CC BY
223
УДК 372.853
Глущенко Елена Павловна
Учитель физики, лицей № 113, e_pavlovna@mail.ru, Новосибирск
МЕТОДИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ У УЧАЩИХСЯ НА УРОКАХ ФИЗИКИ
Аннотация. В современных условиях образования на первый план выходит умение самостоятельно добывать и применять знания. На наш взгляд, одной из основных компетенций, которая может быть сформирована при обучении физике, является исследовательская компетенция. Особую роль при ее формировании играет цикличность научного познания: для формирования исследовательской компетенции и присвоения знаний, а не просто их запоминания, необходимо прохождение таких этапов цикла научного познания, как подбор исходных фактов, выдвижение гипотезы, ее экспериментальная проверка, выводы из эксперимента. Особенно эффективными в этом аспекте являются исследовательские физические задачи.
Ключевые слова: компетенции, физика, исследовательская компетентность, исследовательские задачи.
В современных условиях образования на первый план выходит умение самостоятельно добывать знания и использовать их на практике в самых разнообразных ситуациях. При этом одной из основных востребованных в современном мире компетенций является исследовательская компетенция.
В работах Г. Н. Лобовой выделяются два уровня исследовательской компетенции: учебно-исследовательская компетенция (УИК) и научно-исследовательская компетенция (НИК). По мнению автора, учебно-исследовательская компетенция учащихся должна предполагать умение сформулировать задачу, предварительно проанализировать имеющуюся информацию, условия, методы, планирование эксперимента. Научно-исследовательская компетенция предполагает активную деятельность, обеспечивающую приобретение необходимых навыков творческой исследовательской деятельности, которая завершается самостоятельным решением задач, уже разработанных в науке. Сформированность учебно-исследовательской компетенции является необходимым базисом для развития научно-исследовательской компетенции [2].
Формирование всех уровней исследовательской компетенции учащихся может быть наиболее эффективно реализовано, на наш взгляд, именно при обучении физике, т. к. именно физика как экспериментальная наука о самых общих закономерностях природы позволяет наиболее полно охватить
все компоненты исследовательской деятельности. Но для этого необходимо особым образом структурировать и содержательную, и процессуальную сторону обучения. Основанием для такого структурирования должен стать цикл научного познания.
Цикл научного познания представлен в методических работах и работах по истории физики следующим образом: факты ^ гипотеза ^ следствия ^ эксперимент. В. Г. Разумовский и В. Я. Синенко в своих исследованиях предлагают расширенную структуру цикла познания: противоречие ^ частная проблема ^ группа исходных фактов ^ обобщенная проблема ^ догадки ^ расширение группы исходных фактов ^ модель-гипотеза ^ следствия ^ проверка ^ практика [3-6].
Для формирования исследовательской компетенции школьников зачастую достаточно использования краткого цикла.
Использование цикла научного познания при обучении является одним из путей повышения качества образования, т. к. является способом избегания формализма при получении знаний учащимися. Знания, которые учащийся получил самостоятельно в ходе исследовательской работы, не просто запоминаются им, а глубоко понимаются. В. Г. Разумовский, В. В. Майер и Е. И. Варак-сина в своей работе отмечают, что научный метод познания обладает огромным образовательным потенциалом, может служить источником мотивации учащихся, ориенти-
ровочной основой их действий, способствовать получению учащимися положительных эмоций в процессе исследовательской деятельности, и, самое главное, формирует у учащихся потребность проверять достоверность полученных знаний [3].
Следует отметить, что при подготовке учебного материала с целью подбора оптимального содержания цикла учитель может (вопреки последовательности фаз цикла) сначала сформулировать гипотезу, а только после этого использовать остальные фазы цикла. Т. е. учитель должен сначала сформулировать для себя гипотезу, разрешающую поставленное им противоречие, и лишь после этого приступить к подбору группы исходных фактов. Это поможет избежать основной и очень большой проблемы - первоначально группа исходных фактов может быть подобрана так, что учащимся потом сформулировать гипотезу не удастся.
Мы формулируем следующие условия для структурирования содержания учебного материала школьного курса физики с позиций цикла научного познания, позволяющие формировать исследовательскую компетенцию учащихся:
- возможность выделения противоречия - учебный материал должен быть подобран так (проблемная ситуация должна быть поставлена таким образом), чтобы существовала принципиальная возможность для учащихся самостоятельно или с помощью учителя выделить противоречие, разрешение которого позволило бы развернуть цикл научного познания;
- содержание отобранного учебного материала должно быть логически завершенным
- это условие позволяет учащимся пройти, а учителю провести учащихся через все возможные в данной ситуации этапы цикла научного познания;
- должно быть обеспечено использование методов научного познания - это условие обеспечивает адекватное отражение в учебном познании познания научного, способствует формированию научного стиля мышления учащихся;
- уровень сложности выбранного материала цикла должен соответствовать уровню знаний, умений и развитию учащихся - такое условие позволяет обеспечить максимальную самостоятельность исследовательской деятельности учащихся, способствует принятию ими логики изучаемой науки и формированию научного стиля мышления;
- содержание каждого этапа познания обеспечивает адекватные выводы учащихся - это условие обеспечивает максимально самостоятельное движение учащихся по этапам цикла научного познания.
При структурировании учебного материала мы предлагаем использовать следующее соотношение между элементами цикла научного познания и методами познания (табл.).
Одним из путей формирования исследовательской компетенции является решение исследовательских задач, например, задач турнира юных физиков. В информационной брошюре организатор Сибирского турнира юных физиков А. И. Щетников пишет, что сибирский турнир юных физиков - это командное соревнование старшеклассников по решению физических задач исследовательского характера, убедительному представлению полученных решений и их защите
Таблица
Соотношение этапов цикла научного познания и методов познания
Цикл научного познания Методы познания
противоречие измерение, наблюдение, эксперимент
частная проблема анализ, индукция
группа исходных фактов наблюдение, измерение, эксперимент, сравнение,
обобщенная проблема синтез, индукция
догадки аналогия
расширение группы исходных фактов наблюдение, измерение, эксперимент, синтез, дедукция
модель-гипотеза метод моделей
следствия дедукция, математические методы
проверка измерение, наблюдение, эксперимент
практика эксперимент
в научных дискуссиях, называемых физическими боями [7].
Решение турнирных задач позволяет пройти весь или почти весь путь научного познания.
В качестве примера приведем ход решения некоторых задач турниров юных физиков разных лет.
Задача 1. «Магнитные тормоза». Когда сильный магнит падает внутри неферромагнитной металлической трубы, на него действует тормозящая сила. Исследуйте этот феномен.
Ход решения в соответствии с этапами цикла познания.
1. Факты. Магнит, движущийся в неферромагнитной металлический трубе, движется гораздо медленнее магнита в трубе непроводящей (пластиковой, бумажной и т. д.). Магнит очень медленно скользит по алюминиевой пластине, наклоненной к горизонту под углом порядка 90 градусов.
2. Гипотеза. Неферромагнитная металлическая труба является замкнутым контуром. При движении магнита в этой трубе меняется магнитный поток, возникает индукционный ток, происходит явление электромагнитной индукции.
3. Эксперимент. Неферромагнитная труба с тремя катушками-датчиками с большим числом витков подключается к датчикам напряжения (или датчикам тока) измерительной лаборатории «Архимед». При пролете магнита через катушки на графике отображаются импульсы напряжения (или импульсы тока), форма которых объясняется правилом Ленца и особенностями изменения магнитного потока. Если тот же эксперимент провести с трубкой, имеющей продольный разрез, ничего подобного наблюдать не удается, индукционный ток не возникает.
4. Вывод. Торможение магнита при пролете в неферромагнитной металлической трубе вызывается возникновением индукционного тока при изменении магнитного потока в замкнутом контуре, т. е. явления электромагнитной индукции.
При решении этой задачи использовались такие научные методы, как аналогия, наблюдение, научная гипотеза, эксперимент, измерение, индукция (обобщение).
Задача 2. Шарик с водой. Если поднять шарик для настольного тенниса над столом
и отпустить его, он подпрыгнет. характер удара изменяется, если шарик содержит жидкость. Исследуйте, как характер этого удара зависит от количества жидкости внутри шарика и от других подходящих параметров.
1. Факты. Первоначальные наблюдения показывают, что высота отскока шарика зависит от объема жидкости в нем для шариков, наполняемых водой и растительным маслом. Для шарика, заполняемого, например, глицерином, высота отскока от объема глицерина зависит очень слабо.
2. Гипотеза. Большое влияние на характер удара оказывает такое свойство жидкости, как смачивание. Вода и масло в эксперименте являются смачивающими жидкостями, в результате удара в шарике образуется кумулятивная струя, которая тормозит отскок шарика. В несмачивающих жидкостях (глицерин в нашем опыте) кумулятивная струя не образуется, поэтому высота отскока пропорциональна той высоте, с которой падает шарик.
3. Эксперимент. Первая часть эксперимента - воспроизведение опыта Покровского (образование кумулятивной струи в момент удара в колбе, падающей с небольшой высоты). При помощи замедленной съемки фиксируем, что кумулятивная струя образуется в воде и масле, но не образуется в глицерине. Вторая часть эксперимента -наполняем шарики водой последовательно на четверть, половину, три четверти объема и целиком и исследуем зависимость высоты отскока от высоты падения шарика. То же проделываем для масла и глицерина. Эксперимент показывает, что для шариков, заполняемых водой и маслом высота отскока практически не зависит от высоты падения, т. к. отскок тормозится кумулятивной струей. Но в том случае, когда шарик заполнен водой или маслом полностью, высота отскока прямо пропорциональна высоте падения, т. к. кумулятивная струя в этом случае не образуется. Для шариков, заполняемых глицерином, при любом объеме высота отскока практически прямо пропорциональна высоте падения, т. к. в глицерине не образуется кумулятивная струя.
4. Выводы. Основное явление, влияющее на характер удара - образование кумулятивной струи при ударе, в результате чего тормозится отскок шарика. Таким образом, главную роль играет такое свойство жидкости,
Компетенция №1 (мотивационная направленность)
x 60
I 50 го
^ 40
£ 30 ф
■J 20 о
В 10
I I ■
низкий средний высокий
■ Срез 1 ■ Срез 2
Компетенция №2 (способность к сотрудничеству)
ц о
90 80 70 60 50 40 30 20
средний
Срез 1
Срез 2
Компетенция№3(использование методологии)
80
! 60
а
Î 40
20
90 80 70 60 50 40 30 20 10
средний I Срез 1 Срез 2
Компетенция №4 (умение учиться)
средний I Срез 1 ■ Срез 2
Рис. Показатели сформированности компетенций в экспериментальной группе
0
0
0
как смачивание ею поверхности шарика.
Для оценки уровней сформированности у учащихся исследовательских компетенций (ИК) за основу мы взяли показатели сформированности ИК, разработанные Л. А. Казариной и представленные ею в работе «Показатели сформированности исследовательской компетентности учащихся профильных классов» [1].
На основе работы Л. А. Казариной [1] мы выделяем следующие составляющие исследовательской компетенции и критерии их сформированности.
1. Мотивационная направленность личности на исследовательскую деятельность. Критерии сформированности: осознанное желание и стремление участвовать в исследовании; желание и стремление овладеть исследовательскими умениями и методами; стремление к самостоятельности в выборе исследовательских задач; стремление к участию в конкурсах исследовательских работ, выступление на научных конференциях, семинарах; стремление к активному участию в обсуждении результатов исследовательских проектов.
2. Способность к сотрудничеству. Критерии сформированности: умение аргументировать собственную точку зрения, умение слушать и слышать мнение другого учащегося, умение разрешать противоречия с помощью логической аргументации, готовность к диалогу.
3. Способность грамотно использовать методологические понятия и принципы. Критерии сформированности: знание и понимание основных методологических понятий и принципов; умения, обеспечивающие грамотное использование методологических понятий и принципов: умение видеть и формулировать противоречие, умение видеть и формулировать проблему исследования, умение формулировать тему исследования, умение выделять объект и предмет исследования, умение ставить цель и задачи исследования, умение формулировать гипотезу, умение определять новизну исследования, умение определять теоретическую и практическую значимость исследования.
4. Умение учиться. Критерии сформированности: ценность образования как фактора личностной успешности, высокий уровень поисковой и познавательной актив-
ности (любознательность, мотивационная готовность учиться).
Для оценки уровня сформированности компетенций предлагается следующая шкала: 3 балла - высокий уровень; 2 балла - средний уровень; 1 балл - низкий уровень. В характеристики уровней сформированности компетенции заложены следующие показатели:
- высокий уровень отражает стабильное получение высоких результатов в исследовательской деятельности; характеризуется проявлением активного участия учащихся в исследовательской деятельности;
- средний уровень отражает ситуативное получение высоких результатов в исследовательской деятельности, обеспечиваемых данной компетенцией; самостоятельная исследовательская деятельность учащихся проявляется ситуативно;
- низкий уровень отражает частые (практически постоянные) существенные затруднения учащихся профильных классов в исследовательской деятельности, обеспечиваемых данной компетенцией [1].
Срезы по показателям сформированности компетенций в экспериментальной группе, проведенные в середине 10-го и конце 11-го класса, привели к следующим результатам (рис.).
Таким образом, можно сделать вывод, что использование разработанных нами методических приемов способствует формированию исследовательских компетенций учащихся.
Библиографический список
1. Казарина Л. А. Показатели сформированности исследовательской компетентности учащихся профильных классов // Вестник ТГПУ -2013. - № 7 (135). - С. 196-201.
2. Лобова Г. Н. Подготовка студентов к научно-исследовательской деятельности: понятийный аспект // Человек и общество на рубеже тысячелетий: Междунар. сборник науч. трудов. - Воронеж, 2003. - Вып. 18. - С. 207-210.
3. Разумовский В. Г., Майер В. В., Варакси-на Е. И. ФГОС и изучение физики в школе: о научной грамотности и развитии познавательной и творческой активности школьников: монография. - М.; СПб.: Нестор-История, 2014. - 208 с.
4. Синенко В. Я. Дидактические основы построения системы школьного физического эксперимента: дис. ... д-ра пед. наук. - Челябинск, 1995. - 389 с.
5. Синенко В. Я. Следуя научному познанию // Сибирский учитель. - 2013. - № 6. - С. 2.
6. Синенко В. Я. Модернизация системы дополнительного профессионального педагогиче-
ского образования // Сибирский педагогический журнал. - 2012. - № 3. - С. 73-80.
7. Турнир юных физиков: информационная брошюра. - Новосибирск: б. и., 2014. - 28 с.
Gluschenko Elena Pavlovna
Physics teacher, Lyceum № 113, e_pavlovna@mail.ru, Novosibirsk
METHODICAL CONDITIONS OF FORMATION OF RESEARCH COMPETENCE OF PUPILS AT PHYSICS LESSON
Abstract. In modem conditions of education at the forefront ability to independently produce and apply knowledge. In our opinion, one of the core competencies that can be formed when teaching physics is a research competence. A special role in the formation of this competence plays a cyclical scientific knowledge: for the formation of the research competence and appropriation of knowledge, rather than simply memorizing them, you must pass these stages of the cycle of scientific knowledge as a selection of raw facts, hypotheses, its verification experiment, the findings from the experiment. Particularly useful in this aspect of research are physical problems.
Keywords: competence, physics, research competence and research tasks.
Поступила в редакцию 25.09.2015
