Формирование исследовательских умений у учащихся основной школы при изучении физики, может быть успешно осуществлено именно в урочной деятельности.
Деятельность ученика, при этом, имеет три этапа: мотивационный, теоретический и практический. Эти этапы представляют собой своеобразный цикл, который начинается с погружения учащегося в проблемную ситуацию, личностного осознания ее значимости, а заканчивается решением проблемы и представлением полученных результатов и их анализом. Рассмотрим содержание каждого этапа.
Мотивационный этап – это определение проблемы. Физические явления и закономерности всегда существуют в окружающем нас мире. Они связаны между собой, зависят друг от друга и образуют в совокупности то, что мы называем природой. Заметить в единой природе какие-то отдельные явления трудно. Еще трудней проследить связи между явлениями. На этом этапе учащиеся утверждают свое понимание проблемы, формулируют гипотезу (или цель) и объясняют причины, по которым они приступают к решению этой проблемы. Они описывают ситуацию и указывают свои намерения при работе.
В исследованиях по дидактике и методике преподавания физики выдвижение гипотезы считается результатом анализа проблемной ситуации. Проблемная ситуация представляет собой затруднение, “препятствие”, возникающая перед субъектом в процессе познания.
Основной характеристикой проблемной ситуации является наличие разного рода противоречий, из которых используются, главным образом, противоречия между жизненным опытом учащихся и научными знаниями, между ранее полученными учащимися знаниями и новыми.
Осознание и принятие ситуации приводит к перерастанию проблемной ситуации в проблему. Именно с этого момента начинается мыслительная деятельность ученика, и, используя имеющиеся знания и умения, он определяет для себя исходные параметры и исходные неизвестные, иначе говоря, превращает проблему в проблемную задачу.
Проблемная ситуация может быть организована с помощью различных приемов, к ним относятся: предварительные задания, использование жизненных наблюдений учащихся; решение экспериментальных и познавательных задач, создание ситуации выбора, постановка проблемных вопросов (на обобщение, обоснование, конкретизацию, логику рассуждения), организация дискуссий, использование хрестоматийного материала и т.д. Благодаря этим приемам достигается возбуждение познавательного интереса у учащихся.
На начальном этапе изучения физики наиболее рационально использование первого вида противоречия. Собственный жизненный опыт школьников, наблюдения за физическими явлениями, объектами, процессами подсказывают учащимся очевидное на их взгляд, объяснение проблемы. Но полученные противоречивые или неожиданные для учащихся сведения вызывают у них эмоциональный всплеск и желание понять возникшую ситуацию, разобраться в ней. Таким образом, проблемная ситуация при изучении нового материала должна обеспечивать активное проявление интереса учащихся к изучаемому вопросу и включение их в познавательный поиск.
Теоретический этап – на этом этапе деятельности учащийся формулируют задачи, ищет способ достижения поставленной цели, планирует порядок своих действий и необходимые ресурсы. Так же как на мотив. На этом этапе осуществляется работа учащегося с информацией. На теоретическом этапе учащийся выполняет все основные шаги. Мера его самостоятельности при выполнении каждого шага может быть различной. На основе выявленной проблемы, учащийся ставит цель своей работы. Когда учащиеся начинают предлагать тот или иной способ достижения цели, учитель предлагает им еще несколько способов, провоцируя их на размышления об наиболее эффективном, пригодном для той или иной ситуации способе достижения цели. Когда ученикам ясна цель, следует организовать работу по определению задач. По окончании этапа учащийся должен четко представлять себе, что именно и как именно он будет делать для достижения цели.
Практический этап – на этом этапе учащиеся реализуют запланированные шаги. На этом этапе наиболее высока степень самостоятельности учащихся. В ходе обсуждения обращается внимание на грамотное использование учеником физических явлений и закономерностей, оценивается работоспособность всей группы и отдельно взятого ученика.
Рассмотрим реализацию всех этих этапов на примере формирования исследовательской деятельности, направленной на выявление физических закономерностей экспериментальным методом.
Тема: “Действие жидкости на погруженное тело” (7 класс).
Ход урока
Мотивационный этап.
Учитель проводит эксперимент: подвешивает на динамометре любой груз, например металлический цилиндр, затем опускает его в воду. Обращает внимание учащихся на то, что показания динамометра изменились. Задает вопросы: “О чем свидетельствует уменьшение показаний?” “Встречались ли с подобным явлением ученики ранее?” Учащиеся рассказывают о своих жизненных наблюдениях: поднимать тела под водой легче, чем в воздухе, плавать в морской воде легче и др.
Затем учитель формулирует противоречие: все тела, притягиваются к Земле под действием силы, зависящей только от их массы; однако, некоторые из них, будучи погруженными в жидкость или газ, опускаются до твердой опоры, другие находятся во взвешенном состоянии на некоторой глубине, а третьи всплывают. Формулирует проблемный вопрос: “От чего зависит выталкивающая сила для тела, погруженного в жидкость или газ?”
Учащиеся выдвигают гипотезы: от объема погруженного тела; массы тела; размеров тела; плотности жидкости; глубины погружения тела; формы тела.
- Постановка проблемы:
- Наблюдается изменение растяжения пружины под действием груза, находящегося сначала в воздухе, а затем в воде;
- От чего зависит выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость?
- Выдвигаем 5 гипотез – выталкивающая сила зависит от: 1) объема тела, 2) массы тела; 3) плотности жидкости; 4) глубины погружения тела; 5) формы тела.
Теоретический этап.
- Формулируют задачи (этапы) исследования:
- Проводят физический эксперимент: на рычажные весы подвешивают два тела, затем тела погружают в жидкость и наблюдают, изменилось ли равновесие.
Определить зависимость выталкивающей силы от
объема v;
Определить зависимость выталкивающей силы от
массы тела m;
Определить зависимость выталкивающей силы от
плотности жидкости 
;
Определить зависимость выталкивающей силы от
глубины погружения h;
Определить зависимость выталкивающей силы от
формы тела.
Для решения первой задачи взвешивают два тела равной массы, но разного объема (цилиндр из алюминия и картофелина). Для решения второй задачи взвешиваются два тела одинакового объема, но разной массы, например калориметрические тела. Для решения третьей задачи взвешиваются два одинаковых тела, и погружаются одно тело в чистую воду, а второе – в насыщенный раствор соли, или спирт. Для решения четвертой задачи взвешиваются два одинаковых тела и погружаются в воду на разную глубину. Для решения пятой задачи взвешиваются два тела одинакового объема, но разной формы и погружаются в воду.
- Форма записи результатов эксперимента – словесная и графическая (рисунок).
Практический этап.
- Решение проблемы:
1)практическое проведение всех этапов исследования с использованием физического эксперимента;
2)запись результатов каждого этапа в выбранной форме: в результате эксперимента установлено, что выталкивающая сила зависит от объема тела – чем больше объем, тем больше выталкивающая сила; выталкивающая сила не зависит от массы тела; выталкивающая сила зависит от плотности жидкости, чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила; выталкивающая сила не зависит от глубины погружения тела; выталкивающая сила не зависит от формы тела.
- Анализ решения проблемы:
- Сравнивая результаты эксперимента с гипотезами, обнаружено, что гипотезы о зависимости выталкивающей силы от массы и формы тела, а также от глубины погружения, не верны. Гипотезы о зависимости выталкивающей силы от объема тела и плотности жидкости справедливы.
- Результаты исследования реальны, подтверждаются жизненным опытом. Например, в морской воде легче удержаться на поверхности, при одинаковой плотности тел в воду погружается меньше тело большего объема.
- Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости и объема тела: чем больше плотность жидкости и объем тела, тем больше выталкивающая сила.
Приведем еще некоторые комментарии относительно процесса выполнения учащимися данной исследовательской деятельности. Операции исследовательского действия – планирование решение проблемы – выполняются учащимися с учетом предложенного учителем физического оборудования.
Операции исследовательского действия – решение проблемы – осуществляются учащимися при опоре на уже выполненное действие– планирование решения проблемы. Реальность результатов эксперимента проверяется путем их сравнения с теорией данного вопроса, изложенной в учебнике. В выводах записываются результаты решения проблемы.
Обсуждение результатов исследования проводится путем поочередного изложения каждой группы учащихся. Выступление каждой группы оценивается учителем и учащимися. Обсуждается вклад в исследование каждого участника группы.
На каждом этапе учитель оценивает сформированность всех операций исследовательской деятельности. Для этого он анализирует результаты записи в тетрадях учащихся, и результаты наблюдений за выполнением практических операций. В каждом случае определяется полнота выполнения операций.