111226 (Автоматизированная система распределения мест и оценок качества олимпиадных заданий)

ГЛАВА 1. Постановка задачи.

§1. Введение.

Новая шкала ценностных приоритетов, отражающая государственную политику и отношение педагогической науки к образованию, является на сегодняшний день главным фактором, определяющим необходимость реформирования школьной системы образования и перехода к 12-летней школе. Ожидаемые в связи с этим преобразования носят достаточно существенный характер, поскольку предполагают «осуществление принципиально другой направленности образования, связанной не с подготовкой «обезличенных» квалифицированных кадров, а с общим, социально-нравственным и профессиональным развитием личности».

Радикальность предстоящих перемен, в процессе которых во главу угла предполагается поставить создание условий для максимально полной самореализации каждого учащегося и свободного развития его личности, делает весьма актуальным вопрос о порядке реформирования традиционной системы образования, базирующейся в основном на «знаниевой» парадигме. Совершенно очевидно, что режим «шоковой терапии» в данном случае абсолютно неуместен.

Единственно верным в создавшейся ситуации представляется путь последовательного и щадящего реформирования, предполагающий не безоглядную ломку сложившейся системы образования, а ее приспособление к решению новых задач с сохранением всего ценного, что она накопила. При таком подходе большую значимость приобретает проблема педагогического моделирования, результаты которого могут служить аргументированным основанием как для сохранения накопленного потенциала традиционной системы образования, так и для выбора форм и методов ее реформирования. Особый интерес в этой связи приобретают случаи, когда педагогическое моделирование ведется в количественном виде и сопровождается установлением функциональных и корреляционных соотношений, связывающих конечные педагогические показатели с параметрами образовательного процесса и исходными характеристиками учебно-воспитательного коллектива. Именно они способны обеспечить доказательность и оптимальность выбираемого пути реформирования педагогического процесса и его приспособления к решению изменившихся задач.

В настоящей работе приводятся результаты исследований, посвященных проблеме педагогического моделирования интеллектуального испытания школьников. В арсенале педагогических методов и средств интеллектуальному испытанию принадлежит одно из важнейших мест. В режиме интеллектуального испытания, например, проходит большинство способов контроля уровня знаний учащихся (опросы, контрольные и самостоятельные работы, экзамены, тесты). Интеллектуальное испытание лежит в основе мероприятий соревновательного характера олимпиад, викторин, конкурсов. Без интеллекту­ального испытания учащихся невозможно представить себе не только проблем­ное, но и традиционное обучение, поскольку сам процесс обучения, если го­ворить по большому счету, ведется в форме распределенного во времени ин­теллектуального испытания учащихся. При этом студенты, не выдерживающие этого испытания, просто отчисляются из вуза, а школьники переводятся на более щадящий режим обучения, например, в классы коррекции.

Очевиден и воспитательный аспект интеллектуального испытания, кото­рое можно рассматривать как определенную форму воздействия на испытуе­мого школьника. Тот факт, что режим этого воздействия задается непосред­ственно педагогом, превращает интеллектуальное испытание в инструмент формирования личности учащегося, его характера, способности к самоорга­низации и концентрации усилий на преодоление трудностей. С этой точки зрения, интеллектуальное испытание являет собой пример управляемого тре­нинга, подготовки школьника к будущей «взрослой» жизни, представляющей собой, как известно, бесконечную цепь весьма непростых испытаний.

Выбор олимпиады школьников в качестве предметной базы для отработки педагогической модели интеллектуального испытания обусловлен целым ря­дом обстоятельств. Здесь, в первую очередь, следует отметить простоту и про­зрачность олимпиады как педагогического мероприятия с четко определен­ным регламентом, в рамках которого многие педагогические проблемы при­обретают смысл, доступный для описания на языке количественных соотно­шений. Вторым обстоятельством, выделяющим олимпиаду в качестве опти­мального объекта педагогических исследований, является уникальность ан­самбля ее участников, представляющего простейшую педагогическую систе­му, образованную «механическим» соединением школьников. Данная систе­ма действительно уникальна. Она характеризуется заведомой аддитивностью своих свойств и соответствует наиболее простой (если не сказать самой примитивной) форме взаимоотношения личности и коллектива, выражающейся в элементарном сложении.

Простота олимпиады заключается еще и в небольшом разбросе ее участ­ников по уровням подготовки (все они в большинстве своем хорошо успева­ющие школьники). Это создает условия для использования линейных при­ближений, что значительно упрощает математическое описание. Моделиро­вание итогов олимпиады облегчается тем, что распределение участников по способностям известно априори. В силу многоэтапного характера олим­пиады оно соответствует распределению отобранного ансамбля, в котором основную массу испытуемых составляют именно «способные» учащиеся, поскольку малая доля «истинно талантливых» школьников определяется чис­то объективными причинами, а незначительное представительство в ансамб­ле «откровенно слабых» учащихся - их отсевом на предыдущих этапах.

Олимпиада школьников в дополнение ко всему является чрезвычайно удоб­ным объектом не только для теоретических, но и для экспериментальных пе­дагогических исследований. По отношению к проблеме интеллектуального испытания она является готовым экспериментальным полигоном. С одной стороны, циклический характер олимпиады и практически неизменный поря­док ее проведения обеспечивают благоприятные условия для долговременно­го констатирующего эксперимента по изучению параметров интеллектуаль­ного испытания, необходимых при формулировке исходных позиций модели­рования. С другой стороны, автономия отдельных этапов олимпиады предос­тавляет составителям заданий и организаторам олимпиад достаточно широ­кие возможности для формирующего этапа эксперимента, связанного с апро­бацией модели и внедрением модельных разработок в практику проведения олимпиад. Многоуровневая структура олимпиады в сочетании с иерархичес­кой взаимосвязью отдельных этапов обеспечивает при этом широкомасштаб­ный характер исследований как на пассивной, так и на активной стадиях экс­перимента. Она позволяет работать с большими статистическими ансамбля­ми, представляющими в то же самое время соединение весьма разнообраз­ных выборок учащихся. Это обеспечивает необходимую репрезентативность и достоверность получаемых экспериментальных результатов.

Непосредственную опытную базу настоящего исследования составили региональные физические олимпиады школьников, проходившие в Рязани в 2003 г., а также ведомости успеваемости студентов физико-математического факультета по разным предметам. Это дало возможность судить о гуманности преподавания на тех или иных кафедрах Рязанского педагогического университета им. С. А. Есенина. Кроме того, в настоящем исследовании были использованы материалы, взятые во время прохождения педагогической практики в средней школе №43 г. Рязани.

§2. Цель работы.

Работа полностью опирается на теоретические исследования Б. С. Кирьякова, и была призвана дополнить их. С самого начала передо мной ставилась задача превратить эти исследования, а также накопленную в них математическую базу, в нечто осязаемое, то есть попросту упростить тот процесс обработки экспериментальных результатов, который предлагает сам автор теории. Таким образом, целью данной работы можно считать разработку автоматизированной системы распределения мест и оценки уровня качества олимпиадных задач по физике. При выполнении работы, мною была разработана специальная программа, которая инкапсулирует в себе ту математическую теорию, которую разработал Б. С. Кирьяков. Совместно с ним была произведена проверка данной программы на примере городской олимпиады по физике в 11 классах. Кроме этого, в качестве эксперимента, через программу «прогнали» и ведомости студентов физмата по некоторым дисциплинам. При этом были получены очень интересные результаты, о которых речь пойдет ниже.

Вообще говоря, разработанная программа может оказаться полезной не только на олимпиадах. Она может помочь и на простых уроках, причем по любым предметам.

Математическая теория, лежащая в основе программы, оперирует достаточно простыми понятиями, и, в принципе, может быть понятна рядовому учителю. Однако необходимости в изучении азов нет, так как не каждому педагогу интересна начинка какого-либо сложного с первого взгляда объекта, а большую важность здесь имеет результат. Собственно говоря, программа и призвана для получения конкретного результата без акцентирования на деталях расчета, а если этот результат представлен визуально, то это дополнительный плюс всей системе.

Глава 2. Проблема распределения мест на олимпиаде и ее решение. Оценка уровня качества олимпиадных заданий.

§1. Теория распределения мест. Проблема дифференцированного подхода.

Проблема автоматизированного распределения мест на олимпиадах не нова. Существуют определенные системы распределения мест во многих странах мира (например, в США), и все они имеют ряд очевидных преимуществ по сравнению со стандартной схемой.

Первое (и самое главное) преимущество – отсутствие «человеческого фактора» при этой процедуре. Машине чужды эмоции, она бесстрастна, а что еще нужно для грамотной постановки вопроса. К тому же, в связи с широким, в последние 5 лет, распространением компьютерной техники в России, разработка таких систем является достаточно перспективной областью.

Второе преимущество – это так называемый «фактор времени». Всем известно, что любая школьная (городская, областная и т.д.) олимпиада – это дело долгое. Сначала участники выполняют задания, потом жюри оценивает их, а далее следует процесс сортировки работ по местам, причем, чем больше участников на олимпиаде, тем больше времени этот процесс занимает. В школе это время небольшое, но в масштабах области или страны это может занять очень много времени. Машина же выполняет этот процесс гораздо быстрее, и время на сортировку можно сократить на порядок, а то и два.

Скажем сразу – полностью автоматизированной системы для проведения олимпиад, их оценки, распределения мест нет, хотя проекты такие существуют. Машина пока может лишь работать с данными, которые в нее вводит человек. В будущем, возможно, будут созданы системы, которые сами будут проверять задания, оценивать их, распределять места и т.д., а человек будет лишь контролировать эту деятельность и пожинать ее плоды.

Вот к чему на данном этапе все стремятся, однако это не так просто как кажется. Поэтому мы остановились на обычной системе, работающей с протоколом, который вводится оператором. Исходя из данных, которые содержатся в этом протоколе, программа получает конечный результат и визуализирует его, но об этом ниже.

Теперь немного теории.

Распределение участников олимпиады по занимаемым местам происхо­дит на заключительной стадии олимпиады. Именно здесь определяются при­зеры, представляемые к награждению, и участники, допускаемые к выходу на следующий этап олимпиады. Отвечает за распределение мест обычно пред­седатель предметного жюри.

Фактическую базу, определяющую распределение мест, образуют итоги олимпиады, отражающие успехи школьников в решении олимпиадных задач. Обычно их представляют в виде (1):

x₁, x₂, x₃, …,x_i, …, x_n, (1)

где x_i = 0, 1, 2, …, m – баллы, набранные участником за задачу с номером i.

Распределение мест непосредственно проводят не по итогам решения от­дельных задач (1), а по некоторым показателям ή₁, ή₂, ή₃, ..., характеризу­ющим выполнение олимпиадного задания в целом:

(ή₁, ή₂, ή₃, ...)=║П║( x₁, x₂, x₃, …) (2)

где ║П║ − некоторые преобразования, переводящие описание итогов олимпиа­ды с языка переменных х₁,х₂,х₃,… (равных набранным баллам за отдельно взятые задачи), на язык показателей ή₁, ή₂, ή₃, ..., характеризующих выпол­нение всего олимпиадного задания.

Показатели ή₁, ή₂, ή₃, ..., определяющие распределение мест, удобно называть показателями приоритета. Одним из таких показателей, как изве­стно, является суммарный балл:

S=х₁+х₂+х₃ + ... + х_i+... + х_n (3)

В общем, порядок распределения участников соревнования по мес­там при множественном числе показателей приоритета определяется выбо­ром самих показателей ή₁, ή₂, ή₃, ..., их числом l и логикой приоритета, определяющей место участника олимпиады в соответствии с численными значениями показателей ή₁, ή₂, ή₃, ... . С формальной стороны использова­ние нескольких показателей при выстраивании какой-либо одномерной оче­редности объектов не создает больших сложностей. Для этого достаточно один показателей считать «главным», второй − «второстепенным», третий − «третьестепенным» и т.д. При распределении мест главный показатель ή₁ следует принимать во внимание в первую очередь, второстепенный ή₂ при равенстве главных, а третьестепенный ή₃ при одновременном равенстве главных и второстепенных показателей и т.д.

Подобное распределение очень часто используется в спорте. Примером того может служить распределение футбольных команд по итогам чемпионата, которое проводят по двум показателям − по числу набранных очков (главный показатель) и по разнице между забитыми и пропущенными мячами (второстепенный показатель).