Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретико-методологические основы учебно-исследовательской деятельности учащихся общеобразовательного учреждения при изучении дисциплин естественнонаучного цикла 18
1.1. Учебно-исследовательская деятельность учащихся общеобразовательного учреждения как предмет научной рефлексии 19
1.2. Особенности учебно-исследовательской деятельности учащихся старших классов при изучении дисциплин естественнонаучного цикла 47
1.3. Педагогические условия учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении дисциплин естественнонаучного цикла 73
Выводы по главе 1 106
Глава 2. Экспериментальное исследование учебно-исследовательской деятельности учащихся старших классов при изучении дисциплин естественнонаучного цикла: химии и биологии
2.1. Проектирование педагогического исследования учебно-исследова тельской деятельности старшеклассников по химии и биологии
2.2. Диагностика готовности учащихся старших классов к учебно исследовательской деятельности по химии и биологии 116
2.3. Методическое обеспечение учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении химии и биологии как базовых дисциплин естественнонаучного цикла 128
2.4. Результаты экспериментального исследования учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении химии и биологии в старших классах 152
Выводы по главе 2 179
Заключение 182
Библиографический список литературы 189
- Особенности учебно-исследовательской деятельности учащихся старших классов при изучении дисциплин естественнонаучного цикла
- Педагогические условия учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении дисциплин естественнонаучного цикла
- Диагностика готовности учащихся старших классов к учебно исследовательской деятельности по химии и биологии
- Результаты экспериментального исследования учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении химии и биологии в старших классах
Особенности учебно-исследовательской деятельности учащихся старших классов при изучении дисциплин естественнонаучного цикла
Потребность педагогического сообщества в современном осмыслении теоретико-методологических основ учебно-исследовательской деятельности учащихся общеобразовательного учреждения объясняется, прежде всего, активной модернизацией основного общего образования, а также значимой ролью исследований в интериоризации полученных знаний учащимися, их социализации и формировании личностных качеств.
Проблема использования исследовательской деятельности учащихся в рамках обучения основам наук имеет достаточную историю Я.А. Коменский, Ж.Ж. Руссо, И.Г. Песталоцци, А.Я. Гердт, К.П. Ягодовский ставили вопрос о необходимости исследовательских методов обучения, имея в виду, получение ребенком знаний «из жизни», наблюдений, самостоятельного поиска ответов на поставленные вопросы, постановку экспериментов и др. Появление теории и методики развивающего и проблемного обучения (В.В. Давыдов, Л.В. Занков, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов и др.) стало новым этапом в развитии исследовательской деятельности учащихся в рамках познавательной деятельности.
Педагоги-новаторы (Ш.А. Амонашвили, С.Н. Лысенкова, В.Ф. Шаталов и др.) разрабатывали приемы использования исследовательского метода в учебном процессе общеобразовательного учреждения. Позднее появились работы А.В. Андриенко, Н.В. Беспятых, В.В. Введенского, Л.М. Федоряк и других исследователей, в которых рассматривались понятия «эвристическая деятельность», «учебно исследовательская», учебно-творческая деятельность» «малые исследовательские группы», «исследовательские умения» и другие. Информационная революция расширила границы знаний о достижениях в естественных и гуманитарных науках и выдвинула в число приоритетных умение применять теоретические знания в конкретных жизненных ситуациях. В связи с этим, в последние годы педагогические исследования В.И. Андреева, А.Ф. Лазурского, Л.Ф. Колесниковой, А.И. Кочетовой, Н.К. Сергеева, А.В. Теремова, Е.Е. Чудиной, Л. Ф. Фоминой посвящены изучению теории, методологии, особенностей организации и содержания учебно-исследовательской и проектной деятельности учащихся общеобразовательного учреждения.
Понятие «учебно-исследовательская деятельность» в научных исследованиях интерпретируется по-разному: и как организация учебного процесса, и как одна из новых современных технологий образовательного процесса в общеобразовательном учреждении. При этом в педагогических работах встречается и употребление синонимичных понятий «творческая» и «поисковая» деятельность школьников (Образование: взгляд в будущее: сб. лучших работ участников IV Всерос. конкурса педагогов. - Обнинск, 2010. С. 23-25).
В исследованиях неоднократно подчеркивается, что современный этап развития общества, характеризуется постоянной динамикой, общественной трансформацией, переходом на новый уровень познания природных явлений, возникновением новых видов деятельности в различных сферах. При этом особую актуальность приобретает стремление, и готовность личности активно изучать мир в его динамике, создавать новые стратегии поведения и деятельности. В связи с этим, как отмечает И.Ф. Игропуло, от современного образования требуется не простое фрагментарное включение технологий исследовательского обучения в образовательную практику, а целенаправленная работа по формированию и развитию способов исследовательской деятельности» (Игропуло И.Ф. Анализ затруднений преподавателей технического вуза в использовании исследовательских технологий обучения // Личностный ресурс субъекта труда в изменяющейся России: мат-лы II Междунар. науч.-практ. конф. Ставрополь, М., 2009. С. 396-399).
Современный образовательный процесс, с учетом реалий времени, ориентирован на развитие у учащихся аналитического и творческого мышления, познавательного интереса, умения самостоятельно анализировать и обобщать факты, информацию, явления, умения отстаивать свои идеи и вносить собственные предложения. В связи с этим возрастает значение учебно-исследовательской деятельности учащихся, в результате которой происходит развитие познавательной активности, формируются исследовательские умения, развивается интеллектуальное творчество, осуществляется исследование определенной проблемы.
В основе учебно-исследовательской деятельности учащихся - умение проводить исследование по изучаемому учебному материалу. При этом получение объективно нового результата не является самоцелью, главное -развитие личности.
Учитывая данные обстоятельства, программа развития универсальных учебных действий в рамках получения среднего (полного) общего образования предполагает формирование у учащихся исследовательских умений и опыта применения исследовательских методов и технологий. На это же ориентирована и внеурочная деятельность, в процессе которой учащиеся привлекаются к участию в творческих конкурсах, факультативах, спецкурсах, научно-практических конференциях, олимпиадах, национальных образовательных программах. Таким образом, решается педагогическая задача: получение практико-ориентированных результатов образования.
Особую актуальность и значимость исследовательская деятельность учащихся приобретает в последние годы обучения в общеобразовательном учреждении, т. е. в старшем школьном возрасте. Это объясняется целым рядом объективных и субъективных причин. Прежде всего, в старших классах у учащихся актуализируется потребность в самоопределении, прежде всего, профессиональном. Это обстоятельство не только влияет на характер учебной деятельности учащегося, но иногда и определяет ее. В частности, осуществляется выбор учебного заведения или профильного класса (гуманитарного, физико-математического, естественнонаучного направления и др.).
Отличительной особенностью интеллектуальной деятельности учащихся старших классов является способность к абстрактному мышлению, к конкретизации понятий, образному раскрытию содержания понятий. В связи с этим им становятся доступны методы теоретического и эмпирического исследований.
Тенденцией последних лет является и практика учета во многих вузах не только государственной (итоговой) аттестации учащихся, но и сформированности умений выполнять исследовательские проекты, что значительным образом мотивирует учащихся на исследовательскую деятельность в избранном профильном направлении на ступени общего образования.
Педагогические условия учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении дисциплин естественнонаучного цикла
Учебно-исследовательская деятельность учащихся, осуществляемая в рамках изучения дисциплин естественнонаучного цикла, обладает некой спецификой. При этом содержание дисциплин естественнонаучного цикла (химия, биология, физика, физическая география, экология) позволяет создавать условия для формирования навыков творческой деятельности (учебно-исследовательской и проектно-исследовательской), в процессе учебных исследований повышать уровень общей культуры учащихся, формировать адекватную научную картину мира, гуманистическую и экологическую направленность личности, развивать понимание влияния естественных наук на окружающую среду, экономическую, технологическую, социальную и этическую сферы деятельности человека, дает возможность учащимся интегрироваться в современное общество, приобщаться к решению научных проблем в процессе учебно-исследовательской деятельности, применять полученные знания не только в обычных, но и в нестандартных ситуациях, развивает мотивацию учащихся к саморазвитию и самовоспитанию.
Согласно требованиям Государственного общеобразовательного стандарта 2012 года изучение предметной области «Естественные науки» предполагает: - формирование основ целостной научной картины мира; - развитие понимания взаимосвязи и взаимозависимости естественных наук, их влияния на окружающую среду, технологическую, экономическую, этическую социальную сферы деятельности человека; - создание условий для формирования навыков учебной деятельности, проектно-исследовательской деятельности, творческой деятельности, мотивации учащихся к саморазвитию и самовоспитанию; - развитие умений обобщать научную информацию, оценивать и анализировать полученные результаты в ходе экспериментальной работы, проверять их на достоверность; - формирование навыков безопасной работы во время проведения лабораторных опытов, лабораторных работ, исследовательской деятельности, опытно-экспериментальной деятельности, при использовании в ходе работы лабораторного оборудования (Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС) среднего (полного) общего образования. М.,2012. С. 33-40).
В сфере естественных наук учащийся общеобразовательного учреждения должен изучить: - основные понятия по предметам естественнонаучного цикла, теории, законы и закономерности протекания различных явлений и процессов; - основные методы научного познания, используемые в естественнонаучных дисциплинах: наблюдение, описание, измерение, эксперимент (Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС) среднего (полного) общего образования. М., 2012. С. 33-40). В процессе изучения дисциплин естественнонаучного цикла учащийся должен овладеть: - на базовом уровне: основополагающими понятиями, теориями, законами и закономерностями; терминологией и символикой; основными методами научного познания естественных наук (наблюдение, описание, измерение, эксперимент); умением обрабатывать, анализировать результаты проведенных опытов, делать обобщения и выводы; учащийся должен приобрести готовность применять методы познания при решении практических задач; - на углубленном уровне: 1) умениями выдвигать гипотезы, проверять их экспериментально, формулируя цель исследования; умениями давать количественные оценки и проводить расчеты; умением использовать средства информационных и коммуникационных технологий; методами самостоятельного планирования и проведения экспериментальной работы с соблюдением правил техники безопасности в работе с веществами и лабораторным оборудованием; 2) навыками познавательной, учебно-исследовательской и проектной деятельности, навыками и методами разрешения проблем; способностью и готовностью к самостоятельному поиску методов решения практикоориентированных задач, оперированием различных методов познания; навыками познавательной рефлексии в совершаемых действиях и мыслительных процессах, осознанием границ своего знания и незнания, средствами достижения новых познавательных задач; 3) методами самостоятельного планирования и проведения экспериментальной работы с соблюдением правил техники безопасности в работе с химическими веществами и лабораторным оборудованием; 4) пониманием взаимосвязи и взаимозависимости естественных наук, влиянием естественных наук на окружающую среду, среду жизнедеятельности и разнообразные сферы деятельности человека.
Изучение дисциплин естественнонаучного цикла, согласно требованиям Государственного общеобразовательного стандарта, предполагает, что, старшеклассник должен получить определенные знания и развить умения в процессе изучения каждой дисциплины.
В частности, в процессе изучения химии: - знать: о месте химии в современной научной картине мира; основные химические понятия, теории, законы и закономерности; строение и состав вещества; химические формулы; свойства неорганических и органических веществ. - уметь: на базовом уровне проводить наблюдение, описание, измерение, эксперимент; обрабатывать и объяснять результаты своих экспериментов и опытов, формулировать соответствующие выводы; давать количественные оценки и делать расчеты, используя химические формулы и химические уравнения; быть готовым применять изученные методы познания на практике; соблюдать правила техники безопасности при работе с химическими реактивами; отстаивать свою позицию по отношению к получаемой химической информации; на углубленном уровне проводить исследование неорганических и органических веществ, пояснять закономерности течения химических реакций, прогнозировать возможность их осуществления; выдвигать гипотезы, основанные на знаниях о составе, строении вещества, основанных на основных химических законах, осуществлять проверку их экспериментальным путем, формулировать цель исследования; описывать, анализировать, давать оценку достоверности полученного результата; предвидеть, анализировать, оценивать экологические последствия, которые могут быть связаны с переработкой химических веществ в бытовой и производственной деятельности человека. - владеть: методикой самостоятельного планирования и проведения химического эксперимента, соблюдая при этом правила техники безопасности при работе с химическими реактивами и лабораторным оборудованием.
Диагностика готовности учащихся старших классов к учебно исследовательской деятельности по химии и биологии
Осуществление успешной учебно-исследовательской деятельности старшеклассников предполагает осуществление первичной диагностики, для чего был проведен констатирующий эксперимент с целью выявления состояния готовности старшеклассников к учебно-исследовательской деятельности, а также осуществлен анализ содержания учебных предметов естественнонаучного цикла, в частности, химии и биологии, с целью выявления возможности учебно-исследовательской работы учащихся.
Для выявления подготовленности учащихся старших классов к учебно-исследовательской деятельности было осуществлена первичная диагностика.
Базой проведения экспериментальной работы стала МБОУ СОШ №1 г. Ставрополя. В пилотажном исследовании приняли участие учащиеся старших классов (165 человек) и учителя-предметники (химии и биологии). На данном этапе исследования решался ряд задач: 1) отбор участников для дальнейшей экспериментальной работы; 2) определение методов и диагностических методик для исследования готовности к учебно-исследовательской деятельности; 3) разработка содержания и определение принципов организации занятий спецкурса «Проведение исследования в сфере естественных наук»; 4) разработка практических рекомендаций по использованию активных методов обучения при проведении учебно-исследовательской деятельности учащихся в процессе изучения химии и биологии.
На этапе констатирующего эксперимента было осуществлено психодиагностическое обследование старшеклассников с целью выявления специфики развития представлений об исследовательской деятельности, уровня развития навыков и умений исследовательской деятельности.
Осуществление констатирующей части исследования предполагало проведение ряда диагностических методов, таких как анкетирование, наблюдение, опрос, тестирование, метод экспертных оценок, качественный анализ продуктов деятельности. Применение перечисленных диагностических процедур позволило охарактеризовать специфику исследовательской деятельности учащихся при изучении дисциплин естественнонаучного цикла, в частности, химии и биологии, определить подготовленность учащихся к учебно-исследовательской деятельности, определить проблемы, затрудняющие учебно-исследовательскую работу учащихся старших классов по химии и биологии.
Пилотажное исследование предполагало анкетирование. Первоначально учащимся было предложено ответить на вопросы анкеты (Приложение 1). В процессе анкетирования нами был осуществлен опрос учащихся 9-11 классов (29,8% - 9 классы , 46,8% - 10 классы и 23,4% - 11 классы), в ходе, которого были получены следующие результаты (Приложение 2, таблица 1): - любят занимательные опыты (57,1% - 9 классы , 54,5% - 10 классы, 39,2%- 11 классы); - нравится проводить лабораторные опыты и практические работы (66,1% - 9 классы, 40,9% - 10 классы, 36,4%- 11 классы); - любят и читают дополнительную литературу по естественнонаучным учебным предметам (21,4% учащихся девятых и 18,2% десятых классов); 115 - интересуются открытиями в области естественных наук (21,4% -9 классы , 40,9%- 10 классы и 47,3%- 11 классы); - любят находить ответы на некоторые интересующие их вопросы по предметам естественнонаучного цикла с помощью эксперимента (21,4% -9 классы , 31,8% - 10 классы и 34,5%- 11 классы).
Полученные ответы показали, что по мере взросления учащихся возрастает интерес к научным открытиям в области естественных наук, развивается исследовательская поисковая активность. Однако даже к выпускному классу достаточно большое количество учащихся привлекает в предметах естественнонаучного цикла лишь внешняя демонстрационная сторона и пропадает интерес к чтению дополнительной литературы по предмету.
Среди исследовательских методов старшеклассники независимо от класса называли эксперимент (21,4%, 56,1% и 63,6% опрошенных соответственно 9, 10 и 11 классов) и наблюдение (21,4%, 24,2% и 54,5%), а учащиеся девятых и десятых классов указывали еще и опыт (30,4% и 27,3%). При этом обнаружена интересная, на наш взгляд, тенденция от класса к классу происходит увеличение числа учащихся знакомых с экспериментом и наблюдением как научными исследовательскими методами и снижение упоминаний об опыте, как отдельном методе исследования.
Опрос показал, что в последних классах обучения в общеобразовательном учреждении у некоторой части учащихся происходит стремление к осмыслению, систематизации (классификации) методов -выделение теоретических (13,6% опрошенных десятиклассников) и практических (9,1%) методов, научных (5,5 % учащихся 11 класса).
Заметим, что старшеклассников, признающихся, что они владеют конкретными исследовательскими методами, почти в два раза меньше тех учащихся, кто об этих методах знает.
Выявлены достаточно низкие показатели владения методом эксперимента (14,4%, 22,7%, 7,3% опрошенных соответственно из 9, 10 и 11 классов), в отличие от навыков использования метода наблюдения (23,2%, 18,2%, 36,4% опрошенных из 9, 10 и 11 классов), за исключением учащихся десятых классов.
Подавляющее большинство старшеклассников считают, что в современных условиях уже на этапе получения общего образования учащиеся должны приобщаться к исследовательской деятельности (73,2% опрошенных 9-х классов, 83,3% - 10-х и 70,9% - 11-х классов).
С переходом в каждый последующий класс увеличивается, хотя и незначительно, и процент старшеклассников, считающих, что занятие исследовательской деятельностью должно быть по желанию (8,9%, 9,1%, 10,9% опрошенных учащихся соответственно из 9, 10 и 11 классов).
Желание заниматься проектно-исследовательской деятельностью изъявили 71,4%, 71,2% и 20,0% опрошенных старшеклассников (соответственно из 9, 10 и 11 классов).
Следует отметить, что в 11-м классе меньше всего желающих (20,0%) и больше всего не желающих (52,7%) заниматься исследовательской деятельностью, а также самое большое число сомневающихся (27,3%). Объясняя свои сомнения учащиеся выпускного класса, указывали следующее: «если бы для этого отводили специальное время», «если бы это можно было совмещать с учебой» и т. д.
Учащиеся 11-х классов также имеют и несколько отличные от учащихся 9-х и 10-х классов предпочтения и в выборе предметов, по которым они хотели бы заниматься исследовательской деятельностью. Так, если учащиеся 9-х и 10-х классов преимущественно желали бы проводить исследования по химии, биологии и физике (в порядке убывания), то выпускники - по биологии, физике, истории и обществознанию. В основном это связано с выбором будущей профессии и единого государственного экзамена (ЕГЭ).
Результаты экспериментального исследования учебно-исследовательской деятельности учащихся при изучении химии и биологии в старших классах
Учебно-исследовательскую деятельность учащихся мы определяем как деятельность, направленную на изучение, решение отдельных проблем, творческих и исследовательских задач, в процессе которой происходит развитие личности, открытие нового знания под руководством учителя.
В рамках нашего исследования нам представилось необходимым выявить особенности организации учебно-исследовательской деятельности в сфере естественных наук в процессе изучения дисциплин естественнонаучного цикла в общеобразовательном учреждении.
Организация учебно-исследовательской деятельности по учебным дисциплинам естественнонаучного цикла имеет свою специфику. Науки о природе призваны раскрыть перед учащимися современную научную картину мира, а знания, которые приобретаются в ходе их изучения составляют естественно-научный фундамент мировоззрения современного человека. Поэтому очень важным является процесс получения знаний, который должен формировать целостность сознания учащегося. Решить эту проблему позволяет установление межпредметных связей на уроках и внеурочной деятельности по учебным предметам естественнонаучного цикла. В связи с этим повышается и статус дисциплин естественнонаучного цикла.
Учебно-исследовательскую деятельность по дисциплинам естественнонаучного цикла, мы определили, как деятельность учащихся под руководством учителя, направленную на выработку экспериментально-исследовательских приемов, основанных на осознании и понимании структуры эксперимента, проявляющуюся в умении увидеть в привычном (очевидном) что-то необычное, установить закономерность в увиденном и открыть новое знание в результате решения проблем, творческих и исследовательских задач в данной предметной области.
В работе мы придерживались традиционных подходов к основным структурным компонентам учебно-исследовательской деятельности, каковыми являются: цель, мотив, предмет, действия, продукт, результат.
Нами были определены следующие этапы организации учебно-исследовательской деятельности в предметной области «Естественные науки»: диагностика познавательных интересов у старшеклассников; проведение организационных учебных и внеучебных мероприятий, связанных с учебно-исследовательской деятельностью по предметам естественнонаучного цикла; оформление результатов учебно-исследовательской деятельности - создание учебного проекта или написания исследовательской работы; обобщение и подведение итогов проделанной работы по проблеме исследования (оценка, анализ, коррекция), демонстрация полученных результатов деятельности.
Как всякая другая деятельность, учебно-исследовательская деятельность учащихся общеобразовательной школы реализовывалась в определенных педагогических условиях: установочно-целевых (ориентация целей и задач образовательного процесса на формирование готовности к учебно-исследовательской деятельности старшеклассника в процессе изучения учебных предметов естественнонаучного цикла; создание образовательной среды, направленной на формирование компонентов готовности (мотивацинно-ценностный, интеллектуально-познавательный, практический, эмоционально-волевой); построение формирующей работы на основе концепции развития личности; личностно-деятельностном, личностно-ориентированном подходах); логико-структурных (обеспечение межпредметных связей при обучении дисциплинам естественнонаучного цикла; разработка педагогической технологии, предполагающей определенную этапность в организации учебно-исследовательской деятельности в процессе обучения дисциплинам естественнонаучного цикла; осуществление субъект-субъектного взаимодействия учителя и ученика в исследовательском процессе); дидактические (внедрение в образовательный процесс интерактивных методов обучения; применение разработанного учебно-методического комплекса по основам учебно-исследовательской деятельности); диагностико-результативные (первичная диагностика (выявление у школьников мотивов заниматься исследовательской деятельностью, целей обучения); итоговая диагностика готовности к учебно-исследовательской деятельности в процессе изучения предметов естественнонаучного цикла в соответствии с разработанными критериями (мотивацинно-ценностный, интеллектуально-познавательный, практический, эмоционально-волевой).
Выделенные организационно-педагогические условия формирования готовности старшеклассников к учебно-исследовательской деятельности, развитие умений и навыков позволяют скоординировать работу учителей, наиболее рационально использовать систему подготовки по учебным предметам естественнонаучного цикла, сделать учебно-исследовательскую деятельность учащихся старших классов более организованной и целенаправленной.
Для экспериментального изучения сформированности умений и навыков к учебно-исследовательской деятельности старшеклассников, в ходе диагностики, были определены уровни готовности к учебно-исследовательской деятельности (низкий, средний, высокий). В ходе организованной и проделанной работы, в процессе урочной и внеурочной деятельности по химии и биологии развивались и повышались исследовательские качества старшеклассника, такие как: умение определять предмет, средства деятельности и реализовывать намеченные действия; владение разнообразными методами эмпирического исследования; умение видеть и вычленять проблемы, требующие решения; способность к креативности, т.е. творчеству; способность к преодолению когнитивных трудностей; положительное отношение к исследовательской деятельности (наличие творческого порыва); умение структурировать материал, умение быть самостоятельным в процессе познания; самостоятельность в принятии решений и их оценки; умение излагать ход и результаты работы, правильно оформить свою исследовательскую работу; способность формулировать выводы и умозаключения; положительное отношение к учебе (вдохновение).
Развитию умений и навыков учебно-исследовательской деятельности учащихся способствовало разработанное методическое обеспечение, которое реализовывалось посредством программы спецкурса «Проведение исследования в сфере естественных наук», представленных методических рекомендаций для учителей общеобразовательных учреждений и разработанных методических указаний по выполнению исследовательской работы по химии и биологии для учащихся общеобразовательных школ, а также использование в учебном процессе при изучении химии и биологии разнообразных форм и методов.
Средствами реализации данной программы явились следующие педагогические технологии: исследовательская, проектная, информационно-коммуникационная. Реализация процесса развития исследовательских умений и навыков предполагала использование наиболее эффективных методов активного обучения: метод учебного сотрудничества, метод проектов, игровые методы, метод кейсов, проблемный семинар.