Технология научного исследования

Программа: авторская
Авторы: Квашенко А.Н., Шипунов А.Б., Волкова П.А., Петров П.Н.
Год утверждения (начало апробации): 1993
Курс преподают П.А. Волкова., П.Н. Петров

Пояснительная записка

Основной целью практикума является создание фундамента для формирования у учащихся полноценной системы мотивировок, знаний и навыков, необходимых для самостоятельного проведения научно-исследовательской работы. В этой связи выдвигаются следующие общие задачи:

Формирование общих представлений о методологии экспериментальной исследовательской работы.
Формирование навыков создания и отработки экспериментальных методик.
Формирование навыков систематизации и представления результатов.
Формирование понимания роли статистической обработки данных и практических навыков пользования статистическим инструментарием.
Формирование навыков самостоятельной работы с литературой.
Формирование представления об оформлении проведённой работы в научную публикацию.
Формирование навыков участия и организации научной дискуссии.

В основу построения курса легло несколько общих организационных и теоретических положений.
Во-первых, – это идея поэтапного формирования представлений, подробно развитая в своё время в школе П.Я. Гальперина. Применительно к данному курсу она касается, прежде всего, формирования технических навыков работы экспериментатора. Поэтапно формируются навыки планирования исследования, разработки методики, использования статистики, написания отчёта. Не менее, если не более важно, сформировать понимание общих методологических принципов эксперимента. Отличия эксперимента от наблюдения, роль контрольного опыта, идея фальсифицируемости научного знания, принципиально вероятностная картина мира – все эти положения слабо связаны с обыденной жизненной практикой и осознаются с трудом. По этой причине в основе курса лежит идея возврата, рондо: к обсуждению каждого методологического понятия возвращаемся на новом уровне уже после того, как в своей практической работе учащиеся сталкиваются с соответствующей ситуацией.
Во-вторых – развитие идей Л.С.Выготского о зоне ближайшего развития. В данном случае зона ближайшего развития определяется не взрослым (родителем), а складывающейся по ходу работы группой взаимодействия школьников.
В-третьих — развитие навыков самостоятельной деятельности у учащихся. В связи с этим в ходе курса преподаватель старается избегать директивных приёмов, выступая в роли лектора на теоретических вводных занятиях, режиссёра-наблюдателя при обсуждении отчётов, консультанта и рецензента (не злоупотребляя последней ролью).

Спецкурс рассчитан на одно полугодие (17 занятий по два академических часа, всего 34 часа).

Структура программы

Введение (2 ч)

Раздел А. Формирующий этап (16 ч)
1 – Создание рабочих групп – 1ч
2 – Обсуждение и утверждение рабочих планов – 2 ч
3 – Обсуждение отчётов по предварительным сериям – 4 ч
4 – Статистические методы – 2 ч
5 – Приём промежуточных отчётов первого этапа – 7 ч

Раздел Б. Основной этап (16 ч)
1 – Обсуждение дочерних гипотез (1 ч)
2 – Статистические методы (2 ч)
3 – Приём промежуточных отчётов второго этапа (7 ч)
4 – Приём и утверждение финального отчёта (2 ч)
5 – Зачётная конференция (4 ч)

Содержание программы

Введение

Отличия методов научного познания от других форм теоретической деятельности. Научное наблюдение и эксперимент. Контролируемые и фоновые факторы. Контрольный опыт. Роль статистики и вероятностная картина знаний. Возможные основания для формулировки гипотезы. Предварительная гипотеза, её экспериментальная проверка и роль отрицательного результата. Дочерние гипотезы и системный характер научной картины мира. Пути и способы построения научных теорий.

Формирующий этап

Формирование рабочих групп и выбор тем

Группы формируются по желанию учеников. Размер группы до трёх человек. Предупреждение об обязательной ротации ролей в группе. Выбор областей и тем экспериментального исследования исходя из следующих требований: эксперимент должен быть бескровным; эксперимент должен быть выполнимым как по времени, так и по оборудованию; чем проще используемая аппаратура, тем лучше; рекомендуемые области – физиология человека, психофизиология, поведение животных.

Приём, обсуждение и утверждение предварительных планов

Особое внимание уделяется четкости и подробности описания методики, предполагаемому составу группы испытуемых (объём и однородность выборки), обсуждению отношения возможных результатов к гипотезе, целесообразности и возможности контрольных экспериментов, деталям использования и, если необходимо, создания требуемой аппаратуры.

Обсуждение отчётов по предварительным сериям эксперимента

Методы статистической обработки данных

Понятие выборки, её объём и однородность. Случаи выбраковки данных. Различия между выборками и достоверность различий. Использование программы R для статистической обработки данных. Применимость разных форм графической интерпретации данных.
Практические задания на семинаре: используя программу R, оценить достоверность выводов, сделанных в полученных образцах работ.

Обсуждение и приём промежуточных отчётов

Развитие навыков дискуссии. Развитие навыков рецензирования. Развитие навыков устного доклада. Обращение на конкретном материале к общим методическим и методологическим вопросам.

Пути формирования дочерних гипотез

Дочерние гипотезы при сохранении задачи исследования: (1) альтернативная постановка гипотезы «от противного», (2) учёт относительности контроля условий эксперимента (поиск действующего фактора). Изменение формулировки задач исследования: (1) проверка неожиданных регулярностей; (2) сдвиг задачи на цель либо цели на задачу.

Основной этап – проведение работ по сложившимся методикам

Обсуждение и приём промежуточных отчётов второго этапа: совершенствование навыков обработки полученных данных, совершенствование навыков написания письменного отчёта (потенциальной статьи). Приём и утверждение финальных отчётов. Утверждение окончательных вариантов отчётов рабочих групп, допускаемых к зачётной конференции. Зачётная конференция.

Требования к знаниям и умениям учащихся

Учащиеся должны знать:

правила техники безопасности; особенности эксперимента и научного наблюдения; что такое контрольный опыт и зачем он проводится; основные методы статистической обработки результатов и границы их применимости; правила составления ссылки на источник; правила оформления научной статьи; требования к презентациям материалов во время доклада.

Учащиеся должны уметь:

давать оценку временных затрат на планируемые работы; самостоятельно искать необходимые научные публикации в Интернете; пользоваться программой R для статистической обработки результатов; пользоваться графическими и текстовыми редакторами для подготовки отчётов и презентаций.

Учебные пособия:

Велле С.В. Как подготовить стендовый доклад? Учебные материалы. Научно-практическая конференция школьников «Ученые будущего». Доступно в электронном виде в сети Интернет.
Волкова П.А., Шипунов А.Б. Статистическая обработка данных в учебно-исследовательских работах. М.: Экопресс, 2008. 60 с.; М.: ФОРУМ, 2012. 96 с. Доступно в электронном виде, есть в библиотеке биокласса
Шипунов А.Б., Балдин Е.М., Волкова П.А. и др. Наглядная статистика. Используем R! М.: ДМК Пресс, 2012. 298 с. Есть в библиотеке биокласса, доступно в электронном виде.
Нинбург Е.А. Технология научного исследования. Методические рекомендации. СПб, 2000; М., 2006. Доступно в электронном виде в сети Интернет.
Кабаков Р.И. R в действии. Анализ и визуализация данных в программе R / пер. с англ. П. Волковой. М.: ДМК Пресс, 2014. 580 с. Есть в библиотеке биокласса. Фрагменты книги, используемые в данном курсе, доступны в электронном виде: введение и главы 1-3 и главы 4-7.