«Что дают предметные знания для умения применять их в новом контексте?»

Институт развития образования

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему:

Студентка группы №701:

Вальдман Алена Игоревна

Научный руководитель:

Кандидат психологических наук, доцент

Тюменева Юлия Алексеевна

Москва, 2014 г.

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Проблема переноса школьных знаний во вне-академический контекст 6

1.2. Понятие переноса знаний: история вопроса 10

1.3. Подход с точки зрения математического моделирования 21

Глава 2. Теоретические обоснования для сопоставления результатов исследований TIMSS и PISA 24

2.2. Потенциал и ограничения инструментариев исследований TIMSS и PISA 32

2.3. Использование результатов исследований TIMSS и PISA в изучении вопроса переноса знаний 38

Глава 3. Эмпирическое исследование переноса школьных знаний во вне-академический контекст на российских данных TIMSS-2011 и PISA-2012 41

3.2. Анализ и интерпретация результатов в России в TIMSS и PISA 45

Выводы 54

Заключение 56

Список литературы 57

Приложения 63

Введение

На сегодняшний день проблема несоответствия образовательных результатов, формируемых школой, реальным жизненным требованиям, с которыми дети встречаются каждый день, является ключевой и одной из самых обсуждаемых на различных как российских, так и международных мероприятиях. Действительно, одни и те же жизненные проблемы и задачи никогда не появляются в одном и том же виде и всегда сопровождаются разным контекстом. Поэтому основная цель школьного образования должна сводиться к обучению способности переносить знания и процедуры, выученные в школе, в любую другую область.

Понятие переноса знаний, а также частоты и контекста, в котором он появляется, являлись предметом изучения как теоретических, так и эмпирических исследований на протяжении последних 100 лет. Итогом данного внимания стали сотни статей, книг и трудов, посвященных разным аспектам данного явления. Однако несмотря на столь пристальное внимание к данному аспекту, однозначных результатов относительно механизма, условий, а также методов, способствующих переносу знаний, получено не было [Fong, Krantz, & Nisbett, 1986; Gentner, Loewenstein & Thompson, 2003; Sutton, 2003; Engle, 2006; Dixon, 2012]. Еще меньшее внимание в предыдущих работах было уделено изучению уровня сформированности предметных знаний и возможности их переноса в неакадемический контекст [Тюменева & Вальдман, 2014; Grønmo & Olsen, 2006].

Недостаточная изученность вышеупомянутого аспекта, а также очевидная его актуальность стали толчком для написания данной работы.

В соответствии с этим исследовательский вопрос диссертационной работы состоит в следующем: «Какова роль предметных знаний и умений в способности применять их в новом контексте?»

Существуют различные сравнительные международные исследования по оценке качества образования. Настоящая работа основана на двух из них – TIMSS и PISA. Упомянутые выше исследования построены с использованием общего предметного содержания математики и проверяют ряд общих когнитивных процессов, однако существенно отличаются целью и формой представления заданий. Если исследование PISA направлено на оценку знаний и умений молодежи 15-летнего возраста, необходимых для полноценного функционирования в обществе [OECD, 2013], то цель TIMSS – оценить подготовку по математике и естествознанию учащихся 4-ых классов начальной школы и учащихся 8-ых классов в странах с различными системами образования [Mullis et al, 2012].

Таким образом, в рамках работы результаты исследования TIMSS будут выступать в качестве показателя, характеризующего владение предметным материалом¹, PISA - применение предметного знания во вне-академическом контексте².

Целью исследования является оценка связи степени сформированности предметных знаний и умений с их переносом во вне-академический контекст.

На основе поставленной цели был сформулирован ряд задач:

1. 
   Дать современное видение школьной математики в реальной жизни;
   
2. 
   Проанализировать существующую литературу по вопросу переноса знаний;
   
3. 
   Сопоставить особенности международных исследований TIMSS и PISA: цели, задачи, выборка, структура контекстной информации и содержательная сторона задач;
   
4. 
   Выявить потенциал и ограничения данных сравнительных исследований;
   
5. 
   Провести общий анализ национальной выборки России;
   
6. 
   Изучить связь результатов данных международных исследований;
   
7. 
   Показать, как степень сформированности предметных знаний и умений связана с их переносом в неакадемический контекст.
   

Предмет исследования – связь между достижениями учащихся по математике, измеряемыми в международных исследованиях TIMSS и PISA.

До настоящего времени не существовало возможности сопоставить результаты исследований PISA и TIMSS по причине разных требований к дизайну и выборке исследования. В 2012 году в рамках исследования PISA были дополнительно протестированы те школьники, которые принимали участие в TIMSS-2011. В соответствии с этим, в первой части работы представлен анализ понятия «перенос знаний», во второй - теоретические предпосылки сопоставления результатов исследований TIMSS и PISA. Третья часть посвящена анализу связи достижений учащихся в рамках двух международных сравнительных исследований. В заключении работы предоставлены основные выводы по работе и дальнейший план исследования.
Глава 1. Проблема переноса школьных знаний во вне - академический контекст

1. 
   Современное видение школьной математики в реальной жизни
   

Быстрая модернизация и глобализация создает и требует новые трудности как отдельно для каждого человека, так и для общества в целом. Гибкость населения к новым условиям, быстрые технологические изменения как на рабочем месте, так и в быту, мгновенная доступность огромного количества информации, - это лишь некоторые из факторов, связанные с новыми потребностями настоящего времени [Leberman, McDonald & Doyle, 2006]. Люди конкурируют за рабочие места не только в пределах своей страны, но и на международном уровне. На сегодняшний день соревнование между странами заключается в соревновании качества человеческого капитала [Beyond PISA 2015: A Longer – strategy of PISA, https://www.oecd.org/pisa].

Как уже было отмечено ранее, одна из составляющих компетенций – это знания и навыки. Без понимания человеком основных принципов работы, без владения элементарными знаниями о каком-либо явлении, он не способен ориентироваться в ситуации, а значит, и продемонстрировать свои ключевые компетенции. Однако какую роль играют его знания и умения в данных компетенциях, вопрос остается открытым. На протяжении 11-12 лет в образовательных организациях учащихся учат ряду предметов, требуют запоминания формул, различных правил, заставляют решать задачи, но лишь малая часть из всего багажа школьных знаний пригождается учащимся в будущем.

Еще в конце 1970-х годов наблюдалась повышенная обеспокоенность работодателей уровнем образования выпускников школ, а также неспособностью взрослых людей использовать математические знания, полученные в школе, в рамках повседневной жизни. Сторонники включения повседневной математики в школьную программу утверждали, что она является своего рода «мостом» между абстрактной математикой и местом человека в обществе [Broomes, 1989].

Наглядный пример, иллюстрирующий неспособность учащихся осуществлять перенос знаний, был приведен в работе A. Schoenfeld (1987). В рамках третьей национальной оценки образовательного процесса Соединенных Штатов (3^rd National Assessment of Educational Progress) учащиеся спрашивались о необходимом числе автобусов для перевозки 1128 солдат, при условии, что каждый автобус может вместить 36 солдат. Самым популярным ответом был 31 целых 12 в остатке. Несмотря на то, что описываемая проблема была обнаружена 25 лет назад, она не потеряла вою актуальность и сегодня.

Z. Williamson и J. Schell (2010) в своей работе показывает ситуацию с переносом знаний в современной школе, когда измученный учащийся на последней парте в классе задает следующий вопрос: «Какой смысл всего этого?» Вопрос учащегося вполне осмысленный и справедливый. Очевидно, школьник интересуется, как ему эта информация пригодится, когда он выйдет за пределы класса (в действительности, преподаватель задумывается над этим вопросом не реже своих учеников).

Обобщив представленное выше, необходимо отметить, что образование должно производить лучших учащихся, лучшую рабочую силу и лучших членов общества. Для этого школьники должны научиться использовать то, что они выучили в образовательной организации с целью ориентира в будущих ситуациях, с которыми они никогда раньше не встречались [Williamson & Schell, 2010].

2. 
   Понятие переноса знаний: история вопроса
   

Рассуждение о степени связи имеющегося опыта со способностью решать определенные задачи сводится к анализу такого понятия, как «перенос знаний» («перенос знаний» и «трансфер знаний» далее в работе будут употребляться в качестве синонимов). Несмотря на очевидную важность данного понятия, достаточно большое количество времени оно не рассматривался исследователями в образовательной и психологической литературе. Это можно объяснить, во-первых, тем, что зачастую перенос знаний рассматривалось как аналог тренинга, а не обучения (следует отметить узкость и ограниченность суждения) [Lehman., Lempert, & Nisbett, 1988]. Во-вторых, изучение переноса знаний происходило в рамках экспериментальных исследований (например, парных ассоциаций и серийных обучающих задач) [Brown, Kane, & Long, 1989; VanderStoep & Shaughnessy, 1997].

• 
  «Перенос поведения или правил поведения с одного поступка на другой» (Woodworth & Scholberg, 1954, p.734).
  
• 
  «Способность распространить то, что ты изучил в одном контексте, на другой незнакомый контекст» (Bransford, Brown, & Cocking, 1999, p.39).
  
• 
  Эффективное применение в работе знаний и навыков, полученных в ходе тренинга – как на рабочем месте, так и вне его [Broad and Newstrom, 1992, p.6).].
  
• 
  Настоящий перенос знаний происходит, когда люди привносят то, что они выучили в одном контексте в совершенно непохожий первоначальному контекст [Fogarty et al., 1992, p.].
  
• 
  Перенос знаний - фундаментальное понятие образования. Предполагается: чтобы человек не изучил, он узнает это или вспомнит через некоторый промежуток времени и использует корректно [Ripple & Drinkwater, 1982, p. 1947].
  

Рис.2. Механизм трансфера знаний (воспроизведено по M. Sutton, 2003)

1. 
   Неспецифический трансфер;
   
2. 
   Прикладной трансфер;
   
3. 
   Контекстный трансфер;
   
4. 
   Ближний трансфер;
   
5. 
   Далекий трансфер;
   
6. 
   Творческий трансфер.
   

• 
  
  • 
    область знания
    
  • 
    физический контекст
    
  • 
    временной контекст
    
  • 
    функциональный контекст
    
  • 
    модальность
    
  • 
    модальность
    
  • 
    Умения
    
  • 
    Факты
    
  • 
    Принципы
    
  
  

Контекст также представлен несколькими размерностями, в которых располагаются характеристики ситуации обучения и задача, проверяющая выполнение переноса: 1) область знания (знание было изучено в предмете истории, а проверяется перенос в область географии); 2) физический контекст (обучение происходило в классе, а проверяется перенос в магазине или дома); 3) временной контекст (величина времени между предыдущим обучением и трансфером знаний); 4) функциональный контекст (цель формирования навыка/знания) и 5) модальность (напр., визуальная или письменная речь). Таким образом, эти размерности задают пространство, где могут разместиться исследования переноса [Тюменева & Вальдман, 2014].

R. Gagne (1965) в своей работе разграничил понятия вертикального (vertical) и горизонтального (lateral) трансфера. Под вертикальным переносом знания, понимал ситуацию, когда уже имеющееся знание непосредственно приносит пользу при получении знания более высокого порядка. Например, ученик, освоивший такой раздел геометрии как планиметрия, быстрее освоит более сложный раздел – стереометрию, чем тот ученик, который имеет проблемы с первым разделом. Горизонтальный перенос осуществляется тогда, когда уровень сложности ситуации не меняется, а меняется только ее контекст. Например, знание темы алгебры «Доли и дроби» помогает при делении яблока поровну между детьми [Gagne,1965].

Разделение переноса знаний на специфический (specific) и неспецифический (nonspecific) основывается на том, что при специфическом переносе существует очевидность в стимулах между имеющемся и переносимым знанием. J. Royer (1978) в своей работе наглядно показывает данный вид переноса знаний через эксперимент парных ассоциаций. Перенос осуществлялся быстрее, когда стимульный материал повторялся. Неспецифический перенос знаний, напротив, отрицает схожесть стимульных материалов или условий. J. Royer (1978) также предложил интересное разделение переноса знаний на буквальное и фигуральное. Под буквальным имея в виду перенос нетронутых и конкретных знаний (вертикальный и специфический перенос рассматривались в данном ключе); фигуральный перенос подразумевает использование некоторых имеющихся знаний как средство для обдумывания и изучения конкретной проблемы. Другими словами, под данным переносом знаний автор понимает использование метафор и сравнений («Человек как компьютер»). Однако в связи с тем, то данная классификация не получила в литературе широкое распространение, не будем останавливаться на этом подробно.

Настоящая работа посвящена так называемому далекому трансферу (far transfer), который в отличие от близкого (near transfer), предполагает перенос знаний (умений) в другую непохожую ситуацию [Calais, 2006; Barnett & Ceci, 2002]. Одновременно с этим, если говорить в рамках таксономии S. Ceci, описанной выше, то нас интересует перенос знаний в иной функциональный контекст и временной.

1. 
   Теория идентичных элементов (The Theory of Identical Elements). Теория была предложена Торондайком и Вудвортом в 1901 году. Под идентичными элементами они понимали общие характеристики заданий или примеров. Очевидно, что чем больше данных характеристик, тем лучше происходит трансфер. Однако необходимо отметить, что если распознание человеком идентичных элементов не произойдет, то, соответственно, и переноса знаний не будет. W. Kintsch (1970) в своей работе критиковал теорию идентичных элементов, ссылаясь на то, что она описывает лишь условия переноса знаний, но не берет во внимание психологические процессы человека, участвующие в переносе знаний. Одновременно с этим, теория теряет смысл при отсутствии у ситуаций общих элементов (например, академические и повседневные задачи).
   
2. 
   Стимульная генерализация и теория переноса знаний (Stimulus Generalization and Transfer Theory). В рамках данной теории знания и навыки, полученные человеком, в первой ситуации могут быть применены в похожей ситуации. Сложность теории состоит в определении одного класса проблем, к которым можно применить определенные навыки или знания.
   

1. 
   Когнитивная теория переноса знаний, основанная на статистическом концепте структуры знаний (A Cognitive Theory of Transfer Based on a Relatively Static Concept of Knowledge Structure). Теория исходит из того, что человеческая память представляет собой структурированную область хранения, в которой на систематической основе хранится и извлекается информация. Число связей в данной структуре непостоянно и зависит от числа взаимодействий между единицами структуры. Одно из важных фундаментальных положений данной теории состоит в том, что понимание - необходимое, но не достаточное условие осуществления переноса знаний. Понимание ведет к структурному объединению поступающей лингвистической информации с соответствующими уже существующими структурными знаниями. После чего происходит обучающий процесс: информация добавляется в имеющиеся структурные знания, содержащие связанную информацию. Только после этого этапа идет вызывание информации (recall). Поиск в структурных знаниях происходит до тех пор, пока необходимая информация не будет обнаружена.
   

Существенный недостаток теории – невозможность работать с фигуральным переносом знаний при спонтанно активировании ранее изученной информации.

2. 
   Теория схем (A Schema Theory of Transfer)
   

Схема представляет собой структуру со множеством, так называемых, ячеек, которые заполняются по мере поступления информации. До тех пор, пока входящая информация совпадает с информацией, содержащейся в одной из ячеек, обучающий процесс проходит плавно и легко. Если встречается информация, противоречащая информации в существующих ячейках или не совпадающая ни с одной из ячеек, то процесс обучения становится затруднительным.

Исследования показывают, что не всегда учащийся может применить изученную информацию в другой ситуации. Проблема заключается в неспособности человеком спонтанно вспомнить именно ту информацию, которая необходима в данной момент времени, а преподаватель, владеющий подсказкой, не всегда находится рядом. Несмотря на большое внимание, уделяемое данному вопросу, мнения исследователей о результатах расходятся. Так ряд исследователей показали, что упоминание факта, что задания связаны между собой, способствует лучшему переносу знаний у детей [Brown, Kan, & Long, 1989; Perfetto, Bransford, & Franks, 1983]. Одновременно с этим, G. Fong, D. Krantz и R. Nisbett (1986) эмпирически показали, что подсказка о том, чем надо пользоваться при решении задачи, не связана с результатом решения.

С целью добиться наилучших результатов и максимального переноса знаний у учащихся преподаватели используют различные практики на уроке, различные модели поведения. Вопрос о том, какая из существующих практик подачи материала наиболее эффективна и способствует лучшему пониманию, усвоению материала, а также возможности дальнейшего переноса знаний, вызывает спор не только у исследователей, но и педагогов, и работников образовательной сферы [Fong, Krantz, & Nisbett , 1986; Gentner, Loewenstein & Thompson, 2003; Engle, 2006; Dixon, 2012 ].

Исследователи D. Gentner, J. Loewenstein и L. Thompson (2003) в своей работе пришли к выводу, что для понимания общего принципа необходимо использовать метод сравнения примеров и заданий. Так учащиеся, которые сравнивали задания одновременно, а не учили их по очереди, лучше понимали заложенный принцип и, следовательно, переносили знания лучше. Такой метод, как «одновременная подача материала с примерами», был выделен G. Fong, D. Krantz и R. Nisbett (1986), что дает комплексное представление об изучаемом явлении. R. Dixon (2012) в свою очередь указал на то, что обучать учащихся необходимо сразу на реальных жизненных ситуациях, тогда у них не будут возникать проблемы с переносом знаний. R.Engle (2006) показал, что не столько примеры или подача материала играет роль, сколько непосредственное взаимодействие с преподавателем. Другими словами, чем больше учащийся ведет диалог с учителем, отвечает на его вопросы, тем лучше он понимает предмет обучения.

Несмотря на достаточную большую популярность понятия «перенос знаний», к настоящему времени существует ограниченное число исследований, в рамках которых рассматривается роль знаний, полученных в рамках какой-то образовательной программы (другими словами, предмета), в другой непохожей ситуации [Lehman, Lempert & Nisbett, 1988; VanderStoep & Shaughnessy, 1997; Fong, Krantz, & Nisbett, 1986].

D. Lehman, R. Lempert и R. Nisbett (1988) в своей работе изучали эффект от прохождения студентами курса по медицине, психологии, химии и юриспруденции. Объектом изучения выступали студенты первого и третьего года обучения в университете. Перенос знаний осуществлялся на задания, требующие статистического, методологического, вербального и условного рассуждения. Авторы показали, что студенты – психологи продемонстрировали улучшение по всем видам заданий теста; медики – по всем, кроме вербального; юристы – только вербальное и условное; химики – ничего. Очевидно, что такие дисциплины, как психология, медицина, химия и юриспруденция имеют разную наполняемость и учат разным видам рассуждения. Некоторые виды рассуждения могут встретиться в одном курсе множество раз, в другом - меньше, в третьем – отсутствовать. Таким образом, в тех курсах, в которых присутствовало обучение определенному виду рассуждения, наблюдалось заметное улучшение достижений учащихся [Lehman, Lempert & Nisbett, 1988].

S. VanderStoep и J. Shaughnessy (1997) в своем исследовании рассматривали улучшение навыков рассуждения о событиях из реальной жизни у студентов, прошедших курс лекций по методам исследования. Авторы обнаружили, что курс по методам исследования действительно дает эффект для рассуждения, что нельзя сказать о курсе по психологии развития. G. Fong, D. Krantz и R. Nisbett (1986) провели ряд экспериментов для изучения как эффекта короткого тренинга, так и прохождение полного курса по статистике на способность решать различные задачи из незнакомого контекста.

Очевидна схожесть вышеописанных исследований и их ограничений. Прежде всего, эти предлагаемые исследователями примеры схожи с заданиями, которые участники решали в рамках курса, что в реальной жизни практически не встречается. Каждая жизненная ситуация уникальна и сопровождается разным контекстом. Другое, не менее важное ограничение состоит в том, что уровень освоения того или иного курса никак не фиксировался. Невозможно понять, насколько хорошо изучаемый материал был понят и усвоен участниками исследований, что препятствует однозначной интерпретации результатов.

Особую популярность математическое моделирование получило в последние несколько десятилетий, но, тем не менее, его значение в школьной программе далеко от желаемого. Основная причина состоит в том, что математическое моделирование представляет трудности как для учащихся (задания являются сложными и носят непривычный вид), так и для преподавателей (применить определенную практику и построить урок таким образом, чтобы учащиеся научились рассуждать и решать задания на математическое моделирование).

Жизненная проблема, с которой сталкиваются учащиеся, является достаточно сложным процессом и ее невозможно представить как сумму ее составных частей. В решении некоторой проблемы участвует множество когнитивных компонентов, таких как пропозициональная информация (propositional information), концепции, правила и принципы (знания предметной области). Значительное место уделяется структурным знаниям (structural knowledge) (информационным сетям, семантическому отображению и др.), навыкам применения и мета когнитивным навыкам [Jonassen & Tessmer, 1996].

Основу математического моделирования представляют предыдущие знания. Учащиеся стараются выбирать из всего массива знаний именно те, которые необходимы в данный момент времени при решении определенной задачи. При отсутствии предыдущих знаний и опыта математическое моделирование теряет свою основу, и, следовательно, учащийся начинает испытывать трудности в решении [Janassen, 1997].

Процесс, лежащий в основе математического моделирования, может быть описан циклом моделирования («modelling circle»), предложенным W. Blum (2009) (рис.5). Круговорот представлен семью этапами. Цикл начинается и заканчивается реальной жизненной ситуацией. Другими словами, чтобы ни происходило внутри цикла моделирования, интерпретация результатов должна происходить на том языке, на котором была представлена первоначальная ситуация (на языке повседневной жизни). Особое внимание необходимо обратить на этап математизации - переход от реальной к математической модели. Именно данный процесс представляет собой трансфер знаний. Другими словами, схематизация может иметь место быть и вне трансфера знаний: расположить объекты на схеме с указанием взаимоотношений между ними можно и без переноса ранее полученных знаний. Однако понимание того, что можно применить из курса математики в конкретной ситуации говорит непосредственно о переносе знаний (учащийся начинает работать с различными математическими терминами).

1. 
   Понимание
   
2. 
   Упрощение
   
3. 
   Математизация
   
4. 
   Вычисление
   
5. 
   Интерпретация
   
6. 
   Валидизация
   
7. 
   Демонстрация