Проектирование базы тестовых заданий по разделу физики «Основы термодинамики»

Рассмотрим стандартный тест по физике, который применяют учителя большинства общеобразовательных школ, а именно, проанализируем тестовые задания по разделу физики «Основы термодинамики». Задания даны в трех ва­риантах, и соответствуют требованиям ЕГЭ по физике. Тестовые задания раз­работаны в соответствии с учебниками по физике 10 кл.:

Б. Б. Буховцев, Г. Я. Мякишев;

В. А. Касьянов;

Л. И. Анциферов;

С. В. Громов.

В тесте предложено 20 тестовых заданий, из них:

на определение внутренней энергии - 10 % (2 вопроса);

на связь изопроцесса с работой или внутренней энергией - 20 % (4 во­проса);

на изопроцесс - 20 % (4 вопроса);

на тепловую машину и нахождение КПД тепловой машины - 20 % (4 вопроса);

на определение работы - 15 % (3 вопроса);

на явление переноса - 5 % (1 вопрос);

на явление конденсации - 5 % (1 вопрос);

на тепловое равновесие - 5 % (1 вопрос).

Составим по данному разделу курса физики тест, используя разработан­ный нами алгоритм конструирования тестовых заданий, ориентированных на оценку сформированности компетенций, предложенный в п. 1.4.

Определение целей применения теста: создать действительно систем­ные тестовые задания, обеспечивающие контроль не только усвоения элементарных дидактических единиц, но и выявляющие между ними связи, образующиеся в процессе обучения.

Для этого, как упоминалось ранее, необходимо выделить связи, суще­ствующие между понятиями.

Формулировка дидактических задач, которые стоят перед нами, приме­няя разработанный тест по разделу физики:

сформировать и проверить у школьников умения решать физические задачи;

проверить владение основными физическими терминами, законами и закономерностями, уверенное пользование физической терминологией и сим­воликой;

проверить умения применять полученные знания для объяснения усло­вий протекания физических явлений в природе;

сформировать собственную позицию по отношению к физической ин­формации;

проверить владение основными методами научного познания: умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физи­ческими величинами, объяснять полученные результаты.

Условия применения.

В тестирование приняли участие 69 школьников (учащиеся десятого клас­са, закончившие изучение раздела «термодинамики» школьного курса физики:

МБОУ «Приветненская СОШ», «Кондратьевская СОШ» Выборгского района
81

Ленинградской области; в МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 7» г. Выборга.

Отбор содержания тестовых заданий.

Выделим на первом этапе наиболее фундаментальные понятия данного раздела физики и определим их в вершины нашего графа, а ребрами данного графа будут служить взаимоотношения между данными понятиями. К поняти­ям, фундаментальность которых определил эксперт (преподаватель данного учебного предмета), можно отнести:

Термодинамика;

Энергия;

Состояния (равновесные и неравновесные);

Изопроцессы;

Работа, количество теплоты, внутренняя энергия;

Тепловые двигатели.

По мере построения графа-дерева появляется важность в дополнительных понятиях (такие как: макросистема, функции состояния и т.д.). Начинаем стро­ить граф-дерево от вершины (макросистема), граф имеет раздвоенный центр, состоящий из двух смежных вершин (молекулярная физика и термодинамика), нас больше всего интересует ее первая часть. В нашем графе-дереве появились непересекающиеся ярусы, вершины которых равноудалены от центра графа (см. приложение 7).

На втором этапе производим ранжирование понятий по весу (см. прило­жение 9): те понятия, из которых логически можно вывести остальные получа­ют наибольший вес. Фундаментальные понятия располагаем в соответствии с известными закономерностями предметной области. Получаем окончательный граф-дерево по данному разделу физики «Основы термодинамики». Соединим вершины графа ребрами, представляющие собой взаимосвязи: правило, отно­шение, закон, теорема, тождество (например, вид, законы термодинамики, яв­ление и т.д.). Ребру присваиваем тот вес, вершины каких ярусов оно соединяет (естественно, наибольший вес у тех, которые соединяют вершины верхних яру­сов).

Определим вес каждого из понятий (в скобках указано количество свя­зей), расположив вначале понятия, имеющие наибольший вес. Получаем сле­дующий остов дерева понятий.

Теплота, работа (8);

Внутренняя энергия (4);

Изопроцессы (4) - в школьном курсе уделяется наибольшее внимание;

Тепловые двигатели (4);

Термодинамика, закрытые системы (3);

Термодинамические параметры, равновесное состояние (2);

Функция состояния (1) - в школьном курсе изучается только одна функция состояния;

Неравновесное состояние, открытые системы, уравнение состояния (1).

Состояние, процессы, энергия, макросистема (0);

На следующем этапе для каждого ребра/вершины составим тестовые за­дания, проверяющие знание соответствующей взаимосвязи/понятия. Макси­мальное число тестовых заданий создадим для ребер (вершин) с наибольшим весом (см. приложение 7 и приложение 9).

Опираясь на приведенный выше анализ графа-дерева и материала, кото­рый изучают школьники из данного раздела, можно определить следующие ос­новные понятия для составления тестовых заданий в процентном соотношении:

на термодинамические процессы и их способы изменения, на 1 и 2 за­коны термодинамики - 35 %;

на изопроцессы отводить 25 % всех тестовых заданий;

на тепловые двигатели и КПД тепловых двигателей - 15 %;

на термодинамические параметры - 15 %;

на понятие цикла, состояния, равновесного состояния, процессы -

В разработанном тесте представлены:

5 вопросов на изопроцесс,

10 вопросов на способы изменения ТД величин (А, U, Q), на законы

ТД,

4 вопроса на ТД параметры и тепловые двигатели,

1 вопрос на определение ТД системы.

Определение вида тестовых заданий

В разработанном компетентностном тесте (см. приложение 11) формы за­даний представлены самые разнообразные (в отличие от классического теста, где предложен один вариант правильного ответа из предложенных четырех): это и на последовательность, и на соответствие, и несколько правильных вари­антов ответа, и без вариантов ответа - школьникам предлагается вписать само­стоятельно правильный вариант ответа. Все это способствует не «угадыванию» правильных ответов из предложенных вариантов, а выявлению истинных зна­ний школьников по данному разделу физики.

Проектирование базы тестовых заданий по разделу информатики и ИКТ «Основы информатики»

Составим системные тестовые задания по данному разделу курса инфор­матики используя разработанный нами алгоритм конструирования тестовых за­даний, ориентированных на оценку сформированности компетенций.

Определение целей применения компетентностных тестов: создать си­стемные тестовые задания по информатике и ИКТ на основе системного подхо­да и применения компетентностной парадигмы к проектированию базы тесто­вых заданий - подбор содержания тестовых заданий, отвечающих требованиям системности.

Дидактические задачи:

- проверить сформированность знаний о компьютерно-математических моделях, анализа соответствия модели и процесса; о способах хранения инфор­мации и простейшей обработки данных;

проверить владение компьютерными средствами представления и ана­лиза данных;

проверить овладение знаний основных алгоритмов поиска и сортиров­ки информации, а также алгоритмов обработки числовой и текстовой информа­ции;

проверить сформированность представлений об устройстве современ­ных компьютеров, о понятии «операционная система» и ее основных функциях.

Условия применения.

В тестировании приняли участие 94 школьника (учащиеся десятого класса, закончившие изучение раздела «Основы информатики» школьного курса ин­форматика и ИКТ): МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 7» г. Выборга и гимназия № 7 имени В.М. Воронцова г. Воронежа.

Отбор содержания тестовых заданий.

Прежде всего, проанализируем нормативные документы, определяющие квалификационные требования к школьникам по образовательной программе:

Стандарт основного общего образования по информатике и ИКТ [198,

199];

Рабочая программа для общеобразовательных учреждений по инфор­матике и ИКТ [168, 199];

Учебник для 10-11 классов «Информатика и информационные техно- лолгии» под ред. Н. Д. Угриновича [196].

Далее, выделяем объем теоретических и практических знаний, составля­ющих содержание данной учебной дисциплины и подлежащих усвоению обу­чающимися в установленные сроки с требуемым результатом. По стандарту - 80 % тестовых заданий должно носить практический характер, остальные 20 % - теоретический.

За дидактическую единицу возьмем разделы из учебника. Строим логиче­скую структуру базы тестовых заданий, отражающую состав и последователь­ность изложения разделов, подразделов и тем учебной дисциплины. При по­строении такой структуры руководствуемся структурой рабочей программы и структурой учебника, утвержденного в качестве основного Учебно­методическим объединением.

На следующем этапе анализируем содержание каждой темы, входящей в раздел и выделяем в ней компоненты знаний, наиболее значимые для выявле­ния и оценки в процессе тестирования. При решении вопроса о значимости того или иного компонента знаний, можно руководствоваться, в частности, степе­нью его необходимости для: 1) изучения и усвоения данной дисциплины;

изучения и усвоения последующих дисциплин; 3) формирования личностных (например, профессионально необходимых) качеств обучающегося. Таким об­разом, выделяем наиболее фундаментальные понятия и определяем их в вер­шины графа (информация, компьютер, кодирование (декодирование), файл, устройства (аппаратная реализация компьютера), программное обеспечение, алгебра высказывания).

По мере построения графа-дерева по информатике появляется потреб­ность во введении дополнительных понятий, значимость которых была недо­оценена по тем или иным причинам на первом этапе (например, система счис­ления, техника, логика, человек). Строим граф от вершины (техника компь­ютер), далее идет разветвление на несколько смежных вершин (информация, программа, устройства и т.д.). Таким образом получаем граф-дерево по инфор­матике и ИКТ за первое полугодие 10 класса (см. приложение 12).

Анализируя полученный граф и обязательный минимум содержания по информатике и ИКТ, утвержденный приказом Министерства образования Рос­сии от 30.06.99 г. № 56, определяем состав и структуру базы тестовых заданий, состоящую из 25 вопросов, из них:

На представление информации, информационные процессы - 16 %;

На передачу информации. Алгебру высказываний - 20 %;

На компьютер как универсальное устройство обработки информации -

24 %;

На основные устройства информационно - компьютерной технологии (ИКТ) - 24 %;

На тексты и таблицы - 16 %.

Аналогично с предложенным алгоритмом составления базы тестовых за­даний на основе процентного соотношения основных фундаментальных поня­тий и основных правил составления тестовых заданий разработаем базу тесто­вых заданий по информатике и ИКТ (см. приложение 13).

Определение вида тестовых заданий.

В разработанном системном тесте по информатике и ИКТ, в отличие от системного теста по «Термодинамике» (раздела физики) использовалась только одна форма тестовых заданий - закрытая (один правильный вариант из пред­ложенных 4).

Одновременно следует отметить, что число вопросов, ответы на которые возможно будет дать путем угадывания, будет зависеть от количества времени, которое будет отведено на прохождение тестирования. Необходимо помнить, чем меньше по объему тест, тем больше будет количество угаданных вопросов.

Из этого можно сделать вывод, что для времени, отведенного на тест, должен быть установлен оптимальный период: при небольшом количестве вре­мени вырастает вероятность угадывания, при большом - повышается вероят­ность подсказок, либо других нарушений дисциплинарного характера.

Способ разрешения проблемы угадывания предлагает А. С. Остин и А. Н. Майоров. Первый и, вероятно, самый эффективный метод, который лежит в рамках фундаментального требования к тестам - поставить всех испытуемых в равные условия - заключается в борьбе с угадыванием методом угадывания [142, c. 204].

W

Существует формула коррекции угадывания: Xcorr = X---------- , где Xcorr -

(n-1)

показатель, скорректированный на угадывание; X - количество правильных от­ветов, W -количество неправильных ответов, n - количество вариантов выбора в заданиях. Имеем однородный тест с равным количеством альтернатив во всех заданиях. В отличие от первого теста, составленного по разделу физики «Тер­модинамика», в котором стремились использовать разнообразные формы зада­ний, в том числе и задания открытого типа, в которых угадывание невозможно, в тесте по информатике и ИКТ каждое тестовое задание содержит 4 варианта выбора (один из которых правильный). Поэтому для такого теста рассчитаем показатель, скорректированный на угадывание:

Х corr ср = 19,3404 (см. приложение 15).

Данный показатель стремится к максимальному значению (составляет 25), а чем больше Х corr ср (например, увеличение количества ответов в зада­ниях), тем ниже вероятность угадывания с увеличением числа альтернатив. То есть вероятность случайного угадывания правильных ответов в разработанном компетентностном тесте минимальна и составляет 23 %.

Таким образом, на основе алгоритма конструирования тестовых заданий, разработанных выше, анализа существующих тестов, которые проводят препо­даватели, спроектировали базы тестовых заданий по физике и информатике и ИКТ.

Воспользуемся таксономией Б. Блума для анализа разработанных нами двух видов тестовых заданий. Для сравнения тестовых заданий на основе так­сономии Б. Блума, разработанных по обычной методике и по предлагаемой нами, распределим тестовые задания по категориям учебных целей в когнитив­ной области. В итоге, получаем таблицу данных и гистограмму, где указан про­цент тестовых заданий по основным категориям таксономии, как системных,

так и классических тестов.

Таблица 2 - Процент тестовых заДаний по таксономии Б. Блума

Категории учебных целей в ко­гнитивной области

Информатика

физика

СисТЗ

КТЗ

СисТЗ

КТЗ

Знание

28%

28%

10%

5%

Понимание

20%

23%

40%

40%

Применение

20%

30%

15%

45%

Анализ

20%

13%

20%

5%

Синтез

12%

6%

15%

5%

Оценка

0%

0%

0%

0%

ПРОЦЕНТ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТАКСОНОМИИ Б.БЛУМА

ПРОЦЕНТ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

■ физика КТЗ ■ физика СисТЗ ■ информатика КТЗ ■ информатика СисТЗ

Рисунок 14 - Гистограмма процента тестовых заДаний по таксономии

Б. Блума

Как видим из таблицы 2 и гистограммы (см. рисунок 14), доля компетенций, выявляемых компетентностным тестом, существенно выше, чем доля компетенций, выявляемых классическими. Можно утверждать, что тестовые задания, разработанные на основе нашего алгоритма конструирования тестовых заданий (в основе которого лежит системный подход: подбор содержания тестовых заданий отвечает требованиям системности знаний) отвечают компетентностному подходу и дают школьнику систему знаний, соответствующую современным Российским и международным требованиям. Важнейшим условием формирования ключевых компетенций школьника в образовательном процессе является глубоко продуманный отбор содержания обучения для тестовых заданий и приведение знаний ученика в систему.

Таким образом, на основе алгоритма конструирования тестов по предме­там общеобразовательной школы спроектировали две базы тестовых заданий (по физике и информатике и ИКТ).