Статья: Организация учебно-исследовательской деятельности учащихся на внеурочных занятиях по физике в современных условиях

Таблица 1

Формы организации учебно-исследовательской деятельности учащихся (УИДУ) в основной и средней школе

Содержание обучения на внеурочных занятиях по физике (2-й уровень) можно разделить на три группы:

- расширение базового курса физики (дополнительный материал, не изучавшийся на уроках);

- углубление курса физики (более глубокое изучение темы, рассмотренной на уроках);

- содержание, интегрирующее несколько естественнонаучных дисциплин (физика, химия, биология).

Примерами содержания, расширяющего школьный курс физики, являются кружки по росту кристаллов или схемотехнике, изучению свойств отдельных материалов и т. п. Существуют разработанные программы элективных курсов или кружков, некоторые из них нацелены на формирование методов познания, экспериментальных умений и включают лабораторные работы [14; 19]. Для формирования опыта учебно-исследовательской деятельности можно воспользоваться содержанием этих программ при условии сохранения исследовательского характера обучения и выполнения выделенной системы дидактических принципов [5].

Занятия, углубляющие школьный курс физики, посвящены решению исследовательских задач, тематика которых соответствует темам курса физики, изучаемого на уроках. Систему исследовательских задач для внеурочных занятий можно подобрать на основе существующих в методике обучения физике учебных пособий и сборников заданий, разработанных И. Г. Антипиным, П. В. Зуевым, О. Ф. Кабардиным, В. Н. Ланге, Р. И. Малафеевым, В. В. Майером, В. А. Орловым, В. Ф. Шиловым и др. В самом первом приближении можно сказать, что работы, которые проводятся репродуктивно на уроках, на занятиях кружка учащиеся выполняют в расширенном варианте, самостоятельно выбирают оборудование, планируют свою деятельность, предлагают варианты, выдвигают гипотезы, обсуждают результаты. Разумеется, методическое мастерство педагогов позволит предложить и более проработанные методические варианты совместной работы в зависимости от содержания учебного материала, конкретных целей и т. д.

При планировании внеурочных занятий важно опираться на принцип целостности учебного процесса. Проектируются не отдельные занятия с решением конкретных исследовательских задач, а учебный процесс по физике в единстве урочной и внеурочных форм обучения, освоение предметного содержания и развитие исследовательских умений. Исследовательские задачи подбираются с учетом подготовки учащихся по физике (на основе текущей диагностики), степени сформированности исследовательских умений. Например, планируя внеурочные занятия по теме «Гидростатика», идущие параллельно с изучением теоретического материала, постепенно усложняем задания.

1. Экспериментальная проверка закона Архимеда.

2. Определение плотности предложенного тела с использованием различных измерительных приборов (весы и измерительный цилиндр, только динамометр, только весы).

3. Определение объема полости в стеклянной пробке в двух случаях: пробка плавает в воде или тонет.

4. Определение массы с помощью гидростатического взвешивания.

Кружковая форма занятий позволяет возвращаться к ранее изученному материалу при проведении новых исследований, что дает возможность обобщать и систематизировать знания, переводить изученный ранее материал на уровень творческого применения, формировать собственно исследовательский уровень деятельности учащихся. Например, процедура измерения выталкивающей силы должна быть творчески применена учащимися при решении экспериментальной задачи в теме рычагов или блоков, когда необходимо найти объем тела, имея в распоряжении рычаг, динамометр, линейку и стакан с водой, в которое это тело можно опустить.

Тематика эксперимента, проводимого на кружке, может опережать материал, изучаемый на уроках физики. Это способствует проявлению высокой степени самостоятельности учащихся и подготавливает их к изучению сложного материала непосредственно на уроке физики, формирует основные исследовательские умения. Весьма перспективным представляется, например, актуальный сегодня вариант «перевернутого урока», в соответствии с которым в ходе внеклассной работы (на занятиях кружка) учащиеся экспериментально «открывают» явление, закон, устанавливают связи физических величин, а результаты своих исследований докладывают в начале урока, что служит эмпирической базой изучения нового учебного содержания. В ходе урока эти учащиеся выступят в роли консультантов при выполнении аналогичной практической работы, организованной в малых группах. Разумеется, это только один из разработанных нами методических вариантов сочетания урочной и внеурочной форм работы по физике.

В старших классах наиболее эффективной формой внеурочных коллективных занятий по физике для развития умений и навыков исследовательской деятельности мы считаем исследовательский физический практикум. Растет уровень сложности исследовательских задач по содержанию, больше внимания уделяется теоретическим методам исследования, в частности моделированию, более строгий подход к обработке результатов эксперимента. Нами выделены критерии отбора содержания работ исследовательского физического практикума, которые отвечают задачам организуемой деятельности:

- соответствие содержанию школьного курса физики;

- комплексный характер: при выполнении работы обобщаются и интегрируются знания нескольких тем (разделов) физики;

- исследовательский характер: содержание должно позволять учащимся осваивать основные исследовательские экспериментальные умения;

- субъективная новизна: в ходе выполнения работы учащиеся должны получать новые физические знания либо новые результаты применения предыдущего содержания;

- вариативность: работа может выполняться на различных уровнях сложности и с различной степенью самостоятельности учащихся, в зависимости от их подготовленности;

- доступность оборудования: для выполнения работы должно быть либо стандартное оборудование кабинета физики, либо возможность создания самодельной установки.

Методика организации работ физического практикума должна отвечать его задачам: используются методы и формы обучения, направленные на развитие исследовательских и экспериментальных умений, формирование ключевых УУД, подготовку к дальнейшему профессиональному обучению [13].

На физическом факультете ННГУ им. Н.И. Лобачевского реализуется система работы с учителями физики и учащимися школ, направленная на развитие учебно-исследовательской деятельности учащихся. На базе проектной лаборатории школьного физического эксперимента организованы описанные выше формы внеурочных занятий.

Была проведена апробация разработанной методики организации учебно-исследовательской деятельности на занятиях физического практикума с учащимися 10-х классов. На физическом факультете ННГУ проводятся регулярные занятия по физике и математике с учащимися 10-11-х классов различных школ г. Нижнего Новгорода. Часть учащихся 10-х дополнительно посещала занятия физического практикума (экспериментальная группа), остальные десятиклассники физико-математической школы составили контрольную группу. Была проведена диагностика экспериментальных умений учащихся контрольной и экспериментальной групп. Учащимся было предложено самостоятельно провести исследование согласно заданной цели на имеющемся (одинаковом для всех) оборудовании и составить отчет. Статистическая обработка проводилась по ^-критерию Манна-Уитни. В таблице 2 показаны значения критерия при сравнении результатов контрольной и экспериментальной групп, наличие статистически значимых различий (критическое значение на уровне значимости 0,05 составляет и_Кр = 60, значимые отличия при Цэмп < и_Кр) [16].

Таблица 2 Показатели и-критерия при сравнении проявления каждого умения учащимися двух групп

Определять погрешности прямых и косвенных измерений неплохо умеют все учащиеся, эти умения сформированы в результате выполнения лабораторных работ, входящих в школьный курс физики. Остальные умения учащиеся, выполнявшие практикум, проявили на более высоком уровне: проводить эксперимент, оформлять отчет, анализировать результаты. Особое внимание хотелось бы обратить на то, что учащиеся, посещавшие практикум, научились лучше анализировать ситуацию, строить математическую модель изучаемого процесса, т. е. применять физические законы и понятия на практике.

На уровне основной школы приведем результаты педагогического исследования, проведенного магистрантом физического факультета, по влиянию занятий учащихся 8-го класса в физическом кружке на результаты учебного процесса. Состав участников кружка был сформирован из параллели 8-х классов одной из школ г. Нижнего Новгорода на основе желания учащихся (экспериментальная группа). Их одноклассники, не принимающие участие в работе кружка, составили контрольную группу. Анализ успеваемости учащихся контрольной и экспериментальной групп до начала занятий кружка показал, что статистически значимых различий нет. Анализ успеваемости после экспериментальной деятельности кружка в течение полугодия показал статистически значимый рост успеваемости учащихся экспериментальной группы, успеваемость контрольной группы при этом не изменилась. Это подтверждает нашу гипотезу о том, что методика организации внеурочных занятий способствует росту учебных достижений учащихся в освоении базового курса физики.

Была проведена итоговая диагностика экспериментальных умений учащихся контрольной и экспериментальной групп. Если 10-классники должны были продемонстрировать весь комплекс умений, необходимых для выполнения всех этапов учебного исследования, то для восьмиклассников были сконструированы задания, проверяющие элементы исследовательской деятельности: определение цели эксперимента, подбор необходимого оборудования, планирование последовательности действий в ходе опыта.

Статистическая обработка в данном случае проводилась по ф-критерию Фишера (угловое преобразование), предназначенного для сравнения двух выборок по проявлению признака (выполнению/невыполнению задания). Показатели критерия для каждого из проверяемых умений приведены в таблице 3 (критическое значение критерия на уровне значимости 0,05 составляет фкр = 1,64).

Таблица 3

Показатели <р-критерия Фишера при сравнении проявления каждого умения учащимися двух групп

Умения определять цену деления и снимать показания прибора на достаточном уровне сформированы как у учащихся контрольной, так и экспериментальной группы. Отсюда можно сделать вывод, что эти базовые умения могут быть отработаны в условиях школьной системы уроков.

Умения планировать эксперимент, в том числе ставить цель опыта, выбирать оборудование, описывать ход опыта учащиеся контрольной группы проявили недостаточно полно. Школьники экспериментальной группы проявили эти умения на более высоком уровне. Проведенный эксперимент показал, что разработанная методика организации учебно-исследовательской деятельности учащихся на занятиях физического кружка позволяет развивать экспериментальные умения учащихся и мотивирует их к изучению школьного курса физики. Участникам кружка, проявившим наибольший интерес к исследовательской деятельности, предложено выполнять индивидуальные исследовательские проекты (3-й уровень).