Исследовательский подход в обучении физике и химии на уроках и на занятиях по внеурочной деятельности

Введение

Качество знаний учащихся по химии и физике по-прежнему остается одной из главных проблем методики преподавания этих предметов. Эта проблема особенно обострилась в связи с ростом информационного потока, развитием науки и техники. Требования к объему знаний учащихся увеличиваются, и соответственно растут и учебные нагрузки. Поэтому актуальным является поиск эффективного решения следующей проблемы: с одной стороны, как помочь усвоить большие объемы информации ученику, который уже имеет положительную мотивацию к обучению, но в силу учебной загруженности не справляется с этим, а с другой стороны, как пробудить желание усвоить этот большой объем знаний у ученика, который имеет и достаточные способности и временные возможности для этого, но не хочет.

Изучив опыт работы по вопросу повышения качества обучения химии и физике, проанализировав собственный опыт в данном направлении, пришла к выводу, что желаемый эффект в решении вышеуказанной проблемы на уроках химии и физики в массовой школе может дать достаточно известный в обучении учебно-исследовательский подход.

Исследовательский подход в обучении — это путь знакомства учащихся с методами научного познания, важное средство формирования у них научного мировоззрения, развития мышления и познавательной самостоятельности. К результатам исследовательского подхода в обучении относятся: воспитание познавательного интереса; создание положительной мотивации учения и образования; формирование глубоких, прочных и действенных знаний; развитие интеллектуальной сферы личности; формирование умений и навыков самообразования, то есть формирование способов активной познавательной деятельности; развитие познавательной активности и самостоятельности. [10]

Исследовательский подход в обучении не является новым педагогическим явлением. Первые попытки его внедрения предпринимались еще в Древней Греции - "сократические беседы". На протяжении многих веков лучшие умы европейского просвещения призывали к пробуждению детской любознательности. В России идея использования исследовательского подхода нашла своих сторонников во второй половине XVIII века. Среди них были Ф.Прокопович, В.Н.Татищев, И.Т.Посошков. В конце 19 века теория и методика исследовательского обучения начинает особенно активно разрабатываться в трудах К.Д.Ушинского, Л.Н.Толстого. Однако более 100 лет потребовалось, чтобы она стала востребована педагогическим сообществом. В 20-х годах ХХ века основоположники советской педагогики настаивали на необходимости воспитания у учащихся исследовательского подхода (И.Г.Автухов, П.П.Блонский, Б.В.Всесвятский, Ш.И.Ганелин, А.Г.Калашников, Н.К.Крупская, В.Ф.Натали, А.П.Пинкевич, М.М.Пистрак, Б.Е.Райков, В.Ю.Ульянинский и др.). В начале 30-х годов от работы в этом направлении отказались, и лишь в 90-е годы идеи исследовательского обучения (в основном использование «метода проектов») были частично реабилитированы (М.В.Кларин, А.Н.Поддъяков, А.И.Савенков).

Ведущая идея опыта - создание необходимых условий, способствующих формированию потребности в глубоких и прочных знаниях по химии и физике через приобщение учащихся к учебно-исследовательской деятельности на уроках химии и физики и во внеурочной деятельности.

Цель опыта: формирование потребности в глубоких и прочных знаниях по химии и физике через приобщение к учебно-исследовательской на уроках химии и физики и во внеурочной деятельности.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

• проектировать уроки химии и физики и внеурочную деятельность с использованием элементов исследовательской деятельности;
• формировать интерес к познавательной, творческой, экспериментально-исследовательской деятельности;
• создать условия для социального и профессионального самоопределения школьников.

1. Описание опыта

Главным инструментом развития исследовательского поведения в образовании выступают исследовательские методы обучения, и в современной школе самостоятельной, исследовательской, познавательной деятельности ребенка уделяется большое внимание. Однако, часто нехватка времени не позволяет обратить внимание на природную исследовательскую потребность ребенка, фактически препятствует развитию детской любознательности, заставляя научить школьника только тому, что требует программа.

По мнению доктора педагогических наук А.И.Савенкова, в современном стремительно меняющемся мире развитое исследовательское поведение рассматривается уже не как узкоспециальная деятельность, требующаяся для небольшой профессиональной группы научных работников, а как неотъемлемая характеристика личности, входящая в структуру представлений о профессионализме и компетентности в любой сфере деятельности. И даже шире – как стиль жизни современного человека. Подготовка ребенка к исследовательской деятельности, обучение его умениям и навыкам исследовательского поиска становится важнейшей задачей современного образования.

Под исследовательской деятельностью учащихся сегодня понимается такая форма организации учебно-воспитательной работы, которая связана с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным результатом в различных областях науки, техники, искусства.

Такое определение дает один из ведущих специалистов по организации исследовательской деятельности учащихся академик Леонтович А.В.:

"Учебно-исследовательская деятельность — это деятельность, главной целью которой является образовательный ре­зультат, она направлена на обучение учащихся, развитие у них исследовательского типа мышления. Главное здесь не овладение новыми, доселе неизвестными фактами, а научение алгоритму ведения исследования, навыкам, которые могут быть затем использованы в исследовании любой сложности и тематики".

Исследовательская деятельность предполагает наличие основных этапов, характерных для научного исследования:

• постановку проблемы,
• ознакомление с литературой по данной проблематике,
• овладение методикой исследования,
• сбор собственного материала,
• его анализ и обобщение,
• выводы.

Введение в педагогические технологии элементов исследовательской деятельности учащихся позволяет не столько учить, сколько помогать ребенку учиться, направлять его познавательную деятельность.

Учебно-исследовательскую деятельность в образовательном учреждении осуществляю по двум направлениям: урочная и внеурочная деятельность.

1.1. Урочная деятельность

По объему осваиваемой методики выделяю уроки-исследования и уроки с элементами исследования.

По основной дидактической цели уроки-исследования можно разделить на следующие типы: изучение нового материала, повторение, закрепление, обобщение и систематизация знаний, контроль и коррекция знаний, а также комбинированные уроки.

На уроке - исследовании учащиеся овладевают методикой научного исследования, усваивают этапы научного познания. По уровню самостоятельности учащихся, проявляемой в исследовательской деятельности на уроке, уроки-исследования могут соответствовать начальному (урок "Образец исследования"), продвинутому (урок "Исследование") или высшему уровню (урок "Собственно исследование").

Освоение учащимися исследовательских знаний и умений должно проходить поэтапно, с постепенным увеличением самостоятельности ученика в его учебной исследовательской деятельности.

На уроках-исследованиях использую разнообразные формы обучения учащихся: индивидуальную, парную, групповую, коллективную.

Структура уроков-исследований.

1. Исследовательская деятельность учащихся на уроке начинается с накопления информации. На этом этапе учащиеся получают информацию из различных источников: сообщение учителя, чтение литературы, просмотр видеофрагментов и т.д.

2. Постановка проблемы (теоретический или практический вопрос, требующий разрешения, исследования)

3. Выбор темы исследования. Тема должна быть интересна ребятам, доступной, соответствовать их возрастным особенностям, и в тоже время должна нести познавательный заряд и учитывать состояние материально-технической базы кабинетов физики и химии. Тема может быть выбрана из предложенных или возникнуть спонтанно.

Так, в 8 классе на уроках химии при изучении раздела "Растворы» и в 7 классе на уроках физики при изучении темы «Агрегатные состояния вещества. Различие в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов.» была предложена тема: "Выращивание кристаллов из пересыщенных растворов". Готовясь по данной теме, учащиеся узнали много интересных фактов о видах, формах, строении кристаллов, научились их выращивать в домашних условиях. Была предложена тема исследовательской работы «Аномальные свойства воды». (Приложение 5)

В 9 классе на уроках химии при изучении темы "Глюкоза" ребята обратили внимание на то, что людям, больным сахарным диабетом, врачи рекомендуют не употреблять в пищу определенные фрукты и овощи, поэтому решили провести исследование на определение глюкозы в разных продуктах, которые принесли из дома.

Разные вкусовые качества водопроводной воды из разных колонок в нашем поселке подтолкнуло ребят к исследованию качества воды, определению ее жесткости на уроках химии в 8 классе. Учащиеся 10 класса выполнили индивидуальный проект «Вода, которую мы пьем» и с успехом его защитили. (Приложение 7)

4. Определение цели исследования, то есть формулировка ответа на вопрос: что нужно сделать для решения поставленной проблемы?

5. Выдвижение гипотезы - мысленное представление основной идеи, к которой может привести исследование, предположение о результатах исследования. При этом учащиеся в своих рассуждениях идут от следствия к причине: "если..., то...".

6. Проверка гипотезы - заключается в определенных действиях по разработанному алгоритму (проведение эксперимента, практической работы, чтение литературы, размышление, просмотр фрагментов учебных фильмов и т.д.)

7. Полученные в результате этих действий данные учащиеся должны интерпретировать: "Анализ данных показывает, что..."

8. В заключение необходимы оценка, оформление результатов работы и вывод из нее.

Учебные приемы, составляющие исследовательскую деятельность учащихся на уроках-исследованиях:

• выделение основной проблемы в предложенной ситуации;
• определение темы и цели исследования;
• формулирование и отбор полезных гипотез;
• определение пригодности выбранной для проверки гипотезы;
• разграничение допущений о доказанных положений;
• планирование эксперимента для проверки гипотез;
• анализ планируемых опытов, выбор наиболее подходящих из них;
• планирование результата;
• проведение эксперимента.
• конструирование нового варианта прибора для осуществления конкретного опыта, изготовление моделей по собственному замыслу;
• составление таблиц, графиков, диаграмм для выявления закономерностей, обобщений, систематизации полученных результатов исследования; графическое изображение законов, правил;
• установление связи полученных данных с поставленной проблемой и последовательности изучения данных;
• систематизация фактов, явлений;
• интерпретация данных;
• использование обобщений и абстрагирования, методов анализа и синтеза, индукции и дедукции, принципа формализма;
• установление аналогий;
• формулирование определений и выводов на основе теоретических и фактических исследований;
• решение задач в новой ситуации;
• написание творческого сочинения, реферата. По окончании работы ребятам предлагается защитить полученный результат. Любой исследователь, и даже юный, должен заявить о себе, умело представить результаты своей исследовательской деятельности. Необходимо научить учащихся выражать четко, кратко и выразительно свои мысли.[7]

Основным учебным приемом, позволяющим осуществлять исследовательскую деятельность учащихся на уроках-исследованиях является эксперимент. Этот учебный прием требует много времени и проводится обязательно в присутствии учителя. В преподавании химии и физики используются главным образом три вида эксперимента: демонстрационные опыты учителя, лабораторные опыты, выполняемые учениками и практические занятия. Большинство этих опытов имеют иллюстративный характер и по сути являются репродуктивными, поэтому они не дают возможности организовать самостоятельную поисковую деятельность учащихся. Ученический исследовательский эксперимент сочетает преимущественное применение основных приемов научного метода с самостоятельным решением и выполнением учебных исследовательских задач. Эксперимент развивает черты творческой деятельности, формирует интерес к познанию химических и физических явлений и их закономерностей.

В ходе ученического исследовательского эксперимента ребята получают навыки работы с посудой и оборудованием, осваивают методику приготовления растворов различной концентрации, учатся проводить целенаправленные наблюдения, получают первоначальные навыки безопасной работы в лаборатории. При выполнении опытов, конечно же, необходимо соблюдение мер предосторожности при работе с химическими веществами и электрическими и нагревательными приборами.

Таким образом, исследовательская деятельность позволяет вооружить ученика необходимыми знаниями, умениями, навыками для освоения стремительно нарастающего потока информации, ориентации в нём и систематизации материала.

У детей уровень развития познавательной деятельности разный, и не у всех учащихся получается успешно заниматься исследовательской работой. Для этого ученик должен обладать определенными умениями:

• Умение работать с рекомендованной литературой, а это является основой научного исследования. Необходимо читать материал последовательно, т. е. необходимо читать источник по порядку, досконально изучать все термины и понятия. Для того, чтобы разобраться в каждом термине или понятии, необходимо найти ему в подтверждение практический пример или практическое объяснение.
• Умение критически осмысливать материал, представленный в книге, т.е. необходимо уметь самостоятельно сопоставлять понятия и явления, делать собственные выводы. Определяя верность или ложность того или иного понятия, необходимо ставить себе следующие вопросы: Какое понятие даёт наиболее объективное представление по существу изучаемого вопроса? Какое мнение из представленных в литературе наиболее объективно? Подтверждается ли теоретическое положение фактическим материалом?
• Умение чётко и ясно излагать свои мысли. Каждое положение своего исследования необходимо излагать последовательно, не перескакивая с одной проблемы на другую. В работе должны быть использованы такие слова и выражения, как, Я считаю, Я думаю, Мне известно, Анализ фактов показывает, Я не согласен с тем, что.

На уроке с элементами исследования учащиеся отрабатывают отдельные учебные приемы, составляющие исследовательскую деятельность: уроки по выбору темы или метода исследования, по выработке умения формулировать цели исследования, уроки с проведением эксперимента, работа с источниками информации, заслушивание сообщений, защита рефератов и т.д. Элемент исследования можно использовать почти на каждом уроке.

1. Задачи с неопределенностью при постановке вопроса, с неполным условием. Необходимость таких задач вызвана следующим: в жизни, на производстве бывают затруднения в принятии какого-либо решения в связи с тем, что нет полной информации о ситуации. Чтобы готовить школьников к разрешению таких ситуаций можно предлагать им задачи следующего типа.

А. Что произойдет, если пулька, выпущенная из духового ружья, попадет в куриное яйцо? Ответ на вопрос зависит от того, вареное яйцо или сырое. Учащиеся конкретизируют ситуацию и отвечают на каждый вариант вопроса.

Б. На тело действуют две силы 5Н и 7 Н. Чему будет равна равнодействующая? Опять же решение задачи зависит от того, куда направлены силы?

2. Задачи с частично неверными сведениями в условии и на поиск ошибок в решении. Задачи этого типа учат ставить вопрос о достоверности данных. В жизни таких ситуаций встречается немало, и школьники должны быть подготовлены к встрече с ними. Ошибка может содержаться в условии (недостоверные данные), например, длина волны красного цвета 100 мкм, в использовании формулы – применение Ек = mv² /2 при вычислении формулы кинетической энергии релятивистской частицы.

3. Задачи с «черным ящиком». Такие задачи развивают мышление, вооружают методом познания, поскольку, исследуя «черный ящик», учащиеся проходят все звенья научного поиска: накопление фактов, их анализ, выдвижение гипотезы, формулирование следствий из нее, проверочный эксперимент, формулировка вывода. Этот вид задач уместно применять в 8, 11 классах при закреплении темы «Соединение проводников». В черном ящике имеется три резистора с сопротивлением: 5 Ом, 5 Ом, 1 Ом. Как соединены эти резисторы? Задачи, позволяющие овладеть методом познания.

Решая задачи, учащиеся делают открытия (уже известные науке, но они об этом не всегда знают). Эти открытия вызывают хорошие эмоциональные переживания от преодоления трудностей, счастье творческой удачи. Зависит ли сила трения от площади соприкасающихся поверхностей? На этот вопрос часто дают утвердительный ответ. Проведя опыт, учащиеся делают вывод, что сила трения не зависит от площади поверхности соприкасающихся тел. Задания на поиск и объяснение народных погодных и бытовых примет. Учащимся нравится задания, связанные с природой, народным бытом и народными приметами. Это вызывает интерес, позволяет научить ребят применять законы физики к происходящими вокруг них изменениям. Ребята находят приметы и пытаются их объяснить самостоятельно, делятся на уроках с классом.

Для решения задач по формулам, предлагаю расчетные задачи с исследовательским содержанием, например: найдите массу и объем молекул кислорода в кабинете химии, если объемная доля кислорода в воздухе 21%.

В 8 классе при проведении практической работы №2. "Анализ почвы и воды" ребята исследуют воду из разных водопроводов. Проводят исследования по плану:

1. Запах воды (зависит от биологических и химических загрязнителей, его оценивают по шкале (табл. в учебнике). Различают травянистый, болотный, гнилой, тухлый, затхлый, землистый запахи; запахи химических веществ: хлорный, горюче-смазочных материалов.)
2. Цвет (если видны изменения в цвете воды (стакан ставят на чистый лист белой бумаги), то их описывают словом: зеленоватый, светло-коричневый и т.д.)
3. Прозрачность (зависит от количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения, определяется по описанию в учебнике.)

Результаты заносят в таблицу:

В 9 классе при изучении темы «Кислородные соединения углерода. Жесткость воды» получают задание на сравнение жесткости различных образцов воды. В три пробирки налить 3 образца воды по 10-15 мл:

• 1 – водопроводная некипяченая,
• 2 – водопроводная кипяченая,
• 3 – дождевая или снеговая вода.

В каждую пробирку бросить кусочек мыла и сильно встряхнуть пробирку (около 5 минут). Дать отстояться. Описать внешний вид полученных растворов: есть ли осадок в виде хлопьев, много осадка или мало, раствор почти прозрачный и т.д. Результаты занести в таблицу.[9]

Развитие самостоятельности и творчества учащихся может осуществляться при выполнении ими домашней работы. В домашние задания целесообразно включать элементы исследования, проведение ― мысленного эксперимента или выполнение эксперимента, который возможен в домашних условиях.

При подборе домашнего задания нужно исходить из того, что оно должно быть не тягостным, а привлекательным, необычным, посильным, обязательно проверенным и оцененным. Вот пример домашнего задания такого характера: 8 класс, тема: «Признаки химических реакций». Домашний опыт: наблюдение за изменением окраски заваренного чая при помещении в него кусочка лимона; наблюдение выделения газа при приготовлении напитка "Шипучки" из уксусной (лимонной) кислоты и питьевой соды. Учащиеся должны оформить наблюдения и объяснить с позиции изученного материала.

11 класс, тема: «Скорость химической реакции» (биологические катализаторы). Получить кислород разложением пероксида водорода помощью каталазы сырых овощей. Оформить наблюдения и объяснить.

Особое внимание в организации работы уделяю таблицам, куда обычно заносятся важнейшие характеристики, либо результаты наблюдений. Объясняю учащимся, что для краткой записи ряда характеристик сравниваемых объектов удобно использовать сравнительную таблицу. Но готовую таблицу не предлагаю, а организовываю обсуждение, посвященное определению ее содержания. При этом учащимися определяется число граф таблицы, способ их рационального размещения, порядок записи сравниваемых признаков. Таким образом, «нарисованная» учащимися таблица, но еще не заполненная выступает основой для организации действий учащихся при выполнении заданий на сравнение веществ, эксперимента. Таблицу заполняют по ходу выполнения экспериментальных задач на распознавание веществ. По окончании заполнения таблиц обязательно должен быть сформулирован вывод.

Главная цель уроков - исследований - приобретение учащимися функционального навыка исследования как универсального способа получения новых прочных знаний (получаемых самостоятельно и поэтому являющихся личностно значимыми, а значит прочными), развитие способности к исследовательскому типу мышления, активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе. Таким образом, главным результатом урока - исследования является интеллектуальный, творческий продукт (знания), устанавливающий ту или иную истину в результате процедуры исследования. Чем больше учебно-познавательных действий и операций выполнено учащимися за урок и чем более они рациональны и целесообразны, тем выше интенсивность учебного труда.[10] Поэтому использование учебно-исследовательского метода на уроках химии и физики помогает достичь повышения качества знаний и роста познавательной активности школьников. (Приложение 1)

См. продолжение