Статья: «Организация учебно-исследовательской деятельности на уроках физики и во внеурочной деятельности»

Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Васильева Елена Владимировна, учитель физики МОУ «СОШ с. Березина Речка Саратовского района Саратовской области» Исследовательская деятельность на уроках физики как реализация системно - деятельностного подхода в обучении школьников Основная идея системно - деятельностного подхода состоит в том, что новые знания не даются в готовом виде. Дети «открывают» их сами в процессе самостоятельной исследовательской деятельности. Задача учителя при введении нового материала заключается не в том, чтобы все нагл ядно и доступно объяснить, показать и рассказать. Учитель должен организовать исследовательскую работу детей, чтобы они сами додумались до решения проблемы урока и сами объяснили, как надо действовать в новых условиях . Физика – наука экспериментальная, в е ё основе лежат наблюдения и опыты. Именно организация исследовательской деятельности учащихся при изучении физики – главный фактор, позволяющий повысить интерес к физической науке, сделать её увлекательной, занимательной и полезной. Обучающиеся должны осо знать, что физика – это не страшно, физика – это интересно. В физике используются различные методы обучения, которые ведут к повышению качества образования. Учебно - исследовательская деятельность – один из методов современного обучения, который является одн ой из перспективных форм деятельности школьников в рамках современного учебного процесса. Под исследовательской деятельностью учащихся сегодня понимается такая форма организации учебно - воспитательной работы, которая связана с решением обучающимися творчес кой, исследовательской задачи в различных областях науки, технике, искусстве. Исследовательская деятельность ставит ученика в условия исследователя, на место ученого или первооткрывателя. Именно исследовательский подход в обучении делает ребят участниками творческого процесса, а не пассивными потребителями готовой информации. Исследовательская деятельность позволяет вооружить ребенка необходимыми знаниями, умениями, навыками для освоения стремительно нарастающего потока информации, ориентации в нем и систем атизации материала. Исследовательская деятельность осуществляется посредством решения исследовательских задач. Каждая исследовательская задача решается посредством выполнения определенной совокупности исследовательских действий. В первую очередь, учитель д олжен конкретизировать, какие исследовательские действия он должен формировать, исходя из содержания своего предмета: постановка исследовательских задач; планирование решения задач; выдвижение гипотез; построение измеряемых величин и измерительных шкал; сб ор исходной информации (наблюдение и т.д.); экспериментирование; анализ данных экспериментов или наблюдений и построение обобщений; построение моделей действительности и работа с моделями. В организации исследовательской работы большое значение имеет отбор учебного материала для всех исследований, который должен строго соответствовать основным принципам дидактики: научности, систематичности, последовательности, доступности, наглядности, индивидуальному подходу к учащимся в условиях коллективной работы, разв ивающему обучению, связи теории с практикой. При организации исследовательской деятельности решаются следующие задачи : 1. обучение учащихся на примере реальных проблем и явлений, наблюдаемых в повседневной жизни; 2. обучение приемам мышления: поиску ответов на в опросы, видению и объяснению различных ситуаций и проблем, оценочной деятельности, приемам публичного обсуждения, умению излагать и отстаивать свою точку зрения, оперативно принимать и реализовывать решения; 3. использование разных источников информации, прие мы ее систематизации, сопоставления, анализа; 4. подкрепление знания практическими делами, с использованием специфических для физики методов сбора, анализа и обобщения информации. В идеале исследовательская деятельность должна встраиваться в классно - урочную систему так, чтобы учитель мог сам компоновать необходимые ему учебные модули из отдельных элементов, они должны максимально учитывать действующие учебные программы и требования к учащимся. Исследовательская деятельность учащихся предполагает наличие основных этапов: 1. Учитель ставит перед детьми проблему, если необходимо проводит инструктаж по технике безопасности; 2. Дети самостоятельно изучают или повторяют необходимый, по их мнению, теоретический материал (информационная компетенция, компетенция с амообразования); 3. Затем происходит оформление гипотезы, выбор оборудования, определение методики проведения эксперимента: последовательность, величины для измерения, выбор формул, решение об оформлении результата в виде таблиц, графика и т.д (информаци онная, познавательная компетенции); 4. Сам эксперимент. Учитель управляет процессом исследований, выполняет роль консультанта, следит за выполнением правил ТБ, помогает в формулировке г ипо тезы, в планировании эксперимента. Конечно, при этом он создает ситу ацию успеха (познавательная, коммуникативная компетенции). 5. Подведение итогов, рефлексия. Выступления групп. Учитель или сами ребята отмечают слабые и сильные стороны, трудности, пути их преодоления (информационная, коммуникативная компетенции). Исследо вательская деятельность учащихся многогранна и может быть организована на любом этапе обучения физике: при изучении физической теории; при решении задач; при проведении демонстрационного эксперимента; при выполнении лабораторных работ . 1. Исследовательская де ятельность учащихся при изучении физической теории . Исследовательская работа учащихся начинается с постановки проблемы . При этом могут реализовываться следующие цели: углубление и расширение знаний учеников, привитие вкуса к исследовательской работе, разви тие познавательного интереса, формиро вание исследовательских умений Предметом ученического исследования является «переоткрытие» уже открытого в науке. Вместе с тем для ученика выполнение исследовательского задания является познанием еще непознанного. Можно выделить следующие структурные элементы исследовательской деятельности учащихся при изучении физической теории : постановки проблемы , накопление фактов, выдвижение гипотезы, постановка эксперимента, создание теории. Для успешной постановки проблемы, она должна содержать познавательную трудность и видимые границы известного и неизвестного, вызвать чувство удивления при сопоставлении нового с неизвестным и неудовлетворенность имеющимся запасом знаний, умений и навыков. Проблемный вопрос должен содержать про тиворечивость информации и вызывать необходимость и желание сравнивать, рассуждать, анализировать данные, обобщать их, т. е. искать закономерность. Так, например: “Почему тонет брошенный в воду гвоздь, а тяжелое судно плавает?” будет проблемным, а вопрос: “Почему тела плавают?” будет информационным, поскольку он требует для ответа лишь знаний. Примеры постановки учебной проблемы: При изучении темы «Выталкивающая сила» в 7 классе: Учитель: Вспомним лето. Вы у водоема. Входите в воду и учите плавать своих друзей. Вопросы: 1. Легко ли поддерживать на воде тело своего друга? 2. Можете ли вы удержать его не в воде, а воздухе? – Как можно объяснить эти явления? При изучении темы «Трение. Сила трения» в 7 классе: (фрагмент технологической карты урока открытия н овых знаний) Этапы урока Деятельность учителя Деятельность учащихся 1. Мотивация к учебной деятельности Постановка проблемного эксперимента . Учитель: Дорогие ребята! Как видите, тема урока на доске не записана. Предлагаю вам самими ее определить. А для этого давайте посмотрим и проведем эксперимент ы: 1. На доске лежит брусок, приподнимаем доску с одного края так, чтобы брусок не скатывался, (фиксируем вни мание), увеличиваем угол - брусок скользит (фиксируем внимание). 2. На наклонно закрепленный в штативе желоб, положим шарик и отпустим его. Шарик скатывается на поверхность стола, катиться по ней и останавливается. Если на стол положить наждачную бумагу, то ша рик прокатиться на значительно меньшее расстояние. О чем свидетельствует эти эксперименты? Как вы, думаете, о каком взаимодействии здесь идет речь? Как бы вы назвали силу, характеризующую это взаимодействие ? Наблюдают демонстрацию экспериментов Отвечают на вопросы учителя (догадываются, что речь идет о трении и о силе трения, различают виды трения, догадываются о причине трения – шероховатости поверхности) 2.А ктуализаци и и пробного учебного действия ; В тетради нарисуйте таблицу с тремя одинаковыми колонками. Рисует на доске таблицу: Знаю Хочу Узнал Рисуют маркировочную таблицу. узнать В левой колонке таблицы запишите все, что вы знаете о трении. При затруднении, можно предложить им продолжить фразы: трение возникает когда… трение возникает потому, что… с ила трения зависит от… Обменяйтесь своими мнениями в паре. Вспоминают и записывают в левую колонку все, что вспомнили о трении Обмениваются друг с другом своими знаниями. 3. Выявления места и причины затруднения Учитель: д окажите свою точку зрения : Каковы причины возникновения силы трения? Что знаем о «трени и » и «сил е трения»? В чем существенное отличие понятия «трение» и «силы трения»? За писывает на доске в левой колонке таблицы все, что говорят учащиеся. (Трение – это взаимодействие, возникающее при соприкосновении тел. Бывает трение покоя, скольжения, качения) Информируют класс о том, что он знают о трении Дополняют записи в левой колонке таблицы. 4 . П остроения проекта выхода из затруднения Что вы хот ели бы узнать о «трении» и «силе трения»? Какова цель нашего познания? Сформулируйте тему урока Примерные ответы учащихся: Узнать когда возникает трение, от чего зависит трение, как уменьшить или увеличить трение (заполняют графу «Хочу знать») Формулируют тему, записывают в тетрадь Предлагают свои Предложите способы решения проблемы (подводит к пониманию о необходимости проведения экспериментов) варианты решения; предлагают темы исследований 5. Реализации построенного проекта Предлагает учащимся разделиться по группам для выполнения исследовании: 1 группа : «Сравнение сил трения покоя, скольжения и качения»; 2 группа : «Исследование зависимости трения скольжения от рода поверхностей» 3 группа: «Исс ледование зависимости силы трения скольжения от веса» 4 группа : «Исследование зависимости силы трения скольжения от площади трущихся поверхностей» Помогает учащимся при выполнении экспериментов Распределяются по группам, получают лабораторное оборудование и « Листы исследователя » Выполняют исследования, делают выводы, обсуждают выводы в группах 6 . Первичного закрепления с проговаривание м во внешней речи Предлагает учащимся обсудить результаты исследований Учащиеся отвечают по плану : 1.Что исследовали? 2.Каков результат? 3.Подтвердилась ли гипотеза исследования? 7. Включения в систему знаний Учитель : 1.Что называют трением? 2.Как называют силу, возникающую в результате данного взаимодействия ? (сила - вектор) 3. Как направлена сила трения? 4.Дайте сравнительную характеристику силе трения покоя, скольжения, качения. 5.Как зависит сила трения скольжения от рода поверхностей. Исчезнет ли трение, если поверхности отшлифовать? (Коррекция знаний) 6.Как зависит сила трения Отвечают на вопросы , заполняют кластер скольжения от веса тела? 7.Зависи т ли сила трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей? Решить задачи : 1 .Какой вид трения имеет место при катании на коньках и при катании на роликах? 2.Какая сила удерживает предметы на ленте транспортера? 3.Что мешает сдвинуть с места тяжелые предметы? 4.Какое трение возникает при движение тел в жидкостях и газах? 5.Почему пловцы, бросаясь в воду, выставляют вперед сложенные вместе руки? 6.Почему лыжник, прыгая с трамплина, наклоняет тело вперед Решают качественные задачи 8.Рефлексии учебной деятельно сти на уроке Подводит итог урока Вопросы: 1. С каким способом деятельности вы сегодня познакомились? 2. Что мы запишем в графу «Узнал нового» нашей таблицы? 3. Достигли ли мы цели нашего познания? Оцени свою работу в группе, на уроке. 4. Осталось ли что - то, о чем бы вы хотели узнать? 5. Как вы справитесь с этой проблемой? Учащиеся отвечают на вопросы, и формулируют домашнее задание Изучить учебную литературу ( §§ 30 - 32) Проверить себя, отвечая на вопросы к §§ Творческие задания: 1.Напишите сочинение на эту тему «Что будете кричать, если исчезнет трение: «Ура! или Караул!»» в прозе или стихах 2.Предложите способы к ак уменьшить или увеличить трение? Когда это требуется? 2. И сследовательская деятельность учащихся при решении задач В качестве основного средства организации исследовательской работы выступает система исследовательских зада ч . Исследовательские зада чи - это задачи , содержащие проблему; решение ее требует проведение теоретического анализа, применение методов научного исследования, с помощью которых учащиеся открывают ранее неизвестное для них знание. И если ребенок осознает способ поиска, то тогда он сможет использовать его и в следующий раз. Когда ребята сами придумывают задачи, алгоритмы, примеры, то материал данной темы усваивается ими лучш е. Пример ы : 1. Имеем стандартную задачу ( 9, 10 класс): Мальчик ростом , стоя на расстоянии перед забором высотой , бросает камень под углом к горизонту. С какой минимальной скоростью надо бросить камень, чтобы он перелетел через забор? Перефразируем условие, чтобы она стала исследовательской : Мал ьчик стоит перед забором и кидает камни. С какой минимальной скоростью надо бросить камень, чтобы он перелетел через забор? Задани я для учащихся: 1. Определите, какие данные необходимы и достаточны для решения данной задачи? Решение: Уравнение движения тела в проекциях на оси имеют вид: Пусть , тогда или из последнего выражения находим Ответ: для решения данной задачи необходимо и достаточно знание роста мальчика, расстояние до забора, высоту забора и угол, под которым бросается камень. 2. Постройте информационную модель данной задачи , используя электронные таблицы (можно использовать в качестве домашнего задания) . Пример 2: 10 класс (профиль) Рассмотрим задач у по теме «Молекулярная физика и основы термодинамики». Особое место занимают задачи на перевод графика некоторого газового процесса из одних координат в другие. В этом случае требуется прав ильно записать функциональную зависимость между параметрами термодинамической системы согласно условию задачи и получить нужную функцию параметров в требуемых координатах. Задача: Как изменялось давление газа во время процесса, изображенного на рис. 2? Решение. Проведем серию изобар в координатах (V, T) (рис. 3), представляющих собой прямые, проходящие через начало координат. Очевидно, что на участке 1 - 2 давление падает), а на участках 2 - 3 и 3 - 1 - возрастает. 3. Исследовательская деятельность учащихся при выполнении лабораторных работ Любая лабораторная работа в курсе физики – это исследование, если, конечно, изменить её подачу так, чтобы работа и задания приобрели характер открытия, новизны для учащихся. Например, на уроках физики в 8 классе по теме «Элект рические явления» можно предл ожить детям следующие исследовательские работы вместо традиционных лабораторных (по учебнику Перышкина А.В): № Название лабораторной работы Название исследовательской работы 1 Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ее различных участках Исследование цепи с последовательным соединением проводников 2 Измерение напряжения на различных участках электрической цепи 3 Регулирование силы тока реостатом Исследование возможностей реостата 4 Измерение сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра Исследование параметров проводника путем включения его в электрическую цепь (определение вещества, из которого изготовлен проводник) 5 - Исследование цепи с параллельным соединением проводников 6 Измерение мо щности и работы тока в электрической лампе Исследование характеристик электрической лампы 7 Измерение КПД установки с электрическим нагревателем Исследование возможностей установки с электрическим нагревателем З десь надо так построить учебный процесс, чтобы дети понимали суть своих действий, чтобы задания были сложными, но выполнимыми (посильными). 4. Домашние исследования: Примером таких исследований могут служить задания для учащихся 7 класса, которые предлагают В.Г.Разумовский, В.А.Орлов, Ю. И.Дик: Исследование 1 Рассмотрите устройство медицинского термометра (градусника) для измерения температуры тела человека. Полученную информацию, после ее анализа, запишите в таблицу: Цена деления шкалы термометра. Верхний предел шкалы термометра. Нижний предел шкалы термометра. Погрешность термометра. Выскажите свое предположение о том, какое физическое явление ле жит в основе действия (работы) термометра. Измерьте свою температуру. Результат измерения запишите в таблицу. Исследование 2 Рассмотрите устройство медицинского шприца и охарактеризуйте его как прибор для измерения объема (при отсутствии шприца это можно про делать с мензуркой или мерной кружкой). После рассмотрения и анализа пр ибора результаты запишите в таб лицу : Цена деления шкалы шприца. Верхний предел шкалы. С помощью шприца определите объем той посуды, которой вы пользу - етесь — столовой ложки, чайной ложки, чашки. Результаты опытов, с учетом абсолютной погрешности измерения, за - пишите в таблицу. Исследовательская деятельность учащихся, основанная на закономерностях развития мышления, призвана научить учеников самостоятельно мыслить, самостоятельно получать знания, анализировать и делать выводы. При таком подходе к обучению есть возможность уйти от механического запоминания. Когда перед учащимися ставится учебная проблема, создается тем или иным способом проблемная ситуация, у них появляется интерес, они активно включаются в процесс решения проблемы - все это способствует лучшему усвоению материала, причем большая часть усваивается непроизвольно. Ученик учится мыслить научно. Литература: 1. Асмолов А. Г. Системно - деятельностный подход в разработке стандартов нового поколения/ Педагогика М.: 2009 – №4. – С18 - 22. 2. Разумовский В.Г. Физика : учеб. д ля уч - ся 7 кл. общеобразоват. учреждений / В.Г. Разумовский [и др.] ; под ред. В.Г. Разумовского, В.А. Орлова. — М. : Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2010. — 208 с. : ил.