Актуальность исследования

Анализ школьной практики показывает важность привития обучающимся поисковых умений, умений проводить эксперимент и объяснять его результаты. При этом важно, чтобы каждое умение стало привычкой, установкой для учеников, чтобы они не представляли себе возможности рассуждать, давать ответ без приведения достаточных доказательств.

Современная школа переходит на стандарты второго поколения, где на первый план выдвигается формирование у детей универсальных учебных действий, обеспечивающих формирование коммуникативных, познавательных, результативных качеств личности. При изучении биологии основные виды учебной деятельности включают умения ученика характеризовать, объяснять, классифицировать, овладевать методами научного познания, проводить эксперименты, делать выводы и умозаключения [7]. Практика показывает, что грамотно проводить исследования может не только человек, занимающийся наукой профессионально, но и тот, кто ещё учится в школе. Одним из путей творческого восприятия современных наук является систематическая исследовательская работа. В связи с этим особенно актуальной становится проблема организации исследовательской деятельности на уроках биологии и во внеурочное время.

Цель исследования – выявить возможности формирования и развития исследовательской деятельности школьников на уроках биологии и во внеклассной работе.

Задачи исследования:

• 
  провести теоретический анализ педагогической, психологической, методической литературы и нормативных документов по проблеме;
  
• 
  провести анализ школьной практики по организации исследовательской деятельности на уроках биологии и во внеклассной работе;
  
• 
  выявить этапы формирования исследовательских умений, возможности их развития на уроках биологии и во внеклассной работе.
  

В качестве практических методов исследования использовались: опрос обучающихся, сравнительный анализ результатов ЕГЭ и успешности поступления в вузы занимавшихся исследовательской деятельностью и контрольной группы, оценка эффективности организации исследовательской деятельности с помощью карты наблюдений, отслеживание динамики участия в конкурсах, викторинах, олимпиадах.

Предмет и задачи исследования определили его логику и этапы.

Современное развитие образования предусматривает последовательный процесс развития личности, направленный на формирование системы научно-практических знаний и умений, ценностных ориентаций, которые могли бы позволить ученику активно функционировать в качестве полноправного члена общества, гражданина своей страны. Сегодняшний школьник, как будущий член современного информационного общества, стремящийся к успеху в профессиональной и личной жизни, должен уметь эффективно и целесообразно действовать в проблемных ситуациях, возникающих в различных сферах деятельности и находить правильные решения. Следовательно, формирование такого качества личности как готовность к осуществлению самостоятельной познавательной деятельности в условиях проблемных ситуаций можно считать одной из актуальных проблем современного образования. Готовность как качество, которое включает знания, умения, навыки, настрой на конкретные действия, можно назвать функциональным состоянием личности, результатом психических процессов, предшествующих конкретной деятельности [8].

Среди первоочередных задач, стоящих перед современным образованием, можно выделить задачу, связанную с подготовкой ученика к будущей профессиональной деятельности. При анализе методической литературы мы пришли к выводу, что один из путей решения этой задачи заключается в организации творческой исследовательской деятельности [9].

Анализ школьной практики в рамках обозначенной проблемы позволил нам выявить ряд этапов развития исследовательских умений школьников.

На первом, элементарном этапе развития исследовательских умений у обучающихся пробуждается интерес к внешней занимательности содержания знаний, интересным фактам, описанию конкретных явлений.

На втором этапе развития исследовательских умений формируется интерес к установлению причинных зависимостей, познанию существенных свойств, предметов и явлений. Исследовательская активность ребят проявляется в стремлении самостоятельно раскрыть сущность изучаемых процессов и явлений; интеллектуальный компонент познавательных интересов начинает преобладать над эмоциональным.

На третьем этапе развития исследовательских умений формируются умения осуществлять деятельность не по образцу, а оригинально, своим особым путём. Основу этого уровня составляет экспериментальная творческая деятельность [6].

При анализе методической литературы мы пришли к выводу, что разнообразие объектов и процессов, изучаемых на уроках биологии, обеспечивает огромные возможности для исследовательской деятельности, в процессе которой обучающиеся учатся излагать свои мысли, работать индивидуально или в группе. Организация исследовательской деятельности позволяет учителю обеспечить самостоятельную отработку пропущенного учебного материала (например, провести самостоятельное исследование по заданной теме в форме наблюдения и записать результаты), а так же мотивировать успешного ученика головоломным заданием (например, провести исследование на базе медиа-лаборатории с использованием компьютера и защитить результаты исследования) [1].

Анализ школьной практики и собственный опыт показывают, что реальная исследовательская деятельность на уроках биологии осуществляется через организацию систематических наблюдений, измерений, опытов. Все эти методы относятся к практическим методам обучения.

Для нашего исследования важно мнение учителей-предметников, что эксперимент имеет большое воспитательное и познавательное значение, так как убеждает в реальности существования биологических процессов и явлений, требует поиска путей познания живой природы, приучает школьников к аккуратности, точности, развивает их мышление, пробуждает интерес к предмету. На уроках биологии реальная исследовательская деятельность на элементарном уровне может быть организована в процессе выполнения школьниками лабораторных работ по изучению растений, животных и исследований своего организма, исследований состояния окружающей среды.

Аналитическая деятельность показала, что, разрабатывая темы наблюдений, самонаблюдений и опытов, учитель должен учитывать их полезность и связь с практическими задачами предмета биологии. Также необходимо учитывать возраст ребят, их интерес к биологии, уровень познавательной активности, индивидуальные особенности психики школьников. Школьники 6–7-х классов с интересом описывают внешний облик растения и животного, наблюдают за способами передвижения и питания объекта, проводят сравнение особенностей внешнего строения различных живых объектов. При этом каждое очередное действие выполняется фронтально, по команде учителя, под его контролем и при его помощи. Старшеклассникам можно предложить исследования более сложные, требующие знания различных методик. При этом необходимо приучать школьников формулировать цель исследования, выдвигать гипотезу о том, какими могут быть результаты, делать вывод на основе полученных результатов. Результаты опытов обучающиеся фиксируют в тетради в виде записей, зарисовок, схем, таблиц, фотографий и кратко формулируют вывод на основе полученных результатов. Если соответствие между уровнем сложности выполняемого исследования и уровнем потенциальных возможностей ученика не выполняется, интерес к исследовательской деятельности теряется [3; 4; 5].

Как показал анализ методической литературы, участие школьников в исследовательской деятельности способствует формированию таких социально значимых качеств личности, как биологическое сознание, ответственное отношение к природе и собственному здоровью.

Специфика исследовательской деятельности обучающихся в биологии заключается еще и в том, что ее результаты могут быть использованы для решения локальных биологических проблем, имеющих социальное значение (например, сохранение своего здоровья, сохранение видового разнообразия растений и животных, защиты зеленых насаждений и др.).

Второй этап работы проходил на базе СОШ № 1 города Переславля-Залесского, где было проведено экспериментальное исследование по организации исследовательской деятельности на уроках биологии и во внеклассной работе.

Анализ школьной практики и собственный опыт позволяют утверждать, что основной формой обучения в школе сегодня остается урок, поэтому первый этап развития исследовательских умений начинался на уроках биологии в 6-ом классе. На этом этапе развития исследовательских умений у ребят пробуждается интерес к внешней занимательности содержания знаний, интересным фактам, объектам, явлениям. Основной практический метод обучения, применяемый на данном этапе – это наблюдение.

В нашей школе имеется хорошо оборудованный кабинет биологии, где и проходят учебные занятия. В кабинете много комнатных растений, которые расположены по экологическим группам. Каждое растение имеет карточку, где указано его название и родина. В кабинете есть большой аквариум, который представляет собой гармоничный водный биоценоз, существующий уже 10 лет. Ученики с большим удовольствием рассматривали под микроскопом капли воды из аквариума, содержащие одноклеточные и многоклеточные водоросли (хламидомонада, спирогира) и простейших (эвглена, инфузории); клетки элодеи и валлиснерии, в которых можно увидеть хлоропласты и движение цитоплазмы. Кроме того, ребята наблюдали за различными моллюсками (ампулярия, катушка, беззубка), шпорцевой лягушкой и рыбками (гуппи, меченосцы).

Часто такие объекты для наблюдений как комнатные растения, древесные побеги, улитки, черепахи, пауки, жуки, бабочки, гусеницы, куколки и другие ребята сами приносят в класс.

В кабинете имеется 15 современных микроскопов. Для детального наблюдения за мелкими объектами мы используем цифровой микроскоп. Он увеличивает объект в 10, 60 и 200 раз, и выводит изображение на большой экран. С помощью микроскопа объект можно сфотографировать или снять о нем кинофрагмент. Собственный опыт убедил нас, что уроки с использованием цифрового микроскопа не оставляют равнодушным ни учителя, ни обучающихся. Нами были разработаны методические рекомендации и задания для учащихся по проведению наблюдений. Их особенность состоит в использовании регионального материала о растениях и животных, который, с одной стороны, служит базой для конкретизации теоретических знаний, а с другой – повышает интерес обучающихся к изучаемому материалу.

Для возникновения устойчивого интереса к исследовательской деятельности, школьникам предлагалось продолжить наблюдения за объектами после уроков или дома. При выборе тем наблюдений, учитывался интерес к биологии, уровень познавательной активности, индивидуальные особенности психики и желание обучающегося. Для развития творческого потенциала отчёты и выводы по наблюдениям ребята выполняли в произвольной форме (презентации, творческие отчеты, рисунки, фотографии).

Через 5 месяцев после начала учебного года мы решили проверить, возник ли интерес у обучающихся к исследовательской деятельности, а также наличие готовности школьников к переходу на второй этап. Для этого мы разработали анкету, в которой учащимся 6-х классов предлагалось ответить на следующие вопросы:

Анкета для учащихся

1. 
   Считаете ли вы уроки биологии с использованием натуральных объектов и лабораторного оборудования более интересными?
   
2. 
   Используете ли вы для подготовки к урокам биологии дополнительную литературу?
   
3. 
   Хотели бы вы самостоятельно заниматься исследованиями по биологии?
   

В ходе анализа литературных источников мы убедились, что на втором этапе исследовательская деятельность сопровождается активным мышлением школьников. Поэтому перед выполнением практических и лабораторных работ ребята получали инструкции. Они содержали: указание к действию, которое необходимо выполнить, формулировку вопроса, на который нужно ответить после выполнения действия, способ фиксирования результатов выполнения данного действия. Подчеркнём, что в инструкциях всегда содержались проблемные вопросы. Они, на наш взгляд, позволяли активизировать познавательный интерес к исследовательской деятельности и развивать мышление обучающихся.

Часто опыт закладывался в классе учителем, а в качестве домашнего задания предлагалось провести аналогичный опыт дома. На последующие уроки ребята приносили опытные образцы или отчёты в одной из предложенных форм. Сравнение результатов опытов в школе и дома способствовало активизации исследовательской деятельности школьников. Например, в разделе «Живой организм» при изучении темы «Органы цветковых растений» школьники проводили следующие опыты: «Значение семядолей для прорастания», «Явления гео- и гелиотропизма при прорастании семян», «Динамика развития зон корня», «Значение пикировки для развития корневой системы растения», «Условия прорастания семян». Нередко ребята выполняли работу вместе с родителями. Это также являлось положительным аспектом опытнической работы.

Исследование показало, что для учащихся проста и доступна работа с использованием лука по выявлению значения света для образования хлорофилла. В начале изучения темы «Питание» в классе проводился эксперимент, подобный тому, что проводил К.А. Тимирязев с листьями кресс-салата: в две баночки наливали воду и ставили в них луковицы так, чтобы они касалась донцем воды. Одну банку помещали в светлое место, другую – в тёмное место. Луковицу, стоящую в тёмном месте, покрывали колпаком из чёрной бумаги. Ребята задавались проблемным вопросом: «Влияет ли солнечный свет на образование хлорофилла в листьях?» и дома закладывали этот же опыт. Когда листья у луковицы на свету достигли 5–7 см, оба опытных образца принесли в класс, где и обсуждались результаты. Затем исследование продолжалось: переместили луковицу из тёмного места на свет и наблюдали за ней, а результаты обсуждали во время закрепления темы «Питание». Во время изучения темы «Экологические факторы» мы давали ребятам задания выяснить, как влияет свет на превращение лейкопластов в хлоропласты.

При изучении темы «Вегетативное размножение» опыты проводились с комнатными растениями. На уроке демонстрационно закладывались эксперименты по размножению растений с помощью различных органов или их частей. В домашних условиях школьники исследовали различные способы вегетативного размножения и готовили творческий отчёт. При повторении изученного проходил урок-конференция, на котором ребята отчитывались по выполненной работе.

При проверке результатов самостоятельных исследований внимание ребят обращалось на научность работ, на творческий подход к выполнению заданий, на использование дополнительной литературы (если в этом была необходимость). Во время демонстрации самостоятельной работы ученикам предлагалось обсудить, что понравилось в данной работе и что можно порекомендовать юному исследователю. Особое внимание мы обращали на то, чем обусловлена постановка цели (гипотезы), как достигалась поставленная цель, насколько корректно сделаны выводы по проделанной работе.

Хочется отметить, что не всё шло гладко. Одним детям не хватало терпения при работе с литературой, другие готовы были наблюдать, проводить эксперименты, но ленились вести записи и оформлять результаты, третьи испытывали затруднения при представлении результатов работы. Однако, когда такие дети видели успехи своих товарищей, им хотелось достичь того же, и интерес к работе пробуждался с новой силой.

В ходе дальнейшего исследования с целью проверки у обучающихся исследовательских умений и навыков, а также готовности школьников к переходу на третий этап, нами проводилось анкетирование. Учащимся 6–7-х классов (всего 32 ученика), которые выступали на уроках с результатами исследований, предлагалось ответить на несколько вопросов:

2. Интересна ли вам была данная работа? Поясните свой ответ.

3. Хотелось бы вам расширить представление о данной теме?

4. Кто вам помогал при проведении работы? (никто не помогал, друзья, родители, учитель)

5. Для чего вы проводили работу? (для получения отметки, интересен процесс, интересен результат).

6. Какие источники информации вы использовали при выполнении работы?

7. Нравится ли вам выступать перед классом с полученными результатами?

Анализ анкет показал, что все, кто выполнял исследования, были увлечены своим делом. Эти ребята учились работе с разнообразными источниками информации, сбору материала, оформлению результатов исследования. 32% учащихся занимались исследованиями «не ради отметки», 76% работали самостоятельно и использовали при этом разнообразные источники информации. 44% опрошенных захотели продолжить исследования. В дальнейшем именно им предлагалось участие во внеклассной исследовательской работе на третьем этапе развития исследовательских умений.

На третьем этапе формирования исследовательских умений работа была организована не на уроках биологии, а в летнем экологическом отряде, который функционирует в МОУ СОШ №1 г. Переславля-Залесского на протяжении 7 лет. Каждый год в отряд набиралось 10–12 ребят, которые проявляли стабильный интерес к исследовательской деятельности и у которых сформировались основы исследовательских умений. Вместе с новичками исследованиями занимались школьники (8-х и 10-х классов), которые ранее участвовали в работе летнего экологического отряда и имели опыт проведения длительных по времени исследований.

Ребята одновременно отдыхали и занимались самостоятельными наблюдениями, определяли цели эксперимента, разрабатывали основные этапы исследования, подводили итоги, учились представлять результаты своей деятельности и в ходе отчетов и презентаций дискутировать. Теоретическую подготовку дети получали на общих семинарских занятиях или самостоятельно, работая со специальной научной и научно-популярной литературой.

С целью оказания помощи при выборе темы исследования, учащимся предлагалось ответить на следующие вопросы анкеты:

Анкета для учащихся

1. 
   Подумай, какие объекты живой и неживой природы тебя привлекают больше всего.
   
2. 
   Почему и чем интересен именно этот объект (объекты)?
   
3. 
   Что бы хотелось узнать об этом объекте (этих объектах) нового?
   
4. 
   Чем обусловлен данный интерес?
   

Так, летом 2006 г. ребята в профильном отряде «Эколог» летнего оздоровительного лагеря исследовали условия, улучшающие цветение комнатных растений, изучали видовое разнообразие лишайников-биоиндикаторов вблизи школы, гомогенные и агрессивные элементы интерьера школы и пришкольных территорий и разрабатывали способы повышения визуальной комфортности интерьера школы через озеленение.

Начиная с 2006 года, во время работы профильного отряда нами составлялись карты наблюдений с целью выяснения степени сформированности исследовательских умений ребят.

Анализ результатов диагностики позволил выявить 3 группы учащихся по уровням сформированности исследовательских умений.

Учащиеся со средним уровнем развития исследовательских умений недостаточно ориентируются в построении плана исследований. Ребята имеют навыки сбора материала, но испытывают затруднения с его обработкой, акцентируют внимание на индивидуальной работе. Результаты исследований не всегда умеют фиксировать в виде таблиц и графиков. У них недостаточно сформированы умения сохранять и актуализировать полученную и переработанную информацию, излагать результаты исследований в соответствии с целью.

Учащиеся с уровнем развития исследовательских умений выше среднего ориентируются в построении плана исследований, но затрудняются в правильном использовании научной терминологии. Школьники из этой группы осуществляют сбор и обработку материала с использованием таблиц. У них сформированы умения чётко излагать результаты исследований в соответствии с целью.

Учащиеся с высоким уровнем развития исследовательских умений хорошо ориентируются в построении плана исследований, правильно используют научную терминологию. Ребята умеют самостоятельно не только собирать, но и обрабатывать исследовательский материал с использованием таблиц и графиков. Дети данной группы владеют достаточным уровнем компьютерной грамотности, способны преобразовывать текстовую информацию в графическую, выполняют работу совместно с другими и принимают совместные решения [2].

За годы работы отряда его участники проводили различные исследования. Так в 2007 г. ребята занимались экологическими исследованиями парка, который находится недалеко от школы. Они определяли видовое разнообразие растений и состояние древесных пород в парке.

В 2008 г. школьники изучали видовое разнообразие птиц, встречающихся в городе Переславле-Залесском.

Летом 2009 г. участники экологического отряда занимались изучением встречающихся в окрестностях школы насекомых на разных этапах развития, определяли их виды, выясняли роль в природе. Особенный интерес вызвали бабочки. Ребятами был подготовлен проект «Изучение энтомофауны г. Переславля-Залесского».

В 2010 г. школьный исследовательский отряд «Эколог» занимался изучением экосистемы городского вала. Дети определили высоту и протяжённость вала, собрали гербарий растений, произрастающих на валу, выяснили антропогенную нагрузку на вал (подсчитали число тропинок, кострищ, выяснили степень загрязнения вала) и очистили его от мусора.

В ходе работы мы подошли к убеждению, что ребята должны видеть итог своей деятельности. В среднем и старшем звене школы ежегодно проходит научно-практическая конференция «Маленькое открытие», на которой ребята представляют свои исследования в различных областях наук (биологии, химии, географии, физике, математике, истории и др.). Их оценивает взрослое (учителя, родители) и детское жюри. Работы по биологии регулярно признаются жюри одними из наиболее интересных. Кроме того, дети выступают на городской научно-информационной конференции школьников «Одаренные дети» и научно-практической конференции «Отечество».

Опыт работы со школьниками показал, что знания, умения и навыки, полученные обучающимися за период своей исследовательской работы в отряде «Эколог», положительно влияют на их успехи при участии в викторинах, конкурсах, олимпиадах, а также способствуют успешной сдаче ЕГЭ по биологии.

Таким образом, проведённое исследование показало, что развитие исследовательских умений во внеклассной работе позволило детям овладеть методами познания живой природы и умениями использовать их в практической деятельности. А это, в свою очередь, помогло ребятам научиться принимать самостоятельные и осмысленные решения и адаптироваться к реальным условиям жизни в современном обществе.

В проекте Стандартов второго поколения отмечается, что результатами освоения выпускниками программы по биологии являются: овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности, включая умение видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения, объяснять, доказывать, защищать свои идеи [7].

Путь настоящего учёного, как правило, складывается в детстве; любимые предметы и учителя вносят наибольший вклад в профессиональное самоопределение школьника. Практика показывает, что если обучающиеся ещё со школьной скамьи имеют возможность окунуться в атмосферу настоящей научной лаборатории, то их творческая активность возрастает многократно.

В ходе проведённого анализа педагогической, психологической, методической литературы, мы выяснили, что исследовательская деятельность учащихся – это творческий процесс совместной работы педагога и ребёнка, результатом которого является формирование у обучающегося исследовательского стиля мышления.

Основной компонент учебно-исследовательской деятельности – исследовательские умения, которые предполагают работу с научной и научно-популярной литературой, проведение наблюдений, измерений и экспериментов.

Аналитическая деятельность подвела нас к убеждению, что развитие исследовательских умений нужно проводить поэтапно, постепенно вовлекая обучающихся в исследовательскую деятельность и переходя от кратковременных исследований на уроках под руководством учителя к самостоятельной исследовательской деятельности во внеклассной работе.

Экспериментальное исследование, которое было организовано на базе МОУ СОШ № 1 г. Переславля-Залесского, показало, что на первом этапе формирования исследовательских умений у ребят возникал интерес к исследованиям; на втором они учились основам исследовательской работы, на третьем – занимались внеклассной творческой исследовательской деятельностью в летнем экологическом отряде, где развивали ряд исследовательских умений и навыков и приобретали новые. Чтобы выявить готовность школьников к переходу на следующий этап развития исследовательских умений, мы проводили анкетирование.

Результаты исследовательской работы обучающихся были в последствии использованы в ходе изучения различных тем школьного курса биологии.

Анализ выступлений обучающихся, вовлечённых в исследовательскую деятельность, на различных олимпиадах, конкурсах, викторинах, а также результаты выполнения данными детьми заданий ЕГЭ по биологии показали эффективность разработанной методики организации исследовательской деятельности учащихся: школьники становились призёрами и победителями в соревнованиях, успешно сдавали ЕГЭ по биологии, а затем поступали в учебные заведения на специальности, связанные с биологией и экологией.

1. Бухвалов, В.А., Богданова, Л.В., Купер, Л.З. Методы экологических исследований [Текст] / В.А. Бухвалов, Л.В. Богданова, Л.З. Купер. — М. : ЛА «Варяг», 1995. — 167 с.

2. Викторов, Ю.М., Лебедева, С.А., Тарасов, С.В. Организация исследовательской деятельности школьников [Электронный ресурс] : режим доступа. — ww.abitu.ru/researcher/practice/practice_org/practice_all/a_1z0csx.html

3. Воронин, Л.Г., Маш, Р.Д. Методика проведения опытов и наблюдений по анатомии, физиологии и гигиене человека [Текст] : книга для учителя / Л.Г. Воронин, Р.Д. Маш. — М. : Просвещение, 1983. — 160 с.

4. Кулев, А.В. Исследовательская деятельность школьников в лабораторных занятиях [Текст] / А.В. Кулев // Биология в школе. — 1994. — № 3. — С. 57­­–61.

5. Кулев, А.В. Как правильно организовать наблюдения за животными [Текст] / А.В. Кулев // Биология в школе. — 1988. — № 6. — С. 61–65.

6. Лернер, И.Я. Учить, творчески воспитывать личность [Текст] / И.Я. Лернер // Биология в школе. — 1998. — № 4. — С. 52­­–55.

7. Стандарт второго поколения: примерная программа по биологии для основной школы (проект) [Текст] // Биология в школе. — 2009. — № 2. — С. 16–33.