Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретическая модель обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов на основе использования информационных и коммуникационных технологий 16
1.1 . Стратегические направления развития системы образования, основанные на новых информационных и коммуникационных технологиях 16
1.2. Влияние информатизации на методическую систему обучения математике и информатике 35
1.3. Научно-методические основы взамодействия преподавателей и студентов с информационными и коммуникационными технологиями при обучении математике и информатике 48
1.4. Психолого-педагогические основы взаимодействия студентов с компьютером 64
Выводы к первой главе 70
Глава 2. Практическая модель взаимодействия преподавателей и студентов с информационными технологиями при обучении математике и информатике 73
2.1. Разработка содержания дисциплин в области информатики и математики на основе использования методов системного анализа 73
2.2.Компьютерные программы учебного назначения по математике и информатике для студентов гуманитарных факультетов как один из важнейших факторов реализации взаимодействия студентов с информационными технологиями 95
2.3. Реализация моделей взаимодействия с информационными технологиями преподавателей и студентов при использовании персонального компьютера на занятиях по математике как мощного инструментального средства 127
2.4. Педагогический эксперимент 149
Выводы по второй главе 159
Заключение 160
Литература 163
- Стратегические направления развития системы образования, основанные на новых информационных и коммуникационных технологиях
- Разработка содержания дисциплин в области информатики и математики на основе использования методов системного анализа
- Реализация моделей взаимодействия с информационными технологиями преподавателей и студентов при использовании персонального компьютера на занятиях по математике как мощного инструментального средства
Введение к работе
Актуальность и постановка проблемы исследования. В концепции реформирования российской науки важное значение уделяется информатизации различных сфер учебной и научной деятельности. Математика на протяжении всей истории человечества являлась составной частью человеческой культуры, ключом к познанию окружающего мира, базой научно-технического прогресса, существенным элементом формирования личности. Математическое образование является неотъемлемой частью гуманитарного образования в широком понимании этого термина. Информатика - наука молодая, но, несмотря на это, она широко используется во многих областях человеческой деятельности и для нее характерна тесная связь с математикой.
В государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования нового поколения большое внимание уделяется интеграции общих математических и естественно-научных дисциплин, в частности, математики и информатики. Возникает вопрос о теоретических и практических основах моделирования соответствующего дидактического процесса в компьютерной среде. Проблема обучения математике и информатике на основе их интеграции с использованием информационных и коммуникационных технологий является актуальной.
До сих пор традиционные формы обучения математике и информатике оставались неизменными. Компьютерные технологии в этом плане предоставляют несравненно большие возможности. Однако для повышения качества и эффективности образовательного процесса, основанного на широком использовании новых информационных и коммуникационных технологий, необходимо спроектировать соответствующее научно-методическое обеспечение.
Реализация образовательного процесса на основе использования новых информационных технологий во многом зависит от степени разработки организационных моделей учебного взаимодействия преподавателей и студентов с информационными и телекоммуникационными технологиями.
Стратегическое направление развития системы образования находится в решении проблемы личностно ориентированного образования. Поэтому есть основания для решения актуальной проблемы — определение роли и места информационных технологий в личностно ориентированном обучении. По сути речь идет о построении теоретической модели личностно ориентированной дидактической информационной среды. Такая модель должна раскрыть педагогические основы конструирования целостной методической системы компьютерного обучения, обеспечивающей оптимальные условия для раскрытия творческого потенциала личности студента для эффективного использования компьютерных технологий в конкретных педагогических ситуациях.
Эффективность использования информационных и коммуникационных технологий при обучении математике и информатике во многом зависит от степени разработанности и качества компьютерных программ учебного назначения, методического сопровождения учебного процесса с помощью электронных средств, целесообразности их использования и порядка сочетания компьютерных программ учебного назначения на различных этапах дидактического цикла, которые в разной мере допускают автоматизацию управления учебным процессом и в различной степени, с точки зрения эффективности, нуждаются во введении такой автоматизации. Разработка единой информационной обучающей среды, составляющими которой являются компьютерное учебно-методическое обеспечение и средства информационных и коммуникационных технологий, является актуальной и важной задачей.
Одной из принципиально важных и конструктивных идей в стратегии повышения интеллектуального потенциала нации является идея опережающего образования, которая заключается в обеспечении приоритетного развития системы образования на фоне других социально экономических факторов и своевременной подготовке обучаемых к работе и жизни в информационном обществе. Информатика, информационные технологии и математика позволяют «перекинуть» мостик между гуманитарными и естественно-научными знаниями, осуществить интеграцию различных образовательных областей. По этой причине большое внимание уделяется проектированию различных моделей обучения математике и информатике на основе использования новых информационных технологий.
Проведенный в работе [69] анализ тематики диссертационных исследовании позволил выделить основные направления диссертационных исследований по проблемам информатизации образования: 1 .Проблемы информационной подготовки студентов вузов.
2. Проблемы обучения различным предметам с использованием информационных технологий.
3. Проблемы информационной культуры пользователя.
4. Проблемы разработки новых информационных технологий.
5. Проблемы информационной подготовки в общеобразовательной школе.
6. Информационное обеспечение управления образовательными процессами.
7. Информатизация оценки качества знаний.
8. Использование информационных технологий в системе переподготовки и повышения квалификации педагогических работников.
9. Использование информационных технологий в подготовке военных специалистов.
10. Информационное обеспечение научной деятельности.
11. Психологические аспекты информатизации образования.
Современная образовательная ситуация России характеризуется тенденцией перехода от традиционного к инновационному обучению (В.В. Давыдов, И.А. Колесникова, Е.С. Полат, А.Ю. Уваров и др.). Активно разрабатываются педагогические модели гуманизации и гуманитаризации образования, понимаемые как направленность на человека, или личностно ориентированный подход (В.В. Бондаревская, В.В. Сериков, СВ. Кульневич,
A.K. Маркова, A.B. Хуторской, Р.И. Круподеров и др.), формируется тенденция интеграции гуманитарной и технической подготовки на основе новых информационных технологий (НИТ), компьютерных телекоммуникаций и глобальных компьютерных сетей (Ю.С. Брановский, В.Г. Буданов, ЯЛ. Ваграменко, М.П. Лапчик, И.В. Роберт и др.). Профессиональное образование многих высокотехнологичных стран мира уже включает соответствующие курсы и программы, ориентированные на полноценное использование новых информационных технологий во время обучения, в будущей профессиональной деятельности.
Формированию и развитию методической системы обучения информатике в педагогическом вузе посвящено достаточно большое число фундаментальных исследований (Абдукадыров А. А., Бешенков С. А., Брановский Ю.С, Ваграменко Я.А., Готская И.Б.,Григорьев С.Г., Жалдак М.И., Козлов О.А., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И, Лапчик М.П., Монахов В.М., Швецкий М.В. и т.д.).
Использованию информационных и телекоммуникационных технологий в образовании посвящены многие исследования (Бидакова Д.А., Роберт И.В., Софронова Н.В., Юнерман Н.Л., Каланова Ш.М., Круподеров Р.И., Филатов O.K. и др.).
Система интегрированного обучения информатике и математике в вузе рассматривалась в научных исследованиях Бекзатова Б.А., Велихова Е.П., Ершова А.П., Хеннера Е.К. и др.
Работы этих авторов явились методологической основой исследования.
В отличии от указанных исследований в данном диссертационном исследовании рассматриваются педагогические, методические и организационные основы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов при обучении математике и информатике, научно-методические основы проектирования и использования компьютерных программ учебного назначения по математике и информатике как нетрадиционных дидактических материалов в условиях формирующегося информационного общества.
Учитывая вышеизложенное, можно утверждать, что разработка различных педагогических моделей взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными и телекоммуникационными технологиями при обучении математике и информатике, педагогических, методических и организационных подсистем реализации образовательного процесса в информационной учебной среде является актуальной проблемой.
Проблема исследования заключается в недостаточной разработанности педагогических, методических и организационных основ взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике в условиях информатизации образования, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно-ориентированного образования.
Цель исследования - разработка педагогических, методических и организационных основ взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике в условиях информатизации образования, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
Объектом диссертационного исследования является процесс совершенствования математической и информационной подготовки студентов гуманитарных факультетов университетов и педагогических вузов на основе использования новых информационных технологий.
Предметом исследования выступают педагогические основы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике в условиях информатизации образования, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
В основу диссертационного исследования положена гипотеза, согласно которой эффективность и качество обучения студентов математике и информатике значительно повысится, если использование новых информационных технологий будет сопровождаться радикальными изменениями во всех подсистемах: технологической, педагогической, методической, организационной, экономической — и даже существенно затрагивать теоретические и методологические основания образовательной системы, т.е. новые информационные технологии только тогда могут быть эффективны в образовании, когда они не встраиваются в уже существующую образовательную систему, а входят как элемент в новую систему образования, что инициирует разработку педагогических основ взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов при обучении информатике и математике в условиях реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
Исходя из гипотезы были поставлены следующие задачи:
1. На основе анализа развития педагогических технологий показать, что их невозможно отделить от информационных и коммуникационных технологий, которые позволят изменить саму парадигму образования, и, что только новые информационные технологии позволяют наиболее эффективно реализовать возможности, заложенные в новых педагогических технологиях.
2. Разработать теоретическую модель обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов на основе использования информационных и коммуникационных технологий в условиях реализации государственных образовательных стандартов нового поколения, системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно-ориентированного образования.
3. Рассмотреть влияние информатизации образования на совершенствование методической системы обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов универстетов и педвузов.
4. Рассмотреть различные модели использования информационных технологий при обучении математике и информатике студентов гуманитарных специальностей вузов и на основе этого разработать педагогические, методические и организационные основы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике в условиях информатизации образования, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
5. Провести педагогический эксперимент, подтверждающий правильность гипотезы диссертационного исследования.
Для достижения целей исследования, проверки гипотезы и решения поставленных выше задач были использованы следующие методы исследования: изучение и анализ психолого-педагогической, научно-методической и специальной литературы по проблеме исследования; анализ материалов по информатизации образования с целью выявления современных особенностей и тенденций использования информационных технологий в математическом образовании; анализ стандартов, программ, учебных пособий, методических материалов по математике и информатике; наблюдение за ходом образовательного процесса, за деятельностью студентов; беседы с преподавателями, анкетирование и тестирование студентов; методы системного анализа; математические методы обработки результатов педагогических исследований и метод групповых экспертных оценок; анализ и обобщение экспериментальной работы.
Исследование проводилось с 1996 по 2000 год в несколько этапов. На первом этапе (1996 - 1997 год) осуществлялось теоретическое изучение проблемы совершенствования математической и информационной подготовки студентов гуманитарных факультетов университетов и педагогических вузов на основе использования информационных и коммуникационных технологий, интеграции образовательных областей и реализации непрерывного образования.
втором этапе исследования (1998 -1999 год) продолжались поиски повышения качества и эффективности математической и информационной подготовки студентов гуманитарных факультетов университетов и педагогических вузов на основе разработки педагогических основ взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями.
На третьем этапе ( 1999 -2000 год) осуществлялся анализ и обобщение полученных результатов, формулировались и уточнялись основные теоретические и экспериментальные выводы и практические рекомендации. На этом этапе выкристаллизовались педагогические, методические и организационные составляющие системы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями, а также завершено проведение педагогического эксперимента.
Научная новизна и теоретическая значимость данного исследования заключается в следующем:
• На основе анализа развития педагогических технологий показана невозможность их отделения от информационных и коммуникационных технологий, которые позволят изменить саму парадигму образования;
• разработана теоретическая модель обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов на основе использования информационных и коммуникационных технологий в условиях реализации государственных образовательных стандартов нового поколения, системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования;
• в соответствии с изменившейся парадигмой образования обоснована необходимость использования новых моделей взаимодействия преподавателей и студентов с информационными технологиями и спроектированы педагогические, методические и организационные основы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике
в условиях информатизации образования, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
Практическая значимость диссертационного исследования определяется тем, что на основе результатов работы выделено содержание совершенствования математической и информационной подготовки студентов гуманитарных факультетов в условиях формирующегося информационного общества, разработаны конкретные рекомендации по реализации педагогических, методических и организационных составляющих системы взаимодействия преподавателей и студентов гуманитарных факультетов с информационными технологиями при обучении математике и информатике.
Достоверность и обоснованность научных результатов и выводов исследования обусловлена выбором методов исследования, адекватных его предмету, задачам и логике; методологической обоснованностью теоретических положений, связанных с концептуальными позициями информатизации высшего образования; репрезентативностью
экспериментальных данных; использованием математического аппарата для оценки результатов педагогического исследования; сопоставлением результатов исследования с массовым опытом. На защиту выносятся следующие положения:
1. Развитие педагогических технологий невозможно отделить от информационных и коммуникационных технологий, которые позволят изменить саму парадигму образования.
2. Качество обучения студентов гуманитарных факультетов математике и информатике значительно повысится, если использование новых информационных технологий будет основано на новых педагогических моделях взаимодействия преподавателей и студентов с ними, реализации системы непрерывного и интегрированного обучения и личностно ориентированного образования.
Апробация и внедрение результатов. Результаты исследования были обсуждены и апробированы на научно-методических семинарах кафедр информационных технологий в обучении и управлении учебным процессом Ставропольского государственного университета и информатики и вычислительной техники Дербентского филиала Дагестанского государственного университета, на Всероссийской телеконференции "Информационные технологии в преподавании гуманитарных и социально-экономических дисциплин в вузе" (г. Ставрополь, 1999 год), на региональных научно-методических конференциях «Университетская наука - региону» (г. Ставрополь, 1999-2000 гг.). Основной опытно-экспериментальной базой исследования являлись гуманитарные факультеты Дербентского филиала Дагестанского государственного университета, Ставропольского государственного университета и Дербентского педагогического колледжа.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 178 с. Работа содержит 5 таблиц, 6 рисунков. Список литературы включает 145 источников.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза, задачи и методы исследования, раскрыта научная новизна, теоретическая и практическая значимость, представлены положения выносимые на защиту.
В первой главе «Теоретическая модель обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов на основе использования информационных и коммуникационных технологий» рассматриваются главные направления развития системы образования, основанные на новых информационных и коммуникационных технологиях: личностно ориентированное обучение, опережающее и непрерывное образование. В структуре современного образования, основанного на новых информационных и коммуникационных технологиях, выделяются такие его
основные подсистемы, как теоретико-методологическая, технологическая, педагогическая, методическая и организационная; исследуется влияние информатизации на методическую систему обучения математике и информатике; рассматриваются теоретические основы взаимодействия преподавателей и студентов с информационными и коммуникационными технологиями при обучении математике и информатике, психолого-педагогические основы взаимодействия обучаемых с компьютером.
Во второй главе диссертации проектируется содержание дисциплин в области информатики и математики на основе использования одного из методов системного анализа. Используя этот метод, государственные образовательные стандарты нового поколения, опыт преподавания информатики и информационных технологий в учебных заведениях России, автор предлагает систему учебных дисциплин по математике и информатике, позволяющих повысить качество профессиональной подготовки студентов гуманитарных факультетов университетов и педагогических вузов и сформировать их математическую и информационную культуру. В диссертации приводится содержание этих дисциплин.
Картина непрерывного формирования информационной культуры студентов гуманитарных факультетов педвузов будет неполной, если не учесть курсы по выбору в области информатики и информационных технологий, систему самостоятельной работы студентов, работу над курсовыми и дипломными работами. В исследовании рассматривается содержание системы курсов по выбору, отобранное с использованием упомянутого выше метода системного анализа.
В пункте 2.2 второй главы рассматриваются вопросы проектирования и использования компьютерных программ учебного назначения по математике и информатике для студентов гуманитарных факультетов как важнейшей составляющей реализации модели взаимодействия студентов с информационными технологиями.
В пункте 2.3 на конкретных примерах рассматриваются методические вопросы реализации метода проектов, реализация моделей взаимодействия студентов с информационными технологиями при использовании компьютера как мощного инструментального средства при решении математических задач.
В пункте 2.4 приведены общие сведения по организации педагогического эксперимента и материалы его проведения. Основное назначение эксперимента - проверить функционирование спроектированных научно-методических основ взаимодействия преподавателей и студентов с информационными технологиями при обучении математике и информатике.
В заключении диссертации формулируются основные результаты исследования, приводятся выводы, подтверждающие гипотезу и положения, выносимые на защиту.
В приложении приводится некоторое методическое обеспечение для реализации моделей взаимодействия студентов с информационными технологиями, рассмотренными в работе.
Стратегические направления развития системы образования, основанные на новых информационных и коммуникационных технологиях
Глава 1. Теоретическая модель обучения математике и информатике Прежде чем рассматривать новые педагогические технологии, в частности информационные и коммуникационные технологии в образовании, кратко изложим основные тенденции развития систем образования в мире. Это поможет лучше понять роль новых технологий в практике обучения, их взаимодействия с преподавателями и студентами при обучении. Новые педагогические технологии следует рассматривать как процесс интеллектуального, творческого и нравственного развития студентов. Развитие становится ключевым словом педагогического процесса, глубинным понятием обучения.
Неудовлетворенность многих стран результатами системы образования привела к необходимости ее реформирования. С этой целью важно было выработать стратегическое направление развития системы общего среднего и профессионального высшего образования на перспективу.
Результаты сравнительного анализа подготовки студентов 50 стран мира в 1995 году показали, что самые высокие результаты имеют обучающиеся в Сингапуре. Их результаты статистически значимо отличаются от результатов, полученных в других странах, принявших участие в исследованиях. Близкие к ним результаты имеют такие страны, как Южная Корея и Япония, а также Бельгия и Чешская Республика. Результаты, полученные в нашей стране можно отнести к промежуточной группе средних результатов. При этом, по результатам проведенного исследования наши студенты хуже владеют экологическими и методологическими знаниями; более высокие знания они показывают в области владения фактологическим материалом (где требовалось воспроизведение усвоенных знаний), умения воспроизводить их и применять в знакомой ситуации. Нетрадиционная постановка вопросов для наших студентов заметно снижала результаты их ответов. Что же касается умения интегрировать эти знания и применять их для получения новых знаний и объяснения явлений, происходящих в окружающем мире, то здесь наши результаты были предельно низкими.
По результатам проведенного сравнительного анализа были сделаны некоторые рекомендации к реформированию системы обучения, среди которых нам представляются наиболее существенными следующие:
— усиление практической направленности содержания курсов естественнонаучного цикла; изучение явлений, процессов, объектов, веществ, окружающих студентов в их повседневной жизни; — изменение акцентов в учебной деятельности, направленных на интеллектуальное развитие студентов за счет уменьшения доли репродуктивной деятельности; использование и увеличение процентной доли заданий, проверяющих различные виды деятельности с применением знаний для объяснения окружающих явлений; учет знаний, которые обучаемые получают вне учебного заведения из различных источников.
Определение стратегических направлений развития систем образования волнует практически все мировое сообщество. В книге "Школа для XXI века. Приоритеты реформирования образования" американский педагог Филлип С. Шлехти, ссылаясь на опрос многих бизнесменов, работодателей, школьных функционеров, подчеркивает, что на вопрос "Что вы хотите от учебных заведений?" получал, как правило, один и тот же ответ: "Нам нужны люди, которые умеют учиться самостоятельно". Это и понятно, рассуждает автор, если обучаемый знает, как учиться, как достигать цели, если он знает, как работать с книгой, как получать знания от преподавателя, как искать и находить необходимую информацию, чтобы решить те или иные проблемы, как использовать самые разнообразные источники информации для решения этих проблем, то ему легче будет повысить квалификацию, переквалифицироваться, получать любые необходимые дополнительные знания, что и нужно в жизни. Конечно, этого значительно труднее добиться, чем научить читать, писать, считать и усваивать сумму разнообразных знаний по различным предметам. Даже если то или иное учебное заведение сумеет это делать очень хорошо для информационного общества этого явно недостаточно. Те студенты, которые освоят успешно базовый курс программы, научатся применять свои знания в знакомой ситуации и даже получат дипломы, но не будут уметь самостоятельно работать с информацией, самостоятельно приобретать знания, не смогут рассчитывать на успех в информационном обществе XXI века.
Таким образом, выпускник, который будет жить и трудиться в грядущем тысячелетии, в постиндустриальном обществе, для того чтобы на протяжении жизни иметь возможность найти в ней свое место, должен обладать определенными качествами личности:
—гибко адаптироваться в меняющихся жизненных ситуациях, уметь самостоятельно приобретать необходимые ему знания, умело применять их на практике для решения разнообразных возникающих проблем;
—самостоятельно критически мыслить, уметь видеть возникающие в реальной действительности проблемы и, используя современные технологии, искать пути рационального их решения; четко осознавать, где и каким образом приобретаемые им знания могут быть применены в окружающей его действительности; быть способным генерировать новые идеи, творчески мыслить;
—грамотно работать с информацией (уметь собирать необходимые для решения определенной проблемы факты, анализировать их, выдвигать гипотезы решения проблем, делать необходимые обобщения, сопоставления с аналогичными или альтернативными вариантами решения, устанавливать статистические закономерности, делать аргументированные выводы, применять полученные выводы для выявления и решения новых проблем); —быть коммуникабельным, контактным в различных социальных группах, уметь работать сообща в разных областях, в различных ситуациях, легко предотвращать или уметь выходить из любых конфликтных ситуаций;
.—самостоятельно работать над развитием собственной нравственности, интеллекта, культурного уровня.
Разработка содержания дисциплин в области информатики и математики на основе использования методов системного анализа
В первой главе диссертации рассмотрены различные теоретические модели взаимодействия преподавателей и студентов с информационными и коммуникационными технологиями при обучении математике и информатике студентов гуманитарных факультетов университетов и педвузов.
Для оценки потенциальной эффективности внутрипредметных связей интегрированной дисциплины «Информатика и математика» и межпредментных связей предметов, связанных с информатикой и математикой, и других основных дисциплин можно использовать один из методов системного анализа [101].
Методическим аппаратом такого анализа является построение структурных моделей материала каждого учебного предмета, что дает возможность ввести количественную оценку потенциальной эффективности внутрипредментных и межпредметных связей рассматриваемых дисциплин.
Под структурой предмета понимается последовательность элементов знаний с пределенной системой внутрипредметных и межпредметных связей:
Аь А2,..., An, f, где А;- элемент знаний, і - его номер, f - система внутрипредметных связей, т.е. множество всех пар (АІ5 Ak), где Aj используется в изучении AR. Структура предмета является ведущим компонентом в организации изучения предмета. Основной задачей проблемы межпредметных и внутрипредметных связей является построение целостной системы структур учебных предметов, которая обеспечивала бы эффективное использование связей между содержанием этих предметов.
Ясно, что сами по себе системы структур учебных предметов не могут гарантировать в обучении эффективного использования межпредметных и внутрипредметных связей; необходима методика их применения. Но любая методика обучения строится на базе конкретного содержания учебных предметов. По этой причине несовершенство структур учебных предметов существенно снижает эффективность любой методики применения межпредметных и внутрипредментых связей.
Для количественной оценки потенциальной эффективности межпредметных и внутрипредметных связей рассматриваемых курсов введем несколько понятий.
Пусть задана система структур учебных предметов. Расстоянием между элементами знаний At и Aj или длиной связи А\ - А, называют число r(A;, Aj) = j - і, а потенциальная эффективность межпредметных и внутрипредметных связей системы структур учебных предметов определяется суммой длин всех связей.
Для построения системы структур учебных предметов, обеспечивающих наиболее эффективное использование межпредметных и внутрипредметных связей, необходимо расположить элементы знаний в такой последовательности, чтобы:
1) начальный элемент любой связи предшествовал конечному;
2) сумма всех расстояний между связанными элементами была минимальной. Структуру, обладающую этими признаками, называют идеальной с точки зрения межпредметных и внутрипредметных связей по содержанию. Можно показать, что преобразование заданной системы структур учебных предметов из п элементов в идеальную сводится к нахождению неизвестных .
Это типичная задача линейного программирования и она может быть реализована на компьютере.
Используя рассмотренный выше метод потенциальной эффективности межпредметных и внутрипредметных связей по содержанию учебных предметов, государственные образовательные стандарты нового поколения, опыт преподавания информатики и математики в учебных заведениях России, предложим систему соответствующих учебных дисциплин, позволяющих повысить профессиональную подготовку студентов гуманитарных факультетов университетов и педагогических вузов и сформировать их математическую и информационную культуру.
Курс «Информатика и математика» занимает важное место в системе профессиональной подготовки специалистов. Этот курс является базой, обеспечивающей внедрение информационных технологий и математических методов в систему высшего профессионального образования. При изучении этого интегрированного курса у будущего специалиста должны быть сформированы элементы информационной и математической культуры, основа знаний и комплекс умений и навыков, необходимых для широкого применения средств информационных технологий, соответствующего программного обеспечения и математических методов в своей профессиональной деятельности. Важнейшим компонентом обеспечения этого курса является компьютерное учебное программное обеспечение: электронные средства обучения, компьютерные педагогические программные средства, электронные учебники и т. д. Его составом во многом определяется эффективность курса.
На лекциях студентов знакомят с основными понятиями информатики и математики, предметом, целями и задачами этих наук, арифметико-логическими основами ЭВМ, основными устройствами современного персонального компьютера и обработкой различной информации на нем, перспективами развития средств новых информационных технологий, системным и прикладным программным обеспечением персонального компьютера, использованием компьютера как средства автоматической обработки информации, с системами программирования, применением компьютера для решения задач в предметной области, компьютерными средствами коммуникации.
Практическая часть курса предполагает выполнение цикла лабораторных работ и практических занятий с целью формирования умений и навыков по обработке числовой, текстовой и графической информации на персональном компьютере с помощью прикладного программного обеспечения, знакомства с элементами программирования, системами счисления и представлениями информации в двоичных кодах, понятием функции и элементами математической логики, разработкой математических моделей, компьютерными коммуникациями, а также применением персонального компьютера для решения задач в предметной области.
Реализация моделей взаимодействия с информационными технологиями преподавателей и студентов при использовании персонального компьютера на занятиях по математике как мощного инструментального средства
Реализация рассмотренных в первой главе моделей взаимодействия преподавателей и студентов с информационными технологиями во многом зависит от технологии создания образовательных проектов (проектирования учебной деятельности). Методика проектирования учебной деятельности состоит из нескольких циклов, на каждом из которых происходит последовательное уточнение проекта. Для того чтобы осуществить разработку проекта, надо предварительно уяснить его цели и задачи, определить участников проекта и найти место информационным технологиям. Если в описании идеи проекта есть ответы на эти вопросы, то ее можно считать проработанной настолько, что можно переходить к следующим шагам проектирования. Однако, прежде надо идею сгенерировать. Хорошим фундаментом для генерирования идеи можно считать анализ ситуации, в которой возникла необходимость использования средств и методов информационных технологий. Отсюда первым этапом является определение проблемы, для решения которой и предназначен проект. Проблема должна быть проанализирована в плане видов деятельности, которые предполагается изменить, потоков и способов оперирования информацией, поддерживающей эту деятельность. После чего осуществляется попытка сформулировать для проекта его название или тему, отражающую его смысл.
Второй этап - идея проекта начинается, как только удалось уяснить характер проблемы. Затем наступает время решения поставленной проблемы. Это этап генерации идей решения проблемы Для того чтобы решить проблему, надо придумать как это сделать. Идей решений может возникнуть несколько, и даже желательно иметь их более одной, чтобы на последующих этапах отобрать наиболее продуктивную идею.
Третий этап - цели проекта. Для проекта, связанного с внедрением информационных технологий необходимо: определить участников проекта; выявить конкретные преимущества, которые они получат; понять, какое место в решении проблемы отводится информационным технологиям.
Четвертый этап состоит в конкретизации идеи. Определяются время, место и роли участников проекта. Идея заново переосмысливается в плане того, кто, где и когда будет ее реализовывать. На этом этапе определяются внешние условия проекта, его условия существования: временные и пространственные рамки проекта, ролевые установки его участников.
Пятый этап - метафора проекта, под которой понимается перенесение свойств и характеристик некоторого объекта на объект другой природы. Метафора является мощным средством объединения в единое целое времени, пространства и ролей участников проекта.
Следующий цикл задач, связанных с разработкой проекта, посвящен более детальной проработке основных понятий и терминов проекта, действий его участников, циркулирующей в нем информации, способов ее организации. Основная проблема, решаемая на этом цикле, состоит в содержании проекта.
Шестой этап - терминология. Когда идея проекта проработана, когда ясны цели и задачи, определены участники и понятно, для чего будут задействованы информационные технологии, самое время договориться о языке проекта. На предыдущих этапах были определены участники проекта. В его рамках они играют определенные роли. Они оперируют информацией, имеют дело с различными объектами, действуют в различных ситуациях. Как участники проекта, так и его разработчики должны все термины, используемые в проекте, понимать одинаково. Для этого должен быть создан тезаурус проекта, включающий разделы с перечнями терминов по объектам, ситуациям, действиям и участникам проекта. Каждое понятие проекта должно получить наиболее подходящее название, термин и соответствующее пояснение.
Седьмой этап состоит в разработке таблицы действующих лиц, которые призваны осуществлять проект. В таблице ответственности должно быть столько столбцов, сколько предусмотрено различных действующих лиц в проекте, а также по столбцу на каждую роль, исполняемую средствами информационных технологий. Каждая строка таблицы соответствует определенному действию, реализуемому в проекте. Помимо своей основной функции установления соответствия между действующими лицами и выполняемыми ими действиями таблица ответственности помогает самим разработчикам проекта увидеть все неточности и свести концы с концами. Составляя списки действий, предусмотренных в проекте, и действующих лиц на предыдущем этапе проектирования, разработчики не имели никакого критерия для определения полноты и достаточности списков. Поскольку в таблице ответственности отражаются оба списка в своем соответствии, каждая неточность может быть сразу выявлена и исправлена.
Восьмой этап - создание среды, проектирование обстановки, в которой будут находится участники проекта. Очевидно, что создание специальных узнаваемых и привычных ситуаций для участников проекта должно сократить сроки освоения новых приемов работы и повысить ее эффективность впоследствии.
Следующий цикл проектирования еще более детализирует проект. Реализуется цикл этапами создания процедур взаимодействия человека с информационной системой: диалогов, функций, состояний и способов перехода между состояниями проекта.
Девятый этап состоит в проектировании диалога - это взаимодействие человека с программой или людей между собой. Для каждой ситуации должны быть разработаны диалоги. В случае описания диалогов между действующими лицами должна быть названа передаваемая информация.
Десятый этап разработка диаграммы состояний - детального схематического изображения всего проекта.
Заключительный этап связан с представлением информации по проекту. Последнее, что необходимо сделать, прежде чем запускать проект в реализацию, это написать некоторый документ о проекте: руководство по применению, краткое описание или методическое руководство.
На основе описанной методики в Институте проблем информатики РАН был создан учебный курс, рассчитанный на интенсивное изучение метода проектов в течение 10 дней. За время учебы преподаватели усваивают необходимые теоретические знания, знакомятся с методами использования информационных технологий в учебном процессе, овладевают практическими навыками проектной деятельности и создают собственный образовательный проект. Им демонстрируются результаты, полученные в ранее созданных проектах с использованием средств информационных технологий. Тем самым стимулируется желание достичь подобного при реализации собственных идей. По мере возникновения у преподавателей потребности в специальных программах им демонстрируются возможности соответствующих инструментальных средств.
