Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИН
ФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В КОРРЕКЦИ
ОННОЙ ПЕДАГОГИКЕ 17
-
Современные проблемы обучения в коррекционной школе 17
-
Принципы обучения в коррекционной школе 22
-
Анализ использования информационных технологий
в специальном обучении 27
-
Проблемы использования информационных технологий на коррекционных занятиях учащихся с ограниченными умственными возможностями 31
-
Цели и задачи исследования 37
Выводы первой главы 38
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
ПОДДЕРЖКИ ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО
ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИС
СЛЕДУЕМОГО ПРОЦЕССА 40
-
Рассмотрение особенностей проведения коррекционных занятия с использованием информационных технологий как педагогической системы 40
-
Моделирование процесса индивидуализированного обучения учащихся на коррекционных занятиях с использованием информационных технологий 51
-
Структура объектно-ориентированного математического и программного обеспечения автоматизированной системы интеллектуальной поддержки индивидуализированного обучения 66
Выводы второй главы 78
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА
ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ НА
КОРРЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЯХ С ИСПОЛЬЗОВА
НИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 80
3.1. Программа обучения элементам компьютерной гра
мотности учащихся коррекционной школы 80
-
Формирование индивидуализированной траектории управления при реализации программы обучения 83
-
Организационно-педагогические условия реализации информационных технологий управления индивидуализированным обучением 86
3.2. Математическое обеспечение для реализации эвристи
ческих диалоговых программ 93
-
Компьютерная игра для отработки навыков устного счета 95
-
Компьютерная игра для закрепления правописания словарных слов 102
-
Компьютерная игра для интерактивного контроля знаний учащихся 106
-
Формирование индивидуализированной траектории управления при работе с компьютерными играми 111
3.3. Коллективное проектирование Интернет-ориентиро
ванных программных средств 118
Выводы третьей главы 131
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАН-
4
НЫМ ОБУЧЕНИЕМ УЧАЩИХСЯ КОРРЕКЦИОН-
НОЙШКОЛЫ 132
-
Программный модуль операционной реализации программы специального курса «Информатика в коррек-ционной школе» 136
-
Программный модуль выбора форм и методов работы с учащимися на занятиях по началам информатики 139
-
Программный модуль обработки результатов наблюдения за учащимися 143
-
Программный модуль описания личностных особенностей учащихся коррекционной школы 154
-
Проектирование автоматизированной информационной системы для обработки и хранения данных об учащихся 155
-
Разработка структуры базы данных автоматизированной системы 161
-
Построение структуры запросов базы данных 164
-
Использование фреймовой организации базы данных для реализации запросов к системе .... 169
-
Построение и реализация структуры графического интерфейса пользователя системы 174
-
Программный модуль накопления результатов наблюдения на занятиях по началам информатики 177
-
Экспертная система как перспектива дальнейшего развития автоматизированной системы 180
Выводы четвертой главы 184
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 186
ЛИТЕРАТУРА 189
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Программа специального курса «Информатика
в коррекционной школе» 198
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Документы о внедрении результатов рабо
ты 212
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Экранные формы модуля операционной реали
зации программы специального курса «Ин
форматика в коррекционной школе» 225
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Пример выходных результатов модуля выбора
форм и методов работы с учащимися по нача
лам информатики 228
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Исходные данные вариантов компьютерных
игр «Словарные слова» и «Правильный ответ»,
подготовленные для ввода, экранные формы
игр 230
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Пример реализации Интернет-ориентированно
го программного средства 239
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Перспективным направлением развития коррекционного образования в рамках специальной школы является использование новых информационных технологий (НИТ), их методов и средств для наиболее эффективной организации процесса обучения, воспитания и развития учащихся с ограниченными умственными возможностями.
Коррекционная школа обучает детей, у которых первичный дефект -органическое поражение головного мозга порождает вторичные нарушения высших форм познавательных процессов (активного восприятия, словесно-логического мышления, речи, произвольных форм памяти), проявляющиеся в процессе социального развития ребенка. Вторичное недоразвитие психических свойств личности учащегося с ограниченными умственными возможностями проявляется в примитивных реакциях, неадекватной самооценке, негативизме, недоразвитии воли, невротическом поведении. Все эти недостатки отражения окружающей действительности и регуляции деятельности делают еще более необходимым соответствие условий обучения индивидуальным возможностям учащихся. Одна из основных задач специальной школы - социально-бытовая адаптация учащихся, подготовка учащихся к жизни в обществе, решается педагогическим коллективом школы во время проведения уроков, коррекционных занятий, внеклассных мероприятий.
В последние годы повысилась активность в исследованиях по использованию мощного технического средства обучения - компьютера в работе с детьми с ограниченными возможностями здоровья для решения различных задач по адаптации детей к окружающему миру [16, 114]. Поэтому не случаен интерес к проблеме использования новых информационных технологий (ИТ) в коррекционной школе для учащихся с ограниченными умственными возможностями (школа 8-го вида).
Применение НИТ в обучении учащихся специальной школы невозможно без соблюдения общедидактических и специальных принципов кор-
7 рекционной педагогики: воспитывающего характера, практической направленности, расширения социальных связей, коррекционно-развивающего обучения, доступности, индивидуального подхода [4, 70].
В настоящее время в России большое внимание уделяется компьютеризации общеобразовательных школ, которая реализуется в рамках Президентской программы «Развитие единой образовательной информационной среды». Одновременно с этим назрела потребность выдвинуть в качестве важной социальной задачи внедрение информационных технологий в процесс коррекционного образования. В связи с этим возникает необходимость дальнейшей разработки методов использования компьютеров в специальной школе и НИТ в деятельности учителя коррекционной школы для организации и проведения занятий с учащимися с ограниченными умственными возможностями.
Имеется ряд публикаций, подчеркивающих важность применения НИТ в специальном обучении, анализ которых позволяет определить области практического применения информационных технологий для детей с ограниченными возможностями здоровья [14, 48, 62, 99]. Отдельные творческие коллективы посвятили свои исследования следующим направлениям работ: использование компьютера для обеспечения канала связи больного ребенка с внешним миром, поддержка развивающего обучения школьников, использование компьютера для коррекции недостатков развития. Однако вопросы методики использования НИТ в коррекционной работе с учащимися специальной школы разработаны недостаточно. Исследования показали, что ИТ можно использовать в коррекционной школе в следующих направлениях: обучение школьников началам «Информатики»; закрепление умений и навыков учащихся, сформированных при изучении школьных предметов; наблюдение и контроль динамики обучения, воспитания и развития учащихся;
8 автоматизированное ведение школьной информации, необходимой для организации учебного процесса.
Поскольку в специальной школе 8-го вида учебной программой не предусмотрен предмет «Информатика», перечисленные направления работы в такой школе могут быть исследованы и реализованы учителем информатики на коррекционных занятиях с использованием ИТ, которые проводятся в школе на занятиях кружка в младших и средних классах и на факультативных занятиях в старших классах. Но упрощенная программа обучения (по сравнению с массовой школой) и сниженный темп обучения сами по себе только частично обеспечивают адаптацию учебно-воспитательного процесса индивидуальным возможностям учащихся с ограниченными умственными возможностями, так как у детей даже одного возраста эти возможности существенно различаются. Исходя из этого, в основу данного исследования положен индивидуализировнный подход к учащимся на коррекционных занятиях с использованием информационных технологий. Индивидуализированный подход - необходимое условие разрешения противоречия между фронтальной организацией обучения и индивидуальным процессом усвоения учебного материала учащимися, а также их индивидуальным развитием. В специальной школе на коррекционных занятиях с использованием ИТ разрешить это противоречие можно при целенаправленной организации и методологии обучения, в рамках которой индивидуализированный подход своей основной целью ставит коррекцию психофизических недостатков учащихся.
Основное техническое средство учителя информатики для проведения коррекционных занятий с использованием ИТ - это компьютер. Для подготовки и проведения эффективных занятий с учащимися необходимо провести исследование вопроса по оснащению рабочего места учителя информатики таким математическим и программным обеспечением (ПО), которое помогало бы учителю в повседневной работе реализовать принцип индивидуализированного подхода к учащимся. Один из возможных путей решения пробле-
9 мы - разработка индивидуализированной программы коррекционных занятий с использованием ИТ.
Вопросы математического и программного обеспечения автоматизированной системы интеллектуальной поддержки индивидуализированного обучения на коррекционных занятиях с использованием ИТ в специальной школе 8-го вида ранее не являлись предметом специальных исследований, что делает эту проблему актуальной.
Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями Воронежского государственного технического университета: «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы для моделирования и управления», «Управление в социальных и экономических системах».
Целью диссертационной работы является разработка моделей, алгоритмов, объектно-ориентированного математического и программного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений и управления процессом индивидуализированного обучения учащихся с ограниченными умственными возможностями на коррекционных занятиях с использованием информационных технологий.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи: анализ состояния применения информационных технологий в коррек-ционной педагогике и проблем их использования на коррекционных занятиях учащихся с ограниченными умственными возможностями; исследование учебного процесса в специальной школе как педагогической системы и разработка алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений; разработка объектно-ориентированного математического обеспечения процесса индивидуализированного обучения на занятиях по изучению начал информатики с выполнением организационно-педагогических условий реализации программы обучения; формирование структуры программного обеспечения автоматизированной системы управления и принятия решений с учетом специфики объекта исследования; реализация и экспериментальная проверка методического и программного обеспечения автоматизированной системы управления и интеллектуальной поддержки принятия решений в коррекционной школе.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории математического моделирования, методы системного анализа и проектирования, методы классификации, методы анализа экспертной информации, методы построения реляционных баз данных, теории фреймов, методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие положения, характеризующие научную новизну: алгоритмическая структура модели процесса индивидуализированного обучения на занятиях по началам информатики в коррекционной школе, отличающаяся учетом взаимосвязей средств педагогической коммуникации и подсистемы мониторинга знаний в замкнутом контуре управления обучением; формализованная модель предметной области, основанная на комплексном использовании качественных и количественных оценок параметров динамики обучения, воспитания и развития для классификации и выбора индивидуализированной траектории управления типологической группой учащихся; функционально-модульная структура объектно-ориентированного математического и программного обеспечения автоматизированного рабочего места учителя информатики, отличающаяся учетом информационных потоков по матрице межпредметных связей для интеллектуальной поддержки принятия решений по изменению форм и методов обучения; авторский подход, обеспечивающий использование потенциала компьютерных игр в специальном обучении, а также эвристические диалого- вые алгоритмы и реализующие их программы развивающих и обучающих игр по циклу взаимосвязанных учебных дисциплин; семантическая фреймовая организация базы данных для осуществ ления динамических запросов к информационной подсистеме сведений об учащихся, состоящей из субфреймов, в терминалах которых инициируются персонифицированные данные, необходимые для адаптивной коррекции процесса обучения.
Практическая значимость. На базе диссертационного исследования разработано математическое и программное обеспечение автоматизированного рабочего места учителя информатики специальной (коррекционной) школы.
Практическую ценность имеют: программный комплекс специальных компьютерных игр: «Словарные слова» для закрепления правописания словарных слов и пополнения словарного запаса, «Ромашка» для отработки навыков устного счета, «Правильный ответ» для контроля знаний по различным предметам;
Интернет-ориентированное программное средство, представленное Web-сайтом двух школ-участниц Сетевого проекта, реализующее результаты проектной деятельности - новой формы организации обучения с использованием НИТ; информационная подсистема «Школьник», содержащая базу данных по личностным особенностям учащихся, для использования на различных уровнях управления коррекционным обучением.
Реализация и внедрение результатов. Материалы диссертации используются в учебном процессе специальной (коррекционной) общеобразовательной школы № 31 г. Воронежа при обучении началам информатики на коррекционных занятиях с использованием ИТ; в Воронежском областном институте повышения квалификации и переподготовки кадров работников образования - в учебных курсах повышения квалификации учителей начальных классов, классов коррекции, руководителей и учителей интернатных уч-
12 реждений области; в Воронежском государственном педагогическом университете - в учебных дисциплинах: «Педагогическая информатика», «Информационные технологии в образовании».
Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на V Всероссийской научно-практической конференции по новым информационных технологиям в образовании «Черноземье-2000» (Воронеж, 2000 г.), на Всероссийских конференциях «Ителлектуальные информационные системы» (Воронеж, 2001 г., 2002 г.), на I и II региональных конференциях «Информатизация учебного процесса и управления образованием. Сетевые и Интернет-технологии» (Воронеж, 2001 г., 2002 г.), на II и III региональных научно-методических конференциях «Информатика как педагогическая задача» (Воронеж, 2002 г., 2003 г.), на Международной электронной телеконференции в рамках Педагогического фестиваля «Интернет и образование» (Барнаул, 2001 г.), на научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем ВГТУ (Воронеж, 2002 г., 2003 гЗ)і время проведения исследовательской работы было получено семь дипломов и призов за участие в конкурсах учителей информатики г. Воронежа и г. Москвы по практическим материалам научной работы.
В фонде алгоритмов и программ Всероссийского научно-технического информационного центра компьютерных программ зарегистрированы четыре оригинальные программные разработки автора.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в списке литературы, лично автору принадлежит: в [8, 9, 10, 11] - алгоритмы и программы компьютерных игр «Словарные слова», «Ромашка», «Правильный ответ»; в [12] -новая организационная форма работы в коррекционной школе - Интернет-проект; в [13] - фреймовая организация базы данных для реализации запросов к системе; в [14] - выбор и обоснование параметров динамики развития учащихся; в [15] - структура АИС по учащимся школы; в [16] - анализ воз-
13 можностей Интернет для использования в работе учителя информатики кор-рекционной школы.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 149 страницах, списка литература из 124 наименований и 6 приложений, содержит 31 рисунок и 21 таблицу.
В первой главе рассматриваются состояние и проблемы применения информационных технологий в коррекционной педагогике, современные вопросы обучения в специальной школе, общедидактические принципы обучения и специальные принципы коррекционной педагогики. Проведен анализ использования ИТ в специальном обучении. Проблемы использования ИТ на коррекционных занятиях учащихся с ограниченными умственными возможностями обусловлены отсутствием предмета «Информатика» в специальной школе 8-го вида и заключены в необходимости создания специальной программы обучения информатике, организационно-педагогических условий применения компьютеров в учебном процессе, методических и программных разработок для учителя информатики коррекционной школы.
Сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе рассматривается разработка моделей и алгоритмов системы интеллектуальной поддержки принятия решений и управления процессом индивидуализированного обучения на коррекционных занятиях с использованием ИТ. Объект исследования изучен с помощью аппарата теории сложных систем и представлен в виде педагогической системы, разработана модель исследуемого процесса, на основе которой строится формализованная модель рассматриваемой системы. Модель включает следующие элементы: учебную информацию по предмету, средства педагогической коммуникации (формы и методы работы), подсистемы мониторинга знаний, - обеспечивающие интерактивное взаимодействие учителя и учащихся.
Формализованная модель предметной области основана на комплексном использовании качественных и количественных оценок. Используя
14 балльные оценки, учитель субъективно относит учащегося к одной из четырех типологических групп по каждому параметру динамики развития.
Далее обоснована и разработана функционально-модульная структура объектно-ориентированного математического и программного обеспечения АРМ учителя информатики коррекционной школы, в состав которой входят следующие модули: программа специального курса «Информатика в коррекционной школе», включающая компьютерную поддержку этапов урока; формы проведения занятий и методы, используемые на занятиях; параметры динамики обучения, воспитания и развития учащихся и их качественные оценки; параметры умений и навыков учащихся, сформированных на других предметах, и их значения по каждому учащемуся; результаты наблюдений за учащимися по параметрам динамики обучения, воспитания и развития в балльных оценках; классификация учащихся по типологическим группам; информация о личностных особенностях учащихся школы. Предложена среда разработки программного обеспечения для каждого из этих модулей.
В третьей главе описано объектно-ориентированное математическое и методическое обеспечение процесса индивидуализированного обучения учащихся на занятиях по началам информатики. Предложена авторская программа обучения элементам компьютерной грамотности учащихся специальной школы «Информатика в коррекционной школе», определены организационно-педагогические условия реализации информационных технологий управления индивидуализированным обучением.
Одной из задач классификации учащихся, как элементов предметной области, является формирование индивидуализированной траектории управления типологической группой объектов. Для решения этой задачи разработаны алгоритмы и программы, реализующие специальные средства педагогической коммуникации в коррекционной школе.
В основу объектно-ориентированного математического обеспечения положены модели и алгоритмы системы интеллектуальной поддержки при-
15 нятия решений, а также дополнительно такие компоненты специального программного обеспечения, как компьютерные игры и проектная деятельность.
Для реализации игровых методов обучения разработаны алгоритмы и программы специальных обучающих и развивающих компьютерных игр для учащихся с ограниченными умственными возможностями по математике для отработки навыков устного счета, по русскому языку для закрепления правописания словарных слов, игра для интерактивного контроля знаний учащихся по различным предметам. Разработан алгоритм индивидуализированного управления и принятия решений в процессе работы с компьютерными играми.
Описана реализация коллективного проектирования Интернет-ориентированных программных средств, что позволило использовать новую форму организации обучения в коррекционной школе - проектную деятельность. Предложено применение проектной формы работы с учащимися на коррекционных занятиях с использованием ИТ, реализованной с использованием Интернет, а также в виде поддержки преподавания других школьных предметов с использованием локальной сети школы. Проведены исследования проектных форм организации обучения для обобщения в виде алгоритма работы участников проекта.
Четвертая глава посвящена вопросам разработки и реализации программного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений и управления процессом индивидуализированного обучения началам информатики учащихся с ограниченными умственными возможностями, а также обеспечения информационных потребностей учителя в ходе подготовки и проведения занятий. Рассматривается структура, техническая реализация, программное и информационное обеспечение автоматизированной системы по каждому из программных модулей: операционная реализация программы специального курса «Информатика в коррекционной школе»; выбор форм и методов работы с учащимися на занятиях по началам информатики; обработка результатов наблюдения за учащимися; описание личност- ных особенностей учащихся с ограниченными возможностями, накопление результатов наблюдения для реализации индивидуализированного обучения учащихся на занятиях по началам информатики. Предложена схема информационных потоков АС, которая позволяет проследить связь входной и выходной информации по всем программным модулям. Представлены примеры результатов эксплуатации ПО АРМ учителя информатики в реальных условиях коррекционной школы.
В заключении приводятся основные результаты исследования и внедрения.
В приложениях 1-6 представлены следующие материалы: программа специального курса «Информатика в коррекционной школе»; документы о внедрении результатов работы; экранные формы модуля операционной реализации программы специального курса «Информатика в коррекционной школе»; пример выходных результатов модуля выбора форм и методов работы с учащимися по началам информатики; исходные данные вариантов компьютерных игр, подготовленные для ввода, и экранные формы игр; пример реализации Интернет-ориентированного программного средства.
