CC BY
20
УДК 378.005
Н. П. Чурляева
ОСОБЫЕ ТОЧКИ НА ТРАЕКТОРИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ
Подтверждена гипотеза о существовании особых точек на траектории выбранной стратегии обучения, в частности, точек качественного расхождения характеристик специальностей с родственным целеполаганием в когнитивной и аффективной области. Анализ динамики успеваемости по ряду специальностей позволил определить местонахождение точки перегиба.
Применение модельной концепции в рамках структур-но-компетентностного подхода [1] для повышения уровня компетентности выпускников технических специальностей потребовало проверки ряда гипотез. Одна из них формулируется следующим образом: абитуриенты, поступающие на любую из технических специальностей аэрокосмического университета, имеют примерно равный уровень подготовленности на момент поступления.
Для проверки этой гипотезы сначала необходимо проанализировать общую тенденцию изменения уровня подготовки абитуриентов различных специальностей, косвенным образом свидетельствующую о рейтинге специальностей среди абитуриентов, поскольку более подготовленные абитуриенты предпочитают поступать на более престижные специальности. Для этого используем сложившиеся устойчивые ряды динамики успеваемости студентов первого курса разных специальностей Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева (СибГАУ) по результатам зимней сессии, в связи с тем, что именно первая сессия позволяет проанализировать, насколько подготовленными приходят абитуриенты на выбранную специальность (рис. 1).
Ь. - темпы прироста исследуемых показателей для специальностей i и j в единицу времени. Для получения корректных выводов относительно выдвинутой гипотезы целесообразно рассматривать технические специальности, выделяя из них те группы, для которых целеполага-ние в когнитивной и аффективной областях является сходными для междисциплинарного комплекса, относящегося к базовому общеобразовательному и смежным направлениям. Выделив по этому принципу группу технических специальностей АК, П и СП, рассмотрим на примере этой группы проявленные тренды (рис. 2).
90 ■
Т
1998-99 1999-00 2000-01 2001-02 2002-03
Рис. 1. Абсолютная успеваемость студентов ряда специальностей по результатам первой зимней сессии
В период первого семестра выявляются их общие знания, полученные до поступления вуз, и проявляются такие личностные качества, как обязательность и настойчивость.
Для выявления основных тенденций изменения исследуемых параметров во времени и их сравнения по специальностям воспользуемся линейными трендами V = а0 + ЬТ, где а0 и Ь - темп изменения параметра в единицу времени - являются решениями систем уравнений для каждой специальности:
а0п = ^ Ур
I (1)
Подобные зависимости позволяют рассчитать коэффициенты опережения Коп по формуле Коп = Ь./ Ь, где Ь,,
1999 2000 2001 2002 2003 учебный год
Рис. 2. Линейные тренды зависимостей абсолютной успеваемости студентов по результатам экзаменационных испытаний первого семестра: у - специальность П; у2 - специальность СП; у3 - специальность АК
Аналитические выражения проявленных линейных трендов имеют вид:
У1 = 75,6 + 3,6 Т, У2 = 72,3 + 1,2 Т, у3 = 79,2 + 0,02 Т. (2)
Полученные линейные зависимости по сравнению с криволинейными, более адекватно описывают складывающиеся тенденции, так как они приводят к минимальным значениям остаточных дисперсий. Эти зависимости показывают, что для специальности П характерен наибольший темп прироста абсолютной успеваемости студентов в первом семестре, составляющий 4,8 % от своего среднего уровня. Для специальности СП темп изменения данного показателя снижается до отметки 1,6 % , а для специальности АК уменьшается очень существенно - до значения 0,02 %. Для трех выбранных выше специальностей коэффициенты опережения оказываются равными К , = ЬП/ Ь = 3, К 2 = ЬП/ Ь = 1,80, К 3 = Ь / ЬАК = 60. (3)
оп1 П СП ’ оп2 П АК ’ ’ оп3 СП АК 4 '
Таким образом, оказывается, что темпы изменения абсолютной успеваемости в зависимости от специальности могут отличаться в десятки раз. Возникает вопрос, насколько существенны эти различия и позволяют ли они использовать одну и ту же образовательную стратегию, базирующуюся на общей модельной концепции, или для каждого случая должна формироваться своя стратегия на основе собственной модели.
Для ответа на этот вопрос необходимо провести оценку существенности различий между средними уровнями абсолютной успеваемости в первом семестре студентов специальностей, близких по целеполаганию в когнитивной и аффективной областях общеобразовательного блока дисциплин. Используем для этого рассчитанные и табличные значения критерия Стьюдента. Если значение t оказывается меньше t , , то различия в уровнях аб-
расч таол 7 L * L
солютной успеваемости будут считаться несущественными, в связи с чем можно использовать одни и те же образовательные подходы и педагогические технологии для разных специальностей.
Опыт СибГАУ показывает, что tn _ сп = 0,33, tn _ АК = 0,4, ten - Ак = 0,42 при значении tTafo = 1,48. Эти результаты свидетельствуют о том, что на фактически различия, вытекающие по анализу абсолютной успеваемости студентов рассмотренной группы специальностей в первом семестре несущественны. Следовательно, при использовании родственных педагогических технологий внутренние противоречия не должны возникать даже при условии нестабильности протекающего учебного процесса. Для проверки уровня стабильности, %, целесообразно сравнивать коэффициенты вариации для этих специальностей, которые можно рассчитать по формуле
1 / i = а / Е • 100, (4)
где а - среднеквадратическое отклонение показателя; Е. - средний уровень этого показателя.
Для уровня абсолютной успеваемости студентов специальности П в первом семестре коэффициент вариации оказался равным 36 %. Если учесть, что пределом стабильности является уровень 33 %, то можно сделать вывод о том, что абсолютная успеваемость в первом семестре является величиной, подверженной сильным колебаниям. Таким образом, учебный процесс на своем начальном этапе оказывается в зоне неустойчивости. Результаты расчетов для специальностей СП и АК также указывают на наличие нестабильности по успеваемости в первом семестре.
Поскольку изучаемые процессы по существу являются однородными для специальностей с родственным целеполаганием, то следует проверить, не связаны ли полученные данные с особенностями исследуемого временного промежутка. Для такой проверки наилучшим образом подходят методы, используемые в однофакторном дисперсионном анализе с одинаковым числом наблюдений, когда вывод о влиянии атрибутивного признака на группировочный делается на основании расчета критерия Фишера и сравнения его с табличным значением. В данном случае рассчитанное значение критерия Фишера Ерасч оказывается равным 2,69, в то время как табличное значение FTab равно 2,1. Это свидетельствует о том, что временной промежуток не является существенным фактором воздействия на уровень абсолютной успеваемости в группе специальностей, относящихся к родственному целеполаганию.
Однако если сравнивать эти специальности с группой других, например, экономических специальностей, имеющих цели, совершенно отличные от технических специальностей в когнитивной и аффективной областях, общеобразовательного комплекса дисциплин, то выводы бу-
дут иными. Сравнение технической и экономической групп специальностей в плане абсолютной успеваемости в первом семестре дает расчетное значение критерия Фишера F , равное 18, при табличном значении F ,
А расч’ А 7 А таол
всего 9,01. Это свидетельствует о том, что оценки дисперсий абсолютной успеваемости в первом семестре для технических и экономических специальностей существенно отличаются друг от друга. Дополнительным доказательством этого факта является величина коэффициента вариации, который для экономических специальностей оказался равным 6,2 %, т. е. значительно ниже 8 %, что свидетельствует о практической стабильности протекающего в первом семестре учебного процесса для экономических специальностей.
В общем случае, сравнивая процесс обучения студентов на технических специальностях с процессом обучения на любых специальностях принципиально иного типа (менеджмент, общественные связи и т. п.), мы никогда не должны упускать из вида того обстоятельства, что это качественно различные процессы. Что касается технических специальностей, то, подводя итог проведенному анализу, можно констатировать подтверждение первой гипотезы.
В рамках применения модельной концепции сформулируем теперь основное вторую гипотезу: студенты технических специальностей с родственным целепола-ганием в когнитивной и аффективной областях на конечном отрезке траектории учебного процесса имеют неоднородные качественные характеристики успеваемости. Для проверки этой гипотезы используем результаты абсолютной и качественной успеваемости студентов в последнем семестре (рис. 3, 4).
1998-99 1999-00 2000-01 2001-02 2002-03
Учебные года
Рис. 3. Абсолютная успеваемость студентов пятого курса ряда специальностей по результатам летней сессии
—— ►г —
"
1 1 1 1 1
1998-99 1999-00 2000-01 2001-02 2002-03
Учебные года
Рис. 4. Качественная успеваемость студентов пятого курса ряда специальностей по результатам летней сессии
С одной стороны, анализ специальностей с родственных целеполаганием в когнитивной и аффективной обла-
стях показывает, что на конечном участке траектории учебный процесс начинает протекать существенно более стабильно по сравнению с началом обучения.
С другой стороны, по мере продвижения к концу обучения многие характеристики учебного процесса становятся более дивергентными. Так, коэффициент вариации для специальности П на пятом курсе по сравнению с первым курсом увеличивается примерно на 20 %, для специальности СП - на 5 %, а для специальности АК - в 5 раз. По предварительному анализу коэффициентов вариации вытекает предположение о том, что если на входе в многошаговый учебный процесс для него характерна существенная однородность, то по мере продвижения по траектории выбранной стратегии обучения изолинии специальностей все более расходятся, процесс становится более неоднородным и каждая отдельно взятая специальность приобретает ярко выраженные специфические черты и индивидуализированные характеристики.
Это предположение подтверждает проверка результатов абсолютной успеваемости с помощью критерия Фишера. Поскольку в результате проведенного однофакторного дисперсионного анализа расчетное значение F критерия составило 17,2, а табличное значении Fта6л 3,48, то можно говорить о существенном влиянии на абсолютную успеваемость такого атрибутивного признака, как специальность. В то же время этот анализ не выявляет существенной роли показателей, связанных с годом поступления в вуз. Что касается качественной успеваемости в последнем семестре студентов специальностей с родственным целеполаганием, то отмеченные для абсолютной успеваемости характеристики проявились и в этом случае. Так, для студентов специальности СП коэффициент вариации составляет всего около 7 %, свидетельствуя об абсолютной стабильности протекающего процесса. Для других специальностей этот коэффициент колеблется от 9 до 22 %, не переходя за границу нестабильности 33 %. Вместе с тем, как и в случае дисперсионного анализа абсолютной успеваемости, выявились существенные различия в уровне этого показателя в зависимости от специальности ^ = 5,98 при F . = 3,38).
4 расч 7 А таол 7 '
Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что несмотря на стабилизацию учебного процесса к концу обучения студенты технических специальностей с родственным целеполаганием на выходе приобретают неоднородные качественные характеристики успеваемости, т. е. вторая гипотеза также подтверждается.
Таким образом, рассмотрение начального и конечного этапов траектории учебного процесса показывает, что точка перегиба должна находиться на промежуточном этапе траектории. В связи с этим третья гипотеза, нуждающая в проверке при использовании модельной концепции, формулируется следующим образом: на траектории стратегии обучения существуют особые точки, где характеристики специальностей с родственным целеполаганием в когнитивной и аффективной областях начинают расходиться.
Для проверки выдвинутой гипотезы проследим за последовательными изменениями учебных показателей по мере продвижения по траектории обучения. Исходным материалом для анализа будут служить последовательные временные ряды зависимостей качественной успеваемости студентов, представленные на графиках (рис. 5)
Анализ данных, (см. рис. 5) позволяет выявить характерную особенность, заключающуюся в уменьшении вариационного размаха между результатами качественной успеваемости специальностей с родственным целепола-ганием в когнитивной и аффективной области (специальности СП, П и АК), начиная со второго семестра. Так, если в первом семестре вариационный размах достигает значения 70 %, то во втором семестре он составляет 55 %, а в третьем - лишь 45 %. Три последующих семестра характеризуются стабильным вариационным размахом -порядка 60 %. Седьмой семестр вновь увеличивает его значение почти до 80 %, восьмой возвращает к величине 60 %, а в девятом семестре он уменьшается до 50 %. Предварительный анализ подтверждается расчетными значениями коэффициентов вариации (см. таблицу).
Начиная с первого семестра и вплоть до четвертого коэффициент вариации имеет регулярную тенденцию к уменьшению для анализируемых специальностей. Так, для специальности П он уменьшается за этот период почти в 2 раза, для специальности СП - в 2,3 раза, для специальности АК - в 1,4 раза.
Однако далее мы наблюдаем первую особую точку на траектории учебного процесса и связанное с этим проявление неустойчивости учебного процесса. Действительно, шестой семестр дает резкий скачок исследуемого показателя, когда коэффициент вариации увеличивается в группах П до 40 %, в группах СП до 35 % и в группах АК до 26 %. Таким образом, оказывается, что несмотря на почти три года обучения к шестому семестру внешние проявления определенного вида вновь воссоздают на этом участке траектории учебного процесса картину,
Коэффициент вариации показателя «Качественная успеваемость»
Семестры Специальности
П СП АК
Первый 36 41 34
Второй 28 32 27
Третий 18 18 25
Четвертый 20 18 25
Пятый 25 29 25
Шестой 40 35 26
Седьмой 13 8 15
Восьмой 31 38 26
Девятый 24 17 12
Десятый 17 11 11
напоминающую начальную стадию обучения. Внешние проявления являются свидетельством внутренних, скрытых, протекающих незаметно в учебной среде процессах. Примечательным здесь является то, что проверка влияния параметра «Специальность» на уровень исследуемого показателя не дает положительных результатов, так как при использовании для этих целей аппарата дисперсионного анализа расчетное значение критерия Фишера оказывается меньше табличного.
Однако, самым интересным в смысле системной устойчивости оказывается не шестой, а седьмой семестр. В
этой второй особой точке на траектории учебного процесса, которую с полным правом можно назвать точкой перегиба, наблюдается самая высокая стабильность показателя качественной успеваемости для специальностей с родственным целеполаганием в когнитивной и аффективной областях. Так, для специальности СП коэффициент вариации падает до очень низкого значения - 8 %, что свидетельствует о практической стабилизированности качественной успеваемости студентов четвертого курса этой специальности. Студенты специальностей П и АК также достаточно устойчиво показывают высокий уровень зна-
Рис. 5. Последовательные временные ряды качественной успеваемости студентов ряда специальностей
ний. Однако применение аппарата дисперсионного анализа для проверки изучаемого явления показывает, что, несмотря на высокий уровень стабильности, процессы, протекающие во время обучения на разных специальностях, теряют однородность именно в седьмом семестре, так как расчетное значение критерия Фишера оказывается равным 15,42, в то время как табличное - 3,62.
А Ко мЬфнцнситы вариации
Рис. 6. Коэффициенты вариации для специальностей д о о
В восьмом семестре наблюдается еще одна особая точка, где вновь происходит резкий скачок коэффициента вариации в сторону увеличения на всех специальностях с родственным целеполаганием. Так, для специальности П этот скачок составляет величину, равную 2,38, для специальности АК - 1,73. Характерным здесь, является то, что в этой точке резкое увеличение нестабильности не является феноменом, однородным для всех специальностей, так как дисперсионный анализ подтверждает существенное влияние показателя «Специальность» на уровень колебаний показателя «Качественная успеваемость» в восьмом семестре ^ = 4,49 при F = 3,63).
А 4 расч 7 А таол 7 '
Анализ девятого семестра также выявляет существенное влияние данного показателя на колебания качественной успеваемости при одновременном затухании нестабильности протекающих процессов, так как F = 300, а коэффициенты вариации для специальностей П, СП и АК равны 24, 17 и 1,2 соответственно. Что касается последнего семестра, то он полностью вписывается в картину, составленную ранее после изучения конечного этапа траектории учебного процесса.
Итак, проведенный анализ позволяет принять гипотезу о существовании особых точек на траектории выбранной стратегии учебного процесса. Этими точками, в частности, являются точки качественного расхождения характеристик технических специальностей с родственным целе-полаганием в когнитивной и аффективной областях. Проанализированные ряды динамики изменения качественной успеваемости технических специальностей СибГАУ
позволяют определить местонахождение важной точки перегиба, приходящейся на седьмой семестр обучения. Именно в этом семестре специальности с родственным целеполаганием начинают окончательно приобретать характеристики компетентности, свойственные выпускникам соответствующих направлений инженерной деятельности. Особые точки помогают разбить траекторию обучения на четыре отрезка, соответствующие первому - третьему, четвертому - шестому, отдельно седьмому и, наконец, восьмому - десятому семестрам. Выделенные отрезки на траектории учебного процесса практически полностью совпадают с прохождением по отдельным учебным модулям, вначале общеобразовательных, затем смежных, технических и функциональных дисциплин.
Таким образом, выбор оптимальной образовательной технологии в целях повышения уровня компетентности может быть соотнесен не только с конкретной дисциплиной, но и временным отрезком на траектории стратегии обучения. В рамках модельной концепции это практически означает, что при однородных, но нестабильных учебных процессах, протекающих на начальном отрезке учебной траектории, имитировать конкретные производственные объекты представляется нецелесообразным по причине высокой трудоемкости такого перехода на начальной стадии обучения и нулевой степени вовлеченности студентов младших курсов в реальные производственные проблемы. Второй отрезок учебной траектории лишь подводит студентов к осмысленному применению имитационных методов и моделей, для чего может быть использована стадия приобретения игровых навыков. Лишь на четвертом курсе имитационные методы могут дать практическую отдачу в деле формирования должного компетентностного уровня специалиста соответствующей инженерной специальности. Однако следует иметь в виду, что и в этом случае положительный результат не достигается автоматически, а лишь при условии соблюдения ряда требований, в частности наличия целого комплекса минимально необходимых знаний из области реального производства.
Библиографический список
1. Анализ состояния, методика оценки и пути повышения уровня компетентности выпускников инженерного вуза / Г. Н. Гринберг, М. В. Лукьяненко, Н. И. Пак, Н. П. Чурляева // Машиностроение и инженерное образование. 2005. № 2.
N. P. Churlyaeva
SPECIFIC POINTS LOCATED ON THE EDUCATIONAL PATH OF A TECHNICAL HIGH SCHOOL
Existence of specific points along the educational path of a technical high school is discovered. Among them are the points where qualitative properties of similar in cognitive and affective sense specialties diverge. Dynamical analysis of these specialties has shown the exact location of the bifurcation points.
