Тестовый контроль учебных достижений студентов инженерных специальностей по модулю «Общие закономерности химических процессов»

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2015. № 2. С. 55-60.

УДК 378.8

И.М. Зырянова, О.А. Голованова

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ УЧЕБНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ПО МОДУЛЮ «ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Разработаны и апробированы тестовые задания по модулю «Общие закономерности химических процессов», предложена методика тестового контроля учебных достижений студентов первого курса инженерного вуза, способствующая реализации эффективной обратной связи, что получает экспериментальное подтверждение. Приводится количественный и качественный анализ результатов.

Ключевые слова: контроль, тестирование, учебные достижения, методика, результаты, анализ, химия. * 1

В соответствии с новыми требованиями к качеству профессионального образования современного инженера [1] возрастает роль методов и технологий, обеспечивающих формирование профессионально значимых компетенций, способствующих активизации самостоятельной работы и самообучения студентов. Эффективное управление качеством образовательного процесса невозможно без объективных показателей, однозначно определяющих результат учебной деятельности, и обусловливает создание независимой системы контроля, основанной на теории, технике и технологии современного тестирования как педагогическом измерении уровня учебных достижений обучающихся [2; 3].

В условиях сокращения часов, отведенных на изучение дисциплины «Химия», увеличения доли самостоятельной работы [4; 5] становится очевидной необходимость такого элемента системы контроля, как обратная связь. С одной стороны, обратная связь позволяет преподавателю получать информацию о текущем состоянии учебных достижений студентов, выполнять коррекцию хода образовательного процесса и эффективно его организовывать. С другой стороны, обратная связь позволяет учащемуся осуществлять самоконтроль собственной учебной деятельности. Обратная связь организуется в разнообразных формах, среди которых все большее применение находят педагогические тесты [6]. Тестирование как метод контроля и оценки качества образования служит средством управления качеством образования для решения различных дидактических задач (изучение нового материала, закрепление, совершенствование и применение знаний, обобщение и систематизация, развитие способностей), а также для подготовки, организации измерения, контроля, анализа и оценивания учебных достижений [7; 8].

Тестовый контроль учебных достижений выполняет следующие основные функции:

1. Диагностическая функция заключается в выявлении уровня обученности каждого студента по дисциплине, модулю, теме.

2. Обучающая функция проявляется в повышении мотивации учения за счет предварительного ознакомления студентов с вопросами для самоподготовки, разбора методического материала, наличия и использования подсказок в тесте, совместного с преподавателем разбора заданий теста, обсуждения ошибок.

3. Воспитательная функция заключается в неизбежности и периодичности текущего контроля, что позволяет выявить проблемы в подготовленности каждого студента и скорректировать обучение за счет повторной диагностики.

© И.М. Зырянова, О.А. Голованова, 2015

56

И.М. Зырянова, О.А. Голованова

Проведение тестового контроля преследует следующие цели:

- осуществление принципа индивидуального контроля;

- оперативная проверка полноты освоения студентами определенной части учебного материала;

- объективность оценки уровня обученности студентов, что предполагает овладение студентами системой заданных учебной программой знаний, умений и навыков, ценностных ориентаций (компетенций), приобретенных за определенный период обучения;

- выявление элементов содержания дисциплины (темы, раздела, модуля), вызывающих определенные затруднения у студентов;

- получение количественных показателей обученности студентов, легко поддающихся количественной оценке, статистической обработке и сравнительному анализу.

Тестирование как стандартизованная процедура объективного измерения и контроля знаний учащихся получила широкое распространение в системе среднего образования и начинает развиваться в области высшего образования [9], поскольку оно обеспечивает преподавателя объективной и оперативной информацией об уровне обученности студентов, а администрацию вуза информирует об объективности управления. Однако отмечается, что стандартные наборы тестовых заданий для большинства дисциплин отсутствуют, разработка тестовых заданий носит трудоемкий характер, тестирование не учитывает индивидуальные особенности студентов, ограничено в оценке мыслительной и творческой деятельности студентов [10]. Использование в практике вузов федеральных государственных тестов, предназначенных для итоговой аттестации, носит проблемный характер, поскольку не учитывается стартовый базовый уровень подготовленности студентов-первокурсни-ков, в частности, по химии.

Задача нашего исследования заключалась в апробации тестовых материалов и внедрении в учебный процесс методики обучения с использованием тестового контроля учебных достижений студентов инженерного вуза по модулю «Общие закономерности протекания химических процессов», включающему следующие темы: «Элементы химической термодинамики», «Скорость химических реакций», «Химическое равновесие».

Химическая термодинамика и кинетика изучают физико-химические закономерности, определяющие направление, глубину и скорость протекания химических реакций. Химическая термодинамика является одним из основополагающих разделов курса общей химии в вузе, обязательным для изучения студентами всех направлений и специальностей, например [4; 5]. Анализ учебных

планов и программ общепрофессиональных дисциплин показывает, что основные понятия, законы химической термодинамики и кинетики получают свое дальнейшее развитие в других дисциплинах, например, «Термодинамика и теплопередача» (III семестр), «Теоретические основы теплотехники» (III семестр), «Топливо и основы теории горения» (V семестр) [11].

Следовательно, формирование базового уровня знаний, навыков и умений у студентов первого курса по данному модулю учебной дисциплины является важной и актуальной задачей. Освоение содержания модуля студентами осуществляется согласно учебному плану и рабочим программам [4; 5] и направлено на формирование конкретных знаний и умений в соответствии с целями обучения как ожидаемого результата. Общая методика оценивания учебных достижений по химии студентов инженерного вуза, критерии и характеристики уровней сформированности предметной компетенции (по всем компонентам) описаны нами в работе [12].

Конкретизация методики обучения с использованием тестового контроля и анализ полученных результатов по модулю «Общие закономерности протекания химических процессов» приводятся в данном исследовании.

Контроль учебных достижений студентов по модулю осуществляется в процессе выполнения лабораторной работы «Скорость химической реакции, химическое равновесие» [13], оформления лабораторного отчета, выполнения домашнего задания (изучается деятельностный и мотивационно-ценностный компоненты компетенции) и проведения экспресс-контроля по теме лабораторной работы. В частности, перед выполнением лабораторной работы студентам выдаются задания в тестовой форме (5 вопросов), на которые нужно дать ответ, сопроводив его необходимыми пояснениями и расчетами, время выполнения - 15 минут.

Подготовка к текущему тестированию по модулю начинается с выполнения домашнего задания: студент в письменном виде отвечает на контрольные вопросы, решает задачи различного уровня сложности. Для самоподготовки студентам выдается тестовое задание с ответами, предлагаются методические материалы, разработанные преподавателями кафедры [13-15].

Важнейшей особенностью такого экспресс-контроля, проводимого перед каждой лабораторной работой, является возможность систематической и оперативной проверки, поскольку преподаватель проверяет задания сразу, объявляет результаты и комментирует ошибки. Все это помогает организовать эффективную обратную связь и использовать тестовые материалы для обу-

Тестовый контроль учебных достижений студентов инженерных специальностей...

57

чения. Такая форма работы позволяет реализовать на практике не только контролирующую, но обучающую функцию тестов, повысить мотивацию обучения студентов за счет создания ситуации успеха.

Текущий контроль за самостоятельной работой и усвоением материала по модулю осуществляется во время, отведенное на контрольно-самостоятельную работу студентов. Результаты всех видов работ студентов оцениваются баллами и учитываются в общем рейтинге.

Методика оценивания тестового задания заключается в том, что за верный ответ начисляется один балл, за неверный - ноль баллов. На основе полученных результатов тестирования составляются матрицы, полученные баллы суммируются, что позволяет вычислить индивидуальный тестовый балл каждого студента (yt), а также средний балл по группе, определить решаемость, трудность и надежность теста. Корреляция результатов тестирования параллельных тестов, результатов традиционного контроля, а также результатов тестирования двух выборок студентов с помощью одного и того же теста рассчитывается при использовании коэффициента Пирсона rxy. Результаты измерений обрабатываются с помощью компьютерной программы Statistica [16-18].

В тестировании принимали участие студенты 1-го курса Института автоматики, телекоммуникаций и информационных технологий (ИАТИТ) и студенты 1-го курса теплоэнергетического факультета (ТЭФ) Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС, N = 154) в течение двух лет обучения (2011/2013 учеб. год).

Первоначальная выборка тестовых заданий состояла из более чем 120 вопросов, составленных по известным пособиям и учебникам, например [19-21]. При текущем анализе результатов тестирования часть вопросов удалялась, если на них отвечало более 90 % студентов, ровно так же, если отвечало менее 20 % студентов. Впоследствии студентам в качестве контролирующих материалов по модулю «Общие закономерности протекания химических процессов» предлагались 6 параллельных вариантов тестов по 15 вопросов каждый: с выбором ответа, на заполнение пропусков, тест - задача, выдавались также 7 небольших теоретических вопросов, которые оценивались по пятибалльной системе. Время выполнения задания - 60 мин.

В качестве примера рассмотрим один из вариантов тестового задания, в состав которого входили следующие темы:

- элементы химической термодинамики (6 вопросов);

- скорость химической реакции (5 вопросов);

- химическое равновесие (4 вопроса).

Тест состоял из 26 % заданий и задач репродуктивного уровня (знание и понимание определений, понятий, законов, правил, классификаций, отношений и т. д.), 60 % заданий репродуктивного уровня (применение знаний в типовой ситуации по образцу) и 14 % заданий продуктивного уровня (применение знаний в нетиповой ситуации). Таким образом, в нашем тесте была увеличена доля более легких заданий, в частности, за счет вопросов по химической термодинамике. Как известно, легкие задания проверяют минимальные знания и умения, а сложные тестовые задания могут вызвать серьезные затруднения у слабо подготовленной группы учащихся, поскольку такие задания практически не решаются, как следствие, у этих студентов снижается мотивация к обучению («зачем учить, если и так не сдашь»). В целом все варианты тестов содержат около 60 % вопросов средней сложности.

На рис. 1 показаны результаты тестирования, проводимого на двух независимых выборках студентов при использовании одного и того же тестового варианта (Z). Исследования проводили с группами студентов: N1 = 24 (2011/2012 учеб. год) и N2 = 14 (2012/2013 учеб. год). Диаграмма представляет собой карту коэффициентов решаемости заданий теста (Z), вопросы размещены по темам: 1-6-й вопросы - тема № 1; 7-11-й вопросы - тема № 2; 12-15-й вопросы - тема № 3. Решаемость, или коэффициент решаемости, - это доля студентов, давших верный ответ на поставленный вопрос. Наиболее эффективным считается задание с коэффициентом решаемости не ниже 0,4-0,5, или 40-50 %. Такие задания максимально делят студентов на тех, кто владеет определенными знаниями и умениями, а кто нет.

В нашем случае имеются несколько вопросов, коэффициент решаемости которых при тестировании двух групп был ниже необходимого уровня: это вопросы под номерами 11, 14 и 15. Причем все эти вопросы относятся к одной и той же теме. Следует отметить, что результаты, полученные при использовании других вариантов тестов, также показали наличие затруднений у студентов при ответе на вопросы по теме «Химическое равновесие».

Например, в вопросе № 4 (знание и понимание) необходимо заполнить пропуски: «Если в системе не происходит ни энергетических изменений ..., ни изменений в степени беспорядка ..., то AG = 0 и система находится в состоянии ...:

а) АН = 0, AS = 0, равновесия;

б) АН < 0, AS > 0, равновесия;

в) АН > 0, AS < 0, равновесия;

г) АН > 0, AS > 0, равновесия».

58

И.М. Зырянова, О.А. Голованова

Рис. 1. Карта коэффициентов решаемости Ряд 1 - 2011/2012 учеб. год. Ряд 2 - 2012/2013 учеб. год

В вопросе № 14 (применение знаний по образцу) следует выбрать правильный ответ из числа предложенных: «Какими воздействиями на систему А (г) + В (г) ^ АВ (г) можно увеличить равновесную концентрацию продукта реакции АВ, если АН0 реакции отрицательна?

а) введением в систему катализатора;

б) повышением температуры;

в) понижением температуры, введением в реакционный сосуд дополнительного количества вещества В;

г) уменьшением давления, увеличением концентрации вещества А».

В вопросе № 15 необходимо знать и понимать взаимосвязь константы равновесия и энергии Гибсса для нахождения верного соответствия. Как мы видим, вышеперечисленные вопросы не являются сложными, однако вызывают определенные затруднения у студентов, поэтому теме «Химическое равновесие» следует уделить большее внимание. Возникают проблемы и при решении задач, в частности, при проведении расчетов по термохимическим уравнениям. Вызывают затруднения решение задач на закон Гульд-берга - Вааге, нахождение температуры равновесия при использовании значений энтропии и теплового эффекта реакции, нахождение энтальпий образования веществ исходя из теплового эффекта реакции.

Низкие коэффициенты решаемости были получены, например, при рассмотрении следующих задач: «При сгорании 5,6 л во-

дорода (н.у.) выделилось 71,45 кДж. Чему равна энтальпия образования воды?» (вопрос № 6). Очевидно, что в этом случае затруднение вызвало написание простейшего уравнения реакции. «Во сколько раз станет больше скорость прямой реакции по сравнению со скоростью обратной реакции в системе N2O4 = 2NO2 при разбавлении реагирующей смеси инертным газом в 2 раза?» (вопрос № 11).

Следует отметить, что не всегда невысокие результаты тестирования обусловлены сложностью теста, поскольку зачастую бы-

вает, что студент просто не готов к занятиям, а при повторной диагностике показывает уже совсем другой результат. Корреляция результатов выполнения тестовых заданий и ответов на теоретические вопросы (знание определений, формул, законов) позволяет оценить связь стартовой теоретической подготовленности студента и итогов тестирования. Анализ результатов корреляции показывает, что из 12 тестируемых групп в двух группах отсутствует значимая корреляция: rxy = 0,29 и rxy = 0,38. Во всех остальных группах корреляция составила (на уровне значимости р < 0,05): rxy = 0,74-0,81. В нашем случае наблюдается значимая корреляция (на уровне значимости р < 0,05) между успешностью выполнения тестового задания (Z) и теоретической подготовленностью испытуемых (rxy = 0,71-0,89). Таким образом, очевидно, что теоретическая подготовка существенным образом влияет на итоги тестирования, тесты достаточно надежны. Тем не менее при исследовании связи индивидуального тестового балла студента (yi) и результатов верных ответов по заданиям были выявлены низкие значения корреляции, поэтому отдельные задания с отрицательными значениями коэффициентов корреляции Пирсона были заменены [6].

Успешность (результативность) выполнения теста (Z) в 2011/2012 учеб. году составляет 43,7 % (Std.Dev. = 16,5334), а в 2012/2013 учеб. году - 54,2 % (Std.Dev. = = 20,9769). В целом решаемость тестовых заданий по всем вариантам за два года обучения колеблется в пределах 40-65 % (Std.Dev. = 12,87965-21,60440), что соответствует среднему уровню решаемости тестовых заданий. Корреляция результатов по вариантам тестов разных групп студентов равняется: rx,y = 0,41-0,85, что говорит о достаточной надежности тестов. Мера трудности теста (Z) находится в интервале Л = 48-56.

По результатам тестирования построены гистограммы распределения числа студентов, получивших определенный тестовый балл (yi) (рис. 2).

Тестовый контроль учебных достижений студентов инженерных специальностей...

59

Histogram

771 Var1 SSI Var2

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Рис. 2. Распределение тестового балла

Корреляция результатов выполнения теста (Z) для двух групп студентов составляет: rx,y = 0,54. В целом наблюдается увеличение успешности выполнения заданий теста (статистически незначимо), что обусловлено изменением методики обучения. В частности, во второй группе проводились консультативные занятия, что позволило повысить уровень обученности студентов, однако очевидно, что для успешного освоения тем модуля, помимо консультаций, нужны систематические практические занятия с решением задач. Коррекция результатов тестирования осуществляется путем повторной диагностики за счет дополнительных часов, выделенных для изучения дисциплины.

Качественный и количественный анализ результатов тестирования учебных достижений студентов выявил следующее: 20 % студентов-первокурсников находятся на низком уровне обученности (студент демонстрирует недостаточный уровень знаний и умений по модулю, знания и умения не носят системного характера); 36 % испытуемых имеют показатели репродуктивного уровня (студент показывает знание и понимание основных понятий, идентифицирует их и воспроизводит, знает отдельные формулы, законы, способен решать однокомпонентные задачи), т. е. этот уровень характеризует потенциальные возможности студента; 40 % студентов имеют базовый уровень, причем 17 % из них воспроизводят наиболее важную информацию, называют признаки изучаемых явлений, основные положения теорий, в целом владеют химической терминологией и решают одно-двухкомпонент-ные задачи; 23 % дают описание объектов на качественном и количественном уровне,

воспроизводят ранее усвоенную информацию и решают стандартные задачи, самостоятельно выполняя типовые действия; 4 % студентов способны анализировать и классифицировать информацию, сопоставлять данные, способны гибко подходить к решению более сложных заданий, обосновывать и доказывать правильность выбранного способа их решения (продуктивный уровень).

На основании результатов тестирования учебных достижений студентов инженерных специальностей можно сделать следующие выводы:

1. Выявлено, что значительная часть студентов имеет низкий уровень обученности по модулю «Элементы химической термодинамики». Объясняется это как объективными, так и субъективными причинами, например:

- низким стартовым уровнем подготовленности по химии студентов-первокурсни-ков;

- уменьшением количества часов, отведенных на изучение дисциплины;

- отсутствием практических аудиторных занятий, предназначенных для решения задач, и, как следствие, недостаточным уровнем сформированности навыков и умений;

- химия не является общепрофессиональной дисциплиной, многие студенты не видят необходимости в ее изучении, в том числе и обсуждаемых тем.

2. Обращает на себя внимание тот факт, что значительная часть студентов (36 %) обладает потенциальными возможностями для освоения содержания модуля. Следовательно, если создать определенные

60

И.М. Зырянова, О.А. Голованова

условия для такой группы студентов, усилить их мотивацию, то значительная часть студентов может повысить свой уровень знаний и умений, улучшить собственные учебные достижения.

3. Отмечается, что в результате тестирования выявлена небольшая группа студентов, обладающих продуктивным уровнем обученности. На наш взгляд, это можно объяснить, с одной стороны, недостатками тестовой формы контроля, когда отсутствует непосредственный контакт студента с преподавателем и тест не позволяет проверить глубинное понимание предмета, сформировавшийся стиль мышления, хотя бы в силу ограниченности времени тестирования. С другой стороны, обращает на себя внимание тот факт, что даже сильные студенты не хотят трудиться больше, чем нужно, если уверены (в соответствии с рейтингом) в получении автоматического зачета.

На наш взгляд, именно количественный и качественный анализ результатов тестирования учебных достижений студентов в совокупности с традиционными формами контроля позволяет судить об изменении качества обучения и реализует эффективную обратную связь.

Таким образом, тестовые материалы и разработанная методика позволяют осуществить оперативную проверку освоения содержания модуля «Общие закономерности протекания химических процессов», объективно оценить индивидуальный уровень обученности каждого студента, выявить элементы содержания модуля, тем, вызывающих определенные затруднения у студентов первого курса инженерного вуза.

Однако настоящая работа выявила определенные проблемы, решение которых видится в улучшении качества тестовых материалов, разработке адаптивных тестовых технологий, разработке и улучшении методик обучения и контроля учебных достижений по химии в условиях сокращения аудиторных учебных часов.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ФГОС ВПО по направлениям и специальностям // Координационный учебно-методических объединений и научно-методических советов высшей школы. URL: http://fgosvo.ru/fgosvpo/ 7/6/1. (дата обращения: 09.03.15).

[2] Ефремова Н. Тестовый контроль в образовании. URL: http://www.xliby.ru/nauchnaja_

literatura_prochee/testovyi_kontrol_v_ obrazovanii (дата обращения: 24.06.14).

[3] Челышкова М. Б. Теория и практика конструирования педагогических тестов. М. : Логос,

2002. 432 с.

[4] Крохин С. Н., Зырянова И. М. Рабочая программа учебной дисциплины «Химия». Специ-

альность: 19090101 «Системы обеспечения движения поездов». Специализации: «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте», «Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта», «Радиотехнические системы на железнодорожном транспорте». Омск : ОмГУПС, 2012. 23 с.

[5] Крохин С. Н., Зырянова И. М. Рабочая программа учебной дисциплины «Химия». Направление: 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника». Профили: «Промышленная теплоэнергетика», «Энергообеспечение предприятий». Омск : ОмГУПС, 2012. 24 с.

[6] Ким В. С. Тестирование учебных достижений. Уссурийск : УГпИ, 2007. 214 с.

[7] Толетова М. К., Пак М. С., Герасимова О. А. Поэтапная методика тестирования учебных достижений учащихся по химии // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. 2002. Вып. 3. Т. 2.

С. 185-194.

[8] Пак М. С. Тестирование в управлении качеством химического образования. СПб. : РГПУ им. А. И. Герцена, 2002. 113 с.

[9] Аванесов В. С. Научные основы тестового контроля знаний. М. : Исследовательский центр, 1994. 135 с.

[10] Косухин B. Роль и место тестирования в деятельности вуза // Высшее образование в России. 2008. № 1. С. 94-97.

[11] Дубенский Ю. П., Зырянова И. М., Тодер Г. Б. Реализация межпредметных связей и компьютеризация как факторы повышения эффективности обучения естественнонаучным дисциплинам в профильном высшем учебном заведении // Наука и школа. 2002. № 3. С. 48-59.

[12] Зырянова И. М., Голованова О. А., Крохин С. Н. Методика оценивания учебных достижений по химии студентов инженерного вуза // Вестн. Ом. ун-та. 2015. № 1. С. 51-54.

[13] Круглова Л. Н., Зырянова И. М., Муканов А. Ю. Лабораторный практикум по химии. Омск : ОмГУПС, 2007. Ч. 2. 40 с.

[14] Круглова Л. Н., Зырянова И. М. Методические указания для самостоятельной подготовки студентов по химии. Омск : ОмГУПС, 2013.

Ч. 2. 41 с.

[15] Зырянова И. М., Круглова Л. Н. Тестовые задания по химии. Омск : ОмГУПС, 2014. Ч. 1. 43 с.

[16] Шередина Е. Н. Некоторые аспекты выбора шкалы оценивания результатов обучения // Педагогика. 2010. № 6. C. 124-126.

[17] Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. М. : Питер, 2003. 686 с.

[18] Ермолаев О. Ю. Математическая статистика для психологов. М. : МПСИ : Флинта, 2003. 336 с.

[19] Глинка Л. Н. Задачи и упражнения по общей химии. М. : Интеграл-пресс, 2002. 239 с.

[20] Сорокин В. В., Злотников Э. Г. Тесты по химии. М. : Просвещение, 1997. 224 с.

[21] Соколовская Е. М., Зайцев О. С., Дитять-ев А. А. Программированные задачи по общей химии. М. : МГУ, 1977. 253 с.