Исследовательская компетентность учащихся включает в себя владение самыми разными умениями. Большинство этих умений связано с физическим экспериментом. В их число входят умение формулировать гипотезы, планировать и выполнять эксперименты, обрабатывать результаты измерений, оценивать полученные результаты, оценивать границы погрешностей результатов измерений, обнаруживать зависимости между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы [1, 2]. Из простого перечисления ясно, что все эти действия составляют единый вид деятельности – экспериментальное исследование. И обучиться всем этим действиям учащийся может, только многократно участвуя в этой деятельности на уроке, а не наблюдая ее со стороны и, тем более, не читая о ней в учебнике.
К сожалению, при традиционной методике выполнения лабораторных работ и демонстраций учащиеся воспринимают эксперимент как нечто отдельное от курса физики. При этом, за пределами их понимания остаётся вопрос, каким образом точные физические законы устанавливаются в результате неточных по своей сути измерений. Даже изменённые в соответствии с требованиями ФГОС описания лабораторных работ не меняют ситуации.
В сложившейся педагогической практике, обусловленной особенностями возрастной психологии, наибольшее количество эмпирических законов приходится на первый этап изучения физики, 7 – 8 класс. Тем самым создаются предпосылки для нового подхода к организации демонстрационного и фронтального экспериментов на этом этапе, преобразования их в исследование [3], лежащее в основе систематического изучения всего курса физики. Только самостоятельно «обнаружив» некоторое количество эмпирических закономерностей на начальном этапе изучения физики, ученик сможет в дальнейшем осмыслить понятия «мысленный эксперимент, гипотеза, теоретическое предсказание» и логично перейти к изучению фундаментальных теорий в старших классах. Только использование деятельностного подхода и рассмотрение отдельных умений учащихся в контексте единой исследовательской деятельности позволяет организовать такое обучение.
Необходимое для усвоения любой деятельности многократное её выполнение требует наличия ориентировочной основы этой деятельности [4]. Другими словами, необходим обобщённый план выполнения такой деятельности, которым будет руководствоваться учитель в ходе урока, и который поможет учащимся усвоить логику выполнения деятельности. Такие обобщённые схемы деятельности созданы Анофриковой С.В. в её авторской школе [5], а также её учениками [6, 7], для различных видов деятельности учащихся на уроках физики.
В основном, исследовательская деятельность учеников на уроках сводится к выполнению трех видов деятельности: исследованию зависимости одной физической величины от другой («открытию» экспериментального закона), выяснению условий существования и протекания обнаруженного физического явления (созданию понятия о явлении) и введению новой физической величины для характеристики впервые обнаруженного свойства объекта или явления (созданию понятия о физической величине). Многообразие способов введения физических величин делает последнюю деятельность наиболее сложной для учащихся.
Выполнение первых двух видов деятельности начинается с формулирования познавательной задачи – вопроса, поиску ответа на который и будет посвящена деятельность. Следуя обобщённой схеме деятельности, учащиеся с помощью учителя или самостоятельно (зависит от этапа обучения деятельности) выдвигают гипотезы, планируют эксперимент для их проверки, проводят его, обрабатывают результаты эксперимента, в случае необходимости представляют их в графическом виде, формулируют выводы [8,9]. За курс основной школы учащиеся могут получить в ходе исследовательского эксперимента более 20 законов, систематически исследовать более 10 явлений.
В ходе обучения проводится тренировка и диагностика отдельных умений учащихся. Результаты показывают, что научный метод познания усваивается учащимися, и это происходит наиболее естественным способом – в ходе исследовательской деятельности на уроках.