Сетевой физический класс как инструмент подготовки школьников к проектно-исследовательской деятельности

Актуальность. Идея реализации проекта «Сетевой физический класс» появилась при анализе противоречия между государственным заказом и реальной практикой обучения физике на уровне общего образования.

Государственный заказ на повышение технологического суверенитета страны в условиях глобальных мировых вызовов требует подготовки кадров, способных обеспечить развивающиеся технологические отрасли промышленности. Согласно Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации одной из задач является создание возможностей для выявления талантливой молодежи и построения успешной карьеры в области науки, технологий и инноваций, и обеспечение тем самым развития интеллектуального потенциала страны [9].

При этом имеет место проблема кадрового дефицита, обусловленная в том числе низкой популярностью выбора школьниками инженерных и технических направлений обучения, базирующихся на знании физики как учебного предмета. Так, в последние годы выявлены рекордные отказы школьников от сдачи ЕГЭ по физике, а также проблемы набора абитуриентов вузами, ведущими подготовку специалистов в области физики.

Необходимость усиления тренда образования в области фундаментальной и прикладной физики актуализирует роль школы в части формирования содержательного интереса обучающихся к данной области знания. В разработанной Концепции преподавания учебного предмета «Физика» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные общеобразовательные программы, обозначен ряд проблем изучения школьниками этого предмета, к которым, в частности, относятся мотивационные, содержательные, методические, кадровые.

Мотивационные проблемы возникают у обучающихся в связи с доминированием в традиционном подходе преподавания физики теоретической составляющей при све-

* Исследование выполнено по проекту «Реализация проекта “Сетевой физический класс” в условиях интеграции педагогического университета и системы общего образования», который реализуется при финансовой поддержке Министерства просвещения РФ в рамках государственного задания (дополнительное соглашение от 19.06.2023 г. № 073-03-2023-024/4 к соглашению от 27.01.2023 № 073-03-2023-024).

дении к минимуму экспериментальной деятельности [4]. Предлагаемое в опыте исследователей и педагогов решение этих проблем традиционно связано с применением специальных педагогических технологий, имеющих высокий мотивирующий потенциал (кейс-технологии, игровые технологии, домашний эксперимент), включением физических задач в контекст практической жизнедеятельности, использованием информационных сервисов, систем и технологий обучения, электронных ресурсов образовательного назначения [1; 6; 8]. При этом большинство исследователей указывают на то, что наиболее эффективным средством развития мотивации обучающихся к изучению физики является включение их в проектно-исследовательскую деятельность, которая, будучи направлена на решение проблемы, сформулированной самим обучающимся, способствует формированию у него собственных мотивов и целей обучения.

Содержательные проблемы в изучении физики порождаются недостаточно верифицированным содержанием учебного материала, в котором наблюдается расхождение как в объеме изучаемого содержания, так и в наполнении отдельных тем, следствием чего является низкий уровень предметной подготовки обучающихся по физике [4]. Решение этих проблем исследователи видят в разработке верифицированного, научно обоснованного содержания учебного материала, учете при проектировании урока уровня подготовки и потребностей класса, включении в обучение исследовательской деятельности, разработке эффективных и компактных методик проведения лабораторных и практических работ, а также продуманной системы практических заданий для индивидуальной и групповой работы учащихся [3].

Методические проблемы в изучении физики связаны с недостаточным вниманием к формированию таких проектно-исследовательских умений школьников, как постановка задачи исследования, выдвижение научных гипотез и предложение способов их проверки, определение плана исследования и интерпретация его результатов, использование приемов, повышающих надежность получаемых данных, недостаточно эффективным использованием в исследованиях учеников потенциала оборудования современных образовательных пространств [4]. Целый ряд исследований показывает, что при организации педагогом проектно-исследовательской деятельности обучающихся в области физики существует ряд нерешенных проблем. В частности, наиболее часто педагоги сталкиваются с трудностями на этапах выбора темы проекта, планирования и решения его отдельных задач, по сути заменяя планирование работой по интуиции. Также отмечаются проблемы с техникой физического эксперимента, его материальнотехническим обеспечением и презентацией итоговых материалов проекта [10]. Указанные выше проблемы обусловлены, в частности, тем, что методика организации проектноисследовательской деятельности сложна и не адаптирована для педагога.

Решение данных проблем связано как с разработкой и внедрением новых методик и технологий преподавания физики, так и совершенствованием системы практической подготовки будущих учителей физики в педагогических вузах, направленной на формирование их готовности к профессиональной деятельности в цифровой образовательной среде и использованию возможностей современной инфраструктуры школы.

Кадровые проблемы обусловлены малой востребованностью направлений педагогической подготовки в образовательных организациях высшего образования, по которым обучаются будущие учителя физики, дефицитом входного уровня знаний для освоения в образовательной программе высшего образования курса общей физики, и, как итог, недостаточным уровнем предметной подготовки учителей. Решение данной проблемы связано с формированием системы методической поддержки учителя, разработкой такого методического контента, который позволит учителю с разным уровнем квалификации эффективно подготовить и провести урок.

Описанные выше проблемы были трансформированы в проекте «Сетевой физический класс» в систему задач, решение которых обеспечит повышение качества преподавания физики в школе и повышение интереса детей к изучению физики.

• 1.    Сформировать интерес школьников к изучению учебного предмета «Физика».

• 2.    Разработать верифицированный контент, обеспечивающий качественное освоение физических знаний и логики проектной деятельности обучающимися.

• 3.    Обеспечить возможность освоения проектно-исследовательской деятельности в области физики обучающимся с разным уровнем исходного интереса и предметной подготовки.

• 4.    Создать условия для освоения педагогами потенциала современных образовательных пространств, в том числе инфраструктуры нацпроекта «Образование».

• 5.    Обеспечить методическое сопровождение учителя в процессе его руководства выполнением обучающимися исследовательских проектов по физике.

Описанные выше задачи часто решаются в современной системе образования изолированно с ориентацией только на одну целевую группу. Так, задачи повышения мотивации детей и уровня их подготовки по физике могут решаться за счет средств, ориентированных только на детей, например, развитие системы дополнительного образования в области естественнонаучного знания, формирование профильных классов при вузах и т. п. Задачи методического и кадрового характера решаются с ориентацией на учителей, что предполагает разработку и реализацию курсов повышения квалификации и программ переподготовки действующих педагогов. При этом наблюдаются дефициты комплексного подхода к решению описанных задач, когда объединялись бы усилия всех основных субъектов системы образования (педагогов, обучающихся, студентов и преподавателей).

Эффективное решение обозначенных задач требует выстраивания единого образовательного пространства вуза и образовательных организаций региона за счет формирования устойчивого сетевого сообщества, включающего школьников, школьных учителей физики, преподавателей и студентов педагогического университета, представителей других образовательных организаций. Действенным инструментом организации взаимодействия субъектов системы образования могут выступать сетевые научнообразовательные проекты [5].

Сетевой научно-образовательный проект (СНОП) реализуется на основе принципов высокой автономности субъектов обучения и высокой совместности их деятельности, содержание которых отвечает базовым потребностям субъектов образовательного процесса действовать автономно, самостоятельно на основе личностно значимых целей и одновременно являться участником совместных действий, взаимного обмена и взаимного оценивания. Взаимодействие субъектов строится на основе использования верифицированного образовательного контента, разработанного ведущими специалистами педагогического вуза.

Разработанный учеными ВГСПУ проект «Сетевой физический класс» является одним из вариантов СНОП, направленного на решение мотивационных, содержательных, методических и кадровых проблем изучения школьниками физики.

Термин «сетевой» применительно к формату физического класса мы рассматриваем с точки зрения понимания сети как триединства: сеть телекоммуникационная, сеть образовательных организаций, сеть субъектов образовательного процесса (учащихся, учителей, студентов и преподавателей вуза, принимающих участие в реализации сетевого физического класса). Сетевой формат физического класса за счет использования онлайн-контента позволяет всем его участникам сформировать единое сетевое сообщество, в котором созданы условия для обмена мнениями и опытом, независимо от географической удаленности и степени наполненности классов [2].

Сетевой физический класс предполагает проведение обучения в смешанной форме, когда самостоятельное изучение обучающимися онлайн-контента чередуется с очными встречами с педагогом. При его реализации нами использована одна из моделей смешанного обучения – перевернутый класс, которая предполагает предварительное самостоятельное изучение школьниками материалов онлайн-курса, после чего на очном занятии проходит их обсуждение, а также формирование практических умений.

Рассмотрим возможности решения сформулированных ранее задач при реализации проекта «Сетевой физический класс».

Содержательным ядром проекта, вокруг которого объединяются усилия всех участвующих в нем субъектов, является разработанный ведущими учеными-физиками в сотрудничестве с учителями онлайн-курс «Индивидуальный проект. Физика». Именно этот курс обеспечивает решение задачи разработки верифицированного контента для освоения обучающимися физических знаний и логики проектной деятельности.

Содержание курса обеспечивает сопровождение учителей, преподающих дисциплину «Индивидуальный проект», включенную в обязательную часть учебного плана, и подготовку школьников к выполнению индивидуального проекта. Результатом изучения курса становится исследовательский проект по физике, готовый к защите. Курс позволяет не только обучить школьников организации и проведению физического эксперимента, но и сформировать у них понимание логики проектной деятельности, знания и умения, соответствующие каждому из этапов проектной деятельности. За основу была взята общепринятая логика построения проектной деятельности, соответствующая требованиям ФГОС СОО, согласно которой при реализации любого проекта выделяют следующие этапы: определение проблемы, темы, актуальности проекта; постановка цели проекта; определение задач; формулировка гипотезы; определение методов исследования; планирование работ по проекту; сбор и анализ теоретической информации; сбор экспериментальных данных; обработка, описание данных, выводы; оформление текста проекта; презентация итогов проекта; анализ итогов проектной деятельности, оценка качества; оценка уровня сформированности компетенций [7].

Для освоения полного цикла проектной деятельности мы предлагаем методику погружения школьников в проектную деятельность, предполагающую постепенное повышение их активности, самостоятельности, авторства. Нами были выделены два этапа освоения школьниками проектной деятельности, которые определили в дальнейшем построение содержания обучающего онлайн-курса.

Этап 1. Демонстрация.

На этом этапе освоения проектной деятельности ученик должен проследить логику развития уже реализованного и полностью описанного проекта. Сам обучающийся выступает здесь в роли воспринимающего чужой опыт, его авторство на этом этапе освоения проектной деятельности минимально. Важным требованием к демонстрационному проекту является его простота, понятность, но в то же время увлекательность замысла проекта и максимально подробное описание всех шагов, которые совершил автор. В процессе изучения работы над готовым проектом школьникам предлагаются проблемные вопросы и задания, обоснованные ответы на которые они смогут получить на следующем этапе обучения. Итогом прохождения этого этапа становится формирование у школьника мотивации к проектной деятельности, интереса к изучению физики, понимание общей логики построения проектной деятельности.

Этап 2. Обучение и исследование.

На этом этапе освоения проектной деятельности ученик получает подробные объяснения требований к выполнению проекта, правил, по которым будет разворачиваться его собственная проектная деятельность. В процессе освоения учебного содержания обучающиеся выполняют систему заданий (кейсов, вопросов для обсуждения и взаим- ного оценивания, самоконтроля), находят ответы на проблемные вопросы, оставшиеся после изучения демонстрационного проекта. Параллельно с усвоением знаний о специфике проектной деятельности, логике ее построения обучающиеся последовательно работают над собственным исследовательским проектом, выступая в роли активного исполнителя проектной деятельности.

Описанная логика формирования готовности обучающихся к проектной деятельности отражена в структуре онлайн-курса. Курс содержит две части – демонстрационную и основную.

В демонстрационной части курса («Раздел 1. Введение») школьникам продемонстрирован пример высокоиллюстративного проекта, выполненного их сверстником. Школьник пока не выполняет собственное исследование. Он знакомится с логикой рассуждений и действиями ученика при реализации исследовательского проекта, с этапами выполнения исследовательского проекта, ставит себя на место ученика и предлагает свой вариант логики реализации проекта и сравнивает его с вариантами других обучающихся онлайн-курса. В завершении изучения раздела школьник оценит предложенный для анализа проект по критериям, предъявляемым к индивидуальному проекту в школе.

Основная часть курса включает четыре раздела, соответствующих логике построения проектной деятельности:

• Раздел 2. Методология исследовательского проекта.

• Раздел 3. Теоретическая часть исследовательского проекта.

• Раздел 4. Практическая часть исследовательского проекта.

• Раздел 5. Итоговая часть исследовательского проекта.

Каждое занятие в этой части курса построено по единой логике и содержит:

• •    теоретическую информацию о содержании каждого из этапов проектной деятельности, требованиях к их реализации, описание типичных ошибок на каждом из этапов;

• •    анализ кейсов, выполненных другими обучающимися, в том числе на примере демонстрационного проекта из «Раздела 1. Введение», действий на каждом из этапов исследования, подготовленных ими текстов и т. п.;

• •    учебные задания, которые позволят обучающимся самостоятельно потренироваться в выполнении отдельных действий по реализации проекта;

• •    задания по выполнению собственного проекта.

Каждое занятие курса одновременно является шагом в выполнении школьниками собственного проекта. Последовательно и регулярно выполняя все предложенные задания курса и обсуждая результаты их выполнения с учителем, обучающиеся получают проработанный, готовый к защите индивидуальный проект.

Возможность освоения проектно-исследовательской деятельности в области физики обучающимися с разным уровнем исходного интереса и предметной подготовки обеспечивается в проекте «Сетевой физический класс» за счет возможности выбора обучающимся по согласованию с учителем уровня сложности выполнения проекта: базовый, основной, углубленный.

На базовом уровне ученик выполняет исследование, развивая идею демонстрационного проекта, опирается на его теоретическую базу, разработанные регламенты и планы экспериментов, самостоятельно реализует практическую часть исследования под контролем учителя.

На основном уровне ученик выполняет исследование в предложенной проблемной области и самостоятельно определяет его тему. На каждом этапе работы над проектом ему будут предложены обобщенные рекомендации, планы, алгоритмы действий, регламенты проведения экспериментов, которые необходимо самостоятельно конкретизировать для своей темы.

На углубленном уровне ученик выполняет исследование в любой интересующей его проблемной области физики и самостоятельно определяет его тему. Ученику необходимо самостоятельно продумать логику реализации исследования, разработать все необходимые планы и регламенты, выполнить исследование и проанализировать полученные результаты.

Проект «Сетевой физический класс» предполагает и возможности решения задачи создания условий для освоения педагогами потенциала современных образовательных пространств, в том числе инфраструктуры нацпроекта «Образование». Для исследований в рамках выполнения индивидуальных проектов школьникам предлагаются проблемы изучения альтернативных источников энергии с использованием учебного оборудования современных образовательных пространств (Цифровая лаборатория по физике RELEON, лабораторное оборудование для физики (ОГЭ-лаборатория), цифровая лаборатория исследования окружающей среды и альтернативных источников энергии, набор альтернативной энергетики leXsolar-NewEnergy Ready-to-go). Кроме оборудования, имеющегося в наличии в школе, участники проекта «Сетевой физический класс» могут использовать пространства и оборудования новых образовательных пространств (Технопарка универсальных педагогических компетенций и Кванториума) ВГСПУ. В процессе работы над индивидуальными проектами учителя и школьники могут получить методическое сопровождение преподавателей вуза, специалистов Технопарка и Кванториума относительно возможностей использования имеющегося оборудования для организации экспериментальной части исследования.

Обеспечение методического сопровождения учителя в процессе его руководства выполнением обучающимися исследовательских проектов по физике реализуется в проекте «Сетевой физический класс» за счет разработанного в онлайн-курсе верифицированного контента, наличия готовой системы учебных заданий и заданий для контроля, организационно-методических рекомендаций для проведения каждого очного занятия с детьми по итогам изучения ими онлайн-занятия. Благодаря этому даже начинающий учитель, не имеющий большого опыта преподавания физики и организации проектной деятельности обучающихся, может поэтапно сопровождать процесс выполнения детьми индивидуальных проектов. Кроме того, педагоги имеют возможность получать в процессе реализации курса сопровождение преподавателей вуза в формате консультаций, вебинаров и т. п.

Задача формирования интереса школьников к изучению учебного предмета «Физика» является наиболее комплексной и решается в том числе за счет многих описанных выше особенностей проекта «Сетевой физический класс»: использования потенциала проектно-исследовательской деятельности, реализации обучающимися собственных экспериментальных исследований, возможности создать ситуацию успеха для школьников с разным уровнем подготовки при выполнении проектов разной степени сложности. Кроме этого, потенциал повышения мотивации школьников к изучению физики заложен в возможности их участия в реализации сетевых проектов.

Школьники могут освоить умения проектной деятельности, не просто работая над индивидуальным проектом, но еще и включаясь в сообщество единомышленников, работающих над общими проблемами. Таким образом, индивидуальный проект школьника может стать частью сетевого исследовательского проекта. Например, мы предлагаем школьникам включиться в выполнение сетевого проекта на тему «Создание модели эффективного ветрогенератора». В своих индивидуальных проектах школьники будут изучать влияние различных параметров ветрогенератора и условий окружающей среды на его эффективность. Такими параметрами могут быть количество, размер, форма, материал лопастей ветрогенератора и другие характеристики его конструкции, различные климатические условия (температура, влажность, атмосферное давление, высота над уровнем моря) и прочие факторы. В своем индивидуальном проекте школьник изучает один из предложенных параметров, после чего полученные результаты будут объединены в общую базу данных, что и позволит в итоге создать модель наиболее эффективного ветрогенератора.

Таким образом, предлагаемая методика реализации сетевого физического класса обеспечивает возможность устойчивого сетевого взаимодействия всех субъектов образовательного процесса для повышения качества изучения школьниками физики и подготовки их к проектно-исследовательской деятельности. Системную методическую поддержку учителя физики обеспечивает наличие единого верифицированного содержания (онлайн-контента), разработанного преподавателями педагогического вуза. Сетевой физический класс способствует формированию мотивации школьников к изучению физики, независимо от организационных (удаленное географическое положение образовательной организации, количество обучающихся в сетевом классе) и кадровых (уровень квалификации учителя физики) условий, а также от уровня исходного интереса и предметной подготовки обучающихся.

Перспективы развития проекта могут быть связаны как с расширением его предметных областей, так и расширением субъектов, включенных в его реализацию (обучающихся средней школы, студентов вуза и пр.). В частности, продолжение исследований может быть связано с реализацией проекта «Сетевой физический класс. Проектная деятельность» в основной школе (7–9 класс), разработкой методики организации сетевых естественно-научных проектов школьников в рамках инфраструктуры нацпроекта «Образование», методики организации практической подготовки будущих педагогов к реализации проектной деятельности обучающихся, в том числе в формате сетевых научнообразовательных проектов с использованием инфраструктуры Технопарков педагогических университетов.