Б. Е. ЖЕЛЕЗОВСКИЙ, Н. В. РОМАНОВА
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПРЕЕМСТВЕННОСТИ
НАТУРНОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Исходя из концепции системы образования и Президентской программы компьютеризации учебного процесса, одной из основных задач реализации профессионально-педагогической направленности обучения, в частности, естественнонаучного направления, является формирование у студентов определенных качеств, которые на современном этапе реформирования образовательной системы видоизменяются. Изменяются методы и средства обучения в преподавании физики. Содержательной стороной этих методов, приемов и средств является генерализация естественнонаучных знаний вокруг основополагающих, фундаментальных законов физики и идеи смещения «ядра» генерализации в область физического эксперимента. Перед методистами стоит сложная задача, каким образом найти оптимальную преемственность между натурным и компьютерным экспериментом.
Понятие преемственности является объективной необходимостью научного осмысления требования обеспечения целостности педагогического процесса [1,2]. В физике оно возникло дедуктивно как результат, имеющий место естественной интеграции физических понятий и математического аппарата на разных ступенях обучения. Этот принцип имеет большую практическую значимость в обучении, поэтому его рассматривают одним из основных дидактических принципов, определяющих эффективность всей системы образования.
В естественных науках практическая реализация принципа преемственности особенно важна, поскольку, будучи изначально наукой экспериментальной, физика предполагает непрерывность всех видов физического эксперимента. Однако во многих разделах физики это сделать, используя только натурный эксперимент невозможно по многим причинам. Определенные надежды на успешное решение складывающегося противоречия можно связывать с внедрением в учебный процесс компьютерных дидактических материалов, позволяющих естественным образом продолжить натурный эксперимент там, где он практически не осуществим. Возникающая при этом непрерывность эксперимента позволяет даже ставить вопрос о возможности и методической целесообразности проводить процесс генерализации знаний не вокруг абстрактно-логических построений, опирающихся на физические законы, а вокруг их основания – вокруг физического эксперимента в широком его понимании.
Представляется, что широкое преемственное и последовательное внедрение физического эксперимента и компьютерного моделирования физических явлений и процессов в учебный процесс позволит в полной мере реализовать идею гуманизации образования в соответствии с социальным заказом общества.
Современная наука о нервной деятельности человека отмечает, что механизм осуществления преемственности в обучении приводит к специфическому усложнению в коре головного мозга ассоциаций нервных связей и к переходу временных связей в постоянные с образованием новых временных связей и систематизации динамической компоненты. Такая систематизация представляется наиболее эффективной в случае логической завершенности учебного материала, когда абстрактно-логические построения подтверждают результаты физического натурного и компьютерного эксперимента и наоборот, завершая известную цепочку познания: от живого созерцания к абстрактному мышлению, а от него к практике на каждом относительно коротком интервале обучения, каким представляется лекция или практическое занятие.
Вместе с тем, существенно отметить, что педагогические исследования по поиску путей осуществления принципа преемственности в обучении и результаты этих поисков ограничивались лишь общими качественными оценками, что нельзя считать удовлетворительным.
Для получения объективной картины реализации на практике принципа преемственности между натурным и компьютерным экспериментом была предложена и проведена статистическая оценка [3] проделанной в этом направлении работы. На наш взгляд, на современном уровне развития педагогики как науки представляется необходимым привлечение строгих математических методов и оценок, в частности статистических, для реализации на практике принципа преемственности. В этой связи администрацией Саратовского государственного университета им. и сотрудника-ми кафедры «Физики и методико-информационных технологий» принято решение о создании физического практикума, в котором бы натурный физический эксперимент дополнялся компьютерным и имел логическое завершение при изучении всех разделов физики.
С этой целью на кафедре в течение двух лет проводилось анкетирование 2-х групп студентов. Разработанные тесты позволили выявить уровень их знаний, как по натурному эксперименту, так и по компьютерному. При расчетах, по предлагаемой методике, предполагалось, что признак А – характеризует хорошее знание натурного эксперимента, а признак 
– слабое знание. Другой признак В – характеризует хорошее знание компьютерного эксперимента, а 
– неуверенное владение им. Тогда можно построить таблицу сопряженных признаков (ТСП) (см. табл. 1).
Таблица 1
В |
| ||
А | n11 | n12 | n1. |
| n21 | n22 | n2. |
n.1 | n.2 | n.. |
Первая из рассматриваемых групп студентов прошлых лет из 16 человек работала в условиях ограниченного компьютерного дидак-тического обеспечения, и результаты такой работы сведены в табл. 2.
Таблица 2
В |
| ||
А | 3 | 4 | 7 |
| 7 | 2 | 9 |
10 | 6 | 16 |
В данном случае выборка n < 20, поэтому для проверки зависимости или независимости признаков, т. е. обеспечения или необеспечения преемственности в обучении одного из курсов методики преподавания физики такой широко распространенный критерий, как ХИ – квадрат неприменим. Однако можно воспользоваться более точным критерием Фишера.
Предварительно переставим столбцы и строки ТСП так, чтобы соблюдалось неравенство n1 < n2. и n1 < n.2. Так как 
(4 > 42 / 16), то в соответствии с требованиями критерия Фишера определяем наибольшее и наименьшее значения элементов первой ячейки (m = 0, M = 5).
Находима вероятность получения ТСП со значением n11 при остальных заданных элементов – от n11 до M и от m до m*
(P(m), P(m+1)...,.P(m*),
где m* – целое число, для которого
P(m*) < P(n11) < P(m*+1)
P(n11) = 
P(n11)= 0,122, P(n11+1) = 0,0236, P(n11-4) = 0,0105
Значение критериальной статистики равно 0,1561. Оно не является значимой, поэтому «нуль-гипотеза», согласно которой признаки А и В независимы, не отвергается. Следовательно, принцип преемственности при переходе от натурного эксперимента к компьютерному, в достаточной степени не осуществлен.
Для исправления ситуации была проведена работа по более полному обеспечению студентов дидактическими компьютерными материалами. Часть из них подготовлена совместно со студентами на занятиях по курсам «Компьютерного моделирования, программирования и методике преподавания физики».
Результаты проведенной работы на основании анкетирования сведены в табл. 3. В педагогическом эксперименте участвовало 12 студентов.
Таблица 3
В |
| ||
А | 5 | 1 | 6 |
| 4 | 2 | 6 |
9 | 3 | 12 |
Проведя соответствующий статистический анализ ТСП по критерию Фишера, получили:
P(n11)=4,5 , P(n11+1)=4,5 , P(0)=0,04
Значение критериальной статистики оказалось равным 9,04, которое является значимым.
Это позволяет заключить, что проведенная работа по обеспечению преемственности между натурным и компьютерным экспериментом во втором случае имеет положительный результат.
Таким образом, в настоящей работе на примере исследования процесса реализации принципа преемственности, в педагогическом эксперименте продемонстрирована принципиальная возможность успешного использования современных математических методов оценки результатов педагогических действий, направленных на совершенствование учебного процесса.
_________________
1. О преемственности в обучении // Советская педагогика, 1953, №2, С. 23-35.
2. татистическое оценивание / Перевод с нем. / М.: Статистика, 1976, 598 с.
3. О статусе принципов дидактики // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Межвуз. сб. научных трудов. Челябинск, 1985, С.17.
