М.А. МУТИК,
методист Станции юных техников,
г. Норильск

Организация опытной и исследовательской работы учащихся

Предназначая только одного на миллион стать Ньютоном или Рафаэлем,
природа вложила в миллионы людей, которые не являются гениями и не могут стать ими,
большие, важные и нужные для всего человечества творческие задатки.
Их развитие, несомненно, является целью нашего существования;
существование их само по себе является важным и всеобщим
культурным средством, которым обладает род человеческий.
Песталоцци

Научно-исследовательская деятельность направлена на образование, воспитание и развитие школьников, стимулирование познавательной активности, индивидуальных творческих задатков, формирование логического, научного мышления. Естественно, она не может носить массовый характер, к ней привлекаются наиболее увлеченные, способные и подготовленные учащиеся.

В зависимости от характера и содержания проводимого исследования, уровня подготовки учащихся, степени восприятия и осознанности рассматриваемой проблемы возможны различные подходы к построению занятий. Задачи и задания, отбираемые для научно-исследовательской и творческой деятельности, должны вырабатывать у детей способность:

– самостоятельно объяснять новые факты, явления;
– классифицировать, сравнивать, анализировать и обобщать ранее изученные явления, выявлять закономерности;
– проводить эксперименты, выдвигать и обосновывать гипотезы;
– устанавливать причинно-следственные связи и отношения;
– рассматривать одни и те же факты, явления, закономерности с разных точек зрения;
– находить несколько решений, выбирать и обосновывать наиболее рациональный вариант;
– оценивать собственную работу, рецензировать работы товарищей.

Основными целями педагога должны стать: развитие индивидуальных познавательных способностей каждого ребенка; максимальное выявление, использование, «окультуривание» субъектного опыта ребенка; помощь личности в познании себя, самоопределении и самореализации, а не формировании заранее заданных свойств.

Педагог должен спланировать работу так, чтобы дети воспринимали биологическую и экологическую науки не только как систему уже известных фактов и сформулированных теорий, но и как процесс реального научного поиска. Такое восприятие невозможно без понимания учащимися сущности и логики научного исследования. На помощь педагогу приходят основные методы биологического и экологического исследований – наблюдение и эксперимент.

Наблюдение – это целенаправленное изучение объекта или явления в естественных или искусственно созданных условиях, в котором не ставится задача выявления действия отдельно взятого биологического или экологического фактора.

Эксперимент – это активное воздействие исследователя на объект за счет заранее определенного изменения одного из факторов среды с целью изучения ответа организма или природной системы на это изменение. Планирование и проведение эксперимента включает следующие основные стадии.

1. Формулирование цели работы.
2. Формулирование и обоснование гипотезы.
3. Выявление необходимых условий проведения эксперимента.
4. Планирование работы.
5. Отбор необходимых приборов, создание условий для проведения опыта.
6. Выполнение практической части эксперимента, фиксирование результатов.
7. Математическая обработка результатов.
8. Анализ полученных данных и формулирование выводов.

В процессе опытной работы происходит развитие личности ребенка, т.к. пополняется его запас знаний, развивается логическое мышление, усидчивость, умение делать выводы, проводить расчеты, пользоваться инструментами и оборудованием, реактивами, бережно обращаться с живыми организмами.

Очень важными компонентами научно-исследовательской работы являются правильное описание и наглядное изображение полученных результатов и, конечно же, защита на научно-практической конференции. Последние несколько лет мы с учащимися представляем работы на городскую конференцию, придерживаясь следующего плана их оформления.

1. Введение. Введение имеет вид небольшого сочинения с изложением своего взгляда на проблему, возможных подходов к ее изучению, а также ожидаемых результатов.

2. Краткое описание объекта исследования. В этом разделе описываются биологические особенности изучаемого растения или животного, приводятся сведения о его родине, о том, как оно попало к нам в страну (город). Если это работа по экологии, то дается краткий обзор основных исследований в этой области.

3. Цели и задачи исследования. В этом разделе формулируется цель исследования и обсуждаются задачи, которые необходимо решить для ее достижения. Содержание этого раздела определяется, в основном, научным руководителем работы.
Например, если проводится научно-исследовательская работа по теме: «Апробация различных способов подготовки чеснока к посадке и выгонке в условиях полярной ночи без дополнительного освещения лампами дневного света», а ее целью является получение максимального количества витаминной продукции в комнатных условиях, то задачи можно сформулировать так:

– выбрать различные способы подготовки чеснока к посадке;
– подготовить (различными способами) зубки чеснока к посадке;
– произвести посадку чеснока;
– проводить систематический учет (измерение) выхода зеленой массы чеснока;
– провести математическую обработку полученных данных, по результатам построить графики (для большей наглядности);
– сформулировать выводы по результатам работы о выгонке чеснока в комнатных условиях во время полярной ночи.

4. Схема опыта. В разделе должны быть описаны все варианты проведения экспериментов. Желательно при проведении работы рассматривать несколько вариантов опытов с изменяющимися условиями, например помещение растений в темноту, в воду с какими-либо веществами и т.д. Для получения достоверных результатов необходимо, чтобы каждый вариант (и соответствующий контрольный опыт) имел несколько повторений.
Так, например, схема опыта по выращиванию чеснока (тема указана выше) может включать в себя следующие варианты.

1. Контроль (без замачивания).
2. Замачивание луковицы в кожуре в слабом растворе перманганата калия на 24 ч.
3. Замачивание луковицы без кожуры в слабом растворе перманганата калия на 24 ч.
4. Замачивание луковицы в кожуре в воде на 24 ч.
5. Замачивание луковицы без кожуры в воде на 24 ч.

При этом каждый вариант (и контроль) должен иметь не менее чем по три повторения.

5. Методика проведения опыта. Этот раздел содержит описание методики проведения экспериментов: условия проведения опытов и контрольных измерений (полив, почва, освещенность, температура воздуха, как проводились подготовка посадочного материала, посадка, уход). Должны быть указаны сроки проведения исследования.

6. Обработка полученных данных. Объем и сложность этого раздела зависят от возраста исследователей.

Учащимся начальной школы достаточно правильно произвести замеры, занести данные в таблицу, построить графики по полученным данным. Например, графики зависимости роста растений или поведения животных от отдельных факторов.

Для учащихся 5–8-х классов лучше выбрать работу, где используется схема опыта с многоплановыми наблюдениями за животными, условиями окружающей среды, явлениями природы, т.е. с изучением нескольких изменяющихся факторов. При анализе результатов необходимо рассчитывать средние арифметические измеряемых величин (и отклонения) по отдельным вариантам и в контроле. Сравнение средних арифметических значений наглядно показывает, какой вариант является лучшим, какой не дает преимуществ по сравнению с контролем, какой дает худшие результаты. По полученным данным строятся графики. Лучше их делать цветными и накладывать друг на друга (например, по оси Х можно отложить даты наблюдений, а по оси Y – результаты: вес, длину, количество корней и т.д.).

Для 9–11-х классов сложность работы может быть такая же, как для среднего звена, но обработка результатов должна быть поставлена на научный уровень. Целесообразно использование методик, которые учитывают качественную и количественную изменчивость.
Под количественной изменчивостью понимают такую, в которой различия между вариантами выражаются количеством (например, весом, высотой, урожаем и т.д.). Существует два вида количественной изменчивости:

– прерывистая (дискретная), когда различия между вариантами выражаются только целыми числами, например: число растений, число цветков и т.д. (при этом средние значения могут быть дробными);
– непрерывная, когда наблюдаемые величины выражаются мерами объема, длины, веса и т.д., которые могут принимать любые значения.

Качественная, или атрибутивная, изменчивость между вариантами выражается показателями, которые одни варианты имеют, а другие нет (цвет, вкус, форма изучаемого объекта), т.е. измеряемая величина имеет только два значения: «да» или «нет».
В результате проведения расчетов необходимо получить среднее значение наблюдаемой величины и относительную ошибку измерения (точность опыта) в каждом варианте. Их сравнение с контролем показывает, достоверны полученные результаты или нет. Эти показатели важны при анализе результатов работы и написании выводов.

7. Обсуждение полученных результатов и выводы. Целесообразно обсудить, подтвердились ли ожидания, если нет – то в чем возможная причина. Педагог должен дать возможность ученику самому проанализировать полученные результаты. Учащиеся лишь тогда испытывают радость, настоящее удовлетворение, когда их собственные рассуждения, собственное мнение и принятое решение оказываются правильными.
По итогам работы даются рекомендации (если это возможно), обычно в том случае, если опыт проводился неоднократно (2–3 года) и полученные данные практически не отличаются друг от друга.

8. Список литературы (если таковая использовалась) оформляется в соответствии с требованиями стандарта.

9. Приложение. В приложение выносятся дневник наблюдений (журнал учета результатов работы), большие таблицы и расчеты, графики, диаграммы, гистограммы и т.д.

10. Содержание – по порядку вписываются основные разделы работы с указанием страниц.

11. Рецензия – отзыв рецензента.
При оформлении работы нужно учесть возраст учащегося, его знания и умения, а исходя из этого, упростить требования или усложнить (по усмотрению учителя). При защите работы большое значение имеет ее наглядное оформление.