Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Теоретические основы использования информационных технологий при изучении математики 12
1.1. Феноменологический анализ понятия «Информационные технологии обучения» 12
1.2. Классификация информационных технологий обучения и их психолого-педагогические характеристики 29
1.3 Характеристика современных информационных технологий обучения при изучении естественнонаучных дисциплин в общеобразовательной школе 54
ВЫВОДЫ по I главе 88
ГЛАВА II. Педагогические условия повышения качества обучения старшеклассников математике с использованием информационных технологий 90
2.1. Диагностика использования информационных технологий при изучении математики в общеобразовательной школе 90
2.2. Организация и проведение опытно-экспериментальной работы по оптимизации процесса изучения математики в школе 119
2.3. Результаты опытно-экспериментальной работы и их педагогическая интерпретация 133
Выводы по II главе 147
Заключение 149
Библиографический список литературы 152
Приложения 169
- Феноменологический анализ понятия «Информационные технологии обучения»
- Классификация информационных технологий обучения и их психолого-педагогические характеристики
- Диагностика использования информационных технологий при изучении математики в общеобразовательной школе
- Организация и проведение опытно-экспериментальной работы по оптимизации процесса изучения математики в школе
Введение к работе
Процесе информатизации, охвативший сегодня все стороны жизни современного общества, имеет несколько приоритетных направлений, к которым, безусловно, следует отнести информатизацию образования. Она является первоосновой глобальной рационализации интеллектуальной деятельности человека за счет использования информационных технологий.
Конечные цели информатизации образования - обеспечение качественно новой модели подготовки будущих членов информационного общества, для которых активное овладение знаниями, гибкое изменение своих функций в труде, способность к человеческой коммуникации, творческое мышление и планетарное сознание станут жизненной необходимостью. Такое глубинное влияние на цели обучения опирается на потенциальные возможности компьютера как средства познавательно -исследовательской деятельности, средства, обеспечивающего личностно -ориентированный подход к обучению, способствующего развитию индивидуальных способностей обучаемых как в гуманитарных, так и в точных науках.
В последнее время, в центре внимания исследователей находятся вопросы по изучению сущности новых информационных технологий обучения, их дидактические, психолого-педагогические возможности применения в школе (Н. В. Апатова, Ю. Д. Бабаева, А. В. Бойко, Е. П. Велихов, А. Е. Войскунский, В. С. Гершунский, Л. И. Долинер, А. П. Ершов, В. А Извозчиков, Е. И. Машбиц, Б. Е. Стариченко, Е. С. Полат, Н. В. Роберт, О. К. Тихомиров и др.)
Возможности применения компьютера для совершенствования методики преподавания некоторых тем школьного курса математики были исследованы в работах А. В. Ванюрина, А. В Гуртовой, М. В Кремнева, Г. О. Кузнецовой, Э. И. Кузнецова, Е. А. Мамонтовой, Д. Ю. Тверьяновича, К. В. Колодко, Н. А. Старцева, В.П. Тихомирова и др.
Проблема качества подготовки учащихся в школе вообще, и математической в частности, а также связанные с ней вопросы проверки и оценки знаний, умений и навыков учащихся, в работах Ю. Н. Егоровой, Л. М. Захаровой, Н. В. Изотовой, В. В. Краевского, Г. С. Ковалевой, И. ЯЛернера, В. Н. Максимовой, Е. А. Приходько, Т. В. Рябцевой, А. В. Романова, В. Г. Разумовского, А. А. Рыбанова, М. Н. Скаткина, Г. А. Стрюкова, А. В. Слепухина, Н. В. Тропининой, В. П. Шевчука и др.
Характеризуя современное состояние данного процесса, важно отметить сложившееся отставание российского общества в этой сфере по сравнению со странами Запада, вызываемое ограниченностью материальной основы, технических средств, уровнем подготовки педагогического состава наших школ в области информационных технологий. Еще не получило достаточное распространение использование информационных технологий в школах при изучении естественнонаучных дисциплин и математики, и многие надежды, связанные с введением компьютера в учебный процесс пока не оправдываются.
Уровень подготовки выпускников школ, вступающих в активную жизнь, недостаточно соответствует требованиям стремительно развивающейся науки, техники, экономики. Традиционное преподавание в школе подвергается справедливой критике за формализм, ориентацию на простое запоминание учебного материала и формирование однотипных умений и навыков, за отсутствие гибкости, недостаточное внимание к развитию у учащихся интеллектуальных способностей, снижению качества обучения.
В связи с этим возникают противоречия при обучении старшеклассников:
- между потребностями современного информационного общества в качественно новых членах, обладающих творческим мышлением и владеющих информационными технологиями и ограниченными возможностями современной школы в этом направлении;
— между совершенствованием содержательной основы
информационных технологий обучения и отсутствием научно-обоснованных исследований по данной проблеме;
-между потребностями школьников в освоении информационных технологий при изучении математики и недостаточной профессиональной готовностью педагогов к использованию их в процессе обучения.
Актуальность, теоретическая значимость и недостаточная разработанность определили проблему исследования: каковы
педагогические условия повышения качества изучения математики у старшеклассников. Решение этой проблемы и составило цель нашего исследования.
Объектом исследования является применение информационных технологий обучения в учебном процессе общеобразовательной школы.
Предметом — использование информационных технологий обучения для повышения качества обучения старшеклассников
математике.
Гипотеза исследования: можно предположить, что включение в учебный процесс нового учебного предмета, по использованию информационных технологий, позволит повысить качество обучения математике, при условии:
-раскрытия истории развития информационных технологий обучения в отечественном образовании;
-проведения содержательно-структурного анализа понятия «информационные технологии обучения»;
-проведения классификации и типологизации информационных технологий обучения в процессе изучения естественнонаучных дисциплин, в особенности математики;
-разработки критериального аппарата исследования качества обучения старшеклассников математике;
— теоретического обоснования повышения качества обучения старшеклассников математике посредством использования
информационных технологий.
В соответствии с целью и гипотезой определены основные задачи исследования:
-провести историко-педагогический анализ развития
информационных технологий обучения;
-осуществить феноменологический анализ понятия
«информационные технологии обучения»;
-разработать критериальный аппарат исследования качества обучения учащихся старших классов математике;
-экспериментально доказать повышение качества обучения старшеклассников математике с помощью информационных технологий.
Методологической основой исследования послужили принцип единства и диалектического взаимодействия теории и практики в научном познании; дидактические принципы контроля и оценки качества знаний учащихся; концепция уровневой дифференциации; деятельностный подход в обучении.
Теоретическую основу составляют основные положения методики дидактического исследования (В. И. Загвязинский, В. В. Краевский, М. Н. Скаткин); информационные технологии и системный подход в образовании (Ю. С. Брановский, Б.С. Гершунский, А. В. Матросов, Е. И. Машбиц, Н. Д. Никандров, Е. С. Полат, И. Д. Пехлецкий, И. В. Роберт, Н. Ф. Талызина, Б. Е. Стариченко, Ю. П. Сокольников и др.); квалиметрические измерения в педагогических исследованиях
(П. С. Атаманчук, Н. В. Акинфиева, Л. М. Захарова, Т. В. Рябцева, Т. В. Кирилова, Б. П. Мартиросян, В. С. Лазарева, Е. В. Яковлев и др.); теория проблемного обучения (И. Я Лернер, В. Н. Максимова и др.); технологические основы проектирования и конструирования учебного
процесса (В. М. Монахов, В. П. Беспалько и др.); теория и методика обучения математике (О. Б. Епишева, А. А. Столяр, Л. М. Фридман и др.).
Для решения поставленных в исследовании задач и проверки исходных предположений использовался комплекс методов: теоретических (анализ и синтез, абстрагирование и конкретизация, аналогия и моделирование, анализ педагогического опыта, причинно-следственный анализ полученных эмпирических данных, ретроспективный анализ собственной деятельности); эмпирических (опытно-экспериментальная работа, наблюдение, анкетирование, тестирование, беседа, интервьюирование, самооценка слушателей, экспертная оценка). В процессе исследования велась математическая обработка данных.
Экспериментальное исследование эффективности влияния информационных технологий обучения на повышение качества обучения старшеклассников математике проводилась на базе школ №8, № 10, №11, №18, лицея №1, гимназии № 9 г. Невинномысска с охватом более 255 учащихся старших классов и 26 преподавателей математики.
Исследование проводилось в период 2001-2005 годов.
Первый этап (2001-2003) — был связан с изучением исследований по теме, анализом опыта использования информационных технологий в школе с целью изучения содержания, форм, методов, формулируемой проблемы и выдвижения предварительной гипотезы; была проведена теоретическая разработка проблемы.
Второй этап (2003-2004) — был посвящен разработке и внедрению варианта совершенствования обучения математике в старших классах школы с применением системы MathCad, с целью повышения качества обучения данной дисциплине.
Третий этап (2004-2005). Анализ и обобщение результатов опытно-экспериментальной работы; уточнение опытных и экспериментальных выводов; подготовка научно-обоснованных рекомендаций; оформление выводов исследования в виде кандидатской диссертации.
Научная новизна исследования заключается в том, что в нем:
— разработана дидактическая система формирования навыков работы по математике с использованием информационных технологий обучения в старших классах общеобразовательной школы;
— даны определения понятиям «информационные технологи обучения» и «компьютерные технологии обучения»;
-проведена классификация и типологизация информационных технологий обучения в процессе изучения математики, а также естественнонаучных дисциплин.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что в нем:
— уточнены содержательно-структурные компоненты понятия «информационные технологии обучения» в практике изучения математики;
-обоснованы требования системного подхода к использованию информационных технологий для повышения качества обучения математике;
-определены стержневые линии повышения качества обучения математике, которые включают организацию самостоятельной работы школьников с использованием информационных технологий обучения, развитие творческого мышления на основе поэтапного увеличения и качественного изменения количества решаемых задач;
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
-раскрыто влияние критериального аппарата качества обучения математике на активизацию самостоятельной работы учащихся старших классов, а также повышение мотивации, интереса и желания к изучению новых тем;
-предложенная нами авторская программа «Информационные технологии в математике» может быть использована другими средними
учебными заведениями с целью повышения качества обучения математике;
— разработанная автором методика применения в учебном процессе системы упражнений и задач с использованием компьютерной программы MathCad используется в практике обучения старшеклассников математике.
Обоснованность и достоверность обеспечивается современной методологией педагогических исследований, непротиворечивостью методологических оснований работы, сочетанием научно-теоретических и практических подходов, репрезентативностью выборки, практическим подтверждением начальных установок в ходе эксперимента, статистическим и логическим анализом полученных результатов.
Положения, выносимые на защиту:
-раскрытие структурно-функциональных особенностей и условий использования информационных технологий (диалогическая форма общения между субъектами образовательного процесса; изменение формулы «ученик - учитель — книга» на формулу «ученик — компьютер - учитель»; усиление функциональной направленности контроля за усвоением знаний; формирование заданий «от простого к сложному»; максимальная наглядность и удобство работы; формирование положительной мотивации к изучению математики; самоконтроль), обеспечивает оптимальное освоение учебной программы по математике;
-необходимым условием повышения качества обучения является использование информационных технологий с учетом, как
положительного, так и отрицательного их влияния на психологию обучающихся (положительное влияние: усиление активной роли учащегося в выборе доминантных направлений форм и темпов обучения; увеличение эвристической составляющей за счет применения интерактивных занятий мультимедийных обучающих программ; более комфортные по сравнению с традиционными условия для творческого
самовыражения. Отрицательное влияние: стрессовые ситуации и невозможность нервно-психической разгрузки в процессе обучения; проблема адекватного оперативного реагирования; подмена «субъекта» общения на «объект»; узость творческого мышления, вследствие уже заданного алгоритма);
-разработанные нами критерии оценки качества обучения математике (содержательно-операционный, познавательная активность и самостоятельность, мотивационный, эмоционально-волевой),
способствуют, определению уровня и качества усвоения учебного материала, а так же методически правильной его подаче;
-разработанная нами методика применения в учебном процессе системы упражнений и задач с использованием компьютерной программы MathCad, способствует повышению познавательной активности, формированию положительной мотивации к обучению и творческого мышления учащихся.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Основные теоретические и практические положения работы отражены в публикациях автора. Они обсуждались и получили одобрение на П-й научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов СевКавГТИ филиала в г. Невинномысске (2003 г.); на V-ой Всероссийской очно-заочной научно-практической конференции «Интеграция методической (научно-методической) работы и системы повышения кадров» (Челябинск 2004 г), IV-ой международной конференции «Новые технологии в управлении, бизнесе и праве» (Невинномысск 2004 г.), на II Всероссийской научно-практической конференции «Психолого-педагогические исследования в системе образования» (Челябинск 2004 г), на Всероссийской научной конференции «Нравственное воспитание на рубеже тысячелетий: проблемы, поиски, решения» (Карачаевск 2004 г.); на V-й Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и информационные
технологии в образовании» (Владивосток 2004 г.); на V итоговой научной сессии Невинномысского государственного гуманитарно-технического института «Вузовская наука и приоритеты высшего профессионального образования» (Невинномысск 2005); на V-ой международной конференции «Новые технологии в управлении, бизнесе и праве» (Невинномысск 2005 г.); отражены в сборнике научных работ докторантов, аспирантов Ч. 1. РИУБиП, (Ростов 2005 г.).
Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии, включающей 158 источников, 4 приложений. Работа содержит 14 таблиц, 2 рисунка, 8 диаграмм.
Феноменологический анализ понятия «Информационные технологии обучения»
Современное общество переживает значительные перемены, связанные с переосмыслением ряда научных, политических и социальных положений. Это происходит во всех сферах человеческой жизни, затрагивает все общественные институты, в том числе систему образования. В нашей стране целые группы населения меняют ценностные ориентиры, в связи с лавинообразным ростом информации. Бурное развитие средств телекоммуникации и информационных технологий, формирование мирового информационного пространства предъявляет новые требования к современному обществу и его важнейшего института — системы образования.
Одним из приоритетных направлений информатизации общества является процесс информатизации образования, который предполагает широкое использование информационных технологий обучения.
Информационные технологии имеют почти 50-летнюю историю, и возникновение их связывают с появлением в середине двадцатого века электронной вычислительной машины (ЭВМ), изменившей существующий до этого процесс овладения знаниями. Есть несколько подходов к определению информационных технологий обучения, которые будут рассмотрены далее, но для более глубокого понимания рассмотрим их развитие в ретроспективе.
Первый этап возникновения информационных технологий приходится на 50-60-е годы двадцатого века. В этот период только появились первые электронные вычислительные машины, которые предполагалось использовать для автоматизации вычислений. Но уже в 1954 году Б. Скиннер выдвигает идею программированного обучения, предлагая использовать ЭВМ как средство автоматизации педагогического труда. Идею подхватывают наши ученые Н. В. Талызина, А. Н. Леонтьев, П. Я. Гальперин, которые для повышения эффективности программированного обучения предлагают теорию поэтапного формирования умственных действий. На данном этапе происходит теоретическая разработка идеи использования компьютеров в учебном процессе, где ЭВМ отводится роль нового технического средства обучения, роль «экзаменатора», «репетитора», т.е. начинают развитие компьютерные технологии обучения. Как отмечает Н. Д. Никандров, в 1959г. в США было около 100 конструкций обучающих машин и всего 2-3 программы, которые можно было считать дидактически пригодными и ценными (90).
Второй этап (60-70-е годы двадцатого века) приходится на разработку автоматизированных обучающих систем (АОС). Педагоги начинают понимать, что лавинообразное внедрение вычислительной техники в учебный процесс не ведет к повышению эффективности преподавания до тех пор, пока преподаватель подстраивается под ее возможности. Как отмечает Н. Ф. Талызина «...не процесс усвоения должен приспосабливаться к техническим возможностям машин, а наоборот, внутренняя логика этого процесса должна задавать требования к обучающим и контролирующим устройствам»(132, С. 36).
Уже к 1960г. наблюдается увеличение обучающих программ до 160-170. В этот период деятельность ученых направлена на поиск идей и методов по использованию и представлению знаний с помощью искусственного интеллекта. На этом этапе начинают свое развитие информационные технологии обучения.
Третий период — конец 70-х начало 80-х годов двадцатого века. Развитие инженерных знаний и инструментальных средств АОС. Он характеризуется широкими научными исследованиями и экспериментальными проверками в области дидактики использования электронной вычислительной техники в процессе обучения. Появляются персональные электронные вычислительные машины (ПЭВМ) на базе больших интегральных схем и возможность использовать их как сравнительно недорогие, но мощные средства обработки и накопления информации. В этот же период возникают локальные компьютерные сети для обмена информацией друг с другом, а также региональные российские и зарубежные сети Relkom, Runet, Arpanet и др. Компьютерные технологии обучения и информационные технологии обучения продолжают развиваться.
До начала 80-х годов прошлого века в основном использовался термин «компьютерное обучение» или «программированное обучение», которые не связывали с термином «информация» Но уже в 1982г в толковом словаре "Dictionary of Information Technology" появляется термин «информационные технологии» под которым понимаются получение, обработка, хранение и передача графической, текстовой, цифровой, аудио-и видео-информации на основе микроэлектронных средств вычислительной техники и связи .
В толковом словаре по вычислительной технике "Dictionary of computing" (1983 г.) под информационной технологией понимают область человеческой деятельности, связанную с созданием систем и устройств для обработки и передачи информации (158, С. 84).
4-й период — с середины 80-х годов до середины 90-х годов двадцатого века. В нашей стране была принята государственная Комплексная программа, которая предусматривала разработку АОС и внедрение их в процесс обучения. В это же время в России возникает новая фундаментальная наука — информатика роль и место в системе научных знаний которой, претерпевали изменения. Вопрос возникновения и развития информатики в нашей стране всесторонне исследовали в своих работах Д. А. Поспелов (106), А. А. Дородницын (37). А академик Н.Н.Моисеев еще в 1987г. отмечал, что «информатика... буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе»(86).
На данном этапе проведены серьезные исследования по моделям объяснения в АОС, интеллектуальным технологиям, стратегиям обучения и оценки знаний. В этот период возникает глобальная сеть Интернет и разрабатываются информационные технологии обучения с ней связанные (дистанционное обучение, гипертекстовая и HTML технологии).
Информационные технологии обучения продолжают развиваться. Так в России в 90-х годах получили распространение инструментальные среды для персональных компьютеров зарубежного (PrivateTutor, LinkWay, Costos) и отечественного производства: Адонис, Урок и др. По оценкам зарубежных экспертов, многие из них отличаются оригинальностью, высоким научным и методическим уровнем.
Пятый период, с середины 90-х годов прошлого века и до сегодняшнего дня, характеризуется массовостью и доступностью персональных компьютеров в России, широким использованием телекоммуникаций, что позволяет автоматизировать процесс управления образованием, внедрять разрабатываемые информационные технологии обучения в образовательный процесс, совершенствуя и модернизируя его, улучшая качество знаний, повышая мотивацию к обучению, максимально используя принцип индивидуализации обучения. На данном этапе информационные технологии обучения применяются как частные методики в зависимости от учебных целей и учебных ситуаций (микромиры, гипертекст, мультимедиа, дистанционное обучение, виртуальная реальность и т.д.).
Классификация информационных технологий обучения и их психолого-педагогические характеристики
Конец XX и начало XXI века обусловлены переходом высокоразвитых стран от постиндустриального к информационному обществу, что вызвано высоким ростом объемов информации и повышению ее значения. Работа с информацией в высокоразвитых странах превратилась сегодня в доминирующую сферу деятельности. В информационном обществе информация - фокус интегральной силы государства, а конкуренция в сфере информации приобретает стратегическое значение. Переход от индустриального к информационному обществу сопровождается процессом информатизации.
Выделяют два основных теоретико-методологических подхода к информатизации общества технократический и гуманитарный. Технократический подход, распространенный среди специалистов, сопровождающих освоение вычислительной техники в педагогической сфере, рассматривает информационные технологии как средство повышения производительности труда и ограничивает их использование, в основном, сферами производства и управления. Гуманитарный -рассматривает информационные технологии как важную часть человеческой жизни, имеющие значение не только для производства, но и для социальной сферы.
Информатизация общества невозможна без информатизации образования. Использование информационных технологий обучения является необходимостью процесса информатизации образования. Так, в федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)» одной из задач является применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе, а также создание условий для поэтапного перехода к новому уровню образования на основе информационных технологий.
Вопрос соотношения понятий «информационные технологии» и «информационные технологии обучения» рассматривался многими исследователями. Так, в определении информационных технологий все авторы выделяют основное — это процессы накопления, обработки, представления и использования информации с помощью электронной техники и компьютерных сетей и средств связи.
Информационные технологии характеризуются средой, в которой осуществляются, и компонентами, которые она содержит: техническая среда (вид используемой техники для решения основных задач); программная среда (набор программных средств для реализации информационных технологий обучения) предметная среда (содержание конкретной предметной области науки, техники, знания); методическая среда (инструкции, порядок пользования, оценка эффективности и др.)
В то время, как информационные технологии обучения (ИТО) представляют собой совокупность современной компьютерной техники, средств современной телекоммуникационной связи, инструментальных программных средств, обеспечивающих интерактивное программно-методическое сопровождение современных технологий обучения. ИТО с использованием новейших компьютерных и телекоммуникационных средств включает в себя системный метод создания, применения и определения всего процесса преподавания и усвоения знаний с учетом взаимодействия технических и человеческих ресурсов, ставящего своей задачей оптимизацию форм обучения.
В современной научной литературе описывается много информационных технологий, даются их классификации.
В (108) предлагается классификация информационных технологий по типовым задачам обработки информации: функционально-ориентированные технологии; предметно-ориентированные технологии; проблемно-ориентированные технологии.
Функционально-ориентированные информационные технологии предназначены для реализации одной из типовых относительно автономных задач обработки информации. Такие технологии могут обладать довольно высокой степенью универсальности и быть доступными для разработки и воспроизводства при минимальном участии будущего потребителя.
Предметно-ориентированые информационные технологии предназначены для решения конкретной специфической задачи в конкретной области. Они максимальным образом удовлетворяют частным требованиям данного применения и могут обладать наименьшей степенью универсальности. Как правило, их появление невозможно без участия будущего пользователя.
Однако, часто удается обобщить требования со стороны ряда конкретных приложений и выделить некоторые типовые прикладные проблемы. Отсюда возникает понятие проблемно-ориентированной информационной технологии, которая занимает в определенной степени промежуточное положение между функционально-ориентированной и предметно-ориентированной технологией. Потенциальные пользователи такой технологии могут принять участие в ее разработке только на начальной стадии обобщения и типизации конкретных задач или конечной стадии - при разработке некоторых специализированных дополнений. Это позволяет основную часть технологии создавать автономно от пользователя и применять унифицированные технические решения.
В соответствии с выбранной классификацией к функционально ориентированным информационным технологиям относятся: математические вычисления; аналитические и символьные преобразования; математическое моделирование; - алгоритмизация; программирование; - обработка текстовой информации; обработка табличной информации; деловая графика; машинная графика; обработка изображений; обработка сигналов; передача и распределение информации и др.
Проблемно-ориентированные технологии базируются на использовании информационно-поисковых систем; баз данных и баз знаний; экспертных систем; систем автоматизации научных исследований; систем автоматизированного проектирования; систем автоматизации профессионального труда; систем автоматизации производства; обучающих систем; настольно-издательских систем; систем для перевода с одного языка на другой; телеконференций и др.
Примерами предметно-ориентированных информационных технологий могут служить технологии для медицинских систем; систем общего и специального профессионального обучения; страховых, финансовых и банковских систем; средств массовой информации; средств социальной реабилитации; игровых и развлекательных систем; применений в быту.
Так, И. В. Вострокнутов предлагает в зависимости от дидактических функций выделить три основных класса: рецептивные информационные технологии, которые рассчитаны только на прием информации учащимися ( видеозапись); интерактивные информационные технологии (персональный компьютер, мультимедиа); технологии справочно-информационной поддержки обучения (телекоммуникационные сети, CD-ROM...). По средствам обучения: узкоспециализированные, которые могут быть использованы только в рамках какой-то конкретной информационной технологии; универсальные, на основе которых можно строить различные информационные технологии (52, 24, С. 33-34).
По способу предъявления информации можно выделить следующие информационные технологии обучения:
декларативные или рецептивные, ориентированные на последовательное предъявление учащимся порции учебной информации и контроль ее усвоения (компьютерные учебники, обучающие и контролирующие программы, учебные видеофильмы, технология презентаций);
процедурные, строящиеся на основе моделей изучаемых объектов, процессов и явлений (имитационные модели, предметно-ориентированные среды (базы знаний) и разрабатываемые на их основе лабораторные практикумы, тренажеры, игровые программы, виртуальная реальность);
гипертекстовые и сетевые, позволяющие обучаемому самому выбирать последовательность изложения материала и обмениваться я информацией на расстоянии (WWW-технология, HTML-технология, мультимедийные учебники, телеконференции, экспертные системы, дистанционное обучение, системы искусственного интеллекта);
справочно-информационные, позволяющие обучающемуся самостоятельно находить необходимую информацию (базы данных, справочные системы).
Диагностика использования информационных технологий при изучении математики в общеобразовательной школе
В современной педагогике существуют различные подходы к определению понятия «диагностика». Поле мнений понятия диагностика представлено в (22, С.64-65), а также рассмотрено в (96, С. 18), (152, С. 24), (54, С. 8), (99, С. 7) , (21, С. 64) и др. В своем исследовании мы будем придерживаться следующего определения: педагогическая диагностика — это обязательная часть исследовательской деятельности педагога, направленная на распознавание внутреннего состояния учебного процесса на основе его внешних признаков (96, С. 19).
Суть диагностического процесса состоит в «выявлении, изучении и оценке состояния объекта по выделенным показателям и критериям с использованием формализованных и неформализованных методов и отнесении его к определенной диагностической категории в зависимости от эффективности и качества диагностического объекта» (21, С. 65).
Основная цель диагностики заключается в получении объективной информации о качестве и эффективности процесса обучения. Сравнивая планируемые результаты обучения с текущими, мы имеем возможность судить об успешности учебного процесса. Перед преподавателем стоит задача диагностирования причин ошибок учащихся, затруднений, возникающих при изучении как отдельных тем, так и отдельных понятий дисциплины, на основе которых можно прогнозировать типичные ошибки учащихся, пользуясь следующими способами: - статистическая обработка результатов предыдущих контрольных работ, «...выявляя частоту возникновения ошибок определенного типа, соотнося их с характерными для разных учеников недостатками в ходе рассуждения или устных ответах...»; - анализ учебного материала с целью выявления моментов, способных помочь усвоению или наоборот затруднить его; - наблюдение для выявления индивидуальных особенностей учебы школьника (11, С. 18).
Как видим, качество обучения является одной из составляющих диагностики. Исследуя в нашей работе качество обучения, мы не можем не коснуться и самого понятия «качество обучения». Каждый вид деятельности имеет свое назначение, когда говорят о качестве какой-либо деятельности, имеют в виду то, как выполняется это назначение, насколько результаты деятельности соответствуют предъявляемым к ним объективным требованиям. Поэтому качество деятельности — это понятие, отражающее соотношение между объективными результатами деятельности и фактически достигаемыми результатами.
Во многих работах современных ученых для анализа качества учебного процесса используется предположение, что учебный процесс является частным случаем технологического процесса и к нему применимы те же методы анализа, какие приняты для производственных процессов. (111, ПО, 44, 47). Авторы предлагают использовать методику, связанную с критерием «3 s». Согласно этой методике, если учебный процесс идет нормально, то отдельные значения (коэффициент отлаженности учебного процесса и степень обученности учащихся) должны укладываться в интервал «3 s» относительно среднего значения (s— стандартное отклонение) с определенной точностью. Те значения, которые не укладываются в заданный интервал, являются отклонениями от стандартного распределения. Чем меньше таких отклонений, тем больше соответствие анализируемого распределения стандартному.
В работе В. Н. Максимовой под качеством понимается системная методологическая категория, отражающая степень соответствия результата образования поставленной цели (79), т. е это классификация (иерархия) свойств, характеристик и показателей состояния того объекта, который подлежит анализу и оценке.
Часто классификации применяются при ранжировании показателей степени сформированности тех или иных умений или навыков. А. В. Коржуев сформулировал требования, которым должны в той или иной мере удовлетворять подобные классификации (66). Их четыре:
1) каждому из выделенных классификационных уровней должны соответствовать испытуемые с реальными уровнями сформированности умений и навыков, различающимися несущественно;
2) при переходе с высоких на низкие "этажи" необходимо предусмотреть градацию степени проявления оцениваемых качеств или умений в сторону ее понижения;
3) важно, чтобы это понижение было по возможности равномерным и ощутимым экспериментально при переходах между соседними уровнями (т.е. экспериментатор по результатам своих исследований должен быстро сориентироваться — к какому уровню отнести те или иные полученные результаты);
4) на всех классификационных "этажах" должно оцениваться одно определенное качество или умение; в случае, когда оно является составным (сложным), на каждом из них обязателен набор всех первоначально выделенных компонентов, а при переходе к более низким "этажам" должно наглядно проявляться понижение степени выраженности каждого из компонентов.
В ходе получения информации о результатах обучения перед проверяющим встают два важных вопроса: что проверять и по каким признакам проводить классификацию зафиксированных изменений, т.е. требуют своего решения вопросы, связанные с объектами и критериями диагностики.
В педагогической литературе наметились две тенденции описания содержательной стороны контроля. Первая тенденция опирается на логику теории поэтапного формирования умственных действий, заложенную в трудах П. Я. Гальперина (26, 27, 134, 143, 148). Исходя из нее, полноценное усвоение знаний возможно лишь в результате выполнения учащимися определенной системы действий, направленной на решение соответствующих классов задач. Иными словами, «процесс усвоения знаний - это всегда выполнение учащимися определенных познавательных действий» (136). Следовательно, никаких других направлений результаты обучения, кроме готовности осуществлять определенную целенаправленную деятельность и не имеют. Тогда, объектом диагностики становятся те действия и операции, которые составляют необходимый компонент формируемой деятельности.
Вторая в качестве объектов контроля рассматривает теоретические знания, предметные умения и навыки (4, 48, 77, 117).
Первое направление описания критериев контроля избирает в качестве концептуальной основы своего построения теорию поэтапного формирования умственных действий, согласно которой эти действия в онтогенезе человека интериоризируются, т.е. претерпевают преобразование из перцептивных (внешних, материальных) во проприоцептвные (внутренние, умственные). Если процесс усвоения знаний — это всегда выполнение учащимися определенных действий, то, организуя этот процесс, необходимо планировать и контролировать не только систему действий, но и их качества.
Организация и проведение опытно-экспериментальной работы по оптимизации процесса изучения математики в школе
Опытно-экспериментальная работа осуществлялась в разных образовательных учреждениях. Главным содержанием формирующего эксперимента, проводимого в период 2003-2004 гг., являлось внесение в состав педагогической системы в соответствии с гипотезой, целью и задачами нового элемента — информационных технологий обучения. Внедрению информационных технологий в образовательный процесс могут способствовать исследуемые в нашей работе дидактические условия, сформулированные ранее.
Для использования информационных технологий обучения необходимо наличие в учебном учреждении современных компьютерных классов. На время проведения формирующего эксперимента в учебных заведениях: школа № 18 и школа №8 города Невинномысска имелось соответственно — 14 и 11 ПК с операционной системой Windows 2000 и Windows 98. Наличие современного парка компьютеров и программного обеспечения делает возможным реализацию информационных технологий обучения. Но нельзя забывать, что экспериментальная работа принесет свои плоды, если учащиеся будут иметь положительную мотивацию к применению компьютеров. В ходе констатирующего эксперимента нами была выявлена довольно сильная положительная установка на использование компьютера в процессе изучения математики 61%. Однако в этот период обучение с помощью компьютера практически не велось и не имело под собой теоретического обоснования его использования. Все вышесказанное явилось предпосылкой к проведению формирующего эксперимента, основанного на научном подходе к использованию информационных технологий обучения.
Общая методика проведения эксперимента основывалась на работах П. С. Атаманчук, Н. В. Акинфиевой, В. П. Беспалько, И. Я. Лернера, Б.П. Мартиросяна, В. С. Лазарева. В рамках экспериментального варианта повышения качества обучения были реализованы идеи применения общего подхода к обучению математике с использованием математического пакета Math CAD.
В ходе констатирующего эксперимента нами были разработаны критерии качества обучения и выбрана методика его проведения, согласующаяся с поставленными задачами, одной из которых является экспериментальное подтверждение повышения качества обучения с помощью информационных технологий. Для этого нам необходимо: 1. выбрать экспериментальные площадки проведения эксперимента; 2. подобрать опытно-экспериментальные группы; 3. апробировать разработанные критерии качества обучения в экспериментальных и в обычных условиях; 4. дифференциация учащихся по уровням сформированности знаний и разработка соответствующей информационной технологии обучения.
Процесс применения системы MathCAD разбивался на несколько этапов. На первом вводном этапе учащимся были продемонстрированы возможности данной системы при решении различных задач, а также организован вводный курс обучения работе с ней. Обучение производилось с учетом индивидуальных особенностей учащихся, которые были выявлены предварительно в ходе анкетирования Приложение 1. Были отобраны анкеты учеников экспериментальных классов 49 человек и дополнительно проанализированы.
Проведенное анкетирование позволило установить, что большинство опрошенных старшеклассников владеют основами работы с текстовыми 76% и графическими - 84% редакторами, а значит, владеют приемами работы, знают интерфейс данных программ и смогут быстро адаптироваться к системе MathCAD, которая обладает похожим интерфейсом и требует стандартных приемов работы. Далее, школьники отмечают, что более никакие дисциплины кроме информатики не велись с использованием компьютера, поэтому у них высок интерес к изучению математики с помощью компьютера - 76% и они желают дополнительно изучать математику с помощью компьютера - 65%. Из всех опрошенных 28 % имеют удовлетворительную оценку по математике, 60 % — хорошо, 12 % — отлично. Эти данные позволили нам разбить экспериментальные классы на группы. В первую группу вошли удовлетворительно успевающие ученики, а во вторую — хорошо и отлично успевающие ученики. Такое же разбиение мы сделали и для 11 класса.
На втором, основном этапе, применение MathCAD позволило реализовать процедуру исследования и решения задач, получить диаграммы и различные графические изображения, найти аналитические решения и провести расчеты данных задач.
На последнем, третьем обобщающе-контрольном этапе, MathCAD использовался для проверки усвоения изученного материала в виде контрольных работ и тестовых заданий, которые позволили определить качество усвоения по всем выделенным нами ранее критериям.
Содержание изучаемого в рамках экспериментального подхода учебного материала должно удовлетворять требованиям и правилам государственного образовательного стандарта. В ходе обучения материал постепенно усложнялся, требования к учащимся возрастали. Для второй группы с более сильными учениками доля задач с элементами исследования постепенно увеличивалась, что позволило нам реализовать развивающее влияние экспериментального подхода и получить соответствующие результаты.
В ходе проведения эксперимента использовался не один, а несколько методов, выбор которых зависел от многих причин и определялся исходя из характера материала, его новизны и прошлого опыта. Так, на вводном этапе использовался репродуктивный и объяснительно-иллюстративный методы, на основном этапе использовались репродуктивный, эвристический с элементами исследования и эвристический — на обобщающе-контролирующем этапе.
Согласно Образовательному стандарту основного общего образования по математике ее изучение в основной школе помогает учащимся овладеть системой математических знаний и умений, необходимых для применения в практической деятельности, а так же развитию таких качеств личности, как ясность и точность мысли, логическое мышление, пространственное воображение, алгоритмическая культура, интуиция, критичность и самокритичность.
Опыт нашей работы с информационными технологиями обучения в школах помог формированию у учащихся представлений об идеях и методах математики как универсального языка науки и техники, средстве моделирования процессов и явлений. Одним из ведущих методов в обучении математике является решение задач, и правильное ее решение возможно тогда, когда четко представляешь себе алгоритм ее решения. Использование информационных технологий обучения в процессе обучения позволяет наглядно продемонстрировать последовательность выполнения операций при решении задач, и невыполнение хотя бы одного этапа делает невозможным получение решения.
Наш эксперимент проводился в двух учебных заведениях города Невинномысска. Уровень знаний и умений по математике у большинства из них был недостаточен, однако многие после окончания школы планировали поступить в высшие учебные заведения. Чтобы разрешить это противоречие, нам необходимо повысить качество их обучения путем преодоления формального усвоения знаний, а также путем повышения познавательной активности, положительной мотивации и стимулированием к самостоятельной работе.
Разработанная нами программа факультативного курса «Информационные технологии в математике» предполагала использование общего методического подхода — это математическое моделирование на основе средств визуализации программы MathCAD и идея функциональной зависимости. В курсе алгебры изучались производные, первообразные, элементарные функции, их свойства и графики.
Программа была составлена так, что вначале учебный материал изучался на обычных уроках алгебры и геометрии, а затем один-два раза в неделю школьники приходили на факультативный курс, где темы, пройденные за неделю, закреплялись с помощью программы MathCAD. Как уже отмечалось выше, все экспериментальные классы были поделены на группы в соответствие с уровнем подготовки. Опытно-экспериментальная работа проходила в обычных классах. Рабочий учебный план для десятых и одиннадцатых классов предполагает занятие алгеброй 4 урока в неделю, а геометрией 2 урока в неделю.
