И.Э. Смирнова

Е.В. Чмыхова

 

Сравнительное изучение производительности моделей

проблемного и традиционного обучения

 

В современных российских условиях дефицита финансирования сферы образования остро стоит вопрос о поиске оптимальной модели массового обучения, которая  должна быть сравнительно дешевой, но качественной и доступной для регионов.

Сегодня в системе массового образования используются различные виды обучения. В свете общих задач гуманизации образования – например, таких, как развитие самостоятельности и творческого начала в познавательной деятельности,  их можно дифференцировать по способам постановки и решения учебных задач (а значит, и по преобладанию тех или иных видов учебных действий, распределяющихся по оси «продуктивные–репродуктивные»). Таким образом, на двух крайних «полюсах» окажутся преобладающее на сегодняшний день объяснительно-иллюстративное обучение (часто называемое традиционным или классическим) и проблемное обучение, выдвигаемое в ряде публикаций в качестве более эффективной альтернативы [1, 2].

Выделяемые иногда в отдельные виды программированное и развивающее обучение отнесены нами к усовершенствованному традиционному обучению, что обосновано в предшествующей публикации [3].

С целью сравнительного изучения производительности традиционного и проблемного видов обучения в НИИ психологии обучения и социологии образования СГУ было проведено пилотажное экспериментальное исследование моделей объяснительно-иллюстративного и проблемного обучения.

В эксперименте принимали участие студенты (n=10) 2–3-го курсов (СГУ, факультет психологии). Испытуемые были подобраны методом ротации (случайный выбор) и разделены на две группы по 5 человек. Уравнивание групп проводилось по возрасту, а также по уровню общей осведомленности и по характеристике обучаемости (с применением методик, разработанных в СГУ).

В ходе эксперимента измерялись следующие количественные характеристики обучения  (в индивидуальных и средних по группам значениях):

        время, затраченное на усвоение учебного материала по выбранной теме;

        время, затраченное на выполнение контрольного задания, включающего в себя две задачи и тест;

        количество правильно решенных задач;

        количество правильных ответов на вопросы теста.

Поскольку в эксперименте проверялась производительность моделей традиционного и проблемного обучения, то она рассчитывалась как среднее количество усвоенных знаний (в данном случае понятий) и умений  (решать задачи по изученной теме) в единицу времени.

Для исследования был выбран фрагмент учебного материала по дисциплине «Экономика», не являющейся профильной в обучении испытуемых, что не предполагало наличия глубоких знаний и твердых навыков. Фрагмент учебного материала (по теме «Рыночная система: спрос и предложение») был подобран с учетом требований проблемного обучения – отвечал жизненным интересам каждого человека, живущего в условиях рыночной экономики, а значит, предполагал наличие мотивации к изучению данной темы. При подборе учебного материала и контрольных заданий использовались широко применяемые и популярные учебники и пособия по экономике [4–9].

Как при традиционном, так и при проблемном обучении  очень велика вероятность влияния личности преподавателя. В целях исключения возможности такого неконтролируемого влияния на результаты эксперимента была разработана методика, предполагающая осуществление обучающего воздействия без участия преподавателя – только на основе обучающих текстов, включающих одинаковые единицы содержания, но разные инструкции по работе с текстом.

Основу методики составили специально разработанные схемы-сценарии одного занятия для каждой группы, в которых были сохранены основные черты и атрибуты соответствующих видов обучения. Так, для группы, работающей традиционно (группа 1), предлагалось прочитать текст учебного материала с образцом решения типовой задачи по теме, а группе, работающей в «проблемном» режиме (группа 2), – прочитать тот же текст, но без образца решения задачи.

Разница в инструкциях также отражала особенности видов обучения: группе 1 предлагалось, еще раз просмотрев текст, выучить определения основных понятий темы, а группе 2 – еще раз просмотрев текст, обдумать ответы на вопросы проблемного характера,  направленные на анализ и сравнение ситуаций и их изменений.

В качестве основных методов исследования были использованы:

1)      хронометрирование этапов эксперимента (обучающего воздействия и выполнения контрольных заданий);

2)      тестирование конечного уровня знаний и умений с помощью контрольных задач и теста с 4 альтернативными вариантами ответов (отобранных из учебных пособий по экономике с учетом требований технического задания на разработку базы тестовых заданий СГУ).

Необходимо отметить, что процесс решения задач при традиционном (объяснительно-иллюстративном) и проблемном обучении принципиально различается. В традиционном варианте обучение решению задач производится преимущественно по образцу и предлагаются типовые задачи. В результате обучаемые усваивают способ решения задач «в готовом виде», доводя умение до автоматизма.

В проблемном обучении предполагается, что обучающийся не получает «готового» образца решения, а в процессе творческой поисковой деятельности находит способ решения самостоятельно (или с помощью учителя, но хотя бы минимальный «шаг» в сторону решения делает сам). Сердцевиной, стержнем проблемного обучения, является проблемная ситуация – «...интеллектуальное затруднение человека, возникающее в случае, когда он не знает, как объяснить возникшее явление, факт, процесс действительности, не может достичь цели известным ему способом деятельности. Это побуждает человека искать новый способ объяснения или способ действия» [10, с. 30].

В соответствии с этим группы решали задачи по-разному [11]. Группе 1 были предъявлены две задачи, подобные той, которая была включена в текст как образец. Причем каждая задача состояла из двух пунктов – «а» и «б». Первый пункт задачи «а» предусматривал овладение умением пользоваться данными в тексте формулами, второй пункт «б» – овладение умением охарактеризовать ситуацию в изменившихся условиях.

Группе 2 также были предъявлены две задачи (подобные задачам для группы 1), но в их случае пункт «а» подразумевал не усвоение образца, а самостоятельный «шаг» – овладение умением пользоваться данными в тексте формулами. Этот «шаг» испытуемые могли сделать в опоре на текст (в ходе эксперимента звучали соответствующие указания руководителя эксперимента), а также на предложенную в начале эксперимента справочную литературу:

1.      Большой экономический словарь / Сост. А.Б. Борисов М.: Книжный мир,  1999.

2.      Кураков Л.П., Кураков В.Л. Словарь-справочник по экономике. 2-е изд. М: Пресс-сервис, 1998. 388 с. 

Вторая задача для группы 2 включала уже элемент «б», как следующий самостоятельный «шаг» (предполагалось, что если благополучно решена первая задача, во второй испытуемый должен столкнуться с новыми условиями применения добытых знаний.

Для того чтобы направить испытуемых группы 2 в русло поисковой деятельности, в бланке с задачей был предусмотрен ее алгоритм, отражающий общую структуру проблемного урока [10, c. 182] и включающий в себя этапы: осознание проблемы и выдвижение гипотезы, обоснование выбранного пути решения, доказательство (решение), проверка. Испытуемым предлагалось описать процесс решения задачи, дополняя фразы, побуждающие и направляющие их поисковую деятельность.    

Таким образом, на наш взгляд, была соблюдена основная разница в условиях обучения и предъявления заданий для традиционного и проблемного обучения (по характеристике «продуктивность – репродуктивность»).

Каждая из задач предъявлялась последовательно, одна за другой. Руководитель эксперимента хронометрировал индивидуальное время, затраченное испытуемым на решение каждой задачи, отмечая в бланке задачи время начала и окончания решения. Правильность решения задач впоследствии оценивалась по трехбалльной шкале:

0 – задача не решена;

1 – задача решена наполовину (только пункт «а»);

2 – задача решена полностью.

После решения задач испытуемым предлагался тест (одинаковый для обеих групп), включавший вопросы с 4 альтернативными ответами. Вид теста – задания с множественным выбором. Тест включал 10 пунктов (утверждений), охватывавших основные понятия изученной темы.

Индивидуальное время, затраченное испытуемым на тестирование, фиксировалось руководителем эксперимента отметками начала и окончания в бланках теста.

Время выполнения контрольных заданий, также как и время на работу с текстом, не ограничивалось, но в инструкции оговаривалось, что оно учитывается.    

Обработка результатов исследования производилась с применением методов математической статистики: для измерения среднего по группам времени, затраченного на обучение и выполнение контрольных заданий, а также уровня знаний (измеряемого правильностью решения задач и количеством правильных ответов на вопросы теста), был использован непараметрический критерий Манна-Уитни (U). Тот же критерий был применен и для определения возможных различий по уровню общей осведомленности  и среднему темпу усвоения знаний обеих групп испытуемых.

Для определения возможных зависимостей между временем работы с текстом и количеством правильных ответов на вопросы теста был применен коэффициент корреляции Спирмена.

Сравнительное исследование производительности моделей традиционного и проблемного обучения проводилось впервые. Несмотря на то, что исследование носило пилотажный характер и было направлено преимущественно на апробацию разработанной методики эксперимента, оно имеет несомненную ценность, так как позволяет сделать некоторые предположения и предварительные выводы, а также уточнить условия проведения эксперимента на более объемных выборках.

В ходе эксперимента был произведен расчет производительности традиционной и проблемной моделей обучения.

Производительность моделей обучения в исследовании рассматривалась как количество знаний и умений, усвоенных в единицу времени. Поэтому прежде всего были произведены расчеты среднего по группам времени (в минутах), затраченного на:

1) обучение (работу испытуемых с текстом) – t (обуч.);

2) решение задачи 1 – t1;

3) решение задачи 2 – t2;

4) выполнение тестового задания – ;

5) общее время – t общ.

Расчеты производились на основании индивидуальных данных, занесенных в протокол эксперимента.

Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Среднее по группам время, затраченное на обучение и выполнение

контрольных заданий

 

t(мин.)

Группа

tобуч.

 

t1

 

t2

 

tобщ.

Группа 1

11,4

11,8

10,4

7

40,6

Группа 2

11

14,6

10,6

5,6

41,8

 

Из данных таблицы видно, что в среднем на этап обучения (работу с текстом и выполнение предписаний) группы затратили одинаковое время. То же самое можно сказать и о времени, затраченном группами на решение задачи 2 и об общем времени. Среднее по группам время, затраченное испытуемыми на решение задачи 1 и на тестирование, несколько отличается («на глаз»), но при проверке различий с помощью критерия U достоверность различий не достигнута – уровень значимости при сравнении среднегрупповых значений t1 и составил соответственно 0,46 и 0,21. Такой уровень значимости, при котором не прослеживаются различия в группах, обусловлен малыми выборками. Однако на основании данных хронометрирования можно предполагать тенденцию к расхождению значений времени,  требуемого для решения задач в традиционном, объяснительно-иллюстративном варианте обучения (с предъявлением образца решения) и в проблемном (без предъявления образца). Таким образом, можно сделать предварительный вывод о том, что естественное предположение о более длительном периоде решения задач при их проблемном предъявлении может быть подтверждено на больших выборках.

Время, затраченное испытуемыми группы 2 на тестирование, несколько меньше, но результаты тестирования хуже:

        для группы 1 значение среднего количества правильных ответов на вопросы теста составило 8,4 из 10 возможных (84 %);

        для группы 2 – 6,6 из 10 возможных (66 %).

Уровень достоверности различий этих значений (0,17) не позволяет с уверенностью делать выводы, однако здесь также можно предполагать тенденцию – в группе 1, где даны были предписания на заучивание определений основных понятий, результаты тестирования могут быть лучше. Большее время группы 1 при тестировании, очевидно, связано с тем, что при выборе правильного ответа испытуемые мысленно сверяют его с выученным определением, в то время как испытуемые группы 2 (где давалась установка не на заучивание, а на обдумывание вопросов) делают свой выбор менее осознанно, не проводя мысленную процедуру сверки или проводя ее менее тщательно.

Количество знаний и умений, усвоенных в единицу времени, определялось на основании проверки правильности решения задач и ответов на вопросы теста. Начальный уровень знаний по выбранной теме дисциплины «Экономика» был принят за «0» и не тестировался, так как данная дисциплина являлась для испытуемых студентов не профильной и изучалась давно в общем, обзорном объеме.

Проверка правильности решения задач дала результаты, представленные в табл. 2 (в количестве человек – членов соответствующих групп).

 

Таблица 2

Сравнительные данные правильности решения задач

в группах испытуемых

 

 

Задача 1

Задача 2

Решили

Правильно

и

полностью

Правильно

не полностью

(пункт "а")

Не

решили

Правильно

и

полностью

Правильно не не полностью

(пункт "а")

Не

решили

Группа 1

(5 чел.)

3

2

-

2

2

-

Группа 2

(5 чел.)

1

-

4

-

-

5

 

Из данных таблицы видно, что группа 1 дала лучшие результаты по решению обеих контрольных задач. Ухудшение результата в случае решения задачи 2, очевидно, связано с тем, что задача, хотя и являлась типовой и требовала такого же решения, как и задача 1, предъявлялась несколько по-иному – не «напрямую» по образцу (в отличие от задачи 1).

В дополнение к данным таблицы необходимо отметить, что никто из членов группы 2 не воспользовался предложенной в начале эксперимента справочной литературой.

 Таким образом, при обработке результатов эксперимента обнаружилась очевидная и существенная разница в результатах усвоения умений. Сравнение групп по средним показателям правильности решения задач выявило статистически значимые различия (учитывая, что эксперимент пилотажный и выборки маленькие, можно допустить уровень достоверности полученных данных > или = 90 %.):

        по задаче 1 уровень значимости составил 0,06 %;

        по задаче 2 – 0,076 %.

Анализ попыток испытуемых группы  2 описать процесс решения (заданных в бланке алгоритмом) показал, что самостоятельный «шаг» в решении, требующий подстановки в уравнение соответствующих формул, данных в учебном тексте, так и не был сделан у 4 испытуемых из 5.

Полученные данные позволяют полагать, что даже у студентов 2–3-го курсов не прослеживается готовность к решению проблемных задач. Очевидно, что при организации вузовского обучения, как проблемного, необходим этап адаптации студентов. Содержанием  такого этапа должно стать обучение методам и приемам творческой поисковой деятельности по «добыванию» недостающих знаний.

Заслуживает внимания тот факт, что, несмотря на отсутствие ограничений на время работы с текстом и выполнение контрольных заданий, общее время, которое испытуемые обеих групп решили затратить на обучающий эксперимент, не вышло за рамки академического часа. Очевидно, этот результат можно расценивать следующим образом:

1. В длительном процессе обучения (в школе и вузе) человек адаптируется к определенному временному промежутку занятия. Учебная деятельность в рамках академического часа является, таким образом, психологически комфортной. Следует здесь упомянуть о том, что в ходе эксперимента в группе 2 исследователем фиксировались высказывания испытуемых по мере решения задач: «Не могу больше», «Не хочу напрягаться», «Все равно не получится». Это говорит о нежелании продолжать учебную деятельность дольше привычного времени, возможно, вследствие  появившегося к концу академического часа чувства усталости.

2. Отказы от решения задач и факт сдачи чистых бланков в группе 2 свидетельствует о том, что,  возможно, недостаточной была мотивация  (она оказалась в итоге меньше, чем отрицательные эмоции по поводу неспособности найти решение). Проблемное обучение обязательно предполагает наличие очень высокой мотивации: «Условием возникновения проблемной ситуации является необходимость в раскрываемом новом отношении, свойстве или способе действия. Такая необходимость в выполнении поставленного задания может определяться как непосредственными практическими обстоятельствами выполнения действия, так и широкими общественными потребностями» [12, с. 31–32].

В свете этого возникают вопросы о том, можно ли достичь необходимого уровня индивидуальной мотивации при массовом обучении? Какими средствами этого достичь? Пока это возможно только  благодаря особому мастерству преподавателя, что не дает высокого уровня гарантий для преимущественно группового и фронтального вузовского обучения. Постановка этих вопросов обнаруживает серьезные ограничения на широкое применение модели проблемного обучения даже в вузе.

3. Учебная нагрузка, предложенная испытуемым группы 1, была рассчитана верно – группа на 84 % справилась с тестовым заданием и  большая часть группы усвоила умения (два или одно – из двух возможных). Для группы, работавшей по модели проблемного обучения, такая учебная нагрузка (10 понятий и 2 умения) оказалась слишком большой, и группа справилась с ней хуже, особенно в части умений. Это говорит о том, что проблемное обучение более трудоемко, и при его организации в вузе необходимо рассчитывать учебную нагрузку с поправкой – планировать усвоение меньшего (по отношению к традиционному обучению) количества единиц знаний и умений в единицу времени.

Расчет производительности традиционной и проблемной моделей обучения осуществлялся на основе индивидуальных данных как среднее по группам количество усвоенных знаний и умений в единицу времени. За единицу времени был принят академический час (ак. час), поэтому данные, зафиксированные в ходе эксперимента в минутах, были переведены в ак. час.

При этом учитывалось, что одно умение приравнивается к трем понятиям [13]. Всего испытуемым в тексте было предъявлено для усвоения 10 понятий и 2 умения, то есть 16 единиц.

Данные расчетов представлены в табл. 3 (как средние по группам значения). Значения tобщ. в таблице даны переведенными в ак. час.

Таблица 3

Сравнительные данные расчетов производительности  моделей

традиционного и проблемного обучения

 

 

 

tобщ.

(в ак. час.)

Кол-во усвоенных

единиц знаний

 и умений

Производительность

(пон./ак. час)

Группа 1

0,90

12,6 

14,0

Группа 2

0,93

7

7,5

 

Таким образом, производительность модели традиционного обучения оказалась в 1,9 раза выше, чем производительность модели проблемного обучения.

Из данных таблицы видно, что предложенные знания и умения были усвоены группами неравнозначно:

– группа 1 усвоила 12,6 единицы, что составляет 78,8 % от предъявленного объема знаний и умений;

– группа 2 усвоила 7 единиц, что составляет 43,8 % от предъявленного объема знаний и умений.

Этот результат получен на основе данных, измеренных непосредственно после обучающего воздействия, и требует подтверждения по показателю долговременности сохранения в памяти через повторное тестирование.

Возможность существования зависимостей между временем работы с текстом и количеством правильных ответов на вопросы теста проверялась с помощью коэффициента корреляции Спирмена. Расчеты не показали наличия зависимостей (p-level=0,65). Очевидно, при обучении более существенно не время, потраченное на «проработку» материала, а качество его «схватывания», что зависит во многом от индивидуальных особенностей обучающихся. Однако полученные в данном эксперименте средние по группам данные позволяют предполагать, что учебный материал лучше усваивается, если в обучении используются приемы заучивания и предъявления образца решения задач.

 

Анализ результатов пилотажного исследования производительности моделей традиционного и проблемного обучения позволяет сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Результаты, полученные в ходе эксперимента, дают основание утверждать, что производительность модели традиционного обучения в 1,9 раза выше, чем производительность модели проблемного обучения. Даже с учетом необходимости проверки результатов с изменением методики и учетом уровня адаптированности обучаемых можно предполагать, что на усвоение знаний и умений в проблемном варианте обучения будет затрачиваться больше времени. Причем в части самостоятельного поиска время будет трудно контролируемым, его сложно будет рассчитать из-за индивидуальных различий, что сделает затруднительным расчет количества учебных часов при планировании учебного процесса.

2. В группе, работавшей по модели проблемного обучения, не произошло усвоения умений (задачи были решены только одним человеком из 5, причем вторая задача – не полностью), и несколько хуже были усвоены знания – на 66 % (в группе 1 –  на 84 %).

Это позволяет говорить о следующем:

а) при организации проблемного обучения требуется учитывать неадаптированность обучаемых и включать этап предварительного обучения приемам и методам поисково-творческой деятельности;

б) при организации проблемного обучения пока невозможно обходиться без преподавателя, роль которого велика – создать высокий уровень мотивации и поддерживать в нужном направлении ход самостоятельного творческого поиска. Такая роль предполагает очень высокую степень педагогического мастерства, и тем самым обнаруживается существенное ограничение для применения (на сегодняшний день) проблемного обучения в массовом образовании.

3. Вышеизложенное требует подтверждения, поэтому для проверки выводов данного пилотажного эксперимента рекомендуется продолжить исследование сравнения производительности различных моделей обучения и провести эксперименты:

        по сравнению групп, адаптированных к традиционному и проблемному обучению;

        с теми же группами, но по измененной методике – с включением преподавателя;

        с теми же группами, но «перекрестно» (группе, работавшей традиционно, предложить проблемный вариант, и наоборот) – для исключения влияния индивидуальных различий на результат.

4. Группы, обучавшиеся по различным моделям, несмотря на отсутствие ограничений по времени, затратили на обучение в среднем одинаковое время, практически равное академическому часу (41–42 минуты). Это говорит о том, что учебная деятельность в рамках 1 ак. часа является психологически комфортной, что следует учитывать при построении учебного процесса в вузе.

5. При организации процесса обучения в вузе необходимо включать элементы проблемного обучения в некоторые формы учебной работы (курсовая работа, активный семинар). Однако необходимо учитывать его меньшую производительность при планировании и расчете доз учебного материала на единицу учебного времени.

6. Рекомендуется дополнить данное исследование сравнением производительности различных моделей обучения по показателю долговременности сохранения знаний и умений в памяти.

После проведения микроисследований по уточнению методики рекомендуется провести эксперимент по данной теме на больших выборках для получения более надежных результатов.

 

 
 
 
 
 
 
Литература

 

1.        Селевко Г.К. Современные образовательные технологии: Учеб. пособие. М., 1998. С. 34–38.

2.        Ахметова Д., Гурье Л. Преподаватель вуза и инновационные технологии // Высшее образование в России. 2001. № 4. С. 139–140.

3.        Чмыхова Е.В., Смирнова И.Э. К вопросу об оптимальной модели массового обучения в России // Труды СГУ. М., 2002. Вып. 44. С. 174–179.

4.        Микро-, макроэкономика: Практикум / Сост.: Н.З. Волчек, Ю.А. Огибин, М.А.. Скляр. Под общ. ред. Ю.А. Огибина. СПб. 1998.

5.        Михайлушкин А.И. Экономика: Практикум: Учеб. пособие / А.И. Михайлушкин, П.Д. Шимко. М., 2001.

6.        Емцов Р.Г., Лукин М.Ю. Микроэкономика: Учеб. М., 1997. 

7.        Нуреев Р.М. Основы экономической теории: Микроэкономика: Учеб. для вузов. М., 1996.

8.        Рябикина А.А., Быкова Т.В. Основы микроэкономики. Что такое спрос и предложение: Учеб. пособие. СПб., 1997.

9.        Волков С.Д., Корнейчук Б.В., Любарский А.Н. Экономика: Сб. задач. М.,  2002.

10.     Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе: Кн. для учителей. М., 1977.

11.     Смирнова И.Э., Чмыхова Е.В. Научный отчет по теме "Изучение производительности различных моделей обучения"/ Текущий архив НИИ ПО и СО СГУ. 2002. Т 7. 

12.     Матюшкин А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М., 1972.

13.     Богданов И.В. Поиск объективных единиц измерения объема знаний: приведенное понятие // Психология обучения: научные подходы: Материалы науч.-практ. конф. СГУ. М., 2001.