Исследовательская деятельность учащихся через интеграцию принципа цикличности и концепта физических понятий



1. Почему я решила заняться исследованием в действии

Для того, чтобы учащиеся были способны самостоятельно творчески мыслить, осваивать новые знания и применять их в нестандартных ситуациях необходимо развивать их исследовательские умения, через деятельность учащихся связанной с творческой исследовательской задачей с заранее неизвестным решением. Данная задача предполагает наличие основных этапов, характерных для исследования: постановка проблемы, изучение теории, выдвижение гипотезы исследования, выбор и подбор методик исследования, сбор информации и собственного материала, анализ, обобщение и формулировка выводов. Изучение физики основано на исследовании, планировании и проведении эксперимента, постановке гипотезы, а учащиеся испытывают затруднения, в данном вопросе, путаются при составлении вывода в лабораторных работах, я посчитала данную тему актуальной для учащегося любого класса, будь это семиклассник или ученик 11 класса. Любое обучение, проводимое учащимися, основано на исследовании, и имеет подобную структуру. Такая цепочка является неотъемлемой принадлежностью исследовательской деятельности, нормой её проведения.Один из способов достижения поставленных целей – овладение учащимися логикой научного познания, что позволит сделать процесс обучения более осмысленным, творческим. На основе анализа истории развития физических идей процесс научного познания был представлен в виде последовательности циклов, каждый из которых включал в себя следующие звенья: факты, с последующим выделением проблемы и выдвижением гипотезы, построение модели, следствия и проведение эксперимента. Такая схема определяется в физике как принцип цикличности. По данному алгоритму человек издавна изучает все, что происходит вокруг. Принцип цикличности одновременно выступает и как средство организации процесса обучения с учетом теории познания и как отдельный объект усвоения, поскольку несет в себе логику научного познания.Большинство современных учебников физики дают знания в готовом виде, не отражая логики познания окружающего мира. Поэтому и возникла необходимость в разработке данного исследования к организации процесса обучения, в основе которых лежит изложение изучаемого материала в соответствии с принципом цикличности, который включает в себя общенаучные методы как эмпирического, так и теоретического познания. Развитие исследовательских уменийчерез интеграцию принципа цикличности и концепта физических понятий является одним из возможных способов активизации учебно-познавательной деятельности учащихся, способствующим к саморазвитию учащихся, пересмотру прежних ценностных приоритетов, формирование творческого мышления, умений и навыков самостоятельного умственного труда.

2. Как начиналась работа

Планируя данное исследование, я изучила ряд статей:

И. Буторина «Построение процесса обучения физике в соответствии с принципом цикличности»,

Н.В.Соколова «Теория и опыт использования принципа цикличности при обучении физики в старшей школе»,

С.Н.Домрачева «Принцип цикличности в обучении физике».

После изучения данной литературы я решила поделиться данной информацией со своими молодыми коллегами и провела с ними коучинг.

Таблица 1

План проведения коучинга

цель	оказать содействие участникам в применении полученной информации при планировании и проведении урока
задачи	выстроить видение применения различных методов исследования на уроке, показать на практике использование различных методов для развития исследовательских навыков
ожидаемые результаты	молодые учителя целенаправленно будут применять различные методы исследования в процессе проведения занятий, учителя смогут подбирать необходимые стратегии и техники для использования принципа цикличности
ключевые идеи	использование принципа цикличности при проведении практических работ: тема-цель- получение фактов-определение теоретической модели—проблема-задача-проведение физического эксперимента- оценка результатов эксперимента; использование структурно-логической схемы принципа цикличности при изучении темы урока – факты – модель – следствия – эксперимент.

Для данного исследования я выбрала 10 класс, первоначально проконсультировалась с учителями 10-х классов, работающими со мной в данной параллели. И только после этого мною был составлен примерный план по данному исследованию. Большую помощь в данном вопросе мне оказали учителя химии, так как данные проблемы у нас были примерно одинаковы, сама я в данном вопросе выступила как координатор для своего менти. В процессе моего исследования я постоянно изучала литературу, использовала материалы изИнтернет ресурсов, изучала опыты своих коллег учителей общеобразовательных школ.

Примерный план исследования приведен ниже

Стадия	Время	Инструмент/способ
Определение проблемы и вопроса исследования	сентябрь 2016	анкетирование, рефлексия по урокам
Обзор литературы	сентябрь – октябрь 2016	обзор статей в интернете, книги по педагогике, работа в форуме учителей
Применение первого способа решения проблемы	октябрь 2016–январь 2017	качество успеваемости, обратная связь учащихся
Мониторинг по итогам первого цикла	январь 2017	анализ отметок, записи с наблюдений урока, рефлексия по уроку, видео с уроков
Применение второго способа решения проблемы	январь-февраль 2017	планирование, преподавание, проведение уроков в рамках данного исследования, их анализ и рефлексия
Мониторинг по итогам второго цикла	март 2017	анализ отметок, записи с наблюдений урока, рефлексия по уроку, видео с уроков
Анализ итогов мониторинга, рефлексия, планирование	март 2017	презентация постера по итогам исследования, выступление на семинаре учителей

3. Пути решения проблемы

При проведении уроков было выявлено, что учащимся сложно при написании вывода в ходе лабораторной работы, не всегда им удается выделить основную информацию при изучении темы, сложно составить концепт – карты при обобщении раздела. В выбранной мною группе учащихся я провела анкетирование, в которое включила не стандартные вопросы, а просто предложила им запланировать эксперимент по определению ускорения свободного падения математического маятника. Данная тема изучалась учащимися в 9 классе, первоначально мы вспомнили, что представляет собой математический маятник, формулу определения периода колебаний, затем учащиеся самостоятельно запланировали эксперимент. В анкете участвовали все 10 учащихся. Результаты проверки анкеты заставили задуматься о том, что учащиеся не могут применить свои знания в нестандартной ситуации:

- неумение выдвигать гипотезу – 8 уч-ся, 2 не написали ее вообще;

- условие моделирования эксперимента – не написали – 8 уч-ся;

- составлен подробный план эксперимента – 3 уч-ся;

- представлен план без учета последовательности действий – 7 уч-ся;

- анализ результатов эксперимента – 5 уч-ся;

- неправильная формулировка вывода – 5 уч-ся.

Исследование данной проблемы я начала с изучения принципа цикличности, рассмотрела возможность использования его на уроке, и составила для себя примерную схему данного принципа.

Факты – модель – следствие – эксперимент.

Первоначально происходит наблюдение явлений, непосредственно в природе или при проведении опыта, эксперимента. На следующем этапе – создание модели, на основе выдвижения гипотезы, обоснованной на наблюдении. Модель должна включать в себя количественные и качественные свойства объекта, и выражаться в виде определений, законов, основных принципов. На основе модели происходит объяснение известных, предполагаемых и неизвестных явлений, и предсказание их развития. Данный этап – это следствие, предположительные знания, основанные на догадке, которые необходимо подтвердить экспериментом. Экспериментальная проверка гипотезы является важным этапом научного познания, связаннаяс практической реализацией сделанного теоретического вывода. Таким образом, на четвертом этапе происходит применение полученных знаний к конкретным физическим объектам и явлениям, в том числе и решение расчетных, качественных, экспериментальных задач. Если же эксперимент дает неожиданный результат, то это означает, что обнаружились границы применимости теории, что для объяснения новых явлений требуется уточнение или замена абстрактной модели, лежащей в основе теории. В последнем случае вновь возвращаются к фактам, строят новую модель, т.е. цикл замыкается.

Данная схема исследований применима на различных уроках,при изучении новой темы и ее закреплении, на уроке обобщения и систематизации знаний. Знакомство с фактами может происходить на этапе мотивации и актуализации знаний и умений. Данный этап заканчивается или начинается постановкой проблемы. Например, изучение темы «Импульс тела» в 11 классе можно начать с демонстрации столкновения 2 тележек, и выдвижения предположений о результате опыта после соударения (тележки могут двигаться в одном или противоположных направлениях, или одна тележка отскакивает, а другая остается на месте, почему?). После обсуждения опыта учащиеся приходят к выводу, что движение тележек зависит от типа соударений (от массы и скорости тоже). Возникает необходимость построения модели взаимодействий тел, осуществляется переход ко второму этапу принципа цикличности. Вновь выдвигаются какие-то предположения – гипотезы. Таким образом, на данном этапе показываем учащимся, что для объяснения явлений удобно реальные объекты и явления замещать качественнымимоделями, которые сохраняют существенные признаки изучаемого объекта или явления и упрощают изучение окружающего мира. Количественная модель вводится на этапе первичного усвоения и осознания учебной информации. В качестве модели на этом этапе урока можно вводить физические величины, характеризующие изучаемые объекты и явления, законы, отражающие функциональные зависимости между величинами. Опыт с тележками описываем математическим выражением зависимости скорости тел от массы. Получение и обсуждение выводов и следствий из главной закономерности (модели) реализуется на этапе первичного закрепления учебного материала. Эксперимент – этап, завершающий познание. На этом этапе проводим эксперименты, решаем задачи на применение полученной модели и отвечаем на вопрос: «Для чего эти знания нам нужны?».Выстраивание урока в соответствии с принципом цикличности позволяет структурировать знания учащихся, превращает учебу в активную, мотивированную, успешную познавательную деятельность. Данный алгоритм успешно можно использовать при решении качественных, количественных, экспериментальных задач. В заключение хотелось бы отметить, что построение процесса обучения физике в соответствии с этапами: факты – модель – следствия – эксперимент - открывает широкие возможности для предоставления учащимся инициативы, независимости и свободы в процессе познания, ощущения радости творчества.

4. Результаты

Такая планомерная работа из урока в урок дала мне результаты: повысилось качество успеваемости и мотивация к обучению у учащихся, любая деятельность на уроке представляется учащимися в виде правильно поставленного исследования. Об умении учащимися применять принцип цикличности при изучении и проведении эксперимента, последующее планирование эксперимента с математическим маятником было уже более грамотно составлено, и имело ярко выраженные структуры с использованием концепта физических величин. Учащиеся запланировали мини – эксперимент с выделением первоначальных фактов, изучением теоретической модели, постановкой проблемы и последующим ее решением. Они составили и предоставили следующий план эксперимента «Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника».

1. Факты. Груз (шарик) закрепляют на нити и устанавливают на штатив (сборка математического маятника). Средства измерения: часы с секундной стрелкой, измерительная лента. Наблюдаемое явление: колебательное движение шарика на нити под действием силы тяжести и силы упругости.

2. Модель – математический маятник. Условия моделирования: 1) нить нерастяжима, невесома (масса нити много меньше массы тела) размеры тела много меньше размеров нити; 2) размеры тела много меньше размеров (длины) нити 3) отклонение шарика на нити от вертикали производится на небольшой угол. Модель явления: свободные, незатухающие, малые механические колебания материальной точки. Период колебаний математического маятника: Гипотеза: если создать условия близкие к идеальным (колебания шарика на нити близкими к колебаниям математического маятника), то, можно определить ускорение свободного падения из формулы периода математического маятника.

3. Задача. Используя формулу для периода колебаний математического маятника, определить ускорение свободного падения и сравнить полученное значение с теоретическим.

4. Следствия (проведение эксперимента – предложили подробный план с формулами для расчета периода колебаний).

5. Оценка результатов работы. Сравнили экспериментальное значение со значением ускорения свободного падения g=9,8 м/с².

6. Вывод о соответствии экспериментальных и теоретических данных.

Работа по схеме «факты – модель – следствия – эксперимент» позволила учащимся достичь некоторых результатов. Они могут предоставить:

1) ответы на вопросы по каждой теме с целью обобщения и повторения материала, пройденного на занятии;

2) выполнение заданий для самостоятельной работы с целью применения знаний в нестандартной ситуации;

3) решение качественных, творческих, нестандартных, расчетных и экспериментальных задач.

Использование принципа цикличности на уроках физики дало свои положительные результаты. Ребята стали более активны на уроках, их ответы стали осознанными и более точными. При планировании урока на основе принципа цикличности выявлена вариативность структурного построения уроков, а также особенности систематизации знаний на уроках различных видов. В будущем я обязательно продолжу работать над повышением интереса к предмету и повышением качества знаний через изучение, обобщение и систематизацию материала согласно логике принципа цикличности.

5. Что не получилось

Обучение физики с использованием принципа цикличности и концепта физических понятий происходит только в одном направлении, сложно учитывать дифференциацию, учет индивидуальных особенностей, поэтому пока учащиеся работают в одном направлении, используя приведенную выше схему при изучении темы урока и проведении практических работ.

6. Наши дальнейшие действия – в дальнейшемя продолжуданное исследование, хочется применить данное исследование не только на уроках физики, но и использовать в межпредметной интеграции, предметов естественных наук. Использовать данный принцип применимо к решению нестандартных задач, связанных с окружающей нас жизнью.