Підходи до розробки стандартизованого інструменту вимірювання результатів навчання хімії

Ключові слова: стандартизований інструмент вимірювання, вимоги, статистична обробка, шкала конвертації, навчання хімії.

In the article the methodological approaches to the development of a standardized measurement tool of learning results of students of comprehensive schools in Chemistry are defined by determining the objective measurement, accordance of types of validity (in content, length, distinguished ability tasks, the law of normal distribution, diagnostic validity), compliance with the requirements (the development of primary material, the pilot study, the distribution of tasks according to their coefficient of difficulty), the processing by methods of mathematical statistics, the development of scale of conversion.

Для кожного вимірника розробляли первинний матеріал з хімії за розділами програми. Потім проводили пілотне дослідження. За результатами комп'ютерної статистичної обробки даних вимірювання поповнювали банк валідних завдань як основу для конструювання вимірників навчальних досягнень учнів з хімії [11]. Далі формували систему вимірників рівня знань та умінь учнів з хімії. Створювали науково обґрунтовані тематичні та підсумкові тести, які мали характеристики якості, надійні та валідні за всіма параметрами.

Експериментальну перевірку відповідності результатів дослідження нормальному закону розподілу ми проводили декількома методами математичної статистики [11], у тому числі за допомогою критерію х².

Критерій х² визначали за формулою:

р - експериментальна частота випадку, р' - теоретична (очікувана) частота. Випадкові коливання р (чи р') спричинюють появу х²_кр, що визначається за допомогою статистичних таблиць за величинами n' (число ступенів свободи) та Р (рівень значущості чи вірогідність похибки першого роду) [11-13]. Всі отримані значення Х_і (бал і-го учня) розподіляли за класами (q з величинами класового інтервалу X (3 бали для тесту з k =30 та 4 для тесту з k= 40), де k - довжина вимірника, яка дорівнює кількості завдань. Величину р' визначали за формулою:

р' = NXf(Z)/s_x, де (2)

N - кількість спостережень або кількість учнів у вибірці, Z - оцінка учня (нормоване шкалювання), яку він отримує за свою відповідь на тест, яка визначається рівнянням:

Z = (Хі - X_c)/sx. (3)

Тут Z - стандартний результат, що становить собою нормоване відхилення бала навчання від середнього арифметичного за тестом. Функцію f(Z) знаходили з відповідних статистичних таблиць [11-13]. Були розраховані й інші величини:

2 2 Х_кр - критичне значення величини х при заданих параметрах n' та Р (тест є валідним за нормальним законом розподілу, якщо має місце співвідношення х < Хкр²), де n' визначається рівнянням (4):

n' = q - 3 (4)

РЗЗ - різниця часток правильних відповідей в найкращій і найгіршій групах випробуваних;

І.Г. - індекс гомогенності вимірника, що є ще одним специфічним показником якості змісту тесту.

Зважаючи на те, що результати оцінювання різних за довжиною тестів неможливо порівнювати між собою, ми довжину вимірника виражали не в абсолютних одиницях (кількість завдань), а у відсотках (фактично рейтингова шкала у відсотках). Звідси параметри тестування у відсотках визначали за такими формулами:

* тестовий бал (оцінка), тобто рівень знань І учня -

Хі% = 100Хі/к; (5)

* середній бал, тобто рівень знань вибірки

учнів - Хс% = 100Хс/к; (6)

* стандартне середньоквадратичне

відхилення тестових балів вибірки -

sx% = 100sx/k; (7)

* середньоквадратичне відхилення похибки вимірювання -

S.% = 100s,. /k

Розроблені завдання мають різну складність, яка виражається коефіцієнтом складності, і різну дидактичну мету: на відтворення навчального матеріалу; на застосування знань у стандартних ситуаціях (розвиток розумової діяльності); на застосування знань у нестандартних ситуаціях (творче осмислення). З метою ефективності використання розроблених вимірників розробили методику і технологію тестування на уроках хімії. Організовуючи дослідження, дотримувались однакових умов вимірювання для всіх учнів та однакової інтерпретації (чи конвертації) виміру обов'язкових результатів навчання хімії в різних за рівнем знань класах, різними вчителями-експериментаторами.

Важливим етапом усіх методів педагогічного вимірювання є оцінювання, процедура якого полягає в конвертації одержаного під час вимірів первинного результату в звичайну нормовану шкалу балів - “оцінок”. Методика оцінювання полягає у визначенні алгоритму виконання цієї процедури. Використовуючи теорію шкалювання, вірогідність вгадування правильних відповідей та нормальний закон розподілу учнів за рівнем знань і завдань за складністю, ми розробили шкалу конвертації тестових балів у звичайну 12-бальну систему оцінювання (табл. 2).

Але можна використовувати і рейтингову, 100-бальну систему, яка випливає з рівнянь 5-8. У цьому випадку загальна оцінка рівня знань і-го учня з усієї дисципліни має описуватися рівнянням:

n - кількість вимірювань, проведених з цієї дисципліни за певний період.

Детальніше, на прикладі теми “Органічні сполуки”, ми розглянули підходи до розробки тесту як інструмента вимірювання результатів навчання учнів з хімії. Зважаючи на те, що завдання з певної теми мають бути адекватними структурі змісту чинних державних програм з хімії, для створення вимірника обирали структурні елементи з основних вимог до знань і умінь учнів, зазначених у програмі: засвоєння теоретичного навчального матеріалу, фактичного матеріалу, хімічної мови та розв'язання розрахункових задач.

Таблиця 2 Конвертація бала, одержаного учнями під час вимірів їх навчальних досягнень з хімії, в 12-бальну систему оцінювання для вимірників довжиною в 30 і 40 завдань

Ми свідомі того, що не всі елементи знань, визначені програмою, можливо перевірити за допомогою тесту. Так, наприклад, практичні вміння збирати прилади, користуватися хімічним обладнанням тощо вчитель може перевірити під час практичних, лабораторних робіт. Проте вважаємо, що для підвищення ефективності практичних робіт учитель може використовувати тести на початку уроку. Тому, за нашою методикою, структура проведення уроку буде такою: тестовий контроль --> усний інструктаж > виконання -> практичної роботи оформлення роботи. Підготовка до практичної роботи передбачає повторення теоретичних знань із теми, деяких експериментальних умінь (наприклад, способів збирання газів, правил нагрівання тощо). Тестовий контроль у даному разі виконує функцію допуску до виконання практичної роботи.

Відповідно до обсягу і вимог програми кількість завдань у вимірнику була такою: засвоєння теоретичного навчального матеріалу - 25-30%; засвоєння фактичного матеріалу - 40-45%; засвоєння хімічної мови - 20-25%; розрахункових задач - 5-10% загальної кількості завдань вимірника. Ми створили такі відсоткові обмеження, виходячи з деяких аспектів державних вимог до рівня загальноосвітньої підготовки учнів із кожної теми та критеріїв оцінювання навчальних досягнень учнів з хімії. Наприклад, ми встановили, що розрахункових задач у вимірнику має бути 5-10% тому, що, по-перше, за чинною державною програмою тільки на 9-12 балів (на достатній та високий рівні) потрібно вміти розв'язувати задачі (на 8 балів - робити необхідні позначення до рівнянь хімічних реакцій за умов задачі, на 7 балів - наводити потрібні хімічні рівняння реакцій за умов задачі, а на 6 балів - самостійно робити обчислення за готовою хімічною формулою); по-друге, ці завдання складні, а за класичною теорією конструювання тестів складних завдань має бути 1/6 від загальної кількості завдань тесту, але в цю кількість входять не тільки завдання на розрахунки.

На засвоєння хімічної мови у вимірнику має бути 20-25% завдань. Ми вважаємо, що, не знаючи хімічної мови, навряд чи можна вирішити жодне завдання тесту з хімії. Але, щоб учителю пересвідчитися, що саме не засвоїв учень, хімічну мову з даної теми (розділу) або теоретичний чи фактичний матеріал, ми чітко визначали у вимірнику завдання на перевірку знань назв речовин, різних сполук, на вміння складати та пояснювати суть електронних та структурних формул, на вміння складати рівняння хімічних реакцій тощо.

Теоретичний і фактичний матеріали дуже пов'язані один з одним. Але теоретичний матеріал (суть понять, знання теорій, законів тощо) є основною базою засвоєння учнями усіх рівнів. Фактичний матеріал (знання складу, хімічної будови, властивостей, поширення та застосування речовин, знання характерних реакцій на речовини тощо) більший за обсягом. І коли розглянути базові компетентності учнів з фактичного матеріалу через способи дій, то дії учнів будуть такими: розрізняти, складати формули і рівняння, характеризувати, класифікувати, використовувати, порівнювати. Це дії як достатнього, так і високого та середнього рівнів навчальних досягнень учнів. Трансформуючи на теорію конструювання тестів, ці завдання мають бути середньої трудності, яких у вимірнику десь 2/3 усіх завдань. Тому в розроблених нами вимірниках ми складали 40-45% завдань на засвоєння фактичного матеріалу і 2530% на засвоєння теоретичного навчального матеріалу (табл. 3).

Таблиця 3 Розподіл завдань у вимірнику результатів навчання учнів з теми “Органічні сполуки” для 11 класу за напрямками основних вимог чинних програм з хімії