Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формирование содержания интегрированных курсов как педагогическая проблема 15
1.1. Системность знаний по экологии, как необходимое условие экологического интегративного синтеза знаний 15
1.2 Продукционные модели представления знаний и их использование для представления предметных областей интегрированных курсов 19
1.3 Особенности формирования электромагнитной экологии, как учебной дисциплины 27
1.4 Выводы. Постановка задачи исследования 40
Глава 2 Разработка научно обоснованных методов и средств построения интегрированных курсов 42
2.1. Проектирование содержания образования и его этапы... 42
2.2. Оптимизация компонентов образования, как необходимое условие построения интегрированных курсов 45
2.3. Логико-категориальный подход к конструированию интегрированного курса 50
2.4. Технология построения логико-категориального тезауруса 53
2.4.1 Комплементаризация предметной области 55
2.4.2 Формирование терминополя предметной области 56
2.4.3 Документирование информационно-поискового тезауруса 57
2.4.4 Выделение ядра дисциплины 59
2.4.5 Представление знаний 62
2.4.5.1 Процедура определения зоны ЛКТ 71
2.4.6. Построение тезауруса с использованием методов навигации 73
2.5 Программа интегрированного курса "Электромагнитная экология" 77
2.6 Выводы 81
Глава 3 Экспериментальные результаты исследования 82
3.1. Квалиметрия содержания образования 82
3.1.1 Общий подход к квалиметрии содержания образования 82
3.1.2 Методика определения квалиметрических параметров дисциплин 87
3.2. Методика описания элементарной ячейки ЛКТ 91
3.2.1. Элементы описания ячейки ЛКТ 91
3.2.2. Простейший банк данных о типах и правилах преобразования информации 93
3.2.2.1 Типы преобразования информации 93
3.2.2.2 Правила преобразования информации 94
3.2.3 Постусловия 94
3.2.3.1. Типы постусловий 95
3.3. Анализ качества усвоения содержания интегрированного курса по электромагнитной экологии в общеобразовательной школе 96
3.3.1.Основы построения матричных критериально-ориентированных тестовых систем 97
3.3.1.1. Понятийная структура тестовой системы 97
3.3.1.2. Анализ опыта разработки матричных критериально-ориентированных тестовых систем
по интегрированному курсу «Электромагнитная экология» 108
3.3.2. Анализ качества сформированных знаний по интегрированному курсу «Электромагнитная экология» 112
3.3.2.1 Методика определения системы интегральных показателей качества знаний 113
3.3.2.2 Разработка критерия для сравнения качества знаний 121
3.4. Выводы 124
Заключение 127
Список использованной литературы 130
- Продукционные модели представления знаний и их использование для представления предметных областей интегрированных курсов
- Программа интегрированного курса "Электромагнитная экология"
- Методика определения квалиметрических параметров дисциплин
- Методика определения системы интегральных показателей качества знаний
Введение к работе
Актуальность
Интеграция учебных курсов средней школы, реализующая междисциплинарный подход в обучении, является актуальной проблемой современной педагогики. При этом интеграция не может осуществляться искусственно, для ее введения должна быть понята и доказана предметная и образовательная общность соответствующих компонентов в учебных курсах. Кроме того, интегрированные учебные
щ курсы должны формироваться вокруг наиболее значимых социально
востребованных проблем, одной из которых, безусловно, является экология, где проведено большое количество исследований
{И.И. Моисеев, Н.Ф. Реймерс, В.Е. Соколов, В.Д. Федоров, А.В. Ябло-ков и многие другие). В настоящее время особую значимость при-обрела электромагнитная экология, тесно связанная с проблемой
прогрессирующего электромагнитного загрязнения окружающей
среды.
В рамках решения проблемы интеграции учебных курсов в области экологии вообще, и в электромагнитной экологии в частности, требуется рассмотреть ряд педагогических проблем.
а) Представление знаний по экологии. Экологические знания требуют всестороннего рассмотрения, что входит в противоречие с
общим фондом времени, предусмотренным программой обучения в средней школе. Естественным решением этой проблемы является полисистемное представление знаний. При этом требуется разработка методов создания интегрированных курсов с учетом междисциплинарного взаимодействия.
б) Контроль знаний по экологии. Проблема заключена в неоднозначности самого объекта контроля, поскольку существующие средства контроля рассчитаны на работу в гомогенных когнитивных ере дах и плохо справляются с полисистемными структурами .
в) Семантика учебных текстов. Проблема заключена в сложности обеспечения семантической однородности учебных текстов при передаче полисистемных знаний и поддержании целостного многостороннего взгляда на экосистему из-за многозначности естественного языка.
В связи с вышеизложенным особенно актуальной становится разработка эффективных технологий моделирования содержания интегрированных курсов средней школы. Проблема содержания образования является одной из важных проблем современной педагогики. Исследованиям в области концептуальных подходов к сущности содержания образования, форм его представления, закономерностей формирования, принципов и критериев отбора содержания образования посвящены труды Ю.К. Бабанского, Б.М. Бим-Бада, В.В. Краев-ского, B.C. Леднева, И.Я. Лернера, А.В. Петровского, М.Н. Скаткина и ряда других исследователей.
Моделированию содержания образования и проектированию учебного процесса в целом посвящены работы О.В. Долженко, З.Д. Жуковской, В.В. Карпова, В.В. Краевского, Л.В. Макаровой, СЕ. Мальханова, СИ. Мещеряковой, Ю.Л. Полевого, Т.Д. Потаповой, А.В. Смирнова, В.М. Соколова, А.Д. Суханова, С.А. Тихомирова, В.Л. Шатуновского и др. Однако исследования этих авторов касаются лишь отдельных, не связанных в единую систему предметов. Вместе с тем по проблеме разработки моделей интегрированных курсов, в том числе экологических, исследовательские работы малочисленны. Они посвящены, в основном, использованию прагматических моделей, то есть моделей содержания образования, направленных на организацию практических действий. Исследования же познавательных моделей содержания образования, то есть моделей,
допускающих вывод новых знаний из уже имеющихся в системе знаний {П.П. Гайденко, Н.П. Депенчук, В.П. Каратеев, Б.М. Кедров, Н.Т. Косшюк, Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко, B.C. Тюхтин, АД. Урсул и др.) посвящены, как правило, рассмотрению лишь философских аспектов проблемы. Этого явно недостаточно для педагогических исследований, посвященных интеграции знаний в содержании образования: не выяснены конкретные основания и возможности интеграции разнородных знаний, механизмы, уровни, инварианты интегративных процессов, а также формы и методы их реализации.
Практически не исследована и другая проблема, возникающая при моделировании содержания образования интегрированных курсов, а именно проблема полисистемного представления предметной области. Несмотря на то, что эта интересная проблема постоянно привлекает к себе внимание исследователей (Ю.Г. Гохман, Л.В. Макарова, Л.Т. Турбович, Л.П. Леонтьев и др.), они решают её либо с позиций представления знаний вообще, либо с позиций моделирования содержания высшего образования, в то время как полисистемные познавательные модели содержания школьного образования практически не исследованы.
Применительно к формированию экологического мышления нельзя не отметить и мировоззренческий аспект. В силу этого особую актуальность приобретают проблемы адекватности экологического образования требованиям современного общества, а также оценки степени соответствия этим требованиям. Исследования этого плана также редки, хотя сходной проблеме выявления связи содержания образования в целом с логикой общественного развития посвящено достаточно много исследований {А.А. Аветисов, В.И. Бай-денко, А.А. Вербицкий, Я.В. Кузьмина, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, И.А. Селезнева, Ю.Г. Tamvp, В.Д. Шадриков и др.).
Заметным вкладом в исследования в области моделирования и отбора содержания обобщающих учебных курсов эколого-культурной направленности, реализующих идеи интеграции естественнонаучного и гуманитарного знания на базе синергетического подхода, явились работы В.А. Игнатовой. Однако, вопросы методологии и технологии интегративного синтеза когнитивных элементов естественнонаучных дисциплин в рамках указанного подхода не вполне разработаны.
Указанными обстоятельствами и обусловлена актуальность темы данного диссертационного исследования, заключающегося в моделировании содержания интегрированных курсов средней школы на основе современных логико-категориальных технологий, обеспечивающих формирование содержания образования, соответствующего потребностям современного общества как по совокупности целей образования, так и по его качеству, и реализующий принцип достижения наивысшего результата в обучении, сформулированный Н.В. Кузьминой..
Объект исследования: содержание интегрированных курсов средней школы.
Предмет исследования: моделирование и проектирование содержания интегрированных курсов средней школы, рассматриваемое с точки зрения возможности полисистемного представления знаний, выделения межпредметных связей, допускающих построение системы знаний и их контроля на множестве когнитивных элементов.
Цель исследования: разработка научно-методических основ моделирования содержания интегрированных курсов средней школы и создание на этой базе интегрированного курса «Электромагнитная экология».
Для достижения поставленной цели решались следующие науч
но-исследовательские задачи:
- изучение возможности логико-категориального подхода к разработке учебной программы интегрированного курса средней школы;
- исследование возможности представления полисистемной предметной области «Электромагнитная экология» на основе технологий, использующих логико-категориальные тезаурусы;
- исследование необходимых и достаточных условий существования объективной возможности построения интегрированного курса;
- изучение возможностей оценки квалиметрических параметров интегированных курсов, использующих общедидактические критерии формирования содержания школьного образования, предложенные В.В. Краевским.
- изучение возможности логико-категориального подхода для решения задач мониторинга качества знаний, формируемых в интегрированном курсе средней школы.
Решение указанных задач обеспечивает достижение поставленной цели исследования, поскольку порождается научно обоснованное содержание интегрированных курсов средней школы на базовом примере решения.
В качестве гипотезы исследования выступило предположение, что моделирование содержания интегрированных курсов средней школы (на примере курса «Электромагнитная экология») возможно на основе представления содержания этих курсов продукционными моделями в виде логико-категориальных тезаурусов, позволяющих построить единую систему знаний на множестве отдельных курсов.
Методологическую основу исследований составили положения и категории диалектики, философские и специальные работы в области исследования и описания систем, работы в области дидактики и методологии педагогики, нормативные документы в области
школьного образования в России.
Теоретическую основу исследований составили:
системный подход к педагогическим исследованиям (В.П. Беспалъко, И.В. Кузьмина) ,
- концепция логико-категориальных технологий в педагогике (Л.В. Макарова).
- концепция педагогической технологии (В.П. Беспалъко).
В процессе данного исследования использованы аналитические и синтетические методы изучения литературы и нормативных документов; методы общей теории систем (анализ и моделирование полисистемных структур) и теории множеств; процедурно-декларативные логико-педагогические методы; методы теоретической и прикладной информатики (методы навигации).
Достоверность результатов и выводов исследования обеспечена определением проблем, задач и предметной области исследования; теоретико-методологической базой исследования, основанной на концепциях педагогических и социальных систем, системогенеза и общей теории систем; практической подтверждаемостью результатов исследований.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в том, что впервые: разработана технология моделирования содержания интегрированных курсов естественнонаучных дисциплин средней школы на основе логико-категориального подхода; установлены необходимые и достаточные условия существования объективной возможности построения интегрированного курса средней школы на базе естественнонаучных дисциплин области «Электромагнитная экология»; разработано содержание интегрированного курса «Электромагнитная экология» на базе интеграции естественнонаучных дисциплин: физика, биология, география с системообра зующей дисциплиной экология; разработаны средства и способы диагностики формируемых знаний по интегрированному курсу, базирующиеся на логико-категориальном представлении содержания образования и матричных критериально-ориентированных тестовых системах.
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанный интегрированный курс «Электромагнитная экология» используется в средней школе; применена разработанная автором матричная критериально-ориентированная тестовая система для оценки качества знаний при изучении интегрированного курса; разработаны методические рекомендации по преподаванию курса; для преподавателей физики, биологии и географии средних школ г. Самары проводится широкая консультативная работа по вопросам преподавания электромагнитной экологии на экспериментальной площадке (гимназия № 1 г. Самары) Центра развития образования Отдела образования Администрации г. Самары.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Моделирование содержания интегрированных курсов естественнонаучных дисциплин средней школы на основе логико- категориального подхода.
2. Содержание интегрированного курса «Электромагнитная экология» на базе интеграции естественнонаучных дисциплин: физика, биология, география с системообразующей дисциплиной экология, включающее систему научных знаний, практических умений и навыков в области электромагнитной экологии.
3. Логико-категориальный тезаурус интегрированного курса «Электромагнитная экология» как форма моделирования его содержания, обеспечивающая возможность полисистемного представления знаний и выделения межпредметных связей.
4. Средства и способы диагностики формируемых знаний по интегрированному курсу, базирующиеся на логико-категориальном представлении содержания образования и матричных критериально-ориентированных тестовых системах, позволяющих осуществлять мониторинг качества знаний учащихся, исследовать качественные различия в знаниях отдельных учебных групп, а также выявлять пробелы в знаниях отдельных учащихся.
Апробация результатов работы и публикации
Основные положения и результаты исследования докладывались на международных конференциях и конгрессах (Самара, 1999; Владимир, 1999; Москва, 1999; Севастополь, 1999), Всероссийских конференциях (Казань, 1999; Пенза, 2000; Самара, 2000), Российской научно-технической конференции (Самара: ПГАТИ, 2000).
Основные положения результатов исследования опубликованы в книге «Электромагнитная экология в 8-11 классах средней школы» (М.: Школа-Пресс, 2000), 4 статьях (в Материалах Международного конгресса HAT, 1999; журналах «Медицина труда и промышленная экология», 1996 и 2000; «Физика в школе», 2000), 14 публикациях в виде тезисов докладов.
Внедрение результатов исследования
Результаты диссертационного исследования внедрены в практику работы Гимназии №1 г. Самары, Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики, Самарского государственного аэрокосмического университета и Самарского отраслевого НИИ радио.
Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Ос новная часть работы содержит 119 страниц текста, 10 страниц рисунков и таблиц. В список литературы включено 186 работ.
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются его цель, объект, предмет, новизна, теоретическая и практическая значимость работы.
В главе 1 ("Формирование содержания интегрированных курсов как педагогическая проблема") определяется круг вопросов, подлежащих исследованию; в процессе историко-теоретического анализа обосновывается единственность выбора класса моделей представления знаний; в процессе сопоставления и анализа литературных источников выявляется место и роль отдельных дидактических систем в эволюции средств организации единого корпуса знаний; на основе выводов по главе 1 ставятся задачи исследования.
В главе 2 ("Разработка научно обоснованных методов и средств построения интегрированных курсов") даётся методика представления содержания образования с помощью логико-категориальных тезаурусов; разрабатывается метод объективной оценки степени предметной общности элементов предметных областей; обсуждаются практические вопросы разработки структуры и содержания образования интегрированных курсов.
В главе 3 ("Экспериментальные результаты исследования") приводятся результаты исследования по разработке структуры интегрированного курса "Электромагнитная экология". Обсуждаются общие подходы к квалиметрии содержания образования интегрированного курса, дается методика определения квалиметрических параметров курса, а также методика представления содержания образования в интегрированном курсе логико-категориальным тезаурусом. Приводятся расчет квалиметрических характеристик курса, ме тодика и результаты экспериментального контроля структуры и качества знаний учащихся.
В Заключении делаются выводы о степени выполнения поставленных задач исследования; намечаются пути дальнейших исследований по проблематике работы.
В ПРИЛОЖЕНИИ А приводятся логико-категориальный тезаурус курса и программа расчета квалиметрических характеристик.
В ПРИЛОЖЕНИИ Б представлена диагностическая тестовая система по электромагнитной экологии.
В ПРИЛОЖЕНИИ В помещены акты внедрения результатов диссертационной работы.
Продукционные модели представления знаний и их использование для представления предметных областей интегрированных курсов
Выбранная нами проблемно-центристская модель формирования знаний требует таких средств представления знаний, которые обеспечивают эффективную генерацию междисциплинарных категориально-понятийных объектов и языков. Если рассматривать модели представления знаний с точки зрения их структуры, то сразу можно отказаться от рассмотрения модели с иерархическими структурами, ибо сама жесткость иерархического дерева исключает поддержку эффективных междисциплинарных связей. Более эффективны в этом смысле продукционные модели, в рамках которых когнитивные ком 20
плексы порождаются (продуцируются) на основе процедур логического вывода.
Эффективность продукционных моделей представления знаний обусловлена тем, что эти модели наиболее полно учитывают особенности когнитивных объектов типа ЗНАНИЕ. Это следующие особенности:
а) комплексность объекта - объект типа ЗНАНИЕ характеризуется одновременно двумя компонентами: информационной и описательной;
б) системность объекта, то есть возможность его декомпозиции на более простые информационные единицы, образующие в совокупности систему;
в) активность объекта - возможность использования в качестве подсистемы присоединенных или встроенных процедур.
Наличие внутренних противоречий (проблем) в системе элементарных информационных единиц знания приводит к необходимости разрешения проблем, то есть к модификации и расширению системы. В простейшем случае разрешение проблемы возможно без расширения базы знаний. Продукционные модели представления знаний этого класса начали разрабатываться с конца 60-х годов XX столетия. Базы знаний этого класса являются закрытой системой с проблематикой неполного знания, обусловленного неполнотой системы информационных единиц. Проблема (восстановление полноты описания предметной области) снималась путем логического вывода в рамках некоторого логического исчисления традиционного типа или путем целенаправленного поиска в пространстве альтернативных возможностей (с использованием так называемых "эвристических программ" [132]). Поскольку замкнутые информационные системы не могут интегрироваться и, следовательно, не могут служить средством по-строения целостной картины мира, продукционные модели представления знаний на основе закрытых информационных систем не могут быть использованы для построения проблемно-центристских моделей построения знаний.
При работе с открытыми информационными системами ("реальным знанием", учитывающим динамику предметной области, обу словленную процессами, происходящими в надсистеме, т. е. в обра зовательной системе) возможны два альтернативных подхода.
Первый подход опирается на дальнейшее развитие логического подхода и выводу нового знания, допускающих либо введение совместимых не полностью и даже противоречивых (неформализуе-мых) понятий [121, 122], либо использование аппарата так называе % мой "Нечеткой логики" [29, 65, 125].
Расширение логики путем включения совместимых не полностью и противоречивых понятий, предлагаемое Н.Н. Непейводой, ориентировано лишь на представление объектов искусственного происхождения (технических, художественных и т.п.) [123]. В этом случае генетическое описание объекта порождает атрибутивное опи сание (т.е. композицию морфологического и функционального опи саний). Таким образом, на первый план при представлении знаний по методу Н.Н. Непейводы выступает согласование знаний с существующим набором ситуаций и стандартных действий, то есть прагматическое раскрытие чисто эмпирически знаний и знаний на уровне стереотипного реагирования. Как уже говорилось, этого недостаточно для построения достаточно полной и безупречной модели экосистемы. Есть у этого метода представления знаний и более фундаментальный недостаток, заключающийся в том, что представление знаний по методу Н. Н. Непейводы сводится к выделению и структурированию лишь той информации, которая пригодна для процедур обобщенного логического вывода [124]. Под обобщением имеется в виду расширение логики за счет отказа от принципа доказательства истинности утверждения путем сведения его к тавтологии [157] и перехода к методам доказательства истинности, опирающимся на логические конструкции, синтаксическая правильность которых гарантирует семантическую. В последнем случае тавтологичность выводимого утверждения некоторому базовому не требуется, и появляется возможность использования противоречивых понятий в процедуре вывода. Это достаточно заманчиво в случае представления знаний по экологии, так как здесь весьма существенны так называемые "релейные взаимодействия", например, допороговый уровень содержания двуокиси углерода в воздухе качественно отличается по характеру действия от послепорогового. Однако генетическое описание либо неполно (например, при описании естественных источников электромагнитных полей, полнота описания которых зависит от степени доступности источника), либо принципиально не существует (например, при описании объектов квантовой физики). В этом случае зависимость атрибутивного описания от генетического приводит к тому, что любое утверждение (композиция понятий) относительно естественных объектов становится синтаксически неправильным и к нему не может применяться обобщенный логический вывод. Таким образом, картина мира, представляемая продукционными моделями с использованием обобщенного логического вывода является принципиально фрагментарной, то есть соответствует предметно-центристской модели организации знаний. Поэтому продукционные модели представления знаний на основе обобщенного логического подхода Н.Н. Непейводы должны быть исключены из дальнейшего рассмотрения.
Программа интегрированного курса "Электромагнитная экология"
Раздел 1. Электромагнитная экология: основные понятия и положения
Тема 1. Электромагнитная экология, ее предмет и место в общей системе экологических знаний.
Тема 2. Электромагнитные поля естественного происхождения. ЭМП естественного происхождения: электрическое поле Земли, магнитное поле Земли, атмосферное ЭМП, электромагнитное излучение Солнца и галактик.
Тема 3. ЭМП искусственного происхождения от технических средств различных диапазонов и назначений. Антропогенные источники ЭМП. Излучение технических средств, электромагнитное излучение и электромагнитный фон. Излучение промышленных установок, научных и медицинских приборов. ЭМП промышленных частот и радиочастот.
Раздел 2. Электромагнитная экология и здоровье человека
Тема 1. Биологическое действие электромагнитных полей на человека.
Три вида электромагнитных условий жизни человека. Естественные электромагнитные поля. Гипогеоэлектромагнитные условия и их биологические последствия. Электромагнитное загрязнение. Механизм взаимодействия ЭМП различных частот с биологическими объектами. Реакции организма человека на воздействие ЭМП различных частотных диапазонов.
Тема 2. Социально-психологические аспекты влияния ЭМП на человека.
Риск в жизни человека. Восприятие риска. ЭМП дома и в школе. Основные источники искусственных электромагнитных полей дома и в школе: электрооборудование, бытовые электроприборы, телекоммуникационная и вычислительная техника. Характер воздействия в условиях современного жилища и современной школы. Электромагнитная фобия.
Тема 3. Законы Российской Федерации, касающиеся электромагнитной экологии.
Основные положения Закона РФ "Об охране окружающей природной среды", относящиеся к электромагнитной экологии. Основные положения Закона РФ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения", относящиеся к электромагнитной экологии. Электромагнитная экспертиза и картографирование источников излучения ЭМП.
Раздел 3. Система охраны окружающей среды и человека от ЭМП.
Тема 1. Система охраны окружающей среды и человека от ЭМП Структурные элементы системы охраны окружающей среды и человека от ЭМП: нормирование ЭМП, электромагнитный мониторинг, защита от ЭМП.
Тема 2. Принципы нормирования и нормативная база электромагнитной экологии по контролю электромагнитных полей. Понятие, цели и задачи санитарно-гигиенического нормирования ЭМП. Предельно допустимые уровни. Экспозиции. Основные принципы нормирования. Характер и режимы воздействия. Контингенты облучаемых лиц. Нормируемые физические параметры для различных частотных диапазонов. Принцип суперпозиции. Энергетическая нагрузка. Удельная поглощенная мощность (УПМ). Основные нормативные и методические документы электромагнитной экологии: санитарные правила, санитарные нормы и гигиенические нормативы. Их структура и содержание.
Тема 3. Методы прогнозирования электромагнитных полей для целей электромагнитной экологии Прогнозирование ЭМП - этап электромагнитного мониторинга окружающей среды. Методы прогнозирования электромагнитной обстановки. Цели и содержание прогнозирования ЭМП.
Математическое моделирование ЭМП. Элементарные сведения об антеннах. Классификация зон излучения. Определение границ ближней, промежуточной и дальней зон; расчет ЭМП для некоторых типов антенн. Тема 4. Методы инструментального контроля и картографирования для целей электромагнитной экологии. Инструментальный контроль - этап электромагнитного мониторинга окружающей среды. Цели и содержание инструментального контроля ЭМП. Сведения о методиках и средствах измерения параметров ЭМП. Картографирование зон загрязнения окружающей среды ЭМП. Создание банка данных по электромагнитной обстановке на местном, региональном и Российском уровнях.
Раздел 4. Защита человека и окружающей среды от воздействия электромагнитных полей
Тема 1. Методы защиты человека от ЭМП. Активная и пассивная защита. Организационные и инженерно-технические мероприятия. Коллективная и персональная защита. Защита временем и расстоянием. Понятие санитарных зон (СЗ), санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки (303). Санитарный паспорт излучающего объекта.
Тема 2. Компьютер и здоровье человека. Возможное воздействие ПК. Устройство компьютера с точки зрения создания загрязняющих факторов. Стандарты гигиенического нормирования излучений и полей персональных компьютеров. Рекомендации для работы на персональном компьютере и регламентации: организация работы и рабочего места оператора персонального компьютера.
Тема 3. Аналитические и графоаналитические методы расчета ЭМП в окружающей среде и средств защиты. Фрагменты методов расчетной оценки санитарных зон излучающих технических средств телекоммуникаций. Электромагнитные экраны: принцип действия, типы конструкции, критерии эффективности. Расчет ослабления ЭМП экранами из металлической сетки и перфорированных металлических листов, лесопосадками. Расчет индивидуальных средств защиты. Защитные очки и расчет ослабления ЭМП с помощью защитных очков.
Методика определения квалиметрических параметров дисциплин
В методике используются следующие обозначения: а - номер раздела рабочей программы, представленной ЛКТ; в - номер темы рабочей программы; m - номер зоны ЛКТ: т=3 - фундаментальные знания; т=2 - прикладные теории; т=1 - конкретные приложения; п - номер уровня ЛКТ: п=4 - уровень синтеза (характеристик, конструкций и пр.); п=3 -уровень анализа (характеристик, фактов, событий и др.); п=2 - уровень репродуктивного воспроизведения; п=1 - уровень общих сведений. /. Определение ядра дисциплины. Ядро выделяется по следующему алгоритму:. a) Определяется среднее число ссылок на уровне разделов по формуле: Sr= (Nbo I A ), где Nbo- количество ссылок в рабочей программе на другие (внеш ние) учебные дисциплины; А - общее количество разделов данной дисциплины. b) Определяется количество обобщающих разделов Q данной дисциплины. Q = Число разделов, у которых число ссылок на другие учебные дисциплины не менее Sr. Эти разделы называются ОБОБЩАЮЩИМИ . с) Определяется среднее число ссылок на отдельные темы дан-ной дисциплины St по формуле: St= (Nto I B), где Nto- общее количество ссылок на всю совокупность тем данной дисциплины; В - общее количество тем в данной дисциплине. d) Определяются БАЗОВЫЕ темы и их количество R для данной дисциплины. R= Число тем, сумма ссылок на которые превышает St СОВОКУПНОСТЬ БАЗОВЫХ ТЕМ называется ЯДРОМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. Для разработанной программы, представленной приведенным в приложении логико-категориальным тезаурусом (на уровне тем), к ядру относятся следующие 5 тем: 2.1.2 - виды электромагнитных условий жизни; 2.2.1 - риск в жизни человека и его восприятие; 3.1.1 - система охраны окружающей среды и человека от ЭМП; 3.2.1 - основные принципы нормирования; 4.1.2 - защита временем и расстоянием. СЗ, СЗЗ, 303, санитарный паспорт объекта. 2. Определяем квалиметрические характеристики учебной дисциплины: а) Уровень обобщения учебной информации Коу: Коу= (1 / (1+М)) ( SUM(Nbi/Nbo, {i=l.. Q}) +-SUM(Nti/Nto, {i=l.. R}). Здесь SUM- оператор суммирования; Nbi- число ссылок на i-ый обобщающий раздел; Nti- число ссылок на і-ую базовую тему; М - весовой коэффициент; М=1 для гуманитарных дисциплин; М=1 для естесственнонаучных дисциплин; М=0.6 для общетехнических дисциплин. М=0.3 для специальных дисциплин. b) Уровень абстракции учебной информации: Кау= (1/N) (N3 + N24 + N23). Здесь N - общее число элементарных ячеек ЛКТ; N3 - число ячеек в третьей зоне ЛКТ; N24 - число ячеек на 4 уровне 2-ой зоны ЛКТ; N23 - число ячеек на 3 уровне 2-ой зоны ЛКТ. c) Средняя глубина знаний Кгу= (1/N) SUM( [4 (m-l)+ n] N(m, n), {m=l.. 3, n=l.. 4}). Здесь m- номер зоны ЛКТ; n- номер уровня ЛКТ; N(m, п)- число ячеек, расположенных на n-ом уровне т-ой зоны ЛКТ.
d) Уровень проблемности учебной информации: Кпу= (1/N) [N(m, 3)+N(m, 4)].
e) Коэффициент адекватности отображения Као.
Мерой адекватности отображения является уравновешенность представления когнитивного объекта, то есть рассмотрение его на всех уровнях и зонах ЛКТ:
Kao=(l/NK) SUM(XK), где
Хк= SUM(NKy [4 (m-l)+ n]/12), {т=1.. 3, п=1.. 4}). Здесь т- номер зоны ЛКТ; п- номер уровня ЛКТ; NK- число когнитивных объектов;
NKy- число ячеек когнитивного объекта, расположенных на n-ом уровне m-ой зоны ЛКТ. Для разработанной программы, представленной приведенным в приложении логико-категориальным тезаурусом (на уровне тем), квалиметрические характеристики имеют следующие значения:
Расчет квалиметрических характеристик проведен с использованием пакета TESAURUS по программе, приведенной в приложении (Приложение А.2).
Следует отметить, что уровень формируемой программы определяется не только чисто дидактическими ограничениями, но и организационными возможностями конкретного учебного заведения. Разработанная программа ориентирована на ее использование в гимназии № 1 г. Самары. В данном случае средняя глубина знаний близка к оптимальной для общеобразовательных учебных заведений (3.52 и 4.00 соответственно), уровень абстракции ниже его дидактически оптимального значения (N3=N24+N23=0. 5 N/3, тогда оптимальное значение равно 0.5), уровень обобщения Коу=0. 41 выше оптимального (равного для специальных дисциплин 0.3 - это может объясняться необходимостью рассмотрения таких сложных тем, как расчет средств защиты и расчет структур электромагнитных полей антенн). Коэффициент адекватности отображения ниже дидактически оптимального значения (равного 0.5).
Методика определения системы интегральных показателей качества знаний
При обработке результатов тестирования в экспериментальной и контрольной группах необходимо обеспечить:
1. Определение интегральной оценки знаний учащихся с учетом результатов тестирования по сериям тестов A,B,C,D.
2. Получение обобщенной оценки знаний учащихся в экспериментальной и контрольной группах.
3. Вычисление критерия, позволяющего сделать выводы о наличии качественных различий в знаниях учащихся контрольной и экспериментальной групп.
Исходными данными при обработке результатов являются: идентификатор класса, порядковый номер тестируемого, Ф.И.О., номера выбранных ответов, тип теста, серия теста (A,B,C,D), ключ (номер правильного ответа), номер раздела курса «Электромагнитная экология».
Уровень сформированности знаний в каждой отдельной серии Ya, Yb, Yc, Yd (Yi = 0...1; i=A,B,C,D) оценивается по отношению числа правильных ответов на тесты к общему числу тестов в серии. При этом интегральная обобщающая оценка знаний каждого учащегося представляется в трех шкалах: непрерывная (диапазон 0-1), традиционная четырехбалльная (2, 3, 4, 5), более точная семибалльная (ОН -очень низкая оценка, Н - низкая, НС - ниже среднего, С - средняя, ВС - выше среднего, В - высокая, ОВ - очень высокая). Кроме того, для качественного анализа структуры знаний подсчитывается процент правильно решенных тестов по каждому разделу курса «Электромагнитная экология». Рисунок 3.4 иллюстрирует содержание выходной формы тестирования. На рисунке 3.5 показаны результаты тестирования в экспериментальной группе, а на рисунке 3.6 - в контрольной.
На рисунке 3.7 показаны рассчитанные средние результаты по сериям тестов, оценкам и разделам. Из рисунка 3.7 видно, что средние показатели по традиционной четырехбалльной шкале отличаются друг от друга не более чем на 7 %, вследствие чего трудно сделать выводы о качестве знаний в этих сравниваемых группах.
В связи с этим, для проведения сравнительного анализа между группами тестируемых по различным критериям был разработан алгоритм получения обобщающей оценки качества, суть которого в следующем.
Поскольку для разработанной тестовой системы проводились процедуры нормализации в ходе пилотажных исследований (вопросы оценки валидности и надежности предлагаемой тестовой системы в рамках данной диссертационной работы не рассматриваются), то в качестве эталонного распределения оценок по семибалльной качественной шкале выбрано распределение, показанное на рисунке 3.8. Тогда, для любой другой выборки меньшего объема (и, в частности, для экспериментальной и контрольной групп) можно построить свое распределение семибалльной оценки и сравнить с эталонным. Различие в распределениях переводится к количественный показатель К-Кп-Ко из диапазона -1 -г +1. При этом перераспределение семибалльной оценки в сторону "положительных" оценок ВС, В, ОВ приводит к увеличению составляющей Кп. Перераспределение оценки в сторону "отрицательных" значений НС, Н, ОН приводит к увеличению составляющей Ко. В результате, получаем выраженную в числовой форме интегральную оценку для всей группы (класса) в целом. Так, на рисунке 3.9 показаны распределения и подсчитанные интегральные показатели соответственно для экспериментальной и контрольной групп, групп, из которых видно, что качество знаний в экспериментальной группе значительно (в том числе и по знаку) превышает качество знаний в контрольной группе.
Кроме рассмотренных выше задач, при проведении тестирования большой интерес представляет получение критериев, позволяющих ответить на следующие основные вопросы:
1. Чем вызваны различия в результатах тестирования для отдельных классов: уровнем подготовки, зависящим от качества преподаваемого материала, или случайными факторами (разный контингент, неблагоприятные факторы, утомляемость и т.д.)?
2. Можно ли утверждать, что по данному предмету один класс подготовлен лучше, чем другой?
Проведенные исследования, использующие методологию матричного тестирования позволяют ответить на эти вопросы. Как уже отмечалось, простое сравнение отдельных классов по усредненным показателям (например по пятибалльной шкале) не дает оснований делать какие-либо заключения об уровнях их подготовки. Это связано, со следующими обстоятельствами:
1. При усреднении какого - либо числового показателя результаты выравниваются. Причем это выравнивание тем больше, чем больше учеников в классе (стандартное отклонение усредненной величины уменьшается в ліп раз, где п - объем выборки).
2. Различия в усредненных показателях сильно зависят от конкретной выборки и при этом не ясна природа этих различий (случайная или систематическая).
Вследствие этого, необходим аппарат, позволяющий делать осмысленные заключения на основании полученной в результате тестирования информации. Таким аппаратом является методы математической статистики, и, в частности, методы проверки статистических гипотез. Все методы проверки гипотез можно условно разделить на 2 типа:
1. Методы, которые служат для проверки гипотез о параметрах распределений генеральной совокупности (чаще всего нормального распределения). Эти методы называются параметрическими.
2. Методы, которые для проверки гипотез не используют предположений о распределении генеральной совокупности. Эти методы не требуют знания параметров распределений, поэтому называются непараметрическими.
В данном исследовании использовался непараметрический метод, позволяющий сделать общее заключение о том, являются ли различия в результатах тестирования классов статистически значимыми. Другими словами, дается ответ на вопрос: есть ли основания утверждать, что существует зависимость результатов тестирования от того, к какой группе (экспериментальной или контрольной) обучались ученики.
Анализ проводился с помощью теста на независимость с использованием критерия «хи-квадрат» (). Суть его заключается в том, что данные результатов тестирования по предмету группируются в таблицу (например, см. таблицу 3.4.).
