Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МОДУЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ
1.1 Модульное обучение студентов как проблема профессионального образования
1.2 Принципы компьютерной реализации курса дискретной математики в процессе модульного обучения
1.3 Методика оценки качества электронных учебных пособий модульного типа Выводы по первой главе 88
ГЛАВА 2 МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МОДУЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНО - ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ
2.1 Организация модульного обучения студентов дискретной математике с помощью компьютерных технологий
2.2 Разработка содержания электронного учебного пособия по дискретной математике при модульном обучении студентов
2.3 Диагностика эффективности модульного обучения студентов дискретной математике в компьютерном варианте
Выводы по второй главе 1 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 169
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 173
ПРИЛОЖЕНИЯ 192
- Модульное обучение студентов как проблема профессионального образования
- Организация модульного обучения студентов дискретной математике с помощью компьютерных технологий
- Разработка содержания электронного учебного пособия по дискретной математике при модульном обучении студентов
Введение к работе
Современное общество заинтересовано в конкурентоспособных, мобильных, высоко профессиональных специалистах, ориентированных на саморазвитие и самосовершенствование. Повышение качества профессиональной подготовки студентов инженерно - технических специальностей обусловлено качеством реализации компьютерных технологий преподавания учебных дисциплин.
Тенденция повышения качества профессионального образования при моделировании процесса обучения студентов позволяет усилить направленность данного процесса на производственную деятельность актуализацией личностно - ориентированного развития будущих специалистов. Возрастает потребность педагогической науки в осознанном отборе и структурировании содержания образования студентов, воплощении в образовательном стандарте деятельности будущих профессионалов в компьютерном варианте модульного обучения. Модульное обучение студентов инженерно -технических специальностей позволяет усилить практико - ориентированную направленность их профессионального образования.
Компьютерная реализация модульного обучения дискретной математике будущих специалистов инженерно - технического профиля нуждается в теоретическом и методическом обеспечении. Педагогическая наука заинтересована в раскрытии принципов осуществления модульного обучения в компьютерном варианте, получении знаний о процессе такого обучения. В педагогической практике пока не рассматривалась компьютерная реализация модульного обучения студентов инженерно - технических специальностей, что является одной из причин недостаточности знаний студентов по предметам естественно - математического цикла.
В современном высшем профессиональном образовании существует несколько противоречий между:
усилением тенденции компьютеризации профессионального образования и сохраняющейся традиционной методикой изучения студентами основ естественно - математического цикла;
потребностью общества и будущих специалистов в повышении качества знаний и фрагментарным методическим обеспечением компьютерного варианта изучения данного курса;
- необходимостью компьютерной реализации модульного
обучения студентов инженерно - технических специальностей и не
достаточной полнотой научных знаний о данном процессе.
Данные противоречия порождают педагогическую проблему: при каких дидактических условиях возможна компьютерная реализация модульного обучения дискретной математике студентов инженерно - технических специальностей.
В современной науке имеется необходимый фонд знаний, способствующий решению поставленной проблемы.
В теоретико - методологическом плане профессиональное становление личности рассматривали Э.Ф. Зеер, Е.А. Климов, П.Ф. Кубрушко, A.M. Новиков, Ю.Г. Фокин, В.Д. Шадриков. В области инженерного образования работают исследователи Г.А. Месяц, Ю.П. Похолков, И.Б. Федоров, В.Д. Шадриков.
Применение информационных технологий в процессе профессионального образования обосновали Л.Х. Зайнутдинова, В.А. Кра-сильникова, Е.С. Полат, И.В. Роберт.
В педагогике проблемам оптимизации и интенсификации процесса обучения в высшей школе посвящены фундаментальные работы СИ. Архангельского, Ю.К. Бабанского, В.П. Беспалько, А.А. Вербицкого, А.А. Крашенникова, В.Э. Штейнберга. Методологическая основа структуры содержания профессионального образования отражена в работах В.В. Краевского, B.C. Леднева, М.Н. Скаткина, В.В. Шапкина. Специальные исследования по модульному обучению, обобщающие отечественный и зарубежный опыт, провели М.А. Чошанов, П.А. Юцявичене.
Методику обучения студентов дискретной математике разрабатывали И.И. Баврин, М.И. Башмаков, Г.А. Бордовский, А.С. Кондратьев.
Вместе с тем специально проблема компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике студентов инженерно-технических специальностей в педагогике не рассматривалась. Деление учебного курса на модули в практике высшей школы научно не обосновано, происходит на основе субъективных представлений разработчиков курсов об их количестве и объеме информации в каждом из модулей. Не раскрыты принципы компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике, что препятствует созданию электронного учебного пособия по курсу. Актуальность, недостаточная изученность, теоретическая и практическая значимость проблемы определили тему исследования: «Компьютерная реализация модульного обучения студентов инженерно - технических специальностей».
Объект исследования: процесс компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике студентов инженерно-технического профиля в высшей школе.
Предмет исследования: отбор содержания компьютерной реализации учебного курса дискретной математики при модульном обучении студентов инженерно - технических специальностей.
Цель исследования: выявить дидактические условия компьютерной реализации модульного обучения математики студентов инженерно - технических специальностей.
Задачи исследования:
1 Выявить трудности реализации содержания модульного
обучения дискретной математике студентов инженерно - техниче
ских специальностей в компьютерном варианте.
Разработать модель компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике студентов инженерно - технических специальностей.
Создать методическое обеспечение компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике студентов инженерно - технических специальностей.
Проверить результативность дидактических условий компьютерной реализации модульного обучения дискретной математике студентов инженерно - технических специальностей в опытно-экспериментальной работе.
Гипотеза исследования: Компьютерная реализация модульного обучения дискретной математике позволяет повысить качество подготовки специалистов инженерно - технического профиля, если обеспечивается:
Модульное обучение студентов как проблема профессионального образования
Модульное обучение зародилось в конце 60-х годов и быстро распространялось в англоязычных странах, в таких как США, Англия, Канада. В этот период происходило формирование концептуальной базы модульного обучения, исследовались всевозможные подходы к выделению модуля, построению модульных программ, а также велись поиски в области применения и эффективности модульного обучения.
Вскоре модульным обучением заинтересовались и исследователи России. Примерно в 80-х годах в педагогическую практику стало внедряться модульное обучение, которое в это время получило широкое распространение в различных учебных заведениях: Московский авиационно-технологический, Ивановский энергетический институт, Алтайский госуниверситет, Каунасский политехнический институт, Вильнюский университет, Московский медицинский институт им. И.М. Сеченова и другие.
Методологические основы модульного обучения разрабатывались в рамках таких дисциплин, как: психология образования, общая и профессиональная педагогика, системный подход и программированное обучение. Интерес к модульному подходу в обучении возрастал в связи с потребностью раскрыть его возможности в процессе образования. Одни исследователи стремились реализовать в модульном обучении принцип гибкости содержания обучения и сформировать основные единицы обучения (В.Б. Закорюкин, В.М. Панченко). Другие пытались удовлетворить в модульном обучении стремление учеников работать в удобном для него темпе, выбрать подходящий спо 12 соб учения (S.N. Postlethwait). Третьи стремились интегрировать различные формы и виды обучения (В.М. Гареев, СИ. Куликов) [44]. Четвертые - достичь высокого уровня подготовки учащихся к профессиональной деятельности (И. Прокопенко, П.А. Юцявичене, А.А. Вербицкий) [32;174;175;185;186;187].
При любом подходе центральным вопросом модульного обучения становился вопрос о выделении модулей. Поэтому рассмотрим наиболее известные способы выделения модулей: функциональный, элементарный, организационный, технологический.
Модуль, выделенный по функциональному признаку, часто связывают с профессиональной многоступенчатой подготовкой. В профессиональном образовании каждой ступени соответствует модуль или группа модулей [101]. Впервые такой подход использовался в Будапештском университете, поскольку там специализация происходила по двум модулям, экономическому и хозяйственному, и дополнялась система педагогическим модулем и модулем международных отношений.
Технологический подход рассматривался в технических университетах США. Модуль здесь носит технологический характер и понимается как замкнутая единица учебного процесса.
Ученый А.А. Вербицкий вводит понятие деятельностный модуль в качестве единицы, позволяющей осуществить переход от профессиональной к учебной деятельности. Модуль - это не просто совокупность знаний, умений и навыков, а еще и некоторое системное качество специалиста, позволяющее ему успешно решать профессиональные задачи и проблемы определенного круга [32]. В профессиональном образовании часто рассматриваются критерии деления учебного материала на модули (рис.1).
По циклам дисциплин (согласно государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования, принятому в 1994 году Госкомитетом РФ по высшему образованию) модульный подход реализуется иначе
Это лишь некоторые из подходов выделения модуля. Их разнообразие побуждает провести анализ самого понятия модуль.
В начальный период внедрения модульного обучения в образовательную систему США и Англии, в понятие модуль входил определенный набор учебных материалов. Именно поэтому П.А. Юцявичене отождествляет его с методом обучения «пакет» [ 173; 174; 1
Проведя анализ научной литературы по профессиональному образованию, удалось выявить различные подходы к понятию модуль. Понятие модуль включает в себя «выражение самостоятельной группы идей, которые передаются по дидактическим каналам, сортветствующим природе знаний», считает А.А. Гуцински. Б. Гольдшмид и М. Гольдшмид модуль понимают как формирование самостоятельной планируемой единицы учебной деятельности [182]. В.М. Гараев, СИ. Куликов, Е.М. Дурко модуль рассматривают как общую тему учебного курса или актуальную научную проблему [44].
Впоследствии понятие модуль становится конкретнее. Ю.Т. Тимофеева формулирует понятие модуль как относительно самостоятельную часть определенной системы, несущую функциональную нагрузку, что в обучении соответствует «дозе» информации [140]. СИ. Самыгин пишет, что модуль представляет собой логически завершенную часть учебного материала [104]. П.А. Юцявичене характеризует модуль как функциональный узел, который является основным средством модульного обучения, т.е. законченным блоком информации [173; 174; 175]. А.И. Алексюк, С А. Кашин считают, что модуль - автономные порции учебного материала [147]. Модуль - это относительно самостоятельная часть какой-нибудь системы, несущая определённую функциональную нагрузку (Ю.Т. Тимофеева)[140].
Также рассматривалось такое понятие модуля как обучающий модуль - это логически завершённая форма части содержания учебной дисциплины, включающая в себя познавательный и прогрессивные аспекты, усвоение которых должно быть завершено соответствующей формой контроля знаний, умений и навыков, сформированных в результате овладения обучаемыми данным модулем.
Модуль содержит познавательную и профессиональную характеристики, в связи с чем можно говорить о познавательной (информационной) и учебно-профессиональной (деятельностной) частях модуля. Задача первой - формирование теоретических знаний, функции второй - формирование профессиональных умений и навыков на основе приобретённых знаний [102].
Можно заметить, что в понятие модуль включаются определенные части учебной программы курсов, без их конкретизации. Анализируя точки зрения исследуемых авторов, можно увидеть, что поня !6 тие модуль многогранно. Ю.А. Устинюк, конкретизируя характеристику содержания модуля, предлагает определить его как самостоятельную тему или раздел курса, в котором рассматривается одно фундаментальное понятие или группа родственных понятий [145; 146]. Н.В. Шумякова аналогично предлагает каждому модулю поставить в соответствие главу или раздел учебника [165]. О.А. Ор-чакова, П.Ф. Кобрушко характеризуют модуль целостностью, относительной независимостью, логической завершенностью, гибкостью структуры содержания учебного материала. Авторы рассматривают разделение модуля на субмодули, т.е. целостную самостоятельную часть содержания, которая охватывает знания и умения, необходимые для выполнения конкретной профессиональной задачи [93].
Организация модульного обучения студентов дискретной математике с помощью компьютерных технологий
В приложении 1 приведен алгоритм проведения исследования, содержащего три этапа: констатирующий, формирующий, контролирующий, где прослеживается логика эксперимента.
Данное исследование проводилось на базе Оренбургского государственного университета, в исследовании участвовали абитуриенты, студенты факультета информационных технологий и преподаватели соответствующих кафедр, а также специалисты различных организаций, работающих в данной предметной области «Вычислительная техника».
Констатирующий эксперимент
Цель констатирующего эксперимента, результаты которого описаны в данном параграфе, состояла в выявлении основных трудностей подготовки будущих инженеров и общей подготовленности студентов. Констатирующий эксперимент базировался на анализе учебного процесса, тестировании, наблюдении, беседе с преподавателями, студентами, задействованными в данном процессе. Для обработки полученных результатов использовались различные статистические методы, обработка данных осуществлялась с использованием ЭВМ [20; 69].
Теоретический анализ литературы позволил выделить основные проблемы представления модульной программы по курсу дискретная математика в компьютерном варианте, которые освещены в первой главе. Практическая задача констатирующего эксперимента заклю 92 чалась в выявлении реального состояния проблемы компьютерной реализации модульных программ различных дисциплин, определения критериев компьютерной реализации курсов, а также организацию данного процесса. Нами выдвинут ряд предложений, которые описывают ряд особенностей в организации учебного процесса подготовки будущих инженеров, проблемы, с которыми сталкиваются преподаватели. Каждое предложение мы попытались обосновать и дать свою точку зрения по улучшения учебного процесса.
Разный уровень подготовки студентов к изучению естественнонаучного цикла, в том числе дискретной математики является реальностью образовательного процесса Свое утверждение мы основываем на статистических данных приемной комиссии и результатах входного тестирования (таблица 3).
Нас интересует вопрос, как влияет готовность студентов на изучение курса дискретной математики. При тестировании были предложены ряд заданий, направленных на общую подготовку по дисциплинам математика и информатика, в результате справились с заданиями не все, в частности при решении заданий выяснилось, что понятие теории множеств знают лишь - 38%. С расчетными заданиями все три группы справились успешно - 86,4% хотя ко второму курсу многие студенты теряют навыки работы с действительными числами.
Логические задания также вызвали трудности у некоторых студентов, хотя результаты оказались выше, чем в третье группе -80,4%.
Алгоритмические задания, предлагаемые студентам, решались не на должном уровне -79,4%.У большинства студентов возникли трудности с построением алгоритмов для решения заданий - 62%.
Базовой подготовкой инженера служат естественно-научные дисциплины, на первом курсе естественно-научные, гуманитарные и социально-экономические дисциплины занимают 80%) от доли всех изучаемых дисциплин курса, на втором уже 60% , на третьем 50% и так по убывающей, то есть основная базовая подготовка для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин дается на первых курсах обучения.
Анализ государственного образовательного стандарта подготовки будущих инженеров показал наличие дисциплин естественнонаучного цикла и специализированных дисциплин. Поэтому среди всех дисциплин мы взяли дискретную математику из естественнонаучного цикла и показали связь с дисциплинами специализации, специальности 230101- ВМКСС («Схемотехника», «Теория автоматов», «Базы данных», «Технологии программирования» и др.) Из рисунка 8 видно, что основой для специальных дисциплин служат естественнонаучные дисциплины, например, дискретная математика. Специальные и общепрофессиональные дисциплины опираются на знания и умения, полученные при изучении основных дисциплин, таких как программирование, дискретная математика.
Разработка содержания электронного учебного пособия по дискретной математике при модульном обучении студентов
Формирующий эксперимент, результаты которого освещены в данном параграфе, имел целью разработать содержание электронного пособия, способы организации занятий с использованием данного пособия, определить критерии оценки эффективности влияния данного пособия на качество образования.
Применялись такие методы исследования как моделирование, индивидуальные и групповые беседы, анализ документации (образовательных стандартов, учебных планов, рабочих программ) и электронных ресурсов сети Интернет, анкетирование, тестирование. Для обобщения полученных данных использовались математические методы, которые позволили систематически подтвердить результаты исследования.
Основным документом по отбору содержания являются государственные стандарты высшего образования, данный документ является направляющим, но полностью не определяет содержание подготовки специалистов.
Например, в государственном стандарте подготовки специалистов направления 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» относительно содержания дисциплины «Дискретная математика» определено следующее: множества и их спецификации; диаграммы Венна; отношения; свойства отношений; разбиения и отношение эквивалентности; отношение порядка; функции и отображения; операции; основные понятия теории графов; маршруты; циклы; связность; планарные графы; переключательные функции (ПФ); способы задания ПФ; специальные разложения ПФ; неполностью определенные (частные) ПФ; минимизация ПФ и неполностью определенных ПФ; теорема о функциональной полноте; примеры функционально-полных базисов; разрешимые и неразрешимые проблемы; схемы алгоритмов; схемы потоков данных.
Выбор же конкретных программных средств и языков программирования остается за преподавателем и студентами.
На наш взгляд, содержание практической части должно строиться с учетом межпредметных связей и осознанного применения заданий на практике.
по
Обучение какой - либо дисциплине предполагает использование учебно-методических пособий комплексного типа. А создание учебно-методического комплекса требует достаточно много времени и опыта работы.
Нами разработано электронное учебное пособие по дисциплине «Дискретная математика», теоретическое содержание которого определяется стандартом.
Мы полагаем, что целесообразно сначала описать модульную программу курса дискретной математики. В связи с чем нами разработано содержание обучающей программы, ее представление в компьютерном варианте, способы организации занятий с использованием данной обучающей программы, предложены критерии оценки эффективности влияния обучающей программы на качество будущих инженеров.
Основным документом по отбору содержания является государственный стандарт высшего образования, данный документ освещает лишь общую сторону проблемы, но не акцентирует внимание на деталях, то есть направляет, но не определяет содержание дисциплины. Любой преподаватель понимает данный стандарт со своей точки зрения. Выбор конкретных программных средств и языков программирования остаётся за преподавателем данной дисциплины и интересами студентов.
Для того чтобы представить модульную программу изучаемого учебного курса дискретная математика, мы прошли следующие этапы:
1 Анализ государственного стандарта образования с учётом трудностей в подготовке будущих инженеров;
2 Анализ учебных планов, рабочих программ и состояния учебно-методического обеспечения кафедры, выпускающей инженеров;
3 Выявление принципов компьютерного представления учебного материала;
4 Выработка рекомендаций к разработке рабочей программы по курсу дискретная математика.
Структуру модульной программы составляют комплекс модулей, которые в свою очередь состоят из учебных блоков (элементов).
При отборе, структурировании и компьютерном представлении содержания модульного обучения студентов математике мы ориентировались на принципы (указанные в 1.2.) В связи с чем содержание обучения и сам процесс обучения строятся по отдельным модулям.
Принцип цикличности.
Модули построены таким образом, что каждый студент проходит через полный цикл несколько раз в период лекционно-практических занятий, затем в период самостоятельной работы, и затем вновь для прохождения итогового теста, это способствует лучшему пониманию и закреплению учебного материала. Принцип обеспечения связи теории с практикой. Между теорией и практическим её применением проведены параллели, или лабораторные работы, указывающие реальное применение теории. Необходимо также помнить, что лабораторные работы должны быть связаны друг с другом, для наилучшей заинтересованности студентов при решении поставленных задач.
