Научные экспедиции школьников как одна из форм организации и проведения исследовательской работы по физике

Опыт работы в школе показывает, что большие
возможности для развития мышления учащихся и их
творческих способностей дает специально
организованная внеклассная работа. Из
многообразия форм и методов организации
внеклассных занятий наиболее эффективными, на
мой взгляд, являются исследовательские работы
учащихся. Учебные исследования, проводимые
учащимися во внеурочное время, позволяют
осуществить свободный поиск нужной информации;
регулярные наблюдения и измерения (при наличии
соответствующего оборудования и материалов)
формируют умения учащихся самостоятельно
работать.

Выполнение комплексных заданий позволяет
всесторонне изучить исследуемый объект,
приводит к осознанному пониманию единства и
общих закономерностей природы. Самостоятельные
исследования и наблюдения побуждают учащихся
мыслить масштабно, искать причинно-следственные
связи в изучаемых явлениях природы, делать
самостоятельные выводы и обобщения,
использовать результаты исследований на
практике.

Большинство заданий выполняется
непосредственно у объектов природы. При изучении
ее, внимательном наблюдении природных явлений
зарождается и развивается настоящая любовь к
родной природе, забота об охране и бережном
отношении к ее богатствам.

У современных учащихся пробуждается живой
интерес к экологическим проблемам, особенно той
среды, в которой они живут. Поэтому важно в ходе
исследовательской работы предлагать такие
задания, которые позволяют конкретизировать
задачи, связанные с мониторингом окружающей
среды, и привлекать учащихся к
научно-исследовательской работе.

Целью организации такой работы является
воспитание образованной, гармонически развитой,
творческой личности; выявление и поддержка
одаренных учащихся.

Основные задачи научной работы:

• развитие самостоятельности при работе со
специальной и научной литературой при
выполнении наблюдений и опытов;

• развитие абстрактного мышления,
необходимого учащемуся;

• развитие способности формировать свое
мнение и умение его отстаивать;

• развитие умения общаться с аудиторией,
выступая на конференциях, в кружках;

• формирование чувства ответственности за
порученное дело;

• воспитание уверенности в себе, сознание
значимости выполненной работы;

• привитие желания в дальнейшем заниматься
научно-исследовательской работой.

В организации исследовательской работы
большое значение имеет отбор учебного материала
для всех исследований, который должен строго
соответствовать основным принципам дидактики:
научности, систематичности, последовательности,
доступности, наглядности, индивидуальному
подходу к учащимся в условиях коллективной
работы, развивающему обучению, связи теории с
практикой.

Определяя содержание ученических
исследований, учитель должен следить, чтобы все
творческие задания были:

1) простыми по содержанию и прямо или косвенно
связанными с учебной программой, доступными для
понимания, учитывать возраст учащихся;

2) разнообразными по содержанию;

3) интересными по замыслу и содержащими
элементы занимательности;

4) разными по форме проведения,
взаимосменяемыми, привлекательными для
учащихся;

5) исследовательские работы должны
способствовать раскрытию физических основ
явлений природы, воспитанию любви к труду,
бережному отношению к природе, формированию
элементарных навыков научного труда.

Научно-исследовательская экспедиция как
выездная форма проведения исследовательской
работы учащихся представляется мне наиболее
привлекательной и перспективной в ряду других
форм выездной деятельности (походы, экскурсии и
др.). Это связано с тем, что экспедиция, помимо
чисто эмоциональной стороны, наполнена глубоким
и важным для детей предметным содержанием,
является итогом учебного года и вместе с тем
возможностью наиболее полно приложить на
практике полученные в течение года знания.

Она способствует воспитанию, становлению
гражданственности, укреплению здоровья
учащихся.

Перечислю некоторые из задач, комплексно
решаемых научно-исследовательской экспедицией
школьников:

  • Образовательные.
  • Учащиеся средствами
    активной практической предметной деятельности в
    полевых условиях повышают свой образовательный
    уровень. Принципиальное отличие формы
    организации учебного процесса от традиционной
    классно-урочной обуславливает его высокую
    эффективность.

  • Культурно-познавательные и воспитательные.

  • В процессе экспедиции учащиеся, естественно,
    знакомятся с природными,
    культурно-историческими особенностями района,
    что способствует развитию патриотизма.
    Привлечение учащихся к практической
    природоохранной деятельности способствует
    экологическому воспитанию. Необходимость жить и
    работать в замкнутом коллективе ведет к
    формированию морально-этических норм,
    воспитывает толерантность.

  • Спортивно-оздоровительные.
  • Экспедиция
    предполагает проведение пеших, водных и других
    маршрутов, проведение мероприятий в
    экологически чистых районах способствует
    укреплению организма, полевые условия жизни -
    закаливанию организма.

Особое внимание уделяется такому
концептуальному элементу в структуре
экспедиции, как ее комплексность. При проведении
комплексной экспедиции в одном и том же районе
работают разные естественнонаучные
специализации (группы “физиков”, “химиков”,
“биологов”, “географов”), исследуя его по своим
программам и методикам. При этом существует
единая исследовательская программа экспедиции.

И, конечно, нельзя забывать о большой роли
экспедиции в деле укрепления здоровья учащихся,
что особенно актуально для жителей больших
городов в настоящее время. Физические нагрузки,
свежий воздух, знакомство с красивейшими
уголками природы создают прекрасный
физиологический и психологический фон для учебы
в течение года, а также способствуют
формированию толерантной личности.

Рассмотрим типичную схему организации и
проведения научно-исследовательской экспедиции
школьников, реализуемой в нашей школе.

Планирование экспедиции начинается с выбора
района. При этом принимается во внимание
несколько факторов. Прежде всего — наличие
объектов исследований для всех специализаций,
участвующих в экспедиции.
Мы в основном
занимаемся исследованием водных объектов
различных типов (озер, ручьев, рек, болот и т.д.).

Следующим фактором является удобство жизни и
подъезда.

Оптимальной является возможность
заброски автотранспортом.

Предпочтительным является выбор места
расположения базового лагеря на берегу озера.
При этом решается проблема водоснабжения; озеро
представляет собой интересный объект
исследований для многих специализаций. С
климатической точки зрения для лета приемлемы
практически все районы средней полосы.

Важным фактором является такая характеристика
района, как допустимый уровень объективных
опасностей.
Очевидно, что детская экспедиция
является мероприятием с повышенной вероятностью
несчастных случаев. При этом задачей руководства
экспедиции является снижение возможности
возникновения несчастных случаев путем
повышения уровня подготовленности экспедиции.
Исходя из этого, не может быть единых
рекомендаций для выбора района с точки зрения
его безопасности.

В наших экспедициях выбор района исходит из
того, что основная часть педагогов принимала
участие в нескольких подобных экспедициях,
учащиеся имеют практику организации быта,
ночлега в полевых условиях, принимали участие в
туристских походах, знакомы с типичными
объективными опасностями данного района, а также
знакомы с приемами оказания доврачебной
медицинской помощи.

За последние четыре года базы наших экспедиций
находились в деревнях Подгороное, Филлипово
(Валуйский район), Лазурное (Волоконовский район),
Бараново (Старооскольский район).

При планировании экспедиции необходимо
предусмотреть несколько важнейших этапов.

О предэкспедицонном периоде уже говорилось

.
Важно, чтобы в подготовительный период учащиеся
четко уяснили себе, куда они едут (расположение
района на карте), представляли особенности
природы, владели навыками экспедиционной жизни.

После прибытия в базовый лагерь 1-2 дня
выделяются на обустройство и акклиматизацию.
Важным воспитательным моментом является
планирование и обустройство лагеря, наведение
порядка и эстетической привлекательности. После
решения бытовых вопросов можно приниматься за
научные программы.

Для естественнонаучных направлений проходит этап
разворачивания аппаратуры, проверки методик.
В
это время организуются однодневные радиальные
выходы в окрестностях лагеря. Группа, работающая
в деревне, знакомится с ее жителями, налаживаются
контакты, выявляются информанты, владеющие
наиболее ценным материалом.

На следующем этапе происходит основной сбор
материала.

И, наконец, важнейшим этапом экспедиции
является итоговая конференция. Она
происходит обычно в базовом лагере. На таких
конференциях ребята на практике ощущают связь
разных наук; осознают, что они исследуют свои
объекты, одними, научными методами.

После конференции проводится праздничная
программа
, включающая в себя конкурсы,
спортивные состязания, песни у костра. Вся
программа итогового дня обычно занимает 10-12
часов и заканчивается под утро.

Далее следуют — отдых, сборы и отъезд.

Также хочу отметить, что такие экспедиции
формируют единый коллектив детей и педагогов,
улучшают внутренний микроклимат, повышают
эффективность работы этого коллектива в течение
всего года.

Все это позволяет рекомендовать школьные
научно-исследовательские экспедиции как
эффективную форму организации образовательного
процесса.

Во время проведения экспедиции я возглавляю
группу учащихся “Физики”.

Во время исследования эта группа выполняет
следующие виды работ:

1. Наблюдение и иследование пяти основных
параметров погоды (температура воздуха,
атмосферное давление, влажность воздуха, вид и
количество выпадающих осадков, направление и
скорость ветра.)

2. Исследование различных рек, ручьев и
источников исследуемого района по специальному
плану.

3. Определение ширины, глубины рек, протекающих
по территории района, среднего давления воды на
дно рек.

Среднее давление воды на дно рек вычисляют по
формуле Pср=gph, где g=9,8 Н/кг, ? —
плотность воды, hср— средняя глубина реки.

Строят график изменения среднего давления воды
на дно реки в зависимости от глубины.

4. Выяснение степени пригодности различных рек
для целей орошения,

соблюдение закона сообщающихся сосудов при
строительстве оросительных каналов и
водопровода.

5. Определение средней скорости течения
различных рек и температуры воды в этих реках.
Построение графиков изменения скорости и
температуры воды в реках.

Скорость течения реки определяют с помощью
поплавков из кружков сухого дерева, с наколотыми
яркими флажками. Измерение скорости течения реки
производят на прямолинейном участке. По всей
ширине реки забрасываются поплавки, за движением
которых наблюдают члены группы. Вычислив
скорость движения своего поплавка, каждый ученик
сообщает свой результат товарищам. Данные
заносятся в специальные тетради.

Строят график изменения средней скорости
движения воды у берегов реки за время экспедиции.

Для измерения температуры воды в реке, родниках
и источниках используют термометр, обмотав его
резервуар и трубку на 4—5 см тонкими нитками.
Нитки впитывают воду источника и через 4—5 мин их
температуры оказываются одинаковыми. При
извлечении термометра из воды нитки защищают его
от действия наружного воздуха в течение 0,5— 1 мин.
Этого времени достаточно для отсчета показаний
термометра. Исходя из результатов регулярных
измерений температуры воды в разных реках,
строят графики изменения температуры воды за
определенный период времени

6. Определение расхода воды в реках.

Для определения расхода воды (Q) в реках
измеряют ширину реки, а затем глубину. Перемножая
среднее значение ширины реки на среднюю глубину,
получают площадь поперечного сечения (S) реки,
умножая которую на среднюю скорость (Vср),
получают количество воды, переносимое рекой в 1 с
в данный момент времени. Q=S?Vср

7. Исследование геомагнитного поля. (Такое
исследование проводят на самодельном приборе.)

(Рисунок 1)

В вертикальной плоскости устанавливают
самодельную катушку (соленоид), внутренний
диаметр которой 250, а внешний—300 мм. На катушку
намотано 50—80 витков изолированной медной
проволоки диаметром 0,04—0,06 мм. В горизонтальной
плоскости катушки укрепляют диск из фанеры на
специально изготовленных к нему ножках. В центре
диска закрепляют вертикальную ось, на которой
устанавливают обыкновенную магнитную стрелку,
ориентирующуюся по линии север (N) —юг (S).

По катушке пропускают слабый постоянный
электрический ток. Сила тока такова, что
образующееся магнитное поле отклоняет магнитную
стрелку на какой-то угол, например на угол 25°. На
такой угол магнитная стрелка повернулась при
нормальном геомагнитном поле.

Регулярные наблюдения показывают, что в
отдельные дни недели угол отклонения магнитной
стрелки либо уменьшается, либо увеличивается, а
это наглядно свидетельствует о наличии
изменений геомагнитного поля.

8. Исследование подземных грунтовых вод.

Составление карты и определение глубины
залегания подземных грунтовых вод — важная
практическая задача. Грунтовая вода под землей
есть всюду, но она залегает на разной глубине. Для
определения глубины залегания грунтовых вод
используют простой метод.

(Рисунок 2)

Берут 4 гвоздя по 200 мм, батарейку для карманного
фонаря, вольтметр и соединительные провода. На
экспериментальном участке забивают два гвоздя в
грунт на некотором расстоянии АВ друг от
друга. С помощью соединительных проводов к
головкам гвоздей присоединяют батарейку. Между
гвоздями, забитыми в грунт в точках А и В,
забивают еще два гвоздя в точках М и N, к
которым присоединяют вольтметр для определения
напряжения.

В том месте, где содержится грунтовая вода,
электропроводимость почвы больше, а
сопротивление меньше. Раздвигая электроды АВ,
можно как бы углубиться в землю, исследуя
сопротивление пород по глубине. Глубина
грунтовой воды равна одной трети расстояния АВ.
Этим методом, в зависимости от положения
крайних электродов, можно провести исследование
залегания грунтовых вод на глубине от 10 до 100 м.

Мой опыт показал, что широкое использование
творческих задач в учебном процессе
способствует осмысленному усвоению всеми
учащимися учебной программы курса физики,
активизации их познавательной деятельности.
Самостоятельное составление физических задач с
использованием данных собственных исследований
развивает творческие способности учащихся. Они,
как правило, составляют физические задачи по
теме своих исследований, но иногда включают
вопросы, не охваченные исследованием, но
связанные с окружающей природой. Важное значение
придается составлению и решению графических
задач.

Я считаю, что привлекая к
научно-исследовательской работе школьников,
необходимо так организовать последовательность
овладения навыками творчества, чтобы, с одной
стороны, не “парализовать” эту способность у
учащегося сложными задачами, а с другой стороны,
не “приземлить” ее слишком простыми. Важно
также, ориентируясь на средний уровень знаний,
дать лучшим школьникам возможность использовать
и развивать свои способности. Ребята постепенно
приобщаются к миру науки, приобретают навыки
исследовательской работы, у них появляется
возможность наиболее интересные из работ
опубликовать в научных сборниках и
периодической печати.

Работая в тесном контакте с учеными, учащиеся
имеют возможность познакомиться с вузами города
и страны, выбрать свой жизненный и
профессиональный путь с учетом своих
склонностей и особенностей характера.

Следующий: