Интеграция экспериментальных методов в проектную деятельность учащихся

Современная образовательная среда требует пересмотра традиционных подходов к обучению и внедрения новых форматов работы с учащимися. Одним из таких инновационных решений является национальный проект «Точка роста», направленный на развитие технологического, естественно-научного и гуманитарного образования. Важной задачей данного проекта становится интеграция исследовательских и экспериментальных методов в дополнительное образование, что способствует развитию у обучающихся навыков научного поиска, критического мышления и проектной деятельности.

Настоящая публикация рассматривает возможности реализации экспериментальных методов в рамках дополнительного образования на примере занятия «Экспериментальные методы для выполнения заказа». Данный подход позволяет не только углублять знания учащихся, но и формировать их готовность к решению практико-ориентированных задач. Использование реальных ситуационных заданий помогает школьникам развивать аналитические способности, работать в команде и применять знания в смежных дисциплинах. Помимо этого, занятия в «Точке роста» направлены на повышение уровня мотивации учащихся, укрепление межпредметных связей и развитие проектной компетенции.

Теоретические основы проектной и экспериментальной деятельности в дополнительном образовании

В условиях модернизации образовательного процесса дополнительное образование играет ключевую роль в формировании устойчивых компетенций, необходимых для успешной социализации и профессионального самоопределения учащихся. В основе проектной и экспериментальной деятельности лежит деятельностный метод, который предполагает активное включение обучающихся в процесс познания через исследование, моделирование и практическую реализацию полученных знаний. Применение экспериментальных методов обучения позволяет учащимся не только осваивать базовые теоретические концепции, но и развивать такие важные качества, как самостоятельность, инициативность и умение работать в команде.

Экспериментальные методы в обучении базируются на принципах научного познания, включая формулирование гипотез, постановку эксперимента, сбор и анализ данных. В рамках проекта «Точка роста» эти методы позволяют повысить уровень мотивации учащихся, сделать образовательный процесс более наглядным и прикладным. Важно отметить, что интеграция экспериментальных методов в проектную деятельность обеспечивает формирование у обучающихся навыков работы с реальными задачами, что соответствует современным требованиям образовательных стандартов. Кроме того, данные методы способствуют развитию метапредметных компетенций, включая способность к самоорганизации, работе с информацией и навыки эффективной коммуникации. Внедрение инновационных технологий в процесс обучения, таких как цифровые лаборатории, виртуальные симуляции и автоматизированные системы сбора данных, позволяет сделать занятия более интересными и продуктивными.

Занятие «Экспериментальные методы для выполнения заказа» разработано с учетом принципов деятельностного подхода и направлено на отработку ключевых компетенций, необходимых для решения практических задач. Оно включает несколько этапов:

Введение в проблему: обучающиеся получают заказ на выполнение конкретного исследования или разработки. Важно, чтобы задание имело практическое значение (например, создание модели, проведение тестирования материалов, разработка оптимального способа обработки данных и др.).
Формулирование гипотез: участники определяют возможные пути решения поставленной задачи, обосновывают выбор экспериментальных методов, применяют ранее изученные теоретические знания. Происходит обсуждение возможных подходов к решению проблемы, анализируются риски и сложности.
Проведение эксперимента: учащиеся работают с оборудованием, анализируют результаты, корректируют первоначальные гипотезы, обобщают выводы. На этом этапе происходит активное взаимодействие с педагогом, разбор возникающих затруднений, поиск новых подходов к исследованию.
Презентация полученных данных: результаты оформляются в виде отчета, презентации или демонстрационного эксперимента, что позволяет учащимся освоить навыки публичного представления информации. Учащиеся анализируют сильные и слабые стороны своих проектов, формируют рекомендации по их улучшению.
Рефлексия: обсуждение успешных решений, выявление возможных ошибок, анализ примененных методов, выработка стратегий их улучшения. Итоговый этап помогает учащимся осмыслить свою работу, сделать выводы и определить направления дальнейшего развития своих навыков.
Использование экспериментальных методов в рамках проектной деятельности «Точки роста» способствует:

формированию устойчивых исследовательских навыков у обучающихся;
развитию критического и системного мышления;
повышению уровня вовлеченности в образовательный процесс;
расширению спектра прикладных знаний и умений;
формированию навыков аргументированного обсуждения результатов;
совершенствованию способности к межпредметному взаимодействию;
выработке у учащихся навыков работы с высокотехнологичным оборудованием.
Практика проведения подобных занятий показывает, что учащиеся становятся более заинтересованными в учебном процессе, проявляют инициативность и творческий подход к решению задач. Кроме того, использование проектных форматов повышает уровень сотрудничества между учащимися, развивает их коммуникативные и организаторские способности. Анализ обратной связи от участников и педагогов указывает на рост интереса к исследовательской деятельности, повышение уровня самоорганизации и умения работать с научной информацией. Данный опыт демонстрирует, что применение экспериментальных методов в обучении делает процесс более продуктивным и востребованным среди учащихся.

Таким образом, интеграция экспериментальных методов в дополнительное образование на базе «Точки роста» является важным направлением модернизации образовательного процесса. Применение данных методов в проектной деятельности позволяет не только повысить качество обучения, но и сформировать у обучающихся гибкие навыки, необходимые для их дальнейшего профессионального становления. Кроме того, данный подход способствует подготовке учащихся к решению сложных многозадачных проблем, что является важной компетенцией в современном мире.

Занятие «Экспериментальные методы для выполнения заказа» представляет собой эффективную модель организации исследовательской деятельности, ориентированную на решение практических задач и развитие познавательной активности учащихся. Дальнейшее развитие данной практики возможно через создание образовательных модулей, включающих интеграцию различных дисциплин и расширение спектра исследовательских заданий, направленных на углубленное изучение естественно-научных предметов. Таким образом, дополнительное образование становится не просто расширением базового курса, но важной частью подготовки школьников к современным вызовам науки и технологий.

Развитие экспериментального метода как основы практико-ориентированного обучения способствует воспитанию поколения, готового к исследовательской деятельности, инженерному творчеству и профессиональному самоопределению в мире современных технологий. В этом контексте проект «Точка роста» выступает значимым инструментом трансформации дополнительного образования, способствуя подготовке компетентных и востребованных специалистов будущего.

В рамках национального проекта «Образование» школы получили современное оборудование центра «Точка Роста» для совершенствования урочной и внеурочной деятельности, формирования высокотехнологической среды школы, без которой сложно представить современный образовательный процесс обучения.

Целями деятельности Центров являются:

создание условий для внедрения на уровнях начального общего, основного общего и (или) среднего общего образования новых методов обучения и воспитания, образовательных технологий, обеспечивающих освоение обучающимися основных и дополнительных общеобразовательных программ цифрового, естественнонаучного, технического и гуманитарного профилей;
обновление содержания и совершенствование методов обучения предметных областей «Математика и информатика», «Естественные науки».
При разработке дополнительных общеобразовательных программ для «Точки Роста» учитывались возможные интересы ребят.

Таким образом, ресурсы Центра образования естественно-научной и технологической направленностей «Точка Роста» открывают новые возможности урочной и внеурочной деятельности, расширяют поле взаимодействия ученика и учителя, повышают интерес и мотивацию учащихся к изучению физики, биологии, химии и других предметов естественно-научной направленности.

В рамках дополнительного образования мной была разработана и реализуется программа «Физика вокруг нас». Покажу на примере одного занятия, какие цели и задачи мы с учащимися реализуем.

Практическое занятие «Физика вокруг нас» для кружка по физике

Планируемые результаты изучения:

- предметные: повторить понятие плотности вещества; применять формулу для определения плотности; уметь пользоваться таблицей плотностей для определения плотности вещества; ознакомиться с оборудование Центра «Точка роста» по данной теме; научится применять в работе датчик определения pH; научиться определять ускорение при равноускоренном движении экспериментально.

- метапредметные:

1) личностные: демонстрировать желание осваивать новые действия, участвовать в творческом процессе, осознавать себя как индивидуальность и одновременно как часть общества.

2) регулятивные: принимает и сохраняет учебную задачу, планирует в сотрудничестве с учителем и одноклассниками или самостоятельно необходимые действия, операции по плану.

3) познавательные: понимает информацию, представленную в изобразительной, схематичной, модельной форме, использует знаково- символические средства для решения различных учебных задач.

- коммуникативные: строит небольшие монологические высказывания, осуществляет совместную деятельность в парах и работает в группах с учетом конкретных учебно-познавательных задач.

Организационный этап:

Мероприятие проходит в кабинете физики Центра «Точка роста». Для учащихся 7 классов.

Парты составлены так, чтобы за ними могли сесть 4 рабочих группы.

На столах рабочие листы, оборудование (наборы Точки роста), ручки, черновики.

Учитель: Добрый день ребята!

Я рада приветствовать вас на практическом занятии кружка по физике «Физика вокруг нас» в Центре естественно-научной и технологической направленностей «Точка роста».

Учитель: Современное образование – это залог успешного будущего подрастающего поколения нашего города, округа и страны в целом. И поэтому я очень рада, что у нас с вами есть возможность погрузиться в мир физики, используя современное оборудование и материалы. Ну что ж, давайте приступим.

Разделить учащихся на 4 рабочих группы. Учащиеся рассаживаются по группам.

Учитель: А сейчас давайте перенесемся на лабораторию научного института.

Учитель перевоплощается в директора НИИ (очки, халат и др. атрибутика). Учащимся так же предложено одеть на выбор перчатки, халат или фартук.

Директор НИИ: Коллеги, сегодня к нам в институт поступило четыре заявки. Рассмотрим их и начнем работать.

Предприятие ООО «Динамика» производит стальные отливки. Нужно провести экспертизу качества и определить нет ли в них брака, а именно, пустот или внутренних трещин?
Археологическая экспедиция «Поиск» привезла образцы вещества, найденного при раскопках. Они просят определить вещество из какого состоит образец?
Концерн «Тюльпан» запускают в продажу новую линию косметики. Необходимо проверить соответствует ли косметика нормальному уровню рН?
Предприятие «Робот» отправили нам заказ на создание модели вентилятора для использования в клетке мышей. Нужно собрать модель, используя несколько конструкторов по электричеству.

У вас на столах рабочие листы с заданием и технологией выполнения. Можете приступать. Через 20 минут, жду отчет на мою почту.

Распределить задания по группам. Учащиеся выполняют задание, вносят полученные данные в заранее подготовленную таблицу (в формате презентации) на ноутбуках. Учитель помогает и контролирует процесс.

Директор НИИ: отлично, коллеги! Все отчеты приняты и будут отправлены заказчикам. Благодарю за работу.

Учитель: Ребята, мы с вами выполнили большую практическую и многопрофильную работу по физике, с элементами химии и биологии. Вы отлично справились. Я уверена, что мы с вами сможем по достоинству оценить эту замечательную возможность современного развития, которая сегодня предоставляется нам вместе с открытием Центра «Точка роста».

Рефлексия:

Учитель: Я раздам вам по три жетона с разными надписями, выберите тот, который отражает ваше впечатление от занятия и прикрепите его на доску. Спасибо!

Жетоны круглой формы, диаметр 10-15 см, с надписями: «Все понравилось. Было интересно!», «Все понравилось, но было сложно», "Не понравилось, не интересно"

1. Предприятие ООО «Динамика» производит стальные отливки. Нужно провести экспертизу качества и определить нет ли в них брака: пустот или внутренних трещин?

Оборудование: образец из стали, мензурка с водой, электронные весы, рабочие листы, таблица плотности веществ.

ρ = m/V формула плотности вещества

Чтобы понять, нет ли пустот в образце, нужно знать соответствует ли масса образца массе, рассчитанной по формуле. Для этого нужно:
1.   Взвесить образец на электронных весах. Записать в таблицу
2.   Взять плотность стали из таблицы
3.   Измерить объем образца (зафиксировать объем воды в мензурке, погрузить туда образец, зафиксировать новый объем воды. Найти разницу объемов – это и будет объем образца в см3). Записать в таблицу.
4.   По формуле m=V ρ найти массу, которая должна быть у этого образца. Записать в таблицу.

Если массы совпадают, то пустот в образце нет. Если масса образца меньше, чем масса, рассчитанная по формуле, то в образце брак – пустоты.

Вывод: По результатам проведенного исследования данный образец …

2. Археологическая экспедиция «Поиск» привезла образцы вещества, найденного при раскопках. Необходимо определить из какого вещества состоит образец?

Оборудование: образец из алюминия (куб или прямоугольник), линейка, электронные весы, рабочие листы, таблица плотности веществ

Чтобы понять из какого вещества образец, нужно найти его плотность по формуле ρ = m/V.
1.   Для этого измеряем объем образца линейкой (длину, высоту и ширину и перемножаем V=abc)
2.   Массу на электронных весах.
3.   Рассчитываем плотность по формуле.
4.   По таблице плотностей находим, что это за вещество.

Вывод: Данной плотности соответствует вещество ….
3. Концерн «Тюльпан» запускают в продажу новую линейку косметики. Соответствует ли косметика нормальному уровню рН?
Оборудование: мультидатчик цифровой лаборатории «Биология», датчик рН, уходовые средства, стеклянная палочка для размешивания, стаканы с водой 3 шт, стакан для промывки
1.Теоретическая часть
Среда раствора определяется концентрацией ионов водорода. Эту величину называют показателем рН. Диапазон значений рН, варьирует от 0 до 14,0. Как мы знаем, в чистой воде при комнатной температуре значение рН равно 7. Значение меньше 7,0 (0-7) указывает на кислый раствор, а больше 7,0 (7-14) — на щелочной. При использовании различных уходовых средств (шампуни, гели, мыло и пр.) важно учитывать их степень кислотно-щелочного влияния на кожу. Так как рН кожи 5,5, то и гели, пенки, мыло должно иметь рН близкий к рН кожи. Чрезмерное употребление «агрессивных» моющих средств мы раз за разом создаем благоприятную среду для размножения бактерий. Следствие зуд и воспаление, возможно грибковые инфекции. Выбирая моющие средства необходимо отдавать предпочтения тем, которые не имеют яркого цвета, резкого запаха, и обильной пены. Чем оно не привлекательнее, тем сильнее понравится вашей коже.
В нижней части датчика рН находится стеклянный шарик, чувствительный к ударам, что требует осторожности в обращении.
2. Подготовка к проведению эксперимента и измерение рН
1. Включите мультидатчик (нажмите на кнопку в центре)
2. Запустить на мультидатчике датчик рН
3. Погрузите нижнюю часть рН датчика в раствор, подождите несколько минут, когда показатель датчика будет постоянным (не меняется 5-7 секунд)
4. Запишите показатель рН в таблицу
5. После каждого измерения шар датчика рН сполосните в воде
6. Повторите опыты с другими растворами, зафиксируйте значения показателя рН в таблице
7. Поместите нижнюю часть щупа датчика в защитный колпачок, заполненный физиологическим раствором
8. Сделайте вывод, какая среда наиболее характерна для уходовых средств и соответствует ли нормальному рН.
3. Представление опыта
4. Предприятие «Робот» отправили нам заказ на создание модели вентилятора для использования в клетке мышей. Нужно собрать модель, используя несколько конструкторов по электричеству.
Оборудование: конструкторы по электричеству.
Найдите схему, соответствующую данному заказу. Соберите цепи по схемам.
Проверьте схемы в работе. Сделайте выводы.