Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
Глава I. Методологические основы исследования инфор
мационных технологий обучения 20
Системный подход как методология исследования... 20
Становление и развитие информационных технологий обучения как результат интеграции психолого-педагогических концепций информатизации образования 24
Понятийно-терминологический аппарат информационных технологий обучения 37
Глава П. Дидактическая модель информационных техно
логий обучения 49
Принцип метапредметности информатики как основа моделирования информационных технологий обучения 49
Метод "непоставленных задач" как способ реализации в обучении общеобразовательного потенциала информатики 64
Структурно-функциональная дидактическая модель информационных технологий обучения 75
Глава III. Моделирование содержания учебных дисциплин
на базе информационных технологий обучения 88
Дидактическая модель информационных технологий обучения как основа моделирования содержания учебных дисциплин 88
Моделирование содержания курса информатики 93
Моделирование содержания компьютерного курса "Основы экологии и природопользования" 109
Глава IV. Дидактические средства проектирования
компьютерных курсов 131
Проектирование программы курса информатики 131
Проектирование программы компьютерного курса "Основы экологии и природопользования" 149
Разработка программного обеспечения курса информатики 175
Разработка программного обеспечения компьютерного курса "Основы экологии и природопользования" 182
Педагогические особенности учебника для преподавания компьютерных курсов 208
Методические установки преподавания основ информатики в 8-9 классах 216
Специфика подготовки учителя для преподавания компьютерного курса 244
Заключение 256
Литература , 260
Приложение 1. Программа и тематическое планирование
курса "Основы информатики" для 8-9 классов 288
Приложение 2. Планы компьютеризированных уроков по
школьным дисциплинам с использованием программных
средств, входящих в состав программного обеспечения
компьютерного курса "Основы экологии и природопользова
ния" 310
Приложение 3. Программа творческих мастерских по
подготовке учителей для преподавания компьютерного
курса "Основы экологии и природопользования" 341
Приложение 4. Результаты анализа дидактических
возможностей учебника "Основы экологии и природопользо
вания (компьютерный курс)" 349
Введение к работе
Актуальность проблемы. Информатизация образования процесс обеспечения сферы образования теорией и практикой разработки и использования современных или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ), ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения и воспитания, - принадлежит к числу важнейших направлений процесса информатизации современного общества.
Потенциал НИТ в образовании проявляется многопланово, открывая следующие основные возможности:
совершенствования методологии и стратегии отбора содержания школьного образования, введения и развития нового учебного предмета - информатики, а также внесения изменений в обучение традиционным дисциплинам;
повышения эффективности обучения, его индивидуализации и дифференциации, организации новых форм взаимодействия в процессе обучения и изменения содержания и характера деятельности обучающего и обучаемого;
совершенствования управления учебным процессом, его планирования, организации, контроля, модернизации механизмов управления системой образования.
Процесс информатизации образования, поддерживая интеграционные тенденции познания закономерностей предметных областей и окружающей среды, актуализирует разработку подходов
к использованию потенциала НИТ для развития личности обучаемого, повышения уровня его креативности, развития способностей к альтернативному мышлению, формирования умений разрабатывать стратегию поиска решений как учебных, так и практических задач, прогнозировать результаты реализации принятых решений на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.
Проблема становления и развития информационных технологий обучения - многоаспектная, многогранная проблема. Один из важнейших ее аспектов связан с введением нового предмета - информатики. Анализу общеобразовательного значения информатики, отбору учебного материала для этого учебного предмета посвящены исследования Антипова И.Н., Ершова А.П., Кузнецова А.А., Лапчика М.П., Леднева B.C., Монахова В.М., Первина Ю.А., Шварцбурда СИ. и др. Вопросы психолого-педагогического обоснования использования компьютеров в учебном процессе рассматривались в исследованиях Апатовой Н.В., Гальперина П.Я., Гершунского Б.С., Давыдова В.В., Ильясова И.И., Машбица Е.И., Разумовского В.Г., Роберт И.В., Рубцова В.В., Талызиной Н.Ф., а также в ряде работ зарубежных исследователей (Борк А., Вильяме Р., Кларк М., Филдман Т. и др.). Образцы информационных технологий в школьных учебных предметах описаны Бобко И.М., Кузнецовым А.А., Кузнецовым Э.И., Монаховым В.М., Рубцовым В.В., Сергеевой Т.А. и др. Применение средств информатизации образования в профессиональном и в
частности, профессионально-техническом образовании исследовано в работах Бухаровой Г.Д., Горинского С.Г., Гутермана А., Ларионова В.Н., Ткаченко Е.В., Хотунцева Ю.Л., Шапкина В.В. и др. Вопросы использования автоматизированных систем обучения были предметом исследований Брусенцова Н.П., Буняе-ва М.М., Довгялло A.M., Колягина А.Ю., Савельева А.Я. и др.
Однако в предыдущих исследованиях информационные технологии обучения не рассматривались как целостная система, нашедшая свое выражение в общей методологии и теории, а также частных методиках конструирования и использования комплекса средств информатизации образования в учебном процессе.
Анализ состояния этого вопроса показывает, что развитие теории и практики использования средств информатизации образования для повышения эффективности учебного процесса во многом сдерживается отсутствием системных исследований дидактических основ информационных технологий обучения. В частности, не разработаны модели содержания компьютерных курсов, не проведено обоснование дидактических средств проектирования компьютерных курсов, не раскрыты педагогические особенности учебника для преподавания компьютерных курсов, не выявлена специфика подготовки учителей для преподавания компьютерного курса.
Таким образом, следует констатировать существующее противоречие в исследуемой нами области, определяющее проблему исследования: с одной стороны, сфера образования остро нуж-
дается в многоаспектном решении задач информатизации образования, а с другой стороны, не получили должного системного обоснования дидактические основы информационных технологий обучения.
В связи с вышеизложенным, проблема исследования заключается в отсутствии системного подхода к обоснованию дидактических основ информационных технологий обучения, адекватного потенциальным возможностям совершенствования учебно-воспитательного процесса, которыми обладают средства информатизации образования.
В исследовании нами введено два ограничения:
Рассматривая дидактические основы информационных технологий обучения в образовательных учреждениях, мы ограничились общеобразовательными учреждениями, так как именно общеобразовательная школа закладывает фундамент развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества.
Дидактические основы информационных технологий обучения в аспекте конструирования обучения рассмотрены на материале курса информатики и компьютерного курса основ экологии и природопользования, так как:
- курс информатики вносит существенный вклад в формирование основ научного мировоззрения, развитие мышления школьников, подготовку их к практической деятельности, жизни в информационном обществе;
- изучение проблем окружающей среды пронизывает всю
систему школьных дисциплин, экологическое образование школь
ников - это важная, перспективная и недостаточно изученная
проблема с точки зрения использования средств информатизации
образования.
Цель исследования - разработать дидактические основы информационных технологий обучения в образовательных учреждениях .
Объектом исследования является процесс обучения с использованием средств информатизации образования.
Предметом исследования выступают дидактические основы информационных технологий обучения.
Гипотеза исследования. Конструирование обучения на базе разработанных дидактических основ информационных технологий обучения в образовательных учреждениях обеспечит ожидаемое повышение эффективности учебного процесса, если:
в основу моделирования информационных технологий обучения как целостной системы положен принцип метапредметности информатики, позволяющий рассматривать общие тенденции развития (в частности, формализации) учебных дисциплин и развитие общеобразовательного курса информатики как взаимосвязанные и взаимообусловленные направления, способствующие развитию информационных технологий обучения как целостной системы;
ядро дидактических основ информационных технологий
обучения составляет разработанная на основе принципа метап-редметности информатики структурно-функциональная дидактическая модель информационных технологий обучения (на материале экологического образования), описывающая конструирование обучения с использованием средств информатизации образования;
наряду со структурно-функциональной моделью информационных технологий обучения дидактические основы информационных технологий обучения включают модели содержания компьютерных курсов, дидактические средства проектирования компьютерных курсов: проектирование программы, разработка программного обеспечения, создание учебника и проектирование подготовки учителей для преподавания компьютерного курса;
в основу конструирования обучения компьютерным курсам положен метод "непоставленных задач", составляющий базу для разработки комплексов дидактических средств, содержащих программы курсов, учебники, программное обеспечение, программы подготовки учителей для преподавания компьютерных курсов.
Задачи исследования:
раскрыть сущность принципа метапредметности информатики, положенного в основу моделирования информационных технологий обучения как целостной системы;
раскрыть сущность метода "непоставленных задач" как способа реализации в обучении общеобразовательного потенциала информатики;
определить структуру и функции дидактической модели информационных технологий обучения;
разработать модели содержания курса информатики и компьютерного курса "Основы экологии и природопользования" на основе реализации принципа метапредметности информатики, метода "непоставленных" задач, структурно-функциональной дидактической модели информационных технологий обучения;
обосновать методику создания дидактических средств проектирования компьютерных курсов, проектирования программы компьютерного курса, разработки программного обеспечения компьютерного курса;
раскрыть педагогические особенности учебника для преподавания компьютерных курсов (на примере учебников по курсам информатики, основ экологии и природопользования);
выявить специфику подготовки учителей для преподавания компьютерного курса.
Методологическая основа исследования - фундаментальные работы в области философии образования и методологии психолого-педагогической науки (Бабанский Ю.К, Давыдов В.В., Заг-вязинский В.И., Краевский В.В., ЛернерИ.Я., СкаткинМ.Н., Рубцов В.В., Шахмаев Н.М.), создания и использования средств обучения (Леднев B.C., Полат Е.С., Прессман Л.П., Шаповален-ко С.Г.), методологии, теории и практики информатизации образования (Антипов И.Н., БоркА., Ваграменко Я. А., Велихов Е.П., Ершов А.П., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И., Кларк М.,
Лапчик М.П., Тинкер Р.Ф., Филдман Т.), методологии, теории и практики экологического образования (Большаков В.Н., Зверев И.Д., Кавтарадзе Д.Н., Моисеев Н.Н., Суравегина И.Т., Тка-ченко Е.В., Чернова Н.М., Ягодин Г.А.). Методы исследования:
теоретический анализ и синтез при исследовании и обобщении литературных источников, при разработке концепции исследования; при обосновании методики создания дидактических средств проектирования компьютерных курсов;
методы экспертных оценок, анкетирование, интервьюирование в ходе выявления педагогических особенностей учебника для преподавания компьютерных курсов;
экспертно-аналитический метод оценки качества программных средств и систем учебного назначения;
методы моделирования в процессе разработки дидактической модели информационных технологий обучения, в ходе моделирования содержания учебных дисциплин;
экспериментальная работа в процессе апробации эффективности использования различных средств информатизации образования, обоснования методики разработки программного обеспечения компьютерного курса, выявления специфики подготовки учителей для преподавания компьютерного курса.
Основные этапы исследования. На I этапе исследований (1979-1984 гг.) разрабатывались методы прогнозирования, планирования и управления в задачах природопользования (в част-
ности, комплексного использования и охраны водных ресурсов), основанные на применении системного анализа, информационных технологий, компьютерного моделирования экосистем. Полученные результаты позволили выявить основные направления использования информационных технологий в экологическом образовании.
II этап (1985-1987 гг.): на базе системного подхода разрабатывались методологические вопросы исследования, был обоснован выбор теоретической и методологической базы для конструирования дидактической модели информационных технологий обучения.
На III этапе (1988-1989 гг.): изучалась проблема моделирования информационных технологий обучения. Определялись структура и функции дидактической модели информационных технологий обучения, на основе данной дидактической модели разрабатывались модели содержания учебных дисциплин.
IV этап (1990-1992 гг.): была обоснована методика создания дидактических средств проектирования компьютерных курсов: программы, программного обеспечения компьютерного курса, раскрыты педагогические особенности учебника и специфика подготовки учителей для преподавания компьютерных курсов. Эта методика была реализована при создании компьютерных курсов: "Основы информатики и вычислительной техники" (для 10-11 классов средней школы), "Информатика" (для 8-9 классов средней школы), а также "Основы экологии и природопользования" (для 9-Ю классов средней школы).
На V этапе (1993-1995 гг.) проводилась корректировка разработанных методических положений, их экспериментальная апробация в ходе преподавания названных курсов в школах Екатеринбурга, на экспериментальных площадках Международного фонда "Культурная инициатива" (Москва, Нижний Новгород, Самара, Екатеринбург), и были получены первые данные о целесообразности разработанного подхода.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в следующем:
сформулирован принцип метапредметности информатики, позволяющий рассматривать общие тенденции развития (в частности, формализации) учебных дисциплин и развитие общеобразовательного курса информатики как взаимосвязанные и взаимообусловленные направления, способствующие развитию информационных технологий обучения как целостной системы;
раскрыты структура и функции дидактической модели информационных технологий обучения (на материале экологического образования), описывающей конструирование обучения с использованием средств информатизации образования на основе фундаментальных концепций информационного общества, устойчивого развития, концепций информатизации образования и экологического образования, а также принципа метапредметности информатики;
разработан метод "непоставленных задач" как основа конструирования обучения компьютерным курсам.
Практическая значимость исследования заключается в том, что при активном участии автора
теоретически разработаны, созданы и практически реализованы курсы информатики для 8-9 и 10-11 классов средней школы как систематические курсы обучения школьников использованию компьютера для решения "непоставленных задач" в соответствии с триадой "модель - алгоритм - компьютерный эксперимент";
теоретически разработан, создан и практически реализован новый тип средств информатизации образования - компьютерный курс экологического содержания ("Основы экологии и природопользования" для 9-10 классов средней школы).
Практическая значимость состоит также в массовом использовании в практике общеобразовательных учреждений результатов исследования - разработанных при активном участии автора:
1) изданных массовым тиражом
учебной программы по курсу основ информатики и вычислительной техники для 10-11 классов средней школы, утвержденной Гособразованием СССР (1991);
учебной программы по курсу основ информатики и вычислительной техники для 8-9 классов средней школы, утвержденной Министерством образования Российской Федерации (1992);
учебника по курсу информатики для 8-9 классов средней школы и учебника по курсу основ информатики и вычислительной
техники для 10-11 классов средней школы, рекомендованных Министерством образования Российской Федерации (1991-1995);
- учебного пособия по компьютерному курсу основ экологии и природопользования для 9-10 классов средней школы, рекомендованного Министерством образования Российской Федерации (1995);
2) рекомендованного к тиражированию для распространения в массовую школу Гособразованием СССР программно-методического комплекса по курсу основ информатики и вычислительной техники (1991).
К практически значимым результатам исследования относятся разработанные при активном участии автора методические пособия по преподаванию информатики, компьютерного курса основ экологии и природопользования, используемые в высших педагогических учебных заведениях, в системе повышения квалификации учителей.
Апробация результатов работы. Теоретические положения и результаты исследования внедрены в практику обучения в виде подготовленных и изданных учебных программ, учебников, учебных и методических пособий, статей, программно-методических комплексов для обучения информатике, основам экологии и природопользования, методических рекомендаций по их использованию, выполненных автором лично и в соавторстве, излагались и были одобрены на следующих международных, всесоюзных, республиканских совещаниях, конференциях, симпозиумах, семинарах:
научно-практических и методологических конференциях и семинарах АПН и АН СССР "Компьютер и образование" (1989 ), Гособразования СССР (1989, 1990 гг.), ВДНХ СССР (1988, 1990);
III Всесоюзной конференции "Образование в области окружающей среды" (Казань, 1990);
международном симпозиуме "Проблемы токсикологии и прикладной экологии (секция экологического образования и воспитания)" (Москва-Пермь, 1991);
советско-французском семинаре по информатизации начального образования (Переславль-Залесский, Москва, 1991);
IV Международной конференции "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 1993);
российско-американском семинаре "Гуманизация и гуманитаризация педагогического образования" (Екатеринбург, 1993);
международной конференции "Загрязнение окружающей среды. Проблемы токсикологии и прикладной экологии (секция экологического воспитания и образования)" (Москва-Пермь, 1993);
международной научно-практической конференции "Экологическое образование в Голландии и России" (Пущино, 1994);
творческих мастерских, проведенных автором на экспериментальных площадках Международного фонда "Культурная ини-
циатива" (Москва, Нижний Новгород, Самара, Екатеринбург, 1994);
лекции "Computer Applications: A Case for Teaching the Use of Natural Resources", прочитанной автором в Северо-Восточном Иллинойском Университете (Чикаго, США, 1995);
российско-американской конференции "Гуманизация педагогического образования" (Екатеринбург, 1995);
республиканской научно-практической конференции "РЕ-ГИНФОРМ-93" (Пермь, 1993);
республиканской научно-практическая конференции "Информатизация образования" (Екатеринбург, 1993, 1994).
На защиту выносятся:
1) дидактические основы информационных технологий обучения в образовательных учреждениях, включающие
структурно-функциональную модель информационных технологий обучения (на материале экологического образования), модели содержания курса информатики и компьютерного курса "Основы экологии и природопользования", а также дидактические средства проектирования компьютерных курсов: проектирование программы, разработка программного обеспечения, создание учебника и проектирование подготовки учителей для преподавания компьютерного курса;
принцип метапредметности информатики, позволяющий рассматривать общие тенденции развития (в частности, формализации) учебных дисциплин и развитие общеобразовательного
курса информатики как взаимосвязанные и взаимообусловленные направления, способствующие развитию информационных технологий обучения как целостной системы;
- метод "непоставленных задач" как способ реализации в обучении общеобразовательного потенциала информатики, лежащий в основе конструирования обучения компьютерным курсам;
2) теоретически разработанные, созданные и практически реализованные комплексы дидактических средств - компонентов компьютерных курсов информатики и основ экологии и природопользования, включающие программы курсов, учебники, программное обеспечение, программы подготовки учителей для преподавания компьютерных курсов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объем диссертации 380 страниц (350 страниц текста), в том числе 4 рисунка, 10 таблиц, список литературы (256 наименований) и приложения.
