Інформаційно-комунікаційні технології для дослідницьких робіт старшокласників: принципи проектування, напрями застосування, досвід використання

Проте доводиться констатувати, що в переважній більшості випадків такі розробки є комп'ютерними реалізаціями існуючих бланкових або апаратних методик (тестів) і не враховують принципових психологічних відмінностей у сприйманні і відтворенні інформації цими способами. У той же час сучасні ІКТ дозволяють поєднати дослідницькі можливості лабораторних розробок з вимогами промислових психодіагностичних систем. Основна умова реалізації такої можливості - психодіагностичні методики повинні бути реалізовані не як абстрактний комплекс тестів, а як психодіагностична система. У такому разі системи для лабораторних досліджень і виробничого призначення можна розглядати як системи-об'єкти одного і того ж роду [31]. Відповідно до основних положень загальної теорії систем і основного закону системних перетворень Ю. А. Урманцева такі системи можуть зазнавати взаємні перетворення шляхом зміни однієї з характеристик при збереженні інших незмінними.

Відповідно, створення ІКТ для дослідницьких робіт (ІКТ-ДР) у ЗНЗ, що поєднує можливість оцінювання здібностей учнів і визначення рівня їх дослідницького потенціалу з наданням їм можливості виконувати наукові проекти як в он-лайн, так і офф-лайн режимах, є актуальним для вітчизняних ЗНЗ.

Принципи побудови і вимоги до системи оцінювання здібностей (профорієнтації і профвідбору). На часі відсутня єдина ефективна концепція збору і використовування інформації щодо психофізіологічного статусу і його динаміки протягом усієї діяльністної біографії (навчання, професійна підготовка, робота, перепідготовка) людини. Розробка такої концепції, технології реєстрації, відбору, зберігання і використовування інформації щодо динаміки здібностей і професійно важливих психологічних якостей (ПВПЯ) людини є одним з можливих шляхів підвищення рівня людського капіталу. Технологія накопичення і використовування інформації щодо можливостей і кваліфікації людини повинна ґрунтуватися на тому, що реально в даний час у промисловості країни є технічні труднощі створення і використовування центрального банку або розподіленої бази даних психофізіологічної інформації навіть для однієї галузі в межах одного регіону. Тому можливим напрямом у технології обробки психофізіологічної інформації є створення ІКТ, що дозволяє здійснювати передачу індивідуальних даних по кожній людині між локальними та мережними ресурсами.

На кожному етапі (починаючи зі школи) результатом обробки даних обстеження людини є набір ПВПЯ, який заноситься в БД. Наразі в усіх системах використовується одна і та ж модель даних, що створює можливість підтримки єдиного інформаційного психофізіологічного паспорта особи. Конкретний індивідуальний паспорт (по суті, індивідуальний банк даних психофізіологічної інформації) може бути доступним кожному індивідууму за умови забезпечення конфіденційності персональних даних. Це представляється особливо важливим при зміні місця навчання, роботи і виду професійної діяльності людини.

Така структура ІКТ-ДР передбачає наявність: управляючої програми (монітора); підсистем, що забезпечують виконання функцій навчання, тестування, обробки даних, побудови оцінок і прогнозних моделей, протоколювання результатів обстеження людини.

Загальні принципи побудови підсистеми оцінювання здібностей визначені так:

- визначення рівня і структури розвитку ПВПЯ індивіда;

- багатофункціональність. Виділяються такі функції:

S виявлення особистісних і психофізіологічних особливостей, які сприяють або перешкоджають освоєнню і реалізації розумової діяльності;

S виділення девіантних станів;

S прогнозування ефективності групової діяльності;

*S створення БД учнів різних ЗНЗ в одному форматі даних як основи оцінки вираженості і спрямованості змін в психофізіологічному статусі;

- оцінювання „вертикальної” структури психофізіологічних показників. ІКТ-ДР оцінює такі рівні індивідуальних психофізіологічних особливостей людини:

структура особистості (модифікована методика MMPI) ^ структура інтелекту (за R.Amthauer) „інформаційний метаболізм”

професійно-орієнтовані психодинамічні показники переробки інформації сила і рухливість нервових процесів.

Процедурно рекомендоване первинне обстеження включає використання методик, вказаних вище, зокрема :

- медичну діагностику стану здоров'я (за рішенням керівництва ЗНЗ),

- визначення структури інтелекту за R. Amthauer - оцінка здібностей у сферах гуманітарних і точних наук (ТСІ),

- кольороасоціативний тест Люшера (парних виборів) - оцінка рівня стресу, ймовірності асоціальної поведінки, балансу психологічних якостей,

- тести оцінки функціональної рухливості нервових процесів - модифікована методика Хільченко-Макаренка,

- тест визначення типології Майєрс-Бріггс,

- визначення хронологічного типу учня [29].

За результатам оцінювання вказаних показників будується прогноз придатності (схильності) учня до того чи іншого виду розумової діяльності (зокрема, дослідницької).

Принципи побудови і вимоги до дослідницької системи. Розроблення кожного типу психодіагностичних систем вимагає дотримання певних принципів, у більшості своїй загальних для різних типів психодіагностичних систем, що розробляються відповідно до запропонованої методології [20]. Базовою психодіагностичною системою за такого підходу є системи для психофізіологічних досліджень в лабораторних умовах, створення яких вимагає урахування таких принципів:

- адекватності тестів функціям, що досліджуються. Реалізація цього принципу має на меті мінімізацію допоміжної інформації на екрані комп'ютера, видалення її з активної частини інформаційного поля, оптимізацію колірних подразників з погляду зменшення їх надмірного емоційно «забарвленого» впливу, оптимальне розміщення основної інформації в інформаційному полі екрану;

- мінімальної дії. Є ергономічним аналогом принципу мінімальної дії й означає забезпечення мінімізації дії дослідника на роботу системи в процесі експерименту. Це обумовлено трьома обставинами:

*S забезпечення гнучкості в експерименті приводить до необхідності введення "т" параметрів кожного тесту,

S в експерименті можна задавати практично необмежену по кількості "k" послідовність тестових завдань,

S система тестування розрахована на кінцевого користувача (психолога, фізіолога, медика), тобто не професіонала-програміста, у якого вірогідність помилки під час введення налаштовуваних параметрів тестів різних типів достатньо велика. Якщо врахувати, що m=6 (в середньому), к=15 (як правило), то досліднику в процесі визначення параметрів експерименту під час налаштовування програми доводиться вводити 90 і більше значень. Враховуючи різноманітність типів налаштовуваних параметрів і необхідність у різноманітних тестах перемикатися з одного типу на іншій, вірогідність припуститися помилки може бути істотно більше "0". Слід також враховувати, що на практиці іноді доводиться починати експеримент спочатку внаслідок збоїв у роботі апаратури (особливо, тієї, яка реєструє фізіологічні параметри), що приводить до необхідності повторного набору т*к параметрів; урахування часового чинника.

Найефективнішими психодіагностичні дослідження стають у тому випадку, якщо в ході досліджень оцінюються не тільки показники психологічних функцій, але й ураховується фізіологічна "ціна" розумової діяльності. Ефективність такого психофізіологічного підходу може бути забезпечена синхронізацією реєстрації показників тестової діяльності і фізіологічних параметрів. Попри це, сучасний рівень знань про людину свідчить про необхідність урахування біоритмічних показників, пов'язаних з циркадним й інфрадіанними ритмами. З цією метою повинна бути забезпечена реєстрація дати і часу доби під час виконання кожного тестового завдання;

захисту персональних даних. З метою обмеження доступу до персоніфікованих первинних даних конкретних випробувачів, розроблена система кодування усіх типів даних, що реєструються, з протоколом кодів, доступ, доступним лише адміністратору системи;

використання динамічної бази даних. Сучасною тенденцією в психофізіологічних дослідженнях є перехід від аналізу рівнів (середніх) показників до аналізу темпів (показників динаміки), тобто до аналізу часових рядів. Попередні розробки в галузі створення і використовування баз даних (БД) указують на перспективність динамічних БД (ДБД), що надають нові можливості в природничо-наукових дослідженнях;

використання зовнішнього критерію. У багатьох випадках недостатньої надійності і стійкості ІКТ-ДР є недотримання принципу неповноти Геделя [32], внаслідок чого під час вивчення людини як системи не враховується зовнішня (по відношенню до психічної діяльності), інформація щодо фізіологічної «ціни» цієї діяльності або інформація щодо реальної (а не модельної) професійної працездатності. Тому ІКТ-ДР повинна надавати можливість введення в БД даних, що відіграють роль зовнішнього критерію під час аналізу розумової працездатності.

- внесення даних із зовнішніх БД із застосуванням узгоджених шлюзів.

Структура системи передбачає автоматизоване виконання діяльності й участь дослідника лише на етапі настроювання системи на конкретного випробувача (рис. 1).

інформаційний комунікаційний учнівський дослідницький

Рис. 1. Структурна схема системи психофізіологічних досліджень

Щоденне обстеження базується на використанні комп'ютерної системи психофізіологічних досліджень СПФІ для моніторингу когнітивної діяльності учнів [20]. Обстеження включає виконання психологічних тестів і паралельну реєстрацією тривалості RR-інтервалів ЕКГ (безперервно, з використанням апаратури «Сольвейг») й артеріального тиску систолічного АДс і діастолічного АДд перед початком і після виконання тестів.

Перед початком тестової сесії проводиться електропунктурна діагностика кожного випробувача з використанням приладу БАТ-2 AGNIS (Литва).

До складу тестів входять:

- тест на короткострокову пам'ять Т2. Випробувачу пред'являється таблиця з 12 випадковими числами від 11 до 99. Кількість правильно відтворених чисел фіксується як результат;

- тест на відчуття часу Т3. Випробуваному пропонується після звукового сигналу через вказаний на екрані відрізок часу натиснути будь-яку клавішу (підрахунок часу виконується без застосування наручних та інших годинників);

- тест самооцінки, активності, настрою Т4. Скорочений варіант тесту САН. Піддослідному пропонується дати суб'єктивну оцінку свого стану за 7-бальною шкалою у вигляді відповідей на 5 пар запитань-характеристик;

- тест на перестановку цифр (комбінаторний) у порядку зростання Т5. Пред'являється випробувачу в робочому вікні. Складається з послідовності 4 цифр натурального ряду, що не повторюються (від 0 до 9) і розміщені у випадковому порядку. Час на виконання задачі - фіксований і розраховується індивідуально для кожного випробувача за результатами виконання тренувального тестування як середній час виконання задач;

- тест на перестановку цифр (комбінаторний) у порядку зростання Т6. хадачі того ж типу, як і у Т5, але час на виконання задачі - вільний («авто-темп»);

- тест на перестановку цифр (комбінаторний) в порядку спадання Т9. Задачі того ж типу, як і у Т6, час на виконання задачі - вільний («авто-темп»).

Зовнішніми факторами, що впливають на варіативність психофізіологічних показників і продуктивність розумової діяльності, є ультрадіанні ритми, а також геліофізичні, геомагнітні та метеорологічні фактори [20; 28]. З метою вивчення їх дії включали як вивчені, так і потенційні інформативні показники цих факторів, що реєструються на основі даних SEC's Anonymous FTP Server (Solar-Geophysical Data) та інших відповідних офіційних сайтів, а також сайту погоди Gismeteoxom .

Напрями і досвід застосування ІКТ. Загально визнано, що інтелект сам собою не є виразником людини і гарантом її успішності у житті. Важливою є його реалізація у соціумі, яка значною мірою залежить від психологічного типу людини, а спільне використання оцінок психотипу й інтелекту дозволяє успішно прогнозувати професійну придатність до тих чи інших розумових професій.

У скринінговому обстеженні за допомогою зазначеної ІКТ з метою визначення переважних сфер інтелектуальної діяльності старшокласників (8-11 класи) в одній з гімназій м. Києва було проведене порівняння отриманих даних у середньому для всіх учнів з групою учнів, які відповідно до результатів визначення психологічного типу відносяться до психотипу TN «мислення+інтуїція», тобто мають схильність до наукової, дослідницької, винахідницької та аналітичної діяльності. Виявлено, що серед 89 обстежених психотип TN мають 12 гімназистів, серед яких інтелект суттєво вищий 130 (тобто вище середнього рівня) мають 7,9 %, що практично співпадає з попередніми дослідженнями, проведених у 17 ЗОШ України (7,7%) [28]. Це відповідає загальним уявленням про частину людей, які мають здібності, необхідні для успішної наукової діяльності.

Так визначеним учням були запропоновані дослідницькі проекти, побудовані на більш загальному проекті - дослідженні психофізіологічних особливостей динаміки когнітивних здібностей старшокласників під впливом навчального навантаження і зовнішніх факторів (сонячна активність, сонячний вітер, атмосферний тиск).

Наші попередні результати застосуванням такої системи довели її дієвість і простоту використання (учні 9-го класу самостійно проводили щоденні дослідження, після необхідного навчання), що дозволило побудувати загальний експеримент, навколо якого виконувались проекти:

- вплив хронотипу учня на успішність в навчанні;

- вплив сонячного вітру на функціональний стан людини;

- зв'язок швидкості переробки когнітивної інформації з успішністю у навчанні;

- вплив геомагнітного поля на здоров'я людини.;

- моделювання виникнення біфуркацій ефективності розумової діяльності людини в умовах монотонії.

Зазначені проекти учнів взяли участь у конкурсах дослідницьких робіт МАН, ICYS та INTEL ISEF 2016 р. У них отримані нові наукові результати, які дозволили розширити уявлення щодо психофізіологічних особливостей когнітивної діяльності людини на таку вікову групу як старшокласники.

Зокрема, у наведеному щоденному експерименті, у рамках двох з учнівських проектів, виявлено вплив атмосферного тиску, сонячної активності та параметрів сонячного вітру на артеріальний тиск і на серцевий ритм у випробувачів в експерименті. Коефіцієнт кореляції швидкості і щільності протонного складника СВ й артеріального тиску складав r = 0,5.. .0,65 (p< 0,5), СВ і показників виконання тестів r = 0,5...0,6 (p< 0,5), СВ і суб'єктивними оцінками стану 0,6...0,7 (p< 0,5). Найбільш чутливими виявились не завжди однакові конкретні показники у різних випробувачів. Попри це, один з випробувачів виявився метеочутливим (кореляція між систолічним артеріальним тиском і атмосферним перевищувала 0,8). Крім того, під час експериментального дослідження були виявлені функціональні зміни з боку серцево-судинної системи двох випробувачів, які не фіксувалися медичними обстеженнями загальноприйнятим шляхом.

У третьому проекті (математичної спрямованості) встановлено, що для опису розумової діяльності людини можуть бути використані дискретні вимірювання її параметрів, які можуть бути об'єднані в інтервали спостереження. У межах інтервалу параметри можуть змінюватись, але не стрибкоподібно. Кожному інтервалу можна поставити у відповідність середнє значення точок вимірювання з визначеною дискретністю. Інтервали, у яких відбувається значна зміна структури спектру і відповідають змінам регуляції психофізіологічних параметрів організму, запропоновано вважати точками біфуркації відповідного ритму. Визначення часу появи біфуркації від початку діяльності відповідає початку змін у фізіологічній регуляції організму і відповідає зниженню ефективності когнітивної діяльності.

В іншому проекті у дослідженні із застосуванням розробленої ІКТ встановлено, що хронотип учня може впливати на успішність навчання. Зокрема, значна кількість найуспішніших учнів відносяться до «денного» або «вечірнього» типу. Це може бути пояснено тим, що ці учні віддають перевагу не стільки швидкому сприйманню нової інформації, скільки її подальшому аналізу й когнітивному перетворенню, спокійній обробці без «тиску часу». Проте це дослідження можна вважати пілот-дослідженням, що потребує перевірки на більш широкій вибірці.

Отже, експериментальні результати учнівських проектів, отримані із застосуванням запропонованої ІКТ-ДР безпосередньо авторами проектів, дозволили розширити знання щодо явищ, які досліджувались, і є реальним внеском у розвиток науки.

Висновки

1. Запропоновані принципи проектування ІКТ для дослідницьких робіт старшокласників, їх реалізація у вигляді діючої ІКТ-ДР й експериментальна перевірка для різних напрямів проектів природничо-математичного циклу дозволяють будувати ефективний дослідницький інструментарій для учнів ЗНЗ як локального, так і мережного типу.

2. Досвід використання розробленої технології підтвердив доцільність урахування індивідуальних психологічних особливостей учнів і їх схильності до дослідницької діяльності.

3. Дослідницькі проекти, побудовані на основі використання запропонованого інструментарію, дозволяють розв'язувати не тільки задачі навчально-виховного і пізнавального характеру, але й залучати старшокласників до реальної наукової діяльності й ефективно розв'язувати наукові проблеми в умовах ЗНЗ.

Список використаних джерел