В своей работе Е.И. Горбачева сконструировала критериально-ориентированные тесты по математике и русскому языку. Критерием в этих тестах выступила совокупность умственных действий (компонентов умственного развития), опосредующих выполнение учащимися учебных заданий [37].

Для диагностики сформированности мыслительных операций у учащихся 7-9 классов К.М. Гуревич с сотрудниками разработал "Школьный тест умственного развития" (ШТУР), который состоит из семи субтестов: общая осведомленность, аналогии, классификации, обобщения, числовые ряды и два субтеста на пространственное мышление. В задания ШТУР включены понятия, подлежащие обязательному усвоению в учебных предметах трех циклов: математического, гуманитарного, естественнонаучного. Помимо этого, определяется осведомленность в некоторых понятиях общественно-политического и научно-культурного содержания [110].

Тем же коллективом авторов был создан специальный "Тест умственного развития для абитуриентов и старшеклассников" - АСТУР (абитуриентов и старшеклассников тест умственного развития). Тест разработан на тех же теоретических принципах, что и ШТУР. Данный тест включает восемь субтестов: осведомленность, двойные аналогии, лабильность, классификации, обобщенности, логические схемы, числовые ряды, геометрические фигуры.

В исследованиях Г.А. Берулава оценка естественнонаучного мышления учащихся 7-8 классов осуществляется при изучении естественнонаучных предметов. Особенность этих тестов состоит в том, что они включают в себя два субтеста. Один субтест диагностирует сформированность дифференциально-синтетической стадии естественнонаучного мышления и включает в себя предметные качественные задачи (на материале физики). Другой субтест диагностирует сформированность синтетической стадии и состоит из межпредметных качественных задач (на материале биологии и физики для 7-х классов и на материале биологии, физики и химии для 8-х классов) [17]. Результаты тестирования позволяют судить о способности обучаемых осуществлять теоретические обобщения.

Рассматривая обобщение как одну из характеристик познавательного процесса, можно указать на то, что в процессе обобщения особую роль играют действия сравнения, анализа и синтеза. Если в основе опосредованного обобщения лежит действие сравнения, то обобщение называют эмпирическим. Если же обобщение осуществляется путем анализа и синтеза эмпирических данных о каком-либо объекте с целью выделения существенных внутренних связей, определяющих этот объект как целостную систему, то такое обобщение называют теоретическим [28]. В.В. Давыдов писал: "Произвести содержательное обобщение - это значит открыть некоторую закономерность, необходимую взаимосвязь особенных и единичных явлений с общей основой некоторого целого, открыть закон становления внутреннего единого целого" [45, с.127]. Под теоретическим обобщением Г.А. Берулава понимает обобщение, которое обеспечивает обнаружение взаимосвязей всеобщего с особенным и единичным [17].

Приведем пример задания из дифференциально-синтетического субтеста, предназначенного для диагностики естественнонаучного мышления учащихся 7-го класса.

Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой?

а) вода будет испаряться с поверхности горящего керосина (эмпирически-бытовая стадия);

б) вода будет смешиваться с керосином вследствие явления диффузии (эмпирически-научная стадия);

в) плотность воды больше плотности керосина, поэтому вода будет опускаться вниз, а керосин будет всплывать вверх и не закроет доступ воздуха, необходимого для горения керосина (дифференциально-синтетическая стадия).

Аналогичную структуру имеют и задания синтетического субтеста.

Реализуя в образовательном процессе пропедевтический курс физики, основанный на синтезе физики и информатики, А.Ю. Фадеев разработал тест для оценки сформированности естественнонаучного мышления учащихся 5-6-х классов. Тест включают в себя межпредметные качественные задачи с тремя вариантами суждений [152]. Основным критерием при разработке теста выступает способность учащихся осуществлять комплексное обобщение исследовательской деятельности при использовании информационных технологий на уроках физики.

В последнее время использование критериально-ориентированных тестов выходит за рамки общеобразовательных школ. Так, И.В. Сницаренко [121] предлагает использовать критериально-ориентированные тесты для диагностики естественнонаучного мышления студентов педагогического колледжа при реализации методики формирования фундаментальных естественнонаучных понятий. В качестве основных фундаментальных понятий в учебном предмете "Естествознание" ею выделены время, пространство, энергия, поле, вещество. Относительно этих понятий организуется содержание предмета "Естествознание". Разработанный ею тест включает в себя качественные межпредметные задачи по пяти выделенным понятиям, к каждой задаче предлагается по три варианта суждений. В разработанном ею тесте в качестве критерия используется способность студентов обобщать фундаментальные естественнонаучные понятия, имеющие профессиональное значение для учителя начальных классов. Приведем пример задания:

Перечислите виды движения, которые реализуются на уровне живого организма.

а) прямолинейное, криволинейное, поступательное, вращательное, тепловое, атомное, молекулярное (научное суждение);

б) движением живых организмов можно назвать все его жизненно важные процессы: дыхание, питание, размножение, и др. (синтетическое суждение);

в) передвижение: бег, ходьба (бытовое суждение).

Критериально-ориентированный тест для диагностики естественнонаучного мышления студентов ветеринарного вуза при осуществлении интегративно-модульного подхода к содержанию физики и биологии в условиях дидактического синтеза разработала Н.Р. Шталева [168]. Данный тест содержит качественные биофизические задачи по всем модулям предмета "Биофизика". К каждому заданию предложено четыре варианта суждений. Критерием ответа на разработанный тест является способность студентов объединять физические и биологические знания в логике развития биофизической теории. Результаты тестирования позволяют судить не только о естественнонаучном мышлении, но и о сформированности профессионального мышления у студентов, изучивших биофизику. В качестве примера приведем следующее задание:

Почему рентгеновские лучи "просвечивают" живой организм?

а) эти лучи проникают сквозь все живое (бытовое суждение);

б) квант рентгеновского излучения обладает большой энергией (научное суждение);

в) высокая проникающая способность рентгеновских лучей объясняется малой длиной волны излучения (синтетическое суждение);

г) эти лучи проходят сквозь все ткани (профессиональное суждение).

Анализ работ показал, что в практике обучения разработаны критериально-ориентированные тесты, позволяющие оценить уровень сформированности естественнонаучного мышления учащихся школ и студентов учреждений среднего и высшего профессионального образования. Эти тесты позволяют фиксировать состояние естественнонаучного мышления в конце учебного года (А.Ю. Фадеев, Г.А. Берулава) либо после изучения конкретного учебного предмета (И.В. Сницаренко, Н.Р. Шталева). Тесты, используемые в практике, включают в себя задания, которыми являются предметные и межпредметные качественные задачи с суждениями на различных уровнях обобщения учебного материала (бытовом, научном, дифференциально-синтетическом, синтетическом и профессиональном). В то же время тестов, позволяющих диагностировать естественнонаучное мышление студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования при изучении отдельного модуля учебного предмета, не выявлено.

Мы предлагаем осуществлять непрерывную диагностику естественнонаучного мышления студентов в процессе изучения учебного предмета "Биофизика". По нашему мнению, задания критериально-ориентированных тестов следует представить как совокупность качественных биофизических задач, решение которых требует знаний по отдельным модулям вышеобозначенной дисциплины. Следовательно, диагностика естественнонаучного мышления по отдельному модулю позволяет оценить состояние естественнонаучного мышления, а систематическое диагностирование дает представление о динамике изменения состояния естественнонаучного мышления студентов.

В настоящее время естественнонаучные знания, полученные обучаемыми, представляются как изолированные и не связанные между собой. В результате у студентов формируются отдельные виды естественнонаучного мышления - физическое, химическое, биологическое и т.д. Мы считаем, что для развития синтезированного естественнонаучного мышления образовательный процесс в вузе необходимо реализовывать с учетом теоретических межпредметных обобщений, которые дают целостное представление о мире, процессах и явлениях, происходящих в нем, способствуют формированию системы знаний, повышению уровня целостности содержания естественнонаучного образования, развитию теоретического мышления. Это обобщение можно реализовать на различных уровнях интеграции содержания физического и биологического образования. Критерием при разработке критериально-ориентированных тестов в нашей работе выступает способность студентов интегрировать физические и биологические знания на уровне фактов, понятий (явлений, величин, процессов), законов и теорий. Дадим определения структурных элементов научных знаний.

Под научным фактом понимается элемент научного знания, отражающий объективные свойства вещей и процессов [163]. Научный факт - это отражение некоторого события, явления, фрагмента реальности в сознании человека [134]. На основании научных фактов определяются свойства и закономерности явлений, выводятся законы и теории. Научными фактами могут быть, например, вырывание электрона с поверхности металла под действием света, падение тел на землю под действием силы тяжести, увеличение кинетической энергии движения молекул при увеличении температуры, проникновение молекул растворителя через полупроницаемые мембраны вследствие явления осмоса и т.д.

Понятие - это знание существенных свойств (сторон), предметов и явлений окружающей действительности, знание существенных связей и отношений между ними [151]; это форма знания, которая отображает единичное и особенное, является одновременно общим и всеобщим; способ реализации содержательного обобщения [45]. К видам понятий относятся свойства (плотность, электроемкость и др.), явления (диффузия, теплопроводность и др.), процессы (работа, теплопередача и др.), величины (масса, сила тока и др.).

Образование понятия - это сложный процесс, включающий: сравнение (мысленное сопоставление одного предмета с другим, выявление признаков сходства и различия между ними) и обобщение (мысленное объединение однородных предметов на основе тех или иных общих, наиболее существенных признаков и отвлечение от других, второстепенных, несущественных). Эти логические приемы тесно связаны между собой в едином процессе образования понятия [36].

К общенаучным понятиям Н.И. Резник [112] относит пространственные, временные, энергетические и информационные понятия, являющиеся фундаментом для построения учебных знаний, так как с их помощью раскрываются закономерности, свойственные не только отдельной науке, но и целому ряду предметов. Усвоение студентами таких понятий создает условие для успешного продвижения их в овладении учебного материала различных предметов не только естественнонаучного, но и общепрофессионального и профессионального циклов, а также способствует формированию у них понятийного мышления.

Закон понимается как внутренняя существенная, устойчивая связь явлений, обусловливающая их упорядоченное изменение. На основе знания закона возможно достоверное предвидение течения процесса. Среди законов наибольшее познавательное значение имеют законы сохранения, которые широко распространены в различных отраслях знаний. Так, например, фундаментальный закон сохранения энергии рассматривается на уровне физических, химических и биологических объектов познания.

Теорией называется система достоверных знаний о какой-либо части действительности, которая описывает, объясняет и предсказывает развитие явлений и процессов. В основе теории лежит система научных идей, фактов, понятий, законов, полученных на основе обобщения экспериментального материала по данному вопросу [60]. Выбор биофизических теорий определяет направленность процесса интеграции содержания образования на его конечный результат - удовлетворение познавательных потребностей студентов. Основой для создания интегративных знаний могут выступать молекулярно-кинетическая теория, теория строения вещества, биофизическая теория движения живых организмов, теория движения неньютоновских жидкостей и т.п.

Выделенные структурные элементы научных знаний взаимосвязаны между собой и оказывают влияние на развитие естественнонаучного мышления. На основе анализа новых научных фактов вводятся новые научные понятия, а законы науки выражают существенные устойчивые связи между ними. Системами понятий оперируют научные теории и выражают более широкие связи между понятиями, чем законы [134].

Исследования специфики естественнонаучного мышления и особенностей критериально-ориентированных тестов для его оценки у обучающихся выявили необходимость моделирования деятельности по диагностике естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования и разработки технологии критериально-ориентированного тестирования. Эти вопросы рассматриваются во второй главе.

Глава 2. Осуществление диагностики естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования

2.1 Дидактическое моделирование диагностики естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования

В отечественной психодиагностике преобладает деятельностная концепция, согласно которой личность развивается, проявляется и изменяется в деятельности [17]. В рамках этой концепции деятельность представляется как специфическая человеческая форма активного отношения к окружающему миру, содержание которого составляет его целесообразное изменение и преобразование. Деятельность включает в себя цель, средство, результат и сам процесс [123]. Осуществление диагностики сформированности и развития естественнонаучного мышления студентов требует системного представления этой деятельности с использованием метода моделирования на основе ее модели.

Следует отметить, что специального научного исследования дидактического моделирования диагностики естественнонаучного мышления студентов не проводилось. Под дидактической моделью мы понимаем совокупность элементов системы, отражающих все существенные признаки и связи объекта и способных замещать их так, что ее изучение в образовательном процессе даст новую информацию об объекте познания [122]. В нашем исследовании в качестве основных элементов дидактической модели выделены: цель диагностики, ее содержание, средства и результат.

Целью диагностики является получение информации о состоянии естественнонаучного мышления студентов, изучающих учебный предмет "Биофизика" в условиях интеграции содержания физического и биологического образования. Средствами диагностики естественнонаучного мышления студентов являются критериально-ориентированные тесты по соответствующим модулям учебного предмета "Биофизика". Результатом диагностики является получение индивидуальных и групповых показателей, свидетельствующих об изменении типа, стадии и уровня естественнонаучного мышления студентов.

Как любая деятельность, диагностика естественнонаучного мышления студентов раскрывается через определенные действия. К.К. Платонов и Г.Г. Голубев [98] выделяют следующие действия, характеризующие деятельность - ориентировочные, исполнительские, корректировочные и завершающие. С.А. Суровикина [136] при рассмотрении учебного процесса по физике выделяет операционно-мотивационное, содержательно-процессуальное и диагностико-оценочное действия. Н.Н. Тулькибаева, С.А. Старченко [143], рассматривая деятельность по решению качественных и количественных задач, выделяют в качестве основных действий: ориентирование (ознакомление с задачей), планирование (составление плана), исполнение (осуществление решения), контроль (проверка и анализ результатов).

Мы в дидактической модели диагностики естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования выделяем ориентировочно-конструктивное, организационно-корректирующее, оценочно-результативное и аналитико-прогностическое действия. Содержание каждого действия раскрывается через ряд отдельных операций.

Ориентировочно-конструктивное действие

Это действие обеспечивает выбор психологической методики для диагностики естественнонаучного мышления и определение операций конструирования средства диагностики. Ориентировочная составляющая раскрывается через выявление структурных элементов содержания физического образования, на основе которого осуществляется диагностика, выбор метода диагностики естественнонаучного мышления студентов вуза. Конструктивная составляющая связана с определением, детализацией и установлением связей между содержанием образования и средствами диагностики. Рассматриваемое действие призвано определить общую стратегию конструирования тестов и задать направление формированию содержания пробных критериально-ориентированных тестов.

В предлагаемых нами критериально-ориентированных тестах, диагностика естественнонаучного мышления студентов осуществляется в условиях интеграции содержания физического и биологического образования. Содержание критериально-ориентированных тестов представляет собой задания, подобранные на основе структурных элементов знаний по отдельным модулям предмета "Биофизика".

Первой операцией по осуществлению ориентировочно-конструктивного действия является выделение учебных модулей содержания физического образования и их структурирование. Число модулей и их содержание определяется требованиями Государственного стандарта, рабочими программами и планами, а также профилем вуза. Анализ методической документации позволил выделить следующие основные модули содержания биофизического образования, реализуемые в вузе: механическое движение, гидродинамика, акустика, молекулярная физика, термодинамика, электростатика, электродинамика, электромагнитное поле, физика атома, физика атомного ядра, физика элементарных частиц. Каждый из выделенных модулей имеет свою структуру, логику представления содержания, систему понятий, законов, закономерностей, раскрывающих взаимосвязь физики и биологии в образовательном процессе.

Для каждого модуля определяется совокупность заданий, решение которых раскрывает сущность биофизических понятий, законов, теорий, лежащих в основе биофизических знаний. В качестве заданий теста используются качественные биофизические задачи. Способность студентов решать качественные задачи, относящиеся к тому или иному модулю дисциплины, позволяет судить о сформированности естественнонаучного мышления, так как задачи

представляют собой модели задачных ситуаций, объектами которых являются материальные объекты, явления или процессы; эти задачи раскрывают суть природных явлений и процессов, позволяют судить об уровне, стадии и типе мышления студентов [17];

способствуют интеграции структурных элементов знаний, изучаемых на занятиях по отдельным учебным предметам [154];

являются эффективным средством формирования естественнонаучных понятий, умения самостоятельно устанавливать связи между системами знаний разных естественнонаучных предметов [146];

способствуют формированию прочных знаний у обучаемых и умению применять знания, так как в этом случае осуществляется один из главных дидактических принципов обучения - принцип связи теории и практики [142].

Все это обусловливает выделение следующей операции, подбор заданий по выделенным модулям учебного предмета. Для диагностики естественнонаучного мышления подбираются задания из сборников задач с межпредметным содержанием под редакцией С.А. Старченко, А.Ф. Зубова и Н.Н. Тулькибаевой [129, 130, 142]. При подборе заданий мы руководствовались следующими требованиями:

задачи необходимо подбирать в соответствии с учебной программой, с учетом содержания учебного материала;

задачи должны быть качественными, так как их решение не требует вычислений и предполагает применение естественнонаучных знаний к анализу явлений, о которых говорится в задании;

задачи необходимо формулировать в виде проблемной ситуации, которая требует применить имеющиеся теоретические знания для решения жизненной, учебной или производственной проблемы;

задачи должны иметь межпредметное содержание: для их решения необходимо осуществлять межпредметные обобщения, синтез физических и биологических понятий, учитывать особенности протекания физических закономерностей в биологических системах.

В традиционной психометрии подбор заданий для тестов осуществляется с позиций их наибольшей дифференцирующей силы (обычно это задания, которые по статистике решают 50 процентов обучаемых). Критериальная диагностика ориентирована на актуальные для общества социально-психологические нормативы. При адаптации к вузовскому образованию эти нормативы определяются требованиями Государственного стандарта, учебными программами, учебными планами и квалификационными Государственными стандартами, а также возрастными особенностями. Сложность заданий должна соответствовать социально-психологическим требованиям к мышлению студентов определенного возраста и подготовки, а не определяться их дифференцирующей силой. В связи с этим отобранные по различным модулям предмета задания необходимо предложить студентам для решения. Решение задания должно быть представлено студентами в виде логических суждений или умозаключений, состоящих из одного, двух предложений. Вначале оцениваются как "правильные", так и "неправильные" ответы, затем определяется коэффициент сложности задания. В зависимости от коэффициента сложности задание либо сохраняется в тесте, либо видоизменяется, либо заменяется другим заданием. Таким образом, определяется 30 заданий, удовлетворяющих критерию сложности.

Задания, входящие в критериально-ориентированный тест, являются формализованными, то есть имеют готовые варианты ответов в виде суждений. Это приводит к выделению следующей операции в ориентировочно-конструктивном действии - формулирование суждений на выбранные задания.

Для получения суждений используется метод экспертных оценок. Суть этого метода заключается в получении оценки проблемы на основе группового мнения специалистов (экспертов). Метод экспертных оценок включает в себя подбор специалистов-экспертов, организацию опроса экспертов, обработку результатов опроса экспертов. Эксперты должны обладать опытом в областях, соответствующих решаемым заданиям. Рекомендуемое количество экспертов в группе в разных литературных источниках колеблется от 5 до 7 [91]. Такое малое количество экспертов связано с тем, что узких специалистов по какой-либо конкретной проблеме немного. В основе экспертизы обычно лежит вопросник (анкета), с помощью которого осуществляется сбор требуемого материала, информации. Вопросник или анкета - это структурно организованный набор вопросов, каждый из которых логически связан с центральной задачей экспертизы.

Для получения суждений составляется анкета, которая предлагается группе экспертов. Эксперты дают суждения на подобранные задания по каждому модулю учебного предмета и фиксируют ответ в виде суждения. Процедура анкетирования проводится независимым модератором, который контролирует соблюдение необходимых условий, раздает анкеты, при этом не высказывает свое мнение.

Бытовые суждения на задания получают от экспертов, имеющих бытовые суждения о реальном мире и не владеющих естественнонаучными знаниями о процессах и явлениях, протекающих в природе. В эту группу входят субъекты, которые не изучали естественнонаучные предметы и при ответе на поставленные вопросы пользуются отрывистыми, примитивными сведениями о тех или иных процессах и явлениях.

Предметные суждения получают от экспертов, изучавших естественнонаучные предметы, знающих сущность физических, химических и биологических явлений и процессов, владеющих знаниями отдельных наук, раскрывающих сущность реального мира. Сюда входят учащиеся старших классов общеобразовательных школ, которые изучили физику и биологию в системе общего и среднего образования, а также студенты, поступившие в вуз.

Для получения синтезированных суждений формируется третья группа, включающая экспертов, обладающих системными знаниями о естественнонаучных явлениях, процессах, закономерностях, протекающих в природе, имеющих научный и практический опыт в познании биологических объектов. В качестве экспертов привлекаются педагоги вуза, преподающие естественнонаучные, общебиологические, общепрофессиональные и профессиональные учебные предметы, а также учителя школ.

При оценке и анализе предложенных экспертами суждений в каждой группе отмечаются наиболее типичные и чаще используемые ответы.

Результатом ориентировочно-конструктивного действия диагностики естественнонаучного мышления студентов является составление пробных критериально-ориентированных тестов, которые содержат задания с суждениями на различных уровнях. Суждения предлагаются в виде логических формализованных умозаключений. Суждения, представленные в формализованном виде, как отмечает Г.А. Берулава [17], исполняют роль определенной подсказки и "вызывают к жизни" те мыслительные процессы, которые объективно уже сформировались. Суждения формулируются примерно одинакового объема, что позволяет исключить выбор студентами ответов по принципу: "чем больше ответ, тем он правильнее". Каждый тест содержит 30 заданий, каждое задание - три верных суждения на бытовом, предметном и синтезированном уровнях.

Организационно-корректирующее действие

Это действие связано с определением операций по проведению критериально-ориентированного тестирования при организации образовательного процесса по выбранному варианту интеграции содержания физического и биологического образования. Организационная составляющая характеризуется определением содержания модулей учебного предмета для каждого варианта и осуществлением пробного тестирования. Корректирующая составляющая связана с выявлением и определением показателей достоверности критериально-ориентированных тестов и внесением необходимых изменений в их содержание. Организационно-корректирующее действие обеспечивает организацию образовательного процесса, проведение пробной диагностики естественнонаучного мышления студентов посредством критериально-ориентированных тестов, определение коэффициентов достоверности и осуществление необходимой корректировки тестов.

Содержание критериально-ориентированных тестов зависит от содержания материала учебного предмета. Поэтому первая операция в данном действии заключается в организации образовательного процесса на определенном уровне целостности содержания образования. Содержание высшего профессионального образования - специально отобранная и признанная обществом (государством) система элементов, усвоение которых необходимо для успешной профессиональной деятельности индивида в избранной им сфере и в общем процессе жизнедеятельности, для повышения качества жизни. Содержание образования задается учебным планом и соответствующими ему программами учебных дисциплин, предметов, курсов [69].

В образовательном процессе ветеринарного вуза "Биофизика" входит в естественнонаучный цикл профессиональной подготовки, включает в себя систему физических и биофизических знаний, которые структурируются в соответствии с классическим физическим образованием, принятым в учреждениях высшего профессионального образования. Биофизические знания выступают как профессионально направленные компоненты, определяющие профессиональную направленность изучаемого предмета.

После выделения модулей учебного предмета осуществляется апробация критериально-ориентированных тестов в образовательном процессе. Для осуществления этой операции выбирается группа студентов, с которыми проводится пробное тестирование. Эта группа студентов представляет собой генеральную совокупность, на которой осуществляется проверка процедуры тестирования и накопление количественных данных по результатам критериально-ориентированного тестирования.

Результаты, полученные при пробном критериально-ориентированном тестировании, служат основанием для проведения следующей операции в организационно-корректирующем действии, которая заключается в подборе и определении критериев, характеризующих достоверность тестов. Проблема статистической обработки тестовых материалов рассмотрена в работах А. Анастази [4], Н.М. Борытко [29], М.И. Грабаря [39], Г.Н. Неустроева [87], А.А. Поповой [103] и др. В работах М.К. Акимовой [110], А. Анастази [3], А.В. Батаршева [12], О.В. Беловой [15], Г.А. Берулава [17], В.В. Гузеева [42], К.М. Гуревича [109], Е.Б. Моргунова [85], В.Ю. Переверзева [96], С.Д. Смирнова [121], А.Г. Шмелева [167] и др. отмечается, что разрабатываемые тестовые методики должны соответствовать критериям надежности и валидности. И.П. Подласый [99] предлагает в качестве одного из главных критериев определение дифференцированности (различимости) теста. А. Анастази [3], А.Г. Шмелев [167], М.К. Акимова, К.М. Гуревич [110], О.В. Белова [15] считают, что при определении достоверности тест должен пройти процедуру стандартизации.

Мы в качестве основных показателей для определения достоверности тестов выделяем дифференцированность, стандартизацию, надежность и валидность.

Необходимость определения дифференцированности теста связана с тем, что для диагностики естественнонаучного мышления используются критериально-ориентированные тесты, в которых ответ выбирается из нескольких возможных альтернатив. Если обучаемые безошибочно находят правильный ответ на один вопрос, но также дружно не отвечают на другой, то это свидетельствует о необходимости совершенствования теста в целом. Применительно к критериальной диагностике естественнонаучного мышления показателем, характеризующим дифференцированность теста, является сложность заданий. Сложность заданий есть отношение количества студентов, выбравших синтезированное суждение при решении задания, к общему количеству студентов, выполнявших тест.

 (1),

где: - величина сложности задания,

- количество студентов, выбравших синтетическое суждение,

- общее количество студентов, выполнявших тест.

Величина сложности задания, как указано в работах Г.А. Берулава, должна находиться в интервале от 0,30 до 0,70 [17].

Стандартизация - это единообразие процедуры проведения и оценки выполнения теста [3]. В условиях диагностики естественнонаучного мышления процедура стандартизации критериально-ориентированных тестов связана с созданием единообразной процедуры тестирования, заключающейся в организации одинаковых для всех испытуемых условий тестирования (помещение, освещенность и другие внешние факторы); в сопровождении каждого теста подробной инструкцией, в которой раскрываются требования к процедуре тестирования, правила работы с тестом, количество времени, отводимого на тестирование и др.; в создании единообразной интерпретации результатов диагностики естественнонаучного мышления.

О стабильности, постоянстве, устойчивости результатов свидетельствует надежность теста. Для критериально-ориентированных тестов определяется надежность измерительного инструмента (однородность или гомогенность). Для проверки используется так называемый метод "расщепления": все задания теста делят на четные и нечетные, отдельно обрабатывают те и другие, а затем подсчитывают коэффициенты корреляции между этими половинами. Методика признается надежной, если полученный коэффициент не ниже 0,75-0,85. Для расчета коэффициента надежности используется формула Кьюдера-Ричардсона [110]:

 (2),

где: - количество заданий теста,

- доля учащихся, верно выполнивших задание,

,

- квадрат стандартного отклонения для всего теста.

При определении надежности теста методом расщепления на эквивалентные половины применяется поправочная формула Спирмена-Брауна. Обращается внимание на то, что прием расщепления уменьшает число заданий вдвое [110]:

(3),

где: - коэффициент, вычисленный при корреляции двух половин методики.

С этой же целью используется коэффициент ранговой корреляции Спирмена, рассчитываемый по формуле [110]:

(4),

где: - разность рангов ряда X и Y;

- количество испытуемых в выборке.

Валидность теста - понятие, указывающее на то, что тест измеряет и насколько правильно он это делает. В нашем исследовании валидность показывает целесообразность использования теста для диагностики естественнонаучного мышления и его соответствие необходимым требованиям при изучении предмета "Биофизика". Для установления валидности теста рассчитывается теоретическая и прагматическая валидность.

Теоретическая валидность устанавливает валидность самого критериально-ориентированного теста. Это производится путем сопоставления разработанного теста с авторитетным тестом и установлением наличия значимых связей между ними. В нашем исследовании каждый разработанный тест сравнивается с тестом ТЕМ-11 [128].

Прагматическая валидность заключается в установлении практической значимости методики, ее полезности. Для ее оценки используют независимый внешний критерий, которым являются отметки студентов за выполнение работ биофизического лабораторного практикума, когда студенты используют естественнонаучные знания для решения практических задач. Коэффициент валидности порядка 0,20-0,30 является низким, 0,30-0,50 - средним и 0,60 и выше - высоким.

Для определения теоретической и прагматической валидности теста мы используем непараметрический показатель - коэффициент ранговой корреляции Спирмена (формула 4).

Если коэффициенты надежности и валидности теста соответствуют необходимым требованиям, то делается вывод о том, что этот тест можно использовать для диагностики естественнонаучного мышления студентов. Если же разработанные тесты не удовлетворяют какому-либо требованию их необходимо корректировать. Коррекция заключается либо в замене задания, либо в переформулировании всех суждений задания. После внесения необходимых корректировок организуется повторная проверка критериально-ориентированного теста.

Организационно-корректирующее действие завершается оформлением системы критериально-ориентированных тестов по отдельным модулям предмета "Биофизика", отвечающих всем требуемым критериям и показателям достоверности.

Оценочно-результативное действие

Это действие призвано осуществить диагностику естественнонаучного мышления студентов, обучающихся по различным вариантам интеграции содержания физического и биологического образования. Оценочная составляющая способствует установлению соответствия сформированности естественнонаучного мышления студентов необходимым требованиям Государственного стандарта по каждому модулю учебного пердмета Результативная составляющая заключается в получении показателей, характеризующих сформированность естественнонаучного мышления студентов после изучения отдельного модуля предмета.

Первой операцией в данном действии является проведение критериально-ориентированного тестирования по выделенным модулям предмета "Биофизика". Перед началом тестирования каждому студенту выдается тест и бланк для ответов. Тест состоит из инструкции и 30 заданий, к каждому заданию предлагается 3 верных суждения. В инструкции описывается процедура тестирования, даются рекомендации по выполнению теста, оговаривается время, отводимое на выполнение теста. После ознакомления студентов с инструкцией, преподаватель при необходимости отвечает на вопросы студентов по процедуре тестирования. С момента начала тестирования и до его завершения преподаватель не комментирует задания и суждения, входящие в тест, и не отвечает на вопросы студентов. В течение всего тестирования преподаватель контролирует самостоятельность работы студентов.

После завершения тестирования проводится обработка результатов и их фиксация в специально разработанной таблице. В этом заключается суть следующей операции оценочно-результативного действия.

Ф.И. О. студента	Nб	Nп	Nс	Кс	Уровень мышления	Стадия мышления	Тип мышления

Для количественной обработки результатов тестирования подсчитывается коэффициент синтезированного суждения (Кс), который равен отношению количества решенных заданий по синтезированному суждению к их общему количеству.

(5),

где - число решенных заданий по синтезированному суждению;

- общее число заданий.

При этом мы допускаем:

1. Если N_Б=0, а К_с?0,83, то естественнонаучное мышление как теоретическое сформировано до синтетической стадии и высокого уровня.

2. Если N_Б=0, 0,830,65, то теоретическое мышление соответствует дифференциально-синтетической стадии и уровню выше среднего.

3. Если N_Б0 и N_БN_п, то эмпирическое мышление сформировано до эмпирически-научной стадии и среднего уровня.

4. Если N_Б0 и N_БN_п, то эмпирическое мышление соответствует эмпирически-бытовой стадии и низкому уровню.

Оценочно-результативное действие завершается получением системы показателей, отражающих стадию сформированности естественнонаучного мышления отдельного студента и группы студентов после изучения определенного модуля предмета "Биофизика".

Аналитико-прогностическое действие

Данное действие предусматривает сравнение, анализ, обобщение полученных показателей при оценке сформированности естественнонаучного мышления студентов в процессе изучения различных модулей учебного предмета и на их основе прогнозирование дальнейшего развития естественнонаучного мышления. Аналитическая составляющая позволяет на основе сравнения и анализа результатов, полученных при осуществлении оценочно-результативного действия, обобщить количественные данные. Прогностическая составляющая позволяет сделать прогноз о развитии естественнонаучного мышления студентов при их дальнейшем обучении.

Как и предыдущие действия, аналитико-прогностическое действие также раскрывается через ряд последовательных операций. Первая операция заключается в сопоставлении количественных показателей, характеризующих стадию сформированности как отдельного студента, так и группы студентов, которые получают при осуществлении оценочно-результативного действия. Сравнение и анализ результатов по отдельным модулям позволяют увидеть и зафиксировать динамику развития естественнонаучного мышления студентов при изучении предмета "Биофизика". При этом преподаватель выясняет: идет ли студент (группа студентов) в своем развитии от эмпирически-научной стадии к синтетической или наблюдается обратный процесс. Такой анализ позволяет определить общую тенденцию движения естественнонаучного мышления студентов от эмпирического типа к теоретическому типу - вторая операция в аналитико-прогностическом действии.

Суть следующей операции заключается в установлении индивидуальных и групповых значений типа естественнонаучного мышления у студентов, обучающихся по выбранному варианту интеграции содержания физического и биологического образования.

Последовательное, систематическое сравнение результатов тестирования по каждому модулю предмета позволяет перейти к следующей операции в аналитико-прогностическом действии - сделать прогноз развития естественнонаучного мышления каждого студента и группы студентов в целом при их дальнейшем обучении.

Результатом аналитико-прогностического действия является формулировка вывода о влиянии уровня целостности физического и биологического содержания на формирование и развитие естественнонаучного мышления студентов.

Дидактическая модель диагностики естественнонаучного мышления студентов представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. - Дидактическая модель диагностики естественнонаучного мышления студентов

Таким образом, дидактическая модель диагностики естественнонаучного мышления включает в себя четыре основных элемента: цель диагностики; содержание деятельности педагога по диагностике, раскрываемое через ориентировочно-конструктивное, организационно-корректирующее, оценочно-результативное и аналитико-прогностическое действия; средства диагностики и результат диагностики. Каждое действие представлено определенными операциями. По результатам критериально-ориентированного тестирования делается вывод о влиянии различных вариантов интеграции содержания физического и биологического образования на развитие естественнонаучного мышления студентов. Систематическое использование критериально-ориентированных тестов в образовательном процессе позволяет спрогнозировать успешность развития у студентов естественнонаучного мышления во время их обучения.

2.2 Диагностика естественнонаучного мышления студентов посредством критериально-ориентированных тестов

Качественная сторона развития системы образования в вузе предполагает фундаментализацию образования, преодоление разобщенности естественнонаучных и медицинских знаний, а также узкой специализации учебных предметов. Под фундаментализацией понимается повышение качества образования и уровня образованности студентов за счет соответствующего изменения содержания изучаемых учебных предметов и технологии реализации образовательного процесса [24]. Решение проблемы построения качественно новой естественнонаучной системы образования и воспитания связано с интеграцией содержания предметов естественнонаучного цикла, изучение которых способствует развитию у студентов естественнонаучного мышления.

Тенденция интеграции содержания предметов естественнонаучного цикла прослеживается в проектах и принятых Государственных стандартах средней и высшей школы. Соответственно уровням научного знания ученые разрабатывают и концепции естественнонаучного образования. Ю.И. Полянский предлагает интегрировать знания на эмпирическом уровне, считая, что у обучающихся среднего звена еще недостаточно развито абстрактное мышление [102]. И.Д. Зверев считает, что это не так, и предлагает уже в среднем звене вести интеграцию естественнонаучных предметов на теоретическом уровне [54]. С.М. Похлебаев в целях перевода естественнонаучного образования на новый качественный уровень предлагает использовать системно-синергетический подход, который неразрывно связан с материалистической диалектикой и является конкретизацией ее основных принципов. Это позволит интегрировать содержание предметов естественнонаучного цикла, изучаемых в школе и вузе, и создать для педагогов научный инструмент для работы над формированием научно-теоретического мышления учащихся и студентов [106].

В научной школе А.В. Усовой рассматриваются вопросы изменения последовательности изучения естественнонаучных предметов в основной школе в рамках "Новой концепции естественнонаучного образования" [148]. Указывается на то, что изучение естественнонаучных предметов необходимо начинать с физики. В своих работах М.Д. Даммер [48] показывает, что при раннем изучении физики у обучающихся формируется научно-теоретическое мышление.

Формирование научного мышления обучающихся на основе современных знаний о единстве мира, о взаимодействии биологической формы движения материи с физической, химической и социальной, о взаимосвязи биологической науки с идеологией, философией, моралью, искусством и общественной практикой обеспечивают интегративные курсы [80]. В процессе изучения интегративных курсов обучающиеся учатся синтезировать и обобщать знания различных наук, природных явлений и деятельности человека, а также приобретают умения комплексного применения знаний по биологии, физике, химии, географии к решению практических задач.

Критерии и принципы отбора содержания образования при построении модели интегративных курсов предлагает О.А. Яворук [171]. По мнению автора, интегративные курсы имеют различный потенциал в формировании и развитии естественнонаучного мышления.

Развитие естественнонаучного мышления обучающихся С.А. Суровикина [134] предлагает реализовывать посредством технологий обобщенного подхода к изучению структурных элементов физических знаний, обобщенных способов экспериментальной деятельности, используя обобщенные методы решения задач. Разработанная ею теория деятельностного развития мышления раскрывает переход от эмпирического мышления к теоретическому в процессе формирования обобщенных способов деятельности у обучающихся.

Формирование синтезированного естественнонаучного мышления А.И. Гурьев [43] предлагает осуществлять при моделировании межпредметных связей физики и биологии через целостное представление биофизических знаний в учебно-исследовательской деятельности студентов. Биофизический лабораторный практикум позволяет использовать методы наблюдения, измерения и оценки, которые дают возможность исследовать физиологические способности человека.

Содержания физического образования на основе изучения фундаментальных физических теорий рассматривает в своих работах И.С. Карасова. Предлагаемая ею модель призвана формировать у обучающихся физическое теоретическое мышление [62].

Интеграцию технологического и физического образования в условиях школы как социоцентрической интегративно-целостной системы раскрывает С.Н. Бабина [9]. Она рассматривает процессы формирования научно-практического мышления обучающихся при реализации ими учебных проектов по радиотехнике.

Рассматривая содержание физического образования курсантов военного вуза, И.Б. Николаева структурирует учебную информацию на основе структурно-логического графа содержания физики вокруг профессиональных проблем в виде комплекса проблемных модулей [88]. Она считает, что комплексное решение проблем на научной основе развивает теоретическое мышление, способствует сближению научных знаний с практикой.

Как считает М.В. Потапова [104], процесс познания окружающего нас мира идет от более простой формы движения материи к более сложной, от единичного - к общему, а от него - к предельно общему. Линейный ряд структурных элементов знаний (факты, понятия, законы, теории, предметные картины мира) можно классифицировать. Факты, понятия, законы составляют категорию "единичного", теории - "общего", научные картины мира - "предельно общего". Выстроенный по этой логике образовательный процесс способствует постепенному формированию таких мыслительных операций, как обобщение и систематизация.

Применительно к содержанию естественнонаучного образования С.А. Старченко выделяет модели содержания биофизического образования в ветеринарном вузе: фактологическую, практическую, понятийную, теоретическую и мировоззренческую, которые в разной степени оказывают влияние на формирование эмпирического и теоретического мышления [126].

Опираясь на теорию интеграции содержания естественнонаучного образования, на разноуровневое представление целостности физического и биологического образования, направления, тенденции, факторы, источники, типы и уровни интеграции естественнонаучного содержания образования, мы выделяем три варианта интеграции содержания физического и биологического образования в ветеринарном вузе. Биофизические знания в этих вариантах представлены на уровне интеграции фактов, понятий и теорий. Организация образовательного процесса по различным вариантам интеграции содержания физического и биологического образования обеспечивает формирование и развитие естественнонаучного мышления студентов, оцениваемого посредством критериально-ориентированных тестов. Рассмотрим подробнее эти варианты (рис.4).

Фактологический вариант интеграции содержания физического и биологического образования формируется на основе частнонаучного типа интеграции содержания образования. В качестве генерализующих факторов структурирования биофизического содержания учебного материала в данном варианте выступают научные факты. Под научным фактом понимается элемент научного знания, отражающий объективные свойства вещей и процессов. Научный факт - это событие, явление, которое используется для изучения темы, подтверждения выводов. На основании научных фактов определяются свойства и закономерности явлений, выводятся законы и теории.

Рисунок 4 - Варианты интеграции содержания физического и биологического образования, обеспечивающие развитие естественнонаучного мышления студентов

В рамках данного варианта интеграции лежит уровень внутрипредметного синтеза, который основывается на принципе предметоцентризма. Внутрипредметный синтез осуществляется по логике целостного представления систем научных знаний в рамках предметного познания. Содержание учебного предмета на данном уровне реализуется через синтетические и интеграционные механизмы, действующие в системе предметного образования. Такими механизмами являются: взаимодействие преподавателя с системой научных знаний и трансформация этих знаний через язык или другие средства обучения; акцентуация одного содержания и нивелирование другого по конкретной теме занятия с целью обеспечения содержательной целостности и результативности; определение целостной образовательной линии учебного предмета, обеспечивающей совокупность занятий и самого занятия, состоящего из множества сообщений; взаимодействие языка преподавателя, выражающего взрослое сознание, с юношеским сознанием, которые в процессе взаимодействия постепенно взаимопроникают друг в друга, развивая и формируя определенное мышление [131].

Основной акцент при организации содержания образования делается на физические знания, а биологические знания приводятся в виде отдельных фактов и примеров. В рамках этого варианта осуществляется общенаучная подготовка студентов, то есть получение общих сведений о физических понятиях, законах, теориях. В рассматриваемом варианте эмпирический уровень представления учебного материала преобладает над теоретическим.

Мышление, которое формируется у студентов при реализации фактологического варианта интеграции содержания физического и биологического образования, является эмпирически-научным, его можно назвать "броуновским" (по И.Я. Каплуновичу) [10, 61, 117]. Специфика эмпирически-научного мышления заключается в случайном использовании имеющихся и знакомых средств, способов деятельности и посредством "слепых проб", попытке просто угадать ответ. Студенты владеют знаниями естественнонаучных предметов (физика, химия, биология), но эти знания являются разрозненными, не системными, не упорядоченными. Студенты предпринимают попытку научного анализа решения проблемы, но ориентируются только на конкретные условия взаимодействия материального объекта [134].

Понятийный вариант интеграции содержания физического и биологического образования осуществляется на основе общенаучного типа интеграции. Основными интегрирующими факторами выступают профессионально значимые понятия, раскрывающие естественнонаучную логику процесса познания и обеспечивающие связь физики и биологии. К профессионально значимым понятиям относятся такие понятия, которые являются фундаментом для построения учебных знаний, так как с их помощью раскрываются закономерности, свойственные не только отдельной науке, а целому ряду учебных предметов. Усвоение студентами таких понятий создает условие для успешного продвижения их в овладении учебным материалом различных предметов, не только естественнонаучных, но и общепрофессиональных и профессиональных циклов [150].

...