Формирование исследовательских умений на уроках физики

Формирование исследовательских умений на уроках физики

  В настоящее время основная школа уже перешла на обучение физике по новому стандарту. В Федеральном государственном образовательном стандарте выделены требования к результатам освоения основной образовательной программы. Одно из таких требований по физике - овладение навыками учебно-исследовательской, проектной деятельности, умениям исследовать физические явления и процессы. Это означает, что у современных школьников должны быть сформированы такие исследовательские умения, как умение анализировать проблемные ситуации, выделять противоречия, выдвигать гипотезы, планировать и осуществлять исследовательские действия.

  В методике преподавания  физики можно назвать целый  ряд диссертационных исследований, методических пособий и статей, посвященных формированию исследовательских умений учащихся. Однако следует отметить, что большинство из них относятся к старшим классам или к внеурочной деятельности.

  Существуют противоречия:

- между современными целями  обучения физике, требованиями нормативных документов к результатам обучения предмета «физика» и существующим методическим обеспечением, которое не дает ответа на вопросы: как, с помощью каких способов формировать исследовательские умения у учащихся основной школы;

- между рекомендациями  психологов, которые утверждают, что  оптимальным периодом для формирования исследовательских умений является возраст учащихся восьмых-девятых классов, и имеющимися методическими рекомендациями по их формированию, которые относятся в основном к обучению физике учащихся старших классов.

Указанные противоречия обуславливают актуальность темы нашего доклада, посвященного методике формирования умений исследовательской деятельности на уроках физики в основной школе.

В нашей работе мы проанализировали некоторые подходы к определению сущности понятия «Исследовательская деятельность». В педагогической науке отсутствует однозначная трактовка данного понятия. Так, Н.И. Запрудский утверждает, что учебно-исследовательская деятельность учащихся – это решение ими творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным результатом, имеющей целью построение учеником субъективно нового знания. По мнению В.И. Андреева, учебно-исследовательская деятельность – это «организуемая педагогом с использованием преимущественно дидактических средств косвенного и перспективного управления деятельность учащихся, направленная на поиск объяснения и доказательства закономерных связей и отношений, экспериментально наблюдаемых или теоретически анализируемых фактов, явлений, процессов, в которой доминирует самостоятельное применение приемов научных методов познания и в результате которой учащиеся активно овладевают знаниями, развивают свои исследовательские умения». Семенова Н.А. характеризует учебно-исследовательскую деятельность как «специально организованную, познавательную творческую деятельность учащихся, по своей структуре соответствующую научной деятельности, характеризующуюся целенаправленностью, активностью, предметностью, мотивированностью и сознательностью, результатом которой является формирование познавательных мотивов, исследовательских умений, субъективно новых для учащихся знаний или способов деятельности».

Разагатова Н.А. определяет учебно-исследовательскую деятельность как «специфическую учебную деятельность, предполагающую наличие основных этапов, характерных для научного исследования и ориентированную на открытие лично значимых для учащегося знаний, формирование исследовательских умений».

Некоторые исследователи используют указанные понятия, но не дают их определений. Так, А. А.  Пентин пишет, что «есть слова, которые каждый толкует по-своему. И не потому, что лень заглянуть в словарь – просто в самих этих словах содержится много смыслов. Именно к такому типу относятся понятия «исследование», «исследовательское  обучение»». Однако и он сам отказывается давать «очередное» определение понятию «исследование».

Философский энциклопедический  словарь так трактует термин «исследование»- это «процесс выработки новых научных знаний, один из видов познавательной деятельности. Исследование характеризуется объективностью, воспроизводимостью, доказательностью и точностью»

 

Сравнительный анализ данных определений позволяет установить сущностные характеристики исследовательской деятельности: ориетирована на решение творческой исследовательской задачи; по структуре соответствует научной деятельности, предполагает присвоение учащимся субъективно нового знания; базируется на дидактических средствах управления; результативность проявляется в формировании у учащихся познавательных мотивов, исследовательских умений, личностных качеств.

Некоторые исследователи используют указанные понятия, но не дают их определений. Так, А. А.  Пентин пишет, что «есть слова, которые каждый толкует по-своему. И не потому, что лень заглянуть в словарь – просто в самих этих словах содержится много смыслов. Именно к такому типу относятся понятия «исследование», «исследовательское  обучение»». Однако и он сам отказывается давать «очередное» определение понятию «исследование».

По мнению И.А. Зимней и Е.А. Шашенковой, «исследовательская деятельность» — это «специфическая человеческая деятельность, которая регулируется сознанием и активностью личности, направлена на удовлетворение познавательных, интеллектуальных потребностей, продуктом которой является новое знание, полученное в соответствии с поставленной целью и в соответствии с объективными законами и наличными обстоятельствами, определяющими реальность и достижимость цели. Определение конкретных способов и средств действий через постановку проблемы, вычленение объекта исследования, проведение эксперимента, описание и объяснение фактов, полученных в эксперименте, создание гипотезы (теории), предсказание и проверку полученного знания, определяет специфику и сущность этой деятельности» 

 

  К наиболее эффективным  способам формирования умений  исследовательской деятельности следует, на наш взгляд, отнести следующие способы:

- Совместное выдвижение  гипотез учителем и учащимися;

-Совместная проверка  гипотез учителем и учащимися;

-Коллективное выполнение  учителем и учащимися исследовательских заданий (урок-исследование)

-Частично-самостоятельное  выполнение исследовательских заданий  на уроке физике;

-Самостоятельное выполнение исследовательских заданий на уроке;

-Самостоятельное проведение  физических исследований дома;

-Выполнение экспериментальных  исследований в рамках элективного  курса «Физические исследования».

 

7 класс. Тема урока «Действие жидкости

 на погруженное тело».

Во время объяснения нового материала учащиеся

 ставятся  в ситуацию исследователя. Учитель демонстрирует

обычный опыт по растяжению пружины под действием груза,

 находящегося сначала в воздухе, а затем в воде. В беседе

 с учащимися выясняется  существование выталкивающей силы.

Совместное выдвижение гипотез учителем и учащимися

 

 Именно теперь  учитель предлагает перейти к серьезному

 научному  исследованию, т. е. выяснить, от чего зависит

 выталкивающая  сила.

Всякое исследование начинается со сбора и обсуждения фактов.

 Такие факты постепенно  накапливаются в ходе беседы, когда учащиеся

 вспоминают  различные явления природы и  случаи из повседневной практики.

Это помогает им сформулировать проблему урока и выдвинуть гипотезу.

Учащиеся предполагают, что выталкивающая сила зависит от объема

погруженного тела, от его веса (или массы), от плотности жидкости, от глубины

погружения тела, от формы тела. Учителю не следует отбрасывать неверные

 предположения: каждая из гипотез нуждается в экспериментальной проверке.

Совместная проверка гипотез учителем и учащимися

 

 Для этого  на каждом столе приготовлены: рычаг, укрепленный на штативе,

2 стакана с водой, тела одного объема, но разной массы (калориметрические тела),

поваренная соль, линейка, тела одинаковой массы, но разного объема

(алюминиевый  цилиндр из набора калориметрических тел и картофелина,

 предварительно  обвязанные ниткой).

Учащиеся постепенно подвешивают тела к рычагу, добиваются его

 равновесия, а затем, погружая тела в воду, проверяют все выдвинутые

гипотезы. При этом ученики, самостоятельно исследуя характер зависимости

 между физическими  величинами, анализируют свои наблюдения, делают

 выводы, которые  и приводят к окончательному  построению теории 

(выводу формулы).

 

 

 

За теоретическим толкованием формулы архимедовой

 силы может следовать  экспериментальная проверка формулы с помощью

 опыта с  ведерком Архимеда. В конце урока  учащиеся снова анализируют 

факты, предлагаемые либо учителем, либо самими учениками, например:

«На какое из тел действует большая выталкивающая сила?»,

«Почему все водяные растения обладают мягкими,

 легко сгибающимися стеблями?» и т. д. Приводимые

 факты и  их объяснения можно снова проверить на опыте.

Таким образом, цикл научного исследования, на путь которого

 вступили ученики, оказывается замкнутым. Активность

 учащихся при проведении данного исследования способствует

 осознанию  зависимости между конкретным и абстрактным

 содержанием  темы, между практической и теоретической

сторонами деятельности.

Самостоятельное проведение физических исследований дома

1. В целях более активного привлечения внимания к

 результатам  урока в 8 классе «Последовательное соединение» и следующего

«Параллельное соединение проводников»

учащимся дается задание на дом - изучить электропроводку в комнате,

квартире; определить число потребителей, способы их включения;

 номинальные  токи и напряжения, на которые  они рассчитаны.

2.При изучении  темы «Диффузия»

 Учащимся  предлагается  дома проверить: как  зависит скорость протекания  диффузии от температуры?

3. При изучении  темы «Испарение» учащимся предложено  выяснить, как зависит скорость испарения жидкости от рода, температуры, и площади свободной поверхности жидкости?

4. Вырезать из  листа бумаги два одинаковых  лепестка и приложить их друг  к другу. Слипаются ли они? Повторить  опыт, намочив соприкасающиеся стороны  лепестков водой. Почему лепестки  прилипают друг к другу?

5.Придумайть  схему работы простейшего фонтана  и изготовьте такой фонтан  из подручных материалов.

Выполнение учащимися опытов и наблюдение в домашних условиях является важным дополнением ко всем видам экспериментальных и практических работ. Особое значение домашние опыты и наблюдение имеют для развития исследовательских способностей школьников, для формирования у них экспериментальных умений и навыков. Роль домашнего эксперимента особенно велика при формировании понятий, где необходима опора на конкретный материал, на чувственное восприятие предметов и явлений.

Это позволит каждому ученику внести вклад в анализ фактов

 и выдвижение  гипотезы исследования на каждом  этапе урока.

 

 

Частично-самостоятельное выполнение исследовательских заданий на уроке

10 класс. Тема  урока «Газовые законы».

Этот урок предполагает дедуктивный путь

 изучения темы. При этом,

 используя  физическую модель идеального  газа, из уравнения Клаузиуса учитель и ученики получают

закон Менделеева - Клапейрона, а из него все газовые законы.

Коллективное выполнение учителем и учащимися исследовательские задания (урок-исследование)

 

 Учащимся предлагается самостоятельно получить, аналитически и экспериментально

исследовать уравнение состояния идеального газа при неизменности одного из параметров.

Класс разбивается на три группы, каждая из которых получает следующие задания

(для одного  из законов):

1. Вывести закон аналитически.
2. Предложить геометрическую интерпретацию закона в различных
3. системах координат (р,V; р,Т; V,Т).
4. Экспериментально проверить правильность закона.

Самостоятельное выполнение исследовательских заданий на уроке

Любая лабораторная работа в курсе физики – это тоже самостоятельное исследование. Например, в 8 классе «Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ее различных участках». Дети самостоятельно определяют, что в последовательно соединенной цепи сила тока одинакова на любом участке. В 9 классе ребята исследуют зависимость периода и частоты свободных колебаний нитяного маятника от его длины; в 11 классе проводят исследовательскую работу по определению оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы; в 10 классе опытным путем подтверждают справедливость закона Гей-Люссака.

 

 

Научный руководитель-канд. пед. наук

И.Ю. Ильина