элементы работы.
Введение представляет собой наиболее ответственную часть научной работы. Оно должно содержать в себе формулировку темы, актуальность исследования, проблему исследования, объект, предмет, цель, задачи, гипотезу, этапы исследования, его практическую значимость.
Основная часть работы может содержать 2-3 главы. Глава 1 обычно содержит итоги анализа специальной литературы, теоретическое основание темы исследования; главы 2,3 описывают практические этапы работы, интерпретацию данных, выявление определённых закономерностей в изучаемых явлениях в ходе эксперимента. Каждая глава завершается выводами.
Рассмотрим на примере исследовательской работы “Солевой осциллятор Мартина”, вариант оформления работы учащегося.
Введение.
В природе вертикальное перемешивание океанских вод, вызываемое различием плотностей, имеет громадное значение для жизни всего океана. Благодаря ему солнечное тепло, поглащаемое тонким слоем воды, распространяется в глубину. Благодаря вертикальному перемешиванию природные воды получают кислород, а поверхностные обогащаются питательными веществами, поднимаемыми с глубины. Конвективное (плотностное) перемешивание играет роль ограмной ложки, которой хозяйка – природа помешивает в океанской кастрюле […]
[…] Существует простое устройство, позволяющее получать “двухсторонний” фонтан […]
Цель исследования: исследовать принцип действия “Солевого осциллятора Мартина”.
Задачи:
- Создать модель солевого осциллятора Мартина.
- Определить период колебаний солевого осциллятора Мартина.
- Установить зависимость периода колебаний от температуры воды, диаметра отверстия.
1. Постановка задачи.
[…] Дж. Уокер в “Физическом фейерверке” описывает данное устройство следующим образом:
Задача № 4.18 “Соляной маятник”:
“Обыкновенную консервную банку наполните насыщенным раствором соли (для наглядности его подкрасьте), проделайте в донышке банки отверстие и частично погрузите её в сосуд с пресной водой (рис.1).
Рисунок 1. Модель “Солевого осциллятора Мартина”.
Смешаются ли эти две жидкости? Да, и при том весьма удивительным образом: сначала из отверстия вытечет немного солёной воды, затем в него войдёт немного пресной воды, и т.д. Такие колебания – их период составляет около 4 с – могут продолжаться до четырёх дней. Почему возникает такой колебательный обмен жидкостями и чем определяется его период?”
Для изготовления модели, подобной описанной, нам потребовались стеклянная колба, пластмассовый стаканчик из-под фотоплёнки. […]
Мы убедились, что процесс колебаний действительно происходит, причём основным условием его возникновения является достаточно малая разность ∆h уровней поверхности солёной и пресной жидкостей […] (рис.2).
Рисунок 2. – Определение разности уровней соленой и пресной вод.
Таким образом, “колебания” возникают лишь в определённых условиях и являются следствием достаточно тонких процессов, заметных лишь при отсутствии или скомпенсированности других влияний.
1.2. Физическая интерпретация “Солевого осциллятора Мартина”.
Объясним данное явление с точки зрения физики.
Для простоты рассуждений будем полагать h1 = h2 = h, т.е. уровни жидкостей совпадают, h – расстояние от поверхности до отверстия в сосуде с соленой водой. (Здесь и далее переменные с индексом 1 относятся к параметрам менее плотной жидкости, а с индексом 2 – более плотной, соленой жидкости). В начальный момент времени система находится в состоянии неустойчивого равновесия. Затем, под действием случайных возмущений более плотная жидкость начнет двигаться вниз под действием силы (рис. 3):
ma = mg – Fa – Fmp
Рисунок 3. – Расстановка сил.
Рассматривая струю жидкости как некую трубку, в которой с ускорением движется соленая вода, для момента времени t получим, что давление внутри струи уменьшается:
;
где v – скорость воды у отверстия в момент
времени t. Условие отрыва
струи у устья принимает вид:
;
,
откуда
.
Из формулы видно, что критической скоростью, при которой произойдет
“переключение” соляного маятника (вода перестанет двигаться вниз) будет
.
Если исключить из рассмотрения силу трения, то можно довольно легко получить
и время, за которое будет достигнута скорость
.
Здесь tkp1 – длительность первой части колебания (вода движется вниз). Рассуждая аналогичным образом, можно получить выражение для tkp2 (движение воды вверх). Вторая часть колебания возникает тогда, когда пресная вода, остановив движение соленой вниз, сама по инерции проходит через отверстие в сосуд с соленой водой. Возникающая при этом подъемная сила выталкивает столб пресной воды к поверхности, освобождая место для новой порции пресной воды. Аналогично можно получить выражение, описывающее длительность второй части колебания (вода движется вверх):
.
Сумма полученных выражений для tkp1 и tkp2 и даст нам период колебаний “солевого осциллятора”:
T = tkp1 + tkp2
Как видим, период зависит от отношений плотностей жидкостей и от расстояния между поверхностью жидкости и отверстием в сосуде.
Так как при расчетах не учитывалась сила трения, то естественным будет предполагать, что полученные оценки для периода колебаний будут меньше реального значения периода. Проведенный эксперимент подтвердил это предположение.
Таблица 1 – Результаты эксперимента по определению периода
| № п/п | h, м | ρ1, кг/м3 | ρ2, кг/м3 | T1, с | Tэкс, с |
| 1 | 0,025 | 1000 | 1200 | 0,6 | 3,5 |
| 2 | 0,025 | 1000 | 1100 | 0,9 | 5,8 |
Как видим, расхождение теоретических и экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что предложенная модель описывает процесс лишь качественно верно. Количественное же описание предложенной модели не входило в задачи нашего исследования, но в перспективе оно предполагается.
Основной задачей физического исследования, эксперимента является измерение численных значений наблюдаемых физических величин и установление зависимости между этими величинами. Результат всякого исследования всегда содержит некоторую погрешность. Поэтому в задачу исследования входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности. Отличие физических измерений от бытовых или технических состоит в том, что в быту в результате практического опыта заранее известно, что выбранный измерительный инструмент обеспечивает приемлемую точность, а влияние случайных факторов на результат измерений пренебрежимо мало по сравнению с ценой деления применяемого прибора. Поэтому если оценка погрешности результата физического измерения не сделана, то можно считать, что измеряемая величина вообще неизвестна, поскольку погрешность может, вообще говоря, быть того же порядка, что и сама измеряемая величина или даже больше.
Рассмотрим пример расчета погрешностей в приводимой работе.
[…] 1.4. Расчет погрешностей полученных измерений
Таблица 2 – Зависимость периода колебаний осциллятора от температуры пресной воды.
Оценим погрешность измерения периода колебаний осциллятора. Для удобства результаты расчетов будем сводить в таблицу 3.
Таблица 3 – Оценка погрешности измерения периода колебаний осциллятора
| № п/п | ti |
 |
 |
 |
 |
 |
| 1 | 9,64 | -0,628 | 0,394 | 0,469 | 1,3132 | 9,012+1,41 |
| 2 | 10,02 | -1,008 | 1,016 | |||
| 3 | 8,12 | 0,892 | 0,796 | |||
| 4 | 7,66 | 1,352 | 1,828 | |||
| 5 | 9,62 | -0,608 | 0,370 | |||
| ср. зн. | 9,012 | 0,880 |
Среднеквадратичную погрешность среднего арифметического определим по формуле:
.
Найдем полуширину доверительного интервала (абсолютную погрешность результата измерений) по формуле:
– коэффициент Стьюдента. Так, при n
= 5 измерений и
– системная погрешность, которая в простейших случаях может быть принята за
половину цены деления младшего разряда шкалы.
Оценим относительную погрешность результата измерений:
Запишем окончательный результат измерений в виде:
Построим зависимость периода колебаний от температуры пресной воды.
Рисунок 4. – Зависимость периода колебаний от температуры пресной воды.
Заключение обычно составляет не больше 1–2 страниц. Основное требование к заключению: оно не должно дословно повторять выводы по главам. В нём формулируются наиболее общие выводы по результатам исследования, отмечается степень достижения цели, обозначаются перспективы дальнейших исследований.
В список литературы входят все использованные в работе источники.
Приложение – это часть текста научного доклада, имеющая дополнительное значение. В нем могут содержаться фотографии, графики, таблицы и другой материал, необходимый для более полного освещения темы. Приложение размещается после списка литературы.
Для успешной исследовательской деятельности необходимо выработать у учащихся элементарные навыки этой работы и пробудить интерес к исследовательской деятельности.
Важно научить учащихся:
- ставить цель;
- составлять план исследований;
- подбирать необходимые приборы и материалы;
- собирать необходимые установки;
- проводить исследования и формулировать выводы;
- ознакомить учащихся с методами научных исследований по физике.
Исследовательская работа, как никакая другая деятельность, формирует у учащегося качества, необходимые для профессиональной карьеры и социальной адаптации независимо от выбора будущей профессии.
Список использованных источников
- Алексеев Н. Г., Леонтович А. В., Обухов А. В., Фомина Л. Ф. Концепция развития исследовательской деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. 2001. №. 1. С. 24–34.
- Кларин М. В. Инновационные модели обучения в зарубежных педагогических поисках. М., 1994. 3. Павлов И. П. Полное собрание трудов. – М.– Л., 1951. Т. III.
- Савенков А. И. Маленький исследователь. Как научить дошкольника приобретать знания. Ярославль, 2002.
- Степанова Г.Н. Актуальные проблемы обновления содержания и технологий обучения физике. – СПб., 2000.
- http://www.abitu.ru/researcher/issledovaniya/pedagogika
- www.issl.dnttm.ru