Iskola

PISA 2012: Nem vagyunk jók problémamegoldásban, avagy mi köze van a légkondicionálásnak a problémamegoldáshoz?

Cikksorozatunkban beszámolunk a PISA problémamegoldás mérés módjáról, eredményeiről, és levonjuk azok tanulságait. A cikksorozat első részében a problémamegoldó képesség mérésének módját ismertetjük, részletesen szólva azokróla  feladatokról, amelyekkel a gyerkekenke meg kellett küzdeniük.


A PISA vizsgálatok sorában először 2003-ban került sor a problémamegoldás képességének vizsgálatára. A digitális technológiák elterjedtségének akkori szintjén azonban nem lehetett interaktív számítógépes teszteket alkalmazni. 2012-re a helyzet, és ezzel a tartalmi keret is megváltozott.

A 2012-es PISA felmérésben a mérés tárgya a problémamegoldás képessége volt – digitális környezetben.

A magyar eredmények kiábrándítóak. Nemcsak azért, mert 2003-ban még relatíve jobbak voltak, mint a matematika eredményeink, most viszont gyengébbek, hanem azért is, mert ugyan a 90-es években –és még az új évezred elején is – jelentős összeget költöttek az iskolai informatika eszközök fejlesztésére, ez azonban nem járt együtt sem az oktatás minőségének javulásával, sem az iskolák digitális kultúrájának fejlődésével. Ennek következményeit a 2012-es eredmények sajnos visszaigazolják.

 

Mi igazolja a problémamegoldó gondolkodás PISA vizsgálatának szükségességét?

A PISA vizsgálatokat elsősorban a gazdaság és az ehhez szükséges humán erőforrás fejlődése szempontjából fontos kutatások motiválják. Ennek okán egyes fejlett gazdaságokban évtizedek óta vizsgálják a gazdaság „készségszükségletét”. Újabban az Európai Unió is figyelemmel kíséri – munkatípusokra és végzettségekre bontva – a munkaerőpiac változásait.

A PISA problémamegoldás vizsgálatot közlő tanulmány három ország: Németország, az Egyesült Államok és Japán évtizedekre visszanyúló statisztikáit elemezve az egyes munkatípusok iránti kereslet alakulását elemzi, és megállapítja, hogy a fejlett gazdaságokban folyamatosan csökken a rutin munka iránti igény és nő az elemzést, interaktivitást, problémamegoldást igénylő munka iránti kereslet (1. ábra).

A három ország adatainak elemzése (bár az adatok nem azonos mérésből származnak) egyöntetűen azt mutatják, hogy a fejlett gazdaságokban csökkent a rutin munkák emberi erőforrás igénye, és többé-kevésbé nőtt a nem-rutin feladatok munkaerő igénye, mivel az ilyen típusú feladatok kevésbé helyettesíthetők gépekkel. Más szóval a problémamegoldás képessége iránti igény növekvőben van, annak ellenére, hogy egyre több gép áll rendelkezésünkre (vagy talán éppen azért).

 

 

1. ábra: Trendek Németország, az Egyesült Államok és Japán munkaerőpiacának „készségigényében” az egyes munkatípusokban való foglalkoztatottság alakulása alapján

Forrás: PISA 2012 Results: Creative Problem Solving Students’ skills in tackling real-life problems. Volume V. Paris, OECD, 2014. p. 27.

Megjegyzés: Sem a skálák, sem az adatforrások nem teljesen összehasonlíthatók, de a trendek hasonlóak.

Hasonló trendek rajzolódnak ki az OECD felnőttek kompetenciáira vonatkozó PIAAC vizsgálata alapján is, de ugyanerre mutatnak a hazai munkaerőpiaci tapasztalatok is: a legnehezebb munkaerőpiaci helyzetben azok a képzetlen emberek vannak, akiknek a munkája a legkönnyebben helyettesíthető gépekkel, illetve akikre önálló döntéseket a legkisebb mértékben sem lehet bízni. A képzetlen (legfeljebb alapfokú végzettségű) munkaerőre vonatkozó európai munkaerőpiaci előrejelzések is egyértelműen negatívak.

Mindezek miatt igen fontos jelzésnek kell tekintenünk a PISA vizsgálatok eredményét. Bár a tanárképzés és a pedagógiai szakirodalom mindig is hangsúlyozta, hogy a problémamegoldó gondolkodásra nevelés az iskola egyik legfontosabb feladata, észre kell venni, hogy ennek közege radikálisan megváltozott ahhoz képest, amit idősebb tanáraink tanulmányaik ideje alatt megszoktak.

A PISA vizsgálatban alkalmazott feladatok a 21. századi hétköznapi problémahelyzetekkel szembesítik a tanulókat és tanáraikat. S mivel a PISA eredmények részben ellentmondanak azoknak a közhelyeknek, amelyekkel el szoktuk intézni a digitális világban való túlélésre nevelés problémáját, ti., hogy a gyerekek úgyis megtanulják, úgyis jobban tudják, hogyan kell használni az új technológiai eszközöket (jobban mint mi) – érdemesnek tartjuk megvizsgálni, hogy mi a tényleges helyzet akkor, ha az iskola problémamegoldásra nevelésének eredményeit a valóságban kell használni.

Ezért első lépésben bemutatjuk a feladattípusokat, amelyekkel a tanulók találkoztak a PISA felmérésben.

A problémamegoldás PISA definíciója és Robinson Crusoe

A PISA definíció szerint a problémamegoldó képesség az egyén képessége arra, hogy olyan problémahelyzetekben, amelyekben nem azonnal nyilvánvaló a megoldás módja, elgondolkodjon a probléma természetén, megértse a problémát, és megoldja azt.

A teszt készítői szerint a probléma megoldása magában foglalja a környezettel való interakciót, a kezdeményezést többnyire valamilyen ötlet, megérzés alapján, amelynek során az illető tisztázni igyekszik a probléma természetét, lehetséges megoldásokat gondol ki úgy, hogy közben jobban megérti magát a problémát és megvizsgálja megoldási ötletének használhatóságát, illetve szükség esetén újabb interakcióba lép a környezettel és változtat a megoldási terven mindaddig, amíg el nem éri a célját.

Klasszikus példaként említik a regénybeli hajótörött, Robinson Crusoe esetét, akit a vihar egy lakatlan szigeten vetett partra, és neki magának kellett kitalálnia, hogyan élje túl a kalandot: miként gondoskodjék táplálékról, hajlékról, s végül hogyan építsen vízi járművet a hazatéréshez.

A feladatok megoldása – bár internetes környezetben történt – nem igényelt különösebb számítógépes ismereteket.

A PISA tesztbe belépve a felületeken csak az egyszerű írásos útmutatást kellett követni, és a feladatokra ugyanúgy kellett válaszolni, ahogy egy papíralapú kérdőíven a feleletválasztásos feladatokra. A papíralapú tesztektől eltérően azonban nem lehetett megválasztani a feladatok megoldásának sorrendjét, aki a feladat megoldása után továbblépett, az adott feladatra már nem térhetett vissza. Így a teszt minden feladat esetében a problémamegoldási kompetencia egy sajátos aspektusát mérte.

A PISA problémamegoldás teszt tartalmi kerete

Mint minden PISA teszt, a problémamegoldás teszt is elméleti keret és teszt-terv alapján készült, és a gyakorlati életben előforduló helyzetek és feladatok elé állította a 15 éveseket – legalábbis a fejlett világ 21. századi civilizációs minimuma körében.

Három szempont szerint sorolták be a feladatokat.

A problémahelyzet jellege szerint megkülönböztettek statikus vagy interaktív problémákat. Egy-egy problémához több feladat tartozott.

A feladatok különböztek a művelet típusát tekintve is. A problémamegoldás menetében négy műveletet különböztettek meg: helyzetelemzés, a probléma megértése és formalizálása, a megoldás tervezése és végrehajtása, valamint a megoldás ellenőrzése műveleteket.

Végül ezeknél a problémákat aszerint is megkülönböztették, hogy az életben tipikusan milyen valóságos alkalmakkor fordulnak elő. A kontextus jellegét két szempontból vizsgálták: egyrészt aszerint, hogy technológiai eszköz is része-e a problémahelyzetnek vagy sem, másrészt, hogy személyes vagy társadalmi közegben gyakori-e.

1.     táblázat A PISA problémamegoldás vizsgálat tartalmi kerete

A PROBLÉMAHELYZET JELLEGE

Minden szükséges információ adott a probléma megoldásához?

Interaktív: nem minden információ van azonnal felfedve; egyes információkat meg kell keresni a problémahelyzetben.

Statikus: a probléma megoldásához szükséges összes releváns információ kezdettől rendelkezésre áll.

A PROBLÉMAMEGOLDÁS FOLYAMATA

Jellemzően milyen gondolkodási folyamat vezet a problémához tartozó konkrét feladat megoldásához?

A problémahelyzet megértése, információk feltárása

A probléma formális megfogalmazása: formalizált ábrázolás (grafikus, szimbolikus vagy verbális reprezentáció)

Tervezés és végrehajtás: célok és részcélok kitűzése, a megoldás lépéseinek megtervezése és végrehajtása a kitűzött célnak megfelelően

Ellenőrzés és értékelés: az előrehaladás figyelemmel kísérése, reagálás a visszajelzésekre, s a megoldási stratégia mérlegelése a cél szempontjából

A PROBLÉMAHELYZET KONTEXTUSA

Milyen hétköznapi helyzetekbe ágyazott problémáról van szó?

Beágyazottság: van-e a problémahelyzetnek technológiai eleme?

Technológiai eszközhöz kapcsolódó probléma

Nem technológiai probléma

Fókusz: milyen környezetben gyakoriak a hasonló problémahelyzetek?

Személyes (a tanuló, a család, kortársak körében jellemző)

Társas (közösségi, társadalmi életben jellemző

 

A problémahelyzet jellege

A probléma megoldása szempontjából lényeges körülmény, hogy a problémahelyzetben adott-e minden szükséges információ a megoldáshoz, vagy sem. Ha igen, akkor a probléma „statikus”. Ha azonban a tanulónak manipulálnia kell az „eszközt” ahhoz, hogy kiderítsék, hogyan működik, a problémahelyzet „interaktív”.

A nyilvánosságra hozott feladatok közül statikus probléma. például az ÚTVONALTERVEZÉS elnevezésű. Interaktív probléma viszont a LÉGKONDICIONÁLÓ, a JEGYVÁSÁRLÁS vagy a ROBOTPORSZÍVÓ elnevezésű. Ezeket az alábbiakban bemutatjuk. Mivel itt csak a nyomtatásban megjelent angol nyelvű jelentésből tudjuk idézni a feladatokat, a stimulusok nyelve is angol. A nyilvánosságra hozott problémák és feladatok megtekinthetők magyar nyelven is a www.erasq.acer.edu.auhonlapon, ahol a táblázat Hungary sorában egyenként ki lehet választani őket. Itt ki is lehet próbálni az animációkat és meg lehet oldani a feladatokat.

 

Példa statikus problémahelyzetre

ÚTVONALTERVEZÉS

Az ÚTVONALTERVEZÉS probléma kezdőképén egy útvonaltérképet láthatott a tanuló, amelyen különböző állomásokat, útkereszteződéseket vagy tereket tüntettek fel. A térképen jelezték az úthálózat egymást metsző pontjai által kijelölt útszakaszok megtételéhez szükséges időt percben. Ehhez a problémahelyzethez például olyan feladatok tartoztak, mint annak eldöntése, hogy melyik útvonalon lehet a legrövidebb idő alatt elérni egy bizonyos célt. Vagy, hogy három különböző helyről induló barátnő hol találkozhat úgy, hogy egyiküknek se kelljen 15 percnél hosszabb ideig utaznia. Mivel az úthálózat térképén és a megadott adatokon kívül egyéb információ nem volt szükséges a feladatok megoldásához, ez a problémahelyzet statikus.

 


Három példa interaktív problémahelyzetekre

A tanulók az iskolában és a vizsgákra készülve többnyire statikus problémákkal találkoznak. Ritkán kívánják meg tőlük, hogy önálló kutatást folytassanak olyan információk elérésére, amelyeket nem készen kapnak a tankönyvekben és más iskolai forrásokban. Még kevésbé várják el tőlük, hogy önálló, esetleg a tanított megoldástól eltérő megoldásokra bukkanjanak.

Ezzel szemben ma már az aktív állampolgári léthez, vagy akár a tudatos fogyasztói léthez szükséges információknak is utána kell járni – az internetnek köszönhetően nem annyira lábbal, inkább a billentyűzet segítségével.

Azokat a problémákat, amelyek megoldásához a megfelelő információkat fel kell kutatni, a PISA szerkesztői interaktív problémáknak nevezik. Ilyenekkel találkozunk a mindennapi életben, amikor például használati utasítás nélkül kell kitalálnunk, hogy egy szerkezet hogyan működik, vagy számítógép programunk lecserélése után újra kell tanulnunk a régi funkciók elérésének módját, esetleg interneten kell biztosítást kötnünk, vagy éppen egyetemi felvételre jelentkeznünk.

Három ilyen problémát mutatunk be a PISA nyilvánosságra hozott feladatai közül, mindháromban egy-egy ismeretlen technikai eszköz (légkondicionáló, jegyautomata és robotporszívó) használata a megoldandó probléma. A számítógép szimulálja a technikai eszköz működését, nagyjából ugyanúgy kell kezelni a „gombokat”, illetve az érintőképernyőt, mint a valóságban.

1. példa: LÉGKONDICIONÁLÓ

Ebben a problémahelyzetben adott egy eszköz, amelyhez nincs használati utasítás. Ez az eszköz egy légkondicionáló szabályozó egysége, amelyen csúszkák segítségével szabályozni lehet a hőmérsékletet és a páratartalmat. A gombok mozgatásával a jobboldali kijelzőkön látható a hőmérséklet és a páratartalom-beállítás változása. Három szabályozóhoz két kijelző tartozik, ezért nem egészen triviális, hogy melyik szabályozó mozgatásával melyik kijelzőn történik változás. Ezt fel kell fedezni, mielőtt egy adott hőmérsékletet és páratartalmat be tudunk állítani az eszköz segítségével. A probléma megoldásához tehát további információkat kell szerezni az eszköz manipulálásával, ezután következhet a megoldás megtervezése.

 

2. példa: JEGYVÁSÁRLÁS

Ez a problémahelyzet egy ismeretlen vasúti jegyváltó automatát szimulált, amelynek nyitóablakán különböző érintőgombok segítségével ki lehetett választani, hogy melyik hálózatra (vasút, városi metró, elővárosi vasút) kíván jegyet váltani az illető. Továbbá újabb ablakok megnyílása után ki lehetett választani, hogy teljesárú vagy kedvezményes, illetve napi vagy egy utazásra szóló jegyet akarunk-e vásárolni. A vásárlási igény pontosítása után a JEGYVÁSÁRLÁS gomb megnyomásával lehetett befejezni a probléma megoldását.

 

3. példa: ROBOTPORSZÍVÓ

A tanulónak egy robotporszívót kellett tesztelnie: meg kellett állapítania, hogy milyen szabályok szerint mozog. Ehhez a kezdőképen látható animáción tanulmányozhatta a robot viselkedését. Az animációt a START gomb megnyomásával lehet elindítani. Az animáció bemutatja a robot viselkedését a szobában. A robot előrehalad, amíg akadályba nem ütközik, majd az akadálynál bizonyos szabályoknak engedelmeskedve folytatja útját, attól függően, hogy mozdítható (sárga) vagy mozdíthatatlan (piros) objektumba ütközik. Az animáció újraindítható a RESET gombbal, így a tanulónak alkalma volt azt többször is végignézni, sőt, ahogy továbbhaladt a feladatok megoldásával, minden egyes új feladatnál is használhatta az animációt.

 

 

A problémahelyzetekhez tartozó egyes feladatok műveleti jellemzője

A problémamegoldás folyamata több fázisból áll. Négy fázist különböztettek meg a teszt szerkesztői.

Az első fázis a helyzet elemzése, a probléma megértése.

A második fázis a megoldandó probléma megfogalmazása.

A harmadik fázis a megoldás megtervezése és végrehajtása, és

a negyedik fázis a megoldásra irányuló tevékenység eredményességének ellenőrzése.

Az említett két problémahelyzethez kapcsolódóan néhány példafeladattal illusztráljuk a négyféle művelethez tartozó feladatokat.

 

1. Helyzetelemzés

Jegyvásárlás 2. feladat

Ma négyszer kell utaznod a városi metrón. Diák vagy, ezért kedvezményesen utazhatsz. A jegykiadó automatát használva keresd ki, hogyan tudsz a legolcsóbban jegyet venni ezekre az utazásokra.

A Megvásárolom gomb megnyomásával fejezed be a megoldást, ezután már nem tudsz visszatérni ehhez a feladathoz.

A feladatban a probléma nemcsak a jegykiadó automata használatában rejlik, hanem egy további korlátot is figyelembe kellett venni: meg kellett állapítani, hogy a jegyek árait (napijegy és egy utazásra szóló jegy), illetve a kedvezményeket is figyelembe véve hogyan lehet a legjobb áron megvásárolni az aznapi négy utazásra érvényes jegyet vagy jegyeket. Ez tehát a problémahelyzet alapos mérlegelését igényelte, a több lépcsőben kinyíló képernyők közötti váltást és számolgatást. Ezért ez a feladat a helyzetelemzést, a probléma megértését igényli elsősorban.

 

2. A probléma megfogalmazása, ábrázolása

Légkondicionáló 1. feladat

Állapítsd meg mindegyik szabályozóról, hogy mit szabályoz. Húzzál nyilat a szabályozótól a Hőmérséklet, illetve a Páratartalom gombhoz. Ehhez először rá kell klikkelned az adott szabályozó gombjára majd a jobboldali két gomb valamelyikére. A vonalat ráklikkeléssel el tudod tüntetni, ha változtatni akarsz.

Ebben a feladatban a tanulótól azt várták, hogy a csúszkák mozgatásával megállapítsa, hogy az egyes szabályozók a hőmérsékletet vagy a páratartalmat változtatják. A problémamegoldás folyamatában ezt a feladatot a probléma formális megfogalmazásának tekintik, mivel az oksági összefüggéseket kell ábrázolni az összekötő nyilak megrajzolásával.

 

3. A megoldás tervezése, végrehajtása

Légkondicionáló 2. feladat

A három szabályozó és a hőmérséklet, illetve a páratartalom közötti összefüggést az ábra mutatja. Most a szabályozógombok mozgatásával állítsd be a hőmérsékletet és a páratartalmat a kijelölt szintre legfeljebb 4 lépésben. A kijelölt szinteket piros sáv jelöli a Hőmérséklet és a Páratartalom grafikonon. Mindkét érték a 18 és 20 közötti sávban van.

A Légkondicionáló problémához tartozó második feladatban már alkalmazni kellett az első feladatban kísérleti úton, a szabályozók mozgatásával – megszerzett információkat a készülék működtetésében: a feladatban meghatározott hőmérsékletet és páratartalmat kellett beállítani a csúszkák mozgatásával. Az előző feladattól továbblépve a képen most már a nyilak mutatják a helyes megoldást (még ha a tanuló az előző feladatot nem is oldotta meg helyesen), úgyhogy további kísérletezésre nincs szükség. Mivel legfeljebb négy lépésben kell megoldani a feladatot (minimum két lépés szükséges), a tanulónak némi stratégiát kellett alkotnia a megoldásra, úgy, hogy abba valamennyi korrigálás is beleférjen.


Ugyancsak a tervezés, végrehajtás kategóriába tartozik a Jegyvásárlás probléma 1. feladata.

Jegyvásárlás 1. feladat

Vásárolj 2 db teljesárú vasúti menetjegyet. Miután megérintetted a „Megvásárolom” gombot, nem térhetsz vissza többé ehhez a feladathoz.

A Jegyvásárlás problémához (ld. feljebb) tartozó első feladatban a tanulónak először ki kellett választania a megfelelő hálózatot (vasút), azután választania kellett a teljesárú, illetve kedvezményes lehetőségek közül, majd választania kellett a napi jegy, illetve az egy utazásra szóló jegy lehetőségek közül. Végül meg kellett jelölnie azt is, hogy hány jegyet szeretne. A megoldás tehát többlépéses, és az egyes lépések pontos menete nem következtethető ki a problémahelyzetben megadott indító képernyőn megjelenő információkból.

 

4. A megoldás/stratégia ellenőrzése, reflektálás a visszajelzésre

Jegyvásárlás 3. feladat

Két metrójegyet akarsz vásárolni. Megillet a diákkedvezmény. Vásárold meg a kapható legmegfelelőbb jegyet.

Ebben a feladatban a tanulónak két utazásra kellett metrójegyet váltania. A feladat szerint megilleti a diákkedvezmény. Mégis, ezt a feladatot a negyedik műveleti kategóriába soroljuk. Ugyanis a „kedvezményes jegy” választásra az automata azt válaszolja, hogy ilyen jegy nem kapható. Ezért a tanulónak változtatnia kell az eredeti terven, és teljesárú menetjegyet kell váltania.

2. táblázat A PISA problémamegoldás feladatok megoszlása a problémahelyzetek jellege és a feladatok műveleti jellemzője szerint

 

A probléma- helyzet jellege

A helyzet elemzése és a probléma megértése
(10 feladat)

A probléma megfogalmazása
(9 feladat)

Megoldás tervezése és végrehajtása
(16 feladat)

Az eredményesség ellenőrzése
(7 feladat)

Statikus

5

2

6

2

Interaktív

5

7

10

5


A következő részben részletesen szólunk az eredményekről.

 

Kölöknet hozzászólás

aláírás