Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы первичного формирования знаний 11
1.1. Проблемы управления процессом усвоения новых знаний 11
1.2. Проблемы педагогических условий использования компьютера для управления первичным формированием знаний 30
2. Модель процесса первичного формирования знаний с применением ЭВМ . 37
2.1. Построение модели 38
2.1.1. Исходные позиции построения модели 38
2.1.2. Моделирование организации процесса 41
2.1.3. Организация учебного материала при подготовке его к включению в программный продукт 60
2.1.4. Учебные материалы для выдачи содержания новой информации на бумажном носителе 83
2.2. Функции компьютеризированного педагогического действия формирования знаний 84
3. Экспериментальное исследование модели процесса первичного формирования знаний с использованием компьютера 99
3.1. Исследование учебных успехов 100
3.2. Представление студентов о целесообразности применения компьютера при первичном формировании знаний 138
Заключение 148
Литература 155
Приложения 166
- Проблемы управления процессом усвоения новых знаний
- Проблемы педагогических условий использования компьютера для управления первичным формированием знаний
- Построение модели
- Исследование учебных успехов
Введение к работе
В условиях крупных изменений в производстве, народном хозяйстве, социальных условиях непрерывно растут темпы развития науки и техники, что ставит перед обществом новые задачи. Особую роль в их решении должна сыграть система народного образования. Одной из ее задач является совершенствование процесса обучения в учебных заведениях. Но на пути его улучшения возникают существенные трудности среди которых усложнение и увеличение объема работы преподавателя. Он не успевает делать все то, что нужно было бы для обеспечения эффективной работы всех учащихся. Не все действия он имеет возможность выполнять адекватно учебным задачам и состоянию обучения.
Совершенствование процесса обучения идет непрерывно по многим направлениям. В том числе изменяются его средства и способы их применения. Традиционные способы информации - устная и письменная речь, телефонная и радиосвязь уступают место компьютерным средствам обучения. Компьютерная техника и педагогические программные продукты все больше и больше проникают, внедряются в педагогическую практику. Компьютер научились использовать на всех этапах процесса обучения. В литературе рассматривается специфика его применения на каждом этапе. Установлено, что способы, характерные для одного этапа, могут использоваться и на других.
В педагогических исследованиях в большинстве случаев применение компьютера рассматривается для проверки знаний, умений и навыков и для тренажа. Редко изучаются способы его использования при первичном формировании знаний.
Традиционно сложился такой опыт формирования новых знаний, когда их излагает педагог. Широкую известность получило использование при этом технических приспособлений (средств) для иллюстрирования преподносимого преподавателем материала. Педагоги, как правило, не задумывались над тем, что техника на этом этапе может приносить еще и какую-нибудь другую пользу. Однако многие специалисты из числа инженеров, педагогов, психологов, медиков и т.п. указывают на новые возможности использования компьютера для улучшения качества обучения, в том числе и на этом этапе, которые целесообразно изучить. Но раскрытие и использование этих возможностей в литературе представлено пока еще очень бедно.
Из отмеченного вытекает проблема: как использовать компьютер для улучшения первичного формирования знаний.
Наше внимание привлекла идея управления формированием знаний, поэтому рамках этой проблемы темой нашего исследования мы избрали: "Педагогические условия использования компьютера для управления первичным формированием знаний".
Выполнение этой темы должно послужить упорядочению процесса первичного формирования знаний.
Сказанное выше обосновывает актуальность темы.
Объектом исследования является процесс первичного формирования знаний.
Предметом исследования являются педагогические условия компьютеризации процесса первичного формирования знаний.
Цель исследования заключается в раскрытии педагогических условий использования эффективной модели компьютеризированного управления первичным формированием знаний.
Гипотеза. Мы исходили из предположения, что: - включение в процесс первичного формирования знаний внешних для обучаемого текущих ориентиров, возникающих на основе анализа действий учения и выражающих их оценку, помогает субъекту учения принимать оптимальное решение о направлении своего, внимания на тот компонент учебного материала, который наиболее целесообразно осмысливать в текущей учебной ситуации для первичного формирования очередного знания; - эти текущие ориентиры могут создаваться взаимодействием обучаемого с компьютером; - использование этих ориентиров обеспечивает замыкание циклов учебных познавательных действий учащегося и циклов педагогического взаимодействия (превращают учение и обучение в замкнутые процессы).
В соответствии с проблемой, целью и гипотезой исследования поставлены следующие его задачи:
1. Изучить состояние проблемы первичного формирования знаний с применением технических средств управления познавательной деятельностью.
2.Разработать модель первичного формирования знаний с применением компьютера.
З.Исследовать педагогическую эффективность экспериментальной модели первичного формирования знаний.
4. Вывести педагогические условия испольования компьютера для управления первичным формированием знаний.
Нами применены следующие методы исследования, адекватные его целям, предмету и задачам:
Изучение специальной научной литературы.
Педагогическое моделирование.
Информационное программирование (для создания программного продукта, реализующего педагогическую модель).
Естественный педагогический эксперимент.
Анкетирование.
Параметрические и непараметрические методы математической статистики.
Методологической основой исследования являются философские трактовки всеобщей связи и взаимообусловленности явлений, перехода количественных изменений в качественные; деятельностная теория формирования знаний, умений и навыков; теория поэтапного формирования умственных действий; физиологическая теория функциональной системы; кибернетическая трактовка управляемой системы.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в следующем: - описание педагогических условий использования компьютера для управления первичным формированием знаний; педагогическое обоснование модели процесса первичного формирования знаний с применением компьютера; раскрытии содержания и вариантов действийной (состоящей из действий) структуры шага обучения, шага преподавания и шага при первичном формировании знаний с применением компьютера; выделена совокупность функций компьютеризированного педагогического действия формирования знаний, в их числе выведена новая для теории педагогики делектирующая функция.
Практическая значимость исследования состоит в том, что предложенная модель процесса первичного формирования знаний с применением компьютера, которая диссертантом доработана и педагогически обоснована, готова к использованию авторами учебных материалов и преподавателями (практическими педагогами) для разработки их и последующего применения на учебных занятиях.
На защиту выносятся следующие результаты. 1 .Совокупность педагогических условий использования компьютера для управления первичным формированием знаний.
2. Педагогическое обоснование модели процесса первичного формирования знаний с применением компьютера.
3. Описание содержания действийной структуры шага обучения, преподавания и учения при первичном формировании знаний с применением компьютера.
Совокупность функций компьютеризированного действия преподавания при первичном формировании знаний.
Делектирующая функция компьютеризированного действия преподавания при первичном формировании знаний с применением компьютера.
Базой исследования явился Новороссийский филиал Кубанского государственного технологического университета.
Исследование выполнялось по следующим этапам.
Исследование состояния проблемы. Изучение специальной научной литературы, наблюдение опыта применения компьютера в процессе обучения, посещение научно-практических конференций и семинаров.
Разработка модели первичного формирования знаний с применением компьютера и ее педагогическое обоснование. Определялись исходные позиции авторской разработки, выполнялось педагогическое проектирование действий преподавания, улучшающих управление формированием знаний, и вносились соответствующие изменения в действия учения. Составлялись пробные сценарии учебных материалов. Составленные сценарии преобразовывались в программные продукты. После этого созданные продукты испытывались в естественном лабораторном педагогическом эксперименте. На основе результатов испытаний вносились коррективы в структуры действий, сценарии и программные продукты. Затем опять следовало лабораторное испытание и т.д. до признания модели и инвариантного продукта (электронной оболочки) готовыми.
Разработка учебных материалов для экспериментальных занятий. Отбирался для эксперимента учебный материал, составлялись учебные задания для самостоятельного изучения нового материала, раздаточный материал, сценарии программного продукта, а затем и сам этот продукт.
Проведение экспериментальных занятий с использованием разработанных материалов и обобщение результатов исследования.
Достоверность результатов исследования обеспечена применением комплекса мер, в который входят: опора на признанные методологические и педагогические концепции (ассоциативно-рефлекторная концепция обучения, теория формирования понятий, теория поэтапного формирования умственных действий); результаты исследований других авторов; промежуточные и итоговые испытания разрабатываемых структур и положений; применение методов математической статистики, среди которых непараметрические методы; оценка значимости и достоверности математических результатов на уровне 0,005 (с точностью до 99,5%).
Личный вклад соискателя в выполнение диссертационной темы заключается в развитии модели первичного формирования знаний с применением компьютера, педагогическом обосновании этой модели, выделении функций компьютеризированного действия преподавания по формированию знаний, организации и проведении педагогического эксперимента, обобщений результатов исследования.
Апробация и внедрение результатов исследования. Разработанный нами пакет обучающих программ используется в учебном процессе Новороссийского филиала Кубанского государственного технологического университета с 1997 года на вторых курсах двух факультетов. Материалы диссертации докладывались на заседаниях кафедры инженерных дисциплин Новороссийского филиала КубГТУ, кафедры педагогики КубГУ, обсуждались на заседаниях методических советов НФ КубГТУ, отражены в отчетах по научно- » исследовательской работе НФ КубГТУ (1996-1998), на Всероссийском симпозиуме «Математическое моделирование и компьютерные технологии» (г.Кисловодск, 1997), на научно-методической конференции вузов Северо-Кавказского региона (г.Новочеркасск, 1997-1998). Материалы исследований публиковались и в других сборниках.
Автором опубликовано учебно-методическое пособие «Электронный сборник упражнений по теории вероятностей», которое используется в учебном процессе по формированию новых знаний
Щ (объемом 108 стр.).
Проблемы управления процессом усвоения новых знаний
Первичное формирование знаний является начальным этапом процесса обучения. Им процесс начинается, поэтому от его результатов существенно зависит все дальнейшее его протекание. На этом этапе обучаемый должен воспринять новый материал, овладеть его общей схемой, основной идеей, разобраться в сущности изучаемого, связать его с тем, что было усвоено прежде, понять его закономерности, признаки. У него должны сформироваться четкие знания об изучаемом объекте, явлении, закономерности. Внимание обучаемых направляется на расчленение и анализ материала и формирование на этой основе целостного представления о нем.
При этом необходима внутренняя установка обучаемого на восприятие и усвоение материала в целом. Созданию ее помогают внешние воздействия. Среди них существенное место занимают те, которые оповещают о необходимости в ближайшее время применять новые знания для решения задачи, которое будет проконтролировано.
Важность процесса усвоения нового материала обучаемыми установлена исследователями. Ими установлено, что если процесс усвоения новых знаний пройден учащимися эффективно, т.е. обучающим, достигнуты намеченные на этом этапе цели, то можно безбоязненно приступить и обучаемым и обучающему к следующему этапу процесса обучения [11; 27; 30; 71; 120; 123; 124 и др.].
В общих чертах в процессе первичного формирования знаний выделяется несколько этапов: психологическая подготовка обучаемых к восприятию нового материала; предъявление новой информации и осмысление ее обучаемыми; этап самостоятельного применения обучаемыми полученных знаний [27; 71; 120].
Краткая характеристика каждого этапа сводится к тому, что сначала главной задачей обучающего является задача выявления и устранения у обучаемых пробелов в опорных знаниях и психологическая подготовка обучаемых к восприятию нового материала. На втором этапе после ознакомления с новой информацией обучаемые обычно выполняют задания на применение только что полученных знаний в наиболее существенных ситуациях. Третий этап представляет собой закрепление воспринятой информации, выполнение заданий по образцу, самостоятельное решение задач обучаемыми.
С.Л.Рубинштейн, например, в процессе усвоения новых знаний выделяет следующие стадии: "первичное ознакомление с материалом, или его восприятие в широком смысле слова, его осмысление, специальная работа по его закреплению и, наконец, овладение материалом - в смысле возможности оперировать им в различных условиях, применяя его на практике " [110, 85].
Однако механизмы усвоения новых знаний более сложны, чем может показаться на первый взгляд.
Исследования Л.С.Выготского, А.Н.Леонтьева смогли наметить лишь общие пути формирования знаний у обучаемых. Затем П.Я.Гальперин показал, каким образом следует организовывать их действия, необходимые для изучения нового материала, гарантирующие достаточный уровень усвоения. П.Я.Гальперин цель своего исследования видел в необходимости выяснения условий, при наличии которых ученик будет действовать так, "как надо", и обязательно придет к заранее намеченным результатам.
В процессе усвоения новых знаний он выделял несколько основных этапов, успешное прохождение которых гарантировало бы обучаемому действительное усвоение материала. Каждый из этапов учебно-познавательной деятельности обучаемого можно описать в виде вполне точных действий. Это отражено в теории поэтапного формирования умственных действий, различные аспекты которой изложены в трудах А.Н.Леонтьева, П.Я.Гальперина, Н.Ф.Талызиной и др.[27; 29; 30; 71, 67, 123; 124 и др.]. Так, П.Я.Гальперин и Н.Ф.Талызина выделяют следующие этапы процесса усвоения новых знаний: 1) мотивационный этап; 2) этап ознакомления обучаемых с деятельностью и входящими в нее знаниями или этап ориентировки в материале и способах работы с ним; 3)этап выполнения действий в материализованной (материальной) форме; 4) этап внешнеречевых действий; 5) этап выполнения действий во внешней речи про себя; б) этап умственных действий [27, 5; 124, 70-78; 123, 81-90].
Отталкиваясь от схемы усвоения, разработанной учеными П.Я.Гальпериным и Н.Ф.Талызиной, отметим проблемы эффективного управления процессом первичного формирования знаний. Наше исследование выполнялось в процессе первичного формирования знаний студентов технического вуза.
Установившаяся в вузе дидактическая система обучения в настоящее время подвергается критическому анализу. Термин "традиционное обучение" подразумевает прежде всего классно-урочную организацию обучения, сложившуюся в 27 веке на принципах дидактики, сформулированных Я.И.Коменским, и до сих пор являющуюся преобладающей. В психолого-педагогической литературе отмечаются ее достоинства и недостатки [11, 125-132; 15, 40; 36; 38, 40; 114, 36-37 и др.].
Проблемы педагогических условий использования компьютера для управления первичным формированием знаний
Итак, как показывают исследования специалистов в области педагогики и психологии показали нынешняя традиционная система обучения не в состоянии обеспечить каждому обучаемому эффективное прохождение процесса первичного формирования знаний.
Теоретические основы обучения с использованием компьютера разрабатывались в трудах советских и зарубежных ученых и педагогов; Е.И.Машбиц [88; 89], Т.Гергей [32], М.А.Перегудов, А.Я.Халамайзер J101], В.М.Шейман [135], О.Ю.Ермолаев, Т.М.Марютина [46], Б.С.Гершунский [33], Л.И.Земцова, А.Г.Луканкин [47] и другие.
Эти авторы видят в компьютере мощное средство обучения, применение которого позволяет повысить эффективность учебного процесса в средней и высшей школе, облегчить работу преподавателя. Именно с компьютеризацией обучения связаны их надежды уменьшить разрыв между требованиями к обучаемым, и тем, что действительно дают школа и вуз.
Однако в их работах мы не встретили какой-либо определенной технологии по использованию ЭВМ как средства управления учебной деятельностью на этапе формирования у обучаемых новых знаний. Их работы в основном затрагивают применение компьютера в процессе обучения на этапах контроля, проверки и закрепления материала. Этап же первичного ознакомления учащихся с новым материалом выпадает из их поля зрения.
Никто из авторов не связывает введение компьютеров в образование с возможностью существенно уменьшить возникающие у обучаемых иллюзии усвоения нового материала, вызванные формальным отношением учащихся к изучаемой теме урока и приводящие к закреплению неверных представлений в усваиваемой области знаний, что не позволяет учащемуся эффективно пройти последующие этапы обучения.
Иными словами, нет исследований, убеждающих, что компьютер на этапе первичного формирования новых знаний может обеспечить качественный рывок в системе образования.
Важность обратных связей и несовершенство их в нынешней традиционной системе обучения нами уже рассмотрены. Учитывая, что обучение компьютеризируется, стоит говорить уже о важности диалога обучаемого с обучающим - ЭВМ. Это отмечают, например, Ив. Ганчев, Й.Кучинов, Т.Данова, Кр.Данов [31], Б.С.Гершунский [33], Г.Н.Скобелев [116], Е.И.Машбиц [89,92-95].
Исследования педагогов и психологов показали, что на начальных этапах изучения нового материала обратная связь более значима, чем на более поздних этапах обучения. А в связи с возникновением иллюзий усвоения у учащихся, приводящих к закреплению неверных представлений в усваиваемой области знаний, постоянный диалог между учеником и учителем, начиная с первого и кончая последним этапом формирования умственных действий, считаем мы, просто необходим.
Проведенный нами анализ психолого-педагогической литературы показал, что исследования в области компьютеризированного диалога в указанных выше условиях практически отсутствуют, не разработаны критерии частоты обратных связей, не обоснованы корректирующие воздействия и др.
Обратная связь тесно связана с контролем и оценкой знаний обучаемых. ЭВМ обеспечивает возможность выявления степени усвоения материала, позволяет сократить время, затрачиваемое на контроль, повысить объективность контроля, проконтролировать большое число студентов за короткий промежуток времени [см., например, 31; 54; 89].
Но, несмотря на большое число работ, посвященных контролю знаний с помощью ЭВМ, в настоящее время нет разработанных технологий применения компьютера на этапе формирования новых знаний, устраняющих заблуждения учащихся относительно понятности материала.
Также неясным остается пока вопрос о видах управления учебным процессом: то ли это должно быть только замкнутое управление, то ли смешанное. Если смешанное, то по каким критериям судить о правомерности осуществления на одних этапах обучения разомкнутого управления, на других - замкнутого? (Отдельно о разомкнутом управлении мы не говорим, поскольку выше уже отмечено его несовершенство).
Далее, как мы уже отмечали t в традиционной системе обучения невозможно осуществить индивидуализацию и дифференциацию обучения вследствие того, что используется рассеянный Налицо огромные физические перегрузки обучающего. Индивидуализация и дифференциация обучения представляют собой, по существу, адаптацию обучающих воздействий к особенностям каждого студента.
Построение модели
6 качестве исходной позиции построения модели процесса первичного формирования знаний с компьютерной поддержкой я приняла разработанные Э.Г. Малиночкой формализованные модели методов первичного формирования знаний с автоматизированной обратной связью [76, 77-90]. Эти модели представлены структурной формой Х(АДОД) в которой буквы с индексами обозначают приемы обучения. Л - способы ознакомления учащегося с новой порцией учебного материала. Они могут выступать в одном из двух вариантов: Ai - чтение программированного учебника или пособия, имеется в виду чтение указываемой порции нового для учащегося учебного материала; А2 - чтение обычного учебника; Аз - устно преподавателем. Bj - способы предъявления задания (операционного кадра), которые могут выступать в четырех вариантах. Ві - в тексте программированного учебника или пособия; Вг - на индивидуальном экране; 83 - в программированном приложении; 84 - устно преподавателем. Cx - способы формирования ответа. Предусмотрены три варианта: Сі - конструирование. Имеется в виду составление из предъявляемых для выбора элементов информации; Сг - выбор. Для выбора предъявляются готовые ответы, а не части (элементы) их; Сз - получение и ввод конечного результата (например, числа, формулы, слова). Лх - способы осуществления обратной связи. Предусмотрены два варианта. Ді - сообщение технического средства о правильности действия и переключение его на следующую операцию только после правильного выполнения действия (верного ответа); Д2 - сообщение технического средства о правильности действия, выдача разъяснений (в случае допущения ошибок) и переключение его на следующую операцию только после правильного выполнения действия (верного ответа). В приведенной выше формуле для каждого метода обучения все индексы имеют фиксированные значения, а X означает многократное повторение одной и той же совокупности действий, которая представляет собой шаг процесса обучения. Автор структурной формулы имеет в виду, что конкретный метод обучения может быть составлен как из разных способов построения шага, так и из одинаковых. В реальном процессе обучения, в рамках этапа учебного занятия, на котором применяется один метод обучения при первичном формировании знаний (как, кстати, и при решении других учебных задач) с использованием программированных материалов, как правило, среди указанных в форме четырех компонентов метода часто меняет свою структуру только третий -способ формирования ответа (С). В остальных, как правило, в пределах одного этапа занятия при переходе от шага к шагу виды действия не изменяются. Поэтому речь идет о такой совокупности способов построения шагов, как, например, А1В2С1Д2, А1В2С3Д2, А1В2С3Д2, что она представляет собой отдельный метод обучения, который можно обозначить так: I (ААСДг). В рассматриваемой работе выделяются 10 возможных методов первичного формирования знаний с автоматизированной обратной связью, которые располагаются в ранговую последовательность по убыванию обеспеченности средствами автоматизации и программирования. Получека следующая ранговая последовательность структурных форм методов [76,89]:
Исследование учебных успехов
Наш пакет обучающих программ применяется с 1996 года при изучении разных учебных дисциплин (высшая математика, метеорология и климатология), в разных группах студентов (97-эк-1, 97-эк-2, 97-oc-l, 97-ос-2), разных специальностей ("Государственное и муниципальное управление", "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"). Полученные результаты дают основание сделать выводы об эффективности использования компьютера для управления первичным формированием знаний. Для исследования педагогической эффективности применения экспериментальной модели выделялись экспериментальные и контрольные группы студентов. После занятий по формированию знаний проводились письменные контрольные работы, одинаковые для студентов контрольной и экспериментальной выборок. При анализе результатов применялись параметрические и непараметрические методы математической статистики. В качестве количественных показателей использовались оценки, получаемые студентами, и количество ответов на задаваемые вопросы. За исходные данные принимались оценки, полученные до эксперимента. Анализировались ответы, ошибки студентов, проводились беседы с ними, анкетирование. Рассмотрим эксперимент, проведенный нами в 1998-1999 учебном году во второй половине первого семестра в группах 97-ос-1 (экспериментальной) и 97-OC-2 (контрольной) второго курса специальности "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" на занятиях по высшей математике. Для эксперимента был выбран один из разделов высшей математики - теория вероятности. В экспериментальной группе занятия проводились с использованием компьютера, а в контрольной группе - традиционными методами. Компьютер применялся для выдачи на экран нового учебного материала и установления автоматизированной обратной связи путем выполнения компьютеризированных (обусловленных действиями компьютера) заданий по текущему (только что воспринятому и в данный момент еще осмысливаемому) учебному материалу. Учащиеся экспериментальной выборки работали по программам, представленными в приложениях 1-6 на стр. 166-211. В течение всего эксперимента, после каждого занятия студенты экспериментальной и контрольной выборок выполняли одну и ту же письменную контрольную работу. Проанализируем результаты контрольных работ методами математической статистики. Во-первых, необходимо учесть исходное состояние учащихся. В качестве исходных данных возьмем текущие оценки за первую половину первого семестра второго курса. Сценарии задач 3-5 контрольной работы отдаленно напоминают сценарии задач, решение которых рассматривается при помощи компьютера. Факт рассмотрения решений при помощи компьютера сыграл положительную роль, получена существенная прибавка положительного результата, в количестве 17-19%, но это в два с половиной раза меньше, чем по второму вопросу. Условие первой задачи имеет одну особенность, не получившую отражения в программном продукте. Она состоит в том, что при втором действии (вынимании шара) за одну целую величину принимается массив, измененный первым действием. Поскольку на это обстоятельство не обратили внимание ни в экспериментальной, ни, видимо, в контрольной выборке, на него примерно одинаково среагировали обе совокупности студентов. Прирост положительного результата в ответах на первый вопрос очень мал, составляет всего 3%. Общий прирост положительного результата применения компьютера для первичного формирования знаний, составляет 21% при 49% правильных ответов в контрольной выборке. Это означает, что подключение компьютера почти в полтора раза улучшило усвоение материала (70% : 49% 1,43).
