Структурирование как метод повышения качества формирования знаний студентов

СТРУКТУРИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ Т.А. Снигирева, О.Г. Комкова, Л.В. Баранова

В статье рассматривается инновационная методика структурирования учебного материала на основе тезау-русного подхода. Выделены теоретические основания, приведены описание основных этапов разработки и фрагмент тезауруса на примере курса медицинской и биологической физики

Ключевые слова: структура знаний, таксономическая модель структуры знаний, тезаурусный подход, тезаурус, качество формирования знаний

Современная государственная политика по обеспечению качества образования в России предусматривает решение целого комплекса проблем, стоящих перед учебными заведениями. Одна из основных проблем - повышение качества подготовки обучающихся (учащихся, абитуриентов, студентов и др.), а именно повышение качества формирования заданной структуры знаний и последующей ее диагностики.

Важнейшей фундаментальной дисциплиной, преподаваемой на первом курсе медицинского вуза, является медицинская и биологическая физика. Знание физики в свою очередь определяет уровень усвоения таких дисциплин как физиотерапия, рентгенология, функциональная диагностика и ряд других.

К сожалению, исходный уровень физических и математических знаний значительной части студентов недостаточен для успешного усвоения программного материала. Это обусловлено, на наш взгляд, прежде всего устаревшими представлениями родителей учащихся, а, следовательно, и самих учащихся о ненужности физики и математики в медицинском вузе, что также не приводит к созданию позитивной мотивации у таких учащихся к изучению физики.

К тому же отсутствие в Ижевской государственной медицинской академии (в отличие от ряда других медицинских вузов страны) какой-либо формы проверки базовых знаний по математике и физике (проверяются только знания по химии, биологии и русскому языку) не способствует более серьезному отношению к изучению этих дисциплин.

Снигирева Татьяна Александровна - ИГМА, д-р пед. наук, e-mail: snigt@mail.ru

Комкова Ольга Геннадьевна - ИГМА, канд. пед. наук, e-mail: komkol@mail.ru

Баранова Любовь Владимировна - ИГМА, аспирант, e-mail: lubava@udm.ru

Достаточно большой объем материала, который необходимо усвоить студентам за короткий промежуток времени, неумение правильно записывать лекции, выбирать самое главное из прочитанного материала, неумение, а зачастую и нежелание систематически готовится к семинарским, практическим занятиям и другие причины - все это влияет на качество подготовки обучающихся. Одним из способов решения этой проблемы, на наш взгляд, является разработка учебных тезаурусов, которые позволяют осуществить отбор содержания и структурирование учебного материала в соответствии с требованиями ГОС и ЕГЭ. Использование тезауруса в качестве дополнительного учебного пособия к лекционному материалу способствует повышению эффективности самостоятельной работы студентов.

Рассмотрим некоторые основные понятия, связанные с этой проблемой.

Под структурой в научном знании понимается совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств, при различных внешних и внутренних изменениях.

Содержание любого предмета или дисциплины представляет собой набор учебных элементов, - знаний, умений, творческой деятельности, - которые должны быть усвоены обучаемым и подвергнуты контролю. На основании этого под структурой знаний понимают устойчивую и упорядоченную связь между элементами учебного предмета.

В нашем исследовании под структурой знаний рассматривается устойчивая и упорядоченная связь между знаниями определенного вида, соотнесенными с содержанием изучаемой учебной информации, классификатором знаний в рамках определенной модели обучения, ха-растеризующаяся рядом параметров (обобщенность, «прочность», «полнота», многофункциональность, скорость «забывания» и др.) и опре-

деляемая в зависимости от категорий обучаемых и их подготовки в образовательном учреждении [4].

Установлено, что структурированное, т.е. упорядоченное и разделенное знание быстрее воспринимается, лучше сохраняется и легче используется, таким образом, облегчается дальнейшее обучение. Пренебрежение принципом структурирования приводит к формированию неупорядоченных знаний, отягощает обучение и ускоряет забывание. «Человек забывает поэтому так много, потому что изученное не было переведено в когнитивную структуру, а осталась несвязанным, изолированным знанием фактов» [3].

К современным, уже устоявшимся в педагогике концептуальным методикам по отбору, анализу и структурированию учебной информации, относится тезаурусный подход, осуществляемый в рамках информационно-

семантической модели обучения, впервые предложенный Л.Т. Турбовичем [6].

Тезаурус - термин, впервые вошедший в обращение еще в XIII веке, обозначавший свод понятий (сокровищница, запас, клад) или информационно-поисковый словарь, состоящий из множества единиц - дескрипторов. До недавнего времени тезаурус широко использовался в основном в информатике.

Внимание исследователей в других областях науки к данной форме представления знаний привлекла концепция, ставящая тезаурус в ряд самых общих, фундаментальных понятий современной науки. Согласно ей все понятия естественного языка, служащие для описания окружающего мира, представляют собой всеобщий тезаурус мира, отражающий весь универсум наших знаний. На основе всеобщего тезауруса можно составить иерархию тезауру-

Таксономическая модель

сов по различным наукам (проблемам, задачам). При этом каждому из тезаурусов будет соответствовать свой язык науки (проблемы, задачи).

Методика отбора и структурирования учебного материала на основе экспертных методов разработана в исследованиях В. С. Черепанова [7].

Методике отбора диагностируемого материала фундаментальных дисциплин на базе учебных тезаурусов для различных целей педагогической диагностики посвящены диссертационные работы О.В. Любимовой, А.А. Мирошниченко, И.Л. Мирошниченко, Т.А. Роды-гиной, О.Ф. Шиховой и др.

При разработке квалитативной технологии формирования и диагностики структуры знаний обучаемых [4], одним из важнейших этапов предусматривается конструирование учебного тезауруса методом групповых экспертных оценок (ГЭО) [7] на основе таксономической модели структуры знаний.

Для определения уровня усвоения дескрипторов необходимо учитывать модель обучения, выбор которой зависит от категории обучающихся (учащиеся, абитуриенты, студенты и др.). Это может быть: 3-х уровневая типа «знание - умение - навыки» (ЗУН); 4-х уровневая, предложенная В.П. Беспалько (понимание - применение - анализ - синтез); 6-ти уровневая Б. Блума (знание - понимание - применение - умение - синтез - оценка) и таксономические модели других авторов (В.С. Аванесов, В.Г. Королева, В.Н. Максимова, В.П. Симонов, М.Н. Скаткин, В.М. Соколов, А.О. Татур, Б.У. Родионов и др.).

В качестве примера в табл. 1 представлена таксономическая модель структуры знаний по физике

Таблица 1

Виды знаний Классы дескрипторов Уровень усвоения дескрипторов

1 Фактуальные Понятия I - III

2 Сравнительные Свойства и явления I - III

3 Классификационные Классификации I - III

4 Системные Формулы I - III

5 Системные Законы I - III

6 Алгоритмические Графические объекты I - III

7 Ассоциативные Модели I - III

8 Технологические Методы I - III

9 Технологические Приборы I - III

В предлагаемой модели уровни усвоения «применение». Выбор трехуровневой системы

соответствуют первым трем уровня таксономии обусловлен спецификой преподавания дисцип-

Б. Блума: I - «знание»; II - «понимание»; III - лины.

В течение пяти лет на кафедре физики с курсом высшей математики ИГМА в качестве дополнительного учебного пособия к лекционному материалу используют учебный тезаурус, в котором представлен структурированный материал 7-ми разделов медицинской и биологической физики [5]. Это «Кинематика и динамика колебаний», «Акустика», «Волны», «Механические свойства биологических тканей», «Реология» и «Гемодинамика».

На основе анализа научно-методической литературы для создания учебного тезауруса были выделены следующие основания [1]:

содержательное - требования ГОС учебной дисциплины, кодификатор, типовая программа по предмету «Медицинская и биологическая физика»;

базовое - таксономическая модель структуры знаний;

методологическое - методика построения учебных тезаурусов предметов и методика

формирования профессионально ориентированного тезауруса;

практическое - опыт научнопрактической деятельности, отраженный в диссертационных исследованиях.

Методика построения учебного тезауруса состоит из нескольких этапов, основными из которых являются:

1. Подготовительный этап. Формирование рабочей, технической и экспертной групп. Составление анкет для оценки компетентности кандидатов в эксперты. Определение оптимальной численности экспертной группы. Выполнение этих пунктов осуществляется на основании метода групповых экспертных оценок.

2. Отбор и структурирование учебного материала. С учетом «базовой» и «содержательной» основы построения тезауруса были разработаны анкеты, возможный вариант которой приведен в табл. 2.

Таблица 2

Фрагмент анкеты «Отбор содержания учебного материала по теме «Кинематика колебаний»

Классы дескрипторов Дескрипторы Уровень усвоения дескрипторов

понятия кинематика I

колебание I

математический маятник I

пружинный маятник I

периодическое колебание I

непериодическое колебание I

гармоническое колебание I

амплитуда I

период I

частота I

циклическая частота I

фаза I

начальная фаза I

разность фаз I

векторная диаграмма I

амплитудно-частотный спектр (амплитудно-частотная харак- I

теристика) I

фазо-частотный спектр (фазо-частотная характеристика) I

спектр (линейчатый спектр; сплошной спектр) I

классификации по природе II

колебаний по форме II

формулы и урав- гармонического колебания III

нения периода III

частоты III

циклической частоты III

фазы колебания III

разности фаз III

продолжение табл. 2

законы сложение гармонических колебаний с одинаковыми частотами сложение гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте разложение периодического негармонического колебания на гармонические составляющие (теорема Фурье) III III III III III

графические графики: а) гармонического колебания II

объекты б) периодического негармонического колебания II

в) непериодического колебания II

спектры: а) гармонического колебания II

б) периодического негармонического колебания II

в) непериодического колебания графики результирующего колебания: II

а) при сложении гармонических колебаний с одина- III

ковыми частотами (разность фаз Лф = 0; п; п/2) III

б) при сложении гармонических колебаний с кратными частотами III

векторные диаграммы при сложении гармонических колебаний с одинаковыми частотами (разность фаз Лф = 0; п; п/2) III

В нее включено максимальное количество дескрипторов, соответствующее объему тезауруса студента. В анкете экспертам предложено отметить те дескрипторы, которые соответствуют требованиям ГОС.

3. Обработка данных анкет. Для уточнения объема тезауруса (количества дескрипторов) были определены весовые коэффициенты значимости каждого дескриптора, которые рассчитываются по формуле

N —

V = 100-У ,

-

где У7 - весовой коэффициент значимости 7-го дескриптора в данном классе; N - число экспертов; —7к - число дескрипторов, выбранных к-м экспертом; — - общее число дескрипторов данного класса. Коэффициент 100 введен для упрощения отбора дескрипторов в каждом классе.

На основании коллективного мнения экспертов были установлены критерии отбора: если 60 < У7 < 100, то данный дескриптор целесообразно включить в тезаурус; если У7 < 60, то данный дескриптор исключается из тезауруса соответствующей категории обучаемых.

Кроме отбора дескрипторов, параллельно перед экспертами ставилась задача определения уровней их усвоения.

Ниже приведен фрагмент тезауруса темы «Кинематика колебаний» [5].

Колебания - это процессы, повторяющиеся во времени.

По природе колебания могут быть: физические (механические, электромагнитные), химические, биологические, социальные и т.д.

В человеческом организме происходит более 500 колебательных процессов различной природы (сокращение сердца, дыхание, обмен кислородом в клетках, образование мочевины, жирных кислот и т.д.).

Колебания различной природы имеют одинаковые закономерности.

Механические колебания - колебания, характеризующиеся изменением только механических величин, например, смещения, скорости, ускорения и т.п. (колебания маятника, качелей, моста, корабля на воде, струны и т.д.).

Обозначим значение физической величины в данный момент времени - х. Для механических колебаний это может быть: смещение, скорость, ускорение, кинетическая или потенциальная энергия.

Примерами идеальных физических систем, в которых происходят механические колебания, могут быть математический и пружинный маятник.

Математический маятник - материальная точка массой —, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити длиной I.

Пружинный маятник - материальная точка массой —, подвешенная на пружине жесткостью к.

Колебания по форме могут быть: периодическими (гармоническими и негармоническими), непериодическими.

Периодическими называются колебания, в которых значение физической величины повторяется через равные промежутки времени.

Период колебаний (Т) - наименьший промежуток времени, через который процесс повторяется (время одного полного колебания); [Л = с

Графики периодических колебаний х

Т

t, с —

ния, в которых значение физической величины повторяется через неодинаковые промежутки времени.

Графики непериодических колебаний

x

п

t, с

—

Частота колебаний (v) - число колебаний, совершаемых телом (системой), за единицу времени v = —; [к] = с-1 = Гц; Частота -

величина, обратная периоду v = —.

Гармонические колебания - это колебания, в которых изменение физической величины происходит по закону синуса или косинуса.

Гармоническое колебание может быть представлено тремя способами:

1) аналитически;

x = A sin

Пусть x - смещение тела от положения равновесия в момент времени t; [x] = м

Амплитуда (А) - модуль максимального смещения тела от положения равновесия; [А] =

м

Фаза колебаний (ф) - величина, стоящая под знаком синуса или косинуса и определяющая значение x в момент времени t; р = at + р0; [ф] = градус, радиан.

Начальная фаза (ф0) - величина фазы в момент времени t = 0; [ф0] = градус, радиан.

Циклическая частота (со) - число коле-

баний, совершаемых телом, за 2 п секунды 2) графически;

График гармонического колебания - зависимость х = /($

При ^ = 0 х = А бш ф0 при х = 0 ф0 = -а10 3) в виде вектора А , длина которого А = А , угол по отношению к оси абсцисс равен начальной фазе ф0

А ПА

фо

Представление гармонического колебания в виде проекции вращающегося вектора График гармонического колебания представляет собой огибающую проекций на ось ординат вектора длиной А, равной амплитуде, вращающегося с постоянной угловой скоростью ю.

Наилучшим средством представления наглядного структурирования материала в тезаурусе являются таблицы. Этот прием дает возможность не только представить изучаемые

явления, но и сопоставить их друг с другом. Приведем пример таблицы из темы «Биорело-гия».

Таблица 3

Явления на границе жидкости и твёрдого тела

Соотношение между

К и К

ж,тв. т

К < К

ж,ж ж,тв. т

К > К

ж,ж ж,тв. т

жидкость

твёрдое тело

жидкость

твёрдое тело

Название явления

смачивание

несмачивание

Вид капли жидкости на поверхности твёрдого тела

жидкость

жидкость

твёрдое тело

твёрдое тело

Значения краевого угла

0 <0<

п

2

п

2

<0 <п

Предельные случаи

0 = 0 - идеальное смачивание

жидкость

твёрдое

тело

0 = п - идеальное несмачивание жидкость

твёрдое

тело

Вид поверхности жидкости у стенок сосуда

Капиллярные

явления

А пн рез

Г,н

К й

пн Р

Г /

пн рез

I

к

Анализируя вышеприведенные данные по исследованию структурирования знаний (те-заурусный подход) для повышения качества их формирования можно сделать следующие выводы:

термин «тезаурус» является устоявшимся в педагогике; построение тезауруса проводится значительным числом специалистов - ведущих преподавателей, что обеспечивает возможность объективно отражать содержательную область учебной дисциплины;

тезаурус содержит понятия различных уровней, что позволяет получить их иерархическую классификацию и на этой основе производить построение учебных планов и программ

описание учебной информации с помощью тезауруса дает возможность решить такие дидактические задачи, как отбор учебного материала на фиксированное учебное время (лекцию, практическое занятие, лабораторную работу, урок и т.д.), обеспечивает логическую последовательность изложения структуры учебных элементов;

использование тезауруса в качестве дополнительного учебного пособия к лекционному материалу способствует повышению эффективности самостоятельной работы студентов;

тезаурус служит содержательной основой для разработки формализованных методов контроля знаний, - педагогических контрольных материалов, в том числе тестов, которые дают возможность повысить объективность и качество диагностики структуры знаний обучаемых.

Литература

1. Комкова О.Г. Мониторинг формирования структуры знаний обучаемых в системе «школа - факультет довузовского образования - вуз»: дис. ... канд. пед. наук. -Ижевск, 2007. і4б с.

2. Снигирева Т.А., Комкова О.Г. Тезаурусный подход при диагностике структуры знаний в системе «школа

- ФДО - вуз». - Современные образовательные технологии: психология и педагогика: монография / Л.В. Абдуль-манова, В.В. Бабушкина, О.А. Володина и др. / Под общ. ред. Е.В. Коротаевой, С.С. Чернова.- Новосибирск: ЦРНС

- Изд-во «СИБПРИНТ», 2008. - Книга 2. С. 227-236.

3. Снигирева Т.А. Структура знаний обучаемых: концептуально-программный подход / Под науч. ред. В. С. Черепанова. - Ижевск: Экспертиза, 2004. 84 с.

4. Снигирева Т.А. Основы квалитативной технологии диагностики структуры знаний обучаемых. - М. -Ижевск: Исслед. центр проблем качества подготовки специалистов; Экспертиза, 2006. 128 с.

5. Снигирева Т.А., Ворсина Е.В., Баранова Л.В. Учебный тезаурус курса медицинской и биологической физики. Механические колебания и волны: учеб.-метод. пособ. - Ижевск: ИГМА, 2006. 52 с.

6. Турбович Л.Т. Информационно-семантическая модель обучения. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1970. 177 с.

7. Черепанов В. С. Основы педагогической экспертизы: учеб. пособ. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006. 124 с.

Ижевская государственная медицинская академия

STRUCTURING AS THE METHOD OF QUALITY IMPROVEMENT IN STUDENTS' KNOWLEDGE FORMING T.S. Snigiryova, O.G. Komkova, L.V. Baranova

The article considers innovative methods of educational materials structuring on the basis of thesaurus approach. The authors highlight theoretical foundations and describe the main stages of working out of thesaurus in course of medical and biological physics

Key words: structure of knowledge, taxonomic model of knowledge structure, thesaurus approach, thesaurus, quality of knowledge forming