§ 3. Критериально-ориентированные тесты для диагностики сформированности естественнонаучного мышления

В рамках критериальной диагностики разработаны тесты для ди­агностики естественнонаучного мышления (Г.А. Берулава, 1992). Тесты естественнонаучного мышления для учащихся 7 (ТЕМ-7) и 8 класса (ТЕМ-8) включают в себя систему заданий, являющихся мо­делью когнитивной организации предметной области естествозна­ния. Каждый тест содержит родовые задачи, каждой из которых соответствует некоторый класс индивидуальных задач.

В тесты включены лишь задачи качественного характера. В есте­ственнонаучных предметах процент задач, решаемых по жесткому алгоритму, очень незначителен. Это связано с тем, что взаимодей­ствие объектов, лежащих в основе любой естественнонаучной зада­чи, в значительной степени определяется условиями взаимодейст­вия и индивидуальными свойствами объектов взаимодействия, в от­личие, например, от математики, где данные факторы не имеют значения.

При определении содержательной валидности тест должен ори­ентироваться на внешние социально обусловленные и педагогически адаптированные требования. Однако сам теоретический критерий валидности должен быть психологическим. При этом существенно, что он должен быть различным для дифференцированных моделей обучения, реализуемых в рамках школ различных типов.

Разработанные тесты являются нормативными для учащихся школ с углубленным изучением естественнонаучных предметов. Все задания носят качественный характер. При этом сюжетная форма заданий, без наличия в их условиях каких-либо абстрактных симво­лов и знаков, не позволяет ассоциировать их с какой-либо абст­рактной теорией.

Каждый тест для диагностики сформированности у уча­щихся естественнонаучного мышления содержит 30 задач, в основе которых лежит 5 естественнонаучных законов, яв­ляющихся для усвоения учебного материала в 7 и 8 классах основополагающими. Каждому закону соответствуют шесть задач, три из которых составлены на материале физики, в рамках которого изучались данные законы, и три — на межпредметном ма­териале (биологии и физики в 7 классе, биологии, физики и химии — в 8). Каждый тест содержит два субтеста, один из которых диагно­стирует сформированность дифференциально-синтетической стадии естественнонаучного мышления, а второй — синтетической. Приводим примеры заданий из дифференциально-синтетического субтеста теста естественнонаучного мышления для 7 класса (ТЕМ-7).

Задание. Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой?

а) вода будет испаряться с поверхности горящего керосина; б) вода будет смешиваться с керосином вследствие явления диффузии; в) плотность воды больше плотности керосина, поэтому вода будет опускаться вниз, а керосин будет всплывать наверх и не закроет доступ воздуха, необходимого для горения керосина.

Варианты ответов для задания субтеста (их по три в каждой за­даче) позволяют диагностировать преимущественный способ мыш­ления учащегося: эмпирически-бытовой (ему в данном задании со­ответствует 1-й вариант ответа), эмпирически-научный (ему соот­ветствует 2-й вариант ответа) или дифференциально-синтетический (3-й вариант ответа), который характеризует уже теоретический тип мышления.

Аналогичную структуру имеют задания синтетического субтеста.

Задание. Почему кит, оказавшись на мели, погибает?

а) сила трения, имеющаяся на твердой почве, мешает ему доб­раться до воды; б) кит задыхается от воздуха; в) вследствие закона Архимеда вес кита оказывается незначительным; на суше выталки­вающая сила отсутствует, и кит погибает под действием собствен­ного веса.

В основе решения данной задачи лежит закон Архимеда, в то же время "она построена на нехарактерном для курса физики биологиче­ском материале. Эмпирически-бытовому способу мышления в данном случае соответствует 2-й вариант ответа, эмпирически-научному — 1-й вариант, теоретическому (дифференциально-синтетическому) способу мышления соответствует 3-й вариант ответа.

При разработке структуры теста естественнонаучного мышления для 8 класса (ТЕМ-8) был использован тот же принцип построения, но законы, лежащие в его основе, являются уже репрезентативны­ми для естественнонаучного познания учащихся 8 класса.

Задания дифференциально-синтетического субтеста ТЕМ-8 имеют структуру, аналогичную заданиям дифференциально-синтетического субтеста ТЕМ-7.Задание. Почему притертую стеклянную пробку легко вынуть из флакона, если потереть его горлышко сухой тряпкой или бумагой?

а) при натирании горлышка бутылки совершается механическая работа, благодаря чему увеличивается внутренняя энергия горлыш­ка, оно нагревается и расширяется; б) из-за колебаний горлышка бутылки пробка расшатывается, и ее легче вынуть из бутылки; в) в результате силы трения горлышко расшатывается, и поэтому проб­ку легче вынуть из бутылки.

Вариант ответа «б» при этом соответствует эмпирически-бытовому способу мышления, «в» — эмпирически-научному. Пер­вый вариант ответа характеризует теоретический способ мышления (в данном случае его дифференциально-синтетическую стадию). В основе решения предложенной задачи лежит закон сохранения энергии. В рамках дифференциально-синтетического субтеста ему соответствуют две задачи, построенные на характерном для курса физики материале. В синтетическом субтесте данный закон приме­няется в условиях, адекватных материалу, используемому в курсах биологии и химии.

Задание. Почему пораженные током живые организмы погибают?

а) потому что ток убивает клетки живых организмов; б) при про­хождении тока по клеткам живого организма электрическая энергия превращается во внутреннюю энергию, вследствие чего нагревается плазма клеток; в) потому что при прохождении тока в клетках жи­вых организмов происходят необратимые химические реакции.

С использованием предметного материала курса химии закон со­хранения и превращения энергии реализован, например, в задаче следующего содержания.

Задание. Почему выделяется теплота при взаимодействии цинка с разбавленной серной кислотой?

а) потому что у серной кислоты повышена температура, и она сжигает все вещества; б) в процессе химической реакции с серной кислотой уменьшается внутренняя энергия системы, вследствие че­го выделяется теплота; в) выделение теплоты в процессе указанной реакции происходит в- результате взаимодействия электрических за­рядов цинка и серной кислоты.

Структура теста позволяет оценить сформированность процесса теоретического обобщения, понимаемого как восхождение от абст­рактного к конкретному. Это обеспечивается тем, что каждому ес­тественнонаучному закону соответствует серия задач одинаковой объективной сложности, в которых варьируются лишь конкретные условия применения закона.

Сложность заданий определялась по объективным критериям экспертным путем и с помощью алгоритмического метода, при этом учитывалось то, что жесткая статистическая оценка трудности за­дач для критериальных исследований неприемлема.

Тесты прошли формальную проверку на надежность и валид-ность. Ретестовая надежность определялась повторным тестирова­нием через 3,5 месяца (существенно, что данный интервал прихо­дится на летние каникулы учащихся). Коэффициент ранговой кор­реляции для ТЕМ-7 равнялся для дифференциально-синтетического теста 0,93, для синтетического — 0,92. Для ТЕМ-8 эти значения соответственно для дифференциально-синтетического субтеста — 0,89, для синтетического субтеста — 0,91. Значимость на уровне 0,01.

Был использован и такой метод выявления надежности теста, как определение его гомогенности. С этой целью каждый субтест был разделен на три части (по 5 заданий в каждой). Надежность оцени­валась посредством вычисления интеркорреляций выделенных час­тей с применением формулы Кьюдера—Ричардсона. При этом ко­эффициенты корреляции располагались в пределах от 0,95 до 0,98.

Валидность тестов определялась сравнением успешности выпол­нения их заданий со школьными оценками за самостоятельные ра­боты по решению естественнонаучных задач. При этом для опреде­ления валидности дифференциально-синтетического субтеста ис­пользовались оценки за решение физических задач. Валидность синтетического субтеста оценивалась по результатам выполнения задач межпредметного характера. Коэффициенты корреляций для ТЕМ-7 распределялись следующим образом: для дифференциально-синтетического — 0,72; для синтетического — 0,70; для ТЕМ-8 — 0,74; для дифференциально-синтетического — 0,74; для синтети­ческого — 0,69. Значимость на уровне 0,99.

Корреляция ТЕМ-7 с субтестом «Обобщение» из теста ШТУР соста­вила 0,69 для дифференциально-синтетического субтеста и 0,67 — для синтетического.

Для ТЕМ-8 эти значения распределялись следующим образом: для дифференциально-синтетического — 0,68; для синтетического — 0,65 (по отношению к тесту ШТУР).

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что разрабо­танные тесты удовлетворяют необходимым статистическим критериям.

Диагностика сформированности естественнонаучного мышления с помощью разработанных тестов создает возможность не только опре­делить тип естественнонаучного мышления (эмпирический или теоре­тический), но и стадию их сформированности. В рамках эмпирического типа — это эмпирически-бытовая и эмпирически-научная стадии.

Каждому естественнонаучному закону соответствует серия зада­ний одинакового уровня сложности, в которых варьируют лишь конкретные условия применения закона.Разработанный тест является групповым. Время для решения всего теста — 40—50 минут (1 урок). Тест предъявляется всем учащимся класса одновременно, при этом сидящие рядом ученики делают разные субтесты. Каждое верно выполненное задание оценива­ется одним баллом.

Качественная обработка результатов позволяет также сделать вывод, какие типы связей (законов) вызывают затруднение у уча­щихся, и произвести в этом направлении целенаправленную кор­рекцию.

Проверка тестов, диагностирующих некоторые специальные виды мышления учащихся (математическое и естественнонаучное), пока­зала, что они обладают высокой практической эффективностью. В этой главе описаны два варианта разработки методик критериально-ориентированного тестирования. В том и другом варианте диагно­стирование ставило своей целью выявить, насколько умственное развитие учащихся приближается к тем требованиям, которые предъявляются учебными программами. В диагностировании естест­веннонаучного мышления тестовые задания позволяли дифференци­ровать разные стадии развития этого вида мышления.