Содержание к диссертации
Введение
1. Парадигма интенсификации обучения математике 13
1.1. Государственные образовательные стандарты как источник постановки проблемы интенсификации обучения математики в вузе
1.2. Совершенствование организации обучения математике в вузе как один из путей его интенсификации 17
1.3. Понятие интенсификации обучения 26
1.4. Решение проблемы интенсификации обучения в психолого-педагогических исследованиях 32
2. Основные направления методических исследований интенсификации обучения математике
3. Новые информационные технологии в обучении математике в вузе 56
3.1..Основные проблемы компьютерного обучения 56
3.2. Понятие "новые информационные технологии" 67
3.3. Возможности новых информационных технологий как средства интенсификации обучения математике 70
Глава 2. Методические аспекты интенсификации процесса обучения математике средствами новых информационных технологий 74
1. Интенсификация лекционных занятий по математике 74
1.1. Критерии отбора содержания математики для проведения лекций с использованием компьютера 77
1.2. Организация и проведение лекций с использованием новых информационных технологий 81
1.3. Пример проведения лекции с использованием новых информационных технологий 84
2. Компьютерный практикум по математике 96
2.1. Критерии отбора содержания для проведения занятий компьютерного практикума 98
2.2. Подготовка занятий компьютерного практикума ЮО
2.3. Методика проведения занятий компьютерного практикума по математике 103
2.4. Пример проведения занятия компьютерного практикума . 106
3. Интенсификация самостоятельной работы студентов 121
3.1. Отработка техники решения типовых математических задач .
3.2. Выработка умений решения учебно-исследовательских задач по математике 133
3.3. Развитие умений решения задач прикладной направленности і з б
3.4. Организация самоконтроля при самостоятельной работе студентов 141
4. Описание и анализ результатов эксперимента 45
Заключение 162
Литература 165
Приложение 185
- Государственные образовательные стандарты как источник постановки проблемы интенсификации обучения математики в вузе
- Совершенствование организации обучения математике в вузе как один из путей его интенсификации
- Интенсификация лекционных занятий по математике
Введение к работе
Основным направлением совершенствования образования является его гуманизация, механизмы реализации которой приводят в движение личностные факторы обучения. Это объективно требует разработки новых систем обучения, предоставляющих каждому обучающемуся возможность иметь собственную программу учебного поведения.
В ходе реформы образования в направлении гуманизации множество дискуссий идёт вокруг повышения эффективности обучения. Необходимость повышения эффективности обучения вытекает из возрастающих потребностей современного общества, социально-экономическое развитие которого предъявляет всё новые требования к выпускникам различных учебных заведений. Необходимо, чтобы обучение формировало новый тип мышления, новый стиль деятельности, ориентированный на более эффективное решение производственных, социальных и других проблем, что особенно значимо для высшего профессионального образования.
Поэтому наряду с освобождением программ от усложнённого и второстепенного материала, в них вносятся дополнения, связанные с новыми технологиями производства, что несомненно ведёт к перегрузке студентов. Изменение характера учебной деятельности студента технического вуза, увеличение количества изучаемых предметов и их многоплановость предъявляют повышенные требования к уровню обученности будущего инженера, его профессиональной культуре, умению принимать быстрые и целесообразные решения в любой ситуации. Данное положение предполагает повышение интенсивности процесса обучения, не сопровождаемое увеличением времени на обучение.
В настоящее время проблема устранения перегрузки учебных планов решается ещё недостаточно. Количество аудиторных часов, отводимых на изучение того или иного предмета, не увеличивается, а время на самостоятельное изучение под руководством преподавателя сокращено. Так, на самостоятельную работу студентов без руководства преподавателя отводится свыше 50% запланированного к изучению предмета времени. Это также требует повышения эффективности проведения аудиторных занятий и организации самостоятельной работы студентов. Надо искать такие способы обучения, которые позволили бы студентам за то же время усваивать возрастающий объём знаний и умений. Иными словами, нужен активный поиск интенсивных методов, форм и средств обучения в вузе.
Гуманизация образования - направленность обучения от личности, её структуры через учебный предмет к личности (индивидуальности) обучаемого. Реализация идей гуманизации предполагает включение в число исходных положений, определяющих функционирование системы обучения, структуры личности, закономерности её развития. Эта направленность отражается прежде всего в целях обучения, т.к. они определяют лидирующий компонент системы обучения. Приоритет развивающей функции обучения предусматривает перенос акцентов с увеличения объёма информации, предназначенной для усвоения студентами, на формирование умений использовать информацию. Реализация концепции гуманизации образования вместе с тем предусматривает индивидуализацию и дифференциацию обучения, связь обучения с практической деятельностью будущего инженера. Внесение соответствующих изменений в учебный процесс, естественно, требует дополнительных временных затрат.
Исходя из сказанного, одним из основных направлений реализации совершенствования высшего образования в настоящее время является интенсификация учебного процесса.
Возникает необходимость поиска рациональных, научно-обоснованных путей и способов организации управления познавательной деятельностью обучаемых. При их разработке важно учитывать комплекс факторов: содержание учебного материала и возможности обучаемых по его усвоению; возросший поток информации, необходимой для изучения; организационные условия, в которых протекает процесс обучения; педагогическое мастерство преподавателя; уровень первоначальной теоретической и практической подготовки обучаемых; эффективность различных методик изложения учебного материала; состояние материально-технической базы учебных заведений, которая включает и технические, и программные средства.
Совершенствование высшего технического образования в целях интенсификации в последнее время всё чаще связывают с внедрением компьютера в учебный процесс. Такой подход основывается, прежде всего, на требованиях определённой информационно-образовательной подготовки современного специалиста.
Внедрение компьютера в учебный процесс основывается на опыте использования традиционных технических средств обучения и идей программированного обучения. Вопросы методики применения технических средств и влияния их комплекса на эффективность учебного процесса отражены в исследованиях СИ. Архангельского, В.К. Бондаренко, И.В, Борисова, В.П. Беспалько, Б.С. Гершунского, Т.В. Габай,
В.Г. Житомирского, Г.В. Карпова, С.Н. Кузнецова, И.И. Мархель, Е.И. Машбиц, Л.П. Прессмана, И.А. Романовой, Н.Ф. Шахмаева и др.
Однако использование традиционных технических средств не обеспечивает в достаточной мере повышения интенсивности процесса обучения, т.к. в связи с внедрением в широкую практику современных информационных технологий, использующих компьютерную технику, появилась возможность качественно улучшить процесс обучения, повысить его эффективность, обеспечить высокий уровень мотивации обучаемых, индивидуализировать учебный процесс.
Анализ литературы и опыта применения компьютеров в учебном процессе вуза позволяет констатировать, с одной стороны, серьёзное внимание педагогов высшей школы к вопросам как методологии и теории информатизации образования, так и к поискам различных способов повышения эффективности внедрения новых информационных технологий, с другой - недостаточное внимание к разработке конкретных методик их использования на различных этапах дидактического процесса. Так, используемые компьютерные программы реализуют лишь одну из функций -обучающую, информационную или контролирующую. Обучающие программы в большинстве своём основаны на идеях программированного обучения. Компьютерные технологии обучения, реализующие информационную функцию, дублируют существующие печатные справочные пособия. Контролирующие программы при изучении дисциплин математического цикла в вузе применяются крайне редко, причём возможности машинного контроля реализуются не в полном объёме, чаще всего для осуществления промежуточного и итогового контроля.
Таким образом, имеет место противоречие между активным исследованием теоретических проблем информатизации образования и недостаточным вниманием к вопросам интенсификации целостного педагогического процесса на основе использования новых информационных технологий.
Актуальность проблемы, её теоретическая и практическая значимость обусловили выбор темы диссертационного исследования.
Объект исследования: процесс обучения математике в техническом вузе.
Предмет исследования: интенсификация процесса обучения математике на основе использования современных информационных технологий.
Цель исследования: обосновать теоретически и проверить экспериментально направления интенсификации процесса обучения математике студентов технического вуза на основе применения новых информационных технологий.
Гипотеза исследования: интенсификация процесса обучения при использовании новых информационных технологий будет обеспечиваться, если:
- на основании Государственных образовательных стандартов по техническим специальностям разработаны критерии отбора содержания изучения математики с использованием новых информационных технологий;
- выявлен учебный материал, соответствующий указанным критериям;
- в соответствии с функциональным наполнением произведён отбор новых информационных технологий;
- разработана методика изучения отобранного на основании предъявляемых требований (критериев) материала с использованием новых информационных технологий и внедрена в практику обучения.
Задачи исследования:
1. Выполнить анализ литературы по проблеме исследования: проанализировать теоретические подходы к интенсификации процесса обучения на основе использования новых информационных технологий, обобщить передовой опыт использования новых информационных технологий в условиях вуза.
2. Разработать парадигму совершенствования обучения математике студентов технических вузов с использованием новых информационных технологий.
3. Выявить критерии отбора содержания обучения математике с использованием новых информационных технологий и выделить учебный материал, соответствующий этим критериям.
4. Выделить новые информационные технологии, функциональные возможности которых позволяют интенсифицировать изучение математики в техническом вузе.
5. Разработать методику проведения занятий и организации самостоятельной работы студентов с использованием новых информационных технологий.
6. Экспериментально проверить основные направления интенсификации обучения математике с использованием новых информационных технологий и разработать методическое обеспечение внедрения новых информационных технологий в процесс обучения математике.
Теоретическую основу исследования составляют психолого-педагогические и методические концепции: теория развивающего обучения (Л.С.Выготский, Л.В. Занков, В.В.Давыдов); теория деятельности (А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн); теория проблемного обучения (М.И. Махмутов, М.Н. Скаткин, И.Я. Лернер); теория программированного обучения (В.П. Беспалько, Н.Ф. Талызина); теория информационного обучения (А.Я. Савельев, О.П. Околелов); теория активизации обучения (А.А. Вербицкий, Г.И. Щукина).
Для решения поставленных в исследовании задач использовались следующие методы: изучение и анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме исследования; педагогическое наблюдение; изучение и анализ педагогического опыта, творческих сообщений, изобретений; проведение поискового, констатирующего и обучающего экспериментов со студентами технических вузов. Использование различных методов исследования позволило рассмотреть проблему интенсификации обучения математике во всей её сложности, взаимозависимости, а также выразить результаты эксперимента в количественных показателях.
Исследование проводилось поэтапно.
На первом этапе осуществлялся анализ деятельности преподавателей по внедрению компьютера с целью интенсификации процесса обучения. Была изучена психолого-педагогическая, методическая и специальная литература по исследуемой проблеме, осуществлена разработка гипотезы и концепции внедрения новых информационных технологий. Проводилась опытно-экспериментальная работа, определялись возможности информационных технологий во всех направлениях интенсификации процесса обучения. Проведён констатирующий эксперимент.
На втором этапе осуществлена формулировка целей, задач и методики исследования. На основании требований, предъявляемых к выпускнику технического вуза, разработаны критерии отбора содержания математики, изучаемого с использованием новых информационных технологий. В соответствии с этими критериями выделен учебный материал и разработана методика использования новых информационных технологий для различных видов занятий и организации самостоятельной работы студентов при изучении математики.
На третьем этапе проведён обучающий эксперимент с целью оценки эффективности разработанной методики использования новых информационных технологий для интенсификации изучения математики в техническом вузе.
Базой исследования явились студенты начальных курсов Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета.
Научная новизна заключается в разработке одного из путей совершенствования обучения математике на основе новых информационных технологий; в созданной методике интенсификации обучения математике студентов технического вуза с использованием компьютера; в разработке обеспечения реализации созданной методики.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что
© на основе Государственных образовательных стандартов разработана концепция, которую составляют парадигма интенсификации, основные направления интенсификации обучения математике с использованием новых информационных технологий;
© выявлены критерии и на их основе произведён отбор содержания курса математики технического вуза, которое целесообразно изучать с использованием новых информационных технологий; е на основе применения новых информационных технологий созданы средства, интенсифицирующие обучение математике в техническом вузе.
Практическая значимость исследования состоит в вооружении преподавателей технических вузов методикой проведения занятий по математике с использованием новых информационных технологий и обеспечением реализации этой методики. Результаты исследования могут быть использованы при подготовке и проведении лекционных и лабораторных занятий по математике в техническом вузе, а также для организации самостоятельной работы студентов.
Методологической основой исследования послужили работы по развитию личности, системному анализу, проблемам диалектического единства теории и практики; теории познания, образования и воспитания; концепция деятельностного подхода; концепция гуманизации образования; концепция информатизации образования; труды известных психологов, педагогов, методистов.
Обоснованность и достоверность проводимого исследования, его результатов и выводов обусловлены опорой на теоретические разработки в области психологии, педагогики, теории и методики обучения математике, совокупностью разнообразных методов исследования, а также итогами проведённого эксперимента, сочетанием качественного и количественного анализа его результатов.
Апробация результатов исследования проводились в виде докладов и выступлений на научно-практических конференциях (Омск, 1993 г., Орехово-Зуево, 1995 г.), ежегодных научно-методических региональных и Всероссийских конференциях (Нижний Новгород, 1993-1996 г.г., Березники, 1993, 1994 г.г.), Всероссийской научной конференции (Саранск, 1998 г.) научно-методических семинарах Тобольского пединститута (1994-1997 г.г.).
Внедрение методических рекомендаций осуществлялось в процессе преподавания курса математики, самостоятельной работы студентов Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета.
На защиту выносятся положения:
1. Обучение математике в техническом вузе в соответствии с Государственным образовательным стандартом предполагает построение специальной методики, интенсифицирующей учебный процесс за счёт применения компьютера и соответствующего программного обеспечения.
2. Новые информационные технологии являются эффективным средством интенсификации обучения математике в техническом вузе, т.к. их использование приводит к наибольшей результативности педагогического процесса в единицу времени по сравнению с традиционной методикой.
На защиту также выносятся дидактические материалы, созданные при использовании новых информационных технологий, являющихся компьютерной поддержкой изучения математики в техническом вузе.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.
Государственные образовательные стандарты как источник постановки проблемы интенсификации обучения математики в вузе
В трансформации содержания обучения важная роль принадлежит формам организации обучения. Подготовка к овладению новыми знаниями, усвоение новой информации, закрепление и повторение учебного материала, формирование соответствующих умений и навыков, систематизация и проверка знаний и т.п. в вузах выделены в самостоятельные занятия с чётко выраженной дидактической целью, структурой и методами работы. Т.е. организация обучения в вузе осуществляется посредством аудиторной и внеаудиторной форм. В каждой из них, в свою очередь, применяются фронтальная, групповая и индивидуальная формы организации учебной работы со студентами.
В вузе с традиционной системой обучения лекция, как основная форма занятий, должна выполнять следующие дидактические функции: постановка и обоснование задач обучения, сообщение и усвоение новых знаний, привитие интеллектуальных умений и навыков, мотивирование студентов к дальнейшей учебной деятельности, интегрирование преподаваемой дисциплины с другими предметами, а также выработка интереса к теоретическому анализу. Под лекцией в традиционной методике понимается занятие, на котором осуществляется передача готовых знаний студентам через монологическую форму общения. Это наиболее экономичная форма передачи и усвоения учебной информации. По времени лекция может занимать один или два академических часа в зависимости от специфики содержания.
В зависимости от роли в организации учебного процесса выделяют следующие основные разновидности лекций: вводная - первоначальное ознакомление студентов с основными научно-теоретическими положениями данной отрасли науки;
т мотивационная - возбудить интерес у студентов, создать стимул для всей дальнейшей деятельности;
в подготовительная - подготовить студентов к более сложным мыслительным процессам, заложить основы использования остальных методов и форм обучения;
и интегрирующая - представить науку в системе и в развитии как логическое целое; наметить выход к дальнейшему теоретическому анализу за пределами первоначального понимания;
в установочная - направить студентов к источникам информации, дать указания для самостоятельной работы и практические рекомендации, выделить наиболее важные и трудные части материала;
в обзорная — проводится по завершении курса, раздела и преследует цель обобщить и расширить знания студентов, привести их в систему; н информационная - характеризуется монологическим изложением материала преподавателем и исполнительской деятельностью студентов (классическая лекция).
Дидактическими элементами лекций выступают: 1) методика изложения лекционного материала; 2) совокупность предварительных знаний студентов; 3) содержание и структура лекционного материала; 4) контроль и оценка знаний (обратная связь); 5) учебная литература и ТСО.
Перестройка системы образования предъявляет новые требования к методам и технике преподавания. Появляются различные формы активной лекции наравне с традиционной, что позволяет значительно повысить творческий поведенческий потенциал аудитории, интенсифицировать процесс обучения. Назовём некоторые из них.
Совершенствование организации обучения математике в вузе как один из путей его интенсификации
Термин intensio (лат.) означает напряжение, усиление. В энциклопедическом словаре (154) интенсификацию определяют как увеличение напряжённости, производительности, как применение всё более эффективных технологий, передовых методов труда, достижений науки. Отсюда интенсивный - значит более напряжённый, усиленный, дающий повышенную производительность. Т.к. педагогический процесс представляет собой совокупность последовательных и взаимосвязанных действий преподавателей и обучаемых, направленный на сознательное и прочное усвоение системы знаний, умений и навыков, формирование способности применять их на практике, то под интенсификацией педагогического процесса (вслед за Ю.К. Бабанским) (13) будем понимать повышение его результативности в каждую единицу времени.
Для того, чтобы в каждой конкретной ситуации напряжённость труда обучающего и обучаемого оставалась на допустимом уровне, не вела к перегрузке, и в то же время труд с обеих сторон был высокоэффективным, целесообразно выбирать оптимальные варианты обучения. Поэтому интенсификация и оптимизация рассматриваются Ю.К. Бабанским во взаимосвязи как важнейшие принципы научной организации педагогического труда.
Анализ результатов научных исследований данной проблемы (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Л.В. Занков, В.В. Давыдов и др.) позволяет назвать следующие основные направления интенсификации обучения; повышение целенаправленности обучения и усиление мотивации учения; в повышение информативной ёмкости содержания образования; применение активных методов и форм обучения; в управление процессом усвоения знаний; развитие умений и навыков учебного труда и ускорение темпа учебных действий; использование технических средств обучения, применение компьютеров.
Ниже раскрывается сущность каждого из перечисленных направлений в трактовке ведущих отечественных психологов и педагогов.
Повышение целенаправленности обучения понимается как повышение уровня целеполагания и качества постановки цели. Правильно поставленная цель имеет определяющее значение в организации учебной деятельности, определяет способ и характер действий человека. Осознанность цели -необходимое условие её достижения. Достижение сложных целей, как считает Л.В. Занков, оказывает большое влияние на обучаемых, а упрощённые задачи не развивают человека в должной мере.
Для интенсификации обучения большое значение имеет повышение напряжённости целей обучения, что требует от обучаемых активной работы, влияя на развитие мышления, волевой сферы и других способностей и свойств личности. В этом, по мнению Ю.К. Бабанского, состоит специфика интенсивного подхода к целеполаганию.
Интенсификация лекционных занятий по математике
Для проведения лекций по математике с использованием компьютера необходима соответствующая подготовка,
В связи с изучением в темах курса математики технического вуза материала с различными функциями, нами сформулированы основные принципы использования компьютера при проведении лекции.
На мотивационном этапе лекции применение компьютера заключается в общей ориентировке в содержании и структуре темы, обеспечении на этой основе целеполагания и мотивации: постановке ключевых вопросов изучаемой темы, демонстрации ситуаций, обосновывающих проблематику лекции, показе связи с материалом, на котором базируется изучаемая тема.
Применение компьютера на основном этапе позволяет реализовать процедуры исследования сформулированных проблем, построения различных графических изображений, демонстрации расчёта по выявленным при исследовании закономерностям.
На обобщающем этане лекции преподаватель вновь демонстрирует основные вопросы, изученные в ходе лекцни, и результаты разрешения сформулированных на мотивационном этапе проблем.
На контролирующем этапе новые информационные технологии используются преподавателем для проверки уровня усвоения изученного на лекции материала.
В качестве места проведения лекций мы использовали мультимедийную аудиторию, оснащённую проекционным монитором (электронной доской) и компьютером, оснащённым устройствами ввода-вывода графической и звуковой информации. В качестве программного обеспечения нами были выбраны пакеты программ: Microsoft Power Point (программа подготовки презентаций для организации слайд-шоу), Corel Draw (графический редактор, позволяющий изображать в движении трёхмерные объекты), Maple и MathCad (математические пакеты, позволяющие изображать графики различных функций и производить разнообразные математические расчёты как в символьном, так и в числовом виде).
Подготовка лекций предусматривает:
1) разработку содержания и создание (самим лектором или специалистами в области применения программных продуктов) комплектов слайдов, сопровождающих изучение данной темы лекции, в том числе и тестов;
2) создание файлов, содержащих шаблоны демонстраций
а) графических построений и их преобразований, запланированных на лекции,
б) решения задач, требующих громоздких вычислений;
3) разработку сценария демонстрации слайдов и файловоїиаблоноR на лекции;
4) тиражирование листков контрольного опроса.
Комплект слайдов представляет собой упорядоченную совокупность графических изображений, иллюстрирующих изучаемый материал на проекционном мониторе, соединённом с персональным компьютером. Каждый комплект хранится в отдельном файле на жёстком магнитном диске персонального компьютера.
Файлы, содерэюащие шаблоны демонстраций графических построений и решения задач, требующих громоздких вычислений, - это документы, созданные в указанных выше математических пакетах.
Под сценарием будем понимать порядок следования слайдов и файлов-шаблонов и их регламент.
