Научное исследование
Специфика исследования в научной практике.
Современную жизнь невозможно представить без науки. Посмотрим вокруг себя, находясь при этом, в школьном классе и зададим учащимся простой вопрос – в чем значение науки в обыденной жизни человека? Как ни странно, наши ученики много могут рассказать из теории науки – привести примеры закономерностей и законов, теорий и методов познания, но почему-то этот вопрос часто вызывает у них затруднение. Если вы, уважаемый коллега, попросите учеников посмотреть вокруг себя и еще раз повторите тот же вопрос, то многие учащиеся, к сожалению, так и не смогут привести вразумительные ответы. А ведь ларчик открывается очень просто – все, что окружает нас в школьном классе, есть прямое воплощение науки в практику: само здание школы простроено в соответствии с законами инженерных сооружений, парты, учебники, тетради созданы с учетом гигиенических норм, светильники в кабинете расположены в соответствии с законами электротехники. Даже одежда, в которой мы сегодня, создана с учетом целого букета законов и закономерностей. Собираясь утром в школу, мы пользуемся мылом, готовим чай или кофе, делаем зарядку и все это обеспечивается практическими знаниями научных закономерностей. Причем эти знания закладываются в нас с раннего детства родителями, как обыденные истины, можно сказать аксиомы. Мы с детства привыкаем их исполнять, не особо задумываясь над правильностью их содержания.
Возникает первый вопрос – все ли у нас так правильно в методиках преподавания предметов, если теоретические закономерности, учащиеся в целом знают достаточно неплохо, но обратный процесс, от практики к теории часто ставит их в тупик? Ну, например, могут ли дети ответить на вопрос, – какие законы физики надо знать, чтобы установить розетку? Или какие правила биологии нужно иметь в виду при уходе за комнатными растениями? Или, какие правила определяют, что нужно чистить зубы минимально два раза в день, а не скажем три или пять?
Ответы на эти вопросы рождались в результате научных исследований. Такие исследования начинались с постановки конкретных, практических задач, на которые ответов не было, либо имеющиеся к тому времени ответы не позволяли в полной мере получать высокие практические результаты. Возьмем классический пример с исследованием питания растений. Еще древние земледельцы научились использовать навоз и золу для увеличения урожайности растений, однако постоянные, на протяжении веков, колебания урожайности давали ясно понять, что сочетания минеральных и органических удобрений имеют свои правила и зависят не только от почвы, но и от выращиваемых культур. И только в конце девятнадцатого, начале двадцатого века, агрохимия постепенно становится самостоятельной наукой, и появляются закономерности комплектации и применения удобрений на полях.
Таким образом, первая специфическая особенность научного исследования заключается в том, что вопросы, на которые ученые ищут ответы, формируются в реальной практике самой жизни. Такие вопросы называются проблемами. Проблема – это вопрос, на который нет ответа вообще или имеющиеся ответы не являются конкретными, позволяющими эффективно выполнять практическую деятельность. Проблемы – постоянные спутники нашей жизни, большие или маленькие сложные или не очень, но они всегда там, где мы пытаемся что-либо делать. Можно конечно ничего не делать, но тогда возникает проблема собственного биологического существования. Ученые в большинстве своем – люди весьма наблюдательные и дотошные. Они всегда подвергают сомнениям то, что многим из нас кажется простым и понятным. Простой пример из работ Н. Коперника. Все знают, что Солнце встает на востоке и садится на западе. В начале 16-го века почти никто не сомневался, что именно Солнце вращается вокруг Земли, ведь движение Солнца видели все, движение Земли не видел никто. И только Н. Коперник засомневался, а так ли это, или только, кажется. В результате исследований ученому удалось доказать, что все как раз наоборот – Солнце стоит на месте, а планеты, включая Землю, движутся вокруг него. Так нужно ли заниматься перепроверкой всем известных истин?
Вернемся к примеру с применением удобрений на полях, можно констатировать, что столетиями эта работа выполнялась на основе практического опыта. Можно утверждать, что земледельцы научились достаточно эффективно использовать различные сочетания минеральных и органических удобрений, но возникает вопрос – были ли эти практические решения наилучшими? И здесь мы подходим ко второй специфической особенности научных исследований - результаты научных исследований, не могут носить характера абсолютной истины, и всегда ограничены методами познания и интеллектуальными возможностями исследователей и следовательно требуют периодической перепроверки. Это означает, что любая истина, даже самая казалось бы незыблемая должна периодически объявляться гипотезой и перепроверяться еще и еще раз. Появляются новые методы исследований и их применение часто приводит к значительным уточнениям в содержании истин, а иногда и к полной замене старых истин на новые.
Ведь часто можно слышать, как молодежь скептически заявляет, что, мол, в науке перспектив недостаточно, уже все или почти все крупные открытия сделаны и тратить годы, а то и всю жизнь на мелкие детали не имеет смысла. Кстати, во все времена большая часть молодежь скептически относилась к научной карьере и только немногие «начинали все заново», перепроверяя то, что считалось незыблемой истиной. Всегда нужно помнить, что любая истина рождается как ересь и умирает как заблуждение. Правда никто не знает времени жизни истины, да и невозможно его определить. Это время зависит от скорости появления новых методов познания и ученых с незаурядным интеллектом. Что мы знали о клеточном строении живой природы до появления микроскопа? Ничего, кроме гипотез, на сей счет, не было. Изобретение микроскопа привело к революционным открытиям в сфере строения и жизнедеятельности клеток и тканей, возникновению новых наук – цитологии, эмбриологии, гистологии. Ученых в целом устраивала физическая картина мира, оформленная в стройную систему механики И. Ньютона, и вдруг, а так всегда в науке бывает, именно вдруг, появляется человек с незаурядным интеллектом А. Эйнштейн, который выдвигает специальную теорию относительности вначале как гипотезу. И это дает новое направление для физических исследований и приводит к пересмотру всей физической картины мира, которая еще недавно ученым казалось простой, понятной и в целом не противоречивой.
Третья специфическая особенность научных исследований заключается в необходимости постоянного самообразования с целью изучения информации по всем вопросам, относящимся к сфере исследования. Наверное, ни в одной профессии нет такого жесткого требования, постоянно изучать научную литературу и результаты новейших исследований, как в профессии ученого. Опыт других исследователей, изложенный в публикациях. оформляется в виде научной картотеки, которая с годами пополняется и является самым ценным инструментом научного познания. Не зря ведь говорят, что тот, кто владеет информацией, владеет истиной. Почему картотека так важна в научной деятельности? Потому что картотека определяет поле известной информации и четко обозначает границу, за которой начинается неизвестное. В 1919 году одесский счетовод И. Губерман с помощью элементарной алгебры вышел практически на те же положения специальной теории относительности, что и А. Эйнштейн. Каково же было его удивление и расстройство, когда он узнал, что эти положения уже открыты. Отрыв от информации о новейших исследованиях сводит научную деятельность на нет.
Четвертая специфическая особенность науки заключается в поиске и проверке всех возможных путей ведущих к истине. Такими путями являются научные гипотезы. Некоторое пояснение содержания научной гипотезы. Научная гипотеза всегда включает в себя определенные факты и допущения. Если гипотеза строится без научных фактов, лишь на одних допущениях, то чаще всего она лишена научного смысла. Это очень важный методологический аспект, определяющих объективность научных исследований. Кто-нибудь из нас задумывался над вопросом – а почему собственно интересные гипотезы приходят в голову, как правило, ученым занимающимся исследованиями? Почему эти гипотезы не приходят в голову именно нам, чем мы хуже? Вот скажем, отец русской авиации Можайский, как-то гуляя под дождем, обратил внимание на то, как вода, стекающая из водосточной трубы обтекает кирпич. И что вы думаете? Глядя на положение кирпича, ему пришла идея формы крыла самолета. По мнению некоторых историков науки, химику Кекуле приснилась форма бензольного кольца. И опять вопрос – может быть и нам что-нибудь приснится или нужно, как Можайский почаще гулять под дождем? Ни то, ни другое. Увидеть научную гипотезу может только тот, кто погружен в информацию по данной теме. В основе такой гипотезы всегда лежат известные факты, и сама гипотеза рождается, как интуитивное озарение лишь в том случае, если ученый регулярно осмысляет эти факты и создает мысленные варианты различных последовательностей. В противном случае ничего не будет. Называть это можно по разному – инсайтом, озарением, шестым чувством, Божественным откровением, как угодно. Но следует помнить, истина открывается только достойным, которые доказали свое достоинство многолетним упорным трудом, а иногда и всей жизнью. Может поэтому нет среди Нобелевских лауреатов молодых и рьяных?
Что такое результаты научной работы? Допустим, что ученый всю свою жизнь посвятил тому, чтобы проверить ряд гипотез и к концу жизни и карьеры убедился, что все они ошибочные. Может ли такое быть? Еще как! Мы ведь знаем имена тех ученых, которые добились несомненных успехов, творцов законов и теорий, авторов знаменитых и оригинальных гипотез, методов исследований. Но сотни имен ученых, которые не сделали великих открытий, остаются в памяти только специальной научной литературы. О них почти никто не знает. Они перепроверяли разнообразные гипотезы и убеждались сами и убедили других, что многие из этих гипотез не состоятельны. Выходит жизнь в пустую? Раз нет великих открытий, то какой же ты ученый? Нет, не в пустую, их работы не менее важны, чем работы созидателей законов и теорий. Именно благодаря их усилиям экономится время других ученых на ненужные поиски, сужается поле поиска истины. Гипотез для решения проблемы может быть очень много, от нескольких, до десятков и сотен. Возникает вопрос – а нужно ли все проверять? Может достаточно проверить десять, тридцать или те, которые ученому кажутся наиболее близкими к истине? Специфическая особенность научных исследований, как раз в том и заключается, что нужно проверять все возможные гипотезы. Никто не знает и не может знать, а интуитивно это определить крайне сложно, какая гипотеза в результате практической проверки окажется истиной. Более того, таких истин может быть несколько, что дает в последующем альтернативные направления в развитии науки и практики. Поэтому научное исследование требует терпения и многократной проверки.
Сделаем некоторые выводы из первой части нашей лекции. Вывод первый – пессимистический. Научная работа чаще всего не дает ни денег, ни славы. Как писал К.Э. Циолковский: «Я всю жизнь занимался тем, что не давало мне ни славы, ни хлеба, но я верил, в то, что в будущем мои работы принесут людям горы хлеба и бездну могущества» («Грезы о Земле и небе»). Кстати Циолковский был нашим коллегой – простым учителем физики, в простой школе. Значит ли это, что наукой заниматься – это занятие для людей не от мира сего. Вовсе нет. Уже в школе надо начинать подготовку к научной деятельности, обучая учеников азам научных исследований и поиску проблем, которые имеют перспективы для научной практики. Следует помнить, что общество может быть цивилизованным и конкурентоспособным только при условии конкурентоспособности научных институтов, имеющихся в этом обществе. Одна из главных задач учителя – знакомить учащихся с новейшими исследованиями в изучаемой науке, проблемами над которыми в настоящее время работают ученые, методами их решений, практическими перспективами возможных решений. Что касается денег и славы, то ведь немало профессий, которые держатся на энтузиазме людей, выбирающих эти профессии. Профессии врача, учителя, инженера вряд ли являются высокооплачиваемыми, но невозможно представить общество без этих профессий.
Второй вывод – оптимистический. Практика работы многих учителей показывает, что, начиная с 6-7-го классов, учащихся можно постепенно обучить методологии научных исследований. Более того, уже в школе, отдельные ученики могут выполнить весьма успешные и интересные с научной точки зрения исследования.
Вывод третий – методологический. Изложенный выше материал представляет собой информацию для организации дискуссий с учащимися. По каждой особенности научных исследований можно проводить отдельные дискуссии, причем начиная уже с 6-го класса. Ведь специфика научных исследований – это некоторые закономерности научной деятельности, понимание сути которых позволяет реально представить ученику работу ученого. Вкратце повторим ее последовательность.
Мир вокруг нас можно рассматривать как совокупность проблем, возникающих в практической деятельности, важно научиться видеть и формулировать эти проблемы. Очень полезно для науки время от времени пересматривать известные закономерности, законы и теории. Особенно сопоставляя их с новыми фактами. Должна идти самая настоящая охота за противоречиями между теорией и фактами. Именно противоречия и есть двигатель науки. Для накопления необходимой для научной работы информации нужна картотека. В идеале, картотеку нужно начинать составлять с детского сада, в крайнем случае, со школьной скамьи. Чем больше картотека по исследуемой теме, тем больше шансов на победу, то есть на научное открытие, почет славу, деньги, Нобелевскую премию, наконец. Это если с юмором подходить к делу. Без юмора, картотека требует постоянного самообразования, ведь нужно не просто выписать факт, но и проанализировать его соотношение с другими фактами и теориями. Итак, сопоставив факты и теории, мы увидели противоречие. Начинается самое интересное – формулирование гипотез для разрешения противоречий и их проверка. Помним о том, что гипотезы должны иметь хотя бы частичную фактологическую основу, то есть быть научными и чем гипотез будет больше, тем вероятнее, что хотя бы одна из них окажется истиной.
Но все ли в этих выводах соответствует научной работе, или что-то здесь не так? Вот об этом и нужно дискутировать с учащимися.
Структура биологического исследования и особенности его содержания.
Исследование - это решение проблемы, включающее в себя теоретический анализ, оформление гипотез, практическую проверку полученных гипотез и оформление результатов. Научное исследование имеет следующую структуру.
Постановка проблемы, цели и задач исследования.
От того насколько правильно сформулирована проблема, зависят результаты всего исследования. Проблема исследования - это затруднение в жизнедеятельности организма или сообщества, недостаток или отсутствие информации о каком-либо объекте или процессе.
Формулирование проблемы начинается с краткого описания ситуации, в которой возникает проблема, после чего составляется формулировка самой проблемы. Для формулирования проблемы о возникающем затруднении можно использовать следующую схему: выполнение действия - краткое описание его сути, дает положительный эффект - указывается какой, но при этом возникает отрицательный эффект - указывается какой. Для формулирования проблемы о недостатке или отсутствии информации о какой-либо системе можно использовать следующую схему: повышение эффективности системы - указывается какой, возможно в том случае, если будут созданы специальные условия - указывается какие.
На основе проблемы формулируется цель исследования. Цель - это конечный результат, который будет получен в процессе исследования.
В соответствии с целью формулируются задачи исследования. В задачах исследования указываются основные этапы работы, их, как правило три: теоретический анализ проблемы исследования, оформление гипотез решений проблемы в теоретическую модель и практическая проверка теоретической модели и ее коррекция.
Выбор методов исследования.
Выбор методов исследования определяется поставленными задачами. Для выполнения каждой задачи следует тщательно продумать и выбрать теоретические и (или) практические методы.
К теоретическим методам относятся: сравнительный анализ информации из научной литературы, моделирование, системный анализ, методика решения противоречий, конструирование и проектирование.
К практическим методам исследования относятся: наблюдение, измерение, анкетирование, интервью, тестирование, беседа, метод рейтинга (определение значимости объекта, деятельности какой-либо личности или события, путем использования специальной шкалы оценок), метод независимых характеристик (составление письменной характеристики объекту, личности или событию большим количеством людей, независимо друг от друга), эксперимент.
Теоретический анализ проблемы.
Абсолютное большинство научных проблем не являются объективно новыми. Они уже когда-то ставились учеными в разных формулировках и имеют определенные решения. Другое дело, что имеющиеся решения малоэффективны или приводят в появлению нежелательных отрицательных последствий.
Поэтому первый этап теоретического анализа - это изучение и анализ научной и научно-популярной литературы. Без такого анализа велика вероятность того, что полученные результаты исследования будут повторять ранее известные решения проблемы.
Приступая к анализу научной литературы, следует, прежде всего, выбрать необходимые источники. Для этого лучше всего воспользоваться систематическим каталогом библиографического отдела научной библиотеки. При работе с каждой книгой ознакомьтесь внимательно с оглавлением, выберите главы и параграфы, которые имеют непосредственное отношение к проблеме исследования. Из этих глав выписываются только те фрагменты, в которых содержится информация о методах решения проблемы, полученных решениях. Эти фрагменты выписываются полностью, либо составляются их аннотации. Важнейшим условием правильного анализа научной литературы является сравнение различных подходов к решению проблемы, указание сильных и слабых сторон в каждом из полученных авторами решений. После завершения анализа научных монографий, необходимо проанализировать научно-популярную литературу и, прежде всего, научно-популярные журналы. Часто результаты новейших исследований публикуются именно в научно-популярной литературе.
На втором этапе теоретического анализа выполняется решение проблемы с помощью методов диалектической логики и формулирование гипотез. Оптимальный путь - это решение проблемы всеми указанными выше методами: системным анализом, методикой решения противоречий. О применении этих методов для решения проблем будет рассказано во второй лекции.
На третьем этапе теоретического анализа сравниваются решения проблемы, полученные в процессе анализа научной литературы и гипотезы, полученные при проведении диалектического анализа. В результате этой работы конструируется теоретическая модель цели исследования для последующей практической проверки.
Практическая проверка теоретической модели.
Практическая проверка теоретической модели включает в себя, как правило, три группы операций.
1. Практическая проверка теоретической модели с помощью экспериментов и ее коррекция. Исследователю следует помнить, что критерием истины является практика, а именно экспериментальная проверка полученных теоретических положений. Планируя проведение экспериментов, следует придерживаться следующих правил: 1) максимальное исключение из опыта факторов, которые могут помешать его проведению или исказить результаты; 2) многократное повторение опытов; 3) сравнение результатов в опыте с результатами в контроле - общепринятых условиях; 4) опыты не должны наносить вреда их участникам, поэтому возможные отрицательные последствия должны просчитываться заранее; 5) положительный результат опытов - это достижение положительных устойчивых результатов у большинства подопытных.
2. Социометрия - это изучение мнений различных людей об экспериментальной системе с помощью бесед, анкетирования, интервью, методов рейтинга и независимых характеристик, тестов. Социометрия позволяет увидеть и оценить достоинства и недостатки экспериментальной системы глазами многих людей, как имеющих, так и не имеющих отношение к ее созданию. Важнейшим условием социометрии является предварительное ознакомление участников опросов с экспериментальной моделью. Люди должны знать то, о чем они будут высказывать свое мнение.
Для подготовки вопросов анкеты или интервью можно использовать следующий алгоритм:
1) как вы относитесь к исследуемой системе;
2) в чем, по вашему мнению, положительные функции системы;
3) в чем, по вашему мнению, отрицательные функции системы;
4) как вы думаете, нужно ли внести в систему следующие изменения - указывается какие;
5) какие изменения вы предлагаете внести в систему;
3. Математический анализ результатов экспериментов и социометрии предполагает построение графиков, диаграмм и уравнений, а также определение коэффицентов изменений полезных функций. Графики и диаграммы строятся на основе общих правил. Коэффицент изменений каждой полезной функции системы рассчитывается как соотношение количественного показателя полезной функции системы до изменений к количественному показателю полезной функции после изменений. Коэффиценты изменений полезных функций могут быть выражены в процентах, для этого полученные цифровые значения умножаются на 100. Математическая обработка полученных результатов позволяет более точно определить эффективность функционирования экспериментальной системы.
Составление выводов и предложений.
Этот этап исследования включает в себя две части операций.
1. Констатирующая часть. В этой части исследования составляются обобщенные выводы по каждой части работы. На основе теоретического анализа проблемы в выводах кратко отображается полученная теоретическая модель, ее сильные и слабые стороны. На основе практической части работы анализируются результаты экспериментов, указываются элементы коррекции, которые были внесены в теоретическую - окончательно оформляется результат (цель) исследования. На основе математической обработки результатов экспериментов и социометрии анализируется изменение эффективности полученной экспериментальной системы по сравнению с общепринятыми данными и отношение людей к ней. Следует помнить, что в процессе исследования могут быть получены как отрицательные, так и положительные результаты. Принципиально важным является аргументация, которую предлагает исследователь для объяснения полученных результатов.
Завершая констатирующую часть, исследователь оценивает теоретические и практические результаты проведенного исследования.
2. Прогнозирующая часть.
Культура исследования требует, что бы помимо выводов были сделаны предложения по дальнейшему исследованию новой системы. В этой части работы исследователь составляет краткий прогноз развития новой системы с помощью закономерностей развития систем, формулирует проблемы, которые могут возникнуть в ее деятельности и составляет краткий план их решения.
Оформление списка использованной в исследовании литературы.
Список литературы, которая использовалась в процессе исследования, может быть составлен двумя путями - по алфавиту, или порядку использования. Если указываются научные монографии, то форма записи имеет следующий вид.
1. Иванов В.В. Балтийское море. - Рига:
Просвещение,1987. - С.34-37.
Указаны страницы, текст с которых использован в работе, но можно указать и общее количество страниц в книге. В этом случае вместо С. 34-37, записывается общее количество страниц в книге, допустим - 205с.
Если указываются статьи из научных журналов или газет, то форма записи имеет следующий вид.
2. Петров А.Н. Заповедник Морицсала//Природа и мы. - 1989. -
N 7. - С. 32-41.
Некоторые выводы по этой части лекции. Ознакомление учащихся с технологией научного исследования желательно построить через серию обсуждений его отдельных этапов на уроках. При этом рассказ учителя об особенностях каждого этапа желательно дополнять письменными размышлениями (эссе) учащихся на тему о значении данного этапа для процесса исследования и его результатов. Составление эссе рекомендуется проводить в группах, затем зачитывать и обсуждать. Причем другим группам ставится задача опровергнуть основные выводы зачитываемого эссе.
Методика ознакомления учащихся с биологическим исследованием.
Опыт обучения учащихся технологии научного исследования, позволяет предложить, как один из возможных вариантов методики преподавания, следующий подход:
6-9 классы – изучение элементов исследовательской деятельности.
10-12 классы – целостное изучение технологии научного исследования.
Несомненно, что среди учащихся основной школы всегда будут дети с высоким интеллектуальным уровнем, которые примерно к 7-8-9 классу смогут провести целостное биологическое исследование, однако таких детей единицы.
Обучение анализу научной и научно-популярной литературы.
В 6-8-х классах рекомендуется научить учащихся методике работы с информацией из научной и научно-популярной литературы. Существует пять вариантов такой работы по степени усложнения: 1) картотека (набор аннотаций); 2) энциклопедическая справка; 3) доклад; 4) реферат; 5) обзорный анализ. Сразу следует сказать об объемах работ. К сожалению часто учителя требуют от учащихся докладов больших объемов. Возникает вопрос – мы хотим много слов или много мыслей? Поэтому объемы информационных работ следует жестко ограничивать по принципу – слов должно быть мало, мыслям должен быть простор. Тем, кто сомневается в этом нужно напомнить, что докторская диссертация А. Эйнштейна со специальной теорией относительности была изложена всего на 25 страницах. И это в то время, когда подобные диссертации писали не менее чем на 150-200 страницах. Поэтому все гениальное просто и требует мало места.
Картотека представляет собой набор карточек, на которых кратко изложено содержание статьи или книги. Обучение составлению картотеки следует начинать по текстам учебника. Примерный план аннотации может быть следующим:
1) название текста; 2) основные идеи текста; 3) факты, аргументы и опыты в поддержку основных идей; 4) противоречия между аргументами; 5) проблемы (недостаток или отсутствие информации о чем-либо). Объем карточки – не более полстраницы А-4.
Энциклопедическая справка представляет собой сборник карточек по выбранной теме. Объем энциклопедической справки растет с каждым годом.
Доклад представляет собой текст, в котором представлено сравнение двух или более мнений ученых, результатов исследований по выбранной теме. На первом этапе обучения возможно составление доклада, как элементарного текста-копии из энциклопедии или Интернета, однако это скорее информационное сообщение, нежели доклад. Основная задача доклада сравнение различных мнений и поиск возможных противоречий. Объем доклада не более 3 страниц А-4.
Реферат отличается от доклада тем, что на основе сравнения мнений разных ученых по выбранной теме, автор реферата сформулировал проблемы (противоречия) и выдвинул гипотезы для их решений. Эта форма работы оценивается выше, чем доклад. Объем реферата не более 5 страниц А-4.
Обзорный анализ – это реферат, в котором изложены основные научные мнения, результаты исследований по данной теме, сделан их сравнительный анализ, сформулированы проблемы (противоречия) и выдвинуты гипотезы. Объем обзорного анализа желательно ограничить 7-10 страницами А-4.
Обучение наблюдениям, измерениям, опытам.
Традиционные элементы биологических исследований. Обучение этим методам осуществляется в рамках программных лабораторных и практических работ. Однако необходимо сделать одно важное дополнение из теории решения изобретательских задач – ТРИЗ (подробнее о ТРИЗ в следующих лекциях) – правила измерений;
1) для точного определения состояния системы необходимо последовательное измерение всех ее изменений;
2) если невозможно измерить параметры самой системы, то это можно сделать на ее копии или фотоснимке;
3) если измерение системы вызывает значительные трудности, то желательно так изменить систему, чтобы отпала необходимость в ее измерениях;
4) точность измерений можно повысить, если сравнить систему с эталоном или несколькими, параметры которых известны.
Обучение планированию исследований в 8-12-х классах.
Под планированием исследований понимается специальная серия творческих заданий для учащихся, выполняя которые они составляют описание плана предполагаемых исследований. Эту работу желательно начинать уже в 8-ом классе, в средней школе эта работа должна быть обязательным составным элементом учебной деятельности учащихся. Приведем несколько примеров таких заданий.
1. Составьте план исследования состояния окружающей среды в окрестностях вашей школы, используя в качестве индикаторов деревья, лишайники, видовой состав и количество травянистых растений.
2. По некоторым данным ожирение у человека является генетическим заболеванием, а не следствием нерационального образа жизни. Составьте план исследования для определения реальных причин ожирения.
3. Ученые установили, что работы сердца человека недостаточно для перекачивания крови человека по организму. Составьте план исследования, которое необходимо было выполнить ученым.
Планирование исследования желательно проводить в групповой или парной формах работы. Эти формы, особенно групповая форма, оптимально обеспечивают организацию общения учащихся. Для организации мышления, ученикам предлагается один из возможных алгоритмов планирования исследования.
1. Определите цель исследования – какой результат предполагается получить в процессе исследования. В чем практический смысл исследования?
2. Определите задачи и методы исследования – последовательность этапов работы для достижения цели;
3. Сформулируйте проблему исследования – затруднение, которое необходимо устранить, недостаток или отсутствие информации о цели исследования;
4. Сформулируйте гипотезу (гипотезы) исследования – предположение о возможном способе решения проблемы;
5. Составьте краткое описание информации, которую необходимо получить из научной литературы для построения теоретической модели проблемной ситуации;
6. Составьте описание наблюдений, опытов и измерений, которые необходимо выполнить для проверки гипотезы (гипотез);
7. О чем вы напишите в выводах исследования?
Пример планирования исследования.
Ученые установили, что только 10% ДНК клеток человека регулярно работает на синтез белка. Какие исследования необходимо было провести ученым для такого вывода. Составьте его план.
Планируем исследование по алгоритму:
1. Цель исследования – определение объема и состава, регулярно работающих генов по отношению к общему объему генов. Практический смысл исследования заключается во многих аспектах, например в том чтобы понять какие гены интенсивно работают и следовательно быстрее изнашиваются, что влияет на продолжительность жизни человека. Еще один вариант – попытаться найти механизм регулирования работы генов. Особенно выключения тех генов, работа которых нежелательна в данный возрастной период.
2. Задачи исследования:
1) анализ научной литературы - найти в научной литературе информацию о работе генов; 2) провести экспериментальные исследования для определения работы генов по образуемым белкам. Для определения белков будут использованы химические методы;
3) сравнить результаты экспериментальных исследований с данными теоретического анализа научной литературы.
3. Проблема исследования – необходимо получение точной информации об интенсивности работы и составе регулярно работающих генов человека в течение его жизни.
4. Гипотез можем быть много, однако ограничимся одной – у человека регулярно работают не все гены, а только их часть, обеспечивающая синтез белков необходимых для поддержания нормальной жизнедеятельности. Учащимся желательно выдвигать много гипотез, но расписывать дальнейшие шаги исследования рекомендуется на основе одной гипотезы, которой ученики отдадут предпочтение. Расписывать исследование по остальным гипотезам можно рекомендовать как домашние задания или задания для углубленного изучения курса (дифференциация).
5. Из научной литературы необходимо получить следующую информацию: какие гены и как интенсивно работают, какие включаются только в определенный период, какие работают постоянно. Сравнить информацию из разных научных источников, сформулировать противоречия в виде проблемных вопросов.
6. Эксперименты предполагают определение синтезируемых белков в изолированных тканях тела человека, желательно выбирать разные ткани для последующего сравнения. Необходимо определить какие белки будут синтезироваться. Кроме того, образцы тканей необходимо взять у людей разного возраста для оценки возрастных изменений в процессе работы генов.
7. В выводах мы укажем обобщения по результатам каждого этапа работы (задач), сравним результаты экспериментов и теоретической модели, оценим соответствие полученных результатов гипотезе и сформулируем перспективы дальнейших исследований.
Некоторые выводы по этой части лекции. В 6-7-х классах начинается начальное обучение учащихся технологии исследования. Подготовка карточек-аннотаций, энциклопедических справок, докладов, рефератов планируется учителем исходя из особенностей содержания тем и наличия дополнительной литературы. Аналитические обзоры рекомендуется выполнять в средней школе. Практические и лабораторные работы, опыты и измерения в классе и дома позволяют овладеть элементарными навыками практики исследований.
Начиная с 8-го класса желательно включать задания на планирование биологических исследований. Вначале, как обобщающие работы по двум-трем темам, чтобы учащиеся имели возможность выбора. Для этого ученикам предлагается несколько тем. В 10-12-х классах такие задания желательно включать в содержание каждой темы, как на уроках, так и для домашнего выполнения. Освоение учащимися планирования научных исследований позволяет со временем перейти к реальным научным исследованиям отдельным ученикам. Этот выбор делают сами ученики, и чаще всего он относится к исследованиям по экологической и природоохранной тематике, а также к проблемам образа жизни детей и взрослых и его влиянию на их здоровье. Последние работы выполняются с помощью анкетирования, тестирования и других социометрических методов.
