Формування дослідницьких умінь майбутніх учителів початкової школи в процесі навчання математики

Формування дослідницьких умінь майбутніх вчителів початкової школи в процесі навчання математики

Мажуга Ю.І.

У статті розглянуто проблему формування дослідницьких умінь студентів - майбутніх учителів початкової школи. Узагальнено погляди науковців на класифікацію та сутність навчально-дослідницьких умінь. Проаналізовано роль дослідницько-пізнавального підходу у формуванні навчально-дослідницьких умінь студентів в процесі викладання математики. Запропоновано ефективну методику формування навчально-дослідницьких умінь студентів у процесі викладання математики із застосуванням дослідницько-пізнавального підходу. У публікації використано матеріали дослідження, проведеного під час викладання математики студентам - майбутнім учителям початкової школи з використанням дослідницько-пізнавального підходу.

Ключові слова: дослідницькі уміння, дослідницько-пізнавальний підхід, дослідницько-пізнавальний підхід у навчанні математики, формування навчально-дослідницьких умінь учителя початкової школи.

«Уміння - це майстерність,

це здатність використовувати наявні знання

для досягнення своїх цілей ...»

Дьордь Пойа

У сучасних умовах соціально-економічного розвитку України як держави, стрімких змін у сфері педагогічної науки та освітніх технологій особливого значення набуває проблема реформування професійної підготовки майбутніх педагогів.

Одним з пріоритетних завдань педагогічної освіти є широка загальноосвітня підготовка студентів, що базується на концепції особистісно орієнтованого навчання та передбачає формування цілісної системи універсальних знань, умінь, навичок, а також досвіду самостійної діяльності, тобто основних компетентностей, що визначають якість освіти сучасного студента вищого навчального закладу.

Саме компетентнісний підхід дозволить реалізувати головну мету педагогічного ВНЗ - підготовку висококваліфікованого вчителя початкової школи. Професійно-педагогічну спрямованість повинні мати абсолютно всі навчальні предмети, які вивчаються в педагогічному виші, у тому числі - математика. Така спрямованість навчання відображає не лише мету педагогічної освіти, але й її зміст.

Щодо змісту, то студенти не просто засвоюють сукупність наукових і педагогічних знань, але і навчаються застосовувати їх у своїй майбутній педагогічній діяльності, що згодом дозволить досягти високого рівня професійної майстерності (Мажуга, 2017).

Високий рівень професійної підготовки молодого спеціаліста є визначальним фактором подальшої успішної кар'єри у будь-якій сфері педагогічної діяльності, його конкурентоздатності на ринку праці. Саме для досягнення такого рівня сучасний студент повинен оволодіти не лише різноманітними знаннями, а й уміннями, які дозволять йому застосовувати набуті знання в процесі самостійної професійної діяльності.

Аналіз психолого-педагогічної і методичної літератури показав, що формування дослідницьких умінь студентів залежить від методів та підходів до організації навчально-пізнавальної та дослідницької діяльності студентів, що знайшло своє відображення у наукових дослідженнях В.Андреєва, Г. Артемчук, В. Буряка, А. Єріної, В. Захожай, М. Князян, І. Кравцової, Н. Мирончук, Л. Моїсєєвої, З. Слепкань, Є. Спіцина, А. Філіпенко та ін.

Питання професійної підготовки майбутнього педагога до дослідницької діяльності розглядалися в працях О. Абдулліної, В. Бондаря, Л. Виготського, П. Гальперіна, І.Зязюна, С. Мартиненко, Л. Пуховської, О. Савченко, В.Сисоєвої, Л. Хомич, П. Щербаня, Н. Яковлевої та ін.

Проведений аналіз також свідчить про те, що впродовж останніх років вітчизняні та іноземні науковці в своїх дослідженнях значну увагу приділяють проблемі розвитку дослідницьких умінь студентів в процесі викладання певних навчальних дисциплін, у тому числі математики (С. Арсьонова, М. Артіг, С. Гудчайлд, С. Доре, М. Дорф, П. Ернест, А. Карлащук, І. Каташинська, Т. Крофт, М. Ламперт, В. Литовченко, К. Маасс, Дж. Мейсон, С. Раков, І. Соломон, Д. Хайберт, Б. Яворськи та ін.)

Проблемі формування дослідницької компетентності студентів вищих навчальних закладів присвячені наукові дослідження багатьох вітчизняних та іноземних вчених. Разом з тим, окремі важливі аспекти вирішення цієї проблеми можуть мати подальший розвиток. Це стосується, зокрема, дослідження змісту, методів і підходів до організації навчання, які б сприяли формуванню та розвитку у студентів дослідницьких умінь та навичок у процесі навчання математики.

На нашу думку, саме впровадження дослідницько-пізнавального підходу до навчання математики у вищих навчальних закладах є актуальним у напрямку орієнтації на формування дослідницьких умінь студентів.

Мета публікації - висвітлити проблему формування дослідницьких умінь у студентів вищих навчальних закладів, роль дослідницько-пізнавального підходу у розв'язуванні цієї проблеми; запропонувати ефективну методику формування навчально-дослідницьких умінь студентів у процесі викладання математики із застосуванням дослідницько-пізнавального підходу.

Матеріал і методи досліджень

Матеріалом для дослідження слугували особисті спостереження та результати опрацювання психолого- педагогічної літератури стосовно аналізу змісту понять «дослідницькі уміння» та «навчально-дослідницькі уміння», що дало можливість визначити їх ієрархію в контексті проблеми формування дослідницьких умінь студентів у процесі навчання та запропонувати ефективну методику її вирішення.

Для досягнення мети були використані такі методи:

- теоретичні: аналіз, синтез та узагальнення власного педагогічного досвіду та педагогічного досвіду вітчизняних і закордонних науковців щодо проблеми ефективного формування дослідницьких умінь студентів у процесі навчання;

- емпіричні: власні спостереження у процесі навчання математики;

- статистичні: аналіз результатів опитування студентів.

Результати та їх обговорення

У сучасній науковій, психолого-педагогічній літературі можна зустріти різні означення базових понять «дослідницькі уміння» та «навчально-дослідницькі уміння», що розкривають їх сутність і зміст.

Український педагогічний словник визначає уміння як «здатність належно виконувати певні дії, заснована на доцільному використанні людиною набутих знань і навичок. Уміння передбачає використання раніше набутого досвіду, певних знань; без останніх немає уміння» (Гончаренко, 1997).

Аналіз психолого-педагогічних джерел показав, що єдиного підходу до визначення сутності та класифікації навчально-дослідницьких умінь не існує. Окремі науковці тлумачать поняття «навчально-дослідницькі уміння», з одного боку, як властивість особистості, яка характеризує її здатність до пошуково-перетворюючої діяльності в освітньому процесі, а з іншого, як її здатність здобувати нові знання, уміння і навички, які сприяють його професійному розвитку і саморозвитку.

Відомо, що уміння формуються і розвиваються в процесі відповідної діяльності. Основним видом діяльності у вищому навчальному закладі є навчальна діяльність. Знання і професійні уміння студентів формуються під час вивчення певних навчальних предметів. Тому важливим завданням педагога є така організація навчального процесу, яка б забезпечувала формування знань і навчально-дослідницьких умінь як цілісної системи.

В процесі традиційного підходу до навчання відбувається репродуктивне засвоєння знань, предмет розумових дій задається навчальним матеріалом, який готує і пояснює викладач, а студенти його запам'ятовують і через деякий час відтворюють для оцінювання. Якщо ж створюється предметна ситуація, під час якої студенти мають справу із завданнями пошукового характеру, коли вони повинні самостійно (можливо частково за допомогою партнерів або викладача) здійснити певні кроки для отримання нових знань, використовуючи вже відомі, тоді їх діяльність відбувається у формі дослідницького процесу:

- формулювання питань до предмету дослідження;

- постановка задачі;

- проведення дослідження;

- формулювання гіпотези;

- розв'язування задачі (отримання нового знання);

- аналіз і оцінювання отриманого результату.

Порівнюючи процес наукової праці вченого і діяльності студента, який розв'язує навчальні завдання дослідницького характеру, можна зазначити, що вони ґрунтуються на подібних розумових операціях. Різниця між ними полягає переважно у тому, що вони намагаються розв'язувати завдання різного ступеня складності, при цьому вчений, як правило, має значно більше можливостей у використанні методів, способів та інструментів для проведення дослідницької діяльності. Автор підтримує точку зору прихильників підходу, відповідно до якого трактування поняття «дослідницька діяльність» базується на характері педагогічної взаємодії між викладачем та студентом.

Якщо викладачу відомий шлях дослідження певної проблеми (розв'язування задачі) і він пропонує студентам самостійно пройти цим шляхом, напевне знаючи розв'язок або передбачаючи очікуваний результат такого дослідження, то така діяльність може визначатися як навчально-дослідницька. Якщо ж викладач володіє різноманітними методами та інструментами наукового дослідження і він знайомить з ними студентів, у нього та студентів достатньо розвинуті інтуїція та наукове передбачення, однак їм невідомі ні шляхи проведення дослідження (можливо лише орієнтовні), ні остаточний результат дослідження (розв'язок задачі), то така діяльність може вважатися науково-дослідницькою.

З огляду на практику проведення досліджень у вищих навчальних закладах, у тому числі педагогічних, застосування передових інформаційних технологій, форм, методів і підходів до навчання та досвіду роботи зі студентами, можна стверджувати, що в сучасних умовах навчання і, в першу чергу навчання математики, навчально-дослідницька діяльність студентів переважає над науково-дослідницькою. У контексті нашого дослідження ми розглядаємо проблему формування саме навчально-дослідницьких умінь студентів - майбутніх учителів початкової школи в процесі навчання математики, вважаючи ці уміння одним із головних видів професійних умінь педагога. професійний компетентність спеціаліст математика

Процес навчання зазвичай базується на певних психолого-педагогічних теоріях, концепціях і методах навчання, які у свою чергу спираються на виявлені та дослідженні закономірності пізнавальної діяльності особистості і передбачає відповідну модель організації навчань. Найбільш поширеною сучасною освітньою парадигмою є теорія особистісно орієнтованого навчання, в основі якої лежить концепція студентоцентрованого навчання. Розглянемо більш детально сутність дослідницько- пізнавального підходу до навчання. У вітчизняній педагогічній літературі дослідницько-пізнавальний підхід до навчання (inquiry-based learning approach) визначають ще як дослідницький підхід, проблемно-пошуковий підхід до навчання, підхід до навчання на основі запитів, навчання засноване на дослідженнях та ін. Слід також відзначити, що розвиток уявлень про сутність, роль і місце дослідницько-пізнавального підходу в навчанні тісно пов'язаний з появою інших конструктивістських освітніх концепцій, зокрема проблемного та проектного навчань. Найбільш активно дослідницько-пізнавальний підхід, як один із конструктивістських підходів до навчання, почав вивчатись і застосовуватись у останні півтора століття.

Теоретичним і практичним підґрунтям розроблення підходу до навчання, заснованого на дослідженні, стали роботи видатних науковців Ж. Піаже, Дж. Дьюї, Л. Виготського, в яких фактично були закладені основи конструктивістської філософії. Аналіз психолого-педагогічних спостережень ідосліджень, а також власний педагогічний досвід доводять, що задачі дослідницького характеру пробуджують у студентів пізнавальний інтерес, активність, самостійність. При цьому виявляється, що саме мислення в процесі розв'язування задач дослідницького та пошукового характеру відрізняється від мислення при розв'язуванні задач стандартного характеру.

Сутність дослідницько-пізнавального підходу полягає у тому, що викладач створює у формі дослідницьких завдань певні проблемні ситуації і задачі, а студенти вирішують їх самостійно або ж частково з допомогою викладача, виконуючи при цьому творчий пошук. Саме під час такого пошуку (при якому студенти виконують завдання дослідницького характеру, ставлять питання і формулюють пропозиції, проводять експерименти, висувають гіпотези, перевіряють і доводять правильність цих гіпотез, оцінюють результати проведених досліджень) відбувається формування і розвиток дослідницьких умінь. Ідея написання даної статті виникла під час роботи автора в рамках міжнародного проекту «Партнерство для навчання та викладання математики в університеті» (PLATINUM) програми ЄС Еразмус + КА203 - Стратегічне партнерство для вищої освіти, 2018-1-NO01-KA203-038887. Головною метою цього проекту є покращення рівня математичної освіти у вищих навчальних закладах шляхом впровадження найкращих інноваційних технологій, що базуються на дослідницько-пізнавальному підході до навчання математики (Inquiry-Based Mathematics Education), та формування математичної компетентності студентів в системі STEM-освіти.

Енциклопедія математичної освіти відносить IBME до студенто-центрованої парадигми навчання математики та природничих наук, в якій студентів запрошують працювати способами, подібними до тих, що використовують математики та науковці. Це означає, що вони повинні спостерігати за явищами, ставити запитання, шукати математичні та наукові шляхи відповіді на ці запитання (наприклад, проводити експерименти, систематично контролювати змінні, будувати діаграми, обчислювати, шукати закономірності та зв'язки, робити припущення та узагальнення), інтерпретувати та оцінювати свої рішення, а також ефективно комунікувати та обговорювати отримані результати (Dorier&Maass, 2014).

Дослідження IBME в природничо-науковій та математичній освіті на рівні початкової та середньої шкіл проведені в процесі реалізації європейських освітніх проектів Fibonacci (www.fibonacci-project.eu), Primas (www.primas-project.eu), MaScil (www.mascil-project.eu) та ін. Однак мало або практично немає досліджень сутності такого підходу до навчання математики на університетському рівні (А. Біза, С. Гудчайлд, В. Жиралдо, Т. Крофт, К. Расмуссен, І. Соломон, А. Хакбаз, Р. Хокмут, Б. Яворськи).

Теоретичний фундамент проекту PLATINUM базується на трирівневій моделі IBME (Jaworski, 2019):

- IBME на рівні викладачів та студентів з використанням спеціально розроблених завдань на базі inquiry (запиту);

- IBME в інноваційних підходах до викладання математики з рефлексивним (критичним) аналізом викладацької практики та її впливу на концептуальне розуміння студентів;

- IBME як пізнавальний підхід, спрямований на вдосконалення практики в двох попередніх рівнях з об'єктивним моніторингом вказаної діяльності викладачами і дослідниками, а також студентами, та встановлення зворотного зв'язку між ними, що посприяє їх спільному зростанню як спільноти (Commun^ of Inquiry).

Педагогічне дослідження щодо формування та розвитку навчально-дослідницьких умінь студентів було здійснено в процесі впровадження IBME у навчання математики студентів першого курсу спеціальності «Початкова освіта» Педагогічного інституту Київського університету імені Бориса Грінченка 2019-2020 років навчання. На початковому етапі дослідження було проведено опитування 42 студентів з метою визначення загального рівня мотивації до навчання, схильності до самостійної роботи, зацікавленості у формуванні дослідницьких умінь в процесі навчання математики. Аналіз результатів опитування засвідчив, що загальний рівень мотивації до навчання студентів виявився, в основному, середнім (67%); рівень зацікавленості у вивченні математики також переважно середній (61%); однакова кількість студентів готова висловлювати свої ідеї, припущення для розв'язування або звернеться за підказкою до викладача, якщо виникають труднощі при розв'язуванні задачі (36%). Разом із тим більшості студентів подобаються завдання пошукового характеру (81%); абсолютна більшість зацікавлена у розвитку дослідницьких умінь в процесі навчання математики (83%).

Автор переконаний, що необхідним елементом ефективної реалізації IBME є забезпечення диференційованого або особистісно орієнтованого підходу до навчання. Головна мета - створити сприятливі умови для навчання кожного студента. Вона включає: вивчення індивідуальних особливостей студентів, рівня їх математичної підготовки, того, що Л.Виготський визначав як «зона найближчого розвитку» (Vygotsky, 1978). Кожному заняттю з математики із використанням дослідницько- пізнавального підходу передували відповідна підготовча робота та планування. В якості основи розробки сценарію проведення занять були обрані навчальна модель 5Е (https://bscs.org/bscs-5e-instructional-model/) та структурований запит з використанням відповідних регуляторних карток (https://www.inquirymaths.com).

Навчальна модель 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate) базується на когнітивній психології, конструктивістській теорії навчання та кращих практиках навчання STEM. Навчальний цикл 5E проводить студентів через п'ять етапів: Залучення, До слідження, Пояснення, О тримання нового знання т а Оцінювання (Рефлексія). Навчальна модель 5E забезпечує узгодженість різних стратегій викладання, забезпечує зв'язок між навчальними діяльностями та допомагає викладачам приймати рішення щодо взаємодії зі студентами. Порівняно з традиційними моделями навчання, навчальний цикл 5E призводить до більших переваг щодо здатності студентів до дослідницької діяльності (https://knowledgequest.aasl.org/the-5-es-of-inquiry- based-leaming/).

У Таблиці 1 наведено приклад навчального кейсу із змістового модуля «Елементи математичної логіки», розробленого на основі зазначеного підходу.

Та блиця 1

Навчальний кейс з модуля «Елементи математичної логіки»

Планування занять з математики із використанням різних рівнів запиту та зазначеної моделі 5Е детально розглядались і обговорювались під час тренінгів спільноти викладачів університету. Плануючи такі заняття в процесі викладання математики авто р ставив за мету забезпечити концептуальне розуміння математики, зокрема основ математичної логіки, шляхом впровадження інноваційних технологій, що базуються на підході ІВМЕ, формування математичної компетентності студентів. Ключовим завданням було покращення рівня математичної освіти, формування у студентів навчально-дослідницьких умінь і навичок. У процесі навчання студенти додатково ставили свої питання до теми, до кожного етапу пропонували відповідні регуляторні картки . Діяльність спонукала їх д о проведення дослідження.

Студенти самостійно, частково з підказкою викладача, вчилися правильно формулювати математичні твердження т а висловлення, проводити різні етапи дослідження, формулювати припущення, робити узагальнення, виконувати пояснення і доведення, використовувати отримані нові знання на конкретних прикладах розв'язування задач. Наприкінці кожного заняття проводилось опитування студентів: «Чи була діяльність корисною? Чому?», «Чи спонукала до дослідження? Як?».

На завершальному етапі педагогічного дослідження було проведено опитування студентів з мето ю ви значення стану сформованості дослідницьких умінь та зацікавленості у подальшому розвитку дослідницьких умінь в процесі навчання математики.

Опитування засвідчило, що 27% студентів вважають себе достатньо обізнаними у питанні формування дослідницьких умінь. Це переважно ті студенти, які мають високу мотивацію до навчання. Більшість визначає свій рівень готовності до науково-дослідницької роботи як частково готовий (70%). Зросла кількість студентів, які готові висловлювати свої ідеї, припущення, якщо виникають труднощі при розв'язуванні задачі (44%) і зменшилась частка тих, хто звернеться за підказкою до викладача (24%). Більшість студентів активно долучалась до вирішення поставлених питань і завдань. Усі студенти констатували, що робота з використанням дослідницько-пізнавального підходу дала змогу відчути впевненість у власних силах під час вивчення нового матеріалу, спонукала до самостійної роботи, допомогла в актуалізації набутих раніше знань.

В результаті математичний матеріал став доступнішим для запам'ятовування. Абсолютна більшість виявила зацікавленість у подальшому розвитку дослідницьких умінь в процесі навчання математики (89%).

Висновки

Вивчення стану сформованості навчально-дослідницьких умінь студентів першого курсу спеціальності «Початкова освіта» Педагогічного інституту Київського університету імені Бориса Грінченка підтвердило актуальність і доцільність обраної теми. В процесі навчання математики нами виявлено зростання зацікавленості студентів навчально-дослідницькою роботою. Підвищилась мотивація щодо вивчення математики.

Результати проведеного педагогічного дослідження показали, що формування навчально-дослідницьких умінь майбутніх вчителів початкової школи має здійснюватися в навчально-виховному процесі із застосуванням інноваційних підходів.

Для розвитку дослідницьких умінь студентів на даний час вже не достатньо використовувати лише окремі методи і форми навчання, необхідно розглядати весь процес навчання з позиції дослідницько-пізнавального підходу. Причому це стосується не тільки навчання математики і природничих наук, а й інших навчальних дисциплін.

Навчання студентів із застосуванням дослідницько-пізнавального підходу, коли ідеї дослідництва органічно вплетені в усі форми навчального процесу: лекції, семінарські заняття, практичні та лабораторні роботи, індивідуальні або групові пошукові роботи, використання спеціально підготовленої системи питань, вправ і задач, а також інструментів сучасних інформаційно-комунікативних технологій, сприятиме формуванню і розвитку навчально- дослідницьких умінь студентів.

Такий підхід вимагає відповідного рівня готовності викладачів вищої школи до означеного виду діяльності, побудови системи викладання навчальних предметів, у т.ч. математики, що базується на дослідницько-пізнавальному підході, розробки необхідних методик і матеріалів для професійного розвитку викладачів (організація конференцій, семінарів, майстер-класів та ін.).

Дослідження, результати якого викладені в статті, проведено в рамках проекту «Партнерство для навчання та викладання математики в університеті» (PLATINUM) програми ЄС Еразмус + КА203 - Стратегічне партнерство для вищої освіти, 2018-1-NO01-KA203-038887. Ця стаття відображає лише погляди автора, і Європейська Комісія не може нести відповідальність за будь-яке використання інформації, що міститься в ній.

Література

1. DorierJ.L. & Maass K. Inquiry-Based Mathematics Education. In S. Lerman (Ed.), Encyclopedia of mathematics education, Amsterdam, Holland: Springer, 2014, p. 300-303.

2. Гончаренко С.У Український педагогічний словник / голов. ред. С. Головко. Київ : Либідь, 1997. 373 с.

3. Jaworski B. Inquiry-based practice in university mathematics teaching development, In D. Potari and O. Chapman, International Handbook of Mathematics Teacher Education, Leiden, The Netherlands: Brill, 2019. Vol 1, p. 275-302.

4. МажугаЮ.І. Методико-математична компетентність майбутніх учителів початкової школи, вплив та значення математичної логіки у її формуванні. Матеріали ХХІІІ Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції «Тенденції та перспективи розвитку науки і освіти в умовах глобалізації» (Переяслав-Хмельницький, 31 жовтня 2017). Вип. 23. С. 125-131.

5. Vygotsky L.S. Mind in Society: The development of higher psychological processes. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1978. 159 p.

References

1. Dorier, J.L. & Maass, K. (2014). Inquiry-Based Mathematics Education. In S. Lerman (Ed.), Encyclopedia of mathematics education. (pp. 300-303). Amsterdam, Holland: Springer.

2. Honcharenko, S.U. (1997). Ukrainskyi pedahohichnyi slovnyk [Ukrainian pedagogical dictionary]. In. S. Holovko (Ed.). Kyiv : Lybid [in Ukrainian].

3. Jaworski, B. (2019). Inquiry-based practice in university mathematics teaching development, In D. Potari and O. Chapman, International Handbook of Mathematics Teacher Education, vol 1, (pp. 275-302), Leiden, The Netherlands: Brill.

4. Mazhugha, Ju.I. (2017). Metodyko-matematychna kompetentnistj majbutnikh uchyteliv pochatkovoji shkoly, vplyv ta znachennja matematychnoji loghiky u jiji formuvanni [Methodological and mathematical competence of future primary school teachers, the impact and importance of mathematical logic in its formation]. Proceedings of the XXIII International scientific and practical internet conference «Trends and prospects for the development of science and education in the context of globalization. Perejaslav-Khmeljnycjkyj. (vol 23, pp. 125-131) [in Ukrainian].

5. Vygotsky, L.S. (1978). Mind in Society: The development of higher psychological processes. Cambridge, MA: Harvard University Press.

Размещено на Allbest.ru