Обучение исследованию: модель систематического сбора данных выдвижения и проверки гипотез

Модель первоначально создавалась в ходе дидактических экс­периментов группой американских психологов и педагогов под руководством Дж.Зухмана в 1950 — середине 60-х гг. Идея модели состояла в том, что она представляет собой «не новый способ преподавания, но способ обучения основным познавательным умениям, которые так же важны для развития детей, как чтение и арифметика». В середине 60-х гг. эта модель была развернута в программе преподавания физики в младшей средней школе (13 - 15 лет)⁵⁶; затем она получила известность и стала применяться в разных странах мира.⁵⁷

Отправной точкой при работе по этой модели является парадоксальная ситуация, порождающая познавательный конфликт. Например, учитель демонстрирует опыт (или заменяющий его кинофрагмент), в котором ученики наблюдают нагрев в пламени горелки биметаллической пластины. Составляющие ее слои металла (обычно сталь и медь) приклепаны друг к другу так, что кажутся единым целым. Насаженная на рукоять пластина похожа на нож или лопаточку. При нагреве металл расширяется, но так как степень расширения у двух разных металлов различна, пластина изгибается, что вызывает удивление у наблюдающих опыт детей. Обычно тепловое расширение не может вызвать такого сильного изгиба. Естественное любопытство дает первый толчок исследовательской любознательности.

После демонстрации дети могут задавать учителю вопросы. Однако по вводимым учителем правилам «запрещается» задавать вопросы, предполагающие объяснение явлений со стороны учителя. «Разрешены» вопросы, на которые можно ответить «да» или «нет». Таким образом, каждый вопрос содержит в себе некоторую гипотезу. Например, учитель не станет отвечать на вопрос: «Как пламя действует на металл?», поскольку ответ означал бы сообщение ученику готового познавательного ориентира. Другое дело, если ученик спросит: «Была ли температура нагрева выше температуры плавления металла?» Вопрос такого типа предполагает, что ученик предварительно строит взаимосвязь факторов (нагрев, температура, плавление как изменение состояния вещества). Иначе говоря, сведения, получаемые от учителя, служат проверке самостоятельно выдвинутой гипотезы.

От осознания проблемы в результате познавательного конфликта Ученики переходят к сбору и анализу данных, выдвижению и проверке гипотез. Инструментально это воплощается в наблюдении Демонстрационных опытов, постановке реальных и мысленных экспериментов; основным средством добывания недостающих сведений служит постановка вопросов учителю.

Учитель не комментирует предположения детей, воздерживается от одобрения или неодобрения по отношению к содержанию высказываемых идей, но приветствует каждую идею как отправной момент для дальнейшего исследования. На конкретные предположе­ния детей учитель отвечает примерно так: «Ну что же, — у тебя появилось что-то вроде теории... Попробуй ее проверить. Ты можешь придумать эксперимент...» При этом «эксперимент» обычно бывает мысленным, его заменяют вопросы к учителю.

Поощрительное, поддерживающее отношение к познавательной активности детей сочетается с нейтральным отношением к «резуль­татам» поискового мышления — важен сам процесс познавательного поиска. Поэтому, если ученик задает вопрос, требующий положи­тельной информации, учитель просит переформулировать вопрос. Например: «Попробуй изменить свой вопрос так, чтобы на него можно было ответить «да» или «нет». Таким образом, дети приобща­ются к начальной стадии исследования — сбору достоверных сведений. (Например, вопрос: «Сделана ли эта полоса из металла?» — дает информацию о природе материала.) На этой основе возможен следующий шаг — выдвижение предположений, гипотез.

Предположения проверяются. Например, ответ на вопрос: «Если уменьшить пламя, будет ли полоска изгибаться?» — можно получить у учителя или же в реальном проведенном эксперименте. Реальный или мысленный эксперимент позволяет детям выделять факторы и изучать их обособленно, что моделирует естественнонаучное иссле­дование.

Модель направлена на освоение опыта систематического иссле­дования. В конечном итоге, после выдвижения, разработки и проверки гипотез, учитель проводит ретроспективный анализ совместного исследования. В целом модель включает следующие шаги-этапы.

1.Столкновение с проблемой. Учитель объясняет правила вза­имодействия, вводит ситуацию познавательного конфликта.

2.Сбор данных — «верификация» (подтверждение фактических сведений). Дети проводят поиск достоверных сведений об объектах и явлениях. Важная задача учителя — расширить поле познава­тельного поиска, объем и характер доступных детям сведений. Типы этих сведений могут впоследствии стать предметом ретроспек­тивного анализа. К их числу относятся следующие:

— характеристики объектов (например: «Сделана ли полоска из металла?»);

— явления (например: «Если полосу перевернуть, сгибается ли она в ту же сторону?»);

— условия, т.е. характеристики состояния объектов (например: «Была ли температура согнутой полосы выше комнатной?»);

— свойства, т.е. сведения о поведении объектов в различных условиях (например: «Всегда ли медь изгибается при нагреве?»).

3.Сбор данных — экспериментирование. Ученики выделяют изучаемые факторы (исследуемые переменные), выдвигают гипоте­зы проверяют предполагаемые причинно-следственные связи. Экспериментирование включает две основные стороны: изучение и непосредственную проверку. Изучение объектов может происхо­дить через изменение условий и наблюдение; оно не обязательно предполагает наличие каких-либо исходных предположений, но может давать почву для того, чтобы строить их. Вопросы, модели­рующие эксперимент, дают возможность проверить предположение; их постановка требует известного опыта; и задача учителя — помочь детям освоить такой опыт. В частности, учитель помогает ученикам не торопиться слишком рано отбрасывать недостаточно проверен­ные предположения (независимо от того, «верны» они или нет).

4.Построение объяснения. Ученики выдвигают (формулируют) объяснение. Нередко таких объяснений несколько. Учитель может попросить детей изменить формулировки так, чтобы моменты расхождений между содержанием объяснений стали яснее. В ходе обсуждения класс вырабатывает такое объяснение, которое пол­ностью соответствует исходной ситуации.

5. Анализ хода исследования. Класс возвращается к проведен­ному исследованию, анализирует его ход. Учитель ориентирует детей на выяснение того, какие вопросы были наиболее эффективными Для поиска информации, построения гипотезы, проверки объяс­нения и т.д.

Итак, в модели «Обучения исследованию» формируются иссле­довательские навыки, опыт исследования как метод и существо Научного познания, обучение служит не усвоению знаний как обобщений, принятых в настоящее время, но освоению самого Процесса, в котором создаются и проверяются эти обобщения.

Рис. 2.2. Модель «Обучение исследованию». Основные этапы

Сценарий урока по модели «Обучение исследованию»

Учитель рассказывает. В горах Западной Индии водилось много оленей. Кроме того, там встречались и волки. Некоторые жители деревни стали свидетелями того, как волчья стая напала на двух небольших оленей в одном стаде. Жители деревни с ужасом наблюдали это зрелище и решили, что волки уничтожат всех оленей. Поэтому они начали кампанию по истреблению волков. Однако их надеждам не было суждено осуществиться. В течение ряда лет после истребления волков происходило заметное сокращение численности оленей. Почему это происходило, если волк является естественным врагом оленя?

Учитель: Можем ли мы получить какую-либо информацию для ответа на этот вопрос?

К и р и и т: Убивают ли оленей другие животные?

Учитель: Да, убивают.

К и р и и т: Разные животные?

Учитель: Да. Можешь ли ты угадать, какие?

С а н д ж а и: У меня есть идея.

Учитель: Прекрасно, Санджай (улыбается), но подожди, пожалуйста, пока закончит Кириит.

К и р и и т: Имеет ли какое-либо отношение к этой проблеме равновесие между хищниками?

у ц и т е л ь: Можешь ли ты подтвердить это чем-то?

Кириит: Разрешите, я попробую. После истребления волков на ней уже с большим успехом могли охотиться другие хищники, такие, как рыси, койоты, крупные птицы, например, орлы. Поэтому их Численность сократилась.

(Поскольку Кириит, по-видимому, закончил, учитель обращается к Санджаю.)

Санджай: Я думаю иначе.

Учитель: Хорошо, продолжай.

Санджай: После истребления хищников, охотившихся на оленей, численность оленей увеличилась. Среда обитания оленей не смогла обеспечить их всем необходимым для жизни. Таким образом, они вынуждены были голодать, и их численность стала сокращаться.

Учитель: Хорошо, можем ли мы получить какую-либо информацию в подтверждение твоей идеи?

Киту: Появлялись ли рыси в зоне обитания оленей после истребления волков?

Учитель: Нет.

К и т у: А койоты?

Учитель: Нет.

Ш е р р и: Было ли в этом районе после истребления волков много обглоданных деревьев?

Учитель: Да.

Кириит: Встречались ли в этом районе после истребления волков мертвые олени?

Учитель: Да.

Кириит: Их стало больше?

Учитель: Да.

Кириит: Были ли эти олени истощены?

Учитель: Конечно, некоторые.

Пинки: Они были больны?

Учитель: Да.

В и н и и т: В этом районе встречались матерые олени?

Учитель: Да.

К у м а р: Убивают ли орлы матерых оленей для пропитания?

Учитель: Пожалуй, нет.

Пинки: Холодная ли зима в этом районе?

Смит: Да.

Учитель: Рассмотрим гипотезы (объяснения), которые вы изложили, и посмотрим, согласуются ли они с имеющимися данными.

С у д х и р: Я думаю, что первую гипотезу следует исключить

Учитель: Почему, Судхир?

С у д х и р: Эта гипотеза допускает, что причиной снижения численности оленей являются другие хищники. Однако мы констати­ровали, что численность рыси не увеличилась.

Учитель: Очень хорошо, Судхир.

П и н к и: Я думаю, нам нужно несколько изменить вторую гипотезу.

Учитель: Изменяй,

Пинки: Мы установили, что некоторые олени, по-видимому голодали, поскольку были обнаружены их истощенные трупы, а кора деревьев была обглодана, однако мы констатировали и то, что некоторые животные были больны, а это позволяет предположить, что гибель некоторых животных была вызвана болезнью. Я думаю, гипотеза должна состоять в следующем: после истребления хищников, охотившихся на оленей, численность оленей увеличилась настолько, что среда обитания для оленей не могла обеспечить их всем необходимым для жизни, и они стали страдать от голода и болезней. Волки уничтожают самых слабых животных, а все стадо остается здоровым.

Учитель: Прекрасно, Пинки.

А л а м: Откуда мы знаем, что это делают волки?

Шах: Я знаю. Ведь мертвые олени, обнаруженные до истребления волков, были, как правило, очень молодыми или очень старыми, а не сильными, матерыми животными?

Учитель: Да.

Шах: Это подтверждает мысль о том, что волки уничтожают слабых животных.

(Примечание: весь класс испытывает удовлетворение от того, что гипотеза подтверждается имеющимися данными.)