Методика проведения педагогического эксперимента и результаты опытно-экспериментальной работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика проведения педагогического эксперимента и результаты опытно-экспериментальной работы

О.В. Сидоров, канд. пед. наук, доцент, кафедра физико-математических дисциплин и профессионально-технологического образования, Тюменский государственный университет, филиал в г. Ишиме, г. Ишим, Россия

В статье раскрывается технология обучения студентов электрофизическим и электрохимическим методам обработки конструкционных материалов, предусматривающая использование активных методов обучения, в том числе и метода проектов; интеграцию содержания в курсе естественно-научных, технологических и технических дисциплин с использованием разработанного комплекта действующих лабораторных установок. Наибольшей эффективностью лабораторный практикум обладает при использовании элементов учебной научно-исследовательской работы, поэтому в методических рекомендациях к нему предусматривается организация учебного процесса на основе поисково-исследовательского метода с опорой на учебно-исследовательские и научно-исследовательские работы студентов (УИРС и НИРС) и метод проектов. Роль этих методов особенно важна для развития творческого мышления студентов, формирования проектно-конструкторских знаний, умений и навыков, а также навыков самостоятельной исследовательской работы, что обеспечивает, в свою очередь, высокую познавательную и творческую активность студентов. Автор представляет результаты организованного и проведенного им педагогического эксперимента, в котором приняли участие 262 студента трех государственных вузов. Итоговая оценка результатов эксперимента по повышению качества профессиональной подготовки будущих учителей технологии позволяет заключить, что применение лабораторных установок помогает студентам интегрировать знания технологических, технических дисциплин с естественно-научными; овладеть умением использовать установку в учебном процессе; развивать конструкторско-технологические навыки, освоить метод проектов; овладеть навыками самостоятельной работы; а также способствует вовлеченности в учебно-научно-исследовательскую работу.

Ключевые слова: международная интеграция, повышение качества профессиональной подготовки, педагогический эксперимент, учебно-лабораторные установки, дидактический материал

Для ознакомления студентов с современными методами обработки конструкционных материалов нами был разработан и создан целый комплекс дидактического обеспечения курса «Электрофизические и электрохимические методы обработки конструкционных материалов»: программа и лекционный курс, а также спроектированный и изготовленный нами комплект учебно-лабораторных установок по электроискровой, высокочастотной электроискровой обработке металлов и поверхностной закалки металлов токами высокой частоты. Разработаны методические рекомендации к проведению лабораторного практикума по обработке конструкционных материалов названными методами, а также тестовые задания для определения уровня усвоения знаний курса и умения работать с учебно-лабораторными установками.

Исследование осуществлялось в три этапа на базе факультетов технологии и предпринимательства (ТиП) Ишимского государственного педагогического института (ИГПИ) им. П.П. Ершова, Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ), технолого-экономического факультета (ТЭФ) Кузбасской государственной педагогической академии (КузГПА).

В эксперименте участвовало 262 студента, из них 130 человек в контрольных и 132 человека в экспериментальных группах.

На первом этапе - поисково-теоретическом - проводилась работа по сбору материала для подготовки программы и содержания курса «Электрофизические и электрохимические методы обработки конструкционных материалов», методических указаний по проведению лабораторных работ. Проектировался, конструировался и изготавливался комплект действующих учебно-лабораторных установок по обработке конструкционных материалов методами электроискровой, высокочастотной электроискровой обработки и поверхностной закалки металлов токами высокой частоты.

На этом этапе эксперимента использовались наблюдения, беседа, анкетирование, тестирование и тем самым выявлялась готовность студентов разных курсов к использованию научных знаний, законов физики и химии в производственных процессах, оценивалась готовность к интегрированию содержания естественно-научных, общетехнических и технологических дисциплин при объяснении принципов работы различного оборудования и др.

Анализ анкет показал, что 85,5% студентов (224) не имеют достаточных знаний для реализации интеграции содержания различных дисциплин. Однако 100% студентов (225) проявили заинтересованность в приобретении необходимых знаний. Более 90% студентов (236), в г. Ишиме - 100, не только не знакомы с устройством и принципом работы оборудования (электроискрового, высокочастотного электроискрового и поверхностной закалки металлов токами высокой частоты), но и не видели их вообще. В то же время студенты понимают, что эти знания нужны им для повышения профессионального роста. Низкий уровень показали при решении творческих задач с заданиями, интегрирующими знания различных дисциплин 20% студентов (52).

На втором этапе - опытно-экспериментальном - разрабатывалась модель подготовки учителя технологии, в которой было определено место курса и лабораторного практикума.

На этом этапе были сформированы две группы студентов: экспериментальная и контрольная. Студенты как в контрольных, так и в экспериментальных группах изучали содержание курса «Электрофизические и электрохимические методы обработки конструкционных материалов».

В экспериментальных группах, в отличие от контрольных, студенты при выполнении лабораторных работ использовали комплект разработанных и изготовленных нами учебно-лабораторных установок, а также поисково-исследовательский метод с опорой на учебно-исследовательские и научно-исследовательские работы студентов (УИРС и НИРС) и метод проектов. В методических рекомендациях к лабораторному практикуму на проведение учебно-научной работы, заключавшейся в изучении принципов работы, конструкции установок, режимов реальных процессов обработки различных материалов, предлагались задания по объяснению производственных процессов с точки зрения физики и химии, оценки структурных изменений и механических свойств при поверхностной закалке металлов токами высокой частоты (материаловедение). Кроме того, студентам предлагались для разработки проекты заданий по усовершенствованию установок, по разработке проектов других установок с использованием законов физики и химии. По окончании изучения курса проводилось тестирование студентов для выявления уровня усвоения знаний и умений для интегрирования их при изучении различных учебных дисциплин, умения решать творческие задачи.

Оказалось, что в тех контрольных группах, где вместо лабораторного практикума проводились практические занятия с использованием специальной литературы, знания, умения, навыки и способность к решению творческих задач оказались на 18-56% ниже (по разным параметрам).

Так, умения интегрировать знания из различных учебных дисциплин у студентов экспериментальных групп оказались выше на 20%, а проектно-конструкторские знания - на 39%. Все студенты экспериментальных групп оказались готовы к решению творческих задач, в контрольных группах количество таких студентов составляет около 60% (78 человек). Аналогичная картина наблюдается и при оценке уровня овладения умениями и навыками самостоятельной работы с различным оборудованием и приборами, с учебной литературой. В экспериментальных группах все студенты занимались научными исследованиями - у них наилучшие показатели по умению анализировать результаты самостоятельных исследовательских поисков, делать выводы. При сравнении результатов обученности студентов работе на учебно-лабораторных установках в различных вузах было установлено, что в КузГПА, где оснащенность оборудованием и приборами лучше, чем в ОмГПУ и ИГПИ, результаты по когнитивным и креативным параметрам оказались на 10% выше.

На третьем этапе - обобщающем - анализировались и обрабатывались результаты, уточнялись некоторые положения, оценивалась эффективность дидактического обеспечения с использованием математико-статических методов.

Итоговая оценка результатов эксперимента по выявлению качества профессиональной подготовки будущих учителей технологии проводилась по результатам разработанных нами тестов с использованием методики В.Г. Беспалько и Ю.Г. Татура1.

Качество контроля обучения студентов зависит от качества используемого теста. При разработке тестов мы придерживались следующих критериев определения их качества: валидность, простота, определенность, однозначность, объективность, эффективность, достоверность, надежность2.

Критерий валидности Я разработанных тестовых заданий рассчитан нами по формуле (1):

,

обучение студент исследовательский проект

где аn - сумма положительных оценок экспертов о необходимости включения каждого из предложенных тестов, выраженная в процентах;

n - число тестовых заданий.

Данная формула применима только тогда, когда каждое а>50%. Тесты считаются валидными, если значение Я >= 0,63. В нашем случае рассчитанное значение Я составило 0,91, что свидетельствует о достаточно высокойвалидности разработанных тестовых заданий.

Критерии простоты, определенности и однозначности определялись исходя из применения самих тестов. Включение в тест задач двух равнозначных уровней сложности - 1 и 2, легло в основу определения величины критерия простоты тестовых заданий. Каждое тестовое задание представлено одной задачей, вопросом или утверждением. Обучаемый должен воспринимать все тестовые задания, сохранять их в своей памяти и стараться ответить на поставленный вопрос, и поэтому лучше не создавать обучаемому в этот период деятельности дополнительные трудности.

Величина критерия определенности тестов была найдена в ходе эксперимента, когда проводились наблюдения за испытуемыми с целью выявления правильности понимания студентами выполняемых ими тестовых заданий. Обучаемый, читая тест, должен хорошо понимать, какие знания, умения и навыки и в каком объеме он должен обнаружить.

Критерий однозначности тестовых заданий обеспечивался наличием в тестовых заданиях эталона-ответа. .

Критерий объективности тестовых заданий достигался созданием для студентов равных условий выполнения тестов: каждому студенту был выдан пакет равнозначных заданий, содержащий 13 тестов и охватывающий тематику всего изучаемого курса. Перед началом тестирования для всех испытуемых был проведен инструктаж о правилах процедуры тестирования (во избежание возможных недоразумений при обработке результатов испытания). На выполнение задания было отведено время, необходимое только для его решения. На обдумывание ответа времени не отводилось. Общее время ответа на тестовые задания составило 30 минут, - чуть более двух минут на решение одного теста.

Критерий эффективности тестовых заданий был установлен путем тщательного анализа ответов испытуемых. Для этого выявлялись легкие и трудные задания:

- тест, который успешно прошли все испытуемые - 95-100%, являлся легким;

- тест, который прошли не все испытуемые - 0-5%, являлся трудным.

Такие тесты не обладают дифференцирующей способностью отличать студентов, знающих предмет лучше, от тех, кто знает хуже. В нашем экспериментальном исследовании таких тестовых заданий было выявлено одно, оно попало в параметры 95-100%, то есть оказалось выполнимым для всех испытуемых.

Для соблюдения критерия надежности и достоверности оценки тестовых заданий нами была сделана выборка значений величин коэффициента усвоения знаний и умений студентов по изученному материалу.

Еще раз отметим, что по В.П. Беспалько, тесты состоят из двух частей - задания и эталона. Задание выдается испытуемым для выполнения, эталон представляет собой образец правильного и последовательного выполнения задания. По нему легко определяется число (p) существенных операций, необходимых для решения теста. Сравнение ответа тестируемого с эталоном по числу правильно выполненных им операций (a) теста дает возможность определить коэффициент полноты усвоения знаний курса и умения работать с учебно-лабораторными установками (K). Он вычисляется по формуле (2):

К = а/р, (2)

где а - количество правильных ответов испытуемого на задания теста; р - количество правильных ответов на задание теста, определяемых по эталону.

Этот коэффициент нормируется к условию 0<= К<= 1. Если среднее значение коэффициента усвоения основных понятий курса К>= 0,7, то можно считать, что данный материал студентами усвоен. В нашем случае значения Кэксп. = 0,788 (Ишимскийгоспединститут); Кэксп. = 0,783 (Кузбасскаягоспедакадемия); Кэксп. = 0,743 (Омский госпедуниверситет) укладываются в параметры от 0,7 до 1.

Значения Kконт=0,62 (Ишимскийгоспединститут); Kконт=0,63 (Кузбасская госпедакадемия); Кконтр=0,6 (Омский госпедуниверситет) укладываются в параметры от - 1 до 1.

По результатам в контрольных и экспериментальных группах можно сделать вывод, что использование в экспериментальных группах разработанного и изготовленного нами комплекта учебно-лабораторных установок (электроискровая, высокочастотная электроискровая, поверхностная закалка металлов и сплавов токами высокой частоты)3, позволяет реализовать интеграцию естественно-научных с общетехническими и технологическими дисциплинами, развивать конструкторско-технологические навыки, освоить метод проектов овладеть навыками самостоятельной и учебно-научно-исследовательской работы и в конечном счете способствует повышению качества профессиональной подготовки студентов по сравнению с контрольными группами, в которых этот комплект учебно-лабораторных установок не применяется.

На основе полученных данных в контрольной и экспериментальной группах можно рассчитать коэффициент эффективности применяемой методики (?), равный отношению средних коэффициентов усвоения основных понятий спецкурса в этих группах по формуле (3):

з = Кэксп / Кконт (3),

где Кэксп - коэффициент, полученный в экспериментальной группе;

Кконт - коэффициент, полученный в контрольной группе.

Применяемая методика проведения занятий в экспериментальной группе будет более эффективной по сравнению с традиционной методикой в контрольной тогда, когда з > 1. В нашем случае коэффициент эффективности применяемой методики в экспериментальных группах (КузГПА) - з = 1,24; (ИГПИ) - з = 1,26; (ОмГПУ) - з = 1,22; общие средние данные - з = 1,24;

Сравнение полученных результатов до и после экспериментального обучения в контрольной и экспериментальной группе Ишимского государственного педагогического института, Кузбасской государственной педагогической академии и Омского государственного педагогического университета позволяет нам определить общие средние результаты изменения коэффициента эффективности применения учебно-лабораторных установок, которые в экспериментальных группах выше по сравнению с традиционной методикой в контрольных группах.

Для точного анализа эффективности применяемой экспериментальной методики необходимо проверить экспериментальные данные методами математический статистики, для чего мы использовали критерий Стьюдента на достоверность данных, что показано ниже.

Для оценки критерия надежности тестов использовался метод расщепления. Нами были составлены итоговые тестовые задания (10 вариантов для 1-го и 2-го уровня). Каждый вариант состоит из 13 тестовых заданий (см. таб лицу 1).

Все тестовые задания были разделены (расщеплены) по принципу деления на четные и нечетные вопросы. В таком случае можно предположить, что две части одного варианта будут коррелировать друг с другом, так как выполняются одним испытуемым.

Ниже рассмотрим пример определения критерия надежности тестов для I-го варианта итогового тестового задания.

Его выполняли 10 испытуемых (см. таблицу 2). Критерии надежности для остальных вариантов определялись аналогичным способом (см. таблицу 3):

где Pэij - количество правильных эталонных ответов i-го испытуемого на j - номер варианта четной и нечетной части тестового задания;

хnj - количество правильных ответов i-го испытуемого на j - номер варианта четной части тестового задания;

ynj - количество правильных ответов i-го испытуемого на j - номер варианта нечетной части тестового задания.

У xij , У yij - суммарное количество правильных ответов i-го испытуемого на j - номер варианта четной и нечетной части тестового задания (таблицы 2 и 3).

Для нахождения коэффициента надежности тестов определяем коэффициент линейной корреляции (коэффициент взаимосвязи), который изменяется в интервале от (-1 до 1).

Под корреляцией понимается взаимосвязь между двумя причинами, которые выражены в количественной форме. Она показывает, как изменится один фактор относительно другого, а также, как они связаны между собой4.

В нашем случае рассчитаем коэффициенты линейной корреляции, полученные десятью студентами в четной и нечетной части тестового задания для первого варианта. Оно в данном случае равно: где k - число заданий в тесте.

Соответственно, коэффициент корреляции двух половин rk теста равен:

Полученное значение rk = 0.637 (см. таб лицу 3). Коррелируют четная и нечетная части тестового задания для первого варианта.

Достоверность оценки значимости связи между четной и нечетной частями теста можно проверить по методике Р.С. Немова5, сравнив вычисленный коэффициент корреляции при степени свободы n - 2, где n - количество данных в коррелируемых рядах (в нашем случае составляет 10). Заметим, что значимость коэффициента корреляции зависит и от заданного уровня принятой вероятности допускаемой ошибки в расчетах. Связь между четной и нечетной частями теста является значимой, если вычисленное значение коэффициента корреляции превышает табличное значение. Видно, что между данными четной и нечетной частей теста существует значимая связь, так как критическое значение коэффициента корреляции для 10 - 2 = 8 степеней свободы и уровня значимости, равного 0,05, составляет 0,6319, что меньше вычисленного по формуле (7) значения.

Достоверность оценки значимости связи коррелирующих друг с другом величин четной и нечетной части теста, мы проверили по формуле Стьюдента (8):

где n - 2 - число степеней свободы для коэффициента корреляции.

Подставив в формулу (8) значение нашего коэффициента корреляции для 10 - 2 = 8 степеней свободы, получили значение коэффициента t = 2,33 и, сравнивая это значение с табличным - 2,31 при уровне значимости 0,05, можно сделать вывод о том, что сравниваемые значения из двух выборок четной и нечетной частей теста действительно статистически достоверно различаются с вероятностью допускаемой ошибки меньше чем 0,05, так как полученное значение больше табличного, а следовательно связь между двумя выборками теста является значимой, то есть достоверной.

Для измерения надежности тестового задания воспользуемся коэффициентом надежности rнт, определяемым по формуле Спирмена - Брауна (9):

Величины коэффициентов достоверности и надежности тестовых заданий для десяти вариантов по вышеперечисленным формулам приведены в таблице 3.

Просуммировав полученные значения коэффициентов t и rнт для каждого варианта тестов и разделив на общее количество вариантов по формулам (10; 11), найдем средние критерии коэффициента достоверности и надежности всех тестов:

Критерий достоверности тестов по формуле (10) равен t = 2,5 для степени свободы 8, что соответственно больше табличного - t = 2,31. Это говорит о том, что сравниваемые значения из двух выборок четной и нечетной частей теста действительно являются различными с вероятностью допускаемой ошибки меньше чем 0,05, поэтому связь между двумя выборками всех тестов является действительно достоверной.

Из формулы (11) видно, что полученный коэффициент надежности приблизительно равен 0,8, что укладывается в рамках промежутка от 0,7 до 0,9 и соответствует достаточной надежности тестов.

Критерий достоверности тестов является наиболее важным для оценки результатов, полученных на разных этапах исследования.

Итак, результаты, полученные нами при обработке экспериментальных данных, показывают, что разработанные тестовые задания по учебному курсу соответствуют необходимым критериям: валидности, простоты, определенности, однозначности, объективности, эффективности, достоверности и надежности.

Итоги опытно-экспериментальной работы, проведенной на факультетах технологии и предпринимательства в ИГПИ, ОмГПУ и на технолого-экономическом факультете КузГПА, надежность которых обеспечивается применением математических методов обработки, подтвердили, что внедрение в учебный процесс разработанного дидактического обеспечения для обучения будущих учителей технологии электрофизическим и электрохимическим методам обработки конструкционных материалов на специально сконструированных и изготовленных учебно-лабораторных установках (электроискровая, высокочастотная электроискровая, поверхностная закалка металлов токами высокой частоты), позволяет реализовать интеграцию естественно-научных, общетехнических и технологических дисциплин, способствует повышению качества профессиональной технологической подготовки будущего учителя образовательной области «Технология».

Литература

1. Беспалько В.П., Татур Ю.Г. Системно-методическое обеспечение учебно-воспитательного процесса подготовки специалистов: Учебно-методическое пособие. М.: Высшая школа, 1998. 144 с.

2. Осинцева Н.В. Организация педагогического эксперимента и математическая обработка его результатов: Учебно-методическое пособие к спецкурсу для будущих учителей технологии и предпринимательства. Ишим: Изд-во, ИГПИ, 2005. 46 с.

3. См.: Сидоров О.В., Тихонов А.С., Ростовцев А.Н. Учебно-лабораторная установка для электроискровой обработки металлов в жидких средах. Патент на полезную модель RUS 93568 11.01.2010; Сидоров О.В., Тихонов А.С., Ростовцев А.Н. Учебно-лабораторная установка для исследования процесса обработки токопроводящих материалов в жидких средах с помощью высокочастотного электроискрового разряда. Патент на полезную модель RUS 102122 02.07.2010; Сидоров О.В., Тихонов А.С., Ростовцев А.Н. Установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты. Патент на полезную модель RUS 93538 14.12.2009.

4. Аванесов В.С. Теоретические основы разработки заданий в тестовой форме: пособие для профессорско-преподавательского состава высшей школы. М.: Исследовательский центр, 1995. 95 с.

5. Немов Р.С. Психология: Учеб. для студ.пед. вузов: в 3 кн. 3-е изд. М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1999. Кн. 3: Психодиагностика. Введение в научное психологическое исследование с элементами математической статистики. 632 с.

Размещено на Allbest.ru