_Статьи / 35. Ст_Эффек-ть научно-исслед. работы школьников

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

УДК 37.01 + 372.8:54

Е. Е. Кравцов, Ю. И. Рябухин

Астраханский государственный технический университет

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ, МЕТОДИКА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ ШКОЛЬНИКОВ

Введение

Влечение школьников к научно-исследовательской работе поддерживается созданием специализированных объединений различного уровня – от кружков или школ типа «Юный математик, физик, химик, биолог, ...» до ученических научных обществ и «Академий юных».

Специализированные объединения юных исследователей могут быть организованы либо при вузе, либо непосредственно в общеобразовательном учебном заведении (школе, гимназии, лицее). Первый вариант предпочтительнее, так как при этом проще создавать материальнотехническую базу научно-исследовательских работ и привлекать к их руководству профессорско-преподавательский состав и научных работников вуза. Однако в этом случае зачастую уменьшается и даже исключается роль учителей в исследовательско-познавательном процессе школьников.

Постановка задач

Содержание исследований должно иметь учебную или научную направленность, однако, как показывает практика, более предпочтителен подбор тем второго вида, поскольку такие темы удовлетворяют любознательность и обеспечиваются устойчивым интересом ребят к науке. Устремление к исследовательскому труду в этом случае значительно сильнее, чем при выполнении работ учебно-методического плана [1, 2].

Специализированные исследовательские объединения естественнонаучного направления должны базироваться на тематике, связанной с экспериментом, так как реферативно-аналитическая работа при всех своих организационных плюсах не учитывает исключительной тяги школьников к экспериментированию.

Результативность работы учащихся во многом определяется тщательностью подбора и конкретностью формулировок тем, которые должны предусматривать новизну, сравнительную простоту экспериментального выполнения и преодолимую теоретическую сложность. Желательно,

133

ISSN 1812–9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2004. № 4 (23)

чтобы тема исследований имела практическую полезность и для достижения состязательного эффекта поручалась двум школьникам. При соблюдении этих условий учащимся нередко удаётся выполнить исследования на уровне изобретений, что, несомненно, стимулирует их труд.

График работы юных исследователей должен быть по возможности максимально свободным, и его организационные параметры школьники должны планировать в основном самостоятельно.

В начальный адаптационный период необходимо посредством цикла вводных лекций сформировать у учащихся понимание теоретических основ предстоящих исследований. Затем, не форсируя эксперимент, следует

впервую очередь прививать учащимся интерес к работе с научнотехнической литературой, чётко дозируя при этом сложность и объём информационного материала. В этот же период следует приучить учащихся к осознанному неукоснительному выполнению правил безопасной работы

влаборатории. Немалую роль в подготовке юных исследователей к их работе играет применение методов проблемного обучения.

Многолетний опыт авторов настоящего сообщения по организации работы юных химиков в Астраханском государственном техническом

университете (АГТУ) и химиков – членов «Донской академии юных» в Ростове-на-Дону свидетельствует о том, что такая работа может быть вполне успешной.

Школа «Юный исследователь» АГТУ

История становления школы «Юный исследователь» АГТУ. В 1988 г.

в Астраханском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства (АТИРПиХ) был организован по инициативе кафедры общей, неорганической и аналитической химии и средней школы № 5 специализированный химико-биологический класс, а в 1989 г. и химикоматематический класс. В настоящее время в Астраханском государственном техническом университете (до 1994 г. – АТИРПиХ) функционирует несколько спецклассов, и основную свою задачу по подготовке школьников к обучению в вузе они выполняют вполне успешно [3]. Студенты, получившие подготовку в этих классах, как правило, учатся значительно лучше своих однокурсников.

Вначале 1990-х гг. из числа наиболее способных учеников спецклассов при кафедре общей, неорганической и аналитической химии АТИРПиХ был организован химический кружок [4]. Исследовательские работы юных химиков оказались вполне сопоставимы по качеству с науч- но-исследовательскими работами студентов-химиков младших курсов. Кружковцы становились изобретателями и успешно выступали с докладами на конференциях студенческого научного общества, результаты их работ публиковались в издаваемых АТИРПиХ научных сборниках.

В1994 г. члены химического кружка успешно выступили с докладами на Научной экологической конференции школьников в Ростове-на- Дону, а в 1995 г. впервые представили результаты своих исследований на

134

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

II Всероссийской научной конференции научно-социальной программы для молодёжи и школьников «Шаг в будущее» в МГТУ им. Н. Э. Баумана, где одна ученица заняла второе место. В эти годы школьники получили первые патенты РФ.

Успехи кружковцев побудили создать в 1996 г. в АГТУ школу «Юный исследователь», в связи с чем химический кружок был преобразован в химический класс. Затем через год был организован и математический класс при кафедре прикладной математики и криптографии, а ещё через некоторое время были открыты биологический класс и класс математической статистики. Численность школы при этом возросла до 100 учеников.

Большую роль в становлении школы «Юный исследователь» – наполнении её интеллектуально одарёнными и целеустремлёнными ребятами

иорганизации их поездок на различные соревнования – играет школа № 5 (с 2002 г. – лицей № 3), из которой вышло около половины юных исследователей. Большой вклад вносят и другие средние общеобразовательные учебные заведения Астрахани, такие как школа № 8, гимназия № 3 и Областная школа одарённых детей. Эта школа, начиная с 1995 г., третьего года со дня своего основания, ежегодно совместно со школой «Юный исследователь» АГТУ проводит под эгидой Астраханского координационного центра программы «Шаг в будущее», Департамента образования и Комитета по делам молодёжи г. Астрахани городскую научно-практическую конференцию молодых исследователей «Шаг в будущее». В 2003 г. такая конференция была организована и успешно проведена лицеем № 3.

Популярность городской конференции, которая объединяет ряд химических секций (совершенствование химических технологий и химические источники тока, ингибиторы коррозии и защитные покрытия металлов, ресурсосбережение и защита окружающей среды), а также секции по экологии

ибиологии, математике, математической статистике и информатике, физике

иастрономии, краеведению и географии, экономике, истории и праву, психологии и культурологии, литературе и литературоведению, иностранным языкам, неуклонно растёт. В работе конференции в последние годы принимают

участие ученики из школ Астраханской области и Республики Калмыкия, и она постепенно приобретает статус региональной.

Школа «Юный исследователь» АГТУ в последнее время существенно укрепила связи с гимназиями № 1 и 2, техническим лицеем и лицеем № 1, а в лицее № 3 и Областной школе одарённых детей организованы результативно функционирующие филиалы школы.

В 1997 г. по инициативе школы «Юный исследователь» и ректората АГТУ в Астрахани был создан региональный Координационный центр российской программы «Шаг в будущее». Базовой организацией центра стал АГТУ, а координаторами программы – областные Департамент общего и профессионального образования и Комитет по делам молодёжи и студентов, которые взяли на себя заботы по организационно-финансовой поддержке школы «Юный исследователь» и оплате расходов по организации поездок школьников на региональные, всероссийские и зарубежные конфе-

135

ISSN 1812–9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2004. № 4 (23)

ренции, форумы и выставки. АГТУ взял на себя обязанности по снабжению школы «Юный исследователь» реактивами и химической посудой, лабораторным оборудованием и приборами, стал выплачивать стипендии отличившимся ученикам и поощрять преподавателей-энтузиастов, безвозмездно работающих в школе. Периодически материальную поддержку школе «Юный исследователь» оказывают некоторые астраханские предприятия и организации, такие как АО «Завод резинотехнических изделий», АО «Лакокрасочный завод», АО «Юг-танкер», Научно-исследовательский и проектный институт газа (АНИПИгаз) ООО «Астраханьгазпром».

Научно-практические разработки школы «Юный исследователь».

Школа «Юный исследователь» стремится и сама зарабатывать средства за счёт внедрения собственных разработок, таких, например, как «Шампунь для танкера» и «Метод очистки отработанного тузлука» (тузлук – состав для посола рыбы), которые рекомендованы к проведению производственных испытаний. К сожалению, астраханский бизнес проявляет пока почти полное безразличие к разработкам ребят.

Вшколе «Юный исследователь» разрабатываются перспективные проекты в области электрохимии. Создана первая действующая модель химического источника тока с анодом из алюминия и щелочным электролитом. Следует отметить, что алюминий, по своим электрохимическим характеристикам великолепно подходящий на роль анода (донор трёх электронов, большая потенциальная ЭДС, экономичность, малая плотность), в этом качестве до сих пор не использовался. И хотя эта архисложная задача до конца ещё не решена, уже ясно, что предлагаемый школой «Юный исследователь» гальванический элемент, спаренный с кислородно-водородным топливным элементом, может стать рекордсменом по своему КПД.

Школьниками предложена большая серия новых ингибиторов кислотной и щелочной коррозии металлов и найдены преобразователи ржавчины, разработаны электролиты и методики для получения чёрных антикоррозионных покрытий, поглощающих солнечную энергию. Успешно решаются в школе некоторые проблемы очистки сточных вод и рекуперации отходов рыбоперерабатывающей промышленности. Обоснованы проекты определения микроэлементного состава подземных вод, по которым судят о наличии нефтяных залежей в недрах, что весьма актуально для Астраханского региона, где по геологическим прогнозам содержатся огромные запасы нефти, конденсата и газа.

Вактиве студентов – воспитанников химического класса школы «Юный исследователь», где ежегодно занимаются от 25 до 45 учеников, имеются и другие перспективные практически полезные разработки. Это и моющий раствор, полученный из отходов производства рыбной муки, и способы извлечения тяжёлых металлов из образующихся шламов – ценного сырья для изготовления пигментов, абразивов и магнитно-активных ферритов.

Разработан состав для очистки ёмкостей от жировых и нефтяных загрязнений, соответствующий уровню мировых изобретений. Этот состав позволяет эффективно удалять пласты, образующиеся в результате затвер-

136

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

девания слоёв, остающихся на стенках цистерн после каждого слива нефти, что ведёт к существенному уменьшению ёмкостей цистерн. Эта экономически выгодная разработка получила признание на IV Национальных соревнованиях молодых учёных программы «Шаг в будущее» и ХII Европейских соревнованиях молодых учёных в Амстердаме (Голландия), где автору – студенту 3-го курса АГТУ – предложили продать патент.

Организационные принципы работы школы «Юный исследователь».

Создание школы «Юный исследователь» и Астраханского координационного центра программы «Шаг в будущее» подняли организацию исследовательской работы астраханских школьников на более высокий уровень. Начиная с 1997 г. на всероссийские и региональные конференции стали направляться уже не одиночки, а научные делегации численностью 7–15 докладчиков.

Постоянно в школе «Юный исследователь» работают 10–12 преподавателей АГТУ, причём каждый класс возглавляет опытный научный руководитель – кандидат наук, который планирует исследовательскую работу. Научный руководитель не только формирует тематику исследовательских работ учеников, но и, как правило, руководит их выполнением. Эти задачи, а также побор в школу учеников составляют главные звенья в деятельности руководителя класса.

Большая часть учеников (75–80 %) поступает в школу после окончания девятого класса общеобразовательных учебных заведений в процессе комплектования специализированных классов. При наборе учитываются рекомендации учебных заведений, а также результаты собеседований с будущими юными исследователями. Примерно 20–25 % учеников поступает в школу из восьмых и девятых классов.

Три года назад впервые в школу «Юный исследователь» были зачислены шести- и семиклассники, и их первые шаги в исследовательской работе показывают, что эксперимент по сверхраннему приобщению ребят к науке не окажется неудачным.

Сложившаяся система отбора учеников достаточно эффективна, о чём свидетельствуют следующие показатели. Во-первых, отсев из школы составляет лишь 15–20 %, и, во-вторых, большинство принятых в школу учеников уже к концу учебного года докладывают результаты своих исследований на ежегодной конференции школы «Юный исследователь».

Кратко методика организации научно-исследовательской работы школьников, которая строится на индивидуально-групповой основе, была изложена выше. Однако следует ещё раз подчеркнуть решающий вклад

вуспех научно-исследовательского процесса правильно выбранной темы. Учитывая, что все без исключения темы, предлагаемые школьникам, предусматривают получение новых знаний и, следовательно, относятся к на- учно-исследовательским работам, важнейшим критерием их подбора служит априорная возможность выявления элементов новизны. С этой целью

внекоторых случаях преподаватели – научные руководители тем – проводят предварительную экспериментальную проверку указанной возможно-

137

ISSN 1812–9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2004. № 4 (23)

сти. И всё же, несмотря на это, около 10 % тем приходится после проведения разведочных экспериментов заменять из-за отсутствия новизны как основного критерия.

Содержание работы химического класса школы «Юный исследова-

тель». Наиболее подробно процесс формирования тематики научноисследовательских работ школьников рассмотрен на примере результативно действующего химического класса. Содержание конкретных тем его учеников определяется научными направлениями кафедры общей, неорганической и аналитической химии, на базе которой функционирует этот класс.

Первое направление, которое реализуется в исследованиях юных химиков, представлено тематикой научно-исследовательских работ по коррозии и методам защиты от неё металлов. Школьники изучают скорость коррозии стали, алюминия, некоторых других металлов и технических сплавов в зависимости от природы и концентрации кислот, температуры и времени экспозиции, а главное, от введения добавок, априорно обладающих ингибиторными свойствами. В процессе этих исследований было предложено несколько новых ингибиторов кислотной коррозии, которые замедляют разрушение, как правило, не одного, а двух и даже большего числа металлов. В результате этих работ было получено 10 патентов РФ на изобретения (ещё 2 заявки находятся на рассмотрении в Роспатенте).

Вторым направлением исследований химического класса является разработка методик получения защитных покрытий посредством их электролитического и химического осаждения на поверхности стали, алюминия и цинка. На одну работу из этого цикла был получен патент РФ на изобретение, а результаты исследования по разработке антикоррозионного чёрного покрытия для гелиоустановок были опубликованы в международном журнале в США [5]. Кроме того, по коррозионной тематике воспитанниками школы опубликовано около 10 статей и тезисов докладов в центральной печати [6].

Третьим направлением научных исследований стали разработки эффективных способов очистки сточных вод посредством применения сорбционных, коагуляционных, реагентных и электрохимических методов. По этой тематике школьниками опубликовано около 10 статей и тезисов докладов, получен патент РФ на изобретение.

Четвёртое направление, довольно тесно связанное с третьим, – это исследование проблем ресурсосбережения. По этой тематике юные химики изучают возможности использования отходов преимущественно местной промышленности. Школьниками получен патент РФ на изобретение, а предложенный способ очистки сточных вод гальванических цехов от ионов тяжёлых металлов с утилизацией образующихся шламов находится на экспертизе в Роспатенте.

Пятое направление, которое появилось в последние годы, связано с исследованием химических источников тока (ХИТ). Основные усилия в этой области школьники направляют на разработку ХИТ с алюминиевым анодом. Фундаментом этих работ явились результаты исследования инги-

138

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

биторов коррозии по снижению саморазряда гальванических элементов с алюминиевым и цинковым анодами.

Представляют практический интерес и другие направления исследований школьников. Например, изучение электрохимического способа выделения йода из вод подземных источников, определение возможности извлечения практически полезных веществ из опавшей листвы, а также разработка топливных эмульсий, применение которых может существенно снизить токсичность выхлопных газов автомобилей.

Результаты работы химического класса школы «Юный исследователь» АГТУ показывают, что ребята могут выполнять достаточно серьёзные научные работы, имеющие преимущественно прикладной характер.

Успехи школы «Юный исследователь». Научные руководители шко-

лы «Юный исследователь» при формировании концепции деятельности школы сразу отказались от работ реферативного плана и сосредоточили усилия на научных тематиках. И это стратегическое решение, как показывает время, было правильным. Четыре раза – в 1997, 1998, 2000 и 2002 гг. – учащиеся школы завоёвывали первые места и становились победителями российских национальных соревнований молодых исследователей. В 1998 г. за работу по анодированию алюминия ученик школы на V Всероссийской научной конференции программы «Шаг в будущее» был удостоен диплома III степени и путёвки в молодёжный лагерь «Орлёнок» – впервые 13-летний мальчик стал лауреатом конференции такого уровня.

Воспитанники школы в обязательном порядке участвуют в ежегодной итоговой научной конференции (в текущем году состоялась VII конференция), где отчитываются о работе в течение года. Затем подавляющее большинство школьников участвует в городской научной конференции программы «Шаг в будущее» (в текущем году проведена IХ конференция), где докладчики получают рекомендации для участия во Всероссийской научной конференции. Жюри, состоящее из наиболее опытных учителей школ, профессоров, доцентов и преподавателей вузов, оценивает содержательность сообщений, их новизну, полезность, научную грамотность ответов докладчиков на вопросы и качество оформления представляемых иллюстративных материалов.

Затем делегация ребят, состоящая исключительно из учеников школы «Юный исследователь» АГТУ, командируется в МГТУ им. Н. Э. Баумана на Всероссийскую научную конференцию программы «Шаг в будущее» (в текущем году состоялась Х конференция). Научные делегации школы участвовали в работе семи таких конференций и представили на них 71 доклад, 49 из которых отмечены дипломами, в том числе пятнадцатью дипломами I степени. Кроме того, ученики школы заняли первые места в 9-ти номинациях (трижды по экологии и по одному разу по химии, инженерным наукам, почвоведению и математике; дважды – за лучший результат самого юного участника). Воспитанники школы 5 раз получали рекомендации и входили в состав национальных команд России для участия в научных конференциях и выставках, проводившихся в Европе

139

ISSN 1812–9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2004. № 4 (23)

(Амстердаме, Ганновере, Гренобле, Лондоне, Милане) и США. В 1997 г. воспитанник школы первым из российских учеников занял призовое – второе – место на соревнованиях молодых исследователей Европейского союза в Милане (Италия). В 2000 г. на аналогичных соревнованиях в Амстердаме (Голландия) воспитанница химического класса была награждена европейской стипендией. Тем самым была подтверждена неслучайность успеха астраханского школьника в 1997 г. Дважды учеников школы приглашали на международные форумы молодых учёных в Лондон и инженерные выставки в Шарлеуру (Бельгия) и Братиславу (Словакия), где была выиграна золотая медаль по математике.

Участвуя в работе международных конференций, проводившихся на территории России, воспитанники школы четырежды занимали первые места на конференциях в Самаре, Нальчике и Чебоксарах.

В 2002 г. на IХ Всероссийской конференции программы «Шаг в будущее» ученики школы получили семь дипломов (по три диплома I и III степеней и один диплом II степени), выиграли призы за лучшие работы в трёх номинациях, а также заняли одно из трёх первых мест во впервые проводимом абсолютном первенстве.

Таким образом, на сегодняшний день школа «Юный исследователь» АГТУ является самым титулованным участником программы «Шаг в будущее», причём наибольшее число побед на конференциях и соревнованиях – это победы учеников химического класса, в котором «школу науки» проходит половина всех воспитанников. За весь период функционирования школы «Юный исследователь» около 30 % её воспитанников стали авторами печатных работ, а 16 школьников – и авторами 11 работ, опубликованных в центральной печати молодых учёных; 24 школьника стали авторами изобретений – обладателями 16 патентов РФ на изобретения. Двенадцати воспитанникам школы – лауреатам всероссийских конференций – присвоены звания действительных членов и членовкорреспондентов Российского молодёжного политехнического общества, а также было предоставлено право поступления на химические и химикотехнологические специальности вузов страны без экзаменов.

Вчерашние школьники, а ныне студенты АГТУ, как правило, учатся на «хорошо» и «отлично». Они становятся стипендиатами Президента России, Европейского союза, астраханских губернатора и мэра, благотворительного Фонда президента холдинговой компании «Интеррос», выступают в роли самостоятельных руководителей и «микрошефов» нынешних юных исследователей, работающих в области экологической биотехнологии, химического никелирования и изыскания эффективных ингибиторов коррозии. И уже их воспитанники демонстрируют весомые результаты научно-исследовательских работ, становятся победителями университетских, региональных и российских конференций. Например, на II Международный конгресс студентов, молодых учёных и специалистов, который состоялся в Москве в апреле 2002 г., воспитанник школы – студент АГТУ – был приглашен уже не как докладчик, а как научный руководитель работы юного исследователя школы.

140

НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В 2001 г. четыре бакалавра техники и технологий – выпускники АГТУ и воспитанники школы «Юный исследователь» – поступили в целевую магистратуру Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина по направлению «Химическая технология и биотехнология». Один из них – неоднократный призёр соревнований различного ранга программы «Шаг в будущее», победитель Национальных соревнований и участник соревнований молодых учёных Европейского союза – был избран адъюнктом по горно-металлургической секции Российской академии естественных наук.

Воспитанники школы «Юный исследователь» и бывшие кружковцы – выпускники АГТУ – становятся перспективными руководителями производства, научными работниками и преподавателями средних и высших учебных заведений, организаторами высшего профессионального образования, такими как, например, деканы механического факультета и факультета среднего профессионального образования АГТУ.

Заключение

Опыт, накопленный в школе «Юный исследователь» АГТУ, показывает, что научно-исследовательские объединения школьников и студентов эффективно осуществляют не только образовательные функции и удовлетворяют склонность молодёжи к экспериментированию, но и позволяют выполнять практически полезные разработки прикладного характера [7].

Вложения в образование во всём мире дают наибольший экономический эффект, и российскому бизнесу давно пора понять это и обратить внимание на специализированные объединения школьников типа «Юный исследователь».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Матюшкин А. М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. – М.: Педа-

гогика, 1972. – 206 с.

2.Махмутов М. И. Теория и практика проблемного обучения. – Казань: Таткни-

гоиздат, 1972. – 232 с.

3.Кравцов Е. Е., Калиев С. Г., Старкова Н. Н. УИР в рамках модульной системы //

Вузы России в условиях рынка: Тез. докл. – Пенза, 1993. – С. 52.

4.Кравцов Е. Е. Исследовательский кружок школьников // Современная школа – задачи и перспективы: Тез. докл. – Астрахань: АОИУУ, 1997. – С. 29–31.

5.Кrаwсоw Е. Е., Rudenko M. F., Idiatulin S. A. Effective surfaces of solar heat collectors // Chemical and Petroleum Engineering. Now-York, 1998. – Р. 1134–1136.

6.Научные труды молодых исследователей программы «Шаг в будущее». – М.:

НТА «АТФН», 2001. – ( Сер. Профессионал) – Т. 3. – С. 29–32; 50–52; 57–58.

7.Кравцов Е. Е., Рябухин Ю. И. Организация, методика и эффективность исследовательской работы учащихся // Педагогические идеи и практический опыт Шацкого С. Т. в современном образовании: Сб. тр. междунар. науч.-практ.

конф. – Астрахань, 2002. – С. 43–44.

Получено 30.07.04

141

ISSN 1812–9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2004. № 4 (23)

ORGANIZING PRINCIPLES, METHOD & EFFICIENCY

OF RESEARCH SCHOOLCHILDREN WORK

E. E. Kravtsov, U. I. Rjabuhin

The organizing principles & the method of individual – group research schoolchildren work are stated, its efficiency is demonstrated at the example of school work experience of the natural scientific direction “Young explorer” of t he Astrakhan State Technical University. Its history, the system of pupils’s selection, school’s successes & achievements, conceptional work direction & science – practical elaborations of the c hemical class pupils are enlighted.

142