Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы индивидуализации математической подготовки студентов на основе деятельностного подхода с использованием ИКТ
1.1. Индивидуализация как психолого-педагогическая проблема обучения студентов в вузе 28 1.2. Учебная деятельность как объект управления и самоуправления 50
1.3. Итеративное научение: результативный и процессуальный аспекты учебной деятельности на основе использования средств ИКТ .76
1.4 Концептуальные основы индивидуализации обучения математике студентов в условиях адаптации к образовательной среде .87 Выводы по главе 1 .111
Глава 2. Функционально-структурная иерархическая модель электронной проблемной среды математических задач, обеспечивающая сочетание внешнего управления и самоуправления студентами учебной деятельностью
2.1. Основные принципы интерактивности и оценочные управляющие воздействия на учебную деятельность 114
2.2. Организационно-технологический подход к обучению студентов математике в условиях оценочной обратной связи 137
2.3. Условия самоорганизации учебной деятельности студентов при обучении решению математических задач 163
2.4. Функционально-структурная иерархическая модель электронной проблемной среды математических задач .179
Выводы по главе 2 .201
Глава 3. Динамические компьютерные тесты-тренажеры по математике как инструментальное средство индивидуализации обучения математике студентов вуза
3.1. Компьютерные технологии мониторинга учебной деятельности студентов обучающихся решению математических задач 203
3.2. Основные принципы разработки динамических компьютерных тестов-тренажеров .226
3.3. Структура динамических компьютерных тестов-тренажеров математических задач 242
3.4. Адаптация студентов к поиску решений в пространстве состояний математических задач в динамических компьютерных тестах-тренажерах по математике .263
Выводы по главе 3 .291
Глава 4. Методика индивидуализации обучения решению математических задач на основе использования специальных методик диагностики процессуальных характеристик учебной деятельности
4.1. Методика актиограмм, рейтинга учебной деятельности и стратегий поиска решения математических задач 294
4. 2 Методика диагностики фазовых портретов и бифуркаций учебной деятельности студентов 308
4.3. Методика диагностики обучаемости и пространственного воображения (дифференцировки, распознавания, направленного внимания и объема оперативной памяти) 334
4.4. Методика диагностики индуктивных порогов и самооценки студентами учебной деятельности по овладению способами решения математических задач .348
4.5. Опытно-экспериментальное исследование методики индивидуализации обучения решению математических задач в условиях сочетания самоуправления студентами учебной деятельностью и внешнего управления 366
Выводы по главе 4 .398
Заключение .400
Библиографический список
- Итеративное научение: результативный и процессуальный аспекты учебной деятельности на основе использования средств ИКТ
- Организационно-технологический подход к обучению студентов математике в условиях оценочной обратной связи
- Основные принципы разработки динамических компьютерных тестов-тренажеров
- Методика диагностики фазовых портретов и бифуркаций учебной деятельности студентов
Итеративное научение: результативный и процессуальный аспекты учебной деятельности на основе использования средств ИКТ
Идея необходимости индивидуального подхода к учащимся в условиях коллективной работы принадлежит Яну Амосу Коменскому (1592–1670). В «Великой дидактике» разработаны организационные вопросы деятельности учителя с учетом индивидуальных особенностей учеников, которых Я.А. Коменский делил на шесть типов, предлагая соответствующие им педагогические воздействия: «Во-первых, есть ученики с острым умом, стремящиеся к знанию и податливые; они преимущественно перед всеми другими особенно способны к занятиям. Им ничего не нужно, кроме того, чтобы предлагалась научная пища. Во-вторых, есть дети, обладающие острым умом, но медленные, хотя и послушные. Они нуждаются только в пришпоривании. В-третьих, есть ученики с острым умом, стремящиеся к знанию, но необузданные и упрямые. В-четвёртых, есть ученики послушные и любознательные при обучении, но медлительные и вялые. В-пятых, есть ученики тупые и, сверх того, равнодушные и вялые. Их ещё можно исправить, лишь бы только они не были упрямыми. На последнем месте стоят ученики тупые, с извращённой злобной натурой: большей частью эти ученики безнадёжны. Почву бесплодную, говорит Катон, не следует ни обрабатывать, ни трогать…» [190].
Классики педагогики (Ж.-Ж. Руссо, А. Дистервег, К.Д. Ушинский) развивающим считали индивидуальное обучение учащихся через взаимодействие с окружающей средой. Несмотря на то что природа индивидуальности оставалась неясной, индивидуализация обучения длительное время воспринималась как учет индивидуальных особенностей развития учащихся. П.И. Пидкасистый предложил назвать это направление индивидуализации обучения дидакто-методическим [261].
Развитие идей «свободного воспитания» инициировало инновации в обучении: самостоятельная добыча знаний учащимися в «процессе делания» (Дж. Дьюи, США); альтернативный процесс обучения при помощи дальтон-плана (Э. Паркхерст, США); «школы действия» (В. Лай, Германия). Основная идея этих инноваций заключается в организации самостоятельной познавательной деятельности учеников. Провозглашаются приоритет индивидуальных целей обучения над целями социальными и необходимость изучения интересов учащихся. У педагогов появляется стремление к психологизации процесса обучения и воспитания. Возникает психодидактическое направление в индивидуализации обучения. При этом проблема индивидуализации обучения наполняется новыми смыслами, обусловленными идеями гуманизма и самоценности индивидуальности, а не сводится только к учету индивидуальных особенностей.
Психодидактическое направление в становлении индивидуального подхода в 1934 г. прекратило свое развитие в России в связи с началом масштабной индустриализации советского государства и появлением социального заказа к системе образования. На смену гуманистической парадигме пришла социоцентрическая парадигма образования, для которой интересы личности вторичны по сравнению с интересами социума государства. Исследования роли индивидуальности человека в обучении, его индивидуального стиля деятельности продолжали проводиться в психологии и не применялись в педагогической дидактике.
В практике преподавательской деятельности индивидуализация обучения длительное время сводилась до уровня деления обучаемых на три формальные группы: сильные, средние, слабые. Проблема индивидуализации обучения трактовалась как задача типологизации индивидуальных особенностей учащихся. Основным средством решения этой задачи «считалась дифференциация педагогических воздействий на основе типологизации индивидуальных особенностей, которые, предполагалось, существуют и развертываются как бы сами по себе» [81].
Начиная с 1990 г., в результате деиндустриализации государства и общества, в постсоветский период прекратил свое существование социальный заказ на образование, и на смену социоцентрической парадигме образования пришла гуманистическая парадигма. Гуманистический ренессанс в образовании привел к применению результатов психологических исследований человеческой индивидуальности в современном образовании [181; 214; 215; 233; 237]. Гуманистический подход в образовании подразумевает максимально возможную индивидуализацию учебного процесса, его дифференциацию, создание условий для самоактуализации обучающегося. В центре задач, решаемых системой образования, стоит не социальный заказ общества, а личность учащегося, студента.
Проблема индивидуализации приобретает особую значимость, поскольку с ее решением связано создание условий для развития личности. В связи с этим у педагогов появился интерес к проблемным и активным методам обучения. Это привело к внедрению в учебный процесс различных форм самостоятельной работы студентов. Возникла необходимость дифференциации и индивидуализации обучения студентов [163; 194; 225]. В практической работе получила развитие внутригрупповая дифференциация в рамках самостоятельной работы студентов [165; 166; 301; 304].
Проблема познания индивидуальности человека определилась как общая проблема педагогических и психологических исследований [203; 205; 236]. Элементы индивидуального обучения широко используются с 1990-х гг. в современных вузах, однако индивидуализация обучения как результат свободного выбора и творчества самого студента не стала массовым явлением в современной школьной и вузовской практике. В этой связи возникает ряд психолого-педагогических проблем на пути применения индивидуальных методов обучения в современном высшем образовании.
Во-первых, имеются разночтения в толковании понятий «индивидуализация», «дифференциация», «индивидуальный подход», «учет индивидуальных особенностей» в психологии и педагогике. С точки зрения педагогической теории индивидуализация обучения «осуществляется в условиях коллективной учебной работы в рамках общих задач и содержания обучения» [237]. С позиций современной педагогической психологии образование должно гарантировать возможность выбора индивидуального образовательного маршрута самими учащимися (И.А. Зимняя [170], И.О. Кравец [195; 196] и др.).
Во-вторых, в преподавательской деятельности исследования индивидуальных психологических особенностей студентов как основы индивидуализации обучения практически отсутствуют. Это обусловлено тем, что традиционные методы исследования индивидуальных психологических особенностей студентов крайне трудоемки и требуют от преподавателей специальной психологической подготовки и больших временных затрат. Индивидуальные психологические характеристики студентов могут быть диагностированы методами компьютерной психодиагностики [1; 40; 159; 169; 216; 235; 239; 247], но применение результатов психодиагностики для организации индивидуального обучения математике студентов в условиях групповой учебной работы представляет собой не до конца решенную проблему. Для того чтобы перейти от дифференциации студентов по группам с приблизительно одинаковыми психологическими характеристиками к действительно индивидуальному обучению студентов, требуется, применение обучающих и одновременно диагностирующих учебную деятельность компьютерных средств [7; 23; 35; 48; 62; 110; 141]. Как утверждает В.П. Беспалько [35], создание таких компьютерных средств обучения в перспективе возможно в ХХI веке.
Организационно-технологический подход к обучению студентов математике в условиях оценочной обратной связи
Это накладывает существенные ограничения на проявления индивидуальности студента. В то же время индивидуализация обучения математике, основанная на сочетании внешнего управления и самоуправления студентом учебной деятельностью, обеспечивает условия для свободного проявления индивидуальности студента во всем ее многообразии и сложности.
Обучающая среда, или обучающая система, задает условия, к которым обучающийся должен адаптироваться. Это могут быть математические задачи или проблемы, решению которых студенту необходимо научиться, получая от среды подкрепление своим действиям. Сложность обучающей среды определяется изменяющейся неопределенностью как задач, так и подкреплений. Студент адаптируется к учебной деятельности при научении решению задач на основе опыта своего взаимодействия с обучающей средой. В процессе адаптации студента к обучающей среде внешние педагогические воздействия на студента должны подкреплять действия обучающегося, содействуя тем самым формированию самоуправляемого мыслительного процесса.
Самоуправление студентами учебной деятельностью в условиях внешнего управления с оценочной обратной связью носит выраженный индивидуальный характер. Это обусловлено тем, что обучающемуся не говорят, какое действие следует применить, вместо этого он, пробуя выполнять различные действия, должен самостоятельно найти, какие из них принесут ему наибольшее вознаграждение. Можно выделить две отличительные характеристики взаимодействия студента с обучающей средой – возможность вести поиск методом проб и ошибок и отсроченные поощрения.
В предлагаемом подходе обучения математике с оценочной обратной связью в явном виде рассматривается взаимодействие обучающегося с неопределенной средой, т.е. обучающей средой, которая содержит неопределенность, неопределенные факторы. Студент осуществляет поиск решения задачи, несмотря на наличие неопределенности в обучающей среде и решение о том, какое действие он может совершить принимает самостоятельно. При этом он может оценивать характер продвижения к требуемой цели, основываясь на непосредственном восприятии состояния задачи. Обучающийся может использовать накопленный опыт, чтобы со временем улучшать свои характеристики. Знание, которое привносится обучающимся студентом в задачу в начале процесса ее решения, оказывает влияние на то, насколько полезным или простым будет процесс самообучения. Но решающим фактором, обеспечивающим корректировку поведения обучающегося студента с учетом специфических особенностей решаемой задачи, является взаимодействие с обучающей средой на основе оценочной обратной связи.
Действия, приводящие к хорошим или плохим последствиям (вознаграждениям), в следующий раз будут, согласно закону влияния Торндайка, соответственно повторяться или отвергаться [297]. Закон влияния объединяет процессы поиска и запоминания. При этом поиск трактуется как проверка различных вариантов действий применительно к каждой из ситуаций с выбором одного из этих вариантов, а память – как способ сохранения действий, позволивших получить наилучший результат, связывая их с теми ситуациями или состояниями решения задачи, в которых они дали этот результат. Объединение поиска и памяти в условиях оценочной обратной связи характеризует адаптацию обучающегося студента к учебной деятельности при научении решению задач. Поэтому оценочная обратная связь является одним из важных принципов индивидуализации обучения математике, на основе адаптации обучающегося к учебной деятельности при научении решению математических задач.
Оценочная обратная связь предполагает, что текущим состояниям решения задачи сопоставляется ценность состояния задачи, равная суммарному вознаграждению, которое получит обучающийся при выполнении действий, переводящих его из начального в текущее состояние решения задачи.
Оценочная обратная связь состоит из двух контуров – главного и локального (местного). Локальный контур оценочной обратной связи дает: во-первых, численную оценку действиям обучающегося, которая является для него вознаграждением; во-вторых, оценку ценности состояния задачи, в котором оказался обучающийся после совершения действия. В главном контуре оценочной обратной связи после выполнения очередного задания определяется численное значение успешности или рейтинга учебной деятельности обучающегося, которое задает относительную частоту включения оценочной обратной связи локального контура.
Для самоуправления учебной деятельностью обучающемуся студенту важно иметь альтернативные варианты путей поиска решения математических задач и множество действий (операций). Поскольку информация, по определению Кастлера Г., «…есть случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных», то у обучающегося должна быть возможность самостоятельного принятия решений о выборе варианта из сформированного множества [192].
Поэтому обучающийся должен обладать знаниями, позволяющими сформировать это множество вариантов действий и путей поиска решений задач и сделать выбор. Необходимым условием для этого является наличие соответствующей базы математических знаний у обучающегося. Соблюдение этого условия является важным принципом индивидуализации обучения математике, который мы назовем «принципом тезауруса».
Основные принципы разработки динамических компьютерных тестов-тренажеров
Внешний по отношению к обучающемуся компьютерный центр управления вырабатывает управляющие воздействия с учетом того, что обучающийся является субъектом, который должен обладать свободой выбора очередного действия из множества альтернативных возможностей. Управляющие воздействия, играющие роль подкреплений, передаются через информационные датчики, которые входят в состав проблемной среды, и исполнительные механизмы управляющего центра. Их цель – содействие такому поведению, которое необходимо обучающемуся для самоуправления его адаптацией к деятельности по поиску решения задач в проблемной среде. Для этого управляющий центр должен обладать полной информацией о действиях, которые приводят к решению задач. Проблемная среда должна содержать необходимые возможности для совершения действия по преобразованию обучающимся студентом того или иного математического объекта. В проблемной среде это представлено кнопками всех возможных действий. Таким образом, кроме математических объектов, задающих ситуации решаемой задачи, в проблемную среду включены датчики, посредством которых осуществляются информационное, «институциональное» и мотивационное управление. Информационное управление осуществляется: а) датчиком «расстояния до цели»; б) датчиком «гомеостаза числа ошибочных действий». Мотивационное – уровнями рейтинга учебной деятельности обучающегося, представленного системой дискретных датчиков.
Электронная проблемная среда, обеспечивающая сочетание самоуправления студентами учебной деятельностью и внешнего управления не ставит задачу адаптации управляющей системы к индивидуальным особенностям (параметрам, структуре и т.п.) обучающегося, а решает проблему управления поведением студентов. Данные об изменениях структуры учебной деятельности обучающегося позволяют решать проблему непрерывного контроля и коррекции и, соответственно, диагностики процесса научения решению задач, т.е. диагностики учебной деятельности [7; 9; 41].
Процесс научения трактуется как последовательное решение учебных задач. В качестве ведущего вида учебной деятельности выступает преобразовательная деятельность обучающегося. Она направлена на преобразование окружающей действительности и самого себя и очень часто включает и то и другое одновременно. Как указывает автор работы [251], «учение необходимо рассматривать как активную деятельность студента по самоизменению».
Обучающийся решению задач или проблем является субъектом деятельности, которую можно характеризовать как процесс самообучения или саморазвития [251; 276; 270]. «Институциональные» воздействия осуществляются в виде интерактивного регулирования управляемой величины AL, которая равна количеству неправильных действий. Отличие «институционального» управления в виде интерактивного регулятора числа ошибочных действий обучающегося от «институционального» управления в организационных системах управления в общепринятом смысле [153; 253; 278] состоит в том, что в организационных системах управления институциональные управления представлены законами, правилами, инструкциями, регламентирующими поведение субъектов управления. Интерактивное регулирование числа ошибочных действий обучающегося можно рассматривать как квазиинституциональное, так как при превышении критического числа ошибок управляющий центр «силовым» способом отменяет неправильные действия.
В организационных системах управления [253] институциональные управляющие воздействия направлены непосредственно на субъект управления. Законы, правила и соответствующие последствия нарушений этих законов и правил - это то, что целенаправленно ограничивает множество возможных действий субъекта управления и является институциональным управлением. Оно обращено прежде всего к сознанию (разуму) субъекта управления. В конечном итоге именно он решает, нарушать или не нарушать эти ограничения и, соответственно, принимать или не принимать последствия этих нарушений.
Информационное управление учебной деятельностью обучающегося осуществляется в виде интерактивного регулирования информации о «расстоянии до цели». «Расстояние до цели» позволяет студенту различать величину рассогласования текущего состояния решения задачи от целевого. Эта информация является важным параметром жизнедеятельности обучающегося, связанного с функционированием мозга как собственного управляющего центра субъекта. Знание студентом этой информации реализует биологическую обратную связь (БОС) между психической (внутренней) и предметной (внешней) составляющими учебной деятельности обучающихся [93]. Биологическая обратная связь позволяет студенту осуществлять саморегулирование учебной деятельности при решении задачи.
Методика диагностики фазовых портретов и бифуркаций учебной деятельности студентов
Период эволюционных преобразований в учебной деятельности студента сопровождается уменьшением доли ошибочных действий при решении задач или проблем. Флуктуации параметров проблемной среды при этом не меняются. Прогресс эволюционных преобразований учебной деятельности заключается в уменьшении влияний флуктуаций на принятие решений о выполнении того или иного действия.
Самоуправление по принципу обратной связи, или самонастройка учебной деятельности обучающегося, лежит в основе поддержания устойчивого состояния, обеспечивает сохранение устойчивости процесса развития учебной деятельности при нерегулярно меняющихся внешних условиях. Внешнее управление обеспечивает информацией самонастройку не только студента к проблемной среде, но и изменяет электронную проблемную среду соразмерно потенциальным возможностям обучающегося [148; 149]. Образование регуляторных механизмов индивидуального развития меняет характер развития и создает устойчивые формы деятельности обучающегося решению задач.
Следуя работам И.И. Шмальгаузена [362], взаимодействие обучающегося и электронной проблемной среды необходимо рассматривать как последовательность информационных процессов: накопления, отбора, преобразования, передачи информации о свойствах (признаков) состояний задач и деятельности по их решению в целом.
Развитие учебной деятельности обучающегося проявляется на различных уровнях ее организации и зависит от реакции на изменение внешних факторов, от форм взаимодействия обучающегося с факторами проблемной среды. В зависимости от уровня структуризации деятельности обучающегося взаимозависимость с внешними факторами проявляется в различных формах, так как относится к разным уровням организации обучающегося и различным процессам.
Если электронная проблемная среда в целом регулирует развитие учебной деятельности обучающегося, то она обязательно должна быть обеспечена «информацией» о состоянии обучающегося (по линии «обратной» связи). Она включает в себя специфический механизм преобразования этой информации в управляющие воздействия на обучающегося.
Таким образом, необходимы каналы связи для передачи информации в двух направлениях – от обучающегося студента к проблемной среде и от проблемной среды к студенту. Так как изменение обучающегося проявляется в изменении его деятельности по решению задач, то управляющие сигналы от проблемной среды должны каким-то образом включить возможность изменения структуры учебной деятельности. Информация об изменениях учебной деятельности обучающегося сообщается ему через значения уровня успешности или рейтинга, что позволяет обеспечить надежную связь обучающегося с электронной проблемной средой.
Необходимы и средства передачи обратной информации от обучающегося к проблемной среде. Обучающийся студент, несомненно, активно воздействует на электронную проблемную среду. Однако прямой связи между информацией или управляющими сигналами от проблемной среды обучающемуся по первому каналу и обратной информации по второму каналу (от обучающегося к проблемной среде) нет. Здесь непосредственная связь как будто прерывается, так как обе линии связи находятся на разных уровнях [50].
И.И. Шмальгаузен выделяет две стадии отбора информации: стабилизирующая и преобразующая [362]. При этом процесс развития представляется как два взаимосвязанных периода: период адаптационного развития и период скачкообразных качественных изменений (отбор). При этом отбор понимается как преобразующий. Стабилизирующий отбор в нашей схеме происходит на этапе адаптации.
Стабилизирующий отбор закрепляет достигнутые свойства учебной деятельности обучающегося, связывает их в целостную систему и обеспечивает максимальную надежность их воспроизведения. Целостность учебной деятельности проявляется в адаптации обучающегося к условиям проблемной среды, в формообразующей роли в ходе установления основ определенной организации в процессах дифференциации и интеграции.
Для развития учебной деятельности обучающегося решению задач необходимо наличие памяти. Кроме памяти, необходим также активный обмен с проблемной средой, деятельность обучающегося студента должна быть открытой. Наряду с «накопленным опытом», обучающийся должен обладать способностью к самообучению.
Для описания процессов развития учебной деятельности используем триаду: изменчивость, память, отбор. Под изменчивостью И.Н. Моисеев понимает «…любые проявления стохастичности и неопределенности. Память – это способность обучающегося сохранять свои особенности, способность изменяться от прошлого к будущему, способность будущего зависеть от прошлого» [240].
Способность обучающихся обмениваться информацией с проблемной средой еще не делает эту систему развивающейся. Одним из условий развития является неравновесность состояния обучающегося. Неравновесное состояние обучающегося, как правило, обусловлено резким изменением условий функционирования, обучающегося. В свою очередь, всякое значительное изменение электронной проблемной среды, изменяющее условия функционирования обучающегося, ведет к перестройке организации учебной деятельности [108; 156; 157; 357; 359].