Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ВУЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ
ОБУЧЕНИИ МАТЕМАТИКЕ 14
1. Самостоятельная работа студентов-математиков как существенный компонент системы подготовки специалиста 14
2. Анализ дидактических возможностей сетевых технологий в организации самостоятельной работы студентов-математиков 27
3. Анализ педагогических программных средств, используемых при обучении математике 47
3.1. Исторический обзор использования компьютерных обучающих программ в преподавании математики 47
3.2. Анализ существующих компьютерных обучающих программ по математике применительно к самостоятельной работе студентов 50
4. Методическая модель к созданию сетевых учебно-методических комплексов 68
Выводы по первой главе 75
Глава 2. МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ НА БАЗЕ СЕТЕВОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 78
1. Методические особенности содержания сетевого курса по дисциплине "Линейная алгебра" и аспекты методической деятельности преподавателя 78
2. Методические рекомендации к организации самостоятельного изучения отдельных вопросов курса "Линейная алгебра" с использованием сетевой обучающей программы 117
3. Эксперимент и его результаты 142
Выводы по второй главе 163
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 165
- Самостоятельная работа студентов-математиков как существенный компонент системы подготовки специалиста
- Методические особенности содержания сетевого курса по дисциплине "Линейная алгебра" и аспекты методической деятельности преподавателя
- Методические рекомендации к организации самостоятельного изучения отдельных вопросов курса "Линейная алгебра" с использованием сетевой обучающей программы
Введение к работе
Тенденции развития высшего образования в России характеризуются увеличением доли самостоятельного труда студентов и рассмотрением самостоятельной деятельности в качестве решающего компонента подготовки будущего специалиста. Поэтому формирование умений и навыков самостоятельной работы студентов и ее активизация всеми доступными средствами и способами является одной из актуальных задач современного вузовского обучения. Реализация этой задачи требует системного подхода, пересмотра устоявшихся взглядов на организационно-методическое обеспечение учебного процесса.
Проблема формирования умений и навыков самостоятельной работы
поднималась многими известными психологами, педагогами и
математиками. Теоретическое обоснование эта проблема получила в
работах Ф.С. Авдеева, СИ. Архангельского, И.И. Баврина,
Н.Я. Виленкина, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, Б.В. Гнеденко, В.А. Гусева, М.А. Данилова, Г.В. Дорофеева, В.И. Загвязинского, М.И. Зайкина, Ю.М. Колягина, А.Н. Леонтьева И.Я. Лернера, М.И. Махмутова, Н.В. Метельского, П.И. Пидкасистого, В.Д. Селютина, М.Н. Скаткина, Н.Ф. Талызиной. Авторы выявляют педагогическую сущность самостоятельной работы, общие принципы и методы, обеспечивающие ее организацию.
В научных исследованиях П.И. Пидкасистого, Т.И. Шамовой, Г.И. Щукиной выявлены уровни познавательной самостоятельности и уровни познавательной активности.
Конкретные пути повышения эффективности самостоятельной деятельности студентов при изучении математических дисциплин освещены в диссертационных исследованиях В.И. Горбачева, Н.И. Мерлиной, П.И. Образцова, Г.И. Саранцева, А.И. Умана, Е.В. Филимоновой, М.И. Шабунина.
Большое значение организации самостоятельной работы студентов также придают Л.Г. Вяткин, Е.Я. Голант, К.В. Гриднева, Б.П. Есипов, И.Р. Ильясов, Р.Б. Срода, И.В. Харитонова, Н.И. Чиканцева и др.
Многие из указанных исследователей обращают внимание на недостатки традиционной самостоятельной работы студентов, не обеспечивающей высокого качества усвоения математического материала. Это, прежде всего, отсутствие обратной связи преподавателя со студентами, оперативно информирующей о степени усвоения учебного материала, и отсюда недостаточное внимание к текущей и периодической проверке качества усвоения учебного материала. К тому же должная организация самостоятельной работы при традиционном обучении затруднена из-за недостаточной разработки дифференцированных учебных заданий для студентов, из-за невозможности произвести самодиагностику своих знаний и умений и самоконтроль успешности освоения учебного курса в процессе самостоятельной работы, а также по причине отсутствия достаточного количества учебно-методической литературы в библиотеках вузов.
Практика преподавания математических дисциплин показывает, что именно по тем разделам курса, которые вынесены на самостоятельное изучение, бывает много неудовлетворительных ответов во время экзаменационных сессий. Значительная часть студентов выполняет задания не в срок, с большим опозданием, качество работы при этом нередко лишь удовлетворительное.
В настоящее время наблюдается активный процесс внедрения современных информационных технологий во многие сферы человеческой деятельности, что приводит к изменению характера труда специалистов различного профиля. Изменения в структуре профессиональной деятельности преподавателей математики соответственно влекут за собой определенные новые требования к системе математического образования
6 и, в первую очередь, к организации самостоятельной работы студентов с помощью компьютерных средств. Это можно объяснить постоянным совершенствованием персональных компьютеров (ПК) и основанных на них информационных технологий, располагающих большим спектром возможностей. Революционные преобразования в элементной базе компьютеров привели не только к повышению надежности, точности и быстродействию их работы, но и к расширению их функций от собственно вычислительных к все более сложным логическим. Теперь ПК под силу произвести перестановку и перегруппировку членов, сделать подстановку в выражение и затем преобразовать его, выполнить операцию интегрирования и дифференцирования символьного выражения; решить дифференциальное уравнение.
Продолжает интенсивно меняться сама идеология построения и программирования все более сложных, многофункциональных компьютерных систем путем их объединения в разветвленные информационные сети. Совсем недавно основной причиной недостаточного использования сетевых технологий в региональных вузах России являлась недоступность в полном объеме средств телекоммуникаций. Но на сегодняшний момент этот барьер почти преодолен и техническая база их использования для сферы образования стремительно развивается.
В практике обучения математике студентов вузов реально используется лишь небольшая доля возможностей компьютерных сетевых технологий. Подготовка специалистов-математиков ориентируется лишь на сложившиеся стереотипы, хотя применение компьютерных технологий в практике преподавания представляется весьма перспективным.
Проблема использования информационных технологий в вузе получает развитие в психолого-педагогических и методических работах И.Н. Антипова, Н.В. Апатовой, А. Борк, Ю.С. Барановского,
Я.А. Ваграменко, А.П. Ершова, В.А. Извозчикова, А.А. Кузнецова, Е.Д. Кузнецова, В.В. Лаптева, В.Л. Матросова, Е.И. Машбица, В.М. Монахова, Н.И. Пака, Е.С. Полат, И.В. Роберт и др.
Диссертационные исследования А.В. Горшковой, А.В. Кузнецова, В.В. Митяева, С.А. Самсоновой, СВ. Щербатых посвящены методике преподавания математики с помощью обучающих программных средств во время аудиторных занятий. Однако нами не обнаружено методических исследований об использовании сетевых технологий для организации во внеаудиторное время самостоятельной работы студентов, изучающих математические дисциплины.
Итак, все вышесказанное позволяет говорить о противоречии между традиционной системой организации самостоятельной работы и потребностью вуза в новых компьютерных сетевых технологиях при обучении математическим дисциплинам, позволяющих готовить высококвалифицированных специалистов, обладающих информационной компетентностью.
Таким образом, актуальность выбранной темы обусловлена объективной потребностью в новых, научно-обоснованных методах организации самостоятельной работы студентов с использованием компьютерных сетевых технологий при изучении математических дисциплин и отсутствием четко разработанной системы их реализации в вузах.
Проблема исследования состоит в том, каким образом, с помощью каких средств необходимо организовывать самостоятельную работу студентов, изучающих математические курсы, чтобы обеспечить ей наибольшую эффективность и при этом систематически решать задачу формирования информационной культуры будущих специалистов.
Целью диссертационной работы является научное обоснование, разработка и внедрение в учебный процесс вуза методики организации
самостоятельной работы по математическим дисциплинам с применением сетевых компьютерных технологий.
Объект исследования: процесс обучения математике в вузе.
Предмет исследования: организация самостоятельной работы при обучении математике с использованием компьютерных сетевых технологий.
Гипотеза: самостоятельная работа студентов, изучающих математические дисциплины, и формирование их информационной компетентности окажутся эффективными, если будут разработаны и внедрены:
учебно-методическое обеспечение сетевого курса математики;
методика работы с сетевым учебно-методическим комплексом. Для достижения поставленной цели и проверки сформулированной
гипотезы потребовалось решение следующих задач:
проанализировать состояние информатизации математического образования в вузах и выявить педагогические возможности использования компьютерных сетевых технологий как средства оптимизации управления самостоятельной учебной деятельностью студентов;
выделить среди компьютерных средств такие, которые могут эффективно использоваться в самостоятельной работе студентов при изучении математических курсов;
изложить научно-методические основы применения сетевых компьютерных технологий для самостоятельной работы студентов при обучении математике;
обосновать возможность и целесообразность применения сетевых учебно-методических комплексов для самостоятельной работы студентов при обучении математике;
- построить методическую модель организации самостоятельной
работы студентов-математиков с применением сетевых компьютерных
технологий;
-разработать учебно-методический комплекс для организации самостоятельной работы студентов-математиков с использованием сетевых компьютерных технологий на базе построенной методической модели;
- выработать методические рекомендации для преподавателей по
применению разработанной методики и экспериментально проверить ее
эффективность.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
- теоретические (анализ психолого-педагогической, методической и
специальной литературы; анализ программ, учебников, учебных пособий
по математике и информатике для вузов);
-эмпирические (наблюдение, беседы с преподавателями математических дисциплин, анкетирование преподавателей и студентов);
-экспериментальные (констатирующий, поисковый и обучающий эксперименты);
-статистические (обработка и анализ результатов проведенного педагогического эксперимента).
Педагогический эксперимент в рамках данного исследования проводился поэтапно в течение 1999-2006 годов.
На первом этапе рассмотрено состояние проблемы в теории и практике обучения математике в вузе; проанализирована психолого-педагогическая, учебная и методическая литература; обоснована концепция исследования; проведено анкетирование выпускников Орловского государственного университета с целью уточнения темы исследования.
На втором этапе определены теоретические положения, составляющие основу самостоятельного изучения математического материала с применением сетевых компьютерных технологий; построена методическая модель организации самостоятельной работы студентов с применением сетевых компьютерных технологий; разработан учебно-методический комплекс; проведен пробный эксперимент; заложена экспертная проверка выдвинутой гипотезы.
На третьем этапе осуществлено внедрение полученных результатов в практику организации самостоятельного изучения математики в вузе; внесены коррективы в соответствии с полученными результатами практического эксперимента; выявлена результативность и эффективность предложенной методики.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и научных выводов, сформулированных в данной диссертационной работе, обеспечивается: опорой на теоретические труды в области психологии, педагогики, теории и методики обучения математике; анализом различных воззрений на проблему организации самостоятельной работы при изучении математики в вузе; опорой на возможности современных компьютерных сетевых продуктов; совокупностью разнообразных методов исследования, адекватных целям исследования; а также проведенным экспериментом, на качественном уровне подтверждающим справедливость основных положений диссертационного исследования.
Апробация и внедрение основных теоретических и методических положений диссертации нашли отражение в статьях, научных трудах преподавателей ОГУ, РГПУ им. А.И.Герцена (2005), ОрелГТУ (2000), в трудах Всероссийских научно-практических конференций (Орел, 1999; Орел, 2001; Орел, 2002; Орел, 2003; Орел, 2004).
Внедрение осуществлялось при самостоятельном изучении студентами отдельных разделов курса "Линейная алгебра" с помощью сетевого учебно-методического комплекса на физмате ОГУ.
Результаты исследования были получены также во время апробации проекта "Программно-методическое обеспечение построения лабораторно-практических практикумов для дисциплин естественнонаучного цикла в образовательных технологиях дистанционного обучения", проводимой в течение 2005 года в Орловском техническом университете.
В экспериментальной работе участвовал 141 студент и 5 преподавателей. Основные положения и результаты эксперимента докладывались на кафедре геометрии и методики преподавания математики Орловского государственного университета.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней:
Дано теоретическое обоснование возможности применения сетевых компьютерных технологий при изучении математического материала в условиях самостоятельной работы в вузе. Разработана типология обучающих программ по математике для внеаудиторной работы.
Создана методическая модель реализации самостоятельной работы студентов, изучающих математические дисциплины, на базе сетевых компьютерных технологий.
Разработан учебно-методический комплекс для организации самостоятельной работы студентов с помощью сетевых компьютерных технологий при изучении математических дисциплин в вузе.
Предложено решение сопутствующей проблемы формирования информационной культуры студентов посредством систематического использования компьютерных сетевых технологий.
Теоретическая значимость: выявлены процессуально-содержательный и контрольно-оценочный аспекты самостоятельной работы студентов в процессе изучения математических курсов в условиях использования компьютерных сетевых технологий; сформулированы основные дидактические требования к сетевым обучающим программам.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что
создано учебно-методическое обеспечение организации самостоятельной работы студентов-математиков с применением сетевых технологий, состоящее из программы, электронного учебника, базы тренировочных заданий, контрольных тестов, которые могут быть непосредственно использованы в практической деятельности преподавателей при обучении математике в вузе;
разработаны методические рекомендации к применению сетевого учебно-методического комплекса для самостоятельного изучения студентами конкретных разделов курса "Линейная алгебра";
разработана инструментальная программа для поддержки сетевых обучающих курсов.
На защиту выносятся:
Методическая модель к созданию сетевых учебно-методических комплексов для организации самостоятельной работы студентов-математиков.
Учебно-методический комплекс реализации компьютерных сетевых технологий в условиях самостоятельного изучения студентами курса "Линейная алгебра", состоящий из программы самостоятельной работы по этому курсу, электронного учебника; набора тренировочных задач; блока тестов для промежуточного и итогового контроля.
На защиту выносится также следующее положение: использование компьютерных сетевых технологий расширяет возможности организации самостоятельной деятельности студентов при изучении математических
дисциплин в вузе и способствует повышению эффективности процесса обучения.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и 6 приложений.
class1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ВУЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ
ОБУЧЕНИИ МАТЕМАТИКЕ class1
Самостоятельная работа студентов-математиков как существенный компонент системы подготовки специалиста
Важнейшими направлениями работы высшей школы являются профессионализация, компьютеризация, гуманитаризация, индивидуализация обучения. Российская высшая школа взяла также курс на увеличение доли самостоятельного труда студентов в учебном процессе, являющегося одним из системообразующих компонентов учебно-познавательной деятельности. Огромный дидактический потенциал самостоятельной работы студентов может и должен быть реализован в системе непрерывного образования специалиста в течение всей его жизни. Известный российский ученый А.В.Петровский по поводу самостоятельной работы студентов в вузе сказал: "Самостоятельная работа, прежде всего, завершает задачи всех других видов учебной работы. Никакие знания, не ставшие объектом собственной деятельности, не могут считаться подлинным достоянием человека" [135].
В последние годы наблюдается введение новых дисциплин в государственные стандарты ВПО, что требует усвоения студентами методики самостоятельного поиска необходимых знаний, их обработки, умения вывода новых положений и использования их на практике. Решение этой проблемы возможно за счет активного внедрения в процесс обучения новых информационных и коммуникационных технологий, способных существенно модернизировать самостоятельную работу студентов.
Нас, прежде всего, интересует проблема самостоятельных работ в вузе студентов математических специальностей (прикладная математика, преподаватель математики, учитель математики и информатики и т. д.) Для простоты изложения мы будем называть их коротко "студент-математик".
Для решения задач нашего исследования попытаемся сначала раскрыть сущность проблемы самостоятельной работы. Обратимся к истории педагогики. Важность специального руководства самостоятельной работой учеников подчеркивал еще Сократ, уделяя большое внимание умению педагога путем постановки вопросов руководить логическими построениями ученика, чтобы тот сам пришел к неизвестным ему до этого выводам.
В дальнейшем эти идеи получили углубление в работах известного педагога Я.А. Коменского, в своем труде "Великая дидактика" он отмечал исключительную роль самостоятельной работы. Учащихся "следует учить главнейшим образом тому, чтоб они черпали знания не из книг, а наблюдали сами, ... чтоб сами исследовали и познавали предметы, а не помнили только чужие наблюдения и объяснения" [80].
И.Г. Песталоцци и А. Дистервег тоже считали, что самостоятельная работа ученика в процессе обучения является одним из важнейших средств развития его умственных способностей [144, 49].
Немало высказываний о необходимости самостоятельной познавательной деятельности учащихся содержится в трудах Н.Г.Чернышевского [201]. Вслед за ним, К.Д.Ушинский считал самостоятельную работу "единственно прочным основанием всякого плодовитого учения", полагая, что ученикам следует преподавать "не только те или другие познания, но и способность самостоятельно без учителя приобретать новые знания. Обладая такою умственною силою, извлекающей отовсюду полезную пишу, человек учится всю жизнь, что, конечно, и составляет одну из важнейших задач школьного обучения" [196].
Интерес дидактов, психологов и методистов к проблеме самостоятельной работы не ослабевает и сегодня, и это неслучайно, поскольку ее решение может служить основой для формирования творческой личности, готовой пополнять свои профессиональные знания на протяжении всей жизни.
Теоретическое обоснование эта проблема получила в работах Л.С. Выготского, М.А. Данилова, М.А. Леонтьева, М.И. Махмутова, П.И. Пидкасистого, М.Н. Скаткина, А.И. Умана и др. [29, 44, 111, 145, 146, 181,25].
Методические особенности содержания сетевого курса по дисциплине "Линейная алгебра" и аспекты методической деятельности преподавателя
Программные средства учебного назначения по принципам использования можно условно разделить на обучающие системы, наполненные знаниями о конкретной предметной области, и инструментальные системы, предназначенные для наполнения их знаниями о произвольной предметной области с целью создания обучающей системы [186].
Наиболее перспективными, с точки зрения соотношения конечного результата и трудозатрат на создание и поддержку, являются инструментальные системы, которые также принято называть обучающими системами [20, 93, 211]. К основным достоинствам таких систем относятся:
-обучение навыкам самостоятельной работы [30];
-возможность использования преимуществ индивидуального обучения [209];
-интенсификация обучения [12, 192];
-разгрузка преподавателя от ряда рутинных повторяющихся действий (чтение лекций, проверка контрольных работ и др.) [159];
-возможность использования как в рамках дистанционного, так и в рамках очного обучения [3, 22]; -при переходе от обучающих систем, используемых локально, к сетевым обучающим системам качественно изменяются их функциональные возможности.
Нами создана обучающая система "Н-скрипт". Она относится к классу инструментальных и, соответственно, базируется на основных принципах построения инструментальных обучающих систем [47]:
1. Распределенность: функционирование на основе компьютерных
сетей.
2. Полнофункциональность: предоставление возможности использования практически любых известных к настоящему времени технологий и методов компьютерного обучения.
3. Универсальность: пригодность базового программного обеспечения инструментальных обучающих систем для создания произвольных курсов и изучения любых дисциплин (естественнонаучных, технических, гуманитарных).
4. Открытость: предоставление возможности использования готового программного и информационного обеспечения.
5. Стандартизация: использование стандартных сетевых и программных решений и построение системы на основе универсальной интегрированной базы данных, что позволит легко и практически неограниченно наращивать, переносить и масштабировать ее.
Параллельно с нашей обучающей системой возможна эксплуатация таких распространенных Интернет-технологий, которые используются для информационного обеспечения образовательных услуг. Среди них можно выделить: [92]
- системы электронной почты (E-mail);
- средства организации файловых архивов и доступа к ним (FTP);
- сетевая файловая система (NFS);
- push-технология принудительной доставки информации; - глобальная распределенная гипертекстовая информационная система (WWW).
В нашей обучающей системе методика и содержание обучающих воздействий предоставляется педагогу, а их реализация и оценка результатов обучения производится средствами обучающей системы. Связующим звеном между системой и преподавателем является подготовленная им специальная информация - учебно-методические материалы и сценарий смены последовательности обучающих воздействий (например, предъявление учебного материала или контрольного задания) по линейной или ветвящейся структуре. Эта информация, заложенная в обучающую систему, обеспечивающую реализацию сценария, образует вместе с ней сетевой учебно-методический комплекс или сетевой обучающий курс.
Целесообразность применения сетевых курсов для организации самостоятельной работы студентов при изучении математики была нами рассмотрена в первой главе, об их эффективности можно будет судить после проведения педагогического эксперимента.
Методические рекомендации к организации самостоятельного изучения отдельных вопросов курса "Линейная алгебра" с использованием сетевой обучающей программы
Предметно-ориентированные обучающие программы, реализующие идеи программированного обучения. Данные программы основаны на шаговой учебной процедуре, каждый шаг которой состоит из трех звеньев: информация, операция с обратной связью, контроль. Программы подразделяются на две группы: -завершенные, исключающие всякий доступ к внесению изменений; -программы с возможностью частичного вмешательства со стороны преподавателя с целью управления учебным материалом. Это, как правило, возможность отбора заданий и изменение последовательности изучения материала. Часто такие программы используются для тренинга студентов. Недостаток этих программ в том, что их трудно обновить и трудно приспособить к нуждам конкретного вуза. 3. Программы-тренажеры, предназначенные для закрепления пользователями определенных навыков. При этом предполагается, что пользователь уже имеет начальные знания и умения по соответствующему разделу. Этот вид программ широко используется во всех науках. Основная дидактическая особенность работы студентов с такой программой заключается в том, что у студентов развиваются навыки исследовательской работы. Чаще всего такие программы предметно ориентированы, но встречаются универсальные для широкого применения. К таким можно отнести программы, моделирующие явление, которое можно описать системой уравнений. 4. Предметно-ориентированные программные среды, в которых отражается некоторая научно-предметная область, реализуется технология оперирования ее понятиями и обеспечиваются условия для решения присущих этой области предметных задач.
Прежде всего, она предназначена для исследовательской работы, но интеллектуальная мощь подобных программных средств обусловливает их универсальность, поэтому, не являясь в чистом виде программным средством учебного назначения, компьютерная предметная среда вполне может быть использована в таком качестве. 5. Интегрированные символьные системы, позволяющие решать численно и аналитически большое количество математических задач любого уровня сложности. Программы, рассмотренные в пунктах 4 и 5, создаются для поддержки практической работы математиков и могут решать широкий спектр математических задач. В высшей школе они применяются как калькуляторы, обладающие широкими математическими возможностями. Их можно использовать как вспомогательное средство при традиционной методике или совместно с другим дидактическим программным обеспечением. 6. Инструментальные средства разработки предметно ориентированных дидактических программ. Достоинством этого класса программ является то, что они открыты для наполнения учебным материалом. Для того чтобы разработать учебный курс с их применением от преподавателя не требуется знания программирования и инструментов разработки программного обеспечения. Поэтому подготовка учебного материала доступна преподавателям с любым уровнем подготовки в области информационных технологий. 7. Контролирующие программы, предназначенные для проверки знаний обучаемых. Для того чтобы приступить к разработке авторских концепций применения конкретного типа обучающей программы для организации самостоятельной работы по изучению математических дисциплин, целесообразно выявить технико-дидактические свойства наиболее распространенных обучающих математических программ. Под технико-дидактическими свойствами понимаются такие существенные характеристики программ, которые могут оказать влияние на цели, дидактические возможности и варианты их применения в процессе обучения [173 С.58].
