Тема 3
Рамочные рекомендации к разработке учебных ситуаций исследовательской и проектной направленности
Версии решений и формы организации учебной деятельности
Раздел 3.1
«Проблемная ситуация» как инструмент мотивации будущих учебных исследований и учебных проектов
Существуют разные определения проблемных ситуаций.

Вот часто используемое определение проблемной ситуации: «Проблемная ситуация – осознание учащимися дефицита имеющихся способов и средств, которое обнаруживается ими при выполнении нового типа заданий практического или теоретического характера».

На первый взгляд, все корректно. Похожая формулировка проблемной ситуации используется в Развивающем обучении по Давыдову-Эльконину.
Даниил Борисович Эльконин | Василий Васильевич Давыдов
Cистема развивающего обучения (Эльконина-Давыдова)
Главное отличие системы Эльконина-Давыдова от остальных — это содержание обучения. Оно основано на том, что у каждого изучаемого предмета есть своя история развития и ребёнок должен пройти все этапы.
Чтобы создать что-то новое, ребёнок должен сначала освоить всё то, что было разработано, узнано, придумано до него. Система развивающего обучения направлена на то, чтобы он получил этот культурный багаж...
Однако нужно заметить, что в РО (развивающее обучение) эта формулировка используется лишь в отношении особым образом сконструированных учебных задач. Например, школьникам второго класса предлагается измерить периметр спортивного зала при помощи спичечного коробка с известной длиной стороны. При этом второклассники, и это принципиально, умеют измерять периметры небольших объектов тем же самым коробком.

Именно в этой ситуации, где «старый», хорошо освоенный способ перестает работать, и обнаруживается дефицит новых способов. Таким образом, обнаружение и переживание (осознание) дефицита способов и средств требует особых учебных ситуаций.

Однако в последнее время «принцип дефицита способов и средств» стал очень часто применяться к любым ситуациям. На практике это приводит к тому, что любая новая тема учебника определяется как проблемная ситуация (задача). Все эти новые темы для школьников являются с формальной точки зрения данного определения – проблемными, потому что у школьников нет ответов на эти вопросы, нет способов и средств для ответа на эти вопросы.

Вот, например, вопросы с урока по химии, обозначенные педагогом как проблемные: «Нужно ли человеку знать о жесткости воды?», «Какие виды жесткости воды существуют?»

В чем существенный педагогический недостаток в так сформулированных «проблемных» ситуациях? Дело в том, что здесь нет логического или смыслового противоречия; поэтому здесь нет и проблемы как противоречия.

Для того же, чтобы обеспечить логическое или смысловое противоречие, необходимо, чтобы внешне проблемная задача должна быть похожа на задачи, которые подростки уже умеют решать. Но в ней «что-то не так, как обычно». Имеющихся способов и средств недостаточно, хотя и кажется(!), что они могут быть применены для решения новой задачи. И нужно еще понять, что в этой задаче не так. Понять, в чем проблема. Выстроить для себя проблемную ситуацию. Попасть в нее. Принять ее. Сформулировать вопрос. И ответить на него. И, тем самым, решить исходную задачу.

Другой вариант – когда обсуждаемая ситуация представлена как логически противоречивая и учащимся самостоятельно необходимо это противоречие «снять», преодолеть.

В проблемной задаче с той или иной степенью очевидности сталкивается имеющийся бытовой или учебный опыт школьника и новые обстоятельства, где этого опыта оказывается недостаточно.

С учетом сказанного, определение проблемной задачи может звучать следующим образом.
Проблемная задача – это познавательная задача, которая характеризуется смысловым или логическим противоречием между имеющимися у учащихся знаниями, умениями, способами, средствами и предъявляемым требованием.
Проблемная ситуация – это психологическое переживание школьником понятого рассогласования.

Проблемный вопрос – это вопрос, сформулированный самими подростками и в котором уже рационально оформлено то или иной противоречие.

В науке проблема понимается как противоречивая ситуация, выступающая в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для ее разрешения.
В рамках проектной деятельности проблемность как феномен отрефлектирована в рамках ТРИЗ.

Практически все инженерные конструкции, сооружения, устройства представляют собой решения определенной системы противоречий, например, между легкостью конструкции и её прочностью; устойчивостью и подвижностью и т.д.

В этом плане создание (разработка) учебных ситуаций проектного характера в логике ТРИЗ отвечает задачам «проблемного обучения», задачам развития инженерного мышления.

Необходимо лишь уточнить, что анализ технической ситуации, выделение проблемы и формулировка инженерно-конструкторских или технологических задач должны выполнятся не педагогом, а учащимися. Естественно, при поддержке взрослого.
Летняя школа «Наноград-2017». Мастерская Autonanocad
Раздел 3.2
Формы организации учебно-исследовательской деятельности
В данном разделе предлагаем вашему внимаю типологию учебных исследований. Данные типы более уместны для внеурочной деятельности, хотя и на уроках их применение возможно.

В рамках темы мы не рассматриваем распространенный вид внеурочных учебных исследований, имеющий отношение к мониторинговым оценкам состояния среды (например, оценка содержания нитратов в овощах, выращенных в разных местах; оценка степени загрязнения воздуха в разных местах города; оценка загрязнения воды выше города и ниже города по течению через определение ПДК различных веществ в тканях рыб и т.д. и т.д.).

Строго говоря, данные виды оценочных процедур не являются исследованиями естественнонаучного характера. Дело в том, что объектом этих оценок является не объект живой или неживой природы, а деятельность промышленных предприятий. Другими словами, мониторинг загрязнения среды – это оценка деятельности человека, а природные объекты выступают здесь показателем, индикатором оценки разумности или не разумности этой деятельности.

Однако если ученическая работа посвящена поиску, например, эффективных растений-индикаторов, то она сразу же приобретает исследовательский характер.
3.2.1. Исторические реконструкции научных открытий
Деятельностное знакомство с научными открытиями, совершенными учеными в прошлые века
Одной из форм знакомства с нормами исследовательской деятельности является рефлексивная работа учащихся с содержанием научных открытий, совершенных учеными в прошлые века.

Такую работу мы называем «исторической реконструкцией научного открытия».

Отметим, что под словом «реконструкция» мы не подразумеваем буквально поэтапное воспроизведение научного открытия по подготовленной инструкции.

На наш взгляд, более продуктивной является работа, когда школьники на основе представленных учителем материалов самостоятельно выделяют проблематику «исследуемого исследования» (в том числе – культурно-историческую), реконструируют гипотезу исследования, переизобретают процедуру эксперимента, делают собственные выводы и сравнивают их с теми, что в реальности сделал тот или иной ученый.

Как в 9-10 классах, так и в 5-8 крайне важны рефлексивные процедуры относительно проведенной работы. В ходе рефлексии важно ответить на вопросы: какие проблемы решали авторы научных открытий; чем эти проблемы были обусловлены; как происходил поиск ответа на поставленные вопросы, как были организованы экспериментальные процедуры.

Рефлексивный вид работ часто упускается при выполнении исторических реконструкций, но именно благодаря ему происходит осмысление тех культурно-исторических контекстов и вызовов, без которых невозможна никакая исследовательская деятельность.
3.2.2. Знакомство с этапами современного научного исследования
По материалам научно-популярных текстов различной природы
Этот вид работ внеурочного характера касается организации работы учащихся по анализу этапов и содержания современного научного исследования. Очевидно, что такое исследование должно быть представлено в адаптированном виде с учетом интеллектуальных возможностей учащихся основной школы.

Анализ школьниками представленного исследования (открытия) касается выделения проблематики, исследовательских вопросов, наличия или отсутствия гипотез и их содержания, устройства экспериментальных установок, последовательности экспериментальных процедур и т.д.

Принципиально важно, чтобы такой фильм рассказывал как об открытии, так и об исследователях, его совершивших. Для подростков, как мы уже говорили, принципиально важен образ взрослых-исследователей, с которыми они могут себя идентифицировать и относительно которых могут начинать конструировать как образ своей будущей профессиональной деятельности так и вообще образ своего будущего.

Данный вид работы рефлексивен «с самого начала», потому что сами фильмы задают мета-слой, в котором обсуждается логика исследования.

По завершении просмотра школьники в ходе обсуждения могут заполнить подготовленные таблицы об особенностях исследовательской и проектной деятельности.
3.2.3. Игровое моделирование исследовательской деятельности
Данный работ внеурочного характера касается игровых ситуаций, в которых обыгрываются уже освоенные нормы исследовательской деятельности на разном предметном материале в рамках заданных обстоятельств.

В культуре такие ситуации разыгрываются в некоторых научно-фантастических текстах. Например, в детской повести Яна Ларри «Необыкновенные приключения Карика и Вали»

Вот пример такой игры для 5 класса: «Давайте отправимся в воображаемую экспедицию-исследование на луг (пруд и т.д.). Чтобы такое путешествие стало интересным и запоминающим, представим, что вы уменьшились в размерах до 1 см. Для безопасности у вас будет защитный костюм или скафандр».

Старшим подросткам подобные игры позволяют получить опыт более осознанного понимания тех или иных понятий. Так мы можем предложить учащимся 8-9 классов придумать устройство цивилизации, живущей в физическом мире без трения. Решение этой игровой задачи позволяет учащимся обнаружить явление трения практически во всех аспектах собственной жизни, оценить устройство большинства инженерных конструкций, параллельно с этим – понять идею «бесконечного» равномерного движения.
3.2.4. Деятельностное знакомство с отдельными процедурами исследовательской деятельности
Четвертый вид работ внеурочного характера касается проведения самими школьниками вариантов исследовательских заданий на разном предметном материале.

Исследовательские задания для учащихся 5–7 классов формулируются и готовятся учителем заранее, проводятся в виде интерактивного действия «Давайте проведем исследование».

Примеры таких исследований – измерение школьниками пульса и артериального давления друг у друга до выполнения физических упражнений и после с заполнением табличных данных и оформлением выводов; исследование эмоциональных стояний во время написания контрольной работы; исследование уровня тренированности организма и т.д.

В подобного рода работах не нужно формулировать проблематику, формулировать гипотезы (как высказывания-предположения теоретического характера) и т.д.

Так как собственно замысел исследования принадлежит учителю, а само «интерактивное» исследование является сильно усеченным вариантом когда-то проведенных реальных исследований, нет нужды приписывать им «избыточную познавательную» составляющую. В данном случае более важно предоставить школьникам возможность «побывать внутри» исследования, провести измерения, сопоставить их, как-то проанализировать и сделать локальные эмпирические выводы.
Летняя школа «Наноград — 2017». Защита «красивой идеи» — стендовая часть
Раздел 3.3
«Технологическое» (проектное) содержание образования
В системе общего образования сложилась успешная практика реализации социальных проектов и проектов в области художественного творчества, предметной области «технология».

Проектов на материале естественнонаучных дисциплин (физика, химия, география, биология) значительно меньше. Это связано во многом с тем, что данные дисциплины в большей степени «вырастали» из фундаментальной науки, а не из технологий.

В этом плане можно привести следующие примеры.

  • Школьная биология – это адаптированная «зоология», «ботаника», «физиология человека» и т.д., но не адаптированная биотехнология.
  • Школьная химия – это «органическая и неорганическая химия», но не «химическая технология».
  • И т.д.
Содержанием образования в этом случае являются знания, умения, навыки (ЗУНы), а единицей учебного процесса – урок.

Вопрос технологического образования оставался в рамках курса «Технологии» и никак не распространялся на «базовые учебные дисциплины». Такая ситуация в школьном образовании сохраняется и на сегодняшний день.

В сфере дополнительного образования ситуация в плане технологического образования выглядит более оптимистично.

В рамках Олимпиады НТИ школьники участвуют в следующих высокотехнологических направлениях проектной/технологической деятельности:

Автономные транспортные системы
Большие данные и машинное обучение
Водные робототехнические системы
Инженерные биологические системы
Интеллектуальные робототехнические системы
Наносистемы и наноинженерия (Нанотехнологии)
Системы связи и дистанционного зондирования Земли
Ядерные технологии
Электронная инженерия: умный дом
В рамках Проектной смены «Большие вызовы» (ОЦ «Сириус», Фонд «Талант и успех») школьники участвуют в реализации проектов по следующим направлениям:
Агропромышленные и биотехнологии
Бионические роботы и нейроинтерфейсы
Беспилотный транспорт и логистические системы
Большие данные
Нанотехнологии
Новые материалы
Освоение Мирового океана
Персонализированная медицина
Современная энергетика
Спутники и пилотируемая космонавтика
При этом большое количество программ в учреждениях дополнительного образования остается во многом воспроизведением норм исследовательской деятельности, но не норм освоения и создания технологий, продуктом которых является тот или иной продукт.

Реализовать «технологизацию» знаний из биологии, физики, химии, географии – это и значит педагогически выйти в формат учебного проектирования.