Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ КАК ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА 10
1.1. Педагогическая сущность и содержание понятия технологическое мышление 10
1.2. Теоретические основы и требования к созданию и применению программных средств учебного назначения
1.3. Психолого-педагогические аспекты использования информационных технологий в
учебном процессе
Выводы по главе 1 68
ГЛАВА 2. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ У СТУДЕНТОВ ГУМАНИТАРНОГО ВУЗА В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКИ
2.1 Способ предъявления задач и заданий студентам 73
2.2. Специальные методы и средства обучения технологическому мышлению 100
2.3. Итоги опытно-экспериментальной работы 117
Выводы по главе 2 124
Заключение 126
Библиография 130
Приложение
- Педагогическая сущность и содержание понятия технологическое мышление
- Теоретические основы и требования к созданию и применению программных средств учебного назначения
- Способ предъявления задач и заданий студентам
Введение к работе
Актуальность исследования.
Широкое применение средств вычислительной техники, в особенности персональных компьютеров, оказывает революционизирующее влияние на все сферы человеческой деятельности. Умение работать с персональным компьютером становится одним из необходимых условий социальной адаптации личности в современном обществе.
Количество специализированных программных продуктов для различных отраслей - специалисты по программному обеспечению называют их приложениями - стремительно растет. Практически невозможно назвать такую область, где не применялись бы персональные компьютеры и разработанное для этой области программное обеспечение.
Современные методы создания программ, в особенности объектно-ориентированный подход в программировании, большая концентрация материальных, человеческих и финансовых ресурсов позволяют достаточно быстро и качественно создавать высокоэффективные приложения, обладающие большим набором средств для повышения производительности труда человека. Для использования таких приложений необходимо иметь набор соответствующих знаний и практических навыков.
Для достижения этой цели в высшей школе был введен курс "Основы информатики и вычислительной техники". Основной целью курса провозглашалось овладение компьютерной грамотностью. Для этого необходимо усвоить необходимый объем знаний и получить практические навыки работы с компьютером.
Прежде внимание обращалось в первую очередь на знание студентами фактического материала, а обучение методу постановки и решения задач уделялось значительно меньше внимания. Причем, как правило, на постановку и решение задач обращалось внимание только при обучении предметам естественно-научного цикла, таким как математика.
В настоящее время, в условиях резко увеличивающегося потока информации, появления новых средств телекоммуникаций и обработки информации все более возрастающую роль начинает играть обучение правилам мышления, в частности - способам постановки задачи (проблемы), принятия и исполнения решения.
Имеющийся на данный момент опыт обучения не дает общего методологического подхода, распределен по различным предметам.
Наиболее общие методы постановки, решения и реализации решений задач разработаны в кибернетике. Поэтому введение в курс гуманитарного вуза предмета "Основы информатики и вычислительной техники" позволяет организовать обучение этим методам в рамках данного курса. Следует отметить, что разработанные сегодня в естественно-математических курсах способы постановки и решения задач практически не уделяют внимания разработке сценариев, алгоритмизации и тестированию.
В педагогической практике возникло противоречие между теоретическим (фундаментальным) и практическим (технологическим) подходами к обучению информатике, которое отражается в виде педагогической проблемы: какое содержание необходимо сегодня вкладывать в предмет информатика в вузе? В каком соотношении должны быть представлены теоретическая и практическая компоненты?
В преподавании теоретической части курса, авторами существующих программ курса информатики (Кушниренко и др., Каймин и др., Гейн и др.) выделяется необходимость формирования технологического мышления студентов. Сложилось противоречие между необходимостью формирования технологического мышления студентов и недостаточной на наш взгляд проработкой научного и организационно-методического обеспечения этого процесса, которое на теоретическом уровне отражается в форме педагогической проблемы: какой должна быть сегодня организационно-педагогическая система формирования технологического мышления студентов гуманитарного вуза? Цель исследования: теоретически обосновать и экспериментально проверить содержание и методическое обеспечение развития технологического мышления у студентов гуманитарного вуза на основе изучения информатики.
Объект исследования: профессиональная подготовка студентов гуманитарного вуза.
Предмет исследования: развитие технологического мышления у студентов гуманитарного вуза в процессе изучения информатики. Гипотеза исследования. Предполагается, что развитие технологического мышления студентов гуманитарного вуза будет способствовать повышению эффективности их профессиональной подготовки, если:
будут разработаны основные этапы формирования технологического мышления с учетом возрастных особенностей студентов в процессе изучения информатики;
будут определены педагогические условия эффективности процесса формирования технологического мышления у студентов гуманитарного вуза в процессе изучения информатики;
будут выявлены оптимальные методы преподавания информатики, способствующие развитию технологического мышления;
будет обосновано использование новых информационных технологий в процессе обучения информатике;
- будут разработаны критерии и показатели контроля и
оценки деятельности студентов.
Научная новизна исследования состоит в том, что: 1. Теоретически обоснованы и раскрыты социально-педагогические предпосылки роли информатики в формировании технологического мышления у студентов гуманитарных вузов, состоящие в следующем:
подход к обучению, основанный на идее технологизации обучения, который удачно синтезирует и в разумной мере сочетает чисто теоретические и практически-прикладные аспекты новых методов обучения;
необходимость обучения алгоритмам в учебном процессе, которое служит развитию ряда важных качеств их технологического мышления;
включения теоретического (фундаментального) компонента в курс информатики гуманитарных вузов, с определением принципов, методов и формы организации теоретических и практических занятий ( для теоретических занятий добавлены дополнительные разделы по этапам решения задач, структурному программированию, методике составления алгоритмов, организации данных, для проведения практических занятий разработано специальное занятие по постановке задач и составлению моделей);
2. С целью развития технологического мышления
студентов разработана программа изучения информатики в
гуманитарном вузе, включающая основные содержательные
линии:
линия информационных процессов;
линия представления информации;
технологическая линия;
линия исполнителя (компьютера);
линия формализации и моделирования;
линия информационных технологий.
Разработано методическое обеспечение изучения курса информатики в гуманитарном вузе, включающее: набор заданий для практических занятий, методические указания по их решению; набор тестовых заданий и программное обеспечение для контроля знаний студентов. Предложен способ записи алгоритмов на специально разработанном псевдокоде, позволяющий максимально формализовать запись структуры алгоритма при минимальной формализации синтаксиса, а также наиболее естественным образом для студентов перейти к записи алгоритма на формальном технологическом языке (кодированию). Особым достоинством этого метода является невозможность составить неструктурированный алгоритм, при условии соблюдения правил записи.
Разработана адаптированная к гуманитарному вузу педагогическая технологи развития технологического мышления студентов, в которую входят:
а) содержательная часть обучения, включающая в себя:
общие и конкретные цели обучения студентов гуманитариев информатике;
содержание учебной программы по информатике, состоящей из двух частей.
б) процессуальная часть - технологический процесс, которая включает в себя:
организацию учебного процесса в виде лекционных и особой формы семинарских занятий;
методы и формы учебной деятельности студентов: подробное рассмотрение всех этапов решения задачи, начиная от постановки задачи до возможной модификации программы; отбор специфических задач для обучения постановке задачи, разработке математической модели и выбора метода численного решения; обязательное рассмотрение этапа проектирования (постановка задачи, моделирование, выбор метода решения); осознание проблемы и корректное формулирование задачи (комплекса задач), способных привести к разрешению проблемы;
деятельность преподавателя по управлению процессом усвоения материала: организуется своеобразный процесс обучения с постепенным продвижением в решении задач по этапам, но и с одновременным повторением и подкреплением ранее изученного материала в процессе разбора каждой задачи;
- диагностика учебного процесса: проведение контрольных
мероприятий и оценок знаний студентов с использованием
специально разработанной системы записи алгоритмов, не
допускающая неправильных неструктурированных конструкций.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработан и апробирован комплекс методов и организационных форм формирования технологического мышления студентов гуманитарного вуза в процессе изучения информатики, который включен в учебный процесс Воркутинского филиала Российской международной академии туризма и Воркутинского филиала Университета Российской академии образования; разработаны и внедрены в практику: учебная программа курса «Основы информатики и вычислительной техники», методические рекомендации по развитию технологического мышления у студентов гуманитарных вузов, практические и контрольные задания, программное обеспечение для контролирующе-обучающего режима по ряду тем программы. Теоретические положения и практические рекомендации по развитию технологического мышления в региональной системе образования, могут быть использованы в других регионах Российской Федерации. Исследование проводилось с 1998г. по 2002г. и включало три этапа.
Первый этап (1998г.-2000г.) включал в себя анализ существующей системы подготовки студентов-гуманитариев по информатике, осмысление противоречий и проблем, выявление социально-педагогических резервов повышения эффективности учебного процесса. На этом этапе использовались такие методы педагогического исследования как выявление условий, изучение теоретических источников и анализ реального процесса, анкетирование, беседы.
Второй этап (2000г.-2001г.) проводился формирующий эксперимент, в ходе которого в педагогический процесс обучения
*
информатике вводились изменения в соответствии с задачами исследования. На основании отработанной функциональной модели развития технологического мышления у студентов гуманитарного вуза в процессе изучения информатики апробировались выявленные существенные условия адаптивности учебного процесса гуманитарного вуза к потребностям обучаемых, отслеживались результаты, подтверждающие или опровергающие гипотезу исследования.
Третий этап (2001г.-2002г.) обобщение итогов экспериментальной работы, определение окончательных результатов, формирование выводов, внедрение результатов исследования в педагогический процесс.
Педагогическая сущность и содержание понятия технологическое мышление
Интенсификация обучения приобретает исключительно важное значение. Это объясняется не только тем, что обучение стало массовым, но и, прежде всего, тем, что во многом изменились, усложнились и расширились те задачи, которые выдвигает общество перед своими членами. Иными стали условия обучения, его объем и характер. Чему обучать студентов и как обучать - эти вопросы стоят сейчас как никогда остро.
Необходимо учитывать и то, что сейчас в вуз приходят абитуриенты, уже обогащенные большим количеством знаний и навыков, неплохо представляющие себе такие вещи, о которых и понятия не имели взрослые каких-нибудь тридцать-сорок лет тому назад. Современные дети младшего возраста, встречаясь буквально на каждом шагу с диаграммами и таблицами, уже понимают их смысл; они знают не только, что такое телевизор, компьютер и синтетические материалы, они имеют представление о различных науках (о них говорят по радио, их достижения показывают по телевизору), им знакомо (пусть в самой элементарной форме) то, какие задачи стоят перед этими науками и как ученые пытаются их решать.
Юное поколение с успехом овладевает отнюдь не простыми правилами логических игр и, искусно применяя их, зачастую систематически обыгрывают взрослых. Естественно, что вуз не может отмахнуться от всего этого и обучать студентов так, словно ничего не изменилось. Весьма важно отметить и следующее. В настоящее время в ряде областей не только теоретической, но и практической деятельности к работникам различных рангов предъявляются исключительно высокие требования с точки зрения отточенности их мышления и рациональной организации их труда. Эти требования предполагают умение проводить сложные рассуждения, осуществлять логический анализ данных различных задач.
На этой основе специалисты должны уметь принимать соответствующие решения и реализовывать их в практических действиях. Привычка пользоваться технологическими приемами в практической работе становится требованием эпохи, мимо которого вуз пройти не может. Это тем более так, что обучение простейшим алгоритмам и использование их в практической работе дисциплинирует студента, приучает его к порядку и организованности мышления. Больше того, с полным основанием можно утверждать, что оно вырабатывает особый стиль мыслительной деятельности: мышление перестает быть чем-то неопределенным, аморфным, оно приобретает более четкие формы, становится управляемым. Алгоритмизация в обучении - а именно обучение алгоритмам и построение алгоритмов самого обучения -это только одна сторона того процесса, который можно назвать внедрением точных методов в педагогику.
Теоретические основы и требования к созданию и применению программных средств учебного назначения
Рассмотрение обучения как учения акцентирует внимание на формах функционирования этого механизма, а его трактовке как решение дидактических задач - на способ осуществления обучающей деятельности.
Необходимо выделить такое исходное представление об обучении, которое даст возможность наметить стержневую линию его анализа и соотнести с ней все остальные аспекты обучения. В качестве такого мы берем представление об обучении как об управлении учебной деятельностью. Все остальные аспекты обучения рассматриваются в связи с выделенной таким образом линией анализа обучения.
Так, например, при рассмотрении обучения как групповой деятельности нужно учитывать, что в действительности здесь осуществляется два вида деятельности, причем одна из них является управляющей по отношению к другой.
Точно так же при анализе педагогического общения нельзя абстрагироваться от того, что важнейшая его функция - управление учебной деятельностью студентов. Аналогично и описание структуры системы обучения строится с учетом его стержневой линии. Структуру системы обучения нельзя описать в отрыве от взаимодействия ее компонентов, от механизмов обучения.
Для анализа структуры обучения (с точки зрения его проектирования) плодотворным является представление обучения как системы деятельностей - обучающей и учебной. При этом мы исходим из того, что:
1)все компоненты обучения (включая все знаковые и технические средства) рассматриваются в контексте деятельностей обучающего и обучаемых;
2) отношение между обучающим и обучаемыми представляет собой особый вид взаимодействия (управление);
3) основным механизмом обучения является управление.
Первое положение подчеркивает, что в отрыве от деятельности обучающего и обучаемых ни один из компонентов системы обучения не может быть должным образом разработан и оценен.
К сожалению, это условие очень часто нарушается. Опыт показывает, что многие проекты учебных программ и учебных курсов (даже те, которые предназначались для реализации в условиях традиционного, а не компьютерного обучения) оказались несостоятельными из-за того, что их авторы не учитывали особенностей деятельности обучаемых. Примером проектирования отдельных компонентов системы обучения в отрыве от анализа деятельности обучаемого могут служить также многочисленные обучающие устройства, которые в 50 - 60-е годы разрабатывались как в нашей стране так и за рубежом.
Их создатели в большинстве случаев имели явно недостаточное представление о механизмах обучения, закономерностях учебной деятельности, а поэтому дидактические возможности разрабатываемых устройств были весьма ограничены. Это вызвало резкую критику со стороны педагогов.
К сожалению, аналогичная тенденция наблюдается и во многих компьютерных обучающих системах [44,47], которые нередко не имеют под собой прочного психологического фундамента. Их разработчики исходят из теоретических представлений процесса обучения (в частности бихевиористических) несостоятельность которых убедительно доказана советскими психологами. Комментируя второе из выдвинутых выше положений, отметим, что оно уточняет вид сотрудничества между обучаемыми и обучающим.
Важность этого положения обусловлена тем, что, как подчеркивает Л. С. Выготский, "центральным во всей психологии моментом является возможность в сотрудничестве подниматься на высшую ступень интеллектуальных возможностей, возможность перехода от того, что ребенок умеет, к тому, чего он не умеет" [33,с.520]. Принципиальное значение третьего положения обусловлено тем, что, как отмечалось выше, трактовка обучения как передачи знаний (опыта, культуры) нередко распространяется не только на его социальные функции, но и на механизмы.
Нельзя достаточно полно описать структуру системы обучения, не учитывая его механизмов. Описание обучения как системы воспроизводства культуры будет неполным, если не учитывать, что эта система включает по крайней мере два вида деятельности - обучающую и учебную.
Способ предъявления задач и заданий студентам
В целях развития технологического мышления используется набор задач и заданий. Важен их подбор, подход и метод их разбора со студентами. Основные предпосылки предъявления таких задач и заданий, а также порядок их разработки сформированы нами в виде следующих предположений.
Необходимо стремиться рассмотреть как можно подробнее все этапы решения задачи, начиная от постановки задачи до возможной модификации программы. Курс построен таким образом, что на первых порах невозможно проследить все этапы решения, поэтому по мере изучения курса при решении задач следует рассматривать все большее количество этапов, продвигаясь каждый раз сколь возможно далее.
Для записи алгоритмов нами предложен
усовершенствованный псевдокод, адаптированный для обучения студентов и облегчающий переход к записи алгоритма на технологическом языке Паскаль. Для решения в начале курса был необходим набор специфических задач - для обучения постановке задачи, разработке математической модели и выбора метода численного решения.
Они с одной стороны должны были быть достаточно просты и "очевидны" с точки зрения разработки алгоритма и дальнейшего решения, чтобы не отвлекаться на их рассмотрение, с другой стороны, они должны представлять интерес для студентов как по форме, так и по содержанию для обеспечения мотивации их решения, содержать "изюминку" неочевидного решения, чтобы можно было на их примере продемонстрировать обоснованность и необходимость тщательной проработки постановки задачи, моделирования и выбора метода решения и предоставить возможность продемонстрировать на их примере методически правильные методы решения. К сожалению, в курсе информатики, в учебниках и задачниках не имеется задач подобного типа и их приходится отбирать в задачниках по другим предметам и иной литературе. Особенное внимание при решении задач необходимо уделять на этапы проектирования (постановка задачи, моделирование, выбор метода решения), так как, во-первых, этим этапам обычно уделяется крайне мало внимания (или не уделяется вовсе) по сравнению с такими как разработка алгоритма и написание кодов программ, во-вторых, эти этапы сами по себе имеют крайне важное значение и не только для информатики.
Информатика учит общему методу постановки задач, а не решению задач по математике, физике или рисованию. Поэтому, студенты, овладевшие полным курсом информатики и научившиеся постановке задач в частности, смогут занять в этой жизни стратегические позиции, а не быть в ней рядовыми. В современном обществе человек очень часто в одиночку сталкивается даже не столько с проблемой решения задачи, а с проблемой осознания задачи - выделения ее из окружающей среды. Все чаще термин "программист" относят "к людям, мышление которых сочетает в себе трезвую расчетливость с безграничной фантазией в таинственной пропорции, позволяющей им находить, формулировать, а затем красиво и эффективно решать разнообразнейшие задачи и проблемы." "Глубоко ошибается тот, кто думает, что изделиями программиста являются программы, которые он пишет. Программист обязан изготовлять заслуживающие доверия решения и представлять их в форме убедительных доводов ... а текст написанной программы является лишь сопроводительным материалом, к которому эти доказательства применимы" - написал Э.Дейкстра полтора десятка лет назад. Спрос на разработчиков и реализаторов реальных планов и программ постоянно возрастает по мере развития общества.
Рассмотрим более подробно этап постановки задачи. На этом этапе в процессе выделения задачи надо ответить на 4 основных вопроса:
1 .Что дано?
2.Что требуется получить?
3.Какие данные допустимы?
4.Какие результаты будут правильными?
Рассмотрим примеры задач на составление алгоритмов - по одной каждого типа: линейные конструкции, ветвления, циклы, вспомогательные алгоритмы.
Линейные структуры.
Задача 1. По легенде, во время своего пребывания на Кавказе М.Ю.Лермонтов однажды на просьбу товарищей по полку показать им какой-нибудь фокус предложил им следующий математический этюд. "Задумайте число, прибавьте к нему 3, умножьте полученную сумму на 6, вычтите из этого произведения задуманное число, затем вычтите еще 8 и, наконец, разделите все это на 5. Скажите мне сколько получилось и я угадаю, какое число Вы задумали." Составить алгоритм для угадывания числа.
Решение.
Постановка задачи. По полученному результату R требуется восстановить исходное число X. На исходное число никаких ограничений не накладывается. Иногда просят задумать небольшое целое число, но это делается только для простоты вычислений. Действия, выполняемые над исходным числом, не накладывают никаких ограничений на исходное число, поэтому результат может быть любым действительным числом. Следовательно:
1. Исходным значением для программы является сообщенный результат R.
2. Результатом программы является задуманное число X.
3. Исходное значение и результат могут принимать любые значения.
Здесь следует заметить, что необходимо различать входные и выходные данные для исполнителя-человека, выполняющего действия с задуманным числом и сообщающего полученный результат и для программы, которая по полученному результату восстанавливает задуманное число. То, что для одного случая является исходным данным, для другого будет результатом и наоборот. На это следует обратить особое внимание студентов.
