Организация исследовательской деятельности в процессе обучения естественнонаучным дисциплинам в школе и вузе

НАУЧНАЯ МЫСЛЬ
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ







ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ В ШКОЛЕ И ВУЗЕ



МОНОГРАФИЯ

znanium.com

Москва ИНФРА-М 2020

УДК 378.147(075.4)
ББК 74.48
      О64


    Авторский коллектив:                                               
    Романов Петр Юрьевич, Злыднева Татьяна Павловна, Романова Татьяна  
    Евгеньевна, Великих Альфия Салиховна, Смирнова Лариса Викторовна   
    Рецензент:                                                         
    Беликов Владимир Александрович, доктор педагогических наук, профес    сор, заведующий кафедрой образовательных технологий и дистанцион-  
    ного обучения Южно-Уральского государственного гуманитарно-педаго- 
    гического университета                                             
О64 Организация исследовательской деятельности в процессе              
    обучения естественнонаучным дисциплинам в школе и вузе : моно-     
    графия / П.Ю. Романов, Т.П. Злыднева, Т.Е. Романова [и др.]. ---   
    Москва : ИНФРА-М, 2020. --- 260 с. --- (Научная мысль). --- DOI    
    10.12737/25280.                                                    
    ISBN 978-5-16-012852-8 (print)                                     
    ISBN 978-5-16-105530-4 (online)                                    
    В монографии выделены, сформулированы и обоснованы теоретиче-      
    ские положения (методологические подходы, принципы) и педагогиче-  
    ские условия эффективной организации исследовательской деятельности
    обучающихся. На основе выделенных теоретических положений разра-   
    ботана структурно-содержательная модель формирования исследова-    
    тельских умений (как доминанта исследовательской деятельности) обу    чающихся в системе непрерывного образования. Дается характеристика 
    и признаки творческих задач, позволяющих сформировать исследова-   
    тельские умения обучающихся, приводится структура решения назван-  
    ных задач. Обосновано положение об ориентировочной основе действий 
    по решению задач как средстве управления формированием исследова-  
    тельских умений.                                                   
    Теоретические положения реализуются в учебно-методическом обес-    
    печении формирования исследовательских умений обучающихся в про-   
    цессе обучения различным разделам школьного и вузовского курсов ма    тематики и информатики.                                            
    Для преподавателей вузов, научных работников, магистрантов, аспи-  
    рантов, учителей математики.                                       

УДК 378.147(075.4)
ББК 74.48

ISBN 978-5-16-012852-8 (print)
ISBN 978-5-16-105530-4 (online)

© Коллектив авторов, 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ


     ВВЕДЕНИЕ.........................................5
     Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ      ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ                  ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫМ
ДИСЦИПЛИНАМ 1.1. Факторы эффективной подготовки выпускника вуза математического профиля...................................8
   1.2.  Методологические подходы к решению проблемы формирования исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования...............................24
   1.3.  Принципы моделирования и организации процесса формирования исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования.............................32
   1.4.  Структурно-содержательная модель системы формирования исследовательских умений обучающихся в условиях непрерывного образования..................................39
   1.5.  Педагогические условия эффективного формирования исследовательских умений обучающихся...................50
   1.6.  Управление формированием исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования.......66
   1.7.  Задача как средство формирования исследовательских умений обучающихся...................................84
     Глава II.

    МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УМЕНИЙ В СИСТЕМЕ ДОВУЗОВСКОЙ И ВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВОК

   2.1.    Организация исследовательской деятельности при обучении учащихся решению задач с параметрами....................104
      2.1.1. Исследовательская деятельность учащихся при построении ориентировочной основы решения квадратных
      уравнений с параметрами ..............................105
      2.1.2. Исследовательская деятельность учащихся при решении и исследовании систем уравнений с параметрами....116
   2.2.    Формирование исследовательских компетенций интерактивными методами при изучении геометрических мест точек......135
      2.2.1. Формирование исследовательских компетенций методом проектов.........................................137

3

      2.2.2. Формирование исследовательских компетенций методом дискуссии....................................146
   2.3.   Организация исследовательской деятельности обучающихся в процессе изучения теории нечетких множеств.......158
      2.3.1. Элективный курс «Введение в теорию нечетких множеств» для учащихся старших классов как пропедевти      ка исследовательской деятельности.................159
      2.3.2. Изучение основ и методов принятия решений как средства организации исследовательской деятельности
      учащихся школ.....................................167
      2.3.3. Организация исследовательской деятельности студентов при изучении методов принятия решений в курсе теории нечетких множеств..........................180
   2.4.   Формирование исследовательских умений студентов в процессе решения дифференциальных уравнений.............198
   2.5.   Методика организации исследовательской деятельности студентов в процессе изучения дисциплин информатики.....206
      2.5.1. Методика организации исследовательской деятельности бакалавров в курсе «Системное и прикладное про      граммное обеспечение».............................208
      2.5.2. Методика организации исследовательской деятельности магистров в курсе «История и методология при      кладной математики и информатики».................224
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................230
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................234
ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................255

4

ВВЕДЕНИЕ


      Новые социальные и экономические условия жизни страны, новые структурные образования привели к необходимости активизировать работу по подготовке специалиста, работающего в этих условиях. При этом потребности общества в специалистах с качественно новым уровнем подготовки, владеющих технологией научного исследования, будут постоянно возрастать. Подготовку такого специалиста следует начинать в процессе получения среднего образования, поэтому актуальным является необходимость внедрения универсальных научных методов познания в систему образования, использование в педагогической практике исследовательских технологий.
      Помимо этого, Федеральные Государственные образовательные стандарты высшего образования в качестве основных результатов обучения требуют от выпускника вуза владения целым комплексом компетенций в области научно-исследовательской деятельности [253, 254, 255]. Таким образом, система среднего и высшего образования должна готовить обучающихся, владеющих основами исследовательской деятельности.
      В свою очередь, современное образование продуцирует формы, методы социальных отношений, вызывает социокультурные изменения, адекватные общественным тенденциям. Такая система образования требует творческого учителя математики и информатики, способного к активному участию в инновационных процессах. В этих условиях учитель должен владеть теорией и практикой научного исследования, что позволит ему реализовать концептуальные положения учебных пособий в специфических условиях конкретного образовательного учреждения, готовить школьников к применению полученных знаний и умений исследовательской деятельности в дальнейшей профессиональной подготовке и жизненных ситуациях. При этом следует отметить, что в настоящее время (на основе Закона РФ «Об образовании» и Национальной доктрине образования) к педагогическим работникам предъявляются требования по овладению научно-исследовательской деятельностью как деятельностью профессионально значимой. В связи с этим, можно говорить о социальном заказе общества на подготовку учителя-исследователя.
      В связи с вышесказанным возникает необходимость в подготовке учителя, владеющего методами и приемами исследовательской деятельности, умеющего формировать исследовательские умения у учащихся в процессе их обучения. Для этого необходимо приблизить учебную деятельность обучающихся на всех этапах обучения (довузовский,

5

вузовский, послевузовский) по структуре к исследовательской, не выходя за рамки образовательных программ по соответствующим дисциплинам. Мы исходим из того, что реализовать данную идею возможно в условиях непрерывного математического образования, включающего образование учащихся профильных классов, студентов лицея, вузовскую подготовку студентов и послевузовскую подготовку выпускников. При этом исследовательские умения обучающихся в процессе непрерывного образования мы считаем доминантой в системе профессиональной подготовки
      Существует достаточно большое число работ, посвященных отдельным аспектам формирования исследовательских умений обучающихся.
      Проблеме разработки теоретических и методических основ педагогической деятельности, подготовке будущих работников образования посвящены исследования Л.А. Башариной, В.И. Зверевой, К. Инген-камп, В.П. Комарова, Н.М. Косова, А.Я. Найна, А.И. Подольского, В.Г. Рындак, Н.Я. Сайгушева, З.М. Уметбаева, Е.А. Федоровой и других.
      Специфика исследовательской деятельности студентов, формы, виды сотрудничества преподавателей и студентов, влияние научно-исследовательской работы преподавателей на развитие интереса студентов к науке исследуются в работах Л.И. Аксенова, С. Арнович, А.С. Гаязова, Г. Жирос, Е.Б. Гушканец, В.В. Ващкевича, С.Н. Брасилина, Т.Е. Кузнецовой, Н.В. Киселевой, Б.И. Сазонова и других.
      Исследования О.А. Абдуллиной, В.И. Загвязинского, И.Ф. Исаева, В.А. Кан-Калика, Н.В. Кузьминой, Л.С. Подымовой, В.Г. Рындак, В.А. Сластенина и других посвящены проблемам подготовки будущего учителя в вузе, послевузовской переподготовке и вопросам непрерывного педагогического образования.
      Значительную роль в формировании исследовательских умений учащихся играет математическое образование и образование в области информатики, поскольку многие методы познания связаны с математическими методами исследования.
      Отдельные аспекты обучения математике и информатике будущего учителя исследованы Н.И. Батькановой, Х.А. Гербсковым, Л.Е. Евелиной, Н.Н. Егарминой, Т.А. Корешковой, Б.А. Наймановым, Л.А. Пржевалинской, А.М. Радьковым, М.К. Саядяном, О.И. Федяевым.
      Однако при наличии большого числа работ по проблеме профессионально-педагогической направленности обучения математике и информатике, нет работ, раскрывающих профессиональнопедагогическую направленность организации исследовательской дея

6

тельности студентов на материале фундаментальной математической и информационной подготовки, нет работ концептуального плана.
      Аналогичная ситуация складывается и по проблеме формирования исследовательских умений в курсе математики и информатики средней школы. Несмотря на довольно активную разработку отдельных аспектов проблемы формирования исследовательских умений обучающихся в процессе непрерывного образования или его этапов, трудно говорить о существовании целостного подхода к ее решению.
      Целью нашего исследования является разработка теории формирования исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования и методики ее реализации при обучении различным разделам математики и информатики в школе и вузе.
      Цель исследования определила постановку следующих задач:
   1)     выделить, сформулировать и обосновать теоретические положения (методологические подходы, принципы) и педагогические условия эффективного формирования исследовательских умений обучающихся;
   2)     на основе выделенных теоретических основ разработать структурно-содержательную модель формирования исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования;
   3)     дать характеристику средств формирования исследовательских умений и средств управления данным процессом;
   4)     разработать учебно-методическое обеспечение по формированию исследовательских умений обучающихся в системе непрерывного образования в процессе обучения различным разделам школьного и вузовского курсов математики и информатики и внедрить его в образовательную практику.
      Поставленная проблема рассматривается нами в аспекте математической подготовки учащихся средней школы, а также бакалавров и магистров направлений подготовки 01.04.02 (01.03.02) Прикладная математика и информатика и 44.04.01 (44.03.01) Педагогическое образование (профиль «Математика»).

7

Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ

1.1.  Факторы эффективной подготовки выпускника вуза математического профиля

     Формирование специалистов, способных быстро переключаться на новые сферы жизнедеятельности, обладающих установкой к самосовершенствованию, является одной из приоритетных задач современной системы образования. Эта задача в полной мере актуальна и для математического образования. При ее постановке и решении следует исходить из признания значительности образовательного потенциала творческой деятельности обучающихся.
     Огромными возможностями для этого обладает система непрерывного образования. Реализация идеи непрерывности при этом заключается в том, что развитие творческих качеств личности (направленности, способностей, соответствующих исследовательских умений), подготовку к будущей исследовательской деятельности в вузе и творческой работе после окончания вуза необходимо начинать еще со школы. Однако для этого и школе нужен творческий учитель, способный к активному участию в инновационных процессах, к экспериментальноисследовательской деятельности, сочетающий функции школьного учителя и ученого-исследователя.
     Выйти из этого замкнутого круга можно, только обеспечив целенаправленный процесс подготовки выпускника-исследователя (учитель математики, информатики, специалист в области прикладной математики и информатики). Это возможно в том случае, когда вуз возьмет на себя сложное дело обучения творчеству всех своих студентов через приобщение их к решению творческих, исследовательских задач. Это же возможно лишь тогда, если сам процесс преподавания в вузе будет систематически, планомерно и органически включать в себя исследовательскую деятельность студентов, деятельность, направленную на познание и создание новых приемов, способов, идей, самостоятельное совершенствование и обновление знаний, овладение общими и частными методами исследования, способностью к самостоятельному, нестандартному решению профессиональных задач. Особый акцент в нашем исследовании сделан на подготовку учителя-исследователя как основу системы исследовательской работы в процессе непрерывного математического образования


8

      Говоря о подготовке учителя-исследователя, необходимо определить сущностные характеристики этого понятия. Учитель как исследователь может состояться тогда, когда начинает замечать противоречия и проблемы в своей педагогической деятельности, и у него возникают потребности решить их. Но для решения этой задачи у учителя (помимо профессиональных и личностных) должен быть сформирован комплекс исследовательских умений, в котором В.И. Андреев выделяет следующие группы:
   1)     диагностические (наблюдение, диагностика, фиксация, обработка, интерпретация и др.):
   2)     экспериментальные (формулировка цели, проблемы, предмета, объекта гипотезы исследования, выбор методов, форм, средств и др.);
   3)     аналитические (анализ литературы, выделение существенных связей и закономерностей, сопоставление мнений и др.);
   4)     коммуникативные (умение общаться, отстаивать свою точку зрения, обсуждать результаты, распределять обязанности и др.) [5].
      Очевидно, что перечень выделенных групп умений не является полным, он лишь отражает основные направления исследовательской деятельности учителя. Кроме этого, каждое умение представляет собой сложный сплав более мелких умений, формирование которых должно начинаться еще на этапе довузовской подготовки.
      Анализ проблемы организации исследовательской деятельности будущего учителя мы осуществили на основе общетеоретического исследования данной проблемы, что предполагает психологопедагогический анализ педагогической деятельности в целом (ее структуры и процесса ее организации).
      Различным аспектам педагогической деятельности, вопросам повышения эффективности и качества труда учителя посвящены работы Ю.К. Бабанского, В.П. Беспалько, Ф.Н. Гоноболина, В.И. Загвязинско-го, В.А. Кан-Калика, Н.В. Кузьминой, Ю.Н. Кулюткина, Н.Д. Никандрова, В.А. Сластенина, Г.С. Сухобской, А.И. Щербакова, Г.И. Щукиной и других [52, 93, 110,114,222,266].
      Основу педагогической деятельности учителя, как показывает анализ ее структуры, составляет процесс рефлексивного управления деятельностью учащихся. Рефлексивная природа деятельности учителя определяется тем, что профессия педагога принадлежит к группе профессий, для которых характерно межличностное взаимодействие (субъ-ект-субъектные отношения). «Деятельность педагога является по своему характеру своеобразной метадеятельностью (деятельность по управлению другой деятельностью), где «сверхзадачей» педагога становится руководство учеником как субъектом его собственной деятельности,

9

формирование у него внутренних «оснований» (знаний, убеждений, действий), позволяющих ему самостоятельно решать возникающие в жизни задачи» [134, с. 112-113]. В связи с этим важным является вопрос о действиях, реализуемых учителем в ходе выполнения деятельности, то есть вопрос о функциональной структуре деятельности учителя.
      Ряд исследователей, описывая функциональную структуру педагогической деятельности, выделяет систему взаимосвязанных умений учителя, направленных на достижение определенных педагогических целей [110, 113, 267 и др.]. К ним относятся проектировочные, конструктивные, исследовательские, организаторские, коммуникативные. Данные умения отражают соответствующие группы рабочих функций учителя. При этом исследовательская функция характеризуется владением научными методами мышления и исследования. Наличие данной функции предполагает формирование определенных умений, например, умений выдвигать гипотезу, проектировать и проводить педагогический эксперимент, анализировать собственный опыт и опыт других учителей, работать со справочной и научной литературой и другие.
      В.А. Крутецкий считает, что педагогическая деятельность, кроме педагогических умений и навыков, требует ряда психических особенностей, которые он сгруппировал в четыре больших блока: педагогические, личностные, дидактические и организационно-коммуникативные [108].
      Часто перечень профессиональных умений учителя представляется в виде профессиограммы. Одни из первых вариантов профессио-граммы учителя был предложен В.А. Сластениным. Кроме умений В.А Сластенин в профессиограмму педагога включил также профессионально-педагогические качества личности учителя. К качествам, выражающим познавательную направленности он относит научную эрудицию, познавательные потребности и интересы, интеллектуальную активность, чувство нового, готовность к педагогическому самообразованию [235].
      Качества и умения учителя выделяют и рассматривают в своих работах З.М. Большакова, И.Ф. Исаев, В.П. Комаров, В.М. Распопов, В.Г. Рындак, В.П. Ушачев, Н.М. Яковлева и другие представители Уральской педагогической научной школы [89, 222, 252 и др.].
      В большинстве случаев специалисты отмечают необходимость владения учителем не только исследовательскими умениями, но и обладания им качествами личности творческого плана. Главную роль в этом, на наш взгляд, играет профессионально-педагогическое мышление.

10