RELARN-2007. Тезисы доклада

Сетевые проекты на базе исследовательских лабораторий

Грук В.Ю., Львовский В.А., Нежнов П.Г.

Средняя общеобразовательная школа N 91 Российской академии образования РАО, г. Москва
veragruk@yandex.ru, lvovsky@mail.ru, pnejnoff@yandex.ru

В современном обществе важную роль играет умение людей совместно решать сложные проектные задачи, координировать свои действия, соотносить и согласовывать промежуточные результаты, анализировать итоговые продукты. Мы исследуем возможности разворачивания межпредметного разновозрастного сетевого проекта, в котором задействованы ученики разных классов одной школы или нескольких школ. Рассмотрим некоторые важные моменты методики организации такой работы.

Идея проекта, как правило, возникает спонтанно, чаще всего это происходит в рамках базового учебного предмета - в нашем случае таким предметов является физика. Происходит это благодаря тому, что в классе возникают различные гипотезы, версии и оказывается, что далеко не на все вопросы удается ответить. Через сетевую коммуникацию постепенно начинают вырисовываться контуры проектной задачи. Проектная задача начинает порождать индивидуальные и групповые минипроекты, предполагающие работу с различными источниками информации, исследовательскую работу с использованием реального и виртуального эксперимента, привлекаются другие предметы (в первую очередь, информатика, технология).

Рассмотрим роль предмета "информатика" в этом процессе. Этот предмет изучается в школе уже более 20 лет в качестве самостоятельного. Мы полагаем, что осваивать конкретные приемы и методы обработки информации, различные формы её представления, преобразования, хранения и передачи можно решая задачи других школьных дисциплин. Нецелесообразно изучать "впрок" прикладные методы, намного эффективнее порождать их в процессе решения конкретных задач, возникающих извне. В этом случае освоение этих средств становится осмысленным и необходимым.

Наши разработки имеют двойную направленность. Так, с одной стороны, они выступают как звено в цепи средств, обеспечивающих развитие предметного действия учащихся на материале физики. С другой стороны - они призваны обеспечить условия для естественного функционального освоения школьниками такого важного современного инструмента, каким является компьютерная программа Excel.

Реализация обозначенных нами двух педагогических линий (развитие предметного действия и освоение важного фрагмента компьютерной культуры) должна иметь в качестве своей исходной опоры ситуацию, которая втягивает учащегося в деятельность проектирования и конструирования.

Так следует, прежде всего, подвести детей к постановке сугубо практической (а не исследовательской) задачи. Экспериментальное физическое исследование должно потребоваться в связи с практической задачей, внутри нее. Причем предметом исследования должен стать не идеальный физический процесс, а процесс в конкретных условиях, т.е., попросту говоря, некая функциональная составляющая решаемой прагматической задачи, которая должна "работать", а значит отвечать каким-то заранее заданным требованиям, например, достигать какой-то оптимальности.

На этом фоне и должна оказаться востребованной программа Excel, которая позволяет обрабатывать результаты экспериментов с помощью электронных таблиц, открывая поле для содержательного анализа получаемых фактических данных.

Исследовательская лаборатория организуется на базе реального эксперимента, который проводит группа или отдельный учащийся. Согласно нашему проекту работа фокусируется вокруг тепловых процессов (теплопроводность, зависимость явлений от температуры, агрегатные превращения, горение и т.п.).

Например, ставится конкретная задача - разработать инструкцию для геологической партии - 5 человек, которые отправляются в горный безлесный район, с резкими суточными колебаниями температур. Надо составить инструкцию так, чтобы с помощью неё можно было подобрать оптимальное сочетание веса, стоимости, надежности снаряжения.

Далее учитель подводит учащихся к постановке проектных и исследовательских задач, используя информационную базу, складывающуюся из следующих блоков:

А. Общая информация о некоторой области человеческой практики

Основные ситуации, с которыми придется сталкиваться геологам: организация питания и ночного отдыха в горах
Принципиальные варианты соответствующих технических устройств (конструкция, материал, типы размещения, режимы использования)

Б. Спецификация проблемы

Постановка более частных проблем в рамках общего тематизма. Например:

Как выбрать (спроектировать): примусы, котелки, палатки, спальные мешки.

1) теплые палатки и автоклавы - мало топлива
2) легкие палатки и котелки - больше топлива

В. Открытый перечень возможных исследовательских направлений

1. Сравнение удельной эффективности разных видов топлива: теплоотдачи, скорости теплоотдачи, экологичности, непрерывности/прерывности процесса горения.
2. Сравнение энергопотребления при использовании разной посуды, в частности автоклавов. Исследование влияния материала, формы, наличия/отсутствия крышки :
3. Сравнение энергопотребления в условиях палатки и снаружи (внутри теплее, но меньше кислорода).
4. Сравнение льда и снега, как ресурса питьевой воды(разные затраты тепла на плавление).
5. Теплопроводность палатки (брезентовой, синтетической, полусферы или двускатной), динамика теплоотдачи.
6. Теплоемкость воды и камней, которые могут быть нагреты заранее, чтобы ночью поддерживать в палатке необходимый температурный режим.
7. Исследование теплоотдачи воды. Проверка пропорциональности количества отдаваемого тепла массе теплоносителя и разности температур. Что лучше для равномерного обогрева палатки ночью заранее нагреть мало воды до высокой температуры или больше воды до более низкой температуры, если количество топлива потратили одно и то же?
8. Зависимость скорости испарения (с ней связана скорость теплоотдачи) от площади поверхности, температуры, скорости ветра.
9. Теплопроводность различных утеплителей, используемых в спальных мешках.

Г. Образец выполненного проекта, включающий физическое исследование с "нормативным" оформлением

Первые два блока информационной базы (А и Б) служат отправной точкой для самоопределения учащихся в постановке проектной задачи. Блок В выступает опорой для выделения требуемых видов физического исследования. Блок Г задает образец проектной деятельности, включая форму ожидаемого продукта.

Для обучения учащихся образцам проектной деятельности нами создается исследовательская лаборатория на базе ЭТ Excel. Использование ЭТ предоставляет широкие возможности для организации объемной исследовательской работы школьников. Расчёт данных полноценного физического эксперимента - трудоемкий процесс, если его проводить "вручную". Excel - это тот инструмент, который позволяет очень быстро обработать значения, полученные в ходе исследования, а также представить данные в виде таблиц, графиков и диаграмм, т.е. в форме, удобной для углубленного физического анализа. Кроме того, открывается реальная возможность рассчитывать и учитывать погрешности, отклонения от средних значений величин.

Это средство можно применять по-разному:

1. выполнять групповые проекты с последующим общеклассным обсуждением, как это делаем мы, решая задачу, описанную выше;
2. проводить эксперименты и анализ данных в индивидуальном режиме во внеурочное время и др.
3. осуществлять предварительный анализ данных, которые имеются в каждой работе на отдельных листах. Они могут быть скрыты или предъявлены учащимся в зависимости от целей, которые ставит учитель.

Эта программа используется при обработке данных индивидуальных проектов и фронтальных лабораторных работ исследовательского характера в 7-9 классах.

В нашем курсе физики, начиная с самых первых лабораторных работ ("Взвешивание малых тел"; "Градуировка пружин различной жесткости для определения масс"), предусмотрена обработка получаемых данных на уроках информатики с последующим анализом материалов на уроках физики.

В ходе обработки результатов первых лабораторных исследований учащиеся осваивают основное содержание школьного курса электронных таблиц Excel и приучаются пользоваться справочным материалом MS Office Excel. Тем самым для них открывается возможность дальнейшего самостоятельного освоения Excel и других компьютерных сред в соответствии с их актуальными запросами.

Компьютерное оформление и обработка результатов первых лабораторных исследований осуществляется учащимися в опоре на минимальную справочную систему, в которой указаны содержание и последовательность необходимых действий. Количество инструкций от работы к работе сокращается. К моменту исследования тепловых процессов остаются только листы с описанием работы, которую надо сделать, перед тем, как обрабатывать данные, в электронных таблицах, данные работ выполненных ранее, если возникает необходимость сравнения своих измерений с другими, сделанными ранее, вопросы и задания для анализа результатов.

Свободное владение учащимися различными способами обработки данных и представление их в формах удобных для анализа позволяет сосредоточиться на уроках физики на основном содержании предмета.