Компьютерные системы анализа данных в подготовке будущих учителей

УДК 387.174

П. В. Никитин Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола

Р. И. Горохова

Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола Компьютерные системы анализа данных в подготовке будущих учителей

В статье описаны проблемы подготовки будущих учителей к проведению анализа результатов педагогических исследований и пути их решения с использованием разработанной авторами автоматизированной компьютерной системы для анализа данных.

Ключевые слова: информационные технологии, анализ данных, компьютерные системы, педагогические исследования.

Информатизация общества и системы образования предъявляет все более возрастающие требования к организации и качеству проведения педагогических исследований в педагогике.

Эффективность педагогических исследований становится более высокой за счет использования средств информационных технологий и технологий анализа данных. При проведении педагогического эксперимента используется различное прикладное программное обеспечение. Разработаны и активно внедряются информационные технологии обработки информации и ее представление в аналитическом виде, которые называются компьютерными системами анализа данных.

Компьютерные системы для анализа данных представляют собой пакеты статистических программ, предназначенные в первую очередь для проведения научных исследований, но находят применение в самых разных областях, как в практической, так и в исследовательской работе. Число статистических пакетов, реализующих технологии обработки и анализа данных, достаточно велико.

Наиболее распространены универсальные пакеты, среди которых можно отметить STATISTICA, SPSS, Statgraphics, Minilab, Systat, BAS. Кроме универсальных, выделяются специализированные пакеты, применяемые в конкретной предметной области для реализации определенных статистических методов. Ученые в своих исследованиях применяют российские пакеты, среди которых более известны КВАЗАР, STADIA, «Класс-Мастер», «Статистик-Консультант», «Олимп», а также зарубежные — Statit, WinSTAT, ODA и так далее. Существует разработанная Российской

академией наук компьютерная система «Педагогическая статистика». С помощью данных систем проводится на достаточно высоком уровне анализ временных рядов, корреляционно-регрессионный, факторный или кластерный анализ.

Однако данные пакеты требуют серьезного изучения (для их правильного применения и получения нужных результатов) и являются платными, что ограничивает возможность их применения в системе образования.

Для решения проблемы проведения анализа результатов педагогических исследований будущими учителями в Марийском государственном университете был разработан программный продукт «Автоматизированная система анализа результатов психолого-педагогических исследований». С помощью данного продукта появилась возможность показать студентам технологию проведения анализа результатов и подготовить их к его самостоятельному проведению.

Разработка проводилась с использованием Borland Delphi 7, который является интегрированной средой разработки программного обеспечения для Microsoft Windows, Mac OS, iOS и Android на языке Delphi. Delphi 7 — один из самых успешных продуктов Borland из-за стабильности, скорости и низких требований к аппаратному обеспечению.

Разработанная компьютерная система реализует алгоритмы статистических критериев, которые используются для проведения анализа результатов педагогических экспериментов [2]. Основные возможности автоматизированной систе-

мы анализа результатов психолого-педагогических исследований:

1. Возможность выбора шкалы измерения (наименований, порядка, отношений);

2. Определение числа градаций;

3. Проверка совпадений показателей;

4. Определение объема выборки;

5. Выбор определенного статистического кри -терия обработки данных.

При использовании статистических критериев, основываются на общепринятом алгоритме, который предполагает первоначальную формули-ровку проверяемой гипотезы, выборе критерия и уровня достоверности. На основании информации о результатах наблюдений эксперимента вычисляются эмпирические значение критерия по характеристикам членов экспериментальной и контрольной группы по формулам выбранного статистического критерия. Для каждого статистического критерия представлены в соответствующих справочных пособиях критические значения на определенных уровнях значимости. Характеристики контрольной и экспериментальной групп совпадают по использованному статистическому критерию, если эмпирическое значение критерия оказывается меньше или равно критическому, иначе (если эмпирическое значение критерия оказывается строго больше критического) «достоверность различий характеристик экспериментальной и контрольной групп по выбранному статистическому критерию равна 95 %». Если статистическое совпадение не обнаружено, тогда можно утверждать что «применение предлагаемого педагогического воздействия (например, новой методики обучения) приводит к статистически значимым (на уровне 95 %) отличиям результатов».

В компьютерной системе анализа данных для каждого типа шкал и для предлагаемых статистических методов достоверность результатов определяется в соответствии с разработанными в теории статистических исследований алгоритмами [3].

Для каждого типа шкал измерения данных разработаны определенные критерии проверки гипотез. Для данных, измеренных в шкале наименований с двумя вариантами целесообразно использование критерия Фишера [4]. Применение критерия однородности %2 целесообразно для данных, измеренных в порядковой шкале. Критерии Вилкоксона-Манна-Уитни и Крамера-Уэлча целесообразно использовать при проверке гипотезы о совпадении характеристик двух групп,

показатели которых измерены в шкале отношений. Статистическое равенство выборок, которое заключается в совпадении их дисперсий, средних, стандартного отклонения и других характеристик лучше всего проверять критерием Вилкоксона-Манна-Уитни, а сравнение математических ожиданий выборок наиболее уместно выполнять на основании критерия Крамера-Уэлча.

Разработанная автоматизированная система имеет понятный пользователю дружелюбный интерфейс и действует на основании разработанных алгоритмов. После запуска программы (Program. exe) на экране появится окно выбора критерия, с помощью которого возможно подтверждение или опровержение проверяемой гипотезы. После выбора одной из активных кнопок соответствующего критерия откроется сначала окно для ввода количества участников эксперимента, а затем в открывшемся вновь окне производится ввод данных по испытуемым группам [3].

В таблицах можно вносить данные для проведения расчетов и редактировать количество участников в группах.

Результаты работы компьютерной системы «Автоматизированная система анализа результатов психолого-педагогических исследований» позволяют сделать вывод об эффективности проведенного исследования.

Наиболее трудоемким в любом исследовании, является этап вычислений статистики применяемого критерия, который у будущих учителей вызывает огромные затруднения. Разработанная компьютерная система анализа данных экспериментов позволяет исследователю, исключив этап вычислений, получить информацию о результатах сравнения показателей в контрольной и экспериментальной группах.

Внедрение разработанной системы анализа данных было направлено на подтверждение гипотезы о том, что использование современных компьютерных систем анализа данных при подготовке студентов педвузов к проведению педагогических исследований способствует повышению:

1. Готовности студентов к организации экспериментальной работы при подготовке выпускных квалификационных работ.

2. Мотивации проведения педагогических экспериментов в учебно-исследовательской, научно-исследовательской работе в вузе и в будущей профессиональной деятельности за счет развития творческой активности студентов [2].

3. Уровня исследовательской компетентности будущих учителей.

На констатирующем этапе эксперимента по разработке автоматизированной системы был проведен анализ дипломных работ на физико-математическом факультете, историко-филологическом факультете, факультете физической культуры. Результаты анализа показали недостаточную подготовленность выпускников к проведению полного исследования с соблюдением всех его этапов. Распределение результатов исследования уровня выполнения дипломных работ с позиции проведения экспериментов представлено на рисунке 1.

Формирующий эксперимент проводился в рамках дисциплин, изучаемых по учебным планам соответствующих специальностей. При изучении дисциплины психолого-педагогической подготовки «Статистические методы в педагогических исследованиях» рассматривались статистические основы педагогических исследований и проверки гипотез. Анализ возможностей различных информационных технологий с точки зрения применения на различных этапах педагогического

исследования от его организации, проведения и, заканчивая анализом результатов и проверкой гипотез, проводился на занятиях по предмету «Использование информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе».

На заключительном контрольном этапе были просмотрены и проанализированы выпускные квалификационные работы на тех же факультетах. Результаты анализа рассмотренных дипломных работ представлены на рисунке 2. Следует отметить, что сравнение результатов анкетирования до и после эксперимента выполнено в 48 % рассмотренных работ, однако заметно увеличилось проведение анкетирования — на начальном этапе до 70 % и на конечном составило 62 %.

Таким образом, анализ дипломных работ, проведенный на заключительном этапе эксперимента, позволяет сделать вывод о повышении общего уровня профессиональной подготовки будущих учителей и мотивации проведения педагогических экспериментов в учебно-исследовательской, научно-исследовательской работе в вузе и в будущей профессиональной деятельности.

Средства ИКТ Разработка тем Историко- Психологическая Эксперимент Сравнение

ретроспективное диагностика результатов

исследование анкетирования

Рисунок 1 — Распределение результатов исследования выполнения дипломных работ на начальном этапе эксперимента

' ',4

50 3

37 ,2 30 9

Средства ИКТ Разработка тем Историко- Психологическая Эксперимент Сравнение

ретроспективное диагностика результатов

исследов ание анкетиров ания

Рисунок 2 — Распределение результатов исследования выполнения дипломных работ на конечном этапе эксперимента

Предлагаемое исследование по разработке и внедрению в учебный процесс подготовки будущих учителей компьютерной системы анализа данных позволило:

1. Разработать новую компьютерную систему информационно-технологического обеспечения анализа результатов педагогических исследований «Автоматизированная система анализа результатов психолого-педагогических исследований».

2. Автоматизировать процесс обработки экспериментальных данных, полученных в ходе педагогической практики, при подготовке курсовых и выпускных квалификационных работ студентами педагогических специальностей.

3. Создать педагогические условия по внедрению автоматизированной компьютерной системы анализа данных в подготовку будущих учителей к исследовательской деятельности, организации качественной профессиональной подготовки в рамках учебного процесса вуза, в проведении педагогических исследований с использованием современных информационных и коммуникационных технологий.

Разработанная компьютерная система анализа данных оказывает положительное влияние на подготовку будущих учителей всех педагогических специальностей к проведению исследовательской деятельности.

-ЧЭ—-

1. Воронцова Э. М., Федорова С. Н. Модель формирования информационно-коммуникативной компетентности

будущих педагогов в условиях перехода на двухуровневую систему подготовки // Вестник Марийского государственного университета. 2014. № 3 (15). С. 15-19.

2. Горохова Р. И., Никитин П. В. Возможности современных информационных технологий в педагогических исследованиях // Образовательные технологии и Общество = Educational Technology & Society: международный электронный журнал. 2012. Т. 15. № 2. С. 317-337. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/izgurn. html

3. Информационный образовательный ресурс локального доступа «Автоматизированная система анализа результатов психолого-педагогических исследований» / А. А. Ивой-лов, Р. И. Горохова, П. В. Никитин / Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 18018 от 15.03.2012 г. Инв. номер ВНТИЦ № 50201250323 от 15.03.2012.

4. Новиков Д. А. Статистические методы в педагогических исследованиях (типовые случаи). М.: МЗ-Пресс, 2004. 67 с.

1. Vorontsova E'. M., Fedorova S. N. Model' formirovaniya informatsionno-kommunikativnoy kompetentnosti budushchikh pedagogov v usloviyakh perekhoda na dvukhurovnevuyu sistemu podgotovki // Vestnik Mariyskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014. № 3 (15). S. 15-19.

2. Gorohova R. I., Nikitin P. V. Vozmozhnosti sovremennyh informacionnyh tehnologij v pedagogicheskih issledovanijah Mezhdunarodnyj jelektronnyj zhurnal // Obrazovatel'nye tehno-logii i Obshhestvo = Educational Technology & Society. 2012. T. 15. № 2. S. 317-337. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/izgurn. html

3. Informacionnyj obrazovatel'nyj resurs lokal'nogo dostupa «Avtomatizirovannaja sistema analiza rezul'tatov psihologo-pedagogicheskih issledovanij» / A. A. Ivojlov, R. I. Gorokhova, P. V. Nikitin / Svidetel'stvo o registracii jelektronnogo resursa № 18018 ot 15. 03. 2012 g. Inv. nomer VNTIC № 50201250323 ot 15. 03. 2012.

4. Novikov D. A. Statisticheskie metody v pedagogicheskih issledovanijah (tipovye sluchai). M.: MZ-Press, 2004. 67 s.

P. V. Nikitin Mari State University, Yoshkar-Ola

R. I. Gorokhova Volga State University of Technology, Yoshkar-Ola Computer systems analysis in the preparation of future teachers

This article describes the preparation of future teachers for the analysis of the results of educational research and solutions using the developed automated computer system for data analysis.

Keywords: information technology, data analysis, computer systems, pedagogical research.