Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВА И ОБРАЗОВАНИЯ 12
1 ПРОБЛЕМЫ СТАНОВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА 12
1.1. Сущность информации и ее значение в процессах развития 12
1.2. Информационные революции как этапы развития общества 15
1.3. Информатизация общества 18
1.4. Негативные последствия информатизации 20
1.5. Информатизация культуры - средство гуманистической перестройки общества 25
2 ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ в России .28
2.1. Понятие информатизации образования 28
2.2. Эволюция вычислительной техники в образовательных учреждениях 37
2.3. Проблемы разработки педагогических программных средств 40
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПОСЫЛОК ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММАХ 53
1 ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОМПЬЮТЕРНЫМ ОБУЧАЮЩИМ ПРОГРАММАМ 53
/./. Психология познавательных процессов 59
1.2. Деятельностная теория учения 79
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОМПЬЮТЕРНЫМ ОБУЧАЮЩИМ ПРОГРАММАМ 90
2.1. Специфические особенности химической науки 91
2.2. Закономерности процесса обучения химии 95
2.3. Структура обучающих программ 113
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.„. 117
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ 121
1 МЕТОДИКА ПГОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ121
/. /. Методика проектирования компьютерной обучающей программы по теме «Демонстрационный эксперимент» 122
1.2. Методика проектирования компьютерной обучающей программы по теме «Периодический закон» 135
2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА и ПРОВЕРКА ЕГО ФФЕКТИВНОСТИ151
2.1. Этапы разработки программного комплекса 151
2.2. Рекомендации по методике использования обучающих программ 156
2.3. Апробация программного комплекса 159
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 172
БИБЛИОГРАФИЯ 175
ПРИЛОЖЕНИЯ 182
- Сущность информации и ее значение в процессах развития
- ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОМПЬЮТЕРНЫМ ОБУЧАЮЩИМ ПРОГРАММАМ
- Методика проектирования компьютерной обучающей программы по теме «Демонстрационный эксперимент»
Введение к работе
^ Актуальность исследования. В условиях становления информационного
общества система профессионального образования требует внесения существенных изменений, касающихся содержания, методов и форм организации обучения и путей получения профессиональных знаний. Это связано с тем, что во всех отраслях промышленности все более сокращается удельный вес затрат физического труда, от специалистов требуется
Л( использование широкого круга знаний, творческое отношение к своему труду.
Произвести такие изменения можно лишь на основе и с использованием современных информационных технологий в качестве основного образовательного и воспитательного средства.
Вопросы разработки и применения новых информационных технологий находятся в поле зрения многих ученых (Бобко ИМ., Воронина Т.Л., Кашицин В.П., Кузнецов А.А., Лапчик МП., Машбиц Е.И., Б.С.Гершунский, Полат Е.С.,
% Роберт И.В., Скибицкий Э.Г., Пак Н.И., Зиновкина М.М., Гузеев В.В.,
Зайнутдинова Л.Х.). Отмечаются неограниченные возможности информационных технологий для активизации процесса обучения, повышения наглядности, научности, для обеспечения индивидуальности обучения.
В связи с этим, перед профессиональным образованием стоят следующие задачи: 1) создание компьютерных обучающих программ, предназначенных для формирования теоретических и практических знаний, практических навыков и умений, необходимых для работы по определенной профессии; 2) оснащение образовательных учреждений компьютерными классами; 3) ликвидация компьютерной безграмотности среди учителей и преподавателей.
Как показывает практика, решение этих задач весьма проблематично. Зачастую наличие в образовательных учреждениях мощных компьютеров и высокого уровня программного обеспечения не имеет достаточного
^ педагогического обоснования. Компьютерные классы используются, в
основном, для проведения занятий по информатике, использование
компьютеров для преподавания других дисциплин ограничено либо дефицитом
учебного времени, либо низкой компьютерной квалификацией преподавателей,
^ ведущих эти дисциплины, а иногда отсутствием программных средств
хорошего уровня по данной дисциплине.
В большинстве своем появляющиеся обучающие программные средства
представляют собой копии учебников, справочников, страницы содержат
избыточную текстовую информацию, которая трудно воспринимается с экрана
монитора. Передача учебного материала с монитора компьютера еще не решает
А, педагогических проблем, а иногда может даже приводить к отрицательному
результату. Процессы восприятия и понимания информации с учебника и дисплея компьютера имеют существенные различия и не могут рассматриваться как просто технические средства обучения. То есть возникает необходимость разработки теорий и методик создания программных средств обучающего характера.
Таким образом, все вышеперечисленные факты говорят о том, что в сфере
Ф профессионального образования сложился ряд противоречий:
с одной стороны идет процесс оснащения образовательных учреждений вычислительной техникой, с другой стороны эта техника используется не в целях обучения, часто просто простаивает;
с одной стороны образовательные учреждения имеют компьютерные классы, с другой стороны эти классы используются только для уроков информатики;
с одной стороны существует необходимость применения компьютерных обучающих программ по предметам, с другой стороны преподаватели этих предметов не умеют пользоваться компьютером;
с одной стороны необходимы компьютерные обучающие программы по предметам, с другой стороны недостаточное качество и количество имеющихся обучающих средств, либо полное отсутствие таковых по
^ некоторым дисциплинам;
- с одной стороны необходима разработка компьютерных обучающих
программ с учетом дидактических и психологических требований, с
другой стороны программисты-разработчики обучающих
программных средств не имеют соответствующего образования. На наш взгляд, решение всех этих проблем зависит все-таки от наличия высококачественных компьютерных обучающих программ, таких, при создании которых бы были учтены дидактические и психологические принципы построения учебного материала. Именно тогда появится объективная потребность в приобретении дополнительных компьютерных классов, а у преподавателей - желание научиться пользоваться компьютером.
В связи с этим считаем, что богатейшие возможности компьютера должны быть проанализированы с точки зрения психологии и дидактики и использованы тогда, когда это необходимо с педагогической точки зрения. Обучающая программа должна быть эффективной, а не эффектной.
Компьютер, являясь важным источником чувственного наглядного
ф материала, предоставляет большие возможности по динамическому
моделированию различных объектов и явлений, позволяя объединить два
уровня познания, чувственное и логическое, а также демонстрировать действие
в перцептивной форме. Это значит, что информация на экране монитора,
определенным образом организованная, может способствовать развитию
теоретического и практического мышления учащихся. А это является особенно
актуальными для предметов естественно-научного цикла. Объектами изучения
этих предметов часто оказываются явления, скрытые от непосредственного
наблюдения, так называемые явления микромира. Причем эти явления
изучаются не отдельно, не изолированно, а для объяснения причин других
явлений, установления тех или иных зависимостей, закономерностей, законов.
Для этого изучение предметов естественно-научного цикла происходит в
строгой логической последовательности, отражающей логику соответствующей
^Л науки. Следовательно, для того, чтобы быть эффективной, организация учебной
информации в компьютерных обучающих программах должна соответствовать логике изучаемой науки.
w Анализ исследовании в области создания программных средств
обучающего характера позволил сделать вывод о том, что если раньше исследования в области информатизации образования касались в основном общих вопросов, связанных с индивидуализацией процесса обучения, организацией дистанционного обучения, созданием различных тестовых программ, разработкой методик по встраиванию программных средств
А учебного назначения в учебный процесс (Н.В.Софронова, В.В.Давыдков,
Г.С.Русланова, Г.А.Сапрыкина и др.), то сейчас наиболее актуальным является
решение вопроса о структуре обучающих программ (В.В.Наумов, О.А.Козлов,
Е.В.Пастухова, Е.А.Солодова, Е.Н.Холодов, Д.Ш.Матрос, И.Р.Высоцкий,
Л.Ф.Плеухова, Ю.К.Ситников, М.М.Прокопьева, А.К.Ахлебинин,
Э.Е.Нифантьев, Л.Г.Лызыкина, В.Н.Лихачев и др.). Так как именно в структурной организации информации видится возможность решения многих
ф дидактических и методических задач. Однако решение проблемы
структурирования информации в обучающих программах предлагается только в организации крупных блоков, таких как «обучение», «контроль», «справочные данные», или структурная связь между разделами, темами и т.д. Вопрос же, касающийся организации учебной информации в обучающих программах, то есть методического решения внутри тем, является мало изученным, а потому актуальным.
Решение этого вопроса на примере такого предмета как химия, позволит перейти к обобщениям, представляющим ценность для дидактики в целом, и разрабатывать педагогические программные средства по другим предметам естественно-научного цикла.
Проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями профессионального образования в использовании
ш^ компьютерных обучающих программ по предметам естественно-научного
цикла, и существующим недостаточно высоким педагогическим уровнем разработки учебных программ для естественных дисциплин.
Объект исследования - процесс обучения естественным дисциплинам в условиях применения средств новых информационных технологий.
Предмет исследования - теоретическое обоснование организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла.
Цель исследования - выявить теоретические основания организации
ш„ информации в компьютерных обучающих программах по предметам
естественно-научного цикла на основе анализа педагогической психологии и специфических особенностей обучения химии и создать программно-методический комплекс по курсу химии.
Гипотеза исследования. Применение компьютерных обучающих
программ, построенных с учетом теоретических оснований, включающих
психолого-педагогические и методические требования к организации
Ф> информации в компьютерных технологиях, будет способствовать повышению
качества общеобразовательной подготовки учащихся и повышению профессионального уровня преподавателей.
Задачи исследования. В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:
1) на основе анализа научных данных по теории информации и
философии выявить сущность информации и ее значение в процессах развития.
Обосновать цель данного исследования на основе анализа процесса
информатизации образования, как необходимой составляющей
информатизации общества;
2) выявить психолого-педагогические требования к организации
информации в компьютерных обучающих программах, проанализировать
специфические особенности обучения химии и на основе проведенного
w исследования сформировать общую схему определения структуры
компьютерных обучающих программ по предметам естественно-научного цикла;
3) разработать методику проектирования компьютерных обучающих программ с учетом разработанной структуры и на ее основе создать программно-методический комплекс (ПМК) по химии и подтвердить экспериментально влияние компьютерных обучающих программ на повышение качества знаний по химии учащихся 8-х классов.
Методологической основой исследования явились фундаментальные
^ работы в области педагогики и педагогической психологии (Гальперин П.Я.,
Талызина Н.Ф., Зуева М.В., Николаенко В.М., Шадриков В.Д., Соколова И.Ю.), в области методики обучения химии (Кузнецова Н.Е., Кирюшкин Д.М., Зайцев О.С., Макареня А.А..), в области создания средств обучения (Зазнобина Л.С., Шаповаленко С.Г., Суртаева Н.Н., Назарова Т.С.), в области теории и практики информатизации образования (Машбиц Е.А., Роберт И.В., Пак Н.И., Скибицкий Э.Г., Молоков Ю.Г., Бобко И.М., Монахов В.М.).
(« Методы исследования. Для решения поставленных задач
использовались методы теоретического уровня: теоретический анализ положений педагогической психологии по вопросам теории познания и управления процессом усвоения знаний, теоретический анализ научно-педагогической литературы по вопросам разработки и применения информационных технологий в образовании; экспериментальная работа по созданию и апробации разработанных обучающих программ в учебном процессе, педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Разработаны теоретические предпосылки организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла, включающие:
1) комплекс психолого-педагогических требований к организации
^ информации в компьютерных обучающих программах:
комплекс психолого-педагогических требований когнитивной психологии по представлению информации, направленный на создание оптимальных условии для ее восприятия органами зрения;
требование согласно деятельностной теории учения включения в
компьютерные обучающие программы действия в перцептивной
форме, тем самым осуществления деятельностного подхода к
формированию знаний;
_х 2) методические требования, учитывающие специфику обучения химии и
возможность их реализации на ПК ЮМ с помощью:
метода моделирования - для отражения содержательной стороны
обучения химии в виде трех видов моделей (макро-, микромоделей
и абстрактных моделей), в том числе динамических;
- метода алгоритма для отражения динамической структуры
обучения химии, которая осуществляется в определенных
% методикой логических отношениях (индукция, дедукция, аналогия)
с применением определенного логического приема (сравнение, абстрагирование, обобщение); 3) общую схему определения структуры компьютерных обучающих программ, выведенную в соответствии с выявленными психолого-педагогическими и методическими требованиями. Практическая значимость исследования заключается в следующем: 1) предложена методика проектирования компьютерных обучающих программ, включающая следующие этапы:
выбор структуры компьютерной обучающей программы на основе
общей схемы в зависимости от вида специфического знания и
определенных методикой его изучения логических отношений и
логического приема умственного действия;
^ - разработка в соответствии с выбранной структурой психолого-
педагогического сценария;
2) разработан программно-методический комплекс по всему курсу
химии, включающий:
пакет компьютерных обучающих программ по темам;
инструкцию для пользователя пакетом компьютерных обучающих
программ;
методические рекомендации по использованию компьютерных
обучающих программ;
3) внедрены в процесс обучения компьютерные обучающие программы
—^ по отдельным темам из курса химии;
4) полученные результаты могут быть перенесены на другие предметы
естественно-научного цикла.
Этапы исследования.
1. Изучение и теоретический анализ научной литературы (1994 -1996
гг.).
Щі 2. Разработка теоретических предпосылок организации информации в
компьютерных обучающих программах по предметам естественнонаучного цикла (1996 -1997 гг.).
3. Разработка компьютерных обучающих программ по химии и
апробация их в учебном процессе (1997 -1999 гг.).
4. Оформление текста диссертации (2000 -2001 гг.).
Апробация результатов исследования. Теоретические положения и
результаты исследований излагались и были одобрены на следующих всероссийских, научно-практических, межвузовских конференциях и семинарах: на Третьей всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: экспертиза как способ развития образовательных практик». - 15-16 октября 1998г., г.Томск; на научно-практической конференции «Общероссийская школа молодого ученого» в секции естественных наук, 1111 У, 21-23 декабря 1998г., г.Томск; на Ш Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых. -13-24 апреля 1999г., Томск; на заседании круглого стола «Формирование конкурентноспособности выпускников школы» -5 ноября 1999г., г.Томск; на Международной научно-практической конференции «На пороге нового тысячелетия: образование, карьера, региональные проблемы управления». - 4-5 ноября 1999г., г.Томск; на Четвертой Всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: проблемы управления». - 2-4 ноября 1999г.; на Международном конгрессе «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г., г.Томск; на семинаре кафедры неорганической химии 1111 У, март 1999г.; на семинаре кафедры X и ТМСЭ СТИ ГНУ, Ноябрь 2000г., а также отражены в семи публикациях и реализованы в конкретных компьютерных программно-методических разработках по предметам естественно-научного цикла (химии и биологии) - в программном комплексе.
Разработанный программный комплекс экспонировался на международных и межрегиональных выставках: на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку». — 23-26 марта 1999г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г.; на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку. Дни карьеры в Сибири». - 21-24 марта 2000г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Образование. Карьера. Занятость». - 21-23 февраля 2001г.
За разработку программного комплекса получена малая золотая медаль (на Международной выставке-ярмарке, г.Новосибирска, 1999г.).
За проведенную работу по разработке и апробации комплекса выиграны гранты Минобразования и Минатома Российской Федерации.
Внедрение результатов исследования.
Программный комплекс внедрен в образовательные учреждения г.Северска: в школах (№ 76, 81, 86, 88, 90, 197, 198), в Северском
государственном технологическом институте (СГТИ), в Северском промышленном колледже, а также в школах города Томска, Томской, Кемеровской и Иркутской областей, Красноярского края.
Задачи исследования и последовательность их решения определили структуру диссертации: введение, три главы, заключение, библиография, приложения.
Сущность информации и ее значение в процессах развития
Докибернетическое понимание информации как передачи сообщений сохранялось на протяжении более двух тысячелетий - вплоть до середины XX века. Однако развивающееся научное познание уже в начале XX века существенно углубило понятие информации, связав его с категорией отражения.
Под отражением понимается свойство материальных систем в процессе взаимодействия запечатлевать и сохранять в своей структуре следы воздействия других систем, накапливать их. Материя в этом смысле понимается как взаимосвязь функции и структуры, то есть процессов и объектов, как двух разновидностей информации - оперативной и структурной -в их соподчиненности, взаимодействии и развитии.
При этом под объектами понимаются относительно устойчивые состояния, которые бывают естественного и искусственного происхождения, они характеризуются уровнями (уровнем организации, количеством разнообразия). Процессы взаимодействия между ними различаются темпами, интенсивностью информационных потоков, изменяющих эти уровни. Причем именно в информационном аспекте наиболее четко проявляется взаимосвязь объектов и процессов (рис. 1)
Действительно, оперативная («рабочая», циркулирующая) информация, составляющая (в определенном смысле) содержание всевозможных процессов, форм движения материи (например, биологической - на базе саморегуляции, социальной - на базе информационно-управленческой деятельности), рождает, формирует и совершенствует различные, относительно устойчивые структуры - биологические виды, социальные образования, множество объектов ноосферы материального и духовного порядка.
Образовавшиеся вновь объекты, в свою очередь, вызывают новые циклы оперативной информации, новые взаимодействия. Речь идет, таким образом, о взаимосвязи форм движения с видами материи на базе отражательных механизмов. Информация при этом мыслится как «передающаяся часть отражения» [1].
Другой не менее важный вывод, раскрывающий сущность информации, заключается в определении информации, как отрицания энтропии (по Бриллюэну). Такое определение информации появилось в результате проникновения теории информации в область естествознания. Энтропия и информация служат выражением двух противоположных тенденций «хаоса» и «порядка» в процессах развития. Л С помощью энтропии стало возможно количественно оценивать такие понятия, как «хаос» и «порядок». Информация и энтропия связаны потому, что они характеризуют реальную действительность с точки зрения именно упорядоченности и хаоса, причем если информация - мера упорядоченности, то энтропия - мера беспорядка; одно равно другому, взятому с обратным знаком Если система эволюционирует в направлении упорядоченности, то ее Ш) энтропия уменьшается. Но это требует целенаправленных усилий, внесения информации, то есть управления. «Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, которая в соответствии со II законом термодинамики стремится все свести к тепловой смерти -всеобщему равновесию и одинаковости, то есть энтропии», - пишет Н.Виннер. Человек всю жизнь борется с энтропией, гася ее извлечением из окружающей среды отрицательной энтропии (негэнтропии) - информации. Итак, информация - это передающаяся часть отражения, которая ведет любую систему в направлении упорядочивания (отрицания энтропии), обеспечивая развитие этой системы и сохранение ее целостности. «Информация - в широком смысле - результат отражения одного объекта в другом, используемый в конечном счете для формирования управляющих воздействий ...»[81]. Такой подход к определению информации позволяет по-новому взглянуть на эволюцию природы. Развитие природы шло от низшего к высшему по пути усложнения информационных структур, начиная от объектов неорганической природы и заканчивая человеком - самой высокоорганизованной органической субстанцией. Это происходило благодаря неоднократным взаимным переходам двух разновидностей информации (структурной и оперативной) во-первых, из-за структурной неоднородности самих систем и среды и, во-вторых, под влиянием циклических взаимодействий пространственно-временного континуума мира. Генетически структурная информация неживой природы явилась необходимой предпосылкой
возникновения оперативной информации и функциональных систем живой
природы. Эволюция природы, таким образом, - это процесс дискретизации однородной среды на базе отражения с образованием все более усложняющихся сущностей (структур), и чем сложнее сущности, чем больше их разнообразие, тем актуальнее необходимость управления, то есть внесения информации для отрицания энтропии и сохранения целостности самих сущностей и окружающей их среды. Но новая порция информации ведет к еще
Ш/ большему усложнению структур, к дальнейшему развитию природы и так далее, до бесконечности. Таким образом, в решении проблем развития именно информации принадлежит определяющее значение. Причем приведенная выше схема развития применима не только к развитию природы, но и к развитию любой другой сущности (системы), любого уровня и порядка, и в этом состоит ее уникальность.
1.2. Информационные революции как этапы развития общества Рассматривая развитие человеческого общества, можно проследить те же процессы движения информации, что и в развитии природы. Однако при этом необходимо учесть особенности человека, являющегося высокоорганизованной биологической и социальной структурой. Находясь на пике эволюции природы, человек в результате своей деятельности оказался способным создавать
«вторую» природу, продолжая тем самым свое развитие и совершенствование. С появлением человека существенно повышается уровень отражения и возрастает коммуникативность, и это относится как к объектам, так и к процессам.
Человек как результат эволюции обладает, хотя и в модифицированной форме всеми качествами, присущими животным организмам (чувствительностью, инстинктами, целенаправленной деятельностью и коммуникативной способностью), но в дополнение к этому он имеет мозг большого объема, высокоразвитую нервную систему, голосовой механизм и
. руки, которые помогли создать социально-развитую систему знаков, что сделало мозг человека уникальным [88].
Благодаря этому стало возможным создание специальных средств, предназначенных для возможно быстрой передачи и обработки информации. Эти средства каждый раз вызывали качественный скачок в скорости и объеме передаваемой информации, влияя при этом на сам ход исторического развития, а также на все сферы человеческой деятельности (культуру, политику, экономику, бытовой уровень и духовное развитие). Различают пять информационных революций.
Первая информационная революция была связана с изобретением языка, с технологией устной речи, ее передачей, запоминанием, возможностью трансляции в пространстве и времени. Естественно, что прямое языковое общение как основа информационного процесса ограничивало уровень знаний, их объем и возможность использования рамками родоплеменного сообщества. Передача знаний происходила в форме устного предания в виде легенд, мифов, правил поведения в производственной, военной, бытовой или культурной деятельности. Для того, чтобы избежать искажений трансляции информации в синхронном разрезе от индивида к индивиду и в диахронном от поколения к поколению, учителя, мудрецы и иные включенные в коммуникационный процесс персонажи часто заучивали устные
Ф тексты наизусть, стараясь не допускать в них ни малейших изменений и искажений. Это были своего рода устные библиотеки. Один американский исследователь сравнивал смерть племенного старейшины или мудреца с пожаром в Александрийской библиотеке.
Вторая информационная революция связана с изобретением письменности. Это знаменует гигантский скачок. Технология письма на твердых, а затем и мягких носителях колоссально увеличивает объем памяти, а, следовательно, и знаний. Она продуцирует новую технологию управления, ведущую к созданию государства. Размер сообществ, управляемых в рамках единой технологии власти, скачкообразно увеличивается. Тип исторической
Л деятельности усложняется. Трансляция знаний от поколения к поколению осуществляется не только от личности к личности, через мудрецов и менестрелей, но и, прежде всего через библиотеки. Александрийская библиотека, например, это эталон объема знаний, определяющих технические, культурные, технологические, производственные и иные возможности общества.
Изобретение книгопечатания - третья фундаментальная информационная
Ш технология, ведущая к третей информационной революции, которая радикально изменила производство (индустриальное общество), культуру и способ организации общественной жизни и исторической деятельности.
Четвертая информационная революция связана с электричеством и новыми информационными технологиями, позволяющими создавать и транслировать информацию в объемах, немыслимых для Вселенной
ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОМПЬЮТЕРНЫМ ОБУЧАЮЩИМ ПРОГРАММАМ
В первой главе уже было указано на то, что при разработке педагогических программных средств и, следовательно, относящихся к этому классу компьютерных обучающих программ, необходимо учитывать дидактические, методические, эргономические и технические требования.
Анализ выше перечисленных требований невозможен без опоры на психологические знания. Дело в том, что современная педагогика очень тесно связана с психологией, которая, согласно классификации наук, предложенной Б.М.Кедровым, в настоящее время занимает центральное место в этой системе и является фундаментальной наукой. Педагогика же, будучи прикладной наукой, опирается на ее выводы и предложения [67].
Такая расстановка сил в науках произошла вследствие, во-первых, развития самой психологической науки и, во-вторых, повышенного внимания к личностному фактору в педагогике, учету физиологических особенностей восприятия транслируемых знаний. Богатейшие возможности компьютера должны быть проанализированы с точки зрения психологии и дидактики и использованы тогда, когда это необходимо с педагогической точки зрения [47].
Поэтому в этой главе проведем исследование современного состояния педагогической психологии относительно нашей проблемы - разработки теоретических оснований для создания компьютерных обучающих программ.
Для начала выясним, что такое педагогическая психология. Для этого дадим сравнительную характеристику педагогике и психологии.
Предметом педагогики считается воспитание и обучение человека на всех возрастных этапах его развития. Основной категорией педагогики как науки является воспитание целенаправленная деятельность, призванная формировать систему качеств личности. Воспитание осуществляется через образование, обучение и организацию жизнедеятельности воспитуемых. Обучение при этом рассматривается как процесс целенаправленной передачи общественно-исторического опыта, как организация формирования знаний, умений, навыков [67]. Предметом же психологической науки является психика человека: ощущение и восприятие, внимание и память, воображение и мышление, общение и поведение, сознание и речь, способности, свойства и качества личности и т.д. Психика является субъективным (т.е. внутренним, в виде психических процессов), сложным и многообразным отражением объективного мира. Психика - это внутренний мир личности, который возникает в процессе взаимодействия человека с окружающим внешним миром, в процессе Ifc активного отражения этого мира. Категории психологии:
1. Психические процессы (чувства, познавательные процессы, воля) -элементарные психические явления, длятся от доли секунды до десятков минут и более.
2. Психические состояния (эмоциональный подъем, удовлетворенность, усталость) - более продолжительны и более сложны по структуре и образованию.
3. Психические свойства личности (темперамент, характер, способности)
- присущи человеку в течение всей жизни.
4. Психические образования (знания, умения, навыки, привычки) результат работы психики человека, его развитие и саморазвитие.
Психика присуща всем живым существам, имеющим мозг. Мозг человека как главный отражатель объективного мира, как живое зеркало является сложнейшим органом, прошедшим длительный путь эволюции. Начиная от простейшей физиологической раздражимости, свойственной растительному миру, через способность реагировать на внешние воздействия из-за необходимости в чем-либо, в мозгу с помощью биохимической генетической памяти закреплялись многочисленные связи.
При эволюции человека эти связи обусловили специфическое психическое отражение, в результате которого головной мозг вначале получил свойство субъективного переживания, а затем и субъективного познания внешних воздействий.
По оценке ученых самыми ранними переживаниями были негативные переживания организма, сигнализирующие о признаках возможной гибели организма, и позитивные, когда шли сигналы об устранении опасности. Так возникла такая форма отражения, которая называется эмоциями. Эмоция — это уже не только физиологическое отражение, но это уже переживание, т.е. субъективное явление.
В дальнейшем развитии с усложнением данного специфического отражения в мозгу у человека появляется способность отражать мир в виде простейших образов, которые могли сигнализировать о жизненно важных явлениях внешнего мира. Так возникли ощущения как «субъективный образ объективного мира».
Позже у человека наряду с непосредственным отражением появляется опосредованное отражение с помощью понятий, выражаемых словами, появляется и оперирование этими понятиями, т.е. мышление. Эмоция, образ, понятие, мышление - основные этапы формирования психики человека.
Таким образом, эволюция привела к возникновению чисто человеческой формы отражения объективного мира - человеческого восприятия, чувств, памяти и воли [67].
Из этого следуют два вывода:
1) психика является субъективным (т.е. внутренним, в виде психических процессов), сложным и многообразным отражением объективного мира; 2) психика - это внутренний мир личности, который возникает в процессе взаимодействия человека с окружающим внешним миром, в процессе активного отражения этого мира [67].
Значит, задача педагогики состоит в изыскании таких средств и методов, которые создавали бы условия для возможно более полного отражения органами чувств транслируемых знаний (информации, или негэнтропии), связывания этих знаний в определенные структуры, что будет приводить к развитию обучаемого, его дальнейшему совершенствованию и, в конечном te счете, к обеспечению сохранения целостности индивида и окружающей среды. Эта задача для педагогики не нова, и для ее решения разработан целый ряд дидактических принципов, среди них важнейший, учитывая нашу проблему, - принцип наглядности обучения и развития теоретического мышления. Для его обеспечения использовались различные средства наглядности (кино, диафильмы, транспаранты, плакаты). В нашем исследовании мы ведем речь о компьютерных обучающих программах, Ш которые, как и выше перечисленные, являются важным источником чувственного наглядного материала, но обладают при этом дополнительными возможностями, о которых говорилось в первой главе.
Для того чтобы в максимальной степени использовать эти возможности, рассмотрим, как представляет психология процесс усвоения знаний (информации), какие рекомендации (требования) в связи с этим она выдвигает, и как эти требования могут быть осуществлены с помощью компьютера.
В настоящее время психологическая наука развивается по нескольким принципиально разным теоретическим направлениям. В области педагогической психологии существуют три типа теорий учения: бихевиористский, когнитивный и деятельностный. Отличия между теориями определяются тем, как понимается природа процесса учения, что в нем выделяется в качестве предмета изучения, в каких единицах ведется анализ Ь этого процесса. Бихевиористские теории учения характеризуются тем, что при анализе процесса учения учитываются только воздействия (стимулы), которые оказываются на обучаемого, и его ответные реакции на эти воздействия. Бихевиористские теории учения характеризуются тем, что при анализе процесса учения учитываются только воздействия (стимулы), которые оказываются на обучаемого, и его ответные реакции на эти воздействия. Психический процесс, который ведет к реакции, объявляется «черным ящиком», недоступным объективному научному анализу. Предметом изучения ш было сделано поведение. Но поведение, «очищенное» от психики, сведенное к совокупности движений. Движения участвуют в поведении, но не могут быть сведены к ним. Иногда поведение состоит в том, чтобы не производить никаких движений. Это направление получило название «психология без психики». Вторая особенность теории учения - биологизм. Сторонники этой теории не видят качественного отличия поведения человека от поведения животных, т.е. пренебрегают социальной природой человека. Процесс учения, согласно Ш« этой теории, заключается в установлении определенных связей между стимулами и реакциями, а также в упрочении этих связей. Бихевиористская теория учения выделяет следующие основные законы образования и закрепления этих связей, которые несомненно несут в себе «рациональные зерна», используются педагогами и которые обеспечивает использование компьютерных обучающих программ:
1) закон эффекта (положительный и отрицательный). Положительный эффект образовавшейся связи заключается в том, что возникает состояние удовлетворения; эффект удовлетворения действует непосредственно на образовавшуюся связь, приводя к ее закреплению. Наоборот, переживание разочарования, неуспеха (отрицательный эффект) действует разрушающе на образовавшуюся связь, приводит к ее уничтожению;
2) закон упражняемости - чем чаще повторяется временная последовательность стимула и соответствующей реакции, тем прочнее будет связь (возможность повторения);
3) закон готовности указывает на зависимость скорости образования связи от соответствия ее наличному состоянию субъекта (возможность самоподготовки).
Бихевиористский подход в психологии возник в конце 19 века в области теории учения, а вначале 20 века был провозглашен как общепсихологический. Его несостоятельность обнаружилась еще в начале 20-х годов, но тем не менее этот подход еще долго был ведущим течением в психологии. В 60-х годах Б.Ф.Скиннер (представитель необихевиоризма) сделал попытку внедрить бихевиористскую теорию научения в практику образования, заложив одно из направлений программированного обучения. Практика показала, что данный подход непригоден для обучения человека [77].
Когнитивная теория учения направлена на исследование главной части учения - познавательного процесса. Представители этой теории стремятся описывать процесс учения с помощью основных психических функций: восприятия, памяти, мышления и т.д.
В настоящее время когнитивный подход к обучению еще не представляет собой целостной теории учения, но в то же время содержит целый ряд важных результатов [77].
Деятельностная теория учения рассматривает процессы учения и воспитания как деятельность, в ходе которой происходит формирование психических функций (восприятия, представления, памяти, мышления и .). Эта теория была заложена трудами П.Я.Гальперина в начале 50-х годов и ученые, занимавшиеся в этой области, постоянно проявляли интерес к вычислительной технике, о чем было упомянуто в первой главе.
Обе теории, и когнитивная, и деятельностная, учитывая наше исследование, требуют отдельного рассмотрения. И хотя деятельностная теория учения является наиболее разработанной и прошедшей серьезную проверку практикой, начнем с когнитивной психологии (психологии познавательных процессов), чтобы выяснить, что такое восприятие, мышление, память и другие психические функции и что необходимо учитывать в разработке педагогических программных средств для более полного их функционирования.
Теоретические знания в химии ведущие. Для их усвоения пользуются
ш экспериментальными, теоретическими и другими методами познания. В их
совокупности химический эксперимент занимает ведущее место как основной метод и вид познания химии [48].
К химическому эксперименту относят [48]:
- демонстрационный эксперимент;
- ученические опыты: лабораторные работы, практические занятия, лабораторные практикумы;
Щ - мысленный эксперимент.
Считается, что химический эксперимент призван вырабатывать у учащихся определенные экспериментальные навыки, культуру экспериментирования и т.п., но, тем не менее, основная роль химического эксперимента заключается в развитии у учащихся научного мышления, в формировании умений интеллектуального проникновения в сущность изучаемых явлений, в пробуждении интереса к науке, в приобщении к научному поиску и т.д. [25]
Исходя из этого, можно выделить следующие дидактические задачи, решаемые с помощью химического эксперимента:
1) развитие наблюдательности и на основе наблюдений способности делать обобщение (развитие теоретического мышления);
2) повышение познавательной активности учащихся;
3) активизация и интенсификация учебной деятельности.
К методическим задачам, решаемым с помощью химического эксперимента, отнесем:
1) приобретение навыков по технике химического эксперимента;
2) формирование химических понятий на основе наблюдений учащимися конкретных предметов или процессов;
3) образование в сознании учащихся связи между микромиром атомов и молекул и макромиром видимых и осязаемых веществ.
Однако использование химического эксперимента в обучении связано с определенными трудностями. Во-первых, при выполнении химического эксперимента необходимо соблюдать требование полной безопасности опыта для учащихся, во-вторых, необходима высокая техническая грамотность экспериментатора, в-третьих, опыт должен быть виден всем учащимся и т.д. [33].
Проведение химического эксперимента зависит также от наличия необходимого оборудования, химической посуды и химических реактивов. Если к этому прибавить необходимость повторения химического эксперимента для закрепления и уточнения знаний, то можно сделать вывод о том, что химический эксперимент - «дорогое удовольствие» для большинства учебных заведений.
В этом отношении демонстрация химического эксперимента на компьютере с помощью моделей может значительно облегчить задачу вооружения учащихся необходимыми знаниями, при этом конечно не исключая необходимости проведения «реального» химического эксперимента. Более того, по ряду параметров демонстрация химического эксперимента на экране монитора дает дополнительные возможности, уточняющие некоторые стороны химического эксперимента и способствующие лучшему запоминанию опытов.
Компьютер позволяет наблюдать химический эксперимент на близком расстоянии. Рисунок прибора более явно отражает его идею, в нем указаны связи его частей. Ведь учащиеся должны приобрести не только технические навыки, но и умения видеть связь между устройством аппарата и происходящими в нем процессами, а также научиться «проектировать» аппараты для осуществления заданных процессов [33].
Изображение прибора для проведения химического опыта, демонстрация этапов его сборки помогает постановке проблемы, обсуждению результатов опыта, установлению связей между конструкцией прибора и сущностью происходящих в нем процессов, повторению и закреплению материала [24].
Понимание же сущности химических реакций связано с обращением в мир невидимых физических реальностей: молекул, атомов, ионов, электронов.
Ведь многие химические явления кажутся загадочными, особенно те из них, которые сопровождаются тепловыми или световыми эффектами, взрывами, яркими изменениями реагирующих веществ [33]. В этой связи моделирование явлений с помощью статических и в особенности динамических микромоделей на компьютере способствует как никакое другое средство созданию образных представлений о процессах, происходящих в том или ином опыте.
Следующее преимущество демонстрации химического эксперимента на Р компьютере состоит в поэтапной подаче учебного материала, сопровождающейся поясняющим текстом. Процесс наблюдения учащихся в этом случае связывается с физическими действиями. В этом процессе взаимосвязаны: слово учителя (поясняющий текст на экране) и его действия (появление деталей на экранной странице), наблюдения и мыслительная деятельность учащихся [33]. При этом каждую порцию информации обучающийся может т рассматривать как угодно долго в соответствии с его личными качествами, касающимися скорости восприятия изображенных на экране образов и создания необходимых представлений и связей в коре больших полушарий. Вдобавок к этому компьютерная программа, демонстрирующая химический эксперимент, предоставляет возможность его повторения сколь угодно много раз, способствуя воспроизведению и закреплению уже известного. Ь Конечно, перечисленные преимущества демонстрации химического эксперимента в обучающей программе ни в коей мере не означают отмены, как 125
уже было сказано, использования в учебном процессе реального химического эксперимента. Тем более что само слово «демонстрация» указывает на то, что в обучающих программах из перечисленных видов химического эксперимента можно использовать только демонстрационный эксперимент. При этом ускользает коллективизм, речь, активная деятельность, которые имеют место при ученических опытах. Демонстрационный эксперимент не позволяет также научить учащихся соблюдать дисциплину, аккуратность, чистоту, экономичность и т.д. [25].
) Тем не менее, демонстрационный эксперимент, как разновидность
химического эксперимента, имеет большое педагогическое значение. Представляя собой средство наглядности, он способствует усвоению нового знания через этап материализованного действия в перцептивной форме.
Выполняемый по определенному строгому предписанию - алгоритму -демонстрационный эксперимент являет собой не что иное, как ориентировочную основу действия, образец, который можно применить («наложить») для выявления сущности подобного химического явления или использовать в качестве составной части другого химического эксперимента в исследовательской работе.
Поэтому включение демонстрационного эксперимента в обучающие программы не только возможно, но и необходимо. В связи с этим, нами разработан ряд обучающих программ по демонстрационному эксперименту.
Для их разработки в соответствии с выше приведенной схемой мы выбрали из класса знаковых информационных моделей статические и динамические макро-и микромодели. Функция макромоделей в данном случае состоит в воспроизведении предметов реального мира - приборов для проведения опытов, химической посуды, химических реактивов. Микромодели предназначены для демонстрации невидимых физических реальностей (молекул, атомов, электронов) и происходящих с ними процессов.
Далее в соответствии со схемой разработки обучающих программ и динамической структурой процесса обучения с помощью демонстрационного эксперимента выбранные нами модели мы включаем в действие, совершаемое в определенных логических отношениях.
Выбор логических отношений зависит от способа сочетания слова с показом опытов. Во всех методических руководствах и дидактических работах обязательно упоминается, что показ учителем средств наглядности должен сопровождаться или сочетаться со словом учителя. В результате дидактических исследований выделены четыре вида или формы сочетания слова учителя с показом средств наглядности [33].
) Первая форма. Учитель посредством слова руководит наблюдениями учащихся, которые извлекают знания о непосредственно воспринимаемых свойствах наблюдаемого объекта из наблюдений.
Вторая форма. Учитель посредством слова руководит наблюдениями демонстрируемых предметов и процессов и, базируясь на имеющихся у учащихся знаниях, ведет их к выявлению и формулированию таких связей между явлениями, которые не могут быть обнаружены в процессе непосредственного восприятия.
Обе формы (1 и 2) сочетания слова и средств наглядности сходны в том отношении, что учащиеся посредством слова учителя становятся в такие условия, при которых они оказываются в состоянии приобретать знания о веществах и явлениях в известной степени самостоятельно, на основе наблюдений средств наглядности. Эти формы относятся к исследовательскому методу демонстрации средств наглядности, которому соответствует логическая форма умозаключения - индукция.
Третья форма. Сведения о непосредственно воспринимаемых явлениях или свойствах предметов учащиеся приобретают сначала со слов учителя, а показ этих средств наглядности служит подтверждением или конкретизацией к словесным сообщениям.
