Исследовательская деятельность обучающихся на уроках физики

«Исследовательская деятельность учащихся на уроках физики»

 Школа для ученика, который живет в начале третьего тысячелетия, должна быть иной. Смена содержания обучения физике вызвана изменением целей образования в целом. Практика обучения показывает, что у учащихся массовой школы слабо сформированы, прежде всего, экспериментальные умения и навыки, знания методологии исследования, что, в конечном счете, сказывается на недостаточно осознанном изучении основ физической науки и проявляется в пассивности ученика в процессе обучения. Особенно актуальна эта проблема в основной школе, когда закладываются основные экспериментальные умения и навыки, формируется элементарная культура исследователя. Разрешение этой проблемы способствует оптимизации процесса обучения физике в основной школе, помогает ученику определиться с выбором профиля дальнейшего обучения. Творчески работающий учитель сам самостоятельно отбирает среди современных технологий те, которые становятся эффективными в учебно-воспитательном процессе для обучающихся. Физика – особый предмет, наиболее общая из всех наук о природе, важная часть общечеловеческой культуры: это сама жизнь, это основа мировоззрения.    Задача современного учителя физики – показать применение своего предмета и сформировать мировоззренческую основу, а на этой базе организовать самостоятельную деятельность ученика. От того, как учитель это делает ежедневно, какие формы и методы применяет, какие педагогические технологии использует на каждом уроке и внеклассном мероприятии, зависит рейтинг предмета. Эта миссия возложена обществом на учителя. А на учителя физики – вдвойне, ведь нет в школьной программе предмета, изучающего столь широкий спектр явлений природы в их единстве. Он может ставить перед классом и перед собой проблемы нерешенные, дискуссионные, нуждающиеся в исследовании не только ради решения задачи, но и ради поисков истины. И ученикам важно увидеть нечто, выходящее за рамки усвоения готовых понятий и решений, теорем и аксиом, регламентированных задач. Так, например, изложение нового материала может проводиться как на уровне ознакомления с уже существующей трактовкой, так и на уровне самостоятельных, полезных, пусть и не оригинальных наблюдений и обобщений, а также на уровне маленьких открытий, позволяющих по-новому взглянуть на изученный материал, известные понятия. В этом заключается один из видов исследовательской деятельности учащихся Учебно-исследовательская деятельность готовит учащихся к новым общественным отношениям, развивает личностно-значимые качества учащихся, необходимые им для успешного самоопределения в дальнейшем.    Исследовательский метод обучения применим на всех ступенях обучения — с учетом возрастных возможностей и подготовки учащихся. Этот метод применяется в трех направлениях: - включение элемента поиска во все задания учащихся; - раскрытие учителем познавательного процесса, осуществляемого учащимися при доказательстве того или иного положения; - организация целостного исследования, осуществляемого учащимися самостоятельно, но под руководством и наблюдением учителя (доклады, сообщения, проекты, основанные на самостоятельном поиске, анализе, обобщении фактов). При использовании исследовательского метода меняется роль учителя: из носителя знаний и информации учитель превращается в организатора деятельности, консультанта и коллегу по решению проблемы. Педагог выступает как организатор формы и условий исследовательской деятельности, благодаря которым у ученика формируется внутренняя мотивация подходить к любой возникающей перед ним научной или жизненной проблеме с исследовательской, творческой позиции. Учитель, как организатор учебного процесса, должен проявлять и управленческие способности, и творческий подход. Непосредственное же руководство учебно-исследовательской работой школьника — это тот вид педагогического взаимодействия, в котором максимально раскрываются возможности сотрудничества, соавторства, сотворчества.

Успешное овладение физики детьми требует большого мастерства учителя. Практика же показывает, что образовательный процесс зависит не только от учителя, который дает знания. Для получения положительного результата необходимо, чтобы ученик знания взял. Но далеко не всегда ребенок хочет и может - это сделать. Каким образом стимулировать изначально присущее человеку стремление познавать окружающий мир, как убедить подростка в необходимости научных знаний? Существует несомненная связь между успеваемостью по физике и интересом к ней, но связь эта далеко не однозна. К тому же все более очевидным становится противоречие: когда обучение строится, в основном, на запоминании информации, отобранной учителем, в то время как интерес учащихся к предмету предполагает самостоятельный поиск информации и конструирование на ее основе новых знаний и умений. Одним из основных направлений современного образования - практическая направленность обучения. «Зачем мы это изучаем?», «Где мы это можем применить?»- такая мотивация должна присутствовать на каждом уроке.

Актуальность этой проблемы: использование исследовательской работы, которые формируют у школьников навыки самостоятельного добывания новых знаний, сбора необходимой информации, умения выдвигать гипотезы, делать выводы и строить умозаключения, а также способствуют повышению интереса к изучению любою предмета, в том числе и физики. Таким образом, объектом работы являются дидактические средства обучения физики в средней школе.    Предметом работы – интеграция исследовательских работ в обучение в средней школе.

Гипотеза: использование исследовательских работ на уроках физики способствует более эффективному усвоению учащимися учебного материала.   Цель: научить учащихся формулировать прикладную проблему, организовать свою деятельность, добиваться нужного результата, сформировать способности анализировать конкретные ситуации, навыки решения проблем, принятия решений, поиска, анализа и обработки информации, подготовить обучающихся к профессиональному выбору.

1.Обучить планированию: определить цель, описать основные шаги по достижению поставленной цели, концентрироваться на достижение цели на протяжении всей работы

2.Формировать навык сбора и обработки материалов, информации.

3. Развивать умение анализировать (креативность и критическое мышление)

 4.Учить составлять письменный отчет, план работы, презентовать информацию, оформлять сноски.

5.Фомировать позитивное отношение к работе: проявлять инициативу, энтузиазм, стараться выполнить работу в срок в соответствии с установленным планом, графиком работы.

 6. Углубить интерес к предмету в ходе работы на уроках и внеурочной деятельности. Проведя анализ своей работы, пришла к выводу о необходимости использования проблемно-исследовательских методов обучения для формирования учебно-исследовательских компетенций учащихся.

Считаю, что знание физики должно создаваться на глазах учащегося с их посильным участием. Стараюсь, чтобы ребенок выступал в роли исследователя, «открывающего» основополагающие свойства и отношения, учу его наблюдать и анализировать, побуждаю у него интерес к еще нерешенным задачам. Формирование навыков исследовательской работы веду по следующим направлениям: Ø развитие исследовательских навыков при изучении материала на уроках и во внеурочное время с использованием исследовательских вопросов и заданий (особое внимание уделяю формированию умений видеть проблему, намечать пути ее решения). проведение учеником небольшого исследования с подготовкой сообщения, доклада, реферата, в том числе, с использованием сети Интернет.  усиление практической направленности программного материала. Самым важным при выполнении исследовательской деятельности является способность учащегося видеть проблему, анализировать известное и неизвестное, на основе анализа выдвигать гипотезу по решению проблемы и обосновывать ее.   

 Ключевым моментом любого исследования является гипотеза, на основании которой строится исследование. Поэтому обучение школьников формулировке гипотез и их обоснованию является начальным этапом обучения исследованию. Я подбираю учебный материал и методы его подачи, выбираю формы организации, организация рефлексии собственной деятельности на уроке. Непременным условием исследовательской деятельности является наличие заранее выработанных представлений о конечном продукте деятельности, выделение этапов проектирования и реализация проектов, включая его осмысление и рефлексию результатов деятельности. Немалый интерес к физике прививают мини - исследования. Их включать в образовательный процесс с 7 класса и обычно связывать с вопросами научнотехнического прогресса, например, «Движение искусственных спутников Земли», «Тепловые двигатели» и др. За неделю до проведения урока учащимся сообщается его тема, перечень литературы. Готовятся все ученики, а выступают по желанию, обобщения делает учитель. Эти занятия вырабатывают самостоятельность мышления учащихся, развивают их эрудицию. Практика моей работы показывает, что наиболее эффективны те средства поддержания познавательной активности учеников, которые связаны с их жизнью.

 Использование художественной и научно-популярной литературы, телевизионных научно-популярных передач, в процессе обучения оживляет урок и способствует активизации познавательной деятельности учащихся, закреплению и углублению получаемых ими знаний, созданию целостного представления об окружающем мире и, что тоже важно, развивает у них потребность в поиске нового. Этот прием позволяет легко войти в контакт с учащимися, вызвать их расположение, ярко и образно преподнести изучаемый материал, что способствует его усвоению. Приведу несколько примеров. При изучении с семиклассниками темы о равнодействующей силе можно разбирать басню Крылова «Лебедь, рак и щука», пытаясь выяснить, был ли прав автор с точки зрения физики, утверждая, что «воз и ныне там». Это интересно, увлекательно показывает направление сил и в ходе урока можно заниматься воспитательной работой. При изучении темы «Электрический ток» в 8 классе исследовали «Переменный электрический ток». Который позволил решить задачу компетентного подхода в обучении – соединить учебный материал, изложенный в учебнике с вопросами практической жизни, с которыми сталкиваются ученики в повседневной жизни, позволил расширить кругозор, объединив вопросы разных предметов. В 9 классе при изучении темы «Звук», ставлю цель урока: научить применять знания для объяснения физических процессов и решения задач, находить связи между физическими характеристиками звука и его восприятием. При изучении этой темы, обучающие работали над темой «Колокола России». Они учились слушать звоны колоколов. При выполнении работы, узнали историю колоколов, архитектуру, зависимость звука от формы, веса, качества металлов, технологии изготовления. Узнали, что наилучший материал для изготовления колоколов считается бронза - сплав из 4 частей меди и 1 части олова. Это коллективная работа - помогали работать учитель музыки и учитель истории.

Использование произведений искусства в процессе обучения физики есть один из примеров повышения познавательного интереса к науке. При изучении физики школьники знакомятся с причинами ряда физических явлений в природе. Так, законами рассеяния света объясняется голубизна небосвода. Дисперсию света можно изучать в каплях влаги – радуга. Интерференцию и дифракцию – игра цвета на водной поверхности водоемов. Преломление света – миражи. Электромагнитные и оптические процессы – великолепие северных сияний. Школьникам важно пояснить необходимость для художника знаний фотометрии, многообразия цветов и их оттенков, правил восприятия света, смешения цветов. Изучая в разделе «Оптика» спектральный состав излучения, можно рассказывать о психологической особенности восприятия цвета человеком. Например: бордовый и красный вызывают ощущения тепла, зеленый – прохлады. Эти свойства цветов порождать определенные ощущения широко используются в технике; так, горячие цеха заводов, как правило, окрашивают в холодные тона (синие, голубые).

Использование при обучении физики произведений изобразительного искусства повышает эмоциональную восприимчивость учащихся, тем самым способствует получению глубоких знаний, приобщает учащихся к прекрасному, помогает воспитывать эстетический вкус. Уроки физики, на которых демонстрируются репродукции художественных произведений, должны убеждать подрастающее поколение в том, что наука и искусство взаимосвязаны, что глубокие эмоции необходимы любому человеку, какой бы деятельностью он не занимался. Так, в седьмом, восьмом классах у школьников преобладает нагляднодейственное и наглядно-образное мышление. Учащиеся этого возраста склонны к общению. В связи с этим стараюсь обучать школьников выдвижению гипотез, предлагая им проблемы, для решения которых можно использовать не только учебный опыт, но и бытовой. Для активизации процесса высказывания версий или первичных гипотез я организовываю группы учащихся по решению проблем, в которых они могут свободно общаться. При общении в группе школьники учатся задавать вопросы, обосновывать свое мнение на основе изученного материала, известных им фактов. Хорошей темой для выдвижения версий является обсуждение с учащимися 7-го класса вопроса о строении вещества. В качестве ключевой проблемы выдвигаю вопрос «Как можно заглянуть внутрь вещества?» Для этого мы с учащимися рассматриваем свойство тел при нагревании - увеличиваться в объеме. «А что же находится внутри тела, и какие невидимые изменения там происходят?» Учащиеся высказывают свои гипотезы, а затем все вместе оцениваем их разумность. Верную гипотезу проверяем экспериментально. На втором этапе (8-й класс) при обосновании версий ученики в большей степени пользуются научными знаниями, нежели бытовым опытом. У них формируются умения поиска, изучения, обработки информации. На данном этапе исследовательской деятельности ученик углубляет свои знания по предмету, лучше в нем ориентируется. Происходит обучение планированию исследования, для чего также используется совместное обсуждение плана исследования в группе на основе выдвинутой гипотезы. Обучение планированию исследования можно осуществить на ряде тем 8-го класса, например, «Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар». К моменту изучения темы «Магнитное поле и его свойства», восьмиклассники из курса природоведения уже знают том, что магнитное поле существует вокруг постоянных магнитов – естественных и искусственных, знают свойства взаимодействия магнитов: одноименные полюсы отталкиваются, разноименные полюсы притягиваются. Но они не знают того, что магнитное поле существует также вокруг проводников с током. Учитель создает проблемную ситуацию: 1. Дома идет ремонт. Как вбить в стену гвоздь, не повредив электропроводки? 2. На полу под слоем линолеума проложен прямой изолированный провод. Как определить местонахождение провода, не вскрывая линолеума? Задача учителя заключается, в том, чтобы не давать новые знания в готовом виде, а организовать работу учащихся так, чтобы они сами додумались до решения проблемы урока в процессе самостоятельной исследовательской деятельности, и сами объяснили, как надо действовать в новых условиях.

Дополнительные задания о применении явления на практике стимулируют поиск, систематизацию учащимися информации. При обработке результатов исследования также формируются информационные умения. Формирование умения применить эксперимент для подтверждения гипотезы происходит на третьем этапе. При выполнении эксперимента школьники осваивают такие умения, как наблюдать явление, измерять, проводить эксперимент, описывать эксперимент. Этот вид исследовательской деятельности многие школьники на уроках физики в 9-м классе выполняют самостоятельно, предварительно обсудив выполнение эксперимента в группе. Ученики делают самостоятельно выводы из исследования и предъявляют их для обсуждения. Примером самостоятельного исследования по собственному плану может служить выяснение характера движения тела по наклонной плоскости, введение характеристики такого движения – ускорения. Считаю, что использование проблемно - исследовательских вопросов и заданий на уроке способствует качественному усвоению материала и делают процесс познания более интересным. Самостоятельная исследовательская работа с учебником, дополнительным материалом (аннотирование, конспектирование, план, реферат, тезисы) направлены на углубление понимания материала, что приводит к прочности усвоения знаний. Например, в 7 классе при изучении темы «Атмосферное давление», я предлагаю учащимся исследовать зависимость между значением атмосферного давления, которое они измеряют в одно и то же время в течение нескольких суток, и изменением погодных условий, которые происходят за указанный интервал времени. Регулярные наблюдения и измерения формируют умения учащихся самостоятельно работать; повышают ответственность ребят за регулярность и качество их выполнения; дают возможность на практике применить свои знания, полученные на уроках физики. Учащиеся используют алгоритм по выполнению исследовательского задания:

- Постановка проблемы;

-  Составление плана работы;

 -Анализ литературы и теоретическое решение проблемы;

 -Опытная проверка решений проблем (опыты, имитационные игры, дискуссия, выполнение практических работ);

 -Составление выводов.

Старшая школа предполагает отработку навыка самостоятельного учебного исследования. Так, на уроке – практикуме «Зависимость сопротивления проводника от температуры» учащиеся разрабатывают алгоритм выполнения исследования:

1. Формулируют проблему, цель и задачи исследования.

 2. Изучают теоретический материал по теме «Законы постоянного тока».

 3. Высказывают предположение о том, как будет выглядеть зависимость сопротивления проводника от температуры, стараясь объяснить свою гипотезу на основе изученного материала.

4. Разрабатывают способ проверки гипотезы и подбирают оборудование.     

5. По окончании эксперимента делают вывод: что можно сказать о зависимости сопротивления металлического проводника от температуры. Верна ли была гипотеза, достигнута ли поставленная цель, соответствовал ли ход всего эксперимента поставленным задачам? Свою работу учащиеся представляют классу в форме проекта. Анализ успешности выполнения исследования позволяет оценить степень сформированности исследовательской компетенции учащихся. Считаю, что подобные самостоятельные исследования и наблюдения побуждают учащихся мыслить масштабно, искать причинно – следственные связи в изучаемых явлениях природы, делать самостоятельные выводы и обобщения. Учащиеся приобретают умения ставить цель работы, выдвигать гипотезы, правильно разрабатывать задачи исследования и выбирать способы и условия их реализации, организовывать планирование, проводить эксперимент. В ходе выполнения экспериментов у школьников формируются измерительные навыки, развивать умения грамотно работать с различными источниками информации, навыки в оформлении результатов деятельности и формулировки соответствующих выводов. Учащиеся приобретают умения анализировать, осуществлять рефлексию, самооценку своей учебно-познавательной деятельности. Учебное исследование с точки зрения обучаемого – это возможность максимального раскрытия своего творческого потенциала. Эта деятельность позволяет проявить себя индивидуально или в группе, попробовать свои силы, приложить свои знания, принести пользу, показать публично достигнутый результат, что весьма важно, интересно и значимо для самих открывателей. Для активизации мыслительной деятельности, внимания, эффективного запоминания законов, понятий; формирования у учащихся системы знаний о физических явлениях; развития творческих способностей учащихся, вовлечение в учебную работу всех обучаемых мною реализуется такое направление, как практическая направленность программного материала. Так, при изучении темы «Манометры. Насосы. Водопроводы» я предлагаю учащимся придумать (разработать) принцип действия, назначение и область применения следующих технических устройств: o насос, качающий воду из подземного водоема; Решение задач играет огромную роль в усилении практической значимости уроков физики, поэтому кроме качественных и количественных задач мы часто решаем экспериментальные задачи, такие как: «Определить выталкивающую силу, действующую на камушек в воде?» (на столах динамометры, сосуды с водой и камушки с ниткой); «Чему равна сила трения, действующая на брусок?» (динамометр, брусок с нитью); «Определить период колебания математического маятника» (на столах математические маятники разной длины). Немаловажным является решение задач с практическим содержанием: «Вычислить работу тока в холодильнике за сутки (мощность определите по паспорту), «Определить стоимость электроэнергии холодильника за сутки, если по тарифу за 1 кВт/ч платим 1.45 руб.» и др. Считаю, что решение подобных экспериментальных задач полезно для учеников, так как известно, что от услышанного ученик запоминает лишь 20-25%, от написанного – 50-60%, а от увиденного и сделанного самим ≈90%. Домашние опыты в проводятся с использованием каких-то подручных средств, а не специального школьного оборудования, что существенно, ведь в жизни учащимся придется встречаться с различными практическими задачами, которые не всегда похожи на учебные, классные. В этом плане домашние эксперименты способствуют выработке умений самостоятельно планировать опыты, подбирать оборудование, формируют умение познавать окружающие явления, рассматривая их в новой ситуации. Например, задание: «Исследуйте зависимость скорости испарения от температуры окружающей среды». Ученик должен ознакомиться с его содержанием, составить план выполнения и собрать нужную установку, проделать опыты, ответить на вопросы и описать выполненную работу. При этом формируются и в то же время проверяются организационные и экспериментальные умения ученика, его знания. Или такой домашний эксперимент: «Определите объем небольшой картофелины. Вычислите ее массу». Правильность определения объема картофелины отражает умение пользоваться мензуркой; точность, четкость выполнения задания позволяют оценить понимание физического смысла плотности, массы и знание их единиц измерения. Такого рода задания приучают школьника к самостоятельному выполнению работы на всех ее этапах, включая организацию, проведение, осмысление и получение результатов, они должны стимулировать познавательную деятельность и развитие мышления; привлекать внимание к основному материалу курса, быть направленными на углубление и пополнение знаний; легко выполняться в домашних условиях. Свои результаты дети оформляют в виде мультимедийных презентаций. Как известно, для осознания учащимися сущности, структуры и особенностей физических задач, механизмов их решения, важное значение имеет составление ими физических задач самостоятельно, поэтому в своей работе я практикую такой вид работы.

 Очень важно после выполнения учеником задания на составления физической задачи проанализировать её условие, решение, полученный ответ, фронтально обсудить результаты. При этом нужно поощрять проявления творчества, инициативы, оригинальности. Такого рода мероприятия я провожу в своей работе для выполнения поставленной проблемы.

Вывод: Главным результатом исследовательской деятельности является интеллектуальный продукт, устанавливающий ту или иную истину в результате процедуры исследования. Такая деятельность преследует еще и цели социализации, наработки социальной практики средствами исследовательской деятельности. Поэтому, считаю необходимым перестройку учебного процесса в школе с учетом включения элементов исследовательской деятельности детей, что позволяет привнести в него не только индивидуализацию и дифференциацию образования, но и стать средством определения индивидуального образовательного маршрута с учетом способностей и интересов ученика.