В рамках разработки теоретических принципов построения процессов образования в работах [2, 4-6] предложена концепция естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена, согласно которой информационный обмен между преподавателем и обучающимся предлагается воспринимать как развитие знания - процесс, представляющий собой один из аспектов единой эволюции живых, физико-химических и ментальных систем. На основе указанной концепции разработана методология координации содержания естественно-математического образования, позволяющая эффективно осуществлять согласование содержания:
-
различных разделов внутри одной дисциплины (физики, химии, биологии, математики);
-
различных естественно-математических дисциплин между собой;
-
естественно-математических и гуманитарных дисциплин;
-
естественно-математического образования с содержанием успехов современной науки, достигшей постнеклассического этапа своего развития.
В настоящей работе приводятся результаты контрольного этапа педагогического эксперимента по изучению возможности и целесообразности внедрения предложенной нами методологии в учебный процесс.
Цель исследования:
-
проверка принципиальной возможности усвоения концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена и методологии координации содержания естественно-математического образования слушателями курсов повышения квалификации - преподавателями бакалавриата, обучающими физике, химии, математике на кафедрах различных вузов Российской Федерации;сопоставление эффективности традиционной технологии обучения концепции и методологии с эффективностью методической системы, предложенной в работе [1].
Материал и методы исследования
Участниками эксперимента являлись преподаватели и слушатели курсов повышения квалификации при кафедре инженерной педагогики Национального исследовательского Томского политехнического университета, а также студенты, обучающиеся по направлениям подготовки: 011200 «Физика», 020100 «Химия», 020400 «Биология», 010400 «Прикладная математика и информатика» в Национальном исследовательском Томском политехническом университете, Национальном исследовательском Томском государственном университете, Томском государственном педагогическом университете.
В исследовании использовались три основных способа определения уровня знаний и умений преподавателей бакалавриата.
Первый способ заключается в контроле знаний и умений одной и той же группы слушателей до и после прохождения спецкурса, что позволяет определить прирост знаний и умений как для группы в целом, так и для отдельного преподавателя.
При втором способе одновременно определялись знания и умения двух групп преподавателей: преподаватели в экспериментальной группе обучались в рамках методической системы, предложенной в [1], а в контрольной группе преподаватели знакомились с отдельными аспектами проблемы координации содержания естественно-математического образования по традиционной технологии.
Третий способ заключается в формировании контрастных групп. Из группы преподавателей, прошедших обучение на курсах повышения квалификации по данной проблеме, выбирались те преподаватели, которые заинтересовались этой проблемой всерьез и продолжали работать на кафедре над методикой реализации методологии координации содержания естественно-математического образования в процессе обучения студентов бакалавриата своей дисциплине. Вторую группу составили те преподаватели, которые после прослушивания спецкурса не стали реализовывать полученные знания в своей профессионально-педагогической деятельности. В этом случае нами проводилось изучение влияния профессионально-педагогической компетентности преподавателей физики, химии, биологии, математики на качество знаний и умений студентов бакалавриата, сформированных на основе реализации методологии координации содержания естественно-математического образования, а также умения студентов осуществлять перенос знаний смежных дисциплин при решении задач, требующих комплексного применения знаний. Преподаватели бакалавриата, находящиеся в промежуточной стадии, не включались в контрастные группы.
Результаты исследования и их обсуждение
Диаграммы усвоения знаний преподавателями бакалавриата в экспериментальной и контрольной группах после реализации второго способа определения уровня знаний и умений на контрольном этапе эксперимента приведены на рис. 1.
Коэффициент полноты усвоения знаний (K) рассчитывался по формуле
где n - общее количество элементов знаний, которые должны быть усвоены обучаемым; ni - количество элементов знаний, усвоенных i-м обучаемым; N - число обучаемых, выполнявших контрольное задание, и в данном случае оно оказалось равным 0,713 и 0,505 в экспериментальной и контрольной группах соответственно.
Коэффициент эффективности выбранной методики (на полноту усвоения знаний) η определялся отношением:
Поскольку η > 1, то выбранную методику обучения можно считать достаточно эффективной для формирования у преподавателей бакалавриата теоретических представлений о естественнонаучном подходе к анализу процессов информационного обмена и методологии координации содержания естественно-математического образования.
Первый способ определения уровня знаний и умений преподавателей бакалавриата был реализован при расчёте прочности знаний по методике А.В. Усовой [3]. С этой целью было проведено тестирование преподавателей спустя год после их обучения.
Статистическое сопоставление результатов контроля знаний преподавателей естественно-математических дисциплин до чтения спецкурса и через год после чтения спецкурса в экспериментальной группе приведено в табл. 1.
Для оценки статистической значимости различий результатов оценки знаний до и после чтения спецкурса использовался критерий χ2, согласно которому:
Рис. 1. Диаграммы усвоения знаний преподавателями бакалавриата: а - в экспериментальной группе перед контрольным этапом эксперимента; б - в экспериментальной группе по окончании контрольного этапа эксперимента; в - в контрольной группе перед контрольным этапом эксперимента; г - в контрольной группе по окончании контрольного этапа эксперимента: 
- получившие хорошие и отличные оценки; 
- получившие неудовлетворительные и удовлетворительные оценки
Таблица 1 Сопоставление знаний преподавателей естественно-математических дисциплин до и через год после чтения спецкурса в экспериментальной группе
|
Экспериментальная группа |
Кол-во преподавателей (n) |
Кол-во неудовлетворительных и удовлетворительных оценок |
Кол-во хороших и отличных оценок |
|
До чтения спецкурса |
n = 25 |
Q11 = 21 |
Q12 = 4 |
|
После чтения спецкурса |
n = 25 |
Q21 = 5 |
Q22 = 20 |
Полученное значение Тнабл (20,513) существенно превышает Ткр = 3,841, определённое по таблице критических значений статистики для числа степеней свободы ν = 1 и принятого уровня значимости α = 0,05, что позволяет:
-
отклонить нулевую гипотезу об отсутствии статистически значимого различия в распределении оценок до и после чтения спецкурса;
-
констатировать усвоение концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена и методологии координации содержания естествен- но-математического образования преподавателями бакалавриата, обучающими физике, химии, биологии, математике.
Коэффициент полноты усвоения знаний оказался равен 0,808.
Коэффициент прочности усвоения знаний (γ) определялся отношением:
Таким образом, активная работа преподавателей по совершенствованию знаний о координации содержания естественно-математических дисциплин в межкурсовой период приводит к повышению коэффициента прочности усвоения знаний до значения, превышающего единицу
Третий способ определения уровня знаний и умений преподавателей бакалавриата был реализован при исследовании влияния изученной педагогами методологии координации содержания естественно-математического образования на качество усвоения студентами бакалавриата сведений междисциплинарного характера, включающих в себя достижения неклассического и современного постнеклассического естествознания.
При этом были выделены следующие уровни сформированности междисциплинарных знаний и умений:
I уровень (уровень фактов) - студенты бакалавриата оперируют естественнонаучными фактами, однако знания носят ограниченный характер, студенты испытывают трудности при определении связей между ними;
II уровень (уровень понятий) - студенты бакалавриата оперируют естественнонаучными понятиями при выполнении отдельных этапов решения задач, но при установлении связи между ними испытывают затруднения;
II уровень (аналитико-синтетический уровень) - студенты бакалавриата оперируют знаниями смежных дисциплин, осознают взаимосвязи между ними, применяют междисциплинарные знания при установлении причинно-следственных связей между явлениями различной природы, различают классический, неклассический и постнеклассический этапы развития науки;
IV уровень (уровень творчества) - студентами бакалавриата усвоены:
-
естественнонаучные понятия, законы и теоретические положения, общие для физики, химии, биологии, математики, взаимосвязи между ними;
-
умения использовать их при решении задач, требующих комплексного применения знаний из смежных предметов;
-
особенности классического, неклассического и постнеклассического этапов развития науки;
-
математический аппарат каждого из этапов развития науки.
Контрольная работа была проведена со студентами бакалавриата, обучающимися в четвёртом семестре по направлениям подготовки: 01120 «Физика», 020100 «Химия», 020400 «Биология», 010100 «Математика» в различных вузах г. Томска в группах, в которых преподаватели после курсовой подготовки продолжали работать над проблемой координации содержания естественно-математических дисциплин при обучении физике, химии, биологии, математике (экспериментальные группы), и в группах, в которых преподавателями такая работа не проводилась или проводилась эпизодически (контрольные группы). Результаты представлены на рис. 2 и в табл. 2. При этом Тнабл. оказалось равным 30,579, что намного превышает значение Ткр, равного 7,815 и определённого для числа степеней свободы ν = 3, принятого уровня значимости α = 0,05. Полученный результат позволяет констатировать статистическую значимость различий в распределении уровней сформированности междисциплинарных знаний между экспериментальной и контрольной группами.
Рис. 2. Распределение студентов бакалавриата по уровням сформированности знаний и умений по окончании контрольного этапа эксперимента: - экспериментальная группа; - контрольная группа
То есть, проведённые контрольные срезы показали положительное влияние подготовки преподавателей естественно-математических дисциплин на качество усвоения знаний и умений студентов бакалавриата, сформированных на основе методологии координации содержания естественно-математического образования. В результате систематической реализации методологии координации содержания естественно-математического образования преподавателями естественнонаучного и математического цикла, учебно-познавательные умения студентов бакалавриата, общие для дисциплин этого цикла, становятся обобщенными, их естественно-математические знания приобретают междисциплинарный характер и достигают уровня, отвечающего требованиям современного постнеклассического этапа развития науки.
Таблица 2 Результаты сравнительного анализа сформированности междисциплинарных знаний у студентов бакалавриата четвёртого семестра
|
Показатели |
Группы |
|
|
контрольные |
экспериментальные |
|
|
Число студентов |
108 |
105 |
|
Коэффициент полноты усвоения знаний |
0,41 |
0,84 |
Выводы
Таким образом, согласно результатам проделанной работы, предлагаемая нами концепция естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена и разработанная на её основе методология координации содержания естественно-математического образования усваиваются преподавателями естественно-математических дисциплин более эффективно при использовании методической системы, разработанной в [1], а внедрение указанной методологии в учебный процесс повышает знания студентов бакалавриата до уровня, отвечающего требованиям современного постнеклассического этапа развития науки.
Рецензенты:
-
Стародубцев В.А., д.п.н., профессор кафедры инженерной педагогики ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;
-
Соколова И.Ю., д.п.н., профессор кафедры инженерной педагогики ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.
Работа поступила в редакцию 24.07.2012.