Организация исследовательской деятельности обучающихся на уроках биологии и химии

Организация исследовательской деятельности обучающихся

на уроках биологии и химии

(описание системы работы Коршуновой Светланы Валерьевны

учителя биологии и химии)

Как научить ребёнка мыслить творчески? Развить познавательную активность, самостоятельность? Эти вопросы волнуют всех учителей, родителей. На смену традиционной технологии обучения в школе должно прийти обучение нового типа, основной задачей которого будет не столько приобретение суммы знаний, сколько интеллектуальное развитие ребёнка, формирование умений самостоятельно приобретать знания, учебно-исследовательских умений и навыков. У современного учителя выбор методических путей и приёмов, новых технологий для решения образовательных и воспитательных задач обучения достаточно велик.

Исследовательская деятельность направлена на удовлетворения специфических познавательных потребностей учащихся, которые стремятся к более глубокому изучению интересующих их вопросов.

Выполнение исследовательской работы формирует у ребёнка умение самостоятельно думать, мыслить, развивать творческий интерес.

В последнее время интерес детей к обучению теряется. Их не привлечешь обычными демонстрациями опытов и плакатов. Ребята получают большую информацию через телевидение, Интернет. Нужно, чтобы ребёнок не бездумно, всё подряд, а осознанно получал знания. Я считаю, что исследовательская работа подталкивает детей к осмысленному обучению, поддерживает интерес к учению, даёт возможность показать ребёнку его значимость, причастность к происходящему.

Исследовательскую работу я использую как на уроках биологии и химии, так и во внеурочное время: на предметных неделях, на занятиях научного общества «Уникум». Добиться усвоения знаний учащихся можно не только многократным повторением, закреплением и воспроизведением изученного материала, но и вовлечением учащихся в исследовательскую деятельность, в ходе которой они сами самостоятельно решают поставленные задачи и ясно осознают изучаемое. Этот способ является более эффективным.

Цель: обучение учащихся, направленное на образовательный результат, развитие у них исследовательского типа мышления и творческое развитие личности.

Задачи:

• Создать условия для приобретения учащимися средств познания и исследования мира;

• Создать условия для появления у учащихся мотива к самоизменению, личностному росту;

• Развивать креативные способности;

• Активизировать учебно-познавательную деятельность учащихся при помощи информационных технологий;

• Создать благоприятные условия для самореализации личности.

Объект исследования: процесс обучения учащихся биологии и химии

Предмет исследования: исследовательская деятельность обучающихся

Гипотеза: можно предположить, развивая исследовательский тип мышления обучающихся увеличится самостоятельный поиск информации, повысится их творческая деятельность, уровень самообразования, что приведет к повышению качества обучения и усвоения нового материала.

1.1Основные понятия исследовательской деятельности школьника

Понятие «исследовательская деятельность школьников» в педагогической литературе рассматривается с позиции организации такой деятельности педагогами. Как правило, под организацией исследовательской работы школьников понимается, прежде всего, использование педагогами определенных форм и методов работы, способствующих развитию исследовательских умений учащихся.

Учебная исследовательская деятельность – это специально организованная, познавательная творческая деятельность учащихся, по своей структуре соответствующая научной деятельности, характеризующаяся целенаправленностью, активностью, предметностью, мотивированностью и сознательностью, результатом которой является формирование познавательных мотивов, исследовательских умений, субъективно новых для учащихся знаний или способов деятельности.

Любая научно-исследовательская работа по утверждению Ивочкиной Т. и Ливерц И. состоит из следующих этапов:

Этап 1. Мотивация научно-исследовательской работы.

Приобщение к научно-исследовательской работе начинается с мотивации. Именно на этой стадии каждый участник будущей работы должен увидеть вполне конкретные выгоды. Обычно учащиеся впервые сталкиваются с научными исследованиями и абстрактные обещания здесь неуместны. Очень важно наряду с моральными увидеть и понятные материальные стимулы – от защиты реферата на переводных экзаменах до получения преимуществ при поступлении в выбранный вуз.

Этап 2. Выбор направлений исследований.

Это наиболее сложный этап. Здесь всё определяется профилем данного класса и возможностями детей. Объём исследований должен быть таким, чтобы детский коллектив уложился в сроки назначенные учителем.

Этап 3. Постановка задачи

На этом этапе сначала фиксируется достигнутый настоящий уровень знаний и желаемая конкретная цель. Дети должны сформировать цельную картину предмета и будущих исследований. Этап заканчивается обсуждением в детском коллективе с формулировкой понятных целей предстоящей работы в самом лаконичном виде, а если возможно, то и в формализированном (математическом) виде.

Этап 4. Фиксация и предварительная обработка данных.

На этой стадии проводятся непосредственные наблюдения, их результаты фиксируются. Позиция исследовательской технологии на этом этапе – активно-наблюдательная. Очень важно не вмешиваться в творческий процесс, пока это возможно, а лишь предлагать схемы для сортировки данных и задавать вопросы: «Почему?...Что из этого следует?...Что будет, если?...»

Этап 5. Обсуждение результатов исследований, выдвижение и проверка гипотез.

Обсуждение необходимо для того, чтобы предположения и догадки облечь в форму гипотез, подлежащих проверке. Форма дискуссии любая, но по возможности демократичная. При этом каждый участник работы должен высказать свою точку зрения. Дух соревнования вполне приемлем – это мощный стимул в детском коллективе. Итак, гипотезы сопоставляются с данными экспериментов или фактами, подтверждаются или опровергаются, становятся утверждениями, которые формулируются как результат исследований. Особо следует остановится на случае, когда все выдвинутые гипотезы не подтверждаются и не удалось достичь сформулированных на третьем этапе целей. Результат исследований – отрицательный. Но отрицательный результат тоже результат и заслуживает представления.

Этап 6. Оформление результатов работы.

Требования по оформлению работы стандартны и лишь незначительно меняются.

Идея использования исследования как метода обучения известна со времен Сократа (беседа–исследование), организация целенаправленного обучения, при котором ученик ставился в положение первого исследователя определенной проблемы и должен был самостоятельно найти решение и сделать выводы появились в педагогике в конце 19 века (А.Я. Герд, М.М. Стасюлевич, Р.Э. Армстронг, Т. Гексли), впоследствии широко использовался в отечественной практике (Б.В. Всесвятский, И.П. Плотников, В.Я. Стоюнин, И.И. Срезневский, К.П. Ягодовский и др.).

Термин «исследовательский метод» был предложен Б.Е. Райковым в 1924 году, под которым он понимал «…метод умозаключения от конкретных фактов, самостоятельно наблюдаемых учащимися или воспроизводимых ими на опыте». В педагогической литературе также используются другие названия этого метода — эвристический, лабораторно–эвристический, опытно–испытательный, метод лабораторных уроков, естественнонаучный, исследовательский принцип (подход), метод эвристического исследования, метод проектов и др.

Научно-исследовательская деятельность - такая форма организации учебно-воспитательной работы, которая связана с решением обучающимся творческой, исследовательской задачи в различных областях знания с заранее неизвестным результатом.

Логика каждого исследования специфична. Исследователь должен исходить из характера интересующей его проблемы. И лишь потом, ставятся цели и задачи предстоящей работы. После чего обязательно анализируется уже имеющийся конкретный материал, которым располагает ученик, а также оснащённость исследования и свои возможности.

Проблема исследования принимается как категория, означающая нечто неизвестное, что предстоит открыть, доказать.

Тема отражает проблему в ее характерных чертах. Удачная, точная в смысловом отношении формулировка темы уточняет проблему, очерчивает рамки исследования, конкретизирует основой замысел, создавая, тем самым, предпосылки успеха работы в целом. Актуальность выбранной темы обосновывает необходимость исследования.

Объект исследования - это область, в рамках которой содержится то, что будет изучаться. Это совокупность связей, отношений и свойств, которая служит источником необходимой для исследователя информации.

Предмет исследования более конкретен и включает только те связи и отношения, которые подлежат непосредственному изучению в данной работе, он устанавливает границы научного поиска в каждом объекте.

Цель формулируется кратко и предельно точно, в смысловом отношении выражая то основное, что намеревается сделать исследователь. Любая цель начинается с глаголов "выяснить", "выявить", "сформировать", "обосновать", "провести" и т.д. Цель конкретизируется и развивается в конкретных задачах исследования. В задачах выстраивается комплекс проблем, которые необходимо решать в ходе эксперимента.

Экспериментальные исследования требуют формулирования гипотезы. Гипотеза исследования - это развернутое предположение, где максимально подробно изложена модель, методика, система мер, т.е. технология того нововведения, за счет которого ожидается достижение цели исследования. Гипотез может быть несколько - какие-то подтвердятся, какие-то нет. Как правило, гипотеза формулируется в виде сложноподчинённого предложения: "Если…, то…" или "Чем…, тем…". В ходе эксперимента гипотеза может уточняться, дополняться, развиваться, отвергаться.

Выбор конкретных методик и методов исследования определяется, прежде всего, характером объекта изучения, предметом, целью и задачами исследования. Методика - это совокупность приемов, способов исследования, порядок их применения и интерпретации полученных с их помощью результатов.

Необходимым компонентом программы эксперимента является установление сроков исследования. Сроки должны быть достаточны для проверки воспроизводимости, надежности и стабильности результатов, их обсуждения и апробации. Проведение эксперимента осуществляется по плану. Основанием плана являются этапы исследования, рекомендуется выделение нескольких этапов исследованию.

Научно-исследовательскую работу на уроках химии я рассматриваю так: создание проблемных ситуаций на уроке, поиск решения как теоретический, так и через эксперимент, анализ полученных результатов, наблюдений, затем выводы и обобщения. Такой несложный механизм технологии научно-исследовательской работы в школе. Эту работу можно начинать с первых уроков химии. Например, в теме: “Что изучает химия? Каков путь изменения этого предмета?”, можно предложить для исследования вопрос: зачем нужно изучать химию? Создается, как бы, мини педагогическая мастерская, где каждый ученик делится своим жизненным опытом, знаниями, которые складываются в совместную научную копилку. Каждой паре учащихся предлагаю научно-популярную литературу по вопросам прикладной химии, через 10 минут эта “копилка” пополняется дополнительными сведениями. То есть мы совместно подходим к осознанию значимости данной науки и можем оценить высказывание нашего знаменитого соотечественника М.В. Ломоносова: “широко распростирает химия руки свои в дела человеческие”. И так, шаг за шагом, от собирания фактов к обобщению, мы осваиваем основные химические понятия и законы. К 9 классу багаж знаний уже достаточен, чтобы перейти к освоению нового этапа научно-исследовательской деятельности. Ежегодно образуется группа учащихся, которых серьезно увлекает прикладная экология, которые желают продолжить исследовательскую работу в этом направлении. На протяжении нескольких лет обучающиеся принимают участие с исследовательскими проектами на районном слете Юных экологов.

Помимо изложенного в рамках работы, проводятся исследования в области выращивания кристаллов, изучение и опыты с комплексными соединениями, выделение индикаторов из комнатных растений и ряд других опытов и экспериментов.

В каждом ученике живет страсть к открытиям и исследованиям. Даже плохо успевающий ученик обнаруживает интерес к предмету, когда ему удается что-нибудь „открыть". Поэтому при изучении химии для активизации познавательной деятельности я использую уроки-исследования, где предметом ученического исследования является „переоткрытие" уже открытого в науке, вместе с тем для ученика выполнение исследовательского задания является познанием еще не познанного.

Ученики во время урока сами накапливают факты, выдвигают гипотезу, ставят эксперимент, создают теорию. Задания такого характера вызывают у учащихся усиленный интерес, что приводит к глубокому и прочному усвоению знаний. Итогом работы на уроке становятся выводы, самостоятельно полученные школьниками, как ответ на проблемный вопрос учителя. Например, как можно классифицировать химические реакции, опираясь на знания о простых и сложных веществах и признаках химических реакций. Неотъемлемой частью химии является выполнение лабораторных работ. Если ученику трудно выполнить работу, то он может воспользоваться учебником. Это учит самостоятельно мыслить, а урок считать не “обязаловкой”, а методом исследования.

В качестве примера привожу уроки химии в 8 классе, основанный на методе проблемного обучения (Приложение 1, 2,3).

Каждый учитель хочет, чтобы его предмет вызывал глубокий интерес у школьников, чтобы ученики умели не только писать химические формулы и уравнения реакций, но и понимать научную картину мира, умели логически мыслить, чтобы каждый урок был праздником, маленьким представлением, доставляющим радость и ученикам и учителю. Для развития творческой, активной личности большие возможности имеет проектно- исследовательская деятельность.

Метод проектов всегда ориентирован на самостоятельную работу учащихся, однако этот метод сочетается с групповым подходом в обучении.

Учащиеся перед началом работы над проектом получают инструкции: 1)требования к проекту,

2)методические рекомендации, памятки – как правильно оформить проект, 3) шкала баллов оценивания проекта.

Применительно к школьному курсу химии система проектной работы может быть представлена двумя подходами:

1. Связь проекта с учебными темами (на уроке).

2. Использование проектной деятельности во внеклассной работе (внеурочная деятельность).

Проекты бывают разные по времени, но лучше если он будет длиться от 1 месяца до 3, так как может утратиться интерес к проекту.

Для проектной деятельности на уроках химии, я использую следующие виды проектов: исследовательские, индивидуальные и групповые, информационные. Учащиеся, готовя материал для проекта, проводят эксперименты во внеурочное время, а защиту проектов стараюсь проводить на уроках обобщения или изучения нового материала.

Презентация – важный навык, который развивает речь, мышление. Применение компьютерных технологий позволяют учащимся создавать удивительные по содержанию презентации, в которых отражены способы решения поставленных задач, результаты работы, выводы.

В нашей практике учащимися рассматривались исследовательские проекты по различной тематике, например:

1. Волшебный мир кристаллов.

2. Индикаторы вокруг нас.

3. Кристаллогидраты в быту

4. Краски в палитре художника

5. Сложные вещества в нашем доме.

Самостоятельно найденный ответ - маленькая победа ребенка в познании сложного мира природы, придающая уверенность в своих возможностях, создающая положительные эмоции, устраняющая неосознанное сопротивление процессу обучения. Самостоятельное открытие малейшей крупицы знания учеником доставляет ему огромное удовольствие, позволяет ощутить свои возможности, возвышает его в собственных глазах. Ученик самоутверждается как личность. Эту положительную гамму эмоций школьник хранит в памяти, стремится пережить еще и еще раз. Так возникает интерес не просто к предмету, а что более ценно - к самому процессу познания - познавательный интерес, мотивация к знаниям.

Лабораторные и практические работы проводятся по инструкционным картам

(приложение 4 – 7)

1.2. ЗАДАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ХАРАКТЕРА ПО ХИМИИ

Задание 1. «Необычное в обычном». Одно из самых важных свойств в деле выявления проблем – способность изменять собственную точку зрения, смотреть на объект исследования с разных сторон. Естественно, если смотреть на один и тот же объект с разных точек зрения, то обязательно увидишь нечто, ускользающее от традиционного взгляда. Например, при рассмотрении свойств воды или низших спиртов учащиеся вдруг обращают внимание на то, что вода и этиловый спирт находятся в жидком состоянии при обычных условиях, несмотря на низкие значения относительных молекулярных масс, тогда как имеющие гораздо большие значения M_r хлор и бутан являются газами. Решение этой проблемы позволяет сформировать представление о водородной связи. В свою очередь этот взгляд на агрегатное состояние воды дает возможность рассмотреть такую ее аномалию, как способность сжиматься при охлаждении, но лишь до +4 °С, и о значении этой аномалии для живой природы.

Задание 2. «Найти особенное и единичное в общем». Рассмотрение физических свойств галогенов позволит выделить единичное (йод – твердое вещество, бром – жидкость) и особенное (фтор и хлор – газы). Знакомство с химическими свойствами галогенов дает возможность в общем (вытеснительный ряд галогенов: фтор – хлор – бром – йод) показать особенное (вытеснение более активными галогенами менее активных из растворов их солей или бескислородных кислот, за исключением фтора) и единичное (способность фтора взаимодействовать с водой).

Задание 3. «Охарактеризовать химический объект многопланово». Классификационная характеристика азотной кислоты в этом ракурсе может быть представлена так: это одноосновная, кислородсодержащая, растворимая, сильная кислота, которая необратимо диссоциирует по одной ступени и поэтому образует только один ряд солей – средние или нитраты.

Задание 4. «Увидеть в другом свете». В обучении химии большие возможности для конструирования заданий этого типа дает использование приема анимации (от лат. anima – жизнь, душа). Т.е. наделение неживых объектов учебного предмета (элементов, веществ или химических реакций) характеристиками, свойственными живому, в частности человеку, – своеобразное «очеловечивание» этих объектов. Например, общую идею таких заданий может отражать общее название «Художественный образ вещества или процесса».

При выполнении заданий такого типа важно поощрять самые интересные, самые изобретательные, оригинальные варианты. Отмечать каждый поворот сюжетной линии, каждую черточку, свидетельствующую о глубине проникновения ученика в новый, непривычный для него образ вещества или химической реакции.

Решение поставленной проблемы достигается посредством умственной деятельности, протекающей в форме выдвижения догадок и гипотез. Новое знание впервые осознается исследователем в форме гипотезы. Гипотеза выступает необходимым и кульминационным моментом мыслительного процесса.

Таким образом, гипотезы дают нам возможность увидеть проблему в другом свете, посмотреть на ситуацию с другой стороны.

Упражнения на развитие гипотетического мышления. Делая предположение, мы обычно используем следующие слова: «может быть», «предположим», «допустим», «возможно», «что если…»

1. При каких условиях каждый из перечисленных объектов (названия веществ, реакций) будет очень полезным? Можете ли вы придумать условия, при которых полезными будут два или более из этих объектов (веществ, реакций)?

2. При каких условиях эти же объекты (вещества, реакции) будут совершенно бесполезны и даже вредны?

3. Найдите возможную причину явления, события.

Почему загорелась лампочка прибора при испытании раствора вещества на электропроводность?

4. Предложите несколько разных гипотез по следующему поводу.

Почему бензол, имеющий по формуле Кекуле непредельный характер, не обесцвечивает бромную воду?

1.3. Учебно-исследовательская деятельность детей на уроках

Одним из основных методов школьной биологии считают наблюдение. Наблюдение натуральных объектов и простейшие эксперименты с ними позволяют усилить мотивацию, активизировать эмоциональную сферу личности, вызывать у них желание принять участие в решении разнообразных, в том числе и экологических проблем.

Самостоятельные работы с натуральными объектами, т.е. с живыми системами разной степени сложности, способствуют формированию у школьников первичных исследовательских навыков. Лабораторные работы способствуют развитию творческой инициативы как обучающего, так и обучаемых.

Науку развивает человеческая любознательность, и задача учителя состоит в том, чтобы учащиеся не только запоминали совокупность знаний, но и сводили метод самостоятельного получения их в ходе лабораторного практикума.

Биология - наука экспериментальная, поэтому я по возможности чаще привлекаю учащихся к постановке опытов, проведению наблюдений над живыми организмами. На лабораторных занятиях у учащихся не только повышаются знания, но и развиваются практические умения и навыки, способности каждого к самостоятельному действию.

Данные уроки оказывают существенное влияние на умственное развитие учащихся, так как в ходе самостоятельного изучения натуральных объектов по заданиям учителя учащиеся приучаются целенаправленно рассматривать их, в результате чего возникает целостное восприятие этих объектов, представление о них, на основе чего формируются различные биологические понятия и умения ими оперировать. Самостоятельно действуя в процессе лабораторных работ, учащиеся постепенно овладевают предметно-действенным анализом, что является неотъемлемым качеством творчески мыслящего человека.

В соответствии с возрастом обучающихся я работаю по программе «Ступени», которая определяет основные этапы в развитии, обученности и воспитанности.

При использовании исследовательского метода в биологии и экологии эти ступени реализуются следующим образом:

5 класс – работа с дополнительной литературой, дневники наблюдений, составление плана.

6 класс – опыты, эксперименты, практические и лабораторные работы (первые навыки)

7 класс – моделирование, научное сообщение, описание результатов практических и лабораторных работ, формулирование выводов.

Лабораторные работы по усмотрению учителя могут проводиться как для получения новых знаний, так и для их закрепления и проверки уже имеющихся.

На лабораторных работах учащиеся работают самостоятельно по инструктивным карточкам (приложение 8 - 16)

8 класс - оформление деловых документов, выступления с докладом, обобщение материала в виде графиков, диаграмм, таблиц, умение работать в группах.

9 класс – умение искать оригинальное решение, составление реферата и его защита.

10 класс – организация и проведение учебно – исследовательской работы

11 класс – самостоятельный выбор критериев, классификация объектов, создание собственных алгоритмов познавательной деятельности, умение вести дискуссию и диспут, участие в проектной деятельности.

В течение нескольких лет обучающиеся принимаю участие в районном и областном научном форуме молодых исследователей «Шаг в будущее»