Педагогический потенциал постановки гипотезы в формировании исследовательской деятельности школьников

В современном мире, где повсеместно внедряются цифровые технологии и автоматизация процессов, усиливается тенденция к междисциплинарности, а роль инноваций и научных исследований становится все более значимой для развития бизнеса; возрастает спрос на специалистов, обладающих не только высоким уровнем профессиональных компетенций, но и базовыми навыками исследователя. Важность развития исследовательских навыков для будущих работников подтверждают и международные межправительственные организации. В докладе по проекту Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) «Образование 2030», нацеленного на определение знаний, умений, отношений и ценностей, необходимых современным учащимся, среди ключевых навыков выделяются когнитивные и метакогнитивные, к которым в том числе относятся критическое мышление, креативность, умение учиться и саморегуляция. ОЭСР отмечает, что эти навыки становятся все более востребованными в условиях глобализации и развития искусственного интеллекта, что трансформирует требования на рынке труда [31].

Поскольку в российской системе образования этап основного общего образования служит отправной точкой для процесса профориентации учащихся и периодом их первых исследовательских опытов, возникает необходимость проанализировать будущее поколение тех, кто в ближайшее десятилетие выйдет на рынок труда, осваивает те самые исследовательские навыки, а также выявить, насколько помогают им в этом применяемые сейчас в образовательной практике основной школы методы обучения. Безусловно, первоочередным объектом для поиска участков корректировки является профессиональное образование. Однако очевидно, что больший охват основного общего образования, а также его изначальная монолитность (единая федеральная образовательная программа с ограниченным немногочисленным набором предметов против множества программ по сотням специальностей) делают, по нашему мнению, возможную «дона-стройку» применяемых на этапе школьного образования методов обучения исследовательским компетенциям более простым и естественным путем к требуемым изменениям. Мы считаем, что именно этот этап имеет потенциал стать мощным импульсом к увеличению числа молодых людей, готовых к освоению выбранной профессии в высших и средних профессиональных учебных заведениях и способных строить свою карьерную траекторию в соответствии с актуальными тенденциями на рынке труда в будущем.

Необходимость формирования у учащихся основной школы исследовательских навыков и умений отражена в основных нормативных правовых актах России в сфере образования: федеральный закон «Об образовании в Российской Федерации» в целом закрепляет ключевые аспекты их развития, определяя исследовательскую деятельность как академическое право обучающихся и педагогов (ст. 34, п. 1.23; ст. 47, п. 1.6); Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (ФГОС ООО) устанавливает овладение базовыми исследовательскими действиями как метапредметный результат освоения обучающимися программ данной ступени образования (с подробным методическим руководством в Федеральной образовательной программе основного общего образования) [16; 24; 25]. Оценку уровня владения исследовательскими компетенциями российских школьников (в возрасте 15 лет) с 2019 года проводит Федеральный институт оценки качества образования (ФИОКО), ежегодно организуя мониторинг по международной модели PISA. Выводы, сделанные авторами по результатам оценки за 2023 год, однозначны: изменения подходов к формированию данной группы навыков давно назрели. Исследователи отмечают, что наблюдается прирост среднего балла по естественнонаучной грамотности по сравнению с 2022 г., но произошел он не за счет увеличения доли учащихся, демонстрирующих самые высокие результаты, а за счет снижения доли учеников, не преодолевших пороговые уровни. Было выявлено, что большинство обучающихся не обладает умением пользоваться межпредметными знаниями, научными теориями, абстрактным мышлением, строить гипотезы, анализировать устройство и результаты экспериментальных моделей. Многим с трудом дается перенос умений, формируемых на одном предмете, в другие контекстные ситуации, поскольку при смене области применения навыки, которые должны быть универсальными, ослабевают [18].

Анализ других исследований показал, что основными причинами, препятствующими качественному развитию исследовательских навыков, являются следующие: традиционное преобладание транслирования теоретических знаний, недостаточная подготовка педагогов (учителя не всегда обладают методическими компетенциями для осуществления сложных исследовательских проектов), ограничения материально-технической базы школ, низкая мотивация учащихся, недостаток интеграции с вузами и научными учреждениями [11; 12; 21; 22]. Решение экономических и административных проблем остается профильным специалистам. Но каким образом можно изменить наметившийся тренд инструментами методики? Чтобы найти ответ, нужно обратиться к сути понятия «исследование» и проанализировать, как учащиеся осваивают исследовательские компетенции.

С точки зрения теории и методологии научного познания исследование – процесс выработки новых научных знаний, так как результатом научного исследования всегда является теоретический или практический продукт с научно-практической ценностью, дети в силу возрастных и когнитивных особенностей не могут получить его напрямую. Для них исследовательская деятельность трансформируется в учебно-исследовательскую, фокус в которой смещен с приобретения объективного знания на открытие субъективного (нового для учащихся) и формирование личностных структур (научного мышления и мировоззрения, опыта исследовательской деятельности) [4]. Одним из основных подходов к реализации данной деятельности считается применение исследовательского метода обучения, предусматривающего, что учащиеся самостоятельно после постановки проблемы, задач, анализа материала и краткого устного или письменного инструктажа со стороны педагога выдвигают гипотезу, изучают источники, ведут наблюдения, измерения и выполняют другие действия, направленные на поиск решения. К характерным особенностями метода можно отнести высокую степень интенсивности учебного процесса, вовлечения и самостоятельной работы обучаемых, творческий поиск, постепенный переход от имитации научного поиска к действительному научному 93

или научно-практическому поиску. Однако метод имеет и ряд ограничений: узкий диапазон тем, к которым он может быть применен; необходимость наличия у учащихся базовых знаний и умений по темам, связанным с проблемой исследования, хорошо развитых навыков анализа и обобщения информации; высокая времязатратность (например, из-за необходимости проведения опытно-экспериментальных работ по некоторым темам); зависимость эффективности применения метода от развития у педагога творческого потенциала и опыта организации исследовательской деятельности [6; 15]. На практике данные ограничения вынуждают педагогов применять метод точечно, преимущественно выносить его во внеурочную деятельность.

Несмотря на доказанную психологическую и возрастную предрасположенность учащихся основной школы к исследовательской деятельности [1; 17], практика показывает, что ее эффективность немало зависит от подходов к ее организации. Выявлено, что в школах, где не применяются эффективные механизмы и организационно-педагогические методы вовлечения учащихся в исследовательскую деятельность, число детей, на достаточном уровне владеющих базовыми исследовательскими компетенциями, заметно ниже, чем там, где созданы условия, которые делают эту деятельность интересной и значимой (когда учащиеся воспринимают ее как способ раскрытия собственного креативного потенциала, а не просто как часть учебного процесса). В школах, где это есть, наблюдается преобладание доли учащихся с устойчивым интересом к исследовательской деятельности и высокой академической успеваемостью [7; 9].

Отталкиваясь от обозначенных имеющихся ограничений применения исследовательского метода, таких как преобладание на предметах естественно-научного цикла, времязатратность, высокие требования к подготовке учителя, сильная зависимость эффективности от мотивации учащихся, стоит рассмотреть вопрос: каким образом можно расширить охват обучающихся исследовательской деятельностью? Для начала изучим обобщенный перечень этапов проведения теоретического и эмпирического исследования. Согласно И.Я. Лернеру, в него входят: сбор и анализ фактов и явлений, постановка проблем, выдвижение гипотез, разработка плана исследования, поиск связей изучаемого объекта с другими явлениями, формулирование выводов, проверка и выработка практических рекомендаций по применению полученных результатов [10]. Одним из подходов к решению обозначенной проблемы может стать выбор из обобщенного алгоритма проведения исследований ключевого этапа, одного из исследовательских умений, обучение которому будет преодолевать существующие ограничения: быть одинаково легко применимым при обучении по программам учебных предметов из разных предметных областей, обозначенных во ФГОС ООО; не быть по умолчанию времязатратным (т.е. легко интегрироваться в то содержание обучения, которое выдается по программе в первую очередь); быть простым для выстраивания собственной методики учителями с разным уровнем профессиональной подготовки; формировать мотивацию к учебно-исследовательской деятельности. На наш взгляд, в качестве такого универсального этапа заслуживает рассмотрения процесс выдвижения гипотез.

Согласно определению из философского словаря, гипотеза (от греч. “hipothesis” – основание, предположение) – положение, выдвигаемое в качестве предварительного, условного объяснения некоторого явления или группы явлений; предположение о существовании некоторого явления, а также о причинах его возникновения, его свойств и связей, его прошлого и будущего [26]. Также общепринятым взглядом в методологии науки является то, что именно гипотеза позволяет организовать исследовательский процесс, объединяя факты в систему и направляя поиск закономерностей, что придает ей уникальное значение «промежуточной» формы знания между догадкой и достоверной теорией. Емко положение гипотезы охарактеризовал Ф. Энгельс, отмечая, что она является формой развития естествознания и науки в целом [27]. Обладая такими свойства- ми, задающими ход всему процессу исследования, гипотеза, по нашему мнению, несет в себе большой дидактический потенциал для отделения от прочно укоренившегося в педагогической практике исследовательского метода в независимый метод гипотез. Опираясь на обозначенные свойства гипотезы, можно предположить, что его применение, в ходе которого будет происходить формирование навыка продуктивного гипотезирова-ния, может качественно улучшить исследовательские умения учащихся и положительно повлиять на их способность быть субъектами исследовательской деятельности. Кроме того, обоснованным выглядит предположение, что меньшая, по сравнению с исследовательским методом, времязатратность, а также наличие компонентов, предполагающих выдвижение гипотез, в содержании обучения математике, информатике, предметам естественно-научного и гуманитарного цикла позволят широко использовать метод гипотез в образовательной практике. Это, в свою очередь, может способствовать улучшению результатов учащихся в междисциплинарном применении исследовательских навыков, отслеживаемых мониторингом ФИОКО. Но в то же время при организации исследовательской деятельности школьников следует помнить, что гипотезирова-ние по умолчанию не может полностью заменить исследовательский метод как инструмент обучения исследовательским навыкам и в полной мере они могут формироваться только при прохождении всех классических этапов учебно-исследовательской работы. Проверке данных выдвинутых предположений (гипотез о «гипотезе») будет посвящено проводимое нами исследование.

Феномен гипотезы в научном познании на протяжении веков остается предметом изучения философов разных эпох. Прообраз определения и описания роли гипотезы встречается еще во «Второй аналитике» Аристотеля [14]. В период Нового времени роль гипотезы в научном методе познания и связь гипотезы с индукцией и дедукцией рассматривали Фрэнсис Бэкон, Рене Декарт, Дэвид Юм, Джон Стюарт Милль, Уильям Уэвелл, Чарльз Сандерс Пирс. В контексте современной философии науки открытию новых граней гипотезы, изучению абдукции как альтернативной дедуктивной и индуктивной процедуре выдвижения гипотез свои работы посвятили Карл Поппер, Томас Кун, Имре Лакатос, Пол Фейерабенд, Ганс Райхенбах, Норберт Винер.

Среди отечественных исследователей изучению гипотезы как одного из ключевых инструментов научного познания были посвящены работы таких философов, логиков, ученых-педагогов и методологов образования, как И.Д. Андреев, И.Г. Герасимов, Г.И. Рузавин, А.П. Хилькевич, В.А. Штофф и др. В исследованиях В.И. Загвя-зинского, В.В. Краевского, А.Ф. Закировой, В.В. Серикова, А.М. Новикова, А.А. Орлова для гипотезы представлен широкий многоконтекстуальный анализ, обозревающий ее в разных аспектах исследовательской деятельности. Еще более обширное представительство у отечественных педагогов-исследователей имеет изучение аспектов учебно-исследовательской деятельности (М.Н. Скаткин, И.Я. Лернер, Ю.К. Бабанский, П.И. Пидкасистый, В.В. Давыдов, И.А. Зимняя, Е.А. Шашенков, В.И. Андреев, А.В. Леонтович, А.В. Хуторской, A.M. Матюшкин, Г.И. Селевко и др.) Работы этих авторов преимущественно посвящены способам организации исследовательской деятельности учащихся и студентов; гипотезирование в них рассматривается только как составная часть этапов исследовательских и проектных работ. К исследованиям методики обучения непосредственно навыку выдвижения гипотез можно отнести работы Д.В. Вилькеева, В.И. Гриценко, Б.А. Комарова, однако их узкая предметная направленность (учебная гипотеза рассматривается как средство формирования исследовательских компетенций на уроках физики [5; 8]; Вилькеев также привел описания педагогических экспериментов по ее применению на уроках геометрии, истории и литературы [2]) предопределяет недостаточную теоретическую и практическую разработанность темы использования гипотезирования в качестве отдельной формы обуче- ния, направленной на развитие исследовательских компетенций учащихся. Таким образом, несмотря на значительный вклад отечественных исследователей, потенциал ги-потезирования как самостоятельного метода обучения остается недостаточно раскрытым и требует дальнейших разработок.

Далее рассмотрим отдельные дидактические приемы, которые могут стать элементами проектируемого метода, найденные в ходе анализа работ о процессе формирования навыка гипотезирования у учащихся основной школы (детей в возрасте от 10 до 16 лет). Среди трудов на русском языке выделяются исследования А.С. Обухова, А.И. Савенкова, результатом которых стали разработка и обобщение приемов развития умения генерировать предположения и вопросы исследовательского характера у детей дошкольного, младшего и старшего школьного возраста. А.С. Обухов, в частности, приводит большой набор игр, в ходе которых дети без ограничений продуцируют собственные предположения, постепенно переходя от свободного выдвижения версий к их обоснованию [13]. А.И. Савенков в качестве наиболее эффективных приемов выделяет мысленные эксперименты, задания на построение предположений о причинах явлений, прогнозирование последствий, предварительную оценку гипотез, нахождение противоположных свойств объектов и многие другие [19; 20]. Опираясь на исследования о полезности применения игровых методов (геймификации) не только при обучении в младшей школе, но и в старших звеньях [3; 23], созданная педагогами коллекция приемов может быть адаптирована и задействована нами при проектировании метода гипотезы.

Среди работ зарубежных ученых существует значительное число исследований, посвященных анализу различных подходов к формированию навыков гипотезирова-ния у детей. Основным объектом анализа в них является влияние различных подходов и условий обучения на способность формулировать гипотезы, а также на связанные с этим когнитивные и нейронные изменения. Рассмотрим некоторые работы, акцентируя внимание на методиках проведения педагогических экспериментов и аспектах, которые могут способствовать разработке новых дидактических решений в обучении гипотезированию.

Обратимся к аспекту влияния возрастных особенностей учащихся на формирование навыка гипотезирования. В исследовании Жанетт Пекни и Клаудии Малер изучалось развитие навыков научного мышления (трех его компонентов) среди детей в возрасте от 4 до 13 лет [33]. Умение выдвигать гипотезы оценивалось с помощью задачи на выдвижение версий о принадлежности животных к одной из групп по различным признакам. Результаты показали, что навык генерации гипотез (в виде способности находить концептуально определяющие признаки и на их основе формулировать версии) начинает формироваться в возрасте около 7 лет и достигает зрелости к 11–13 годам. Этот вывод подтверждает корректность выбранной нами возрастной категории учащихся для обучения гипотезированию, а также позволяет выбрать использованные авторами задачи, предполагающие анализ данных с различным уровнем неопределенности, в которых от учащихся требуется не только формулирование гипотез, но и умение изменять их на основе последовательно предоставляемых доказательств как один из основных типов заданий в рамках проектируемого метода. Мы считаем, что данная особенность задач, обеспечивающая развитие гибкости мышления, может способствовать и формированию у учащихся умения применять универсальные исследовательские навыки в разных предметных областях, что также отвечает цели нашего исследования.

Понимание возрастных особенностей формирования навыков научного мышления дополняется исследованием Пак Ын Ми и Кан Сун Хи (Eun-Mi Park, Soon-Hee Kang) о взаимосвязи научного отношения (в русском языке, на наш взгляд, наиболее близким к данному понятию является термин «научное мышление») и способ- ности к генерации научных гипотез у учащихся 8–11 классов [32]. Для оценки научного отношения использовалась анкета, включающая 21 утверждение по семи основным характеристикам научного отношения: открытость, любопытство, критичность, сотрудничество, инициативность, настойчивость, креативность. В качестве ответа учащимся предлагалось выбрать вариант из шкалы Ликерта (от «совершенно не согласен» до «полностью согласен»). Для оценки способности к генерации научных гипотез использовались три задания на знакомые и незнакомые для учащихся явления, чтобы проверить еще и то, насколько при формулировании гипотез помогает предыдущий опыт. Участникам требовалось проанализировать каждое явление и записать все возможные гипотезы об их причинах. Задания оценивались по двум критериям: беглость (количество предложенных гипотез, независимо от их правильности) и гибкость (разнообразие категорий гипотез). В ходе эксперимента было зафиксировано, что учащиеся значительно лучше справлялись с гипотезированием в заданиях на знакомые темы, а высокие показатели по заданиям были у учащихся с позитивным отношением к аспектам критичности, креативности и инициативности (инициативы в выполнении исследовательских задач без внешнего принуждения). На этом основании исследователи отмечают, что для развития навыка гипотезирования важно использовать подходы, стимулирующие критическое осмысление информации и творческое мышление. Мы считаем, что в рамках нашего исследования наиболее соответствующими этим образовательным целям являются задания на анализ противоречивых данных или упражнения на поиск альтернативных объяснений явлений.

Продолжая изучение когнитивных аспектов гипотезирования, обратим внимание на нейрофизиологические изменения, которые происходят при обучении гипотези-рованию. Этот аспект подробно изучен в эксперименте Чжун Ки Ли и Йонджу Квона (Jun-Ki Lee, Yongju Kwon) [30]. Участники (учащиеся 16–17 лет) были разделены на две группы: в рамках уроков биологии одна обучалась гипотезированию, другая – пониманию гипотез. Перед началом обучения и после его завершения для оценки изменений в компетенциях участников проводилось сканирование их мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Группа генерации гипотез проходила обучение на основе применения метода абдукции (направлен на поиск правдоподобных объяснительных гипотез в процессе рассуждения) и «активного исследования» (методология, в которой участники исследования сами являются исследователями). Учащимся из группы понимания гипотез демонстрировались те же биологические феномены, что и группе генерации, но вместо построения гипотез им предлагались готовые объяснения явлений. Проверка понимания происходила с помощью вопросов о согласии или несогласии учащихся с той или иной версией. Анализ результатов показал, что у группы «генерации» наблюдались значительные улучшения в способности объяснять гипотезы, а также изменения в функциональной связи мозга, относящейся к процессу генерации гипотез. У группы «понимания» усилились функциональные связи, характерные только для понимания гипотез, на основе чего было доказано, что для процессов гипотезообразования и понимания гипотез в мозге человека существуют две специализированные системы. Тем самым также была подтверждена эффективность выбранных авторами для обучения гипотезировованию методов и приемов, направленных на активное участие в генерации гипотез вместо пассивного восприятия информации. Опираясь на эти выводы, мы можем предположить, что потенциал применения абдуктивного подхода в рамках разрабатываемого метода гипотез может быть в полной мере реализован нами через задания, требующие от учащихся самостоятельной формулировки причинно-следственных связей на основе наблюдений или анализа данных.

Далее рассмотрим применение методов, направленных на упрощение процесса генерации гипотез, в частности, исследование Сюлинь Куан и ее коллег (Xiulin Kuang,

Tessa H.S. Eysink, Tonde Jong) о влиянии предоставления учащимся частичных гипотез на процесс исследовательского обучения по физике [29]. Под термином «частичная гипотеза» авторы подразумевали начало предложения-гипотезы, продолжение которого учащимся было необходимо сформулировать самостоятельно. Например, если гипотеза формулировалась с помощью конструкции «Если..., то...», то учащимся давалась часть «если» (описывающая условие независимой переменной), а их задачей было предсказать результат, связанный с зависимой переменной, т.е. частью гипотезы после союза «то». В эксперименте приняли участие учащиеся 13–14 лет, разделенные на две группы: одной для решения физических задач предоставлялись только термины (совокупность предварительных знаний по теме, включая переменные, взаимосвязи между ними и иные условия); другой, помимо терминов, давалась также частичная гипотеза. Было выявлено, что получившие частичные гипотезы формулировали более сложные и информативные гипотезы по сравнению с гипотезами тех, кто работал только с набором терминов. На наш взгляд, предоставление учащимся первой части гипотезы, ситуации или вопроса, особенно полезно на начальном этапе обучения ги-потезированию, т.к. может облегчить процесс генерации для учащихся с низким уровнем подготовки и повысить их уверенность в выполнении заданий.

Та же группа ученых исследовала и то, как может способствовать улучшению навыка гипотезирования адаптивное предоставление информации о предметной области (т.е. в различных объемах, в зависимости от уровня предварительных знаний учащихся) [28]. Результаты показали, что участники, получавшие во время решения физических задач адаптивную информацию по теме, могли формулировать более тестируемые и информативные гипотезы о переменных, условиях и их взаимосвязях, однако различий в качестве выполнения других этапов исследовательского задания (сбор данных, формулирование выводов и др.) между группами выявлено не было. Таким образом, было доказано, что предоставление адаптивной информации положительно влияет на процесс гипотезирования – помогает учащимся формулировать более сложные гипотезы, что позволяет, на наш взгляд, сделать обучение генерации гипотез более индивидуализированным.

Таким образом, изучение теории и анализ отечественных и зарубежных исследований подтверждает эвристический потенциал метода гипотез для формирования исследовательских компетенций учащихся. Выявлено, что развитие навыка гипотезирования напрямую влияет на повышение интереса к учебе, способствует развитию критического и системного мышления, поисковой активности, творческих способностей учащихся. В то же время, несмотря на подтвержденную возможность использования гипотезирова-ния как междисциплинарного инструмента, его применение в гуманитарных дисциплинах пока остается недостаточно разработанным, из-за чего остаются открытыми вопросы его адаптации и интеграции в образовательные программы основного общего образования. Дальнейшие шаги проводимого нами исследования будут направлены на разработку дидактических приемов обучения гипотизированию, учитывающих специфику разных предметных областей, уровни подготовки, мотивации и возрастные особенности учащихся основной школы, что позволит создать комплексные решения для развития их исследовательских навыков.