МЕТОДИЧЕСКА СИСТЕМА ЗА ПРИЛАГАНЕ НА ФИЗИКОХИМИЧНИЯ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ПОДГОТОВКАТА НА СТУДЕНТИТЕ ЗА ФОРМИРАНЕ НА ПРИРОДОНАУЧНА ГРАМОТНОСТ НА УЧЕНИЦИТЕ

Препис

1 РУСЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ АНГЕЛ КЪНЧЕВ Катедра Физика РУМЯНА ЗЛАТИНОВА ЯНКОВА МЕТОДИЧЕСКА СИСТЕМА ЗА ПРИЛАГАНЕ НА ФИЗИКОХИМИЧНИЯ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ПОДГОТОВКАТА НА СТУДЕНТИТЕ ЗА ФОРМИРАНЕ НА ПРИРОДОНАУЧНА ГРАМОТНОСТ НА УЧЕНИЦИТЕ АВТОРЕФЕРАТ на ДИСЕРТАЦИЯ ЗА ПРИСЪЖДАНЕ НА ОБРАЗОВАТЕЛНА И НАУЧНА СТЕПЕН Д О К Т О Р Научна специалност: Методика на обучението по физика Научни ръководители: Проф. дпн Веска Шивачева Проф. д-р Тодорка Стефанова Русе, 2015 г.

2 Дисертацията съдържа 243 страници. Включва 60 фигури, 15 таблици в три глави, изводи, приноси и приложения. Библиографията обхваща 173 източника, от които 115 на кирилица, 43 на латиница и 15 интернет адреси. Докторантът е зачислен в самостоятелна фрма на докторантура към катедра "Физика" при Русенски университет "Ангел Кънчев". Защитата на дисертационния труд ще се състои на г. от... часа в зала... на Университет "Асен Златаров", Бургас, на заседание на Научно жури по специалност Докторска програма Методика на обучението по физика, професионално направление 1.3. Педагогика на обучението по... Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в зала 334 на Русенски университет Русе, ул. "Студентска" 8. Автор: Румяна Златинова Янкова 2

3 СЪДЪРЖАНИЕ Увод... 4 Първа глава: Теоретични основи на изследването Университетската подготовка на студентите бъдещи учители по природни науки в съвременните условия Детерминанти, измерения и тенденции Методологически и парадигмални основания 7 2. Природонаучната грамотност на учениците като феномен Същност и развитие на понятието грамотност Съдържателни признаци на природонаучната грамотност Оценяване на природонаучната грамотност на учениците Физикохимичният експеримент като компонент в подготовката на студентите бъдещи учители по природни науки Характеристика на физикохимичния експеримент Разновидности на учебния физикохимичен експеримент Субекти на учебното експериментиране Теоретичен модел на изследването Втора глава: Инструментариум на изследването Критерии и показатели за измерване на резултатите от изследва- 14 нето.. 2. Методи на изследването Трета глава: Апробиране на модела, анализ и обсъждане на резултати Констатиращо изследване за състоянието на учебното експериментиране Преобразуващо експериментално изследване Направления и технология на преобразуващото експериментално изследване Резултати от преобразуващото изследване. 26 Заключение (Резюме на получените резултати, обобщени изводи, декларация за достоверност и оригиналност) Научни приноси Abstract Библиография Публикации по темата

4 4 УВОД Мотивацията за избора на темата на настоящия труд се свързва от една страна с актуалността на проблема за природонаучна грамотност на учениците и значимостта на подготовката на бъдещите учители за нейното формиране, а от друга със съществуващите нерешени въпроси в теорията и практиката на обучението по природни науки в тази насока. Интегрирането на университетите в културното пространство на приобщаваща Европа и превръщането им в центрове на наука предполага засилване на връзката между образователната и изследователската дейност. С оглед на това изпъква ролята на експериментирането, чиeто адекватно методическо обезпечаване може да се отрази положително върху професионално-личностното и творческо развитие на студентите. Открояването на методическата съставляваща на учебното експериментиране е особено значимо за подготовката на студентите бъдещи учители по природни науки. Изявявайки се като субекти на изследователската дейност, студентите усвояват знания и умения за извършване на експеримент и едновременно с това се подготвят за компетентното му реализиране и в училищни условия. Това е предпоставка за приобщаването им към проблема за формиране на научна грамотност, която е не само образователна, но и гражданска характеристика, свързана с равнището на културата на личността и подготовката за информационното общество, ученето през целия живот. Насочеността към физикохимичния експеримент се определя от обстоятелството, че този вид експеримент се свързва преди всичко с изследване на общите закономерности, определящи строежа и химическите превръщания на веществата при различни външни условия и чрез неговото оптимално методическо обезпечаване в значителна степен може да се подпомогне подгототовката на студентите за феномена научна грамотност. Ориентирането към този проблем се обуславя и от неудовлетворителните резултати от вътрешни и външни оценявания на равнището на познавателния опит на учащите се, вкл. по международни проекти, като Програмата за международно сравнително оценяване на учениците (PISA) към Организацията за икономическо сътрудничество и развитие, чрез която се извършва диагностика на грамотността на петнадесетгодишните ученици в областта на четене, математика и природни науки. Резултатите за грамотността на ученици, участвали в представителните извадки на международната програма за нашата страна, не се разминават с очертаващата през последните години тенденция за недостатъчно равнище на познавателния опит по природни науки на кандидат-студентите. С оглед на това проблемът за подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност на учениците би трябвало в по-голяма степен да е на вниманието на академичната общност и различните му аспекти да са обект на изследвания в областта на методиката на

5 обучението по предметите от културно-образователната област Природни науки и екология. Анализът на литературата по проблема показва, че у нас са извършени редица проучвания, отнасящи се до различни страни на учебния експеримент. През втората половина на 20 век и първото десетилетие на 21 век се очертава насоченост към изследване на възможностите на учебното експериментиране, но преди всичко в условията на обучението в училище. Обобщените педагогически изследвания позволяват да се изяснят различни страни на учебния експеримент по природни науки и ролята му за развитието на учениците. Литературният обзор разкрива, че редица представители на българската методическа школа, свързана с обучението по предмети от културно-образователната област Природни науки и екология, от 2000 г. насам извършват целенасочени изследвания за проблеми, отнасящи се до формиране на грамотността и за научната грамотност като нейна разновидност. Материалите на проведени национални конференции на учители по природни науки, показват, че все още не са достатъчни изследванията за ролята на учебното експериментиране в условията на висшето училище с оглед подготовката на бъдещите учители за феномена грамотност. Анализът на литературата и практиката потвърждава, че не е проведено целенасочено изследване за методическите аспекти на прилагането на учебния физикохимичен експеримент при подготовката на студентите за формиране на природонаучна грамотност на учениците. Всичко това обуславя избора на темата на трудa и дава основание да се определи обекта, предмета, целта и задачите на изследването. Обект на изследването е методическото обезпечаване на експериментирането по природни науки при подготовката на студентите бъдещи учители. Предмет на изследването е приложението на методическа система на учебен физикохимичен експеримент като основен компонент в подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност. Целта на изследването е да се разкрият педагогическите условия, при които прилагането на учебния физикохимичен експеримент в методическа система, допринася за получаване на качествени резултати в подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност на учениците. Задачите на изследването са: 1. Да се откроят съвременните измерения на университетската подготовка на студентите бъдещи учители по природни науки. 2. Да се разкрие същността, съдържателните признаци и оценяването на природонаучната грамотност на учениците. 3. Да се характеризира физикохимичния експеримент, неговите разновидности и субекти за реализирането му като основен компонент в подготовката студентите бъдещи учители. 5

6 4. Да се създаде теоретичен модел на изследването и разработи методика за провеждането му със съответен инструментариум. 5. Да се осъществи констатиращо изследване за състоянието на експериментирането в обучението на студентите и проведе експериментално преобразуващо изследване за методическа система на прилагане на физикохимичния експеримент с оглед подготовката им за формиране на природонаучна грамотност. Защитаваме тезата, че методическата система за прилагане на физикохимичния експеримент може да допринася за получаване на качествени резултати в подготовката на студентите за формиране на природонаучна грамотност на учениците, ако е цялостностна, научнообоснована, целенасочена, екологосъобразна, динамична, като инструментариумът и субектите със своята активност свързват целевия, мотивационностимулиращия, съдържателния, операционално-дейностния, контролнорегулиращия и оценъчно-рефлексивния компоненти на експериментите с елементите на природонаучната грамотност (знания, умения, компетентности, отношения, контексти). Организацията и провеждането на изследването се извършва в периода от 2011 г. до 2015 г. и преминава през относително разграничените етапи: Обзор на специализираната научна литература, Интернет източници и образователната практика по изследвания проблем, сравнителен анализ на различните гледни точки и оценка на научните постижения. Разработване на теоретичен модел на изследването и избор на методика на изследователската дейност със съответен инструментариум за констатиращото и преобразуващото изследване. Провеждане на сондажно проучване и усъвършенстване на методиката на изследването. Провеждане на констатиращо изследване, събиране и обработка на емпиричен материал, обобщаване и систематизиране на резултатите, публикации. Усъвършенстване на предварително подготвения инструментариум за експериментално преобразуващо изследване, основан на изводите от констатиращото изследване, прилагане на теоретичния модел, събиране, обработка и анализ на резултати от преобразуващо изследване, извеждане на текущи обобщения, публикации. Зачисляване на докторантура на самостоятелна подготовка, довършване на експерименталното преобразуващо изследване, анализ на резултати, извеждане на обобщения и изводи, публикации. Оформяне, представяне и защита на дисертационния труд за присъждане на образователна и научна степен доктор. 6

7 ПЪРВА ГЛАВА: ТЕОРЕТИЧНИ ОСНОВИ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО 1. Университетската подготовка на студентите бъдещи учители по природни науки в съвременните условия 1.1. Детерминанти, измерения и тенденции Теоретичното обосноваване на изследвания проблем се свързва с открояване на детерминантите, измеренията и тенденциите на университетската подготовка на студентите бъдещи учители по природни науки. Детерминантитe се отнасят до условията, които влияят на качеството на обучението във висшето училище и до факторите, движещи този процес Методологически и парадигмални основания Методологическите ориентири разглеждаме във философски, частно научен и конкретно педагогически аспект, като открояваме ролята на емпиричния опит, тези на конструктивизма, теорията на системите, идеи на хуманната психология, съвременни концепции за университетското образование и други основания, които са с хуманна и личностна ориентираност. Изследването се извършва в условията на висшето училище и затова парадигмите се отнасят до осъществяването на единството на преподаване учене изследване, на компетентностно ориентираното обучение, на творчество, иновации, технологизиране, партньорство, сътрудничество и образование за устойчиво развитие. 2. Природонаучната грамотност на учениците като феномен 2.1. Същност и развитие на понятието грамотност Разкриването на съдържанието на природонаучната грамотност изисква дефиниране на понятието грамотност, което е с по-голяма обобщеност. Анализираната еволюция на възгледите, идеите, постановките за грамотността и преоценяването им с оглед новия социокултурен контекст дава основание да се направи извод за комплексно-интегралния характер на функционалната грамотност, Основните, относително разграничени и взаимносвързани съставляващи на функционалната грамотност са следните: грамотност за четене и писане, грамотност по математика, грамотност по природни науки, компютърна грамотност и грамотност за работа с информация, грамотност как да се учи, грамотност за вземане на решения, участие в обществения живот, организиране на битови дейности и предприемачество, грамотност за общуване (устно и писмено, грамотност за екологосъобразен и здравословен начин на живот. 7

8 2.2. Съдържателни признаци на природонаучната грамотност Анализът на литертурата за природонаучната грамотност и съпоставянето на различни гледни точки позволява да изведем съдържателните признаци на това понятие: знания, умения, компетентности, нагласи, отношения. Основаваме се на виждания на R. C. Laugksch, R. M. Hazen, J. S. Trefil, N.D., Lederman, R. Millar, J. Osborne, J.Osborne, J. Dillon, D.William, А. Хуторски, И. Зимняя, Л. Митина, В. Шивачева, С. Манев, Б. Тошев, С. Петрова, А. Тафрова, М. Гайдарова и др. за отделни страни на научната грамотност. Извършеният анализ позволява да определим природонаучната грамотност като комплексна интегрална характеристика на личността, която се основава на усвоени знания, компетентности и отношения за природата и природните явления, за методите на научно изследване, улесняващи справянето с проблемите на живота, селището, страната и интегрирането в света на технологиите (фиг. 1.). Фиг.1. Съдържателни признаци на понятието природонаучна грамотност 8

9 2.3. Оценяване на природонаучната грамотност на учениците Теоретичната интерпретация на оценяването на природонаучната грамотност в хода на обучението по природни науки дава основание да се изведат определени методически изисквания: Целенасочено отразяване на компонентите на природонаучната грамотност при различните видове оценявания по съответния учебен предмет от културно-образователната област Природни науки и екология. Обективност и автентичност на оценяването. Системност на оценяването на природонаучна грамотност чрез различните видове изпитвания. Целесъобразно и коректно конструиране на съдържанието на въпросите и задачите, при отчитане държавните образователни стандарти, възрастовите особености и потребностите на учениците, конкретната учебна ситуация, контекстите за природонаучна грамотност. Конкретни указания за целта и начина на оценяването природонаучната грамотност и мотивиране за постигане на успех. Рационален подбор и съчетаване на традиционни и иновационни методи, форми и средства за проверка. Единни изисквания на учителите към учениците, при отчитане на индивидуалните особености. Достатъчно време за оформяне на устното или писмено изложение и извършване на контролната практическа задача. Справедливо, формиращо, стимулиращо оценяване, което да допринася за цялостното развитие на ученика, утвърждаване на хуманни взаимоотношения, добронамереност, даване шанс на всеки ученик за повишаване на успеха. Създаване на обществено мнение за недопускане на преписване и некоректно използване на технически средства. Обосноваване на оценката, своевременното информиране за нея. Анализиране на резултатите от проверката. 3. Физикохимичният експеримент като компонент в подготовката на студентите бъдещи учители по природни науки 3.1. Характеристика на физикохимичния експеримент Експериментът е характерна черта на съвременното университетско образование, като в най-голяма степен се осъществява при обучението по природни науки. Физикохимичният експеримент е разновидност на химичния експеримент и се отнася преди всичко за изследване на общите закономерности, определящи строежа и превръщанията на веществата при различни външни условия. Тази разновидност на експеримента доминира като метод на изследване във физикохимията (физическа химия), но се прилага в 9

10 голяма степен и при другите клонове на химията: неорганична химия, органична химия, аналитична химия, химия на координационните съединения, химия на околната среда, приложна химия и др. При теоретичната интерпретацищ на учебния физикохимичен експеримент се основаваме на виждания на методици от българската школа, като В. Ангелова, З. Малчева, Л. Генкова, Б. Матеева, Л. Боянова, С. Бенева, В. Шивачева и др., както и на изследователи в областта на дидактиката на природните науки в други страни като Х. Ю. Бекер, Х. Хилдебранд, Б. Краузер, М. Фримантл, В. Гаркунов, Н. Кузнецова, М. Пак, О. С. Зайцев и др. Разглеждането на експериментирането като метод, средство и условие за модернизиране на обучението по природни науки разкрива неговите възможности за постигане на очакваните резултати. Анализирането на физикохимичния експеримент показва, че носи в себе си общите характеристики, присъщи на всеки експеримент, като специфичните му особености отразяват характера на обучението по дадената дисциплина в условията на университетското образование, особеностите на прилаганите разновидности и изявата на преподавателя и студентите като субекти. Учебният химичен (физикохимичен) експеримент, извършван от студентите, в най-голяма степен е доближен до измеренията на експеримента като научен метод, а при извънаудиторна научноизследователска дейност (включително при научни проекти) напълно съвпада с него. Затова защитаваме тезата, че методически осигуреният физикохимичен експеримент би могъл в голяма степен да допринася за подготовката на студентите бъдещи учители по природни науки да формират научна грамотност. Ако студентите действително се изявяват като субекти на образователно изследователското пространство в университета, заедно с усвояването на компетенции за извършване на учебен експеримент, се подготвят и за проблема за формиране на природонаучна грамотност. Изборът на експеримента при аудиторна образователна дейност се детерминира от: конкретните цели, образователното съдържание по темата, формата на организиране на обучението (лекции, упражнения, учебна практика, преддипломна практика), познавателния опит на студентите и професионално-педагогическата компетентност на преподавателя, материалните, енергийни и финансови ресурси, учебното време, големината на студентската група (Шивачева, В., 2009) Разновидности на учебния физикохимичен експеримент Разграничаването на учебните физикохимични експерименти, което може да се приложи в условията на обучението в университета, е според целта, обекта, характера и предназначението, условията, субектите, количеството на веществото (табл. 1.). 10

11 Таблица 1. Класификация на химичните (физикохимични) експерименти Признаци, основания Разновиднсти Според целта на експеримента 1. Основен експеримент 2. Спомагателен експеримент Според обекта на 1. Eксперимент с натурални обекти (вещества, експериментирането реакционни системи, прибори, апарати и др.) 2. Eксперимент с модели Според характера и предназначението на експеримена Според природата на средата и условията на експериментирането Според субекта на експериментирането Според количествата на веществата, съдържащи се в използваните реактиви 1. Експеримент за изследване на закономерности на химични процеси (за химична термодинамика, кинетика, катализ, термохимия и др.) 2. Препаративен експеримент (получаване на продукт) 3. Аналитичен експеримент (откриване на вещества, установяване на качествен и количествен състав, наличие на примеси и др.) 4. Технологичен експеримент (за химична схема на дадена технология, за оптимален добив, особености на реакторите) 1. Реален експеримент (лабораторен и естествен в полеви условия) 2. Изкуствен, виртуален експеримент (осъществяван с помощта на аудиовизуални и информационни средства) 3. Компютърен експеримент (експеримент с математически модели на обектите, напр. QSАR, GAUSSIAN, Hyper Chem и др.) 4. Мисловен експеримент (въображаемо възпроизвеждане на реален експеримент) 1. Демонстрационен експеримент (извършва се от преподавател или студент пред аудитория) 2. Лабораторен химичен експеримент (извършва се самостоятелно от студентите индивидуално или в група, в екип по време на лабораторни упражнения или при провеждане на кръжочна и проектна научноизследователска дейност) 1. Макроексперименти 2. Микроексперименти 3.3. Субекти на учебното експериментиране Преподавателят като субект на учебния експеримент (физикохимичен) Преподавателят (хабилитиран или нехабилитиран) е основен участник в образователния процес във висшето училище и е фактор за развитието на студентите. Той е образователен мениджър по отношение организацията и провеждането на учебната и научноизследователската дейности, вкл. учебното експериментирането. Статутът на университетският преподавател предполага позицията му на субект, доколкото е с водеща роля в обучението и би трябвало да извършва активна преподавателска и научноизследователска дейност. Като субект на образователния процес насочва и подпомага студентите в 11

12 коректната систематизация на научната информация, особено сега, когато са налице сериозни проблеми, свързани с информационния хаос в Интернет пространството. В този смисъл изявата на неговата субектност отразява преобразуването на съществуващата реалност за обучението по дисциплината, която преподава в една или друга степен, адекватна на неговата активност (по Роджърс, К., 1972), (по Маслоу, Е., 1999). Студентът като субект на учебния експеримент (физикохимичен) Изявата на студента като субект е свързано от една страна с това доколко активно участва в експериментирането, но от друга качествено ли е ученето му. Качеството на ученето на студентите се свързва с: мотивацията за учене (вътрешни и външни мотиви), гледните точки за ученето като целенасочен, активен, сериозен, високоинтелектуален, изпълнен с трудности, противоречия, конструктивен процес; собствените приоритети, собствената стратегия за учене; владеенето на техниката на учене, изследване, за самостоятелна работа, готовност за работа в екип, сътрудничество, постигане на постижения, самоконтрол, самооценка, рефлексия, удовлетворение. 4. Теоретичен модел на изследванетo Анализът на литературата по проблема и направените обобщения са в основата на създаването на теоретичен модел за методическа система за учебно експериментиране с оглед получаване на качествени резултати в подготовката на студентите за формиране на природонаучна грамотност на учениците, който е моделът на настоящето изследване. Той представя методическата система със своята цялостност, научнообоснованост, целенасоченост, откритост и динамичност, инструменталност, екологосъобразност, обратна връзка. Моделът представя взаимносвързаните целеви, стимулиращомотивационен, съдържателен, операционално-дейностен, контролнорегулиращ и оценъчно рефлексивен компоненти на методическата система за учебно експериментиране по неорганична химия: Целевият компонент се свързва с дефиниране на конкретни цели на експеримента, поставянето и обосноваването им пред студентите с оглед постигането им. Обоснованите от преподавателя цели се поставят в контекста на формирането на природонаучна грамотност и стремежът е да са съзнателно приемани от студентите. Вниманието се насочва към разбирането, че постигането на природонаучната грамотност е с ключово значение за реализацията на човека в съвременния свят. Тук от значение е убеждението на субектите на експериментирането, че притежаването на този вид грамотност улеснява решаването на икономически, технологични, екологични и социокултурни проблеми и в този смисъл е двигател за устойчиво развитие. 12

13 Мотивационно-стимулиращият компонент отразява създаването на обща мотивационна основа и стимулиране на студентите за извършване на експеримент и изявата им като партньори в съвместната дейност. Съдържателният компонент се свързва с информацията, както по отношение провеждането на експеримента, така и с оглед превръщането на информацията в знание (факти, понятия, закономерности, теории, методи за изследване) и формиране на специални химични умения (за работа с вещества, прибори, апаратура, за извършване на химични реакции, за решаване на стехиометрични задачи и др.), интелектуални умения(за работа с информация, за организиране експериментална дейност, за анализ, синтез, обобщения, за индукция, дедукция, за комуникация и др.). Отразява възможностите на експеримента за формирането на компетентности за разпознаване на научните проблеми, научно обяснение на природните явления, извършване на оценка, планиране и провеждане на изследване, като се тълкуват данни и извеждат заключения. От значение е коректното съотнасяне на информацията, която носи даден експеримент, с отделните елементи на природонаучната грамотност. Реализирането на този компонент отразява връзката на даден експеримент с природни явления, ресурсите, здравето, технологиите в контекст и перспектива. Това предполага университетският преподавател да свързва когнитивния и афективния аспекти на експеримента по неорганична химия с природонаучното познание, съобразно особеностите на учебното съдържание по Химия и опазване на околната среда в 7, 8, 9, 10 клас. Инструментално-процедурният компонент на експериментирането визира извършването на експеримента като дейност с конкретни процедури и операции, съгласувани по време и място и съответен инструментариум, конструирани по начин, който да осигури постигането на очакваните резултати. Отразява съчетаването на отделните операции на експериментирането с наблюдението и други методи и средства на обучение: инструктаж, беседване, дискутиране, анализ на литературни източници, моделиране, математически, статистически методи, презентиране с мултимедия и др. Визира използваните прибори, апарати, приспособления, аудиовизуални средства, мултимедиа, Интернет и др. Контролно-оценъчен и регулиращ компонент, който се отнася до прилагане на експеримента и за диагностика на учебни постижения на студентите, оценяване, самоконтрол и самооценяване. Всеки от компонентите се свързва с елементите на природонаучната грамотност (знания, компетентности, отношения, контексти), за чиито формиране се подготвят бъдещите учители по химия. Теоретичният модел визира прилаганият химичен експеримент като: израз на връзката преподаване учене изследване иновации; компетентностно ориентиран; конструктивно реализиран; здравно и екологосъобразен; 13

14 технологично и ресурсно обезпечен; осъществен в интерактивна среда и подкрепяща атмосфера. Всеки от субектите е относително самостоятелна система и има свое поле за изява при провеждането на експеримента, като между участниците има партньорство, сътрудничество, екипност (виж фиг.2). Фиг. 2. Теоретичен модел на изследването ВТОРА ГЛАВА: ИНСТРУМЕНТАРИУМ НА ИЗСЛЕДВАНЕТО 1. Критерии и показатели за измерване на резултатите от изследванетo За измерване на резултатите от изследването са използвани следните критерии и показатели: Първата група критерии и показатели е свързана със степента на прилагане на учебното експериментиране по природни науки в обучението на студентите. Установява се: 14

15 място и степен на осъществяване на експериментирането сред другите методи на обучение; степен на извършване на експерименти в хода на организационни форми на обучение; степен на провеждане на различни видове експерименти; степен на методическо и технологично обезпечаване на експериментирането. Втората група критерии и показатели са свързани със съотнасяне на извършваните от студентите бъдещи учители експерименти с елементите на природонаучната грамотност. Откроява се: степен на компетентностна ориентираност на провежданите експерименти; степен на влияние на отделните компоненти на методическото обезпечаване на експериментирането върху подготовката на студентите да формират научна грамотност. Третата група критерии и показатели се отнася до взаимодействието между преподавателите и студентите в хода на експерименталната дейност с оглед формиране на природонаучна грамотност. Установява се: характер на взаимодействието между преподавателите и студентите; похвати за активизиране на студентите в хода на експеримента и степен на прилагането им. Тъй като студентите са главният потребител на осъществяването на изследваната методическа система, то за възможностите ѝ съдим и по: учебните постижения на студентите по неорганична химия, химия на околната среда, методика на обучението по химия, техника на химичните демонстрации, хоспетиране, учебна практика, преддипломна практика; усвоените компетенции да експериментират; формираните умения за работа в група, в екип; проява на самостоятелност, активност; изява на толерантност, коректност. За измерване на резултатите е използвана четиристепенна скала: висока степен, средна степен, ниска степен, не се прилага. 2. Методи на изследването. В процеса на изследването се прилагат следните методи: Теоретичен анализ на специализираната литература и практика и сравнение на авторски позиции и оценка на научните постижения. Изучаване на положителния опит у нас и в други страни. Чрез този метод се допълва обосновката на проблема. Целенасоченото и организирано в система наблюдение на студентите по време на аудиторни и извънаудиторни занятия. То позволява получаването на непосредствена информация за изследваното явление и очертаване на неговите параметри. 15

16 Педагогическото експериментиране, което дава възможност с оглед целта да се въздейства върху изследваното явление и да се проверят предположенията. Методът позволява да се апробира изработеният теоретичен модел. Контролните и експерименталните групи са от студенти от спец. Химия, придобиващи квалификация учител. Тестове, с които се проучва и установява когнитивния профил на студентите с оглед поставените цели. Използваните въпроси и задачи са свързани с провеждането на практически упражнения по неорганична химия, химия и околна среда, методика и техника на химичните демонстрации и др. Беседи със студенти и преподаватели във висшето училище, базови учители. Чрез метода се установяват техните нагласи и отношения към изследваната проблематика. Анкети със студенти и преподаватели. Прилагането на метода е с цел набиране на емпирична информация за констатиращото изследване. Изследвани са определен брой случайно подбрани лица, като се ползва гнездова извадка при случаен подбор на първата степен на вероятност, пропорционална на размера на гнездата. На втората степен се подбират по определен брой лица за анкетиране на принципа на случайността. Получените при изследването емпирични данни се подлагат на теоретична и статистическа обработка. При теоретичната обработка се използват логически методи (анализ, синтез, сравнение, обобщаване). Взаимодействието ни със специалисти по математическа статистика позволява да се прилагат математически и статистически методи. Статистическата обработка на получените емпирични данни се основава на методите на описателната статистика и методи на статистическия извод (Клаус, Г., Х. Ебнер, 1971; Загвязинский, В., 1995; Лакюрски, А., 1999). Описателните методи позволяват данните да се представят обобщено в табличен вид (чрез честотни таблици), графичен вид (чрез различни видове диаграми, като найчесто се използват хистограма и полигон на разпределението), аналитичен вид (чрез изчисляването на обобщаващи числови характеристики). За всички тестове е проведена диагностична процедура чрез тестиране. Надеждността е една от най-важните характеристики на теста, защото е свързана с грешката на измерването. Показател за надеждността на един тест е коефициентът на надеждност α. Той може да приема стойности между 0 и 1, колкото по-високи са тези стойности по-надежден е един тест. Тъй като тестовете, които са използвани са нормативни, съдържащи задачи с разширен свободен отговор, за надеждност в смисъл на вътрешна съгласуваност е използван коефициентът на Кронбах, който се определя по формулата: където: 16 n K i 1. 1 K 1 s si 2 2

17 α коефициент за надеждност на теста; К общ брой тестови задачи; S i стандартно отклонение на оценките, получени на задача i; S стандартно отклонение на тестовия бал. Като мерки на централната тенденция се използват средна стойност ( x ), мода (M о признакът, който най-често се среща в дадена съвкупност), медиана (M e показва този член от разпределението на ранговите величини, които разполовява на две равни части същото разпределение). За мерки на разсейването служат размах на вариацията, средно квадратично (стандартно) отклонение (s) и дисперсия (s 2 ). Стандартната грешка на измерването се определя по формулата: SE S. 1 където: SE стандартна грешка на измерването; S стандартно отклонение на тестовия бал; α коефициент за надеждност на теста. Съдържателната валидност на всеки тест се определя на основата на експертна оценка, използван е методът на Лоуш. За всяка задача коефициентът за съдържателна валидност (V c ) e определен по формулата: n N a V 2 c N 2 където: V c коефициент за съдържателна валидност на задачата; n a броят експерти посочили верният отговор; N общият брой експерти. Коефициентът за съдържателна валидност на теста е равен на средното аритметично на коефициентите за отделните задачи. За определяне на конкуретната валидност на теста и коефициента на съгласуваност е използвана адаптираната за педагогическите изследвания процедура, предложена от Ф. Стоянова (Стоянова, Ф., 1996). За по-точното разпределение на студентите и учениците според равнището на познание е използван индивидуалният коефициент на усвоеност К инд. Индивидуалните разултати за К инд, подредени по низходящ рангов ред дефинират разпределеност по групи, представена в честотни таблици, в които са изпалзвани величините абсолютна честота f и относителна честота f. За установяване на връзката между изследваните групи променливи се прилага корелационен анализ. За данни, измерени в метрична скала, се използва коефициентът на линейна корелация на Пирсън (r). Интерпретацията на коефициента на корелация се извършва по следната скала: 17

18 0,00 0,30 слаба корелация; 0,31 0,50 умерена корелация; 0,51 0,70 значителна корелация; 0,71 0,90 висока корелация; 0,91 1,00 силна корелация; r =1,00 функционална корелация. Корелационният коефициент може да приема всяка стойност от интервала [ 1;1], като знакът показва посоката на връзката, а абсолютната стойност на коефициента показва размера на връзката. При висока стойност на корелационния коефициент част от дисперсията на едната променлива е свързана (се обяснява) с дисперсията на другата. За оценяването на тази връзка се използва коефициентът на детерминация (r 2 ). За количествена проверка на издигнатите в изследването хипотези се прилага статистическия метод проверка на хипотези. За целта се формулират нулева хипотеза H 0 и алтернативна хипотеза H 1 (твърдението, което е целта на изследователя). Изчислява се съответната тестова статистика тъй като обемът на извадките, с които се работи в преобразуващото изследване, е малък, работи се със статистически критерий t, който има приблизително разпределение като t- разпределението на Стюдънт. Получената стойност се сравнява с критичната стойност на t-разпределението на Стюдънт, съответно на избраното ниво на достоверност α (в настоящото изследване α = 0,05) и брой степени на свобода ν = n 1 + n 2 2, където n 1 и n 2 са обемите на двете извадки. В случая критичната стойност е t = 1,943. Критерий за приемането или отхвърлянето на нулевата хипотеза е дали вероятността, свързана със съответната извадкова статистика, е по-голяма или по-малка от предварително зададена прагова стойност (ниво на достоверност). Нулевата хипотеза се приема, ако получената въз основа на емпиричните данни тестова статистика е по-малка или равна на критичната стойност. В противен случай нулевата хипотеза се отхвърля и с ниво на увереност 95% се приема алтернативната хипотеза (Клаус, Г., Х. Ебнер, 1971), (Лакюрски, А., 1999). Статистическият инструментариум е реализиран с модула Data Analysis на Excel. Закръглянето е до втория знак, което позволява да се получи по-голяма достоверност и конкретизация на данните. За целите на изследването са разработени и се използват работни листи и тестови задачи, които в съчетание с методическите помагала за провеждане на практическите упражнения по неорганична химия допринасят за проверка на ефективността на теоретичния модел. 18

19 ТРЕТА ГЛАВА: АПРОБИРАНЕ НА МОДЕЛА, АНАЛИЗ И ОБСЪЖДАНЕ НА РЕЗУЛТАТИ 1. Констатиращо изследване за състоянието на учебното експериментиране Констатиращото изследване е насочено към проучване мнението на преподавателите и студентите от специалности в областта на природните науки за състоянието на учебния експеримент и реализирането му с оглед подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност на учениците. Заедно с това проучването позволява да се установят и причините, които противодействат това да се случва. Анализът на резултатите от констатиращото изследване съобразно теоретичния модел и по приетите критерии и показатели позволяват да се направят следните изводи: Ролята на експериментирането за повишаване на качеството на обучението в условията на висшето училище се осъзнава от голяма част от анкетираните преподаватели и студенти, но недооценени са неговите възможности по отношение подготовката за феномена природонаучна грамотност у учениците. Отделните компоненти на методическото му обезпечаване не се обвързват с елементите на този вид на функционална грамотност на учениците. Установяват се големи различия в оценката на преподавателите и студентите за мястото и степента на осъществяване на експеримента сред останалите методи и средства на обучение, много нисък процент е получен по отношение на съчетаването му с интерактивните методи и компютърното моделиране фигура 3. Фигура 3. Място и степен на експериментирането сред другите методи на обучение Съобразно учебните програми по природонаучните дисциплини доминира присъствието на експеримента на практически занятия, но в 19

20 недостатъчна степен е прилагането му в другите аудиторни, както и в извънаудиторните форми на обучение фигура 4. Фигура 4. Степен на прилагане на експеримента в организационните форми на обучение Недооценено от преподавателите е прилагането на виртуалният експеримент, както и използването по време на реалния лабораторен експеримент на съвременни аудиовизуални средства и информационни технологии, математически модели на обектите, напр. QSАR, GAUSSIAN, Hyper Chem и др.. Не се отдава заслужено място на цялостната технологична реализация на експеримента и на компетентностния подход при провеждането му. Открити въпроси съществуват по отношение на взаимодействието на преподавателите със студентите в хода на експерименталната дейност, като в недостатъчна степен се реализират субект-субектните отношения, интензивната междуличностна комуникация, изявата на партньорство, сътрудничество, екипност. Недооценени са похватите за активизиране на студентите в процеса на експериментирането, като мнението на двете групи изследвани лица силно се различава по отношение включването на опита на студентите за изследване, свързване на експерименталните задачи с професио-налната реализация, с био-, еко- нано- и информационните технологии, нови материали, поставяне на изследваните проблеми в контекста на глобална, национална и местна тематика и др. Резултатите от констатиращото изследване потвърждават значимостта на изследвания проблем и определят насоките на преобразуващия експеримент. 20

21 2. Преобразуващо експериментално изследване 2.1. Направления и технология на преобразуващото експериментално изследване Преобразуващото изследване се основава на изведения теоретичен модел и направените заключения от констатиращото изследване. Резултатите показват, че са налице открити проблеми, свързани с реализирането на учебния химичен експеримент и неговите разновидности (демонстрационен, лабораторен и виртуален) с оглед обвързването на всеки от компонентите му с елементите на природонаучната грамотност (знания, компетентности, отношения, контексти), за чиито формиране се подготвят бъдещите учители по химия. Изпъква необходимостта от създаването на оптимална методическа система за учебно експериментиране, която да е значим компонент в подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност. Преобразуващото изследване се провежда в хода на организационни форми на обучение по Неорганична химия, Химия на околната среда,, Стехиометрични изчисления, Методика и техника на химичните демонстрации със студенти от специалност Химия, които усвояват квалификация учител. Улеснени сме при провеждането на преобразуващото изследване, тъй като водя упражнения по тези дисциплини. Заключителният контрол за първите две дисциплини е изпит, а при останалите текуща оценка. При текущото оценяване се отчитат различни аспекти на аудиторната заетост на студентите присъствие на лекционни и практически занятия, степен на участие в провеждането на всяко упражнение, като специално внимание се отделя на включването им при дефиниране на учебния проблем, формулиране на хипотеза, идеи, план за извършване на експеримента, изчисления, провеждане на експеримента, снемане и обработка на данни, анализ на резултати, обсъждане с преподавателя и в групата, доказане или отхвърляне на хипотезата, изводи, оформяне на протоколи и представянето им. Качественото провеждане на лабораторните упражнения по Неорганична химия е от особено значение, тъй като те са първите практически организационни форми за студентите, в хода на които се извършва първоначалното формиране на ключови и специфични компетенции за извършване на експериментална дейност. Тук във взаимовръзка с формирането на практическите умения протича разширяване, задълбочаване и затвърждаване на усвоените теоретични знания, което се явява база за овладяване на следващите компетенции в хода на изучаването на други химически дисциплини, при които се реализира учебен експеримент и също допринасят за формиране на научна грамотност. С оглед поставената цел се реализират следните взаимно свързани направления на преобразуващата дейност: 21

22 Апробиране на методическа система на прилагане на физикохимичния експеримент с оглед подготовката на студентите от специалност Химия за формиране на природонаучна грамотност. Прилагане на усвоения от студентите-бъдещи учители опит за формиране на природонаучна грамотност на учениците в хода на обучението по методически дисциплини, учебна и преддипломна (стажантска) практики. Преобразуващото изследване е проведено със студенти от специалност Химия І курс, II курс, III и IV курс за уч. 2012/2013г., 2013/2014 г., 2014/2015г. при Факултет Природни науки Университет Проф. д-р Асен Златаров и с ученици от 7, 8 и 10 клас от базови училища в гр. Бургас Природоматематическа гимназия Акад. Н. Обрешков и Гимназия с преподаване на английски език Гео Милев. Прилага се случайно разпределение на изследваните лица в контролна група (КГ) и експериментална група (ЕГ). В съответствие с целта и задачите на изследването е въведена вариативност в условията на провеждането на преобразуващата дейност в експерименталната и контролна групи по време на практически упражнения по откроените по-горе учебни дисциплини. И в двете групи се извършват преднамерени въздействия с оглед получаване на очаквани резултати. Различията в експерименталните и контролните групи се свързват със: степента на обвързването на всеки от компонентите на учебното експериментиране с елементите на природонаучната грамотност; съчетанието на експеримента с други методите на обучение, изявата на интерактивността и на междуличностната комуникация. В контролната група (КГ) се прилагат традиционни технологии на експериментиране, като се съчетават демонстрационен и лабораторен експерименти. В експерименталните групи (ЕГ) всеки от компонентите на експериментирането (целеви, мотивационен, съдържателен, операционалнодейностен, контролно-регулиращ и оценъчно-рефлексивен) се обвързва в поголяма степен с елементите на природонаучната грамотност, с природните явления и ресурси, здравето, технологиите в контекст и перспектива. Тук реализирането на когнитивния и афективния аспекти на експеримента са съобразени и с природонаучното познание в училищните условия и особеностите на учебното съдържание по Химия и опазване на околната среда в 7, 8 и 10 клас. В тази група по-силно е обвързването на реалния и виртуалния експерименти. Отделните технологични стъпки на експеримента се съчетават не само с наблюдението, инструктажа, беседването, но и с внасяне на интерактивност и интензивна междуличностна комуникация (чрез дискутиране, обсъждане на опитните резултати в групата, анализ на ситуации, компютърно моделиране, презентиране с мултимедия и др.). Следването на откроените в първа глава философско-методологически ориентири, парадигмални тези, принципи и особености на експерименталната 22

23 дейност по природни науки, съобразено с конкретните педагогически ситуации позволява нейната научна обосноваваност. Стремежът е да реализираме цялостност на методическата система за прилагане на физикохимичен експеримент при подготовката на студентите за формиране на природонаучна грамотност. Затова в хода преобразуващия експеримент се ориентираме към постигане на свързаност, хармония, съподчиненост и приемственост между относително разграничените компоненти при експериментирането: целеви, мотивационно-стимулиращ, съдържателен, операционално-дейностен, контролно-регулиращ и оценъчно-рефлексивен. Дейността по компонентите на експериментирането е насочена към постигане на конкретни резултати в подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност. Това от своя страна предполага рационален избор на инструментариум за провеждане на експериментирането и оптималното му съчетаването с други методи и средства. Заедно с това преобразуващото изследване визира прилаганата от нас методическа система като открита, динамична, непрекъснато изменяща и усъвършенстваща се, обърната към иновации и творчество. Осъществяването на непрекъсната обратна връзка ни помага да получаваме своевременна информация за състоянието на всеки неѝн компонент и при необходимост да се направят нужните корекции. Водещо място в прилаганата от нас методическа система има реализирането на целевия компонент, който отразява дефинирането на конкретни цели на експеримента, поставянето и обосноваването им пред студентите с оглед постигането им. Обоснованите от преподавателя конкретни цели на експериментирането се поставят в контекста на определени проблеми на формирането на природонаучна грамотност. Насочваме вниманието на студентите към разбирането, че постигането на природонаучната грамотност е с ключово значение за реализацията на човека в съвременния свят. Тук от значение е убеждението на всеки от субектите на експериментирането, че притежаването на този вид грамотност улеснява решаването на икономически, технологични, екологични и социокултурни проблеми и в този смисъл е двигател за устойчиво развитие. От особено значение за нас е осъществяването на мотивационностимулиращия компонент на методическата система за учебно експериментиране, който свързваме със създаването на обща мотивационна основа и стимулиране на студентите за извършване на експеримент и изявата им като реални партньори в съвместната дейност. В тази връзка в хода на преобразуващото изследване се стремим да предизвикаме интереса на студентите да експериментират и изследват изучаваните химични обекти, да изпитват потребност да извършват тази дейност. Отчитаме обстоятелството, че е от значение доколко експериментирането заема значимо място в ученето на студента и доколко е приоритет за него. 23

24 Съдържателният компонент на прилаганата от нас методическа система се свързва с превръщането на получаваната от експериментите научна информация в знание и формиране на специални умения (за работа с вещества, прибори, апаратура, за извършване на химични реакции, за решаване на стехиометрични задачи и др.), интелектуални умения(за работа с информация, за организиране експериментална дейност, за анализ, синтез, обобщения, за индукция, дедукция, за комуникация и др.). В експерименталната група в по-голяма степен се открояват възможностите на експеримента за формирането на компетентности за разпознаване на научните проблеми, научно обяснение на природни явления, извършване на оценка, планиране и провеждане на изследване, като се тълкуват данни и извеждат заключения. По-добре се отразява връзката на даден експеримент с природни явления, ресурсите, здравето, технологиите в контекст и перспектива. Когнитивният и афективният аспекти на експеримента по-тясно се свързват с природонаучното познание, съобразно особеностите на учебното съдържание по Химия и опазване на околната среда в 7, 8, 10 клас. Както се изтъкна по-горе преобразуващото изследване показва различията в контролната и експерименталната група при реализирането на инструментално-процедурният компонент на експериментирането, който го представя като дейност с конкретни процедури и операции, съгласувани по време и място и съответен инструментариум, конструирани по начин, осигуряващ постигането на очакваните резултати. Във всяка от групите се осъществяват традиционните методи на работа (реално експериментиране, устно изложение, диалогични методи), като студентите усвояват едни и същи ключови знания. В експерименталната група усилията се насочват към съчетаване на реалния и виртуалния експерименти. Отделните процедури на експеримента се съчетават не само с наблюдението, инструктажа, беседване, но и със засилване на интерактивността (чрез дискутиране, обсъждане на опитните резултати в групата, анализ на ситуации, компютърно моделиране, презентиране с мултимедия, работа с интерактивна дъска, връзка с Интернет и др.). Първоначалното усвояване на ключовите понятия за изследваните обекти и явления се извършва на лекционните занятия. В резултат на осъществяване на познавателния процес знанията на студентите непрекъснато се надграждат и обогатяват. Отчитаме ролята на сетивната и логическа степен на познанието, на перцептивните и интелектуални структури с оглед усвояване на знания. Затова насочваме вниманието не само на лабораторния и витртуалния експеримент по време на практически упражнения, но и на присъствието на демонстрационен и виртуален експеримент на лекционните занятия, чрез който се реализира нагледността като закономерна черта на природонаучното познание. Стремежът ни е експериментът да подпомага реализирането, както на репродуктивния, така и на продуктивния варианти на процеса на овладяване на знанията. 24

25 В хода на лабораторния експеримент активизираме участието на студентите при формулирането на хипотеза, обосноваването на идеи, избор на стратегия за извършване на експеримента, снемането и обработката на данни, анализът на резултатите, обсъждането в групата, доказането (или отхвърлянето) на хипотезата и оформянето на изводите, като се стремим да реализираме в по-голяма степен продуктивният вариант на процеса на овладяване на знанията и уменията. Именно такава организация е създадена при експерименталната група. Свързваме съдържателния модел на знанията (фактологични, основни понятия, закони, закономерности, теории, за методите за изследване) и уменията (специфично химични, интелектуални, социални), получени в резултат на експериментирането с елементи на природонаучната грамотност. На приложение 3 и приложение 4 е представено реализираното тематично обвързване на всяко от практическите упражнения по неорганична химия с целите, основните понятия, дейности и акцентите с оглед подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на научна грамотност. Контролно-оценъченият и регулиращ компонент на реализираната от нас методическа система на учебно експериментиране се отнася до диагностика на учебни постижения на студентите, оценяване, самоконтрол и самооценяване. В прилагания тест за текуща и заключителна проверка на знанията и уменията по неорганична химия, съгласувано с хабилитираните преподаватели, които провеждат лекционните курсове и с асистентите, провеждащи практическите упражнения, се включват задачи, чиито съдържание се отнася до отделни елементи, необходими за подготовката на студентите да формират природонаучната грамотност като бъдещи учители. Диагностиката и оценяването на постиженията на студентите на лабораторни упражнения установява специалните им умения (за работа с вещества, прибори, апаратура, за извършване на химични реакции, за решаване на стехиометрични задачи и др.), интелектуалните умения (за работа с научна информация, за организиране експериментална дейност, за анализ, синтез, обобщения, за индукция, дедукция, за комуникация и др.). Установява се доколко са формирани компетентности за разпознаване на научните проблеми, научно обяснение на природни явления, извършване на оценка, планиране и провеждане на изследване, като се тълкуват данни и извеждат заключения. Проверява се и доколко студентите свързват даден експеримент с природни явления, ресурси, здраве, технологии в контекст и перспектива. Предоставена е възможност за самооценяване чрез система за електронно обучение BlackBoard. Разработили сме електронно помагало по Неорганична химия. В предложените матераиали се поставят акценти и с оглед подготовката на студентите бъдещи учители за формиране на природонаучна грамотност на учениците. Преддипломната стажантска практика е естественото поле за изява на компетентностите на студентите да формират природонаучна грамотност. 25

26 Затова второто направление на преобразуващото изследване е със студенти от специалност Химия, които провеждат хоспетиране, учебна и преддипломна (стажантска практика) в Природоматематическа гимназия Акад. Никола Обрешков и Гимназията с преподаване на английски език Гео Милев Бургас. Прилага се случайно разпределение на изследваните ученици (194 на брой) в контролни групи (КГ) и експериментални групи (ЕГ) Резултати от преобразуващото изследване Изявата на студентите като субекти на учебното експериментиране изисква активното им включване във всеки негов компонент и прилагането му като система, което се явява първото направление на преобразуващото изследване. Степента на усвоените знания от студентите се проверява чрез тестове. По този начин се установява разбирането и прилагането на знания в дадена ситуация. Студентите се насочват към извършване на анализ, оценяване и синтез на информация. Преди да бъдат използвани резултатите от теста е проведена диагностична процедура чрез тестиране. От таблица 2 се вижда, че коефициентът на конкурентна валидност φ = 0,53 е по-голям от критерия за конкурентна валидност 0,31, следователно тестът е с достатъчно висока конкурентна валидност. Коефициентът на съдържателна валидност v c = 0,82 e по-голям от критерия за съдържателна валидност 0,64, следователно тестът има висока съдържателна валидност. Таблица 2. Резултати от анализа на теста за установяване степента на усвоени знания от студентите. Централна тенденция X 17,75 Медиана ( при максимален бал 27 точки ) Me 18,5 Медиана по оценка Ме 4,63 Мода ( по точки ) Mo 20,00 Среден аритметичен успех x 4,44 4 Стандартно отклонение S 5,21 Дисперсия S 2 27,14 Коефициент на надеждност α 0,922 Стандартна грешка на измерването SE 1,46 Критерии за значимост на различията 2,77.SE 4,04 Коефициент на съдържателна валидност (коефициент на Лоуш ) Vc 0,82 Критерий за съдържателна валидност (критична стойност ) Vc(min) 0,64 Коефициент на конкурентна валидност φ 0,53 Критерий на конкурентна валидност 1,96/ N 0,31 Коефициент на съгласуваност Va 0,80 Надеждността е една от най-важните характеристики на теста, защото е свързана с грешката на измерването. Показател за надеждността на един тест е коефициента на надеждност α. Той може да приема стойности между 0 и 1, колкото по-високи са тези стойности, по-надежден е един тест. Тъй като теста, 26

27 който е използван е нормативен, съдържащ задачи с разширен свободен отговор, за надеждност в смисъл на вътрешна съгласуваност е използван коефициентът α по Кронбах. В случая α = 0,922, следователно този тест може да бъде използван за вземане както на групови, така и на индивидуални SE 5, ,922 1, 46 решения. Стандартната грешка на измерването в случая e. Това означава, че за 2/3 от изследваните студенти полученият тестов бал се различава с по-малко от 1,46 единици от истинската стойност на измерването и само за 5% от студентите разликата между техния тестов бал и истинската стойност е по-голяма от 2,92 единици (2.SE). Вижда се, че стандартната грешка на измерването зависи пряко от надеждността на теста. Тестът е с достатъчно висока надеждност на решението, ако V a V a (min) за желания процент на верните решения. В случая V a = 0,80 e по-голям от минималната стойност 0,78 за равнище 66%, следователно броят на верните решения, които ще се вземат на основата на този тест е по-голям от 66% от общия брой решения. Чрез теста установаме доколко студентите успяват да поставят цели, да мотивират, дефинират проблем, формулират хипотеза, снемат данни, да се консултират, обработват данни, анализират резултати, формулират изводи, извършват основни операции върху проучвани обекти, научно обясняват факти и явления, прилагат опитни резултати, работят с лабораторна техника и апаратура, спазват здравословни и безопасни условия на труд, наблюдават, моделират, извършват математически анализ, развиват логическото и творческо мислене, насочват се към иновации. Фигура 5. Изследвани корелационни връзки към първо експериментално направление. За настоящото изследване има значение да се проследи силата на връзките между прилагания модел на учебно експериментиране в контролната и експерименталната групи при студентите. С цел установяване на 27

28 зависимостите между изследваните явления се прилага корелационен анализ. На фигура 5 показваме кои от тези връзки са предмет на изследване. Изследваната корелационна връзка между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и получените резултати при експерименталната (ЕГ) и контролната група (КГ) е представена на фигура Фигура 6. Корелационна зависимост между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и постигнатите резултати на студентите. Резултатите показват, че между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и получените резултати се наблюдава значително разминаване между двете изследвани групи студенти. Различия се установяват по следните показатели: способност на студентите да целепоставят, да мотивират; да дефинират проблем, да формулират хипотеза; компетенциите им да снемат данни, да се консултират; да извършват основни операции върху проучвани обекти; да спазват здравословни и безопасни условия на труд; усвоените компетенции за наблюдение, моделиране, математически анализ; развитие на логическо и творческо мислене, насочване към иновации. По тези показатели корелацията при ЕГ е силна (стойности на r между 0,917 и 0,984), а при КГ е слаба или значителна (стойности на r между 0,213 и 0,732). Това може да се обясни с внасянето на конструктивизъм и интерактивност, на обвързване на компонентите на експериментирането с елементите на природонаучна грамотност при анализиране на наблюдаваните явления в експерименталната група. Това дава основания за твърдение, че студентите от ЕГ в по-голяма степен свързват прилагането на експеримента в процеса на обучение по природни науки с постигнатите резултати. Корелационната зависимост между степента на целеполагането при експериментирането и формирането на научна грамотност и постигнатите резултати от двете групи студенти е показана на фигура 7. При студентите от контролната група се наблюдава слаба корелация по отношение на компетенциите им да обработват данни и формулират изводи; способностите им за развитие на логическото и творческо мислене; уменията да наблюдават, моделират, извършват математически анализ (стойности на r 0,174, 0,218, 0,239). Висока корелация (стойности на r между 0,750 и 0,795) е установена при компетенциите относно целеполагане, инструктаж, мотивиране;

29 дефиниране на проблем, формулиране на хипотеза; спазване на здравословни и безопасни условия на труд. По тези показатели при ЕГ се установява висока и силна корелация (стойности на r между 0,896 и 0,985). Фигура 7. Корелационна зависимост между степента на целепологането при експериментирането и формирането на научна грамотност и постигнатите резултати на студентите. Корелационната връзка между степента на обвързването на компонентите на експериментирането с елементите на природонаучното познание и постигнатите резултати на студентите е представена на фиг. 8. При студентите от контролната група се наблюдава слаба корелация по отношение степента на постигнатите компетенции у студентите за развитие на логическото и творческо мислене, насочване към иновации; наблюдение, моделиране, математически анализ; научно обясняване на факти и явления, прилагане на опитни резултати (стойности на r между 0,054 и 0,279). Фигура 8. Корелационна зависимост между степента на обвързване на експеримента с елементите на природонаучното познание и постигнатите резултати на студентите. Умерена корелация (стойности на r между 0,372 и 0,380) е установена при способностите им да снемат данни, да се консултират; да обработват данни, да анализират резултати, да формулират изводи; да работят с лабораторна техника и апаратура, значителна корелация има само по отношение на способностите им да целепоставят, мотивират; дефинират проблем, формулират хипотеза. По всички показатели при ЕГ се наблюдава висока и силна корелация (стойности на r между 0,848 и 0,962). 29

30 Корелацията между степента на усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления и постигнатите резултати на студентите е представена на фигура 9. Видно е, че при ЕГ по отношение на посочените показатели се откроява силна корелация (стойности на r между 0,911 и 0,983). При КГ е получена слаба корелация (стойности на r между 0,199 и 0,218) по отношение на компетенциите на студентите за развитие на логическото и творческо мислене, за насочването им към иновации; за обработката на данни, анализ на резултати, формулиране на изводи; наблюдение, моделиране, математически анализ. Фигура 9. Корелационна зависимост между степента на усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления и постигнатите резултати на студентите. Умерена корелация е получена по отношение на способността им научно да обясняват факти и явления, да прилагат опитни резултати (стойности на r 0,429 и 0,490). Значителна (стойности на r 0,523 и 0,665) по отношение на способностите им да работят с лабораторна техника и апаратура; да извършват основни операции върху проучвани обекти. Висока корелация (стойности на r между 0,743 и 0,762) при компетенциите да целепоставят; формулират хипотеза; за спазване на здравословни и безопасни условия на труд. Изследваните студенти от ЕГ в по-голяма степен обвързват усвояването на компетентностите за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления с постигнатите резултати. Корелационната връзка между степента на активизиране на субектсубектните отношения при експериментиране и постигнатите резултати на студентите е представена на фигура 10. При студентите от контролната група се наблюдава слаба корелация по отношение на способностите им да обработват данни, анализират резултати, формулират изводи; развиват логическо и творческо мислене, де се насочват към иновации; да наблюдават, моделират, да извършват математически анализ (стойности на r между 0,108 и 0,291). Значителна корелация (стойности на r между 0,517 и 0,674) е установена при компетенциите им научно да обясняват факти и явления, да прилагат опитни резултати; да снемат на данни, де се консултират; да работят с лабораторна техника и апаратура; да извършват основни операции върху проучвани обекти, висока корелация (стойности на r между 0,728 и 0,834) при 30

31 способността им да целепоставят; формулират хипотеза; спазват здравословни и безопасни условия на труд. Фигура 10. Корелационна зависимост между степента на активизиране на субектсубектните отношения при експериментиране и постигнатите резултати на студентите. По всички показатели при ЕГ се установява висока и силна корелация (стойности на r между 0,894 и 0,989). Коефициентите на корелация са по-лесни за работа, когато са повдигнати на квадрат. Така може да се представи зависимостта между двете групи променливи като процент от вариации между тях. Тогава говорим за коефициент на детерминация. Коефициентите на детерминация за изследваните от нас зависимости между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки, целепологането при експериментирането и формирането на научна грамотност, обвързването на експеримента с елементите на природонаучното познание, усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления, активизиране на субект-субектните отношения при експериментиране и резултатите на студентите са представени в таблица 3. За изследването представлява интерес зависимостта между степента на обвързването на експеримента с елементите на природонаучното познание и развитието на логическото и творческо мислене, насочването към иновации (показател й). От табличните данни се вижда, че в 79,31 % (r 2 ) от случаите в експерименталните групи повишаването степента на обвързването на експеримента с елементите на природонаучното познание води до повишаване на резултатите на студентите по отношение на развитието на логическото и творческо мислене, насочването им към иновации, за разлика от контролните групи, където този процент от вариации между променливите е много понисък (r 2 = 0,30 %). Интерес представлява и зависимостта между степента на обвързването на експеримента с елементите на природонаучното познание и способностите на студентите да наблюдават, моделират, да извършват математически анализ (показател и). От табличните данни се вижда, че в 72,60 % (r 2 ) от случаите в експерименталните групи повишаването степента на обвързване на експеримента с елементите на природонаучното познание води до повишаване на резултатите на студентите по отношение на наблюдението, моделирането и 31

32 математическия анализ, за разлика от контролните групи, където този процент от вариации между променливите е много по-нисък (r 2 = 0,50 %). Таблица 3. Коефициенти на детерминация към първо експериментално направление r 2 [%] Степен на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки Степен на целепологането при експериментирането и формирането на научна грамотност Степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучното познание Степен на усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления Степен на активизиране на субект-субектните отношения при експериментирне ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ а 94,07 51,11 87,19 56,28 92,50 63,31 91,09 55,21 83,86 53,04 б 83,32 52,28 88,75 62,77 88,15 56,00 87,01 58,05 87,25 63,83 в 84,44 26,54 81,23 23,89 71,96 14,45 82,02 23,96 82,77 26,97 г 87,78 5,23 82,99 3,01 77,27 13,83 84,83 4,74 83,28 1,16 д 96,86 47,96 97,04 43,04 89,14 33,96 96,72 44,25 97,80 45,37 е 86,47 17,96 80,37 21,38 76,81 7,77 82,95 18,37 79,99 26,77 ж 87,58 26,73 89,05 30,86 75,51 14,41 87,52 27,34 91,94 36,87 з 90,05 53,59 86,66 63,23 79,38 42,53 87,79 57,27 87,42 69,54 и 84,02 5,26 88,70 5,69 72,60 0,50 85,55 4,74 92,52 8,45 й 90,59 4,53 89,93 4,73 79,31 0,30 89,60 3,96 91,77 7,20 Проверката чрез статистическия критерий t за експерименталната група при r = 0,891 ( r 2 = 79,31 % ) показва стойност на t = 2,769 (Таблица 4), която превишава критичната стойност на критерия на Стюдънт (1,943). Следователно се приема алтернативната хипотеза, а именно, че високата степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучно познание оказва силно въздействие върху развитието на логическото и творческо мислене на студентите, насочването им към иновации. Проверката извършена в контролната група при r = 0,054 (r 2 = 0,30 %) по същия показател, показва стойност на t= 0,077, която е много по-ниска от критичната. Следователно се приема нулевата хипотеза т.е. при контролната група не се наблюдава статистически значима зависимост между степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучно познание и развитието на логическото и творческо мислене на студентите, насочването им към иновации. Интересен е и корелационният коефициент, който изразява връзката между степента на обвързването на експеримента с елементите на природонаучното познание и способността на студентите да наблюдават, моделират, да извършват математически анализ. Проверката чрез статистическия критерий t за експерименталната група при r = 0,852 (r 2 = 72,60 %) показва стойност на t = 2,302, която превишава критичната стойност на критерия на Стюдънт (1,943). Следователно се приема алтернативната хипотеза, а именно, че високата степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучно познание оказва силно въздействие върху способността на студентите да наблюдават, моделират, извършват математически анализ. Проверката извършена в контролната група при r = 0,071 (r 2 = 0,50 %) по същия 32

33 показател, показва стойност на t = 0,101, която е много по-ниска от критичната. Следователно се приема нулевата. Таблица 4. Резултати от количествената проверка на хипотезите към първо експериментално направление (стойности на t) Степен на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки Степен на целепологането при експериментирането и формирането на научна грамотност Степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучното познание Степен на усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления Степен на активизиране на субект-субектните отношения при експериментирне ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ ЕГ КГ а 5,630 1,446 3,690 1,605 4,965 1,858 4,521 1,570 3,224 1,503 б 3,161 1,480 3,972 1,836 3,857 1,595 3,660 1,663 3,700 1,879 в 3,295 0,850 2,942 0,792 2,266 0,581 3,021 0,794 3,100 0,859 г 3,790 0,332 3,124 0,249 2,607 0,567 3,344 0,315 3,157 0,153 д 7,853 1,358 8,103 1,229 4,053 1,014 7,682 1,260 9,428 1,289 е 3,576 0,662 2,861 0,737 2,574 0,410 3,120 0,671 2,828 0,855 ж 3,756 0,854 4,033 0,945 2,483 0,580 3,745 0,867 4,775 1,081 з 4,254 1,520 3,605 1,854 2,775 1,217 3,791 1,637 3,728 2,137 и 3,242 0,333 3,962 0,348 2,302 0,101 3,442 0,315 4,972 0,430 й 4,387 0,308 4,227 0,315 2,769 0,077 4,151 0,287 4,722 0,394 Аналогични резултати показва количествената проверка на статистическите хипотези, проведена за останалите изследвани зависимости (Таблица 4). Получените данни позволяват да се формира извод, че високата степен на обвързване на експеримента с елементите на природонаучно познание оказва силно въздействие върху развитието на логическото и творческо мислене на студентите, насочването им към иновации, развитието на способностите на студентите да наблюдават, моделират, извършват математически анализ. Второто направление на преобразуващото изследване се отнася до прилагане на усвоения от студентите бъдещи учители опит за формиране на природонаучна грамотност на учениците в хода на обучението по методически дисциплини, хоспетиране, учебна и преддипломна практики. Второто направление на преобразуващото изследване е със студенти от специалност Химия, които провеждат своята стажантска практика в Природоматематическа гимназия Акад. Никола Обрешков и Гимназията с преподаване на английски език Гео Милев - Бургас. Прилага се случайно разпределение на изследваните ученици (194 на брой) в контролни групи (КГ) и експериментални групи (ЕГ). Чрез тестове установяваме доколко учениците успяват да: целепоставят, да мотивират; да дефинират проблем, формулират хипотеза; снемат данни, да се консултират; обработват данни, анализират резултати, формулират изводи; извършват основни операции върху проучвани обекти; научно да обясняват факти и явления, да прилагат опитни резултати; да работят с лабораторна техника и апаратура; да спазват здравословни и безопасни условия на труд; да 33

34 наблюдават, моделират, извършват математически анализ; развиват логическото и творческо мислене, да се насочват към иновации. Преди да бъдат използвани резултатите от тестовете е проведена същата диагностична процедура описана по-горе. Установи се, че тестовете са надеждни и могат да бъдат използвани за формулиране на изводи. Същите корелационни връзки са изследвани и при учениците фигура 11. Фигура 11. Изследвани корелационни връзки към второ експериментално направление. Изследването на корелационната връзка между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и получените резултати при експерименталната (ЕГ) и контролната група (КГ) е показана на фигура Фигура 12. Корелационна зависимост между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и постигнатите резултати на учениците. Резултатите показват, че при изследваната връзка между степента на прилагане на експеримента в процеса на обучение по природни науки и получените резултати се наблюдават значителни разлики между двете изследвани групи ученици. Различия се установяват по следните показатели: способностите им за целепоставяне, инструктаж, мотивиране; дефиниране на проблем, формулиране на хипотеза; снемане на данни, консултиране;

35 извършване на основни операции върху проучвани обекти; спазване на здравословни и безопасни условия на труд; наблюдение, моделиране, математически анализ; развитие на логическото и творческо мислене, насочване към иновации. По тези показатели корелацията при ЕГ е висока и силна (стойности на r между 0,898 и 0,988), а при КГ е слаба или значителна (стойности на r между 0,008 и 0,680). Това се обяснява с внасянето на конструктивизъм и интерактивност, на обвързване на компонентите на експериментирането с елементите на природонаучна грамотност при анализиране на наблюдаваните явления в експерименталната група. Изследваните ученици от ЕГ в по-голяма степен обвързват прилагането на експеримента в процеса на обучение по природни науки с постигнатите резултати. Корелационната зависимост между степента на целеполагане при експериментирането и формирането на научна грамотност и постигнатите резултати от двете групи студенти е показана на фигура 13. При учениците от контролната група се наблюдава слаба корелация по отношение на компетенциите им за целепоставяне, мотивиране; дефиниране на проблем, формулиране на хипотеза; снемане на данни, консултиране; извършване на основни операции върху проучвани обекти; развитие на логическото и творческо мислене; наблюдение, моделиране, математически анализ (стойности на r между 0,018 и 0,248). Фигура 13. Корелационна зависимост между степента на целепологане при експериментирането и формирането на научна грамотност и постигнатите резултати на учениците. Висока корелация (стойности на r между 0,706 и 0,719) е установена при способностите им за обработка на данни, анализ на резултати, формулиране на изводи; работа с лабораторна техника и апаратура; спазване на здравословни и безопасни условия на труд. По всички показатели при ЕГ се установява силна корелация (стойности на r между 0,929 и 0,975). Корелационната връзка между степента на обвързване на компонентите на експериментирането с елементите на природонаучно познание и постигнатите резултати на учениците е представена на фигура 14. При учениците от контролната група се наблюдава слаба корелация по отношение на постигнатите компетенции за целепоставяне, инструктаж, мотивиране; 35

36 дефиниране на проблем, формулиране на хипотеза; снемане на данни, консултиране; извършване на основни операции върху проучвани обекти; развитие на логическото и творческо мислене, насочване към иновации; научно обясняване на факти и явления, прилагане на опитни резултати (стойности на r между 0,010 и 0,256). Фигура 14. Корелационна зависимост между степента на обвързване на експеримента с елементите на природонаучното познание и постигнатите резултати на учениците. Умерена корелация и значителна корелация (стойности на r между 0,360 и 0,563) е установена по отношение на способностите им за обработка на данни, анализ на резултати, формулиране на изводи; работа с лабораторна техника и апаратура; спазване на здравословни и безопасни условия на труд; наблюдение, моделиране, математически анализ. По всички показатели при ЕГ се установява висока и силна корелация (стойности на r между 0,836 и 0,972). Корелационната връзка между степента на усвояването на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления и постигнатите резултати на учениците са представени на фигура 15. Фигура 15. Корелационна зависимост между степента на усвояване на компетентности за решаване на научни проблеми, научно обяснение на природните явления и постигнатите резултати на учениците. От нея се вижда, че корелацията при ЕГ по отношение на всички показатели е силна (стойности на r между 0,911 и 0,954), а при КГ е получена слаба корелация (стойности на r между 0,032 и 0,243) по отношение на постигнатите способности за целепоставяне, инструктаж, мотивиране; дефиниране на проблем, формулиране на хипотеза; снемане на данни, 36