Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ И СИСТЕМНОГО ПОДХОДА К МОДЕЛИРОВАНИЮ ОБУЧЕНИЯ 12
1.1. Основные положения теории систем 12
1.2. Системный подход 20
1.3. Обучение как система 27
1.4. Целеполагание в гуманитарных системах 33
1.5. Теоретические основы моделирования систем 50
1.5.1. Концепция моделирования 50
1.5.2. Характеристики моделей систем 59
1.5.3. Классификация видов моделирования систем 61
Выводы по первой главе 79
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ИНФОРМАТИКА» 82
2.1 Анализ современного состояния проблемы преподавания дисциплины «Информатика» в высшей школе 82
2.1.1. Информатика как учебная дисциплина 82
2.1.2. Содержание курса информатики как системы 90
2.1.3. Анализ возможностей преподавания дисциплины «Информатика» и использования информационных технологий в ДВҐУПС 100
2.2. Моделирование системы обучения дисциплине «Информатика» 105
Выводы по второй главе 149
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЕ «ИНФОРМАТИКА» 151
3.1. Технологии реализации модели системы обучения информатике 151
3.2. Учебно-методический комплекс дисциплины «Информатика» как средство применения модели системы обучения на практике 159
3.3. Тесты как технологическая документация для анализа результата достижения цели системы обучения 166
3.3.1, Методические требования к программно-дидактическим тестам. 173
3.3.2. Анализ системы обучения с помощью тестов 180
Выводы по третьей главе 186
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 188
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 193
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Качества знаний 212
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Мыслительные операции 214
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Краткая история развития информатизации ДВГУПС...215
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Дерево образовательных целей 216
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. «Дерево целей» нравственных категорий 217
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Модель информационной системы лекционного курса .223
ПРИЛОЖЕНИЕ 7, Модель информационной системы для лабораторных работ 226
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Модель системы обучения на примере дисциплины «Информатика» 228
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Алгоритмы в системе обучения 231
ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Выписка из оперативного плана 1-го семестра 235
ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования 236
ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Выписка из примерной программы дисциплины «Информатика» 243
ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Рабочая программа дисциплины «Информатика» 250
ПРИЛОЖЕНИЕ 14, Список условных сокращений и обозначений 271
- Основные положения теории систем
- Анализ современного состояния проблемы преподавания дисциплины «Информатика» в высшей школе
- Технологии реализации модели системы обучения информатике
Введение к работе
Актуальность темы. Современные преобразования в обществе вносят принципиальные изменения в учебно-воспитательную деятельность образовательных учреждений, требуют обновления всех элементов системы образования на принципах гуманизма и демократии, превращения в общественно-государственную систему, ориентированную на развитие инициативной, творческой личности, способной не только выжить, но и самореализоваться.
В настоящее время все большее значение приобретает целостный взгляд на образование и выход на новые образовательные технологии. Россия участвует в программе ЮНЕСКО «Открытая образовательная система для XXI века». В этой программе определено, что общество вплотную подошло к выводу о необходимости овладения не только научными фактами, но и новым мировоззрением и мышлением, умением эффективно использовать полученные знания в профессиональной работе, учитывать последствия деятельности, а также необходимости формирования нравственных качеств и гуманизации образования. Сущность гуманизации образования заключается в решении двух задач одновременно: формирование человека и подготовка специалиста. Кроме того, вся человеческая цивилизация переходит к новому этапу своего развития - от индустриального к информационному. Переход к информационному обществу заставляет задуматься о готовности выпускников учебных заведений к жизни и к труду в обществе XXI века и диктует необходимость подготовки квалифицированных, конкурентоспособных специалистов, адекватно ориентирующихся в мире постоянно меняющихся информационные технологий. От выпускников вуза в информационном обществе требуется свободное владение основными имеющимися и вновь создаваемыми программными продуктами, стремление к дальнейшему углублению знаний, понимание влияния информатизации на различные аспекты развития личности. Поэтому необходимо создание системы образования способной оперативно реагировать на социокультурные тенденции и запросы общества,
используемой человеком в течение всей активной жизни, формирующей личность гуманную, мобильную и умелую, способную оказывать влияние на происходящие в обществе процессы и корректировать их.
Исследование системы образования представляет собой сложный, многоаспектный процесс, который требует не только определения ее компонентов и связей между ними, но выявление динамики взаимоотношения между ними в решении конкретных задач, определяемых целями деятельности всей образовательной системы учебного заведения. Одним из универсальных, общенаучных методов исследования сложных динамических систем является моделирование.
В мире ведутся интенсивные поиски моделей образовательных систем, наиболее полно удовлетворяющих потребности личности и общества в условиях перехода человечества в постиндустриальную фазу цивилизации.
Особенно перспективным считается направление, связанное с применением принципов системного подхода к анализу и построению моделей педагогической деятельности.
Идея системного подхода не нова. Системный подход является общим научным методом для решения теоретических и практических проблем. В психолого-педагогических исследованиях данный метод применяется сравнительно недавно. Разработка теории функциональных систем, предпринятая П.К, Анохиным [7], позволила использовать системный подход в педагогике, и уже в начале 70-х годов идеи системного подхода нашли свое отражение в работах многих педагогов,
Однако исследования не решили всех проблем и авторы отмечают, что основные противоречия, существующие в современной системе образования следующие:
- несоответствие результатам деятельности системы образования социальных потребностей общества;
унифицированное содержание, достаточно жесткие формы образования и разносторонние интересы и способности студентов;
большой объем требуемых профессиональных знаний и ограниченные возможности их усвоения студентами, в том числе быстрое «старение» полученной информации;
преобладание объяснительно-иллюстративных, репродуктивных способов преподавания, тогда как познание имеет исследовательскую сущность.
Актуальность проблемы, ее теоретическая и практическая значимость обусловили выбор темы диссертационного исследования «Моделирование системы обучения информационным технологиям в техническом вузе».
Цель исследования: разработка модели системы обучения информационным технологиям в техническом вузе и ее практическое применение в обучении.
Объект исследования: система обучения информационным технологиям в вузе.
Предмет исследования: моделирование системы обучения информационным технологиям при изучении информатики.
Гипотеза исследования: уровень учебно-воспитательной работы вуза и эффективность обучения информатике повысится, если будут предприняты следующие действия:
- определены цели системы обучения информационным технологиям в
информатике;
-сконструированы модели, описывающие развитие образовательной системы и прогнозирующие результаты деятельности системы обучения;
определен выбор оптимального содержания дисциплины;
разработано адекватное этому содержанию дидактическое обеспечение дисциплины;
- определены адекватные технологии функционирования системы обучения.
Цель, предмет и гипотеза исследования определили следующие задачи исследования:
изучить и проанализировать научную, научно-методическую, психолого-педагогическую и учебную литературу по проблемам информатизации общества, образования, а также моделирования систем в образовании;
определить цели изучения информационных технологий;
разработать модель системы обучения, адекватную целям;
сконструировать и внедрить дидактическую систему, которая позволит активно развивать системное мышление каждого обучающегося и гарантированно формировать прочные знания;
предложить технологии функционирования системы;
определить технологию внедрения разработанной модели в практику обучения.
Методологическую основу данной исследовательской работы составили: исследования проблем образования на основе современных представлении о мире, природе и человеке и работы в этой области.
Теоретическим фундаментом исследования являются:
-теории систем (Л. Берталанфи, А.А. Богданов, Ф. Бэкон, Э.Н. Гусинский, Д. Клиланд, В. Кинг, Ю.А. Конаржевский, Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тара-сенко, И. Пригожий, В.Н, Садовский, Э.Г. Юдин и др.);
-системный подход (Б.Я. Анохин, С.А. Советов, С.А. Яковлев и др.);
-исследования в педагогике, психологии (К,А, Абульхапова-Славская, B.C. Аванесов, Л. Вегнер, П.Я. Гальперин, И.Я. Лернер, М.П. Макаров, В.Д. Шадриков и др.);
-принципы формирования содержания образования (В.В. Краевский, И.Я. Лернер и др.);
-информационные технологии в образовании (В.П. Беспалько, А.Т.
Могилев, В.М. Монахов, Б.Я. Советов, А.Н. Тихонов и др.)
-исследование в информационных технологиях (И.Г. Захаров, Б.А. Сазонов, P.P. Фокин и др.);
-моделирование систем (Я.Г. Неуймин, Б.Я. Советов, С.А.Яковлев, IO.O. Овакимян, И.М. Фридман, П. Ходж, М.А. Чощанов и др.);
-управление сложными динамическими системами (А.И. Берг, Н. Винер и др.);
-технологии обучения (В.П. Беспапько, В.М. Монахов, О.П. Околелов, В.Ю. Питюков, Д.В. Чернилевский и др.);
-качества знаний (Н.И. Гузик, И.Я. Лернер и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и систематизация философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по проблеме исследования; анализ программ, учебных пособий и методических материалов по информатике; изучение и систематизация практики преподавания информатики в высших учебных заведениях; наблюдение за деятельностью студентов при изучении информатики; моделирование компонентов учебной деятельности; анализ и обобщение собранных материалов; тестирование и анкетирование; педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическое значение работы: заключается в том, что на основе теории систем, методов моделирования сконструирована модель системы обучения информационным технологиям при изучении информатике. Создание подобных моделей является актуальной задачей в научно-методическом плане и представляет интерес для исследования многих других социальных систем.
Практическая значимость исследования заключается в том, что на основе разработанной модели осуществлено использование этой модели в системе обучения при изучении дисциплины «Информатика». Кроме того,
проведен анализ информатизации университета и выполнено исследование обучения информационным технологиям в вузе.
В результате выполненной работы определены и разработаны:
Цели изучения дисциплины «Информатика».
Информационное содержание дисциплины «Информатика» и учебный план с учетом формирования информационных технологий.
Адекватные целям методы, формы и средства обучения в целях формирования у студентов знаний в области информационных технологий.
Методика проведения теоретических занятий по дисциплине и использования лабораторного компьютерного практикума как основного средства целенаправленного вовлечения студентов в использование информационных технологий.
Образовательные технологии, обладающие потенциалом индивидуализации системы обучения, с учетом профессиональных и личностных особенностей студента.
Содержание педагогических измерительных материалов по информатике в целях проведения анализа знаний студентами информационных технологий.
Теоретические положения и научно-практические рекомендации диссертационного исследования могут быть использованы для внедрения предлагаемой модели в систему обучения любых специальностей.
Достоверность и обоснованность основных положений и выводов исследования опирается на современные педагогические исследования, системный подход к описанию и изучению объекта исследования; па использование разнообразных методов исследования, адекватных поставленным задачам; на сочетание качественного и количественного анализа результатов экспериментальной части работы и на многолетний опыт автора.
Апробация результатов исследования проводилась в Дальневосточном государственном университете путей сообщения. Основные тео-
ретические положения и конкретные результаты диссертационной работы были представлены:
на XII международной научно-методической конференции «Педагогический менеджмент и прогрессивные технологии в образовании», 18-19 июня 2005 г., г. Пенза;
международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию УГТУ-УПИ «Вузы России и Болонский процесс», 18-19 октября 2005 г., г. Екатеринбург;
III всероссийской научно-технической конференции «Искусственный интеллект в XXI веке», ноябрь 2005 г., г. Пенза;
44-й всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Совершенствование управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте с использованием новых технологий», 25-26 ноября 2005 г,, г. Хабаровск;
III международной научно-практической конференции «Основные направления повышения эффективности экономики, управления и качества подготовки специалистов», декабрь 2005 г., г. Пенза;
региональной научно-практической конференции представителей производства, ученых транспортных вузов и инженерных работников «Надежность и эффективность систем и устройств электроснабжения железных дорог», 19-20 декабря 2005 г., г. Хабаровск;
заседаниях кафедр «Информационные технологии и системы» и «Начертательная геометрия и инженерная графика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения;
кафедральных и межкафедральных семинарах Дальневосточного государственного университета путей сообщения.
По теме диссертации опубликовано 8 статей, издано 2 учебных пособия.
На зашиту выносятся положення:
процесс моделирования и модель системы обучения как средство организации и управления изучением информационных технологий в условиях высшей школы;
технологии реализации модели в практике обучения;
учебно-методический комплекс дисциплины «Информатика» как средство применения модели системы обучения в практике.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, содержащего 197 наименований, и 14 приложений.
Основные положения теории систем
Основоположник общей теории систем Людвиг фон Берталанфи предназначение этой науки видел в поиске структурного сходства законов, установленных в различных дисциплинах, исходя из которых можно вывести общесистемные закономерности [48].
Как утверждают Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко природная системность человеческой практики является одним из объективных факторов возникновения и развития системных понятий и теорий [133]. Они отмечают: «Широко распространилось понимание того, что наши успехи связаны с тем, насколько системно мы подходим к решению проблем, а наши неудачи вызваны отступлениями от системности» [133, С.5].
Рассматривая объективные причины возникновения и факторы развития системных представлений и соответствующих методов и теорий, нужно отметить объективные особенности человеческого мышления - сам процесс познания системен и знания, добытые человечеством, также системны.
Системность мышления связана с системностью мира. Практика требует согласования системности мышления с объективной системностью природы, т.е. подчинения мышления некоторым правилам, обеспечивающим правильность познания и практики.
Одна из особенностей познания, которые позволяют постепенно, поэтапно разрешать противоречия, - наличие аналитического и синтетического образов мышления.
Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в существовании различных наук, в продолжающейся дифференциации наук, во все более глубоком изучении все более узких вопросов, каждый из которых сам по себе интересен, важен и необходим. Вместе с тем столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают «пограничные» науки типа биохимии, физикохимии, биофизики или бионики. Более высокая форма синтетических знаний реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы. К числу синтетических относятся и системные науки: кибернетика, теория систем, теория организации и др. Расчлененность мышления (на анализ и синтез) и взаимосвязанность этих частей являются очевидными признаками системности познания.
Осознание диалектического единства анализа и синтеза пришло не сразу, и в разные исторические эпохи системность мышления имела различный характер [4]. Ф. Энгельс отмечал, что в древней Греции преобладало нерасчле ненное знание: «...природа еще рассматривается в общем, как одно целое» [108, с. 369].
Для последующего этапа - метафизического способа мышления - характерно преобладание анализа [108]. Но рассматривались вещи и процессы природы вне их связи, не в движении, а в неподвижном состоянии.
Сами метафизики ощущали незавершенность аналитического знания, видели возможность и даже необходимость синтеза, но считали синтез произвольной деятельностью ума, не имеющей отношения к природе. Так, Ф. Бэкон писал: «Человеческий разум в силу своей склонности легко предполагает в вещах больше порядка и единообразия, чем их находит. И в то время как многое в природе единично и совершенно не имеет себе подобия, он придумывает параллели, соответствия и отношения, которых нет» [38, с. 20].
С другой стороны, голландский философ-материалист XVII в. Б. Спиноза считал, что «порядок и связь идей та же, что порядок и связь вещей», поскольку «субстанция мыслящая и субстанция протяженная составляют одну и ту же субстанцию» [159, с. 407].
Анализ современного состояния проблемы преподавания дисциплины «Информатика» в высшей школе
Развитие новых направлении в образовании, связанных с информатизацией, невозможно без разработки общих методологических принципов, создания современного учебно-методического обеспечения, поиска новых технологий обучения и обоснования их с точки зрения педагогической науки.
Конец двадцатого столетия отмечен постепенным становлением нового типа общественно-экономической формации - постиндустриального «информационного» общества, построенного на применении высоких технологий. Отличительной чертой постиндустриальной эпохи является перемещение цеігтра тяжести в общественном разделении труда из сферы материального производства в область получения, переработки, передачи, хранения, представления и использования информации на основе применения компьютерных информационных технологий. Таким образом, информатизация - это объективный процесс, связанный с повышением роли и степени воздействия интеллектуальных видов деятельности на все стороны жизни человека. Компьютер устанавливает совершенно новые типы знаний и умений: чтение, письмо, слушание, игровая деятельность, развитие воображения, обучение и учение - все подвергается перестройке с помощью невиданных ранее средств. Таким образом, на пороге третьего тысячелетия человек уже не может считаться грамотным и, тем более, профессионально компетентным, не владея в достаточной степени компьютерными технологиями как новыми средствами познания реальности. Все это заставляет задуматься о готовности выпускников учебных заведений к жизни и к труду в обществе XXI века и диктует необходимость подготовки квалифицированных, конкурентноспо-собных специалистов, адекватно ориентирующихся в мире постоянно меняющихся информационные технологий.
Качество такой подготовки определяется способностью к самостоятельному, свободному освоению новых информационных программных продуктов, творческим подходом к дальнейшему образованию, стремлением к самообразованию.
Содержание профессиональной подготовки в условиях высшей школы в соответствии с государственным образовательным стандартом (ГОС) включает федеральный, региональный и вузовский компоненты.
В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования для большинства специальностей такая подготовка обеспечивается изучением базовой дисциплины федерального компонента «Информатика», значимость которой в высшей школе обозначена введением этой важнейшей естественнонаучной дисциплины с 2000 года.
В настоящее время информатика является одной из фундаментальных областей научного знания, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации, формирующая современную картину мира [116].
Государственный образовательный стандарт является нормативным документом [58]. В нем отражены определяющие требования:
- к месту базового курса «Информатика» в учебном плане специальности в вузе;
- к обязательному минимуму содержания базового курса «Информатика»;
- к уровню подготовки студентов в виде требований к знаниям, умениям, навыкам, полученным при изучении дисциплины и их дальнейшему использованию.
Стратегические подходы к решению проблем информатизации в высших учебных заведениях сформулированы в следующих документах:
1. Концепция развития информатизации России до 2010 года [92],
2. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года [90].
3. Концепция информационно-компьютерного образования в высших и средних профессиональных учебных заведениях МПС России [91].
Технологии реализации модели системы обучения информатике
Эффективность обучения (целенаправленного воздействия преподавания и учения на личность студентов по реализации поставленных оперативных целей) зависит от адекватности технологий оперативным целям.
Оперативные цели обучения предполагают превращение знаний в достояние личности. Для осуществления этой процессуальной специфики функционирования системы предполагается построение алгоритма, т.к. функционирование системы (по определению) есть динамическое состояние системы в условиях технологической дисциплины. А технологии нами определяются как последовательный перечень операций, т.е. алгоритм, соединенный с методами, средствами и формами для достижения поставленных целей.
Последовательность действий определяет функционирование системы, а содержательный аспект этих действий обеспечивает достижение цели, поэтому определяет технологию обучения.
Итак, усвоение информатики в системе обучения требует овладения опытом подбора или построения алгоритмов осуществления репродуктивной и творческой деятельности. Использование алгоритмических приемов в практической работе становится требованием эпохи, которую называют эпохой технологий (алгоритм - основа любой технологии).
Предложенная совокупность методов, представленная во взаимосвязи с целями или определенной последовательности, принимается нами как элемент технологии обучения на общедидактическом уровне. Она может иметь различные варианты в зависимости от спрогнозированной цели (уровни усвоения) за счет применения КЗ как формы сохранения усвоенных знаний в различной динамике. Однако при обязательной для 1-го УУ конкретности знаний (3), для 2-го УУ - конкретности, глубины, систематичности (3), (2), (8), для 3-го УУ- конкретности (3), глубины (2), систематичности (8), оперативности (9) и гибкости знаний (10). За счет применения средств (С) и форм обучения (Ф), возможен выход на частно-методический уровень технологии обучения (рис.3.1) [80].
Значение технологического осмысления процессуальной специфики функционирования системы обучения очень велико, и в этом кроется одна из возможностей повышения эффективности достижения целей. Такой подход позволяет перейти от стихийно-эмпирического обучения к научно обоснованному и управляемому обучению.
Овладение учебными технологиями вносит свой вклад в формирование таких социальных и мировоззренческих качеств человека (например, свобода; целеустремленность, самостоятельность; творчество и т.п.), которые необходимы сегодня и, тем более, завтра.
Однако подход к технологии, как к строго воспроизводимому методическому алгоритму, неверен, ущербен. Дидактика, как всеобщая теория воспитывающего и развивающего обучения, помимо строгих алгоритмов на уровне методики, призвана определить и обобщенный алгоритм обучения, обеспечивающий воспитание и развитие, потому что обучение рассматривается на разных уровнях обобщенности, а также потому, что любое обучение, где бы оно ни было, обретает организационную форму за счет того, что вступает в действие система управления. Это может быть индивидуальное или фронтальное обучение, а также разнообразные фронтальные занятия, дискуссии, семинары, дебаты, организационно-деятельностные игры, ролевые игры. Групповые занятия - парные, постоянные группы с переменными функциями их участников, групповое деление обучающихся с одинаковым заданием, различными заданиями, с общим отчетом каждой группы перед всем коллективом и т.д.
