Формирование исследовательских умений у школьников

Формирование исследовательских умений у школьников

, учитель биологии и химии

ГУО«Богдановская средняя школа»

Современное общество все больше осознает необходимость форми­рования у школьников целостного ми­ропонимания и научного мировоззрения, которые бы были адекватны последним достижениям фундаментальной науки.

В последние годы в практике наших школ все более ясно начинает осознавать­ся возрастание роли учебно-исследователь­ской деятельности в образовании школь­ников. Так, в образовательном стандарте по биологии особо указывается на необ­ходимость «формирования у учащихся системы научных знаний о живой при­роде и методах ее изучения». Однакоэта проблема пока еще далека от своего разрешения, несмотря на то, что она «стара как мир».

Какие исследовательские умения нужны совре­менным школьникам?

Многие аспекты данной проблемы ученые и педагоги поднимали давно. Один из них — соотношение различными категориями научных зна­ний. Еще в 1948 г. академик писал: «Нас смущает не столько не­достаточность фактов и теоретических представлений, находящихся в распоря­жении учащихся, сколько отсутствие яс­ного правильного суждения об их соот­ношении...»

В современных условиях одним из возможных путей решения этой пробле­мы, на наш взгляд, является формиро­вание учебно-исследовательских умений школьников на основе логики научного познания.

В настоящее время идут дискуссии о том, какие учебно-исследовательские уме­ния необходимо формировать у школьни­ков. Однако при всем многообразии уме­ний (в том числе и исследовательских) прежде чем приступать к их формирова­нию, педагогу необходимо четко представлять, что же он все-таки будет формиро­вать. А для этого необходимо знать, как минимум, структуру этих умений.

В настоящее время нет единого способа и самой классификации исследовательских умений. Однако анализ их сущности позволяет сделать вывод о том, что все они связаны с логикой на­учного исследования. В основе классификации учебно-исследовательских умении  может лежать структура учебного познания, изоморфная (аналогичная по структуре) научному познанию, присущую дисципли­нам естественнонаучного цикла.

Каждый цикл познания начинается выбором группы фактов из наблюдения. Далее выдвигается модель-гипотеза отно­сительно их общности. Справедливость предвидения проверяется экспериментом.

Если теоретические следствия исход­ной модели-гипотезы подтверждаются, то принятая в основу теории абстракт­ная модель верно отражает изучаемые свойства явления. Если же эксперимент дает неожиданный результат, то это оз­начает, что обнаружились границы при­менимости теории, и для объяснения новых явлений требуется уточнение или замена абстрактной модели-гипотезы, лежащей в основе теории.

Таким образом, процесс учебного по­знания можно представить циклом, со­стоящим из звеньев: факты →модель →гипотеза → следствия → эксперимент.

Исходя из вышеизложенного, под учебно-исследовательскими умениями пони­мают способность ученика выполнять взаимосвязанные между собой теоретичес­кие и эмпирические действия, соответству­ющие учебно-исследовательской деятельно­сти изоморфной (с аналогичной структу­рой) логике научного исследования, на ос­нове знаний и умений, приобретаемых в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.

Таким образом, модель учебно-исследовательских умений школьников может выглядеть следующим образом (табл. 1).

Таблица 1

Модель учебно-исследовательских умений школьников

Этап УИД	Учебно-исследовательское умение школьников
Наблюдение	Определять цель и предмет наблюдения Разрабатывать план проведения наблюдения Фиксировать результаты наблюдений Описывать полученные результаты
Построение модели-гипотезы	Выявлять проблемы Генерировать гипотезы Владеть биологическим, математическим и другими понятийными ап­паратами Строить различные теоретические модели Применять различные мыслительные операции Теоретически объяснять явления
Вывод теоретических следствий	Выводить следствия из теории
Проведение эксперимента	Разрабатывать методики проведения эксперимента Осуществлять сбор экспериментальных данных Фиксировать результаты эксперимента в числовой, графической или вербальной форме Обрабатывать и систематизировать экспериментальные данные Анализировать и обобщать результаты эксперимента Интерпретировать результаты исследования

Особое место в формировании прак­тических умений школьников занима­ет овладение методикой наблюдения. Во время изучения школьниками кур­сов «Химия», «Биология», «Физика», «География» только за период с седь­мого по девятый классы учащиеся име­ют возможность выполнить более 250 наблюдений. Однако столь большое ко­личество наблюдений и демонстраций при применяемых ныне методиках не обеспечивает формирование умения у учащихся проводить наблюдения само­стоятельно и целостно. В процессе органи­зации школьниками наблюдений мно­гие учителя недостаточно поощряют их самостоятельное логическое мышление, не формируют у них умение пользоваться знакомым оборудованием в не­знакомой ситуации, мало будят конст­руктивную мысль, не в значительной мере требуют инициативы от учащих­ся. От них чаще всего требуется всего лишь «смотреть». К сожалению, для школьников такое пассивное наблюде­ние имеет лишь подтверждающий и иллюстративный характер, легко заме­няемый словесным сообщением факта. Естественно, что при такой организа­ции процесса наблюдения у учащихся могут сформироваться лишь отдельные элементы наблюдения, причем, как по­казывает наш опыт, весьма нестойкие. При организации наблюдений возможно использование эвристи­ческого предписания «Учусь наблюдать». Оно составлено так, чтобы подсказы­вать школьникам лишь что нужно сде­лать (но не как), намечать направление движения вперед.

Учусь наблюдать

Осмысли цель наблюдения: для чего проводится наблюдение? Уточни предмет наблюдения: что ты будешь наблюдать? Наблюдение осуществляй по зара­нее разработанному плану. Для этого представь его мысленно и предваритель­но запиши в тетради. До начала наблюдения определи, когда будешь осуществлять фиксацию на­блюдаемых явлений: в процессе наблюде­ния или сразу же после его окончания. Выбери способ наблюдения. Наблю­дать можно прямым способом (визуально) или косвенным (при помощи приборов). Наблюдение необходимо произво­дить несколько раз. Это повышает его объективность. Помни, что цель описания — указать наиболее точно и полно призна­ки наблюдаемых процессов. При описании обрати внимание на то, что существенно нового было обнару­жено, а что общего с ранее известным. Описание наблюдаемых процессов может быть выражено в словесной фор­ме, представлено аналитически (в виде формул и уравнений), графически (в виде рисунков, схем и пр.)

Данное эвристическое предписание поможет школьникам сделать умение наблюдать более эффективным.

Руководствуясь афоризмом И. Ньюто­на, утверждавшим, что «при изучении наук примеры полезнее правил», стоит предложить учащимся примеры из учеб­но-методического пособия. Кроме того, целесообразно провести с учащи­мися ряд наблюдений. Например:

Назовите важнейшие источники загрязнения водоемов в вашей местности. Моют ли в вашем пруду, реке ав­томобили, тракторы и другие сельскохо­зяйственные машины? К каким послед­ствиям это может привести? Прошел дождь. Не вызвало ли это природное явление отрицательные по­следствия для водоемов вашей местнос­ти. Почему? Определите средний прирост раз­личных растений за день и ночь. Сде­лайте выводы. Приложите к уху морскую рако­вину. Что вы услышите? Для подкормки комнатных расте­ний применяют 0,2%-ный раствор нит­рата натрия. Как будет вести себя рас­тение, если концентрацию нитрата на­трия резко увеличить?

В ес­тественнонаучных дисциплинах экспери­мент играет особую роль, поскольку он является основным критерием проверки истинности полученных результатов. На уроках, при выполнении лабораторных и практических работ у школьников фор­мируются понятия об эксперименталь­ных методах учебного исследования: из­мерении, наблюдении, фиксации резуль­татов, проведении математической обра­ботки полученных результатов. Чтобы целенаправленно формировать экспериментальные умения учащихся, пе­ред началом проведения каждого экспери­мента учащимися педагог должен подчер­кнуть необходимость составления плана его проведения, где бы просматривалась четкая целевая логика эксперимента. Сто­ит также предложить учащимся эвристи­ческое предписание «Учусь ставить экс­перимент», которое поможет им в органи­зации и проведения эксперимента.

Учусь ставить эксперимент

Что я хочу узнать во время про­ведения эксперимента? Что я уже знаю об этом явлении? Что я предлагаю сделать (идея эксперимента)? Какие приборы и материалы мне нужны? Каков план моих действий? Как я буду действовать, и что я при этом получу? Мое объяснение результата. Анализ результата. В связи с этим какие у меня возникают вопросы? Мои выводы.

Также целесо­образность использования заданий следующего плана:

Сколько влаги может поглотить сфагнум? Сравните конечный объем сфаг­нума с начальным. Ответ объясните. Сконструируйте устройство, выра­батывающее электричество, из набора различных овощей. Изучите влияние ионов металлов на окраску цветков гортензии. Получите и исследуйте свойства желтого красителя из сухой чешуи лука. Разработайте методику обнаруже­ния катехинов в клетках растений. Получите и исследуйте свойства чернил из растительного материала

При работе необходи­мо больше внимания уделять формиро­ванию у школьников умения интерпре­тировать полученные результаты. Следует обратить на представ­ление полученных результатов в виде таблиц, графиков, диаграмм. Правильное построение графиков для многих учащихся является про­блематичным. Поэтому школьникам необходимо напоминать

Правила построения графиков

Графики строят на бумаге с мил­лиметровой или другой сеткой. Размер бумаги определяется интервалами изме­ряемых величин и выбранным для них масштабом (но не наоборот). По оси абсцисс откладывают зна­чение аргумента, по оси ординат — значение функции. На каждой из осей приводят тот интервал изменения величины, в кото­ром велось исследование. Масштабы по каждой величине выбирают независимо друг от друга. При этом максимальным по точности для обеих осей одновременно будет на­клон основной части графика под уг­лом, близким к 45°. Если выбор масш­табов в соответствии с величинами по­грешностей приводит к удлинению гра­фика вдоль одной из осей, то это озна­чает, что завышена точность измерений соответствующей величины. В таком случае масштаб одной из осей несколь­ко уменьшают, другой — увеличивают, добиваясь наилучшего наклона кривой. Шкалы на осях наносят, как правило, в виде равноотстоящих чисел. Выбор этих чисел в каждом случае дол­жен обеспечивать наибольшую простоту и удобство нанесения и чтения шкал. На осях указывают обозначения и единицы измерения величин. Точки на графике наносят остро отточенным карандашом и обводят кру­жочком. Кривую по нанесенным точкам про­водят карандашом плавно, без изломов и перегибов, так, чтобы она располагалась как можно ближе ко всем точкам, и по обе стороны оказалось приблизительно равное их количество. Не следует прово­дить кривую через каждую точку, так как любая точка на графике — результат из­мерений. Он не абсолютно верен, в нем содержатся погрешности. Поэтому точки будут рассеяны около истинного результа­та. Необходимо провести кривую как можно ближе к нему. Отклонение точек от кривой отражает наличие погрешнос­тей, это объективный фактор. Любая особенность (максимум, минимум, перегиб, излом) на графике должны быть тщательно проверены и объяснены. Для этого на соответствую­щем участке графика необходимо иметь достаточное количество эксперименталь­ных точек. Построение графика непос­редственно во время работы позволяет не пропустить такие особенности. Кривую по экспериментальным точкам проводят от руки. Иногда, пос­ле наметок, при помощи лекала, в слу­чае прямой — с помощью линейки. Каждый график подписывают. В подписи отражается основное содержа­ние графика, объясняются все приве­денные кривые.

Данные умения формируются при выполнении заданий:

Ученый проводил длительные на­блюдения за питанием канареек. Выяс­нилось, что при температуре воздуха + 10 °С птица поедает на 4 г корма больше, чем при температуре +25 °С за то же самое время. Как можно интер­претировать полученные результаты? Численность белых мышей в боль­шой клетке ежемесячно изменялась следующим образом: 2, 9, 25, 44, 14 животных. Корм всегда давался в изо­билии. Чем можно объяснить такое из­менение численности мышей? На основании данных таблицы оп­ределите, в каких семенах каких рас­тений больше всего белка, жира, крах­мала. Полученные данные представьте в виде диаграмм.

Растение	Содержание на 100 г
Воды	Белка	Жира	Крахмалаи сахара	Другихорганическихвеществ	Золы
Пшеница	13,4	13,6	2,0	67,3	1,8	1,9
Рожь	15,1	11,5	1,8	67,8	2,1	1,7
Кукуруза	13,3	9,6	5,1	68,0	2,6	1,4
Подсолнечник	6,7	26,3	44,3	16,4	2,8	3,5
Горох	13,8	23,4	1,9	52,6	5,5	2,8
Фасоль	11,2	23,7	1,9	55,6	3,9	3,7
Соя	10,1	33,7	19,2	27,1	4,7	5,2

Особое место в процессе формирования исследовательских умений у школьников занимают мыслительные операции, кото­рые являются важной составляющей учеб­ного исследования и должны находиться в поле зрения каждого учителя. На уро­ках физики, химии, математики мысли­тельные операции у школьников форми­руются при решении задач. Однако ос­новные мыслительные операции можно формировать и на уроках биологии при выполнении различных заданий. Например:

Почему органы растений после ги­бели чернеют? Почему на тротуарах оставляют не заасфальтированные приствольные круги? Почему не рекомендуется выращи­вать растения в пластмассовых, жестя­ных и стеклянных банках? Будут ли расти растения в цветоч­ных горшках, покрытых масляной крас­кой? Почему при высадке комнатных растений на дно цветочных горшков кладут черепки, угли и т. д.?

Таким образом, для формирова­ния учебно-исследовательских умений школьников необходимо сосредотачивать внимание на формировании у школьников практических умений, не выпуская из вида выявление целевых установок проводимых наблюдений и экспериментов, определение их сущно­сти как методов научного познания, что приводит к развитию познавательного интереса, творческого мышления, стремление к новым знаниям школьников.

«Для всякой уважающей себя страны есть... три привилегированнее статьи. На пер­вое место я ставлю здравоохранение, потому что прежде всего человек должен быть физи­чески здоров. На втором месте — образова­ние, потому что необразованному человеку не то, что в XXI веке, но и в прошлом веке делать было нечего. И на третье место я по­ставлю науку, потому что именно наука оп­ределяет будущее человечества...»

Литература:

Богачева десятибалльной системы оценки результатов учебной деятельности учащихся на уроках биологии. — Мн.: Сэр-Вит, 2003. Образовательный стандарт по биологии / Мин-во образования Республики Бела­русь. — Мн. — 2009. Образовательный стандарт по химии / Мин-во образования Республики Бела­русь. — Мн. — 2009. Осипенко как метод научного познания в преподавании биологии. – Біялогія: праблемы выкладання. №4, 2005 с.29 – 34. Осипенко А. И. О формировании исследовательских умений школьников. – Біялогія: праблемы выкладання. №4, 2004, с.3 – 15.