В процессе интеграции физики и дисциплин

Опытно-экспериментальное исследование по проверке эффективности концептуальных идей, модели, и методики формирования технологической компетентности у будущих инженеров позволило определить систему критериев оценки достижений учащихся, включающую в себя:

- когнитивный критерий – позволяет оценить систему профессионально-значимых знаний;

- операционно-практический критерий – позволяет оценить совокупность профессионально значимых умений и навыков;

- личностный критерий – включает в себя мотивационно-ценностный и рефлексивный компонент технологической компетентности; позволяет оценить: профессионально значимые установки, направленность, ценностные ориентации, мотивы; способность специалиста адекватно оценивать содержание и результаты инженерной деятельности, намечать пути и средства ее коррекции, дальнейшего развития и самосовершенствования субъекта.

Диагностика достижений студентов в процессе интеграции физики и дисциплин профессиональной подготовки будущих инженеров проводилась в несколько этапов с 2008 года:

I. Пропедевтическое пилотажное исследование:

1. Пилотажные исследования по апробации и уточнению сформулированных экспериментальных гипотез, исследование содержания инженерно-технологической подготовки студентов в процессе изучения дисциплины «Физика», дисциплин гуманитарного, математического, естественнонаучного и профессионального циклов.

2. Пилотажное исследование оптимальности и возможности применения выбранных методов и методик опытно-экспериментальной работы, а также апробация и адаптация специально разработанных обучающих и диагностических средств, подбор методов статистической обработки и интерпретации результатов.

3. Определение состава и границ экспериментальной выборки, времени и места проведения основного экспериментального исследования.

II. Основное экспериментальное исследование:

1. Проведение констатирующего этапа экспериментального исследования, направленного на выявление доэкспериментального уровня общекультурных, проектных, инновационно-исследовательских, организационно-управленческих, расчетно-конструкторских, монтажно-наладочных и сервисно-эксплуатационных компетентностей в контрольных и экспериментальных группах студентов 1 курса.

2. Реализация этапа экспериментальной работы, направленного на формирование вышеперечисленных компетентностей и входящих в их состав компетенций у студентов в процессе изучения содержания дисциплины «Физика» интегрированного с содержанием дисциплин гуманитарного, математического, естественнонаучного и профессионального циклов. Реализация данного этапа так же предполагает применение интегративного подхода к обучению студентов на технологическом и организационно-педагогическом уровнях.

3. Проведение сбора данных, подтверждающих поставленные гипотезы и комплексной диагностической оценки уровня сформированности компонентов технологической компетентности у студентов 1-5 курсов в ходе опытно-экспериментальной работы.

4. Реализация экспертной оценки эффективности нашей экспериментальной работы по выделенным факторам с последующей статистической обработкой полученных результатов.

Экспериментальное исследование проводилось на базе ФГБОУ ПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия», ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

В качестве экспертов в нашем исследовании были задействованы преподаватели гуманитарных, естественнонаучных, математических и профессиональных дисциплин. Конкретнее, преподаватели кафедр «Физика», «Математика», «Информационные технологии», «Технология конструкционных материалов и ремонт машин», «Механика», «Оборудование лесного комплекса и технический сервис», «Энергетика и автоматизация производственных процессов», «Философия, история и социология», «Инженерной педагогики, психологии и права» и др.

Общее число экспертов-преподавателей составило 38 человек.

Для оценки эффективности процесса обучения, направленного на формирование технологической компетентности будущих инженеров на основе интегративного подхода, нами были сформированы экспериментальные (ЭГ) и контрольные (КГ) группы из студентов 1-5 курсов.

Обучение в контрольной группе осуществлялось «традиционным» способом, в экспериментальной группе – 1) с применением содержания обучения основанного на интеграции содержания гуманитарных, естественнонаучных, математических и профессионально-технических знаний; 2) на основе интеграции методических подходов, технологий, дидактических приемов, создании учебных средств (на электронных, бумажных носителях), которые обеспечивают формирование у студентов технологической компетентности; 3) на основе интеграции методологических подходов, содержание и оптимальность применения которых была нами обоснована в п. 1.3; 4) на основе поставленных целей и задач экспериментального исследования.

На основе проведенной диагностики доэкспериментального состояния обученности и обучаемости студентов, можно утверждать, что экспериментальная и контрольная группы находились на примерно одинаковом уровне по когнитивному, деятельностному, мотивационно-ценностному и рефлексивному показателям. Таким образом, доэкспериментальный уровень сформированности компонентов технологической компетентности так же был одинаков.

Общее число студентов участвовавших в эксперименте составило 130 человек. Число студентов, выбранных случайным образом, экспериментальных групп, результаты которых представлены для анализа, составляет 34 человека. Численный состав контрольной группы так же составил 34 человека.

Анализ результатов опытно - экспериментальной работы по формированию технологической компетентности будущих инженеров на основе интегративного подхода к обучению позволяет определить эффективность этого процесса.

Эффективность формирования технологической компетентности будущих инженеров на основе интегративного подхода оценивалась нами методом экспертной оценки. Обработка результатов исследования осуществлялась на основе статистической оценки согласованности мнений экспертов с помощью коэффициента конкордации и с учетом его значимости по критерию χ² [1, 2].

Метод экспертных оценок подразумевает организацию работы со специалистами-экспертами, обработку мнений экспертов по оценке того или иного явления. При реализации данного метода, мнения экспертов могут быть выражены как в количественной, так и в качественной форме.

Экспертная оценка по степени выраженности компонентов технологической компетентности осуществлялась нами ниже описанным способом.

Опросная карточка № 1 содержит последовательность факторов, по которым оценивались возможность формирования комплекса компетентностей и компетенций входящих в структуру технологической компетентности.

Таблица 1 - Опросная карточка № 1

Обработка данных экспериментальных исследований сводилась к обработке матрицы (таблица 2). Основными элементами матрицы являются: m – число экспертов; n – объекты, обладающие в разной степени одним и тем же качеством Х. Перед экспертами ставилась задача – объективно проранжировать объекты по качеству (присвоить место). Первому по значимости качеству, присвоить 1 место, второму по значимости – второе место и т.д.

В ситуации, когда нескольким объектам присваиваются одинаковые места, необходимо приписать одинаковый ранг тем объектам, чье ранжирование друг относительно друга неясно. Ранг в этом случае равен среднему арифметическому значению мест, поделенных этими объектами.

Таблица 2 - Матрица сводных данных экспертной оценки

Эксперт	Ранжирование объектов	Совпавшие ранги (T )
			…	n
А	x	x	x	…	x
Б	x	x	x	…	x
В	x	x	x	…	x
m
Суммарные ранги S				…
d
d 2

Результаты ранжирования факторов обрабатывались в следующем порядке:

1.Для каждого из факторов определялась сумма рангов .

2. Находились величины совпавших рангов и их сумма .

В нашем случае .

Величины совпавших рангов находили по формуле .

При совпадении двух рангов имеем .

При совпадении трех рангов .

3. Определяли среднее значение суммарных рангов, равное .

Среднее значение суммарных рангов составило: .

4. Вычислялись отклонения суммы рангов от средней суммы с учетом знаков по формуле .

Значения отклонений составили: ,

,

,

,

,

,

,

.

5. Определялись квадраты отклонений .

6. Вычисляли сумму квадратов отклонений по формуле

.

Ее значение составило .

7. Величина примет свое максимальное значение:

Только в том случае, если все эксперты дадут одинаковые ранжирования, что мало вероятно.

В результате .

8. Так как в результате ранжирования имеются совпавшие ранги, коэффициент конкордации, учитывающий согласованность экспертов, определяется по формуле:

.

Так как коэффициент конкордации по своему значению отличен от нуля и близок к единице, можно утверждать, что между экспертами имеется неслучайная согласованность во мнениях.

Выясним значение коэффициента конкордации при помощи критерия , подтвердив тем самым достоверность и объективность результатов суммарной ранжировки.

С учетом наличия совпавших рангов величина определяется соотношением:

Величина распределена по этому закону с числом степеней свободы . Для нашего случая число степеней свободы .

При данном числе степеней свободы и вероятностью не ниже 95% табличное значение .

Таким образом, так как , можно с 95 % вероятностью утверждать, что имеется согласие во мнениях экспертов о качестве предлагаемого экспериментального обучения направленного на формирование технологической компетентности.

На основе анализа оценки различных критериев качества формирования технологической компетентности у студентов инженерных специальностей можно сделать следующий вывод: по мнению экспертов предлагаемый нами интегративный подход к профессиональному обучению будущих инженеров предполагает формирование, в первую очередь расчетно-конструкторской компетентности.. На втором месте – монтажно-наладочная компетентность, третьем месте – проектная компетентность, четвертом месте – сервисно-эксплуатационная компетентность, пятом месте – инновационно-исследовательская компетентность, шестом месте – общекультурная компетентность, седьмом месте – организационно-управленческая компетентность. Все эксперты отметили, что экспериментальные переменные не могут не влиять на качество и эффективность учебного процесса, поэтому данный фактор занимает последнее место.

Для визуализации результатов эксперимента вычислим значения:

и построим гистограмму факторов по следующим значениям:

;

;

;

;

;

;

;

.

Рисунок 1 - Гистограмма значений факторов опросной карточки № 1

Опросная карточка № 2 содержит последовательность факторов, по которым оценивались направленность содержания и организации процесса обучения, направленного на формирование технологической компетентности будущих инженеров.

Таблица 3 - Опросная карточка № 2

Результаты ранжирования факторов обрабатывались в следующем порядке:

1.Для каждого из факторов определялась сумма рангов .

2. Находились величины совпавших рангов и их сумма .

В нашем случае

Величины совпавших рангов находили по формуле .

При совпадении двух рангов имеем .

При совпадении трех рангов .

3. Определяли среднее значение суммарных рангов, равное .

Среднее значение суммарных рангов составило: .

4. Вычислялись отклонения суммы рангов от средней суммы с учетом знаков по формуле .

Значения отклонений составили:

,

,

,

,

,

.

5. Определялись квадраты отклонений .

6. Вычисляли сумму квадратов отклонений по формуле

.

Ее значение составило .

7. Величина примет свое максимальное значение:

Только в том случае, если все эксперты дадут одинаковые ранжирования, что мало вероятно.

В результате .

8. Так как в результате ранжирования имеются совпавшие ранги, коэффициент конкордации, учитывающий согласованность экспертов, определяется по формуле:

.

Так как коэффициент конкордации по своему значению отличен от нуля и близок к единице, можно утверждать, что между экспертами имеется неслучайная согласованность во мнениях.

Выясним значение коэффициента конкордации при помощи критерия , подтвердив тем самым достоверность и объективность результатов суммарной ранжировки.

С учетом наличия совпавших рангов величина определяется соотношением:

Величина распределена по этому закону с числом степеней свободы . Для нашего случая число степеней свободы .

При данном числе степеней свободы и вероятностью не ниже 95% табличное значение .

Таким образом, так как , можно с 95 % вероятностью утверждать, что имеется согласие во мнениях экспертов о качестве предлагаемого экспериментального обучения направленного на формирование технологической компетентности.

На основе анализа данных по оценке критериев качества обучения второй группы можно сделать вывод, что первое место эксперты отводят возможности формирования когнитивного компонента технологической компетентности. На втором месте, с незначительным отрывом – формирование деятельностного компонента. Третье место – формирование мотивационно-ценностных и нравственных качеств личности, четвертое место – существенное сокращение временных интервалов формирования профессионально-технологических действий за счет повышения эффективности педагогического процесса, пятое место – формирование рефлексивного компонента.

Единогласно эксперты отметили, что применяемая форма реализации процесса обучения студентов не может не оказывать положительного влияния.

Для визуализации результатов эксперимента вычислим значения:

и построим гистограмму факторов по следующим значениям:

;

;

;

;

;

.

Рисунок 2 - Гистограмма значений факторов опросной карточки № 2

Диагностика сформированности у будущих инженеров компонентов технологической компетентности (когнитивного, деятельностного, мотивационно-ценностного, рефлексивного) на основе критериев когнитивного, операционно-практического и личностного осуществлялась методом экспертной оценки и ранговой корреляции по Спирману . С этой целью нами было предложено экспертным группам (преподавателям и студентам выпускных курсов) оценить сформированность компонентов технологической компетентности у обучаемых по основным показателям, включенным в опросные карточки. Уровень сформированности каждого показателя оценивался по десятибалльной шкале. Затем выводилось среднее значение показателя для группы экспертов и группы студентов.

Таблица 4 - Оценка сформированности технологической компетентности по когнитивному критерию (Опросная карточка № 3)

Алгоритм расчета коэффициента ранговой корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности когнитивного компонента оценки экспертов и самооценки студентов:

1. В сопоставлении участвовали две переменные: А – оценка экспертов, B – самооценка студентов.

2. Проранжировали значения переменной А, начисляя ранг 1 наименьшему значению, в соответствии с правилами ранжирования.

3. Проранжировали значения переменной B, в соответствии с теми же правилами.

4. Подсчитали разности между рангами А и B по каждой строке таблицы (третий столбец таблицы).

5.Воззвели значение разности между рангами А и B в квадрат: .

6. Вычислили сумму квадратов разностей между рангами: .

7. При наличии одинаковых рангов были рассчитаны поправки:

, - объем каждой группы одинаковых рангов в ранговом ряду А;

, - объем каждой группы одинаковых рангов в ранговом ряду В.

Имеем: ,

.

8. Рассчитали коэффициент ранговой корреляции по формуле:

, - число показателей, участвовавших в ранжировании.

Полученное эмпирическое значение коэффициента ранговой корреляции сравним с критическим значением для данного . Если , превышает или по крайней мере равен ему, корреляция достоверно отличается от нуля.

Связь достоверна, если при , и тем более достоверна если при .

В нашем случае: при , а так же при .

Таким образом, между оценкой преподавателей и самооценкой студентов когнитивного компонента технологической компетентности существует тесная корреляционная связь.

Таблица 5 - Данные и промежуточные результаты расчета для рангового коэффициента корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности технологической компетентности по когнитивному ккритерию оценки экспертов и самооценки студентов

Показатель	Переменная А: оценка экспертов	Переменная B: самооценка студентов	d (ранг А-ранг B)	D
Средние значение показателя	Ранг	Средние значение показателя	Ранг
	7,1		8,2		-4
	7,2		7,7
	7,9		8,3	6,5	3,5	12,25
	7,3		8,3	6,5	-3,5	12,25
	7,6		8,4		-3
	7,7	7,5	7,9	2,5
	7,5		8,4		-4
	7,4		7,9	2,5	1,5	2,25
	8,1	13,5	8,8	13,5
	7,7	7,5	8,0		3,5	12,25
	7,8		8,5	11,5	-2,5	6,25
	8,0	11,5	8,8	13,5	-2
	8,1	13,5	8,5	11,5
	8,0	11,5	8,4		2,5	6,25
						126,5

Таблица 6 - Оценка сформированности технологической компетентности по операционно-практическому критерию (Опросная карточка № 4)

Алгоритм расчета коэффициента ранговой корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности операционно-практического компонента оценки экспертов и самооценки студентов производился выше описанным способом:

1. В сопоставлении участвовали две переменные: А – оценка экспертов, B – самооценка студентов.

2. Проранжировали значения переменной А, начисляя ранг 1 наименьшему значению, в соответствии с правилами ранжирования.

3. Проранжировали значения переменной B, в соответствии с теми же правилами.

4. Подсчитали разности между рангами А и B по каждой строке таблицы (третий столбец таблицы).

5.Воззвели значение разности между рангами А и B в квадрат: .

6. Вычислили сумму квадратов разностей между рангами: .

7. При наличии одинаковых рангов были рассчитаны поправки:

, - объем каждой группы одинаковых рангов в ранговом ряду А;

, - объем каждой группы одинаковых рангов в ранговом ряду В.

Имеем: ,

.

8. Рассчитали коэффициент ранговой корреляции по формуле:

, - число показателей, участвовавших в ранжировании.

Сравним полученное эмпирическое значение коэффициента ранговой корреляции с критическим значением для данного . Имеем следующий результат: превышает , так как при , а так же при .

Таким образом, между оценкой преподавателей и самооценкой студентов операционно-практического компонента технологической компетентности существует тесная корреляционная связь.

Таблица 7 - Данные и промежуточные результаты расчета для рангового коэффициента корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности технологической компетентности по операционно-практическому критерию оценки экспертов и самооценки студентов

Показатель	Переменная А: оценка экспертов	Переменная B: самооценка студентов	d (ранг А-ранг B)	D
Средние значение показателя	Ранг	Средние значение показателя	Ранг
	7,4	8,5	7,7		2,5	6,25
	7,2	6,5	7,4		3,5	12,35
	7,2	6,5	7,6		1,5	2,25
	7,8		8,1
	7,6		7,9	8,5	1,5	2,25
	7,1	4,5	7,4		1,5	2,25
	6,8		7,1
	6,9		7,4		-1
	8,6		8,9
	8,1		8,5
	7,0		7,9	8,5	-5,5	30,25
	7,1	4,5	7,8		-2,5	6,25
	7,9		8,7		-1
	7,4	8,5	8,3		-2,5	6,25
						72,1

Таблица 8 - Оценка сформированности технологической компетентности по личностному критерию (Опросная карточка № 5)

Алгоритм расчета коэффициента ранговой корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности личностного компонента оценки экспертов и самооценки студентов так же производился выше описанным способом.

Значения искомых величин составили:

;

; .

В результате, коэффициент ранговой корреляции :

Критическое значение коэффициента ранговой корреляции для при составляет , при . Так как в обоих случаях , можно утверждать, что между оценкой преподавателей и самооценкой студентов личностного компонента технологической компетентности существует тесная корреляционная связь.

Таблица 9 - Данные и промежуточные результаты расчета для рангового коэффициента корреляции Спирмена при сопоставлении показателей уровня сформированности технологической компетентности по личностному критерию оценки экспертов и самооценки студентов

Показатель	Переменная А: оценка экспертов	Переменная B: самооценка студентов	d (ранг А-ранг B)	D
Средние значение показателя	Ранг	Средние значение показателя	Ранг
	8,0		8,9	3,5	0,5	0,25
	6,9		7,4
	8,1	4,5	9,0		0,5	0,25
	8,1	4,5	8,9	3,5
	8,3		9,1
	8,4		9,8
	7,3		8,3
						1,5

Сформированность мотивации профессиональной деятельности в нашем исследовании позволила выяснить методика К. Замфира (в модификации Реана).

Результаты корреляционного анализа подтвердили гипотезу о том, что характер педагогического воздействия на студентов в экспериментальных группах способствует формированию всех компонентов технологической компетентности.

Рассмотрим динамику развития когнитивного, операционно-практического и личностного компонента технологической компетентности у студентов инженерно-технологических специальностей.

На начальном этапе обучения (1 курс) у всех студентов выявлены базовые знания и умения, необходимые для овладения ими инженерной профессией. Студенты имели представление о будущей инженерной деятельности, но знание о связях между естественнонаучными, математическими, социально-экономическими и профессиональными дисциплинами было поверхностным. Понятийный аппарат и технологические умения ограничены курсом средней школы. Мотивация студентов носила внешний характер. Студенты затруднялись дать оценку сформированности своих учебно-профессиональных знаний и умений.

В результате экспериментального обучения знания студентов пополнялись и систематизировались. Организация обучения в экспериментальных группах способствовала повышению интереса к профессиональным дисциплинам и успешному их изучению.

Общие результаты опытно-экспериментальной работы (динамика развития когнитивного, операционно-практического и личностного критериев; сравнительный анализ показателей для контрольной и экспериментальной групп) приведены в таблице.

Таблица 10 - Общие результаты опытно экспериментальной работы (в %)

Наглядно динамика формирования технологической компетентности по когнитивному, оперционно-практическому и личностному критерию для экспериментальной и контрольной групп представлена на диаграмме (рисунок 3).

Рисунок 3 - Результаты опытно-экспериментальной работы

(результаты выражены в % от общего числа студентов)

Анализ результатов исследования показывает, что если на первом курсе сформированность когнитивному критерию находилась на низком (38,2 %) и среднем (50 %) уровне, только 11,8 % - на высоком. То к выпускным курсам наметилась тенденция увеличения числа студентов достигших высокого уровня сформированности когнитивному критерию, а следовательно, уровня усвоенности профессионально-значимых знаний. В процентном соотношении распределение составило: низкий уровень – 14,7 %, средний уровень – 64,7 %, высокий уровень – 20,6 %.

Для операционно-практического компонента динамика имеет аналогичный характер. Для творческого уровня прогресс составил с 3 % до 20,6 %, для алгоритмического с 35,3 % до 61,8 %. Репродуктивный уровень уменьшился с 61,7 % до 17,6 %.

Для личностного компонента динамика имеет вид: увеличение творческого уровня с 5,8 % до 29,4 %, увеличение алгоритмического уровня с 41,2 % до 61,8 %, уменьшение репродуктивного уровня с 53 % до 8,8 %.

На основании анализа результатов по всем критериям, динамику развития технологической компетентности будущих инженеров можно считать положительной.