Статья на тему: "Развитие естественнонаучной грамотности школьников при выполнении лабораторных работ по физике"

Развитие естественнонаучной грамотности школьников при выполнении лабораторных работ по физике

Аннотация: В данной статье представлены авторские задания, для развития естественнонаучной грамотности (ЕНГ) школьников для уроков лабораторных работ по физике.

Вся сила естественнонаучного знания лежит в научных методах, одним из которых является проведение опытов. Пока лабораторные работы больше похожи на репродуктивное воспроизведение знаний, чем на действительное практическое их применение и возможность школьника проявить свои способности к рассуждению, анализу, планированию и т.,д., мы будем наблюдать у детей отсутствие интереса и мотивации к обучению. Лабораторные работы не должны быть формальностью в обучении. Это тот тип знания, который может пробудить творчество и развить естественнонаучный интерес школьников и естественнонаучные компетенции.

Важно понимать, что лабораторные работы имеют параллели с исследовательскими работами, хотя это всё еще два разных метода, которые используются в науке. Лабораторные работы могут носить характер как репродуктивный, так  поисковый 

Если в лабораторные работы добавить задания, которые будут ориентированы на реальный мир, будут развивать естественнонаучное мышление, то это положительно повлияет на функциональной грамотность школьников в целом. Функциональная грамотность официально вошла в состав государственных гарантий качества основного общего образования, наша задача поспособствовать её развитию.

Для того чтобы развивать ЕНГ у школьников, нужно постепенно включать в учебный процесс задания, обеспечивающие развитие естественнонаучных компетенций.

Для начала следует выработать у учеников такие компетенции, которые дадут им понимание того, как работать с информацией, как самостоятельно приобретать новые знания и практические умения, как организовывать учебную деятельность, ставить цели учебной деятельности, осуществлять поиск, анализ и отбор информации.

I уровень. Для лабораторных работ, которые имеют репродуктивный и частично-поисковый характер, можно использовать задания на анализ текста, структурирование информации с использованием приёмов эффективного чтения, так же возможны графические приёмы работы с информацией (составление кластеров, таблиц, графиков зависимости, схем). Данные задания можно применять на всех уроках лабораторных работ. Но на самой лабораторной работе было бы бессмысленно требовать составить кластер по теме, когда основная идея это проведение опыта, следовательно, создание заданий должно происходить в контексте предстоящего опыта. Проблемные вопросы, связанные с устройством оборудования и требующие поиска информации на данную тему, вопросы, которые требуют нахождение зависимости из графиков, использование дополнительных таблиц по типу справочного материала, поиск существующих теорий, для проверки собственных рассуждений, проведение анализа результатов работы и их сравнение с результатами напарника, все это тоже является заданиями на анализ текста. Использование простых проблемных вопросов в контексте репродуктивной и частично-поисковой лабораторной работы может помочь школьникам на первых этапах развить базовые способности к рассуждению и поиску, быстрому анализу и умозаключению.

На данном уровне школьники могут быть ещё не готовы к формированию целей, гипотез и конструированию опыта самостоятельно, при этом, возможно использовать дополнительные вопросы, которые помогают сформировать гипотезу и цель работы. Возможность ссылаться на параграф с законом в учебнике и попросить предположить школьников, уже знакомых с теорией выдвинут свои вопросы к данной теории, на которые мы сможем ответить проведением опыта.

II уровень. Лабораторные работы поискового типа, это достаточно сложный в организации процесс, который требует основательно сформированных компетенций. На данном уровне могут быть использованы задания-исследования. Данные задания могут быть как частью частично готовой лабораторные работы (иметь при себе готовый минимальный план исследования), так и в целом служить поводом для открытия нового знания и конструирования опыта самостоятельно, что только поспособствует развитию ЕНГ.

От лабораторных работ репродуктивного типа полностью отказываться нельзя, на начальных парах изучения физики, но их можно улучшить  и дополнить, частично превратить в лабораторные с проблемными вопросами, которые требуют решения.

Продемонстрируем фрагменты лабораторных первого уровня сложности. В основном это лабораторные работы седьмого класса, которые для учащихся в целом являются новым методом познания. В основном в контексте данных лабораторных в самом начале изучаются  умения пользоваться измерительными приборами. Создадим такие вопросы и задания, которые в более широком контексте обогатят данные работы.

Определение показателей измерительного прибора (7 класс)

Цель: Определить цену деления шкалы измерительного цилиндра, определить объем жидкости.

Приборы и материалы: Измерительный цилиндр, стакан с водой, небольшие сосуды.

Учебник: Перышкин , И.М. Учебник: Физика. 7 кл.: учеб. Базовый уровень / И.М. Перышкин, А.И. Иванов – 3-е изд., Москва: Просвещение, 2023. – 239 с.

Предложим школьникам реальный забавный контекст для выполнения лабораторной работы.

Данные слова может говорить учитель, либо это текст карточек.

При приготовлении изысканного кулинарного блюда в изысканном ресторане, по наказу шефа от вас требуют строгое соблюдение граммов всех ингредиентов с учетом абсолютной погрешности. Шеф требует с вас, чтобы вы определили цену деления всех мерных ложек, стаканчиков и кружечек. Так же требуется определить объем каждого стаканчика и мерно цилиндра. Ваши действия?

Что такое абсолютная погрешность? Воспользуйтесь текстом учебника для ответа на данный вопрос.

Далее можно дать воспользоваться школьникам текстом лабораторной работы из учебника. При использовании контекста даже забавного, дети могут войти в роль не только исследователей, но различных персонажей, найти применение опыта в различных профессиях и повседневных делах. Данный контекст ставит перед детьми проблемную ситуацию, которая требует решения, а решение кроется в опыте лабораторной работы.

Ещё один пример постановки контекста.

Определение размеров малых тел (7 класс)

Цель: обобщить знания о световых явлениях и законах распространения света.

Приборы и материалы: Линейка ученическая, горох, пшено (или бисер), иголка. (Для демонстрации картина из бисера или из страз, лучше принадлежащая ученику)

Учебник: Перышкин , И.М. Учебник: Физика. 7 кл.: учеб. Базовый уровень / И.М. Перышкин, А.И. Иванов – 3-е изд., Москва: Просвещение, 2023. – 239 с.

Данные слова может говорить учитель, либо это текст карточек.

Картины из бисера и из страз в поседение годы стали очень популярны не только среди бабушек, но и среди молодежи. Появилось множество дизайнов, но иногда свой родной так сложно найти. Предположим, что вам нужно собрать картинку из страз, вы создали свой дизайн, купили сами стразы и обнаружил, что они больше на несколько миллиметров ячеек, составляющих ваш дизайн. Для такой тонкой работы это уже большая погрешность, картина начнет сдвигаться и выглядеть нелепо. Вам нужно купить новые стразы верного размера, но для этого нужно узнать размер маленькой ячейки вашего дизайна, но как? У вас есть только обычная линейка и каждая бусинка там это неточное и неясное количество сантиметров.

Стразы, которые оказались большие для вашего дизайна выкидывать тоже нельзя, против экологии! Но как их использовать, если непонятно какой у них размер, и по какой ширине ячейки создавать дизайн?

Далее можно дать воспользоваться школьникам текстом лабораторной работы из учебника.

Под конец лабораторной попросить учеников сравнить результаты измерений друг с другой. Узнайте сколько кто брал бусин, как была оформлена работа, какой вывод можно сделать по окончанию данной работы?  

Использование контекста обогащает лабораторную работу. Использование реальных ситуаций заставляет учеников эмоционально инвестировать в историю, появляется мотивация узнать тот самый способ и опыт, который поможет в её решении. Обычная репродуктивная лабораторная работа становится интересным заданием, которая дает возможность ученикам свободно рассуждать и использовать лабораторную как ориентир для решения проблемы.

Контекст с поваром можно снова использовать при выполнении лабораторной работы «Измерение массы тела».

Лабораторные работы по «Измерению объёма твердого тела», «Определение плотности твёрдого тела» можно поместить в контекст детективного расследования. Найти цилиндры металла золотого цвета и сказать, что данные цилиндры золота были подарены очень давно данной школе ещё при царе. Они лежат в лаборантской так давно и их выдают только самой лучшей параллели для работы на лабораторных. Но, кажется, кто-то недавно стащил оригинал и положил очень подлинную подмену. Как нам узнать из чего на самом деле эти цилиндры?

Для лабораторной работы «Выяснение условий плавания тела в жидкости» можно задать вопрос, все ли умеют плавать? Почему некоторые не могут удержаться на воде? От чего на самом деле зависит, будет, плавать тело или нет? Почему если кусочек пластилина просто кинуть в воду он утонет, а если сделать форму лодочки, то нет?

Для лабораторной работы «Выяснений условий равновесия рычага» дать задание найти в своем теле рычаги первого и второго рода. Самостоятельно описать рычаг третьего рода. Есть таковой у нас в теле? Запишите реальные примеры использования рычагов первого, второго и третьего рода из разных областей повседневной жизни. Зарисуйте их. Сравните записи друг с другом, допишите рычаги, которые отсутствуют у вас. Проанализируйте, верно ли ваш товарищ выявил рычаги разных типов? Верно ли у вас записаны ваши примеры?

Для лабораторной работы «Определение КПД наклонной плоскости» можно использовать реальный пример с пандусами для людей с ОВЗ. Собрать картинки самых странных пандусов, по которым почти невозможно заехать и несколько реалистичных и сказать, примерные углы под которыми находятся пандусы и высоты наклонной плоскости. Спросить, по какому пандусу человеку будет легче всего взбираться и почему? Докажите свои рассуждения опытом.

В примерах выше сама инструкция лабораторной работы сохранялась, но добавился контекст реальных ситуаций.

В восьмом классе на лабораторных занятиях можно постепенно помимо добавления контекста, создавать проблемные вопросы, которые могут потребовать анализа данных опыта, а также постепенно вместо готовых работ давать задания на формирования гипотез и целей работ.

Для лабораторной работы  «Изучение процесса теплообмена» будем использовать проблемные вопросы. В каком случае процесс теплообмена произойдет быстрее, если в горячую воду наливать холодную или в холодную наливать горячую, при условии, что массы горячей и холодной воды одинаковы? Проверьте на опыте, используя калориметр.

Для лабораторной работы  «Изучение процесса теплообмена» будем так же использовать проблемные вопросы. Если температура в комнате 16°C, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20°C, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему? (Температура тела человека выше 20°C. Теплообмен между человеком и водой намного интенсивнее, так как теплопроводность воды больше теплопроводности воздуха. Поэтому в воде с температурой 20°C холоднее, чем на воздухе с температурой 16°C).

При одинаковой температуре гранита и кирпича кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшим теплоизоляционным свойством?

Для лабораторной работы «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе» дадим возможность сформировать цель работы и сконструировать опыт самостоятельно. У каждого прибора есть мощность, но есть ли она у обычной лампочки? Поставьте цель работы на основе данного вопроса. Сконструируйте опыт, зная формулы для нахождения мощности и работы тока в цепи. На основании физических величин в формулах, какие приборы вам понадобятся? Разбейтесь на группы и создайте свой план лабораторной работы, пропишите цели и оборудование, начертите схемы и таблицы, если нужно.  Под конец лабораторной попросить учеников сравнить результаты измерений друг с другой. Какой вывод можно сделать по окончанию данной работы?

Для лабораторной работы «Изучение явления электромагнитной индукции» можно предложить повторить опыты Фарадея. Сконструируйте цель для данных опытов, что конкретно вы будете изучать? Какие приборы вам понадобятся? Определите несколько различных сценариев для опытов? Разбейтесь на группы и создайте свой план лабораторной работы, пропишите цели и оборудование, начертите схемы и таблицы, если нужно. Проанализируйте информацию из параграфов по данным опытам. Что вы узнали? Под конец лабораторной попросить учеников сравнить результаты измерений друг с другой. Какой вывод можно сделать по окончанию данной работы?

В девятом классе можно продолжить включение проблемных вопросов и частичное самостоятельное конструирование опытов.

Для лабораторной работы «Измерение ускорения свободного падения» задать вопрос, а как вы узнали, что ускорение сводного падения именно такое? Возможно ли вывести данные теоретически? Как доказать теорию опытом? Сконструируйте опыт. Разбейтесь на группы и создайте свой план лабораторной работы, пропишите цели и оборудование, начертите схемы и таблицы, если нужно.  Под конец лабораторной попросить учеников сравнить результаты измерений друг с другой. Какой вывод можно сделать по окончанию данной работы?

Подобного рода реструктуризация лабораторных работ развивает нужные нам естественнонаучные компетенции, а анализ выполненных заданий даёт нам понять степень сформированности тех или иных компетенций. Создание контекста, проблемных вопросов, создание ситуации конструирования опыта, поиска информации, обмена идеями, полноценного анализа результатов и рефлексии, всё это способствует исследовательскому мышлению, а значит и развивает естественнонаучные компетенции.

Список литературы:

1. Абрамова М.Н. Исследовательская деятельность как технология становления личности обучающихся / М.Н. Абрамова. Текст: электронный // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. – 2011. – № 2. С. 23–25.

2. Камалеева А.Р. Научно-методическая система формирования основных естественнонаучных компетенций учащейся молодежи: специальность 13.00.02 «Теория и методика обучения и воспитания (естествознание)»: Автореф. дис. ... док. пед. наук. / Камалеева Алсу Рауфовна; Московский педагогический государственный университет. – Москва, 2012. – 47 с.

3. Камалеева А.Р. Новый взгляд на оценку качества естественнонаучной и профессиональной подготовки студентов организации среднего профессионального образования / А.Р. Камалеева, С.Ю. Грузкова, Н.В. Шигапова. – Текст: электронный // International Journal of Advanced Studies. – 2017. – Vol. 7, № 4. – 26-52 с.

4. Канева С.П. Формирование самостоятельной творческой личности школьника через исследовательскую и проектную деятельность / С.П. Канева. – Текст: непосредственный // Эксперимент и инновации в школе. – 2011. – № 2. – С. 56–58.

5. Крупник С.А. Функциональная грамотность в системе образования Беларуси / С.А. Крупник, В.В.Мацкевич: Изд-во Мн.: АПО, 2003. – 100 с.