Исследовательская деятельность учащихся на уроках физики

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧАЩИХСЯ НА УРОКАХ ФИЗИКИ

Выступление подготовила учитель физики МБОУ СОШ п. Дружба Дятьковского района Брянской области Хуткина Н.В.

Одним из актуальных направлений в теории обучения, позволяющим приобрести опыт применения эмпирических методов познания – экспериментального, логико-математического, является исследовательская деятельность.

В настоящее время-время введения и реализации ФГОС, основной целью образования является не передача учащимся знаний в готовом виде, а вовлечение их в процесс добывания знаний - «Научить учиться - основная задача современного учителя!». Поэтому, на уроках физики необходимо учить детей самостоятельно добывать новое для себя физическое знание, используя для этого доступные источники информации, ставить цели, выдвигать гипотезы, выбирать соответствующие методы и проводить исследования.

Физика — наука экспериментальная. В основе её лежат наблюдения и опыты, и организация проектно-исследовательской деятельности учащихся при изучении физики — необходимый фактор, позволяющий повысить интерес  к физической науке, сделать её увлекательной, занимательной, интересной и полезной с точки зрения практической направленности.

Учебное исследование играет большую роль в интеллектуальном развитии современного школьника. Современному обществу нужны одарённые люди, и поэтому, как в любом обществе, существует потребность в выявлении талантливых и одарённых людей.

Основными задачами современного образования являются: развитие творческих способностей учащихся, подготовка их к различным формам деятельности, выработка к адекватному отношению к окружающему миру,

Главная идея предназначения образовательного учреждения – поиск индивидуальности.

Уже в начальной школе можно встретить таких учеников, которых не удовлетворяет работа со школьным учебником, они читают словари и специальную литературу, ищут ответы на непонятные вопросы в различных областях знаний. Поэтому очень важно выявить таких детей в школе, помочь претворить в жизнь их планы и мечты, вывести школьников на дорогу поиска в науке, в жизни, помочь наиболее полно раскрыть свои способности.

Современные условия быстро меняющегося мира, лавинообразный поток информации создают серьёзные затруднения для формирования полноценной, самоактуализирующейся личности. Важным условием выживания и работы человека в современном мире становится овладение методом научного познания мира и исследовательским стилем мышления.

Слабая ориентация старшеклассников в научных основах профессионального самоопределения – ещё одна из причин, по которой, в школе необходимо практиковать активные формы и методы работы, помогающие учащимся получить необходимый объём профориентационных знаний.

Исходя из этимологического анализа слов «исследование», «исследователь» можно сделать вывод, что под этим типом деятельности подразумевается извлечь нечто «из следа», т.е. восстановить некоторый порядок вещей по косвенным признакам, отпечаткам общего закона в конкретных случайных предметах. Главная цель исследования – установление истины, «того, что есть», наблюдение за объектом, по возможности, без вмешательства в его внутреннюю жизнь.

Цели и задачи научно-исследовательской деятельности.

Задачи исследовательской деятельности:

-формирование интереса к познавательной, творческой, экспериментально-познавательной деятельности;

-создание условий для социального и профессионального самоопределения;

-совершенствование исследовательских умений школьников;

-развитие творческих способностей и личных качеств;

-ориентация школьников на дальнейшее продолжение образования в профессиональных учебных заведениях.

Цели научно исследовательской работы заключаются в следующем:

- выявление и поддержка учащихся, склонных к занятию исследовательской

деятельностью;

- совершенствование знаний учащихся в определённой области науки или

учебного предмета;

- приобретение умений и навыков исследовательской деятельности;

- развитие интеллектуальных способностей учащихся;

- развитие личности, способной к самоактулизации в постоянно

изменяющихся социокультурных условиях;

- формирование системы научных взглядов учащихся, повышение уровня

образованности;

-развитие интереса к исследованию;

-знакомство с современными методами научно-исследовательской работы;

-пропаганда научных знаний об окружающем мире.

Основные цели педагога в данной работе:

- развитие индивидуальных познавательных способностей каждого ребёнка;

- максимальное выявление, использование, «окультуривание» субъектного опыта ребёнка;

- помощь личности в познании себя, самоопределение и самореализация.

В процессе достижения поставленной цели важно решить следующие задачи:

-выявить склонности учащихся к ведению научно-исследовательской деятельности;

-развить интерес к познанию мира, сущности процессов и явлений;

-развить умения самостоятельно, творчески мыслить;

-помочь в выборе профессии школьнику.

Этапы исследовательской деятельности.

1.Подготовительный этап.

Начальный этап исследовательской деятельности предполагает следующие виды исследовательских работ:

- выбор темы - по желанию руководителя и юного исследователя;

- определение проблемы и гипотезы исследования;

- определение цели, задач и методов исследования;

- определение путей решения и составление плана проведения работ

- работа с литературными, информационными, лабораторными источниками, анкетирование учащихся, родителей, общественности

- составления графика выполнения работ.

2.Исследовательский этап.

Этап сбора материала. На этом этапе закладываются опыты, организуется эксперимент, проводятся различные наблюдения или объекты исследования ставятся на мониторинг.

Идёт широкомасштабное изучение и анализ литературных и других источников информации.

3.Завершающий этап.

Организуется камеральная обработка результатов исследования, проводится анализ выполненных работ, делаются обобщения, составляются сводные таблицы, информационные листки, карты, списки литературы, банки данных, завершается техническое оформление работы.

Схема организации

учебно-исследовательской работы.

Теоретическое обучение

Практическое обучение

Внеурочная самостоятельная работа

Научно - исследовательская работа

Виды исследовательских работ школьников.

1.Реферативные работы (литературные обзоры).

2.Доклад.

3.Творческие работы:

- информационно-реферативные (написанные на основе нескольких литературных источников, с целью полного освещения проблемы)

- проблемно-реферативные (написанные на основе нескольких литературных источников, предполагающих сопоставление данных источников)

- экспериментальные творческие работы (написаны на основе выполнения эксперимента, описанного в науке и имеющего известный результат)

- натуралистические и описательные творческие работы (направленные на наблюдение и качественное описание какого-либо явления).

- исследовательские творческие работы (выполнены с помощью корректной с научной точки зрения методики.

4.Исследовательские работы.

В них содержатся обязательные элементы научного исследования:

- постановка цели

- формулирование задач

- выбор методов сбора и обработки фактического материала

- проведение опытов, наблюдений и экспериментов

- анализ и обсуждение полученного материала, в результате которых

исследователь получает ответы на поставленные в задачах вопросы.

Выбор темы исследования.

Самый главный стратегический выбор, который предстоит сделать исследователю – это выбор темы. Чтобы правильно выбрать тему, необходимо хорошо понимать, окажется ли она посильной для выполнения, а для этого необходимо определить свои силы и реальные возможности, вот почему, определяя свой выбор, необходимо придерживаться некоторых правил.

1.Не следует браться за тему, которая навязывается кем-либо, и когда к ней не лежит душа.

2. При написании учебно-исследовательской работы, следует заранее осведомиться, имеется ли по данной теме информационный материал.

3. Если исполнитель работы не руководствуется серьёзным научным интересом, в целях облегчения работы необходимо выбрать тему, требующую минимума экспериментальных и лабораторных работ.

4. Более общие теоретические темы проще для написания учащимся с широким кругозором и хорошей культурой письменной речи. Если же исследователь некрасноречив, необходимо попробовать взяться за более узкую тему и детально её разработать.

5.Важна психологическая совместимость, совпадение научных интересов исследователя и руководителя, его профессиональная и научная компетентность.

Обработка информации.

Приёмы обработки информации.

Среди методов исследования особое место занимают методы изучения информационной литературы. Изучение литературы служит средством изучения истории и причин возникновения проблемы, её современного состояния.

Работа с литературой включает несколько методов:

1. Составление библиографии, т.е. списка литературы, использованной при написании работы.

2) Реферирование – сжатое изложение одной или нескольких работ по общей теме.

3) Конспектирование – детальное изложение главных положений и концептуальных идей.

1. Аннотирование – краткое, предельно сжатое изложение основного содержания литературных источников.

2. Цитирование – дословная запись высказываний, выражений автора, приведение в тексте работы фактических и статистических данных со ссылкой на автора.

Систематизация и хранение приобретённой информации.

Собранный при работе с источниками материал следует систематизировать и хранить в следующем виде:

- в картотеке научных статей, вырезок из газет и журналов, выписок;

- в папках накопителях;

- в тетрадях (для этого нумеруют страницы, на полях записывают темы);

- в электронных носителях: на дискетах, компакт дисках, на жёстких

дисках самого компьютера.

Методологический аппарат исследования.

П р о б л е м а ( какой вопрос нужно изучить)

Тема ( как назвать)

Актуальность ( почему эту проблему нужно изучать в

настоящее время)

Объект исследования ( что рассматривается)

Предмет исследования ( как рассматривается)

Цель (какой результат предполагается получить)

Задачи (что нужно сделать, чтобы достигнуть цель)

Гипотезы и защищаемые (что не очевидно в исследовании,

положения что исследователь видит такого, чего

не видят другие)

Новизна результатов (какие результаты получены впервые)

Значение.

Методы исследования.

Выбор методов исследования зависит от темы, проблемы, цели и задач исследования. Все методы делятся, в основном на два вида:

эмпирические и теоретические

наблюдение сравнение

эксперимент аналогия

беседы обобщение

рейтинг абстрагирование

описание конкретизация

анкетирование моделирование

интервью анализ и синтез

Становление на путь исследования.

Обучая детей в школе, учитель должен создать стимулирующую среду, способствующую практически для каждого ребёнка, становлению на путь исследователя, экспериментатора в соответствии с его возможностями и личной направленностью, и включению его интеллектуальной, эмоционально-волевой, действенно практической активности.

Начало исследовательской деятельности по физике, по существу, ведётся с 7 класса, непрерывно возрастая по объёму и степени сложности. Цель исследовательской деятельности школьника – не столько добиться собственных научных результатов, сколько получить основные знания, умения и навыки в области методики и методов научного исследования: как формировать или выявлять проблему исследования, как правильно поставить и описать эксперимент, как обеспечить получение надёжных результатов, подвести итог исследования, оформить отчет о работе и т.д.

В ученической исследовательской деятельности можно выделить несколько уровней.

- 1 уровень – репродуктивный, включающий элементы вхождения в поисковую деятельность через систему олимпиад: школьных, районных, областных, заочных; конкурсов; смотров знаний.

- 2 уровень – эмпирико-практический, включающий усложнённый элемент прохождения через экскурсии, экспонирование, коллекционирование и т.д.

- 3 уровень – исследовательский, экспериментальный, включающий прохождение через спецкурсы, кружки, факультативы, лаборатории.

- 4 уровень – творческий, продуктивно - деятельностный, включающий элемент прохождения через творческие познавательные игры, собственную исследовательскую и экспериментальную работу, связанную с конструированием, моделированием, защитой своих идей.

Исследовательскую деятельность по физике можно рассматривать с двух взаимодополняющих точек зрения: как метод научного познания и как уровень, до которого в идеале может подняться ученик. Конечно, исследовательский метод никогда не заменит других учебных методов, но стать перспективой, ориентиром для некоторых учащихся он может. При этом необходимо придерживаться определённых условий:

- не преувеличивать возможность ученика;

- остерегать его от скороспелых суждений;

- избегать самоуверенности;

- приучать к научной строгости и ответственности.

К учебному исследованию нужно ученика готовить. И самое главное – создавать условия для включения в творческую деятельность. И если эта деятельность станет личностно значимой, если начнёт формироваться внутренняя мотивация, потребность в этой деятельности, то у учащихся появится осознание собственных способностей и возможностей. Подготовка учащихся к исследовательской деятельности начинается, практически, с самого начального этапа об обучения физике. Учащимся предлагается подготовка небольших сообщений, докладов, которые они готовят из дополнительной литературы: энциклопедий, журналов, статей. Проводят наблюдения, несложные эксперименты, результаты которых оформляют в виде описания или таблицы. Такие работы дают необходимые представления об изучаемом явлении, вооружают учащихся опытными фактами, требуют последующего теоретического осмысления. Примером могут служить работы: по наблюдению за расположением магнитных опилок в поле постоянного магнита; наблюдению кипения жидкости; наблюдению взаимодействия магнита и тока; сравнению периода колебаний различных маятников и т.д.

В работах исследовательского характера не только ставится проблема, но и находится её решение. Например, установление на опыте зависимости Fтр и N имеет большее познавательное значение, чем зависимость Fтр от N по готовой формуле Fтр = μ N. Исследовательские творческие работы обязательно должны содержать элементы новизны. Они не могут быть выполнены по готовым рецептам. Начинается такая работа с постановки задачи. Она формулируется с помощью учителя, но обсуждают её и уточняют сами учащиеся. Затем выдвигается гипотеза, попытка предсказать ход явлений, вероятные соотношения между физическими величинами. После этого намечается план проведения эксперимента, выбор способа и записи результатов измерений. Основная часть работы – выполнение эксперимента, обработка результатов, теоретическое осмысление. Результатом являются соответствующие выводы.

В практике исследовательской деятельности полезны «поисковые» лабораторные работы, цель которых – обнаружить чисто качественные зависимости между величинами, определить различные стороны неизвестных пока закономерностей. Как поисковая может быть поставлена работа «Сравнение периодов колебаний различных маятников». Её цель – установить качественно, от каких величин и как зависят периоды колебаний маятников. Для экономии времени одна половина класса может работать с пружинными, а другая с математическими маятниками. Данные опытов неожиданно для учащихся показывают, что периоды колебаний маятников не зависят от амплитуды, а масса влияет на период пружинного и не влияет на период математического маятника. Так возникает новая проблема, и ставится конкретная задача – найти аналитическую зависимость периодов колебаний маятников от определённых параметров.

Элементы научного исследования будут наиболее выражены в такой работе, где чётко сформулирована задача, но нет в готовом виде того, что учащиеся должны сами найти. Например, в описание работы «Выяснение условий равновесия рычага» можно включить элементы заданий такого содержания: установить условие, при котором, два груза, подвешенные в разных точках на одном плече, уравновешиваются одним грузом, подвешенным на другом плече; проверить применимость правила равновесия для криволинейного рычага и т.д.

Элементы творческого конструкторского характера можно включать в домашнее задание по подготовке к лабораторной работе. Так перед работой по определению зависимости массы вещества, выделившегося при электролизе меди, от силы тока и времени его протекания, можно предложить учащимся придумать более усовершенствованную схему опыта. И учащиеся могут предложить несколько вариантов установки, в которой не надо будет вынимать электрод из раствора для взвешивания (если его подвесить на рычажные или пружинные весы, на динамометр и т.д.)

В старших классах целесообразно предлагать учащимся самостоятельный выбор приборов для проведения эксперимента, самостоятельное составление плана предстоящей работы, таблицы результатов, способа обработки результатов, расчёта погрешностей.

«Определение размеров молекул масла». (7 класс)

Ход работы:

1. Налейте в тарелку воды и на её поверхность поместите каплю масла.

2. Когда капля растечётся, измерьте диаметр пятна линейкой, положив её на края тарелки. (если поверхность пятна не будет иметь форму круга, то или подождите, когда она примет такую форму, или сделайте несколько измерений и определите его средний диаметр).

3. вычислите площадь плёнки и её толщину.

- Какое число вы получили?

- Сравните результат с действительными размерами молекулы масла.

«Строение вещества». (7 класс)

Работа 1.

Оборудование: мел, пузырёк с кристаллами марганцовокислого калия, 3 стакана с чистой водой, стеклянная палочка.

Ход работы:

1. Проведите пальцем по поверхности мела.

- Что вы наблюдаете? Что вы можете сказать о размерах частиц, из которых состоит мел?

2. Бросьте в стакан с чистой водой несколько крупинок марганцовокислого калия. Будьте осторожны!

3. Размешайте раствор палочкой и перелейте несколько его капель в другой стакан, затем повторите эту процедуру ещё раз.

4. Сравните цвет раствора во всех трех стаканах

- Сохранилось ли основное свойство вещества – цвет – при уменьшении концентрации раствора?

- Вспомнив размеры кристалликов, брошенных вами в воду, можете ли вы сказать что-либо о размерах мельчайших частиц вещества?

Работа 2.

Оборудование: колба с подкрашенной водой, пробка со вставленной в неё трубкой, маркер, штатив, подставка, спиртовка.

Ход работы:

1.Положите подставку на держатель штатива, поставьте на неё колбу, отметив маркером уровень воды в трубке.

2.Попросите учителя зажечь спиртовку.

3.Наблюдайте, что происходит с уровнем воды в течении 2-3 минут, после чего сообщите учителю об окончании опыта.

4.Обсудите результаты опыта.

Работа 3.

Оборудование: дощечка с двумя вбитыми в неё гвоздями, монета, пинцет, спиртовка.

Ход работы:

1.Проверьте, легко ли входит монета между вбитыми гвоздями.

2.Возьмите монету за край пинцетом и с разрешения учителя подержите её около минуты в пламени спиртовки.

- Проходит ли теперь монета между гвоздями?

3.Подождите, пока монета охладится. Повторите попытку.

- Как вы можете объяснить результаты опыта?

Работа 4.

Оборудование: пузырёк из-под шампуня, медицинский шприц.

Ход работы:

1.Сожмите пузырёк руками как можно сильнее.

- Изменится ли объём воздуха в нём?

2.Возьмите шприц, зажмите отверстие для иглы пальцем и попытайтесь сжать воздух в нём как можно сильнее.

- На какую часть своего объёма он сжался?

- Попробуйте выдвинуть гипотезу о строении газов.

«Определение скорости диффузии» (8 класс)

Работа 1.

Оборудование: часы с секундной стрелкой, измерительная лента, флакон духов.

Ход работы:

1.Встаньте с товарищем в разные углы комнаты.

2.Пусть товарищ заметит время и откроет флакон.

3.Вы отметьте время, когда почувствуете запах духов.

4.Измерьте расстояние между вами.

5.Найдите скорость диффузии.

(Опыт повторите не менее трёх раз).

Сравните скорость диффузии со скоростью движения молекул газа при комнатной температуре. Объясните разницу.

«Обнаружение силы трения» (7 класс).

Работа 1.

Оборудование: катушка ниток.

Ход работы:

1.Возьмите катушку ниток и размотайте её на 30-40 см.

2.Взявшись за конец нити, потяните её на себя под очень небольшим углом к горизонтальной поверхности.

3.Повторите опыт несколько раз, увеличивая угол между горизонталью и ниткой, повторите опыт несколько раз.

4.Найдите такой угол, когда катушка перестанет катиться к вам, остановится и покатится в обратную сторону, разматывая нить.

5.Попытайтесь объяснить полученный эффект.

«Опыты по обнаружению выталкивающей силы».

Работа 1.

По плану, записанному на доске, каждый ученик приступает к выполнению эксперимента.

1. Определите вес тела в воздухе Р1.

2. Определите вес этого тела в воде Р2.

3. Сравните результаты и сделайте вывод.

Ученик: Вес тела в воде меньше веса тела в воздухе, Р1 Р2.

Учитель: Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Ученик: Существует сила, действующая на тело в воде.

Учитель: Куда направлена эта сила?

Ученик: Сила направлена вверх.

Учитель: А как можно найти величину выталкивающей силы?

Ученик: Из веса тела в воздухе надо вычесть вес тела в воде.

Первая цель урока достигнута, далее начинается работа в группах.

Задание первой группе.

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и медный цилиндры, нить.

1. Определите выталкивающую силу, действующую на первое и второе тела.

2. Сравните плотность тел и Архимедову силу, действующую на тела.

3. Сделайте вывод о зависимости Архимедовой силы от плотности тела.

Задание второй группе.

Оборудование: сосуд с водой, тела разного объёма из пластилина, динамометр, нить.

1. Определить выталкивающую силу, действующую на каждое из тел.

2. Сравнить эти силы.

3. Сделайте вывод о зависимости (независимости) выталкивающей силы от объёма тела.

Задание третьей группе.

Оборудование: динамометр, нить, сосуды с пресной водой, солёной водой, маслом, алюминиевый цилиндр.

1. Определить выталкивающую силу, действующую на тело в воде, солёной воде, масле.

2. Чем отличаются эти жидкости?

3. Что можно сказать об Архимедовой силе, действующей на тело в различных жидкостях?

4. Установите зависимость Архимедовой силы от плотности жидкости.

Задание четвёртой группе.

Оборудование: мензурка с водой, алюминиевый цилиндр, нить, динамометр.

1. Определить Архимедову силу на глубине h1 и h2. (h1 меньше h2)

2. Сделайте вывод, зависит ли Архимедова сила от глубины погружения.

Задание пятой группе.

Оборудование: кусок пластилина, сосуд с водой, нить, динамометр.

1. Кусочку пластилина придайте форму шара, куба, цилиндра.

2. Поочерёдно опуская каждую фигурку в воду, с помощью динамометра определите Архимедову силу, действующую на неё.

3. Сравните эти силы и сделайте вывод о зависимости (независимости) Архимедовой силы от формы тела.

После получения результатов каждая группа устно отчитывается о своей работе и сообщает свои выводы. Выводы записываются учащимися в тетрадях, а учителем на доске.

Архимедова сила.

зависит от: не зависит от:

объёма тела формы тела

плотности жидкости плотности тела

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.