Анализ результатов педагогического эксперимента

Количественные результаты в зондирующем эксперименте, а затем и в обучающем эксперименте, связывались с выполнением учащимися учебной работы следующего содержания:

на самостоятельных работах они решали качественные задачи различного типа, отражая причинно-следственные связи между понятиями, входящими в эти задачи;

на контрольных работах они решают количественные задачи различного типа, выполняя операции, входящие в эти задачи.

Тексты самостоятельных работ и контрольных срезов представлены в приложении 1.

Для количественной характеристики результатов педагогического эксперимента был использован ряд критериев и показателей [30, 121, 169, 173]:

I. Сформированность умения решать задачи:

Фиксирование количества учащихся, правильно решивших тот или иной тип задачи:

если ученик выполнил минимальное количество операций, необходимых для решения задачи, то она считается решенной правильно;

если ученик не выполнил минимальное количество операций, необходимых для решения задачи, то она считается нерешенной.

Фиксирование количества учащихся, у которых сформирована та или иная операция:

.

где: — средний коэффициент выполнения операции б i-ым учеником; - коэффициент выполняемой б операции j-ой задачи (он может быть либо 1, если операция выполнена, либо 0, если операция не выполнена); n — количество задач, в которых необходимо выполнить данную операцию.

— операция считается сформированной, если 0,7 [23].

Коэффициент сформированности операций:

.

где: — средний коэффициент выполнения операции б всем классом; N — количество учащихся, писавших работу.

Коэффициент обученности решению физических задач:

.

где: С — максимальное количество операций, выполняемых в контрольной или самостоятельной работе.

II. Эффективность разработанной методики:

Коэффициент эффективности формирования операций деятельности по решению задач:

.

Коэффициент эффективности формирования умения решать задачи:

.

Для определения статистической значимости различий в обученности между экспериментальными и контрольными классами применялся в расчетах квадрат коэффициента корреляции Пирсона (коэффициент доверия):

ч2=T,.

.

н = с-1,.

где: N1 — количество учеников контрольной группы; N2 — количество учеников экспериментальной группы; - число объектов первой выборки, попавших в i-ю категорию по состоянию изучаемого свойства; - число объектов второй выборки, попавших в i-ю категорию по состо…

Таблица 13 — Распределение типов задач по контрольным срезам.

Опираясь на стандарт образования и на минимум требований программы изучения физики, в основном в контрольных срезах учащимся предлагались задачи первого и второго типов.

В табл. 14 представлено распределение учащихся по успешности решения количественных задач различного типа.

Из данной таблицы видно, что наименьшую трудность учащиеся испытывают при решении задач первого типа, а наибольшую — при решении задач четвертого типа. Графическое представление распределения учащихся по успешности решения количественных задач различного типа представлено на рис. 9.

Таблица 14 — Распределение учащихся (в %) по успешности решенияколичественных задач различного типа.

В ходе анализа контрольных работ было замечено, что задачи одного и того же типа для различных учащихся имеют различную степень трудности. Поэтому в контрольных срезах №№ 6−8 первые две задачи давались одного и того же типа, а именно — первого, но с различной задачной ситуацией. Распределение учащихся по успешности решения количественных задач первого типа представлено в табл. 15.

Таблица 15 — Распределение учащихся (в %) по успешности решения количественных задач первого типа.

Исходя из полученных распределений (рис. 10) видно, что количественные задачи одного и того же типа имеют для учащихся различную степень трудности. Как видно из рис. 10 в конце обучающего эксперимента произошло практически полное овладение первым типом задачи. Однако основной вклад в данное распределение внесли экспериментальные классы. Распределение успешности решения учащимися первого типа задачи в контрольных и экспериментальных классах представлено в табл. 16.

Таблица 16 — Распределение учащихся (в %) по успешности решения количественных задач первого типа в экспериментальных и контрольных классах.

Анализ полученного распределения (рис. 11) показывает, что и в контрольных и в экспериментальных классах произошло постепенное овладение решением первого типа задач. Однако, в контрольных классах количество учащихся, овладевших решением первого типа задач ниже, чем в экспериментальных классах. В экспериментальных классах, в результате реализации задачного метода как одного из средств дифференцированного обучения учащихся физике, удалось привести к тому, что практически все учащиеся полностью овладели деятельностью по решению первого типа задач (рис. 11).

Проверка соответствия между структурной сложностью и типом качественных задач определялась с помощью серии самостоятельных работ по темам (приложение 1): «Строение вещества», «Работа. Мощность. Энергия», «Тепловые явления», «Изменение агрегатных состояний вещества», в каждую входило по 6 вариантов. В каждом варианте было по пять задач. Первые две относились к 1-у типу, третья и четвертая ко 2-у, а пятая задача к 3-у типу. Количество причинно-следственных связей в каждой задаче отличалось друг от друга. В первой задаче было не более 2-х связей, во второй от 3-х до 4-х, в 3-й от 3-х до 5-и, в четвертой от 3-х до 6-и, а в пятой количество причинно-следственных связей варьировалось от 3-х до 7.

Распределение успешности решения каждой задачи в каждой самостоятельной работе показаны в табл. 17 и на рис. 12.

Таблица 17 — Распределение учащихся (в %) по успешности решения качественных задач различного типа.

Задача считалась решенной успешно, если учащийся отразил все причинно-следственные связи между понятиями (максимальный балл, соответствующий типу задачи: на распознавание — 1 балл, на объяснение — 2 балла, на предсказание — 3 балла). Задача считалась решенной с ошибкой, если в ответе была нарушена логика раскрытия причинно-следственных связей или причинно-следственные связи, присутствующие в задаче, были отражены невольностью (половина от максимального балла, соответствующего типа задачи). Задача считалась нерешенной, если учащийся не смог отразить связь между понятиями, т. е. не смог ответить на вопрос задачи (ноль баллов). Все данные заносились в таблицу, пример которой представлен в приложении 2.

Анализ результатов, полученных в ходе исследований, показал, что легкими для учащихся оказались задачи с количеством связей не более 3-х, с ошибками решены задачи, в которых количество причинно следственных связей не более 6-ти. И самыми трудными оказались задачи с количеством связей более 6-ти. По данной таблице также видно, что успешность решения качественной задачи зависит от количества причинно-следственных связей между понятиями, которые необходимо раскрыть учащимся, чтобы решить задачу.

Опираясь на полученные результаты решения качественных задач, мы пришли к выводу, что на основе анализа решения данных задач можно определить уровень сформированности понятий у каждого ученика.

Так, например, учащиеся, справившиеся со всеми качественными задачами, имеют IV уровень сформированности понятий (коэффициент усвоения? 0,667), а учащиеся, не справившихся даже с первыми двумя задачами, имеют I уровень сформированности понятий (коэффициент усвоения < 0,222). На основе полученных коэффициентов усвоения (приложение 1) в ходе решения качественных задач после каждой самостоятельной работы были получены распределения учащихся по уровням сформированности понятий (табл. 18 и рис. 13−16).

Таблица 18 — Распределение учащихся (в %) по уровням сформированности понятий по результатам каждой самостоятельной работы.

Проведя анализ полученных распределений, мы пришли к следующим выводам:

контрольные классы по процентному соотношению учащихся с более высоким уровнем сформированности понятий сильнее, чем экспериментальные классы;

в ходе обучающего эксперимента процент учащихся в экспериментальных классах с более высоким уровнем сформированности понятий увеличился и стал больше чем в контрольных классах.

Проверка сформированности умений и навыков по решению количественных задач проводилась с помощью пооперационного анализа, предложенного А. В. Усовой [174] и реализованного Н. Н. Тулькибаевой и И. И. Прониной [167].

Для этого, после каждого контрольного среза по каждой задаче фиксировалось выполнение операций, и результаты заносились в заранее подготовленные таблицы, примеры которых представлены в приложении 3 (табл. 1−3).

Наблюдения в контрольных и экспериментальных классах за ходом решения количественных задач показывают, что выполнение различных операций у учащихся имеет различную трудность. Так, например, краткая запись условия и краткая запись требования задачи при выполнении учащимися имеет наименьшую трудность, а решение задачи в общем виде — наибольшую.

Сформированность различных операций по количеству учащихся в экспериментальных и контрольных классах представлено в табл. 19.

Из полученного распределения (рис. 17−18) видно, что при обучении учащихся решению задач формируются в первую очередь те операции, которые присутствуют в задачах всех типов (p1, p2, p3, p5, p8, p9), т.к. рост количества учащихся, у которых сформированы данные операции, очевиден, хотя и наблюдаются некоторые флуктуации. Это связано с тем, что основной вклад в росте количества учащихся, у которых сформированы данные операции, вносили экспериментальные классы.

Таблица 19 — Распределение учащихся (в %) в экспериментальных иконтрольных классах по сформированности основных операций.

Анализ полученных распределений показывает:

на начало обучения учащихся физике между контрольными и экспериментальными классами не было практически никаких различий;

в конце зондирующего эксперимента появились небольшие различия между экспериментальными и контрольными классами, хотя и не столь существенные, что говорит об эффективности предлагаемой методики, применяемой даже эпизодически;

на конец обучающего эксперимента различия между экспериментальными классами стали значительными, что говорит об эффективности применяемой методики дифференцированного обучения учащихся физике средствами задачного метода;

количество учащихся в экспериментальных классах, у которых сформированы все операции по решению количественных задач, достигло 70%, что говорит о процессе саморегуляции в данных классах при выполнении операций в ходе решения количественных задач.

Для определения динамики сформированности каждой операции в контрольных и экспериментальных классах были просчитаны коэффициенты сформированности операции по результатам каждого контрольного среза (приложение 3, табл. 4). Динамика коэффициента сформированности основных операций после каждого контрольного среза представлена в табл. 20 и на рис. 19−27.

Таблица 20 — Динамика коэффициента сформированности операций в контрольных и экспериментальных классах.

На основе анализа полученных диаграмм можно сделать следующие выводы:

На начало исследований коэффициент сформированности практически всех операций в экспериментальных классах ниже, чем в контрольных.

В экспериментальных классах наблюдается положительная динамика операций 1, 2, 3, 5, 6, 8, 10. В контрольных классах динамика коэффициента сформированности большинства операций носит случайный характер, т. е. в экспериментальных классах процесс усвоения операций при решении количественных задач носит целенаправленный характер.

В экспериментальных классах коэффициент сформированности всех операций стал больше 0,7, что говорит о процессе саморегуляции у учащихся при выполнении каждой операции.

Отрицательная динамика наблюдается на первых срезах операций 7 и 9, что свидетельствует о наибольшей трудности усвоения данных операций. К тому же операция 7 выполняется при решении задач второго типа, а операция 9 определяет умение учащихся выполнять арифметические вычисления при решении количественных задач.

Спад в коэффициенте усвоения всех операций во всех классах произошел на IV срезе (Архимедова сила. Плавание тел). Дальнейший анализ задач данного контрольного среза показал, что в них присутствуют скрытые связи между понятиями, т. е. условие задачи задано неявно. Поэтому задачи данного среза оказались для учащихся наиболее трудными.

На основании результатов IV среза можно сделать вывод о том, что успех решения количественных задач зависит не только от уровня сформированности умений и навыков, но и от уровня сформированности понятий.

Анализ успешности решения учащимися количественных задач показывает, что умение решать задачи зависит не только от сформированности операций, но также и от сформированности понятий у учащегося, от характера установившихся связей между понятиями.

На основе анализа решения количественных задач можно судить об обученности учащихся физике, т.к. «…применяемые при рассмотрении вычислительных задач логические операции определяют аналитико-синтетический метод решения, который ведет к развитию логического мышления, способности анализировать физические закономерности, синтезировать (выделять причинно-следственные связи) и систематизировать знания» [190, с. 57].

Поэтому, по совокупности коэффициентов сформированности операций у учащихся можно рассчитать коэффициент обученности учащихся решению физических задач и судить об обученности предмету в целом. В табл. 22 и на рис. 28 представлена динамика коэффициента обученности учащихся физике.

Таблица 21 — Динамика коэффициента обученности учащихся физике в контрольных и экспериментальных классах.

Опираясь на полученную динамику коэффициентов обученности учащихся физике, видно, что в экспериментальных классах коэффициент обученности непрерывно возрастает (за исключением 4-о среза), что говорит о целенаправленном усвоении учащимися деятельности по решению физических задач в аспекте формирования у них физических понятий. Кроме того, в экспериментальных классах коэффициент обученности стал больше 0,7. Следовательно, в экспериментальных классах учащиеся достигли того уровня, когда процесс обучения решению задач и предмету носит в большей степени самостоятельный характер.

На основе полученных данных была определена эффективность предлагаемой методики: коэффициент эффективности формирования операций деятельности по решению задач, коэффициент эффективности формирования умения решать задачи. Коэффициент эффективности формирования операций деятельности по решению задач представлен в табл. 22, а коэффициент эффективности формирования умения решать задачи в табл. 23.

Таблица 22 — Коэффициент эффективности применяемой методики по формированию операций при решении количественных задач.

Таблица 23 — Коэффициент эффективности применяемой методики по формированию умения решать задачи.

В ходе констатирующего эксперимента коэффициенты зЭ и hK между экспериментальными и контрольными классами меньше 1. Следовательно, выбранные экспериментальные классы являются более слабыми по сравнению с контрольными. На этапе констатирующего эксперимента практически по большинству операций наблюдается превосходство контрольных классов над экспериментальными. В ходе зондирующего эксперимента, когда способы и методы дифференцированного обучения применялись эпизодически нам удалось не только приблизить экспериментальные классы по обученности физике к контрольным, но и добиться небольшого превосходства экспериментальных классов над контрольными. В ходе обучающего эксперимента некоторое время превосходство экспериментальных классов в коэффициенте сформированности по каждой операции в от дельности и по коэффициенту обученности решению задач росло. В дальнейшем, по коэффициенту сформированности некоторых операций контрольные классы стали догонять экспериментальные. Это объясняется насыщенностью коэффициента сформированности операций к концу обучающего эксперимента в экспериментальных классах.

По результатам каждого контрольного среза учащиеся класса разделялись по уровням обученности решению физических задач. Разбиение по уровням обученности в ходе обучающего эксперимента происходило на основе анализа результатов самостоятельных работ и контрольных срезов. Этих уровней можно выделить четыре:

четвертый уровень соответствует полному усвоению операций и высокому уровню сформированности физических понятий (> 0,990);

третий уровень соответствует полному усвоению операций, однако уровень сформированности физических понятий недостаточно высок (коэффициент обученности таких учащихся колебался от среза к срезу: от 0,443 < < 0,990 до 0,640 < <0,990);

второй уровень соответствует неполному усвоению операций, уровень сформированности понятий недостаточно высок (коэффициент обученности таких учащихся колебался от среза к срезу: от 0,198 < <0,443 до 0,300 < <0,640);

первый уровень соответствует низкому усвоению операций, уровень сформированности понятий низкий (коэффициент обученности таких учащихся колебался от среза к срезу в пределах: от 0,0 < <0,193 до 0,0 < <0,300).

Распределения учащихся по уровням обученности физике после каждого контрольного среза представлены в табл. 24 и на рис. 29−36.

Таблица 24 — Распределение учащихся по уровням обученности по результатам каждого контрольного среза.