ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»

Белый Вячеслав Сергеевич, el.belaya2015@yandex.ru

В данной статье предлагается алгоритм оценки основных характеристик педагогических моделей обучения студентов дисциплине «Физика» по исходным данным, полученным по результатам педагогического эксперимента.

In this paper the methods of estimating the basic characteristics of pedagogical models of student learning discipline "Physics" based on the data analysis of the pedagogical experiment.

Ключевые слова: Информационно-коммуникационные технологии, педагогическая модель обучения студентов, индивидуальный и средний коэффициенты выполнения заданий, средние удельные трудозатраты на прохождение лабораторного практикума и продуктивность обучения.

Keywords: Information and communication technologies, the pedagogical model of teaching students, and the average individual coefficients assignments, average unit labor costs for the passage of a laboratory practical training and productivity.

Введение. Внедрение в систему образования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) способствует модернизации целой системы технических и программных средств обучения. Основным техническим средством обучения является компьютер, с появлением которого стали актуальными и востребованными в современном вузе средства, основанные на ИКТ. Именно такая группа технических и программных средств обучения является современной и отвечает требованиям времени [1].

Особое место в системе профессиональной подготовки будущего инженера занимает его подготовка с использованием ИКТ в образовательном процессе. Изучение проблемы профессиональной подготовки будущих инженеров с использованием современных ИКТ, позволяет сформулировать основную цель исследования – повышение эффективности обучения студентов дисциплине физика за счёт использования ИКТ. Одна из приоритетных функций ИКТ состоит в информационно-наглядной поддержке образовательного процесса.

Известно, что процесс подготовки будущего инженера осуществляется на основе целенаправленной, поэтапной и совместной деятельности его участников в течение всего периода обучения на всех видах учебных занятий. Учебные занятия предусматривают необходимость и возможность использования студентами ИКТ на основе реализации метапредметного подхода к изучению дисциплин [2].

Постановка задачи. Одним из путей реализации цели исследования является разработка и апробация модели подготовки будущего инженера с использованием ИКТ в процессе проведения различных видов учебных занятий по естественнонаучным дисциплинам, в частности, по дисциплине «Физика».

Предполагается, что педагогический процесс, организованный на основе использования ИКТ, будет способствовать повышению эффективности подготовки будущего инженера по дисциплине «Физика». В частности, использование ИКТ позволит снизить общие трудозатраты, требуемые для прохождения студентами лабораторного практикума, а также повысить результативность обучения студентов.

Для проверки данной гипотезы исследования необходимо проведение педагогического эксперимента. Для проведения педагогического эксперимента требуется найти или разработать показатель эффективности, единый для ручной и автоматизированной обработки экспериментальных данных (ЭД), получаемых студентами в ходе выполнения задания на лабораторную работу. Данный показатель должен выявить уровень знаний и умений студентов в области физики, определить уровень творчества студентов в ходе проведения лабораторных опытов и экспериментов, оценить степень усвоения студентами материалов изучаемых дисциплин. Для оценки эффективности педагогической модели проведения лабораторного практикума со студентами технического вуза может использоваться не один, а совокупность показателей.

Кроме того, организация педагогического эксперимента требует наличие методики его проведения и алгоритма расчёта показателей, значения которых характеризует эффективность прохождения студентами лабораторного практикума.

Педагогический эксперимент необходимо провести одновременно в нескольких учебных группах студентов, обучающихся на первом курсе по инженерным специальностям. При этом возможны следующие варианты проведения такого эксперимента:

1. Одновременно в педагогическом эксперименте принимают участие две экспериментальные группы студентов. С первой группой студентов лабораторный практикум по физике проводится в соответствии с образовательными программами с использованием методики ручной обработки ЭД. Вторая группа студентов проходит лабораторный практикум также в соответствии с требованиями образовательных программ, но использует при этом методику автоматизированной обработки ЭД.

2. Педагогический эксперимент проводится в последовательном порядке. Первый учебный год одновременно все группы студентов первого курса проходят лабораторный практикум с использованием методики ручной обработки ЭД. Сформированные в следующем учебном году группы студентов первого курса проходят лабораторный практикум уже с использованием методики автоматизированной обработки ЭД.

Формально, в общем виде, задачу исследования можно сформулировать следующим образом. При наличии оценочного показателя эффективности обучения студентов требуется разработка методического инструментария для исследования характеристик педагогических моделей вида «преподаватель-студент» и «преподаватель-студент-ИКТ», функционирующих в информационно-образовательной среде (ИОС), соответствующей лабораторному практикуму по дисциплине «Физика» в техническом вузе.

Решение задачи. Для проведения эксперимента по исследованию характеристик педагогической модели необходимо использование двух и более показателей, характеризующих трудозатраты и результативность обучения. С другой стороны, на данные показатели не должно накладываться большого количества ограничений. Кроме того, выбранные показатели должны удовлетворять определённым требованиям [3].

Предлагается использование следующих показателей [4]:

1. Индивидуальный коэффициент полноты выполнения заданий  – это величина, равная отношению количества баллов, заработанных студентом за выполнение задания к максимальному количеству баллов, которое можно заработать за выполнение данного задания. Показатель  является индивидуальным показателем. При прохождении лабораторного практикума в качестве заданий используются задания на выполнение лабораторных работ.

2. Средний коэффициент полноты выполнения заданий  – это величина, равная среднему арифметическому значению выборки случайных значений индивидуальных коэффициентов полноты выполнения заданий студентами.

Средний коэффициент полноты выполнения заданий  может являться как индивидуальным, так и коллективным показателем. С помощью данного показателя можно оценить:

– студента индивидуально при выполнении им последовательно нескольких лабораторных работ;

– группу студентов, выполнившую одну и ту же лабораторную работу;

– группу студентов, выполнивших ряд одних и тех же лабораторных работ;

– несколько групп студентов, выполнивших одну и ту же лабораторную работу;

– несколько групп студентов, выполнивших ряд одних и тех же лабораторных работ.

3. Средние удельные трудозатраты , требуемые на выполнение одной лабораторной работы. Данный показатель представляет собой среднее арифметическое случайных значений удельных трудозатрат – трудозатрат, пересчитанных на одного студента, выполняющего одну лабораторную работу.

4. Относительные удельные трудозатраты  – это величина, равная отношению фактических удельных трудозатрат к норме. Считается, что норма трудозатрат ограничена учебным временем в сетке расписания, выделяемым для выполнения лабораторной работы.

5. Средний балл  – это величина, представляющая собой среднее арифметическое значение случайного количества баллов, заработанных студентами по результатам защиты лабораторных работ.

6. Продуктивность обучения  – это величина, равная отношению среднего балла  к максимально возможному количеству баллов .

Таким образом, выбранные показатели удовлетворяют всем необходимым требованиям:

– имеется возможность количественной оценки степени усвоения студентом лабораторного практикума по физике;

– имеется возможность количественной оценки деятельности как студента индивидуально, так и группу студентов в целом;

– независимость от форм и способов организации прохождения студентами лабораторного практикума: с использованием элементов ИКТ или без использования таковых.

Начальными условиями для определения значений данных показателей являются «нулевые» начальные условия. Граничные условия определяются существующими ограничениями, предусмотренными организацией образовательного процесса в техническом вузе.

Исходными данными для оценки показателей эффективности обучения группы студентов являются:

 – количество учебных групп, участвующих в педагогическом эксперименте;

 – номер учебной группы, ;

 – число студентов в учебной группе, выполнявших задание;

 – количество лабораторных работ, входящих в лабораторный практикум;

 – номер студента в группе, ;

 – номер лабораторной работы, ;

 – количество баллов, набранных -м студентом при выполнении задания по -й лабораторной работе;

 – максимально возможное количество баллов за выполнение задания;

 – потребные удельные трудозатраты на выполнение лабораторной работы в полном объёме;

 – сумма баллов, заработанных -м студентом по результатам защиты лабораторных работ;

 – максимальная сумма баллов.

Алгоритм решения задачи оценивания показателей эффективности обучения студентов сводится к последовательному расчёту значений:

• индивидуального  и среднего  коэффициентов выполнения заданий студентами;
• средних  и относительных  удельных трудозатрат, потребных для обработки ЭД;
• среднего балла , заработанного студентами по результатам защиты лабораторных работ;
• обобщённого показателя продуктивности обучения студентов лабораторному практикуму .

Индивидуальный коэффициент полноты выполнения задания -м студентом при выполнении -й лабораторной работы определяется с помощью выражения:

.                                                                                (1)

В выражении (1):

 – количество баллов, набранных -м студентом при выполнении задания по -й лабораторной работе;

 – максимально возможное количество баллов за выполнение задания.

Средний коэффициент полноты выполнения задания студентами -й учебной группы при выполнении ими  лабораторных работ определяется с помощью выражения:

.                        (2)

В выражении (2):

 – индивидуальные коэффициенты полноты выполнения задания каждым студентом -й учебной группы;

 – число студентов в -й учебной группе, выполнявших задание.

Средний коэффициент полноты выполнения задания всеми участвующими в педагогическом эксперименте студентами определяется с помощью выражения (3):

.                (3)

В выражении (3) величина  – это среднее количество баллов, набранных студентами -й учебной группы при выполнении заданий по всему лабораторному практикуму.

Выражение (3) может быть преобразовано к другому виду, с учётом того, что :

.                                                                (4)

Средние удельные трудозатраты на обработку ЭД при выполнении задания по -й лабораторной работе для -й учебной группы студентов определяются с помощью выражения [5]

,                                                                        (5)

где  – удельные затраты труда для обработки ЭД -м студентом при выполнении -й лабораторной работы.

С целью снижения вычислительных затрат и обеспечения удобства вычислений, для расчёта средней трудоёмкости -й лабораторной работы целесообразно рассчитать значение величины  отдельно для каждой учебной группы. Затем воспользоваться формулой вида

.                                                                        (6)

В выражении (6) величина  обозначает общее количество студентов, принявших участие в педагогическом эксперименте.

Расчёт средних удельных трудозатрат, требуемых для прохождения лабораторного практикума студентами -й группы, производится с помощью выражения вида:

.                                                                (7)

Если требуется рассчитать средние удельные трудозатраты на выполнение одной лабораторной работы в пересчёте на одного студента -й учебной группы, то необходимо воспользоваться формулой (8):

.                                                                (8)

Средние удельные трудозатраты на выполнение одной лабораторной работы в пересчёте на одного студента всего курса студентов, принявшего участие в педагогическом эксперименте, определяются с помощью выражения:

                                                                                        (9)

.

Относительные удельные трудозатраты, потребные для обработки ЭД рассчитываются по формулам [6]:

а) для отдельной -й учебной группы

,                                                                        (10)

б) для всех групп студентов, принявших участие в эксперименте

.                                                                        (11)

В формулах (10, 11) величина  – это потребные удельные трудозатраты на выполнение лабораторной работы в полном объёме. Нормативное значение потребных удельных трудозатрат составляет  .

Средний балл, заработанный студентами по результатам защиты лабораторных работ, рассчитывается с помощью выражения:

а) для отдельно взятой учебной группы

,                                                                        (12)

б) для всего курса

.                                                                        (13)

В выражении (12) случайная величина  является суммой баллов, заработанных -м студентом по результатам защиты лабораторных работ. По результатам защиты лабораторных работ студент может заработать от 20 до 50 баллов.

Относительный показатель продуктивности обучения студентов лабораторному практикуму определяется с помощью выражения (14) для отдельно взятой -й учебной группы

,                                                                        (14)

и выражения (15) – для всего курса в целом

,                                                                        (15)

где  – максимальная сумма баллов.

Достоинством предложенного алгоритма является простота его реализации при проведении педагогического эксперимента по предложенной в статье методике.

Выводы:

1. Выбранные в ходе исследования показатели удовлетворяют требованиям:

– по возможности количественной оценки степени усвоения студентом лабораторного практикума по физике;

– по возможности количественной оценки деятельности как студента индивидуально, так и группу студентов в целом;

– по независимости от форм и способов организации прохождения студентами лабораторного практикума: с использованием элементов ИКТ или без использования таковых.

2. Оценка параметров педагогических моделей в ходе эксперимента осуществляется по специально разработанному для этой цели алгоритму. Достоинством алгоритма является простота его реализации в ходе проведения педагогического эксперимента.

Литература:

1. Балльно-рейтинговая система оценки знаний студентов на основе многофункционального комплекса «Пульс». Изучение, апробация, внедрение. Отчёт о НИР № 05/2014. Коломенский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)» в г. Коломне, 2014. – 220 с.
2. ГОСТ Р 53620. Информационные коммуникационные технологии в образовании. Электронные образовательные ресурсы. Общие положения: Москва, 2009. – 32 с.
3. Шибун Е.Н. Некоторые аспекты подготовки учителя современной школы к использованию средств обучения // Мир науки, культуры, образования. – 2010. – № 4 (23). – С. 252–255.
4. ГОСТ Р 52653. Информационные коммуникационные технологии в образовании. Термины и определения: Москва, 2006. – 25 с.
5. Толстенёва А.Л. Методическая система обучения физики студентов вузов на основе учета их когнитивных стилей. – Нижний Новгород, ВГИПУ, 2008. – 254 с.
6. Наумов А.Л. Исследование влияния характера проектной деятельности по физике на формирование ключевых компетенций учащихся, Москва, МПГУ, 2015. – 260 с.