Теоретические основы организации исследовательской деятельности учащихся старших классов при обучении информационному моделированию

Дидактические основы исследовательского метода обучения

В данной главе рассмотрены дидактические основы исследовательского метода обучения. Кроме того, обозначены аспекты поисково-исследовательской деятельности, уровни и компоненты научного исследования. Описаны цель, сущность, возможность применения, особенности и принципы исследовательского метода обучения. Перечислены требования, предъявляемые к педагогу, реализующему исследовательский метод. Обозначены типы исследовательских задач. Анализируется линия моделирования в школьном курсе информатики и ИКТ, стандарте и учебниках по информатике.

Классно-урочная система на протяжении долгого времени оказывалась наиболее эффективной для массовой передачи знаний, умений и навыков обучающимся. Происходящие в современной жизни общества изменения требуют развития новых способов образования, педагогических технологий, имеющих дело с индивидуальным развитием личности, творческой инициацией, формирования у обучающегося универсального умения ставить и решать задачи для разрешения возникающих в жизни проблем — профессиональной деятельности, самоопределения, повседневной жизни. Акцент переносится на воспитание свободной личности, формирование у детей способности самостоятельно мыслить, добывать и применять знания, тщательно обдумывать принимаемые решения и чётко планировать действия, эффективно сотрудничать в разнообразных по составу и профилю группах, быть открытыми для новых контактов и культурных связей.

Этим обусловлено введение в образовательный процесс учебных учреждений методов и технологий на основе поисково-исследовательской деятельности обучающихся.

Вообще, научное исследование — процесс выработки новых научных знаний, один из видов познавательной деятельности. Кроме того, научное исследование характеризуется объективностью, воспроизводимостью, доказательностью, точностью (понимаемой по-разному в различных областях науки). Различаются два его взаимосвязанных уровня: эмпирический и теоретический. На первом устанавливаются новые факты науки и на основе их обобщения формулируются эмпирические закономерности. На втором уровне выдвигаются и формулируются общие для данной предметной области закономерности, позволяющие объяснить ранее открытые факты и эмпирические закономерности, а также предсказать и предвидеть будущие события и факты [10].

Основными компонентами научного исследования являются:

• — постановка задачи;
• — предварительный анализ имеющейся информации, условий и методов решения задач данного класса;
• — формулировка исходных гипотез;
• — теоретический анализ гипотез;
• — планирование и организация эксперимента;
• — проведение эксперимента;
• — анализ и обобщение полученных результатов;
• — проверка исходных гипотез на основе полученных фактов;
• — окончательная формулировка новых фактов и законов, получение объяснений или научных предсказаний.

Для прикладных научных исследований выделяется дополнительный этап: внедрение полученных результатов в производство.

А структура научного исследования определяется различными комбинациями перечисленных этапов, которые могут осуществляться в различном порядке с определёнными повторениями и изменениями. В ряде случаев те или иные этапы могут отсутствовать (например, при экспериментальной проверке ранее выдвинутых гипотез и т. п.) [5].

Так как результаты научных исследований не должны повторять ранее открытые факты и законы, то процесс научного исследования следует рассматривать как функцию цели и времени. Из двух исследовательских процессов, относящихся к одним и тем же объектам и решающих одну и ту же задачу, более эффективным является тот, который, при прочих равных условиях, приводит к намеченной цели за более короткий интервал времени.

Классификация научных исследований может производиться по различным основаниям. Наиболее распространённым является деление научных исследований на фундаментальные и прикладные, количественные и качественные, уникальные и комплексные и т. д. Взаимное наложение этих классификаций и их более тщательное членение дают многоступенчатую классификационную иерархию научных исследований [1].

В отличие от научного исследования, исследовательская деятельность обучающихся — это деятельность, связанная с решением учащимися творческой задачи с заранее неизвестным решением и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, нормированную исходя из принятых в науке традиций: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы [12].

А поисково-исследовательская деятельность — это инновационная деятельность, связанная с разработкой собственных идей, их обеспечением, изучением, доведением до уровня технологии. Кроме того, она предполагает ряд последовательных этапов. Условно можно выделить три основных этапа: исследовательский (подготовительный), технологический, заключительный, — каждый из которых имеет свое содержание и набор действий.

Целью исследовательского метода является, с точки зрения Д. Г. Левитеса [20], развитие следующих умений:

• · актуализировать противоречия;
• · находить и формулировать научную проблему;
• · формулировать цель исследования;
• · устанавливать предмет и объект исследования;
• · выдвигать гипотезу;
• · планировать эксперимент и его проведение;
• · проверять гипотезу;
• · делать выводы;
• · определять сферы и границы применения результатов исследования.

Сущность исследовательского метода заключается в самостоятельной поисковой деятельности учащихся (практической или теоретической). А деятельность учителя заключается в подборе заданий управления деятельностью учащихся. Деятельность учащихся — самостоятельный поиск новых знаний.

Возможность применения исследовательского метода [7]:

• 1) Наличие базовых знаний.
• 2) Знания, приобретаемые на данном уроке находятся в зоне ближайшего развития учащихся.
• 3) Объем новых знаний невелик, так как экономить время на исследовании и торопить нежелательно.
• 4) У учащихся должен быть навык подобной деятельности.
• 5) Учащиеся должны владеть методами научного познания.

Исследовательский метод, собственно, занимает центральное место в проблемном обучении. Более того, он предполагает построение процесса обучения наподобие процесса научного исследования, осуществление основных этапов исследовательского процесса, разумеется, в упрощенной, доступной учащимся форме:

• — выявление неизвестных (неясных) фактов, подлежащих исследованию (ядро проблемы);
• — уточнение и формулировка проблемы;
• — выдвижение гипотез;
• — составление плана исследования;
• — осуществление исследовательского плана, исследование неизвестных фактов и их связей с другими, проверка выдвинутых гипотез;
• — формулировка результата;
• — оценка значимости полученного нового знания, возможностей его применения.

Важная особенность исследовательского метода состоит в том, что в процессе решения одних проблем постоянно возникают новые. Исследовательский метод в обучении, однако, лишь в какой-то мере имитирует процесс научного исследования. Учебное исследование отличается от научного некоторыми существенными особенностями.

Во-первых, учебная проблема, т. е. то, что исследуется в процессе проблемного обучения, и та истина, которую учащиеся открывают, для науки не являются новыми. Но они новы для учащихся, а открывая для себя то, что в науке давно открыто, учащиеся на этом этапе своей учебной деятельности мыслят как первооткрыватели. Поэтому применение исследовательского метода в обучении относят к дидактике «переоткрытия» (учащиеся приводятся к самостоятельному «переоткрытию» того, что в науке уже давно открыто).

Во-вторых, стимулы учащихся к проведению исследования отличны от стимулов, побуждающих ученого к исследованию. Учебное исследование ведется учащимися под руководством, с личным участием и с помощью учителя. Эта помощь должна быть такой, чтобы учащиеся считали, что они самостоятельно достигли цели. [8].

К примеру, Д. Пойа [29] различает внутренние и внешние подсказки. Первые таковы, что они как будто извлекают у учащихся их собственные мысли, вторые (более грубые) подсказки оставляют учащимся лишь выполнение технической работы, снимая потребность поиска. Естественно, что руководство поиском учащихся требует хорошей методической подготовки, разработки для каждого планируемого учебного исследования соответствующей системы вопросов и указаний (подсказок),.

«подталкивающих» учащихся по направлению поиска.

В-третьих, как и всякий другой метод обучения, исследовательский метод не является универсальным методом обучения. В младших и средних классах школы в деятельность учащихся могут включаться лишь отдельные элементы исследований. Это является подготовкой для применения в старших классах исследовательского метода в более развитой и сложной форме. Но и на этом этапе обучения этот метод может применяться лишь для изучения отдельных тем, вопросов. Для того чтобы знания учащихся были результатом их собственных поисков, управляемых учителем, их самостоятельной познавательной деятельности, необходимо организовать эти поиски, развивать познавательную деятельность учащихся, что, несомненно, более сложно и требует методической подготовки более высокого уровня, чем объяснение изложенного в школьном учебнике материала и требование его заучивания учащимися.

Для того чтобы учитель мог организовать процесс обучения школьников, подобно процессу исследования, создавать педагогические ситуации, стимулирующие их открытия, управлять творческим поиском учащихся, он должен иметь некоторый собственный опыт исследовательской работы, хотя бы на уровне учебных исследований, иметь на своем собственном счету немало «открытий» (пусть и маленьких открытий для себя). Выражаясь словами Д. Пойа [29], «учитель должен сам почувствовать „напряженность поиска и радость открытия“, чтобы он мог вызвать их у своих учеников». Нельзя пренебречь в обучении этими эмоциональными факторами. Учащийся, испытавший радость открытия, смело идет на поиск решения новых задач. Он уже знает, что его ожидает, что напряженность поиска сменяется радостью открытия. Нетрудно заметить в этом большое воспитательное и развивающее значение исследовательского метода.

Иногда текст учебника подсказывает возможность применения исследовательского метода. Такой подход наряду с несомненными достоинствами требует чрезмерно большого времени. Хотя это дополнительное время окупается эффективностью развития творческого мышления учащихся, когда этого времени нет, естественно ограничиться применением исследовательского метода к отдельным темам, наиболее подходящим для этой цели. При такой методике и в тех случаях, когда некоторые темы будут изучаться непосредственно по учебнику, без предварительного исследования, учащиеся будут смотреть и на этот изложенный в учебнике материал как на результат некоторых исследований (проведенных другими), что будет положительно влиять на уровень его усвоения.

Фактор времени зачастую вынуждает применять в обучении методы, являющиеся лишь частично исследовательскими.

Педагог, подготовленный к решению задач исследовательского обучения, должен обладать рядом характеристик, и ему необходимо овладеть набором специфических умений. Основные из них те, что должны быть свойственны успешному исследователю, кроме этого, требуются особые способности и умения, специфически педагогические. Основные из них [7]:

• • Обладать сверхчувствительностью к проблемам, быть способным видеть «удивительное в обыденном». Уметь находить и ставить перед учащимися реальные учебно-исследовательские задачи в понятной для детей форме.
• • Уметь увлечь учащихся дидактически ценной проблемой, сделав её проблемой самих детей.
• • Быть способным к выполнению функций координатора и партнёра в исследовательском поиске. Помогая детям, уметь избегать директивных указаний и административного давления.
• • Уметь быть терпимым к ошибкам учеников, допускаемым ими в попытках найти собственное решение. Предлагать свою помощь или адресовать к нужным источникам информации только в тех случаях, когда учащийся начинает чувствовать безнадёжность своего поиска.
• • Организовывать мероприятия для проведения наблюдений, экспериментов и разнообразных «полевых» исследований.
• • Предоставлять возможность для регулярных отчётов рабочих групп и обмена мнениями в ходе открытых общих обсуждений.
• • Поощрять и всячески развивать критическое отношение к исследовательским процедурам.
• • Уметь стимулировать предложения по улучшению работы и выдвижению новых, оригинальных направлений исследования.
• • Внимательно следить за динамикой детских интересов к изучаемой проблеме. Уметь закончить проведение исследований и работу по обсуждению и внедрению решений в практику до появления у детей признаков потери интереса к проблеме.
• • Быть гибким и при сохранении высокой мотивации разрешать отдельным учащимся продолжать работать над проблемой на добровольных началах, пока другие учащиеся изыскивают пути подхода к новой проблеме.

В работе И. И. Савенкова [31] выделяется несколько принципов исследовательского обучения. По его мнению, к фундаментальным идеям, на которых строится исследовательское обучение, могут быть отнесены следующие:

Принцип ориентации на познавательные интересы учащихся. Исследование — процесс творческий, творчество невозможно навязать извне, оно рождается только на основе внутренней потребности, в данном случае в потребности познания.

Принцип свободы выбора и ответственности за собственное обучение. Только при условии его реализации образование способно стать адекватным индивидуальным целям личности.

Принцип освоения знаний в единстве со способами их получения. Диктуемый задачами исследовательского обучения подход к формированию научной картины духовно-нравственного устройства мир включает в себя не только освоение некого объема информации, добытой путем специальных изысканий, а с необходимостью предполагает вскрывание эмбриологии получения нового знания на основе овладения способами ее обнаружения. Наука неотделима от рефлексии того, каким путем получено знание, потому и учащийся должен осваивать в образовании не только конечный продукт, в виде некого позитивного знания, но быть хорошо знаком с эволюцией знания, а также с путями и способами его получения.

Принцип опоры на развитие умений самостоятельного поиска информации. Главная задача современного образования не только сообщение знаний, а, в первую очередь, развитие у ребенка потребностей и способностей эти знания добывать. Только на этой основе можно обеспечить превращение знаний в инструмент творческого освоения мира ребенком.

Ученик не просто потребляет информацию, а сам порождает знание. Околофилософские разговоры, ведшиеся в педагогике и психологии творчества по поводу открытия ребенком в учебно-исследовательской деятельности «субъективно» и «объективно» нового, столь же бессмысленны, сколь и бесплодны. Знания, предлагаемые для освоения учащемуся в традиционном образовании, новые лишь для него. В условиях, когда в качестве главной ценности образования рассматриваются не знания, а способы их получения, становится неважно, насколько добытая ребенком информация нова.

Принцип сочетания продуктивных и репродуктивных методов обучения. Психология освоения свидетельствует о том, что легко и непроизвольно усваивается тот материал, который включен в активную работу мышления, но далеко не все, что следует освоить ребенку в образовании, он должен открывать в ходе самостоятельных изысканий. А потому использование исследовательских методов обучения должно сочетаться с применением методов репродуктивных. Тем более, что в работе любого исследователя традиционно много задач репродуктивного характера, которые могут рассматриваться как рутинные, но от того не становятся ненужными.

С точки зрения исследовательского обучения, принципиально важно помнить, что готовые выводы, предлагаемые для безусловного усвоения в учебнике или изложения учителя, создают у учащегося впечатление законченности и неоспоримости знания. Такое преподнесение знаний экономично и компактно, но оно опускает важную черту любой информации — ее относительный характер, подверженность пересмотру. Такой подход не дает учащимся прочувствовать сам процесс добывания знаний на основе данных, получаемых в специально-спланированных и проведенных наблюдениях и экспериментах. Утрачивается представление о том, что подобные обобщения и выводы сами, в свою очередь, становятся фундаментом новых вопросов, дают начало постановке новых проблем.

Исследовательское обучение, напротив, подчеркивает относительность знаний, а весь учебный процесс пронизывает «приглашение к открытию».

Принцип формирования представлений о динамичности знаний. При решении задачи формирования у учащегося научной картины мира в содержании образования необходимо учитывать мысль о том, что идеи науки можно полноценно понять лишь в контексте их возникновения и обусловленных ими дальнейших исследований. Манера фрагментарного, констатирующего изложения в современных условиях малоприменима. Потому и содержание исследовательского метода обучения должно строиться так, чтобы опыт человечества представал перед учащимся не как сумма догм, не как свод незыблемых законов и правил, а как живой постоянно развивающийся организм.

Принцип формирования представления об исследовании как стиле жизни. В исследовательском обучении исследование выступает не просто набором методов и приемов учения, а является его содержанием и смыслом. У учащегося, таким образом, формируется представление об исследовании не просто как о наборе частных когнитивных инструментов, позволяющих продуктивно решать познавательные задачи, а как о ведущем способе контакта с окружающим миром и даже шире — как стиле жизни.

Для традиционного подхода, принятого в образовании, характерно рассмотрение проблемы развития исследовательских умений и навыков как служебной задачи, актуализирующейся лишь при освоении той или иной дисциплины. В исследовательском обучении задача развития у детей общих исследовательских умений и навыков рассматривается не как частный способ познания, а как основной путь формирования особого стиля жизни. Такого жизненного стиля, при котором поисковая активность будет занимать ведущее место. В этих условиях работа по развитию общих умений и навыков исследовательского поиска у учащихся предстает как задача, имеющая самостоятельную ценность. Это не просто один из путей занимательного освоения какой-либо области действительности, а фундамент развития поведения, основанного на доминировании проявлений поисковой активности в различных жизненных ситуациях.

Учитель должен быть фасилитатором учения, а не просто транслятором информации. Основным фактором развития креативности ребенка, как свидетельствуют многие исследования, является не столько его включение в творческую деятельность, а наличие в его окружении «образца творческой деятельности». В любом творчестве, и учебно-исследовательская деятельность не является исключением, преобладают принципиально не формализуемые элементы, которые могут транслироваться и усваиваться только в прямом контакте, с тем, кто сам способен творить. Это возможно, только минуя вербализацию и какие бы то ни было моменты осознания. Большая часть этих не формализуемых, интуитивных элементов не может быть вычленена и вербализирована, так как зачастую не осознается не самими творцами, ни теми, кто наблюдает за их творчеством.

Парадоксом исследовательского обучения является то, что педагог, работающий в русле идей исследовательского обучения, может научить ребенка даже тому, чего не умеет сам. Он должен, безусловно, быть творцомисследователем, но не носителем всех знаний на свете. В условиях исследовательского обучения педагог не обязан всегда знать ответы на все вопросы, но он должен уметь исследовать разные проблемы, таким образом, находить любые ответы и уметь научить этому детей.

Принцип использования авторских учебных программ. Учебная программа, рассчитанная на творческое учебно-исследовательское взаимодействие ученика и учителя, всегда является авторской и строится на базе общей образовательной программы школы.

Сама исследовательская работа начинается с определения проблемной области, обоснования проблемы и актуализации проблемной ситуации, которая аналитически осмысливается. Обсуждение проблемной области — это совместная работа, обмен мнениями, согласование интересов, выдвижение первичных идей на основе уже имеющихся знаний и разрешения возникающих спорных вопросов.

В организации исследовательского этапа учитель ставит четкие цели, помогает актуализировать имеющиеся знания по исследуемой проблематике, определяет содержание и объем необходимой для исследования информации, помогает определить порядок предпочтительности идей, использует психолого-педагогические приемы мотивирования учащихся и стимулирования их исследовательской инициативности.

Анализ содержания и структуры поисково-исследовательской деятельности позволяет предположить, что наибольшим потенциалом обладает первый исследовательский этап, который реализует стратегию поисково-исследовательской деятельности: поиск проблемной области, выбор объекта исследования, обоснование целесообразности работы, ее планирование, определение ресурсов и ограничений, выбор технологии выполнения и оценивания [25].

В ходе первого исследовательского этапа у школьников развиваются умения: видеть и формулировать проблему, рассматривать ее с разных точек зрения, задавать вопросы, планировать свою деятельность, устанавливать причинно-следственные связи; структурировать материал, делать выводы и др.

Другие этапы поисково-исследовательской деятельности также создают условия для актуализации и развертывания исследовательских умений, проявляющиеся в отборе и осуществлении конкретных операций и личных возможностей её решения.

Учитель в данном случае должен выступать не столько в роли интерпретатора науки и носителя новой информации, сколько умелым организатором систематической самостоятельной поисковой деятельности младших школьников по получению знаний, приобретению умений и навыков и усвоению способов умственной деятельности.

Развивающая функция исследовательской деятельности заключается в том, что в процессе ее выполнения происходит усвоение методов и стиля мышления, воспитание осознанного отношения к своему опыту, формирование черт творческой деятельности и познавательного интереса к различным аспектам учебного предмета.

Приобщение обучающихся к исследовательской деятельности можно реализовать через решение специальных исследовательских задач или через дополнительную работу над задачей.