Элементы теории измерений

Экспериментальные исследования играют существенную роль во всех науках. В педагогике, эксперимент зачастую является единственным способом подтверждения справедливости гипотезы и результатов теоретического исследования.

Эксперимент – общий эмпирический метод исследования, суть которого заключается в том, что явления и процессы изучаются в строго контролируемых и управляемых условиях. Основной принцип любого эксперимента – изменение только одного фактора при неизменности и контролируемости всех остальных факторов.

При планировании и подведении результатов эксперимента существенную роль играют статистические методы, которые дают, в том числе, возможность устанавливать степень достоверности сходства и различия исследуемых объектов на основании результатов измерений их показателей.

С одной стороны, большинство исследователей четко представляют, что использование статистических методов необходимо (хотя бы потому, что это является общепринятым требованием в науке), с другой стороны, статистические методы в педагогике либо не используются вообще, либо часто используются некорректно.

Целью эксперимента, в том числе в исследованиях по педагогическим наукам, является эмпирическое подтверждение или опровержение гипотезы исследования и (или) справедливости теоретических результатов.

Рассмотрим следующую модель педагогического эксперимента. Пусть имеется некоторый педагогический объект, изменение состояния которого исследуется в ходе эксперимента. В качестве объекта может выступать отдельный индивид, группа, коллектив и др., например, множество учащихся, обучаемых по новой методике, предлагаемой в исследовании. Состояние объекта измеряется теми или иными показателями (характеристиками) по критериям, отражающим его существенные характеристики. Примерами критериев являются: успеваемость, уровень знаний; примерами характеристик – время выполнения заданий, число сделанных детьми ошибок, число правильно выполненных упражнений и т.д.

Эксперимент заключается в целенаправленном воздействии на объект, призванном изменить его определенным образом. Воздействие – его состав, структура, свойства и т.д. – и есть результат теоретического (теоретической части) исследования. Примерами воздействия являются новые содержание и формы, методы, средства обучения, тренировочного процесса и т.д.

Нужно обосновать, что изменения произошли именно в результате произведенного воздействия. Таким образом, для того, чтобы выделить в явном виде результат целенаправленного воздействия на исследуемый объект, необходимо взять аналогичный объект и посмотреть, что происходит с ним в отсутствии воздействия.

Традиционно эти два объекта в экспериментальных исследованиях называют соответственно экспериментальной группой и контрольной группой.

Рис.1. Структура педагогического эксперимента в общем виде

Алгоритм:

1. На основании сравнения I установить совпадение начальных состояний экспериментальной и контрольной группы;

2. Реализовать воздействие на экспериментальную группу;

3. В результате сравнения III различий начального и конечного состояний (динамики) определить изменения в экспериментальной группе;

4. Аналогично, измерение IV, определить происходят ли изменения с контрольной группой;

5. На основании сравнения II установить различие конечных состояний экспериментальной и контрольной группы.

Таким образом, роль статистических методов заключается в том, чтобы корректно и достоверно обосновать совпадение или различие состояний контрольной и экспериментальной группы.

Информация, имеющаяся о начальных и конечных состояниях экспериментальной и контрольной групп, определяется проведенными измерениями.

Измерением называется приписывание числа рассматриваемому признаку или явлению в соответствии с определенными правилами.

Измерение – процесс определения какой-либо мерой величины чего-либо.

Величина – то (предмет, явление и т.д.), что можно измерить, исчислить (С.И. Ожегов).

Любое измерение производится в той или иной шкале, и выбранная шкала определяет тип получающихся данных и множество операций, которые можно с этими данными осуществлять.

Существуют 4 способа измерения, которые называются шкалами.

Шкала – это множество возможных значений оценок по критериям – числовая система, в которой отношения между различными свойствами изучаемых явлений, процессов переведены в свойства того или иного множества, как правило – множества чисел.

Можно выделить дискретные шкалы (например, школьная оценка в баллах - выражается натуральными или целыми числами).

Непрерывные шкалы (например, время, затрачиваемое учащимися на выполнение задания, в минутах – выражается действительными числами).

I шкала – номинативная (или шкала наименований) – это способ распределение объектов по классам. Фактически не связана с понятием «величина» и используется только с целью отличить один объект от другого.

Примеры:

а) распределение детей в семье по классам «старший», «средний», «младший», «единственный в семье»

б) распределение детей в группе по полу (девочка, мальчик);

в) фамилии учеников;

г) номера автомобилей, телефонов и т.п.

Рис. 2. Классификация шкал измерений

II шкала – порядковая (или ранговая) –это способ распределения объектов в классы по степени выраженности качества или свойства. В этой шкале мы не знаем расстояний между классами, а знаем только их последовательность. Шкалы порядка широко используются в педагогике, психологии и других науках. В частности, повсеместно распространенная шкала школьных отметок в баллах (пятибалльная, двенадцатибалльная и т.д.) может быть отнесена к шкале порядка.

Частным случаем порядковой шкалы является дихотомическая шкала, в которой имеются всего две упорядоченные градации – например, «справился с заданием», «не справился с заданием».

Примеры:

а) распределение спортсменов по местам, занятым в соревновании (1-е, 2-е,…и т.д.);

б) шкала землетрясений Рихтера.

III шкала – интервальная –это способ распределения объектов в классы по принципу больше (меньше) на определенное число единиц. В такой шкале есть точка отсчета (нулевая точка) и единица измерения, но нуль условен и не означает полного отсутствия свойства. При таком способе измерения каждое возможное значение отстоит от другого на одно и то же число единиц. Применяется достаточно редко.

Примеры:

а) измерение календарного времени (начало отсчета - от даты рождения Христа);

б) шкала температур по Цельсию (за ноль была принята точка замерзания воды, за 100 градусов – точка ее кипения и соответственно, интервал температур между замерзанием и кипением воды поделен на 100 равных частей) или Фаренгейту

IV шкала – отношений –это способ классификации объектов пропорционально степени выраженности измеряемого свойства. В такой шкале тоже есть точка отсчета и единица измерения, но в отличие от шкалы интервалов нулевая точка означает полное отсутствие свойства. Самая мощная шкала. Она позволяет оценивать, во сколько раз один измеряемый объект больше (меньше) другого объекта, принимаемого за эталон, единицу. Шкалами отношений измеряются почти все физические величины – время, линейные размеры, площади, объемы.

Примеры:

а) измерение температуры по Кельвину с абсолютным нулем температур;

б) измерение роста в сантиметрах, веса в граммах и т.д.;

в) время выполнения того или иного задания (в секундах, минутах, часах и т.п.);

г) количество ошибок или число правильно решенных задач.