Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ В УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 9
1.1. Психолого-педагогические основания использования компьютерных обучающих систем в учебной деятельности 9
1.2. Дидактические требования к разработке компьютерных обучающих систем 31
1.3. Модель компьютерной обучающей системы 44
Выводы по первой главе 60
ГЛАВА 2. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ В ВУЗЕ (НА ПРИМЕРЕ ПРЕПОДАВАНИЯ НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ) 64
2.1. Содержание и инструментально:методическое обеспечение процедуры разработки КОС 64
2.2. Экспериментальная работа по использованию КОС в учебной деятельности студентов 108
2.3. Анализ результатов экспериментальной работы 123
Выводы по второй главе 134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
БИБЛИОГРАФИЯ 144
- Психолого-педагогические основания использования компьютерных обучающих систем в учебной деятельности
- Содержание и инструментально:методическое обеспечение процедуры разработки КОС
- Экспериментальная работа по использованию КОС в учебной деятельности студентов
Введение к работе
Актуальность исследования. Современный образовательный процесс все более обретает инновационный характер. Важнейшим средством учебной деятельности становятся компьютерные технологии обучения. Разработка и внедрение их в учебный процесс являются качественной характеристикой компьютеризации образования и закладывают основы ее дальнейшей информатизации.
Создание компьютерных технологий обучения стало возможным благодаря глубоким исследованиям, проведенным в области теории и практики информатизации образования (В.Н. Агеев, В.П. Беспалько, П.Я. Гальперин, Т.Н. Гергей, Ю.Г. Древе, Б. Скиннер, Л.Т. Кузин, А.П. Новицкий). Психолого-педагогические и дидактические основы использования компьютерных технологий обучения определены в работах А. Борка, Б.С. Гершунского, В.М. Глушкова, Л.И. Далингера, В.М. Монахова, Е.И. Машбиц и др. Разработке педагогических программных средств (ППС) посвящены исследования И.М. Бобко, Н.Ф. Талызиной, А.А. Кузнецова, Т.А. Сергеевой, Д.А. Поспелова, В.А. Новикова.
Исследования в области психологии мышления, искусственного интеллекта и технологий программирования расширили область применения компьютера в учебном процессе, позволили проверить на практике новые концепции интеллектуализации компьютерного обучения [29,33]. Современные графические и звуковые возможности компьютера обусловили появление гипер- и мультимедиа средств обучения [102,149].
Организация учебной деятельности в вузе связана с анализом и систематизацией информации, использованием технических средств и компьютеров, научно-обоснованным планированием самостоятельной работы, рациональным использованием бюджета времени и может идти одновременно по нескольким направлениям: разработка заданий; обучающих программ; индивидуализация самостоятельных работ; обеспечение учебной литературой и доступа в Интернет.
Использование компьютерных технологий обучения обновляет нормативно-прикладную дидактику, расширяя методы и формы обучения. В практике высшей и средней школы появились методы обучения на основе информационных ресурсов, ассоциативные методы, учебное компьютерное моделирование, компьютерное модульное обучение (В.Н. Агеев).
Компьютерные технологии обучения, предназначенные для организации индивидуальной самостоятельной работы студента, являются особенно перспективными в системе дистанционного обучения, их можно успешно применять для контроля, самоконтроля, консультирования, закрепления пройденного материала, как иллюстративно демонстрирующее средство на лекциях, практических занятиях, при решении задач.
Анализ применения компьютерных технологий обучения или компьютерных обучающих систем (КОС) в учебном процессе носит неоднозначный характер. Несмотря на актуальность использования КОС, нынешнее ее состояние является неудовлетворительным: до настоящего времени в вузах отсутствует единая скоординированная для этих целей стратегия; вопросы использования КОС слабо связаны с учебными планами и программами; недостаточно изучены и проработаны психолого-педагогические аспекты создания и внедрения в учебный процесс; реорганизация традиционных форм интеллектуальной деятельности на базе ЭВМ встречает сильное сопротивление среди преподавателей [114]. Там, где хорошо организовано, имеются материальные и финансовые средства, учитываются психолого-педагогические особенности применения КОС, то реально могут быть улучшения результатов обучения. Оптимизация учебной деятельности - это эффективный путь достижения успехов в профессиональной подготовке будущих специалистов. Оптимизация -целенаправленная деятельность, заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих условиях. В трудных условиях преобразования при низком финансировании требуется максимально использовать потенциал преподавателей, компьютеров. Для повышения качества обучения особенно по предметам общепрофессионального цикла, которые требуют пространственного воображения, очень подходят компьютерные обучающие системы, особенно для моделирования.
Вместе с тем процесс информатизации учебного процесса, характеризуется слабой дидактической базой, не позволяющей широко использовать КОС в различных сферах учебной деятельности, а также противоречием между: а) необходимостью обеспечения мотивации студентов и преподавателей к применению их и недостаточной оснащенностью многих вузов новыми КОС; б) ограниченностью содержания учебников и динамичным потоком информации в телекоммуникационных сетях; в) несформированностью таких личностных качеств как познавательная самостоятельность и приемами оптимальной самостоятельной работы. Актуальность и практическая значимость разрешения существующего противоречия, необходимость всестороннего изучения имеющегося опыта использования КОС в вузах и оптимизация на этой основе процесса обучения послужили основанием для проведения настоящего исследования
Цель исследования: определить педагогические основы разработки и использования компьютерной обучающей системы в учебной деятельности студентов.
Объект исследования: учебная деятельность студентов с использованием КОС по начертательной геометрии.
Предмет исследования: оптимизация учебной деятельности студентов с использованием КОС по начертательной геометрии.
Гипотеза исследования: использование компьютерной обучающей системы будет способствовать оптимизации учебной деятельности студентов, если
- обеспечена оптимальная взаимосвязь обучающе-консультирующего и контролирующе-обучающего модулей системы;
- используются продуктивные методы обучения, связанные с развитием умения осваивать новый опыт на основе творческого мышления, развивающие пространственное образное мышление и интерес к изучаемому предмету;
- обеспечена мотивация студентов и преподавателей для работы с компьютерными обучающими системами.
В соответствии с целью, проблемой и гипотезой исследования нами решались следующие задачи:
анализ психолого-педагогической литературы по проблеме исследования;
- разработка технологии построения педагогических программных средств (ППС);
- разработка содержания КОС;
- экспериментальная проверка эффективности КОС по начертательной геометрии.
Теоретической базой исследования являются: теория деятельности, оптимизации, управления и информатизации образования (В.Н. Агеев, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, П.Я. Гальперин, Т.И. Гергей, Ю.Г. Древе, A.M. Леонтьев, Б. Скиннер, Л.Т. Кузин, Л.П. Новицкий, С.Л. Рубинштейн), психолого-педагогические и дидактические основы использования компьютерных технологий обучения (А. Борк, Б.С. Гершунский, В.М. Глушков, Л.И. Далингер, В.М. Монахов, Е.И. Машбиц, В.А. Извозчиков и др.), исследования по разработке педагогических программных средств (И.М. Бобко, Л.В. Зайцева, Н.Ф. Талызина, А.А. Кузнецов, ТА. Сергеева, Д.А. Поспелов, В.А. Новиков и др.), работы по начертательной геометрии и ее информатизации (С.А. Бубенников, И.И. Котов, P.M. Сидорук, А.Я. Савельев, С.А. Фролов, Н.Ф. Четверухин, В.И. Якунин, Э.А. Якубайтис).
Методы исследования:
- анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по теме диссертации;
- педагогические наблюдения, беседы, анкетирование студентов различных специальностей, изучающих начертательную геометрию, а также преподавателей; анализ контрольных работ и результатов тестирования;
- констатирующий и формирующий эксперименты;
- математическая обработка результатов эксперимента. Экспериментальная база исследования: Восточно-Сибирский
государственный технологический университет (ВСГТУ). Эксперименты проводились в течение 1997-2000 гг. В нем принимали участие студенты института пищевой инженерии и биотехнологии, машиностроительного, механико-технологического легкой промышленности и строительного факультетов, изучающие начертательную геометрию и инженерную графику. Общее количество студентов, участвовавших в обучающем эксперименте, -130. В экспериментах участвовали 8 преподавателей кафедры инженерной и компьютерной графики. Основными целями экспериментов являлись: выявление условий адаптации студентов к спроектированной КОС, оценки повышения показателя успеваемости, обученности практическим умениям и
навыкам, утомляемости при обучении, проверка оптимизации при различных формах учебной деятельности. Этапы исследования:
1. Поисково-подготовительный этап (1994-1996 гг.). Анализ психолого-педагогической, научно-методической литературы по проблеме исследования. Подготовка теоретического материала, тестов для контроля. Подготовка научно-методической базы эксперимента, разработка обучающих программ, анализ состояния качества обучения по дисциплинам общепрофессионального цикла.
2. Основной этап (1997-2000 гг.). Разработка основных модулей КОС, организация и проведение экспериментов в учебном процессе ВСГТУ.
3. Завершающий этап (2001-2004 гг). Внедрение созданных КОС (АОС14, AOCW32) в учебный процесс, обобщение и систематизация полученных данных, оформление диссертации.
Научная новизна:
- обоснованы возможности КОС как средства оптимизации учебной деятельности на примере начертательной геометрии;
- проанализированы дидактические возможности КОС в плане оптимизации учебной деятельности.
Теоретическая значимость исследования:
разработана компьютерная технология решения задач по начертательной геометрии;
- разработаны структура и содержание КОС по начертательной геометрии;
- сформирован компьютерный учебно-методический комплекс. Практическая значимость проведенного исследования заключается в
том, что
- разработаны программно-педагогические средства и технология их использования, обучающе-контролирующие и иллюстративно демонстрирующие программы, дополняющие традиционные формы занятий;
- созданы компьютерные обучающие системы АОС14, AOCW32 по начертательной геометрии;
- методический материал может быть использован при проектировании КОС для других дисциплин.
Апробация материалов исследования: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях
"Современные технологии обучения" «СТО-2000» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.); "Современные технологии обучения" «СТО-2001» (г. Санкт-Петербург; 2001 г.), "Компьютерные технологии в образовании и предпринимательстве" (г. Чита, 1998 г.); на всероссийских научно-технических конференциях: "Роль геометрии в искусственном интеллекте и системах автоматизированного проектирования" (г. Улан-Удэ, 1996п), «Теория и прикладные вопросы современных информационных технологий» (г. Улан- Удэ, 2000-2004 гг.); научно-методических конференциях "СОВРЕМЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ: массовость и качество" (г. Томск, 2001 г., г. Улан-Удэ, 1999-2001 гг.), научно-методических семинарах ВСГТУ и заседаниях кафедры педагогики БГУ
На защиту выносится технология разработки и внедрения КОС в учебную деятельность студентов, включающая:
1) модель знаний учебного курса, отражающая совокупность знаний, умений и навыков, которыми должен обладать обучаемый, исходя из Госстандартов и определяющая структуру и содержание КОС;
2) программно-педагогические средства обучения - комплекс оптимизированных обучающих, контролирующих, консультирующих, демонстрирующих программ, структуры, способов взаимодействия и управления;
3) организацию автоматического контроля знаний, состоящих из системы предварительных и последующих тестов, при различных формах контроля, обеспечивающих подготовку студентов и стимулирующих их к использованию.
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяются теоретическими основами проектирования и использования педагогических программных средств; последовательным проведением педагогического эксперимента, использованием математических методов обработки полученных данных, подтвердивших основные положения диссертации.
Структура и объем диссертации: работа состоит из введения, двух глав, каждая из которых содержит три параграфа, заключения, библиографии и приложений.
Психолого-педагогические основания использования компьютерных обучающих систем в учебной деятельности
Процесс обучения представляет собой сложное единство деятельностей ученого-преподавателя и студента, направленных на достижение общей цели - вооружение обучающихся научными знаниями, умениями и навыками и их творческое развитие.
Учебная деятельность студента - это сложный процесс, в котором происходит освоение определенных предметных и научных знаний, приобретение индивидуального опыта познания при помощи самостоятельного оперирования знаниями, овладения необходимыми способами действий, реализуемых через умения [122].
В разработку теории учебной деятельности внесли вклад многие ученые (П.Я. Гальперин, A.M. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина, В.Я. Ляудис). Они считают учение специфической деятельностью: не только процессом усвоения узкодисциплинарного знания, но и процессом развития метакогнитивных способностей студентов. В структуре учебной деятельности выделяют три основные составляющие: ориентировка, исполнение и контроль, которые предполагают наличие учебных потребностей и мотивов, учебных задач и их реализацию в учебных действиях, контроль и оценку результатов, анализ способов достижения.
Успех в учении зависит от многих факторов, среди которых ведущее место занимают мотивы, то есть причины, побуждающие к учению, установка (психологический настрой или готовность к деятельности), познавательные потребности и интересы, целеустремленность и другие волевые качества. С позиции кибернетики процесс обучения и воспитания рассматривается как особый вид управления познавательной деятельностью студентов, формирования у них профессионально-этических качеств.
Вузовское обучение в значительной степени отличается от школьного. Основными особенностями вузовского обучения являются:
- усвоение знаний и приобретение практического опыта происходит под знаком профессиональной направленности, то есть в плане подготовки к деятельности в области избранной профессии;
- изучение предмета и ее развитие (студент овладевает процессом формирования предметных знаний и методами самой науки, знакомится с ее проблемами, задачами и способами их решения);
- совмещение научного и учебного процессов (самостоятельная учебно познавательная деятельность протекает совместно с научно исследовательской работой).
Учение в вузе - процесс сложный и трудный, требует мобилизации внимания, волевых усилий, повышенной работоспособности, сосредоточенности, самоорганизации, рационального распределения времени на учебу и отдых, высокой сознательности и активности студентов.
Основными формами организации обучения студентов в вузе являются: лекций; практические, лабораторные и семинарские занятия; самостоятельная учебная работа; научно-исследовательская работа; контроль и др.
Существенным показателем студента - субъекта учебной деятельности -служит его умение выполнять все ее виды и формы. Однако результаты специальных исследований показывают, что большинство студентов не умеют слушать и записывать лекции, конспектировать литературу (в большинстве случаев записывается только 18-20% лекционного материал). Они не умеют выступать перед аудиторией (28,8%), вести спор (18,6%), не умеют самостоятельно работать (29,4%), давать аналитическую оценку проблем (16,3%). На материале конкретно-социологического исследования было показано, что 37,5% студентов стремятся хорошо учиться, 53,6% не всегда стараются, а 8% не стремятся к хорошей учебе. Но и у тех, кто стремится хорошо учиться, в 67,2% случаев учеба не идет хорошо [35]. Отсюда, низкая адаптация к вузовским условиям (особенно первокурсников), низкая успеваемость, перегрузки при неумении распределять свое время.
Перед преподавателем возникает ответственная психолого-педагогическая задача формирования студента как субъекта учебной деятельности, что предполагает, прежде всего, необходимость обучить его умению планировать, организовывать свою самостоятельную деятельность. Подобная постановка вопроса требует определить учебные действия, необходимые для успешной учебы, программу их выполнения на конкретном учебном материале и четкую организацию заданий по их формированию. При этом образец выполнения этих действий должен демонстрировать сам преподаватель, учитывая трудности адаптационного периода обучения студентов на первом курсе. Его влияние на характер освоения новых ценностных ориентации студента, его мотивации и такие индивидуальные свойства как беспокойство, эмоциональность, неоценимо.
Содержание и инструментально:методическое обеспечение процедуры разработки КОС
Перспективными в плане продуктивного обучения являются экспертно-обучающие системы [130]. Они включают в себя четыре основных компонента: модель эксперта предметной области (знания о предметной области); модель эксперта обучения (знания о стратегии и тактике обучения, диагностике причин ошибок); модель обучаемого, средства обеспечения интерфейса системы со. студентом и экспертом. Но на сегодня нет интеллектуальных обучающих систем, которые бы имели достаточно развернутые все эти компоненты. КОС предоставляют обучаемому сумму знаний, управляют деятельностью обучаемого по конечному результату выполнения учебных заданий.
Как видим, компьютерные технологии обладают значительным дидактическим потенциалом [48]. Говоря о дидактических возможностях компьютера, мы имеем в виду возможности и потенциал педагогических программных средств. Именно они являются носителями тех свойств, которые определяют эффективность компьютера в учебном процессе. Эта точка зрения отражена в работах А.А. Кузнецова, Т.А. Сергеевой, которые определяют ППС как средства обучения, которые специально созданы или адаптированы для учебного процесса, направленного на организацию деятельности студентов. В состав ППС входят:
1. Программа (совокупность программ) для ЭВМ, направленная на достижение заданных дидактических целей при обучении той или иной учебной дисциплине (программу для ЭВМ, входящую в состав ППС, часто называют обучающей программой (ОП), хотя она может реализовывать различные виды учебной деятельности: выдачу нового учебного материала, контроль усвоения знаний, закрепление полученных знаний и т.д.
2. Комплект технической и методической документации по использованию данной программы в учебной деятельности.
3. Набор вспомогательных средств для использования в учебном процессе (учебные пособия, слайды и т.д.) [14,97].
Тенденции развития дидактики дают возможность сформулировать следующие требования к педагогическим программным средствам:
- сохранение основных фронтальных форм обучения, обеспечивающих каждому студенту возможность обучения по оптимальной и индивидуальной программе, учитывающих в полной мере его познавательные и когнитивные аспекты;
- способность оптимизации процесса обучения в педагогической среде;
- организация принципов мониторинга обучения, оценки уровня усвоения, познавательной самостоятельности студентов;
- выступать инструментом реализации дидактического принципа рефлексии, требующего от студента самостоятельного изучения предмета и формирования определенной системы знаний с учетом когнитивных особенностей;
- не вступать в противоречие с принципами и закономерностями традиционной педагогики.
В тесной взаимосвязи с названными выше требованиями находятся и принципы проектирования новых технологий при разработке специализированных обучающих программ. К ним относятся: принцип целостности; принцип воспроизводимости информации; принцип адаптации процесса обучения к личности; принцип потенциальной избыточности учебной информации, требующей разработки обучающих (тестирующих) программ для обобщенного усвоения предмета и правильного применения их для решения тестирующих задач, охватывающих весь изучаемый материал. Наиболее полным образом эти принципы реализуются в учебном процессе системы интенсивного обучения, чередующегося с лекционным материалом и позволяющим определить методику индивидуальной и групповой оценки уровня и качества знания излагаемого материала. Главной отличительной чертой таких программ является исследование и разработка интерактивной системы, реализующей концепцию технологии обучения в техническом вузе.
Экспериментальная работа по использованию КОС в учебной деятельности студентов
В соответствии с государственными стандартами в учебных планах вузов наблюдается увеличение учебного времени для самостоятельной внеаудиторной работы студентов. При использовании компьютерных технологий акцент в обучении переносится именно в сторону самостоятельной работы по такому сложному предмету, как начертательная геометрия. Наша КОС создавалась как дополнение к основному курсу начертательной геометрии и инженерной графики, для самостоятельной индивидуальной работы студентов во внеаудиторное время (в дисплейных классах, на домашнем компьютере и при дистанционном обучении). Разумеется, применение не ограничивается только этими условиями. В соответствии с принципом адаптивности данная обучающая система может успешно применяться при входном, промежуточном и выходном контроле, а также, если время и ресурсы позволяют, и в аудиторные часы. С использованием КОС студент получает возможность:
- вести работу в оптимальном для него темпе;
- обучается тем методом и на том уровне изложения, которые наиболее соответствуют уровню его подготовленности и психофизическим характеристикам;
- имеет возможность вернуться к изученному ранее материалу,
получить необходимую помощь, прервать процесс обучения в произвольном
месте, а затем к нему возвратиться;
- может наблюдать динамику различных процессов, взаимодействие различных механизмов и т.п.
- может управлять изучаемыми объектами, действиями, процессами и видеть результаты своих воздействий;
легче преодолевать барьеры психологического характера (несмелость, нерешительность, боязнь насмешек) вследствие определенной анонимности контакта с компьютером;
- проводить самоконтроль;
- отрабатывать необходимые умения и навыки до той степени подготовленности, какая требуется вследствие исключительной "терпеливости" компьютера.
Индивидуальная самостоятельная работа. 1. Организационные моменты. Необходимо в первую очередь подготовить дисплейные классы и программное обеспечение для занятий во внеаудиторное время, а также методические материалы в виде методических указаний, инструкций или правил занятий с КОС. Расписание занятий в дисплейных классах должно быть заранее подготовлено. Студент, приходя в класс, берет талон с номером компьютера у дежурного лаборанта или инженера. Может взять задание у преподавателя или сам планирует, что и в каком порядке изучить. Время на одно занятие с КОС, в соответствии с гигиеническими требованиями и с экспериментальными данными, не должно превышать 45 минут. Начертательную геометрию и инженерную графику студенты обычно изучают на первом курсе, в первом семестре. Многие студенты, особенно из сельских школ, не знают компьютер и не имеют навыков работы с ним, поэтому преподаватели или инженеры должны показать, как работать с компьютером и с обучающей системой. 2. Основы технологий применения. При запуске программ открывается меню КОС (см. рис.2.15, 2.16.) и студенту необходимо в соответствии с оптимальными путями диалога, открыть меню АОСпомощь (?) и прочитать условия работы с системой. Затем выбрать из меню Режим - свободный (АОС14 - АОС), тогда открываются через меню Файл разделы, претесты, темы, постесты и он в удобном ему темпе начинает обучение. Рекомендуется, в соответствии с оптимальными путями изучения, начинать с проверки уровня своей подготовленности и к адаптации с Претестові (Оптимальные пути изучения записаны в меню). Здесь студент отвечает на несколько вопросов по теме, которые он раньше изучал. Например, в разделе 1 - «Метод проекций», предварительные тесты Претесты 1 содержат вопросы из школьной геометрии и, если студент получит после ответов сообщение: «Хорошо, Вы можете изучать темы и Претесты2», то можно считать, что он подготовлен и может изучать теорию по своему усмотрению. Для достоверности и окончательной проверки подготовленности обучаемый может проверить себя в Претестах2, где вопросов больше, и представлены исчерпывающие ответы к данной теме. Если он получит сообщение: «Плохо, подготовьтесь», то это означает, что его ранг ниже и придется вспомнить школьную геометрию или повторить, а затем снова начать сначала. При получении положительной оценки можно выборочно изучить темы или открыть меню Анимация и посмотреть в динамике процесс образования проекций точек, линии и т.д.
При выборе режима: «Под управлением компьютера», студенту необходимо выполнять рекомендации, предлагаемые КОС, например, без «прохождения» Претестов не будут открываться темы и т.д. В 2.1 предлагаются номера разделов и тем для оптимального обучения, после запятой рекомендуется сделать перерыв.
