Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эволюция и современные проблемы преподавания теоретических дисциплин в высших учебных заведениях 9
1.1 Введение 9
1.2 Традиционное обучение 11
1.3 Методы активного обучения 13
1.3.1 Проблемное обучение 15
1.3.2 Программированное обучение 15
1.3.3 Суггестивное обучение 17
1.3.4 Суггестокибернетический интегральный метод ускоренного обучения взрослых 17
1.3.5 Игровой метод 18
1.3.6 Компьютерные методы 19
1.3.6.1 Общие сведения 19
1.3.6.2 Интерактивное обучение 23
1.3.6.3 Игровое компьютерное обучение 23
1.3.6.4 Компьютерное имитационное моделирование 24
1.3.6.5 Дистанционное обучение 25
Глава 2. Задачи, методы и организация исследования 33
2.1 Цель исследования 33
2.2 Задачи исследования 33
2.3 Методы исследования 33
2.3.1 Метод библиографического поиска и анализа литературы 33
2.1.1 Математико-статистические методы 37
2.1.2 Квалиметрические методы 37
2.1.3 Методы педагогического контроля и констатирующего педагогического эксперимента 44
2.2 Организация исследования 45
Глава 3. Методические особенности организации компьютерной учебной деятельности (на примере математической статистики) 48
3.1 Введение 48
3.2 Мультимедиа-проект 52
3.2.1 Авторская идея 53
3.2.2 Сбор, анализ и обработка первичной учебной информации 54
3.2.3 Выбор аппаратного и программного обеспечения 55
3.2.4 Проектирование электронного издания 58
Глава 4. Опыт практического использования мультимедиа - проекта и компьютерных технологий для преподавания математической статистики 63
4.1 Введение 63
4.2 Обзорная мультимедиа-лекция 63
4.3 Электронный учебник 68
4.4 Дистанционный курс 69
Выводы 80
Практические рекомендации 83
Список литературы 85
Приложения 106
Введение к работе
Интенсификация образования была и остаётся одной из актуальных проблем современности ввиду лавинообразного роста объёма информации во всех без исключения отраслях знания. Существенный прогресс в решении этой проблемы может быть достигнут на основе компьютерных технологий.
Актуальность
Изучение педагогического опыта и методической литературы показывает, что использование современных коммуникационных и информационных технологий является важнейшим резервом совершенствования системы образования. Анализ доступных публикаций позволяет говорить о перспективности идеи применения компьютеров в учебном процессе. Можно ожидать, что компьютер даст выигрыш в качестве преподавания и в быстроте усвоения учебного материала. Подтверждением сказанному могут служить известные исследования, демонстрирующие эффективность применения компьютеризированных тренажёров в тренировочной деятельности спортсменов. Вычислительные устройства с успехом применялись и при реализации идей программированного обучения в процессе преподавания теоретических дисциплин (34,43,93,94,135,157,166,177).
Время, прошедшее со времени опубликования вышеупомянутых исследований, ознаменовалось революционным прогрессом в области компьютерных и информационных технологий, развитием средств мультимедиа, широким распространением сети Интернет и т.п.. Все эти новые возможности используются далеко не полностью, в том числе по причине отсутствия научного обоснования их применения в педагогической практике.
На сегодняшний день практически отсутствуют достоверные сведения об эффективности современных компьютерных технологий при преподавании теоретических дисциплин в высших физкультурных учебных заведениях. Необходимость восполнения этого пробела предопределяет актуальность настоящего исследования.
Рабочая гипотеза
Предполагалось, что дальнейшее совершенствование сложившейся системы обучения и, в частности, преподавания теоретических дисциплин в высших учебных заведениях физкультурного профиля возможно на основе рационального сочетания традиционных форм передачи знаний с методами, основанными на использовании современных компьютерных технологий, включая средства мультимедиа и информационного обмена в сети Интернет. Это должно способствовать, с одной стороны, совершенствованию форм и методов преподавания, а с другой - активизации и индивидуализации процесса обучения.
Объект исследования - учебный процесс в высших учебных заведениях физкультурного профиля, базирующийся на возможностях современных интерактивных компьютерных мультимедийных технологий.
Предмет исследования - компьютерная учебная деятельность как основа теоретико-методологической подготовки будущих специалистов.
Научно-теоретическая значимость и новизна результатов исследования
В результате теоретических и экспериментальных исследований была впервые установлена эффективность преподавания теоретических
дисциплин в высших учебных заведениях физкультурного профиля на основе компьютерных технологий с применением мультимедийных средств как в аудиторных условиях, так и при дистанционном обучении, в том числе по сети Интернет. Определены пути совершенствования учебного процесса на основе реализации специализированных мультимедиа-проектов.
Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по написанию мультимедиа-проектов для преподавания теоретических дисциплин и усовершенствованию существующих лекционных курсов с использованием современных компьютерных технологий. Показаны возможности современных информационных технологий при организации компьютерной учебной деятельности в высших учебных заведениях.
В процессе выполнения этой работы отобраны и опробованы инструментальные и программные средства для создания компьютерных программ. Усовершенствована система количественной оценки качества учебных занятий.
Разработан и реализован иллюстрированный мультимедийный интерактивный проект по курсу математической статистики в форме обзорной лекции и электронного учебника, оснащённого гиперссылками и выходом в Интернет. В сети Интернет сформирован WEB-узел, обеспечивающий возможность дистанционного обучения.
Достоверность полученных результатов и обоснованность научных положений и выводов, содержащихся в работе, обеспечены применением комплекса методов, адекватных объекту, предмету, цели и задачам исследования, проведением педагогического эксперимента, разработкой и реализацией компьютерной технологии обучения и подтверждены математико-статистическими методами.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. В тексте диссертации имеется 9 таблиц и 12 рисунков. Библиография включает 238 литературных источников, из них 74 на иностранных языках.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Учебный мультимедиа-проект для преподавания теоретических дисциплин (на примере математической статистики).
2. Оптимальный состав программно - инструментальных средств, а также технического и методического обеспечения, необходимого для организации компьютерной учебной деятельности в высших учебных заведениях физкультурного профиля.
3. Методика компьютерного преподавания математической статистики в высших учебных заведениях физкультурного профиля, а также дистанционного обучения с использованием сети Интернет.
Традиционное обучение
С 30-50 нашего столетия в педагогике появляется объяснительный тип обучения. Он представлен наглядными, словесными и практическими методами. Анализ традиционной системы обучения содержится в ряде работ современных педагогов и психологов. М.Н. Скаткин выделяет ее положительные стороны: использование наглядности, объяснений, доказательств и самостоятельных работ. Но далее автор указывает, что «в основе учебного процесса лежит воспроизводящая познавательная деятельность ученика, и развивает он, главным образом, воспроизводящее мышление. Если школа изо дня в день, в течение 10 лет будет культивировать у учеников, в основном, этот тип умственной деятельности, то из ее стен неизбежно будут выходить люди пассивно - созерцательного типа, умеющие объяснить мир так или иначе, но не подготовленные в должной мере к его творческому преобразованию» (126, с.2). Т.В. Кудрявцев (70) отмечает, что при традиционном обучении активным бывает преподаватель. Учащимся же приходится тратить много сил на запоминание и воспроизведение материала. На недостатки традиционного обучения указывает и польский профессор В.Оконь: «Пока дети не поступят в школу, их познавательная способность, побуждаемая каждый раз новыми вопросами и решениями, достигает кульминационного пункта. В школе этот процесс нарастания собственных проблем испытывает бурное торможение; дети начинают жить делами, которые являются продуктами более или менее искусственных внешних условий. Вместо поразительно богатых собственных проблем у ребенка появляются образцы и схемы, названные школьным порядком» (102, с.61). Выделяют (115,116,120) следующие отличительные признаки традиционной системы обучения: учащиеся группируются по возрасту и уровню знаний в коллектив, который сохраняет свой состав на весь период обучения и работает по единому годовому учебому плану согласно расписанию; основной единицей занятий является урок, посвященный одному учебному предмету, все учащиеся работают над одним материалом; атрибутами традиционного обучения, представленного в виде классно - урочной системы, являются следующие понятия: учебный год, учебный день, расписание уроков, учебники, учебные каникулы, перемены и т.д. И хотя классно - урочная система существуетет не один десяток лет, советские педагоги в своем большинстве не стремились к ее совершенствованию. Не оказал на нее заметного влияния и имевшийся в странах Западной Европы и в США разнообразный педагогический опыт (35,120): Виннетка-план (г. Виннетка, США), Дальтон -план (шт. Массачусетс, США), Плетун-план (г. Детройт, США), Иена-план (г. Иена, Германия), «система коллективного труда», или система Кузине (Франция). Критиковался также план американского педагога Ллойда Трампа, так как обучение проводилось в виде лекций в больших группах из 100-150 человек. Сравнивая классно-урочную систему обучения с другими системами, формами, методами и планами, авторы учебников и учебных пособий по педагогике, многочисленных статей и исследований тех лет, делали вывод, что классно-урочная система способствует осуществлению главной задачи - дать общее образование детям (24, 35,115,116). Заметим, что в педагогической литературе встречаются и другие взгляды на классно - урочную систему. М.Н. Скаткин (128) отмечал, что она нивелирует способности учащихся и не обеспечивает условий для формирования творческого мышления в процессе учебной деятельности. Рассуждения М.Петрова и А.Потемкина (100, с.244) также служат подтверждением сказанному выше: «Эту систему трудно было бы обвинить в насаждении одаренности, в увеличении многообразия и самобытности человеческих характеров. ... Те различные уровни одаренности людей, которые вскрываются в тестах, приходится понимать как явления остаточные - они существуют не благодаря, а вопреки системе образования; если бы удалось идеально «хорошо поставить» систему образования традиционного типа, талант вообще не мог бы сохраниться». К недостаткам традиционного обучения также относят: невозможность «досрочного» изучения учебного материала для более успешных учеников, так как дети группируются по возрасту, а не по способностям (39). В отечественной педагогической практике сложилась концепция поддерживающего образования, т.е. подготовка специалистов осуществляется по запросу сегодняшнего дня, без учета будущих потребностей. По оценкам экспертов (62) выглядит следующим образом: основное время - 70% от общего объема учебной нагрузки в ВУЗах затрачивается на изучение уже накопленных традиционных знаний, не более 20% посвящено изучению прагматических знаний и навыков (профессиональной подготовке по выбранной специальности), 7 % - отводится на изучение новых знаний, а развитию творческих способностей уделяется всего 3% (рис. 2).
Цель исследования
Цель исследования состояла в усовершенствовании методов преподавания теоретических дисциплин в высших учебных заведениях физкультурного профиля на основе современных компьютерных технологий с применением средств мультимедиа. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка учебного мультимедиа-проекта с использованием компьютерных технологий (на примере преподавания математической статистики). 2. Определение оптимального состава программно-инструментальных средств, необходимых для организации компьютерной учебной деятельности в высших учебных заведениях физкультурного профиля. 3. Проверка эффективности разработанного мультимедиа-проекта и методики преподавания в аудиторных условиях и при дистанционном обучении. Для решения поставленных задач были использованы следующие методы: библиографический поиск и анализ литературы, математико -статистические методы, квалиметрические методы, методы педагогического контроля и констатирующий педагогический эксперимент. Поиск литературных источников по теме диссертации осуществлялся в центральных библиотеках г. Москвы и сети Интернет. При этом были использованы следующие методы: поиск и анализ информационных изданий, а также библиографий, монографий и диссертаций; поиск по индексатору научной литературы Social Science Citation Index и поиск в Интернет. Информационные издания делятся на три вида: библиографические, реферативные, обзорные. Среди библиографических изданий мы воспользовались сборником «Сигнальная информация» ВИНИТИ и «Летописью периодических и продолжающихся изданий». Среди реферативных изданий - «Реферативным журналом» и серией «Итоги науки и техники» ВИНИТИ. Индексатор научной литературы Social Science Citation Index (SSCI) представляет собой ежегодное информационное библиографическое издание, разбитое для удобства пользования на несколько разделов. Информация этого издания четко структурирована и представлена в виде «древа ссылок». Зная фамилию хотя бы одного автора и (или) название его трудов и воспользовавшись SSCI, можно найти фамилии других авторов, занимавшихся этой проблемой. В зависимости от типа исходных данных целесообразно обращаться к тому или иному разделу SSC. Эта запись расшифровывается так: М. Marttunen в 1997 году в работе «Studying Argymentation in Higher Education by Electronic Mail» на странице 18 процитировал статью S.R. Hiltz «Teaching sociology in virtual classroom», опубликованную в журнале Teaching Sociology за 1989 год в номере 17(4) на страницах 431 - 446. Поиск по первому слову (термину) из названия научной проблемы или дисциплины ведётся в Source Index. Если данных раздела Source Index оказалось недостаточно, следует обратиться к разделу Permutem Subject Index: для поиска понадобятся названия, состоящие минимум из двух терминов (главного и подчиненного, например, «компьютерная программа»).
Мультимедиа-проект
В нашем мультимедиа-проекте блоку №2 - соответствует учебный материал по математической статистике; блоку №3 - Pentium II, программное обеспечение (Windows 98, Microsoft 2000), а также редактор текстов Word Microsoft и редактор таблиц Excel Microsoft; блоку №4 - 53 программы «Astound», «PowerPoint», «LMSoftPresenter», редактор WEB -страниц «Microsoft Publisher» и программа «Formula Graphics». Авторская идея Генерация авторской идеи состоит из формулирования цели проекта и составления его краткого описания, дающего представление о назначении готового продукта, его структуре и способе издания. На этапе разработки концепции мультимедиа-проекта необходимо ясно представлять: - с какой целью создается компьютерная программа ((изучение базового или продвинутого, углубленного) курса; изучение отдельной темы или раздела; обзор учебного материала по предмету; контроль знаний; повышение квалификации педагогических кадров и т.д.); - исходный уровень подготовленности обучаемых; - какие учебные разделы (темы, вопросы, проблемы) войдут в содержание компьютерной программы; - какую структуру представления информации и навигации использовать; - какой тип электронного издания и стиль оформления применить; - какими технологическими и программными ресурсами располагает автор проекта и, исходя из этого, каким образом он может использовать достоинства мультимедиа-технологий. Поясним сказанное на конкретном примере. Мультимедиа-проект для обучения математической статистике состоит из трех частей: обзорная лекция по курсу (формат презентации), электронный учебник и WEB-сервер. Проект ориентирован на аспирантов высших учебных заведений физкультурного профиля. Для иллюстрации учебного материала используется гипертекстовая информация, звуковой и видеоряд, гиперссылки. Проект имеет комбинированную схему навигации для оперативного доступа к обучающей информации. Проект будет записан на компакт-диск, располагающий активной серверной частью для самостоятельной работы обучаемых с информацией, размещенной в Интернет. Современные компьютерные технологии значительно облегчают проблему сбора, анализа и обработки информации и обладают колоссальными возможностями по формированию и выводу ее на экран монитора в виде текстов, рисунков, графиков, таблиц, динамических аудио-и видеорядов. Это не исключает традиционных форм сбора первичной информации, используемых преподавателем при подготовке к учебному занятию. Вместе с тем, прогресс в современной технике открывает в этой работе новые возможности. Остановимся на некоторых из них: 1) Интернет - область его применения огромна, любые доку менты сети легко доступны. Это и обращение к электронным инте рактивным базам данных, каталогам крупнейших библиотек мира, информационным ресурсам солидных учебных заведений и науч ных организаций, участие в специализированных конференциях и, разумеется, электронная почта, позволяющая осуществить быст рую доставку нужных документов в любую точку мира. 2) Сканеры - с помощью сканирования можно получить высо кокачественные изображения с фотографий, рисунков, графиков, диаграмм, текстов и т.д. 3) Специальные программы-редакторы для обработки собран ной информации (текстов, таблиц, графики, анимации, звуковых и видеоданных). Наиболее известные из них: - программы для редактирования изображений: Photoshop, Photostyler; - программы для редактирования звука: WaveStudio, SounDesigner; - программы для редактирования фильмов: QuickTime, Video for Windows. А применение современных гипертехнологий помогает установить логические связи между разнообразными по характеру фрагментами информации. Таким образом, чем разветвленнее структура связей, заложенная в мультимедиа-проект, тем больше вариантов организации , процесса обучения, выше его интерактивность. Для проектирования и использования мультимедиа программ необходимо оборудование, имеющее характеристики не ниже стандарта МРС (Multimedia PC) 3-го уровня. Стандарт МРС-3 отличается от двух предыдущих тем, что базируется не только на описании параметров конкретных элементов компьютера, но и на описании тестов, которые они должны пройти. Основные требования стандарта МРС-3 (90,130): процессор: Pentium 75 МГц; оперативная память: 8Мб; жесткий диск: 540 Мб; дисковод 1.44 Мб; CD-ROM: 4-х скоростной; звук: 16-bit звуковая плата, MIDI-проигрывание; колонки - ЗВт/канал; графика: возможность преобразования и изменения масштаба цветового пространства; видео: видеоплата 4Мб, возможность проигрывания в формате MPEG; ввод пользователя: 101-клавишная клавиатура, мышь; программное обеспечение: операционная система MS Windows 95. Однако, всвязи со все увеличивающимися темпами роста компьютерной индустрии, желательно иметь оборудование с характеристиками не ниже следующих: компьютер с процессором Pentium (II); оперативной памятью 64 (128) Мб; жестким диском 6,0 (10,0) Гб; CD-ROM 24(42)-х скоростным, видеоадаптером SVGA 16 Мб, 16-ти битной звуковой платой; монитором (800x600, 32 бита) и частой смены кадров не ниже 85 (100) Гц; операционной системой Windows-98 или совместимыми.
Обзорная мультимедиа-лекция
Обзорная лекция по курсу математической статистики выполнена в формате презентации. В непрерывном режиме она длится 45 минут и занимает весь объем памяти компакт-диска (640 Мб). В соответствии с представлениями суггестологии, обзорная лекция составлена таким образом, что при первом же знакомстве с учебным материалом даёт обучаемому полное представление об изучаемом предмете. В дальнейшем обучаемый может углубить свои знания, работая с электронным учебни- ком, оснащённым гиперссылками. Тем самым реализуется дедуктивный путь обучения (от общего к частному), который представляется нам более эффективным, нежели индуктивный путь (от частного к общему), по традиции часто применяемый при организации учебного процесса. Заметим, что именно при дедуктивном способе подачи учебной информации открывается возможность преодоления психических барьеров усвоения (78). В состав обзорной лекции вошли следующие разделы: 1. Истоки статистики и её современная роль. 2. Состав и структура учебного курса математической статистики, 3. Выборочный метод. ЖГЗаконы распределения. 5. Основы вариационного анализа. 6. Выявление и анализ взаимосвязей. 7. Выявление и анализ различий. 8. Достоверность математико-статистических показателей. 9. Квалиметрия, планирование эксперимента и другие приложения математической статистики. Как видно, содержание обзорной лекции традиционно для преподавания основ математической статистики в учебном заведении гуманитарного профиля. Особенности аудитории учтены в обзорной лекции таким образом, что её содержание с полным правом можно назвать "математической статистикой для всех", или "математической статистикой без формул". Другая особенность обзорной лекции состоит в том, что эта мультимедиа-лекция, в отличие от обычной, насыщена красочными и разнообразными иллюстративными фрагментами, среди которых - как статические изображения (графики, таблицы, рисунки, слайды), так и движущиеся (анимация и видеофрагменты). Для иллюстрации сказанного на следующих рисунках представлены примеры экранов из обзорной лекции (рис. 8, 9). При проведении констатирующего педагогического эксперимента обзорная мультимедиа-лекция демонстрировалась преподавателям и аспирантам Российской государственной Академии физической культуры, а также преподавателям Ростовского на Дону государственного педагогического университета. Каждый из них в процессе прослушивания обзорной лекции заполнял специальную таблицу (см. Приложение 3). После чего при помощи уравнения линейной множественной регрессии, с использованием рассчитанных ранее (см. в главе 2) весовых коэффициентов, вычисляли количественный показатель качества учебного занятия. В качестве примера приведем выдержку из протокола исследования. По таблице, заполненной экспертом Бтг было составлено-следующее-уравнение регрессии (для наглядности в скобках названы оцениваемые показатели): Q = 0,150 1 (информированность) + 0,139 1 (актуальность) + 0,133 2 (доступность) + 0,122 1 (новизна) + 0,089 1 (наличие выводов и рекомендаций) + 0,156 2 (речевая культура) + 0,111 2 (иллюстрированность) + 0,100 2 (адекватное использование технических и программных средств)} / Qmax = = 0,75, или в 100-бальной шкале, Q=75,0. 2000 Понятно, что в аудиторных условиях (в отличие от дистанционного обучения) возможны два варианта демонстрации обзорной лекции: в режиме непрерывного показа и в сочетании с живой речью лектора, проводящего занятие. Поэтому часть обзорных лекций, проводившихся в процессе констатирующего педагогического эксперимента, демонстрировалась в первом режиме, а другая часть - с участием лектора. Выбор того или иного режима демонстрации обзорной лекции, как правило, не зависел от исследователя и определялся ситуативными обстоятельствами.
