Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЫСЛИТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ У УЧАЩИХСЯ
1.1. Технология объектно-ориентированного подхода и ее использование для компьютерных систем обработки данных 10
1.2. Психолого-педагогический анализ проблемы развития мыслительных действий учащихся 23
1.3. Использование технологии объектно-ориентированного подхода в методике обучения информатике 45
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЫСЛИТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ УЧАЩИХСЯ
2.1. Методические условия использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся 56
2.2. Методика использования технологии объектно-ориентированного подхода в базовом курсе информатики . 67
2.3. Организация и результаты педагогического эксперимента 91
Заключение 111
Список литературы. 119
- Технология объектно-ориентированного подхода и ее использование для компьютерных систем обработки данных
- Психолого-педагогический анализ проблемы развития мыслительных действий учащихся
- Методические условия использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся
Введение к работе
Войти в XXI век образованным человеком можно, только владея информационными технологиями. Современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Успешность развития процессов информатизации общества неразрывно связана с развитием информатизации образования.
Различные аспекты информатизации образования и обучения рассматривались в работах С.А.Бешенкова, Я.А.Ваграменко, А.П.Ершоваг А.А.Кузнецова, Э.И.Кузнецова, А.Г.Кушниренко, М.П.Лапчика, В.М.Монахова, И.В.Роберт, З.Г.Скибицкого, Б.Ф.Шолоховича и других.
Информатика, как никакая другая область знаний, характеризуется чрезвычайно высокой степенью динамики изменений. К сожалению, до сих пор нет единой точки зрения на область знаний под названием "Информатика". Несомненно лишь, что она имеет общеобразовательное и оощекультурное значение. В настоящее время происходит переосмысление роли информатики как учебного предмета в формировании современного научного мировоззрения учащихся.
Учеными ведутся исследовательские работы, связанные с обновлением концепции развития курса информатики* В.С.Леднев, А.А.Кузнецов, С.А.Вешенков считают, что информатика ягзляется системообразующим элементом в системе предметов, поэтому базовый курс должен обеспечивать освоение основных положений информатики, овладение научными основами, методами и средствами информационных технологий.
4 Одновременно с развитием компьютерной техники происходит
совершенствование информационных технологий. Одной из современных технологий проектирования и создания компьютерных систем обработки данных является технология объектно-ориентированного подхода. Проблемам разработки и использования этой технологии в программировании посвящены работы Г.Буча, С.Шлеера, С.Меллора, Ш.-К.Чена, М.Д.Боровицкого, С.В.Смирнова и других. По мнению А.Тихонова, Э.Шапиро и др. языки логического программирования позволяют использовать технологию объектно-ориентированного подхода. В ряде исследований отражены вопросы методики использования отдельных положений технологии объектно-ориентированного подхода {А.С.Лесневский, А.В.Горячев, Е.Г.Андросова и др.).
Вместе с тем, проблема научно-обоснованной разработки учебно-методического обеспечения, нацеленного на использование технологии объектно-ориентированного подхода, окончательно не решена.
В проекте государственного стандарта образовательной области "Информатика" отмечается, что развитие мышления школьников является одной из перечисленных функций образовательной области наряду с формированием основ научного мировоззрения и подготовкой учащихся к практической деятельности.
На основе исследований Л.С.Выготского, П.Я.Гальперина/ В.В.Давыдова, Л.В.Занкова, З.И.Калмыковой, Н.Ф.Талызиной, Д.Е.Эльконина и др. разрабатываются различные аспекты влияния информационных технологий на развитие мышления, интеллекта, познавательной активности учащихся.
В работах В.А.Каймпна, С.Г.Григорьева, С.А.Беженкава и др. рассматриваются вопросы развития логического мышления учащихся в
5 курсе логического программирования. Анализ литературы показал
недостаточный уровень разработки вопросов развития мыслительных действий учащихся на основе использования технологии объектно-ориентированного подхода в базовом курсе информатики.
Все еышесказанное/ позволяет говорить о том, что данное исследование является актуальным.
Объект исследования - процесс обучения информатике в общеобразовательной средней школе.
Предмет исследования - методические основы использования технологии объектно-ориентированного подхода как средства развития мыслительных действий учащихся при обучении информатике.
Цель исследования состоит в разработке методики использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся при обучении базовому курсу информатики.
Проблема исследования обусловлена недостаточными теоретическим и методическим уровнями применения технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся в базовом курсе информатики общеобразовательной средней школы.
В исследовании мы исходили из гмпотезы/ что включение в содержание обучения базовому курсу информатики общеобразовательной школы технологии объектно-ориентированного подхода:
доступно для изучения учащимися;
более полно отражает в содержании базового курса информатики направления развития информационных технологий;
повышает как теоретическую, так и прикладную направленность базового курса информатики;
позволяет повысить качество усвоения знаний по информатике;
- является эффективным средством развития мыслительных действий учащихся;
дает возможность учащимся осуществлять перенос мыслительных действий и понятий технологии объектно-ориентированного подхода на другие учебные дисциплины.
В соответствии с целью, проблемой и выдвинутой гипотезой потребовалось решить следующие Задачи:
На основе анализа технической, психолого-педагогической, методической литературы определить понятийный аппарат исследования.
Выявить методические основы обучения технологии объектно-ориентированного подхода в базовом курсе информатики.
Разработать методику использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мышления учащихся в процессе обучения базовому курсу информатики.
Экспериментально проверить эффективность предложенной методики.
Научная новизна исследования состоит в том, что в нем выявлена целесообразность введения в базовый курс информатики общеобразовательной школы технологии объектно-ориентированного подхода как средства усиления общеобразовательного ядра данного курса. Теоретически обоснована методика использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных д ейст-в ий учащих с я.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработана и внедрена в учебный процесс методика использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся. Для поддержки курса создан комплекс программ учебного назначения {учебная среда "Исполнитель
7 Гиппо", редактор объектов для учебной среды, исполнительная
система тестового контроля) для операционных систем MS DOS,
Windows'95, дидактические материалы по темам курса, а также
методические рекомендации для учителей. Материалы исследования
могут быть использованы в работе педагогических вузов и ИПКРО по
совершенствованию методической подготовки студентов, учителей
информатики общеобразовательных школ.
Для решения задач исследования использовались следующие
методы: теоретический анализ психолого-педагогической, технической
литературы, программно-методической и другой учебной
документации; изучение и обобщение передового педагогического
опыта; анкетирование; педагогический эксперимент; качественный и
количественный анализ полученных результатов.
Методологической основой исследования явились современные идеи
о роли и месте информации и информационных технологий в развитии
современного общества; психолого-педагогические идеи и концепции
информатизации образования и обучения; положения технологии
объектно-ориентированного подхода; труды исследователей, в которых
анализируются вопросы развития мышления; положения теории учебной
деятельности В.В.Давыдова и Д.Б.Эльконина.
Процесс исследования включал в себя три этапа.
На первом этапе (1992-1993 гг,) изучалась методическая,
психолого-педагогическая, техническая литература, рассматривалось
содержание учебного материала- Это дало возможность выделить и
обосновать проблему исследования, определить цели и задачи,
сформулировать рабочую гипотезу. Был проведен эксперимент по
определению начального уровня развития мыслютельных действий
учащихся.
8 На втором этапе (1993-1996 гг.) проводился педагогический
эксперимент с целью определения влияния использования технологии
объектно-ориентированного подхода на эффективность обучения, на
степень развития мыслительных действий, разработка компьютерных
программ методической поддержки разрабатываемой системы и анализ
результатов с целью уточнения и корректировки теоретических
положений.
Третий этап (1996-1998 гг.) был посвящен проверке эффективности предлагаемой методики. Итогом этого этапа работы стал анализ и обобщение результатов, полученных в ходе эксперимента, оформление диссертации»
Достоверность и обоснованность научных результатов исследования. Теоретические положения и выводы, сделанные в ходе исследования, подтверждены статистически достоверными результатами опытно-экспериментальной работы, наличием значительного количества испытуемых в учебном процессе, продолжительностью исследования, в процессе которого разработанная методика использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий была эффективно внедрена в практику.
На защиту выносятся;
Теоретическое обоснование методики использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся.
Методика использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся.
Апробация результатов исследования. Теоретические положения, материалы ті результаты исследования докладывались и обсуждались на IT научно-практической межвузовской конференции "Новые ценности в образовании, культуре и политике" (Биробиджан, 1944г.), I тТ
9 научно-практической межвузовской конференции "Педагогический
процесс в условиях перехода к новому состоянию общества" (Биробиджан, 1995г.), I, II Сибирских методических чтениях "Современные проблемы методики дреподавания математики и информатики" (Омск, 1995, 1997гг.), международной научно-практической конференции "Процессуальный и содержательный аспекты образования на рубеже XXI века" (Биробиджан, 1996г.), региональной научно-практической конференции "Личностно-ориентированный подход в развивающем и коррекционном образовании" (Биробиджан, 1998г.), IV Международном симпозиуме "Человеческое измерение в региональном развитии" (Биробиджан, 1998г.), на курсах усовершенствования учителей информатики 1993-1996гг., на научно-методическом семинаре кафедры информатики и дискретной математики МПГУ (1997г.), на заседаниях кафедр педагогики и информатики БГПИ (1997г.), на заседаниях кафедры информатики ОмГПУ (1994, 1997, 1998гг.).
Внедрение. С 1993-1998 года в рамках разработанной системы проводились занятия в школе-лицее №3 г.Биробиджана, школах с.Валдгейм и с.Найфельд Биробиджанского района. В 1995 году опубликован "Практикум по логическому программированию" (в соавторстве) используемый в преподавании курса логического программирования в ОмГПУ и БГПИ. В октябре 1997 г. автором проводились занятия в рамках спецкурса для студентов факультета гтнфорьіа тг-іки ОмГПУ.
Структура диссертации. Диссертация состоят; из введения, двух глав, заключения и списка литературы.
Технология объектно-ориентированного подхода и ее использование для компьютерных систем обработки данных
Потребность в сложных программных системах растет с ошеломляющей быстротой. По мере увеличения производительности и расширения областей применения компьютеров возникает необходимость использования таких технологий, которые позволяют пользователям, не вникая в особенности программирования, сосредоточиться на решении творческих задач при создании сложных систем.
Одной из наиболее распространенных технологий является технология объектно-ориентированного подхода. Аккумулируя достижения в области разработки программных систем, технология объектно-ориентированного подхода включает в себя объектно-ориентированный анализ, объектно-ориентированное проектирование, объектно-ориентированное программирование. Проследим эволюцию этой технологии.
Объектный подход был известен еще древнегреческим философам, они рассматривали мир в терминах как объектов, так ж событий. В XVII в. Р.Декарт отмечал, что люди обычно имеют объектно-ориентированный взгляд на мир. В XX в. эта тема нашла свое отражение в философии объектмвистскогЧ эпистемологии А.Рэнд. М.Мински предложил модель человеческого мышления, в которой разум человека рассматривается как общность мыслящих агентов. Он доказывал, что только совместное действие таких агентов приводит к осмысленному поведению человека (3 6).
Растущая сложность программных систем требовала разработки методов проектирования, помогающих справиться с ней. В 60-70 годы наибольшее распространение получило структурное проектирование по методу сверху вниз. Структурное проектирование использует подход алгоритмической декомпозиции для разбиения большой задачи на более мелкие, где алгоритмическая декомпозиция понимается как разделение алгоритмов, причем каждый модуль выполняет один из этапов общего процесса.
Однако при объеме программы в 100 000 строк структурный подход не работал, поэтому развитие получил метод потоков. В этом методе программная система рассматривается как преобразователь входных потоков в выходные. Метод потоков, как и структурный, метод, применялся при решении сложных задач, в частности, в системах информационного обеспечения, где существуют прямые связи между входными и выходными потоками системы и где не требуется уделять особого внимания быстродействию.
Развитие теории баз данных, исследования в области искусственного интеллекта, достижения философии и теории познания, развитие архитектуры ЭВМ, развитие методологии программирования (принципы модульности, скрытие данных) и языков программирования Симула, Смолток, Ада привело к широкому применению объектно-ориентированного подхода для проектирования сложных программных систем.
Г.Буч (36) определяет объектно-ориентированное проектирование как методологию проектирования, соединяющую в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической, физической, а также статической и динамической моделей системы.
Объектно-ориентированный подход к проектированию программных продуктов основан на:
- идентификации классов и объектов данного уровня абстракции;
- идентификации семантики классов и объектов;
- идентификации связей между классами и объектами;
- реализации классов и объектов. Объектно-ориентированный подход при разработке алгоритмов и программ предполагает объектно-ориентированный анализ предметной области и объектно-ориентированное проектирование (82) ,
Объектно-ориентированный анализ определяется (82) как анализ предметной области и выделение объектов, определение свойств и методов обработки объектов, установление их взаимосвязей.
Выделяются следующие этапы объектно-ориентированного анализа (4}:
- постановка задачи (определяются и уточняются требования к поведению системы);
- выделение предметной области, классификация объектов и их свойств (работа над доменом, выделение ключевых и дополнительных абстракций, их классификация};
- определение механизма взаимодействия объектов между собой;
- определение аргументов и результатов (выделение свойств объектов);
- построение алгоритма {определение механизмов взаимодействия Через методы объектовг построение диаграмм потоков данных и диаграмм процессов).
Психолого-педагогический анализ проблемы развития мыслительных действий учащихся
Одно из важнейших требований к современному образованию - не только и не столько обеспечить учащихся системой знаний, сколько вооружить их продуктивными способами, умениями приобретать, применять на практике, преобразовывать и вырабатывать самостоятельно новые знания в любой сфере своей будущей профессиональной деятельности. Поэтому важно развить у обучаемых мыслительные действия, обеспечивающие обогащение и перенос ранее усвоенных знаний в новые, нестандартные ситуации познавательной и производственной деятельности. В современной науке проблема умственного развития выделяется как одна из важнейших. Ж.Пиаже рассматривает развитие как непрерывную и неизменную последовательность стадий/ каждая из которых подготовлена предыдущей и в свою очередь подготавливает последующую (1513 По А.Валлону этапы психической эволюции ребенка представляет собой скорее прерывистую последовательность реорганизаций, включающих подавление или добавление каких-то функций в определенные моменты (37) . По словам З.И.Калмыковой, умственное развитие - "сложная динамическая схема количественных и качественных изменений, которые происходят в интеллектуальной деятельности человека в связи с его возрастом и обогащением жизненного опыта в соответствии с общественно-историческими условиями, в которых он живет, и с индивидуальными особенностями его психики" (89, с.5). Так, П.П.Блонский считал, что оно связано с общим развитием ребенка: действие переходит в мысль, мысль рождает действие - такова диалектика динамических переходов и взаимосвязей воли мышления (19). Л.С.Выготский выдвинул гипотезу о происхождении внутренних умственных процессов из внешней деятельности (46). С.Л.Рубинштейн раскрывал процесс мышления как сложную акалитико-сиытетическую деятельность, включающую в себя анализ проблемной ситуации, воспроизведение знаний, необходимых для решения задачи, перенос усвоенных способов действий (165). А.Н.Леонтьев под развитием психики понимал развитие как внешней, так и внутренней деятельности. Признаком перехода от одной стадии развития к другой, по мнению этого автора, является изменение ведущего типа деятельности, от совершенствования которого зависят главнейшие изменения в психических процессах и особенностях личности ребенка на данной стадии развития (123). П.Я.Гальперин выдвинул гипотезу поэтапного формирования умственных действий, при которой переход от внешнего действия к внутренним включает в себя строго определенные этапы (50). В трудах Л.С.Выготского, А.К.Леонтьева, С. .".Рубинштейна, П.Я.Гальперина и др. [46, 50, 51, 53, 123, 124, 12ЬГ 165, 166) разработаны методологические подходы к реигея:ш проблемы умственного развития. Эти а.вторы исходят из .признания того факта, что умственное развитие человека происходит в результате его деятельности, направленной на овладение общественно-политическим опытом человечества - знаниями, умениями, навыками, способами и нормами поведения. Определяя процесс усвоения знаний школьниками, С.Л.Рубинштейн отмечает, что это тот же процесс познания в специальных, его облегчающих условиях, созданных дидактикой, методикой, педагогом (165, с.54). В.В.Давыдов считает усвоение знаний целью и задачей учебной деятельности (64) . В дидактике усвоение определяется как процесс превращения накопленного социального опыта в достояние личности (72). Усвоение начинается с момента рождения и разнообразными путями осуществляется в течение всей жизни человека, являясь основой развития его психики и поведения. Каждый вид деятельности имеет в разные эпохи различное общественно заданное содержание. Усвоение этого содержания и последующее его субъективное воспроизведение и приводит к соответствующему уровню психического развития.
Методические условия использования технологии объектно-ориентированного подхода для развития мыслительных действий учащихся
Рассмотрим возможность внедрения технологии объектно-ориентированного подхода в базовый курс обучения информатики.
Решение поставленных в исследовании задач потребовало выделения инвариантов основных мыслительных действий при использовании технологии объектно-ориентированного подхода.
Для мыслительных действий анализа-синтеза такими инвариантами являются;
1. Введение понятия объекта и его определение на понятийном уровне.
2. Выделение возможных объектов из предметной, области (фабулы задачи}.
3. Выделение признаков, характеризирующих объект в целом.
4. Введение понятия свойств (атрибутов) и поведения объекта.
5. Раскрытие строения и функций объектов.
6. Составление плана анализа.
7. Перенос плана анализа на все объекты задачи.
8. Составление обобщенного плана анализа-синтеза.
9. Составление абстрактных схем, рисунков по выделенным объектам, работа с учебником по обобщенному плану анализа В логику анализа-синтеза (выделение важнейших черт, существенных и менее существенных свойств, установление СВЯЗИ между ними, вывод, отражаквдий особенности) мы вносим объектно-ориентированные черты: выделение объектов, атрибутов, установление отношений между ними.
Для мысленного действия сравнения инвариантами являются:
1. Установление сходства и различия предметов и явлений.
2. Знакомство с термином сравнение.
3. Составление таблиц сравнения объектов и действий по атрибутам.
4. Нахождение правильного основания (атрибута) для сравнения объектов.
5. Использование для сравнения объектов более обобщенных знаний (множество, класс).
6. Составление обобщенного плана сравнения»
7. Действие по плану сравнения.
8. Заполнение таблиц сравнения объектов.
Проведение сравнения базируется па понятии "объекта" и несет в себе этапы объектно-ориентированного проектирования.
Для мыслительного действия обобщения инвариантами являются:
1. Рассмотрение объекта не как сугубо изолированное, а как представлявшее определенный класс.
2. Обнаружение взаимосвязи общего и единичного, раскрытие атрибутов объектов.
3. Составление и заполнение таблиц, указывающих сходства и различия.
4. Составление плана обобщения объектов.
5. Выполнение заданий по составлению общих характеристик с привязкой к плану. с. Объединение выделяемых объектов во множества (классы , Использование обобщения выполняет подготовительную работу для операции классификации, так как результат обобщения объектов приводит к появлению классов в объектно-ориентированном смысле.
Для мыслительного действия классификации инвариантами являются:
1. Объединение объектов в отдельные группы на основании их общих признаков.
2. Нахождение признака, лежащего в основе классификации.
3. Составление классификационных схем.
4. Введение понятия наследования и составление диаграмм наследования.
5. Составление схем общих характеристик, доказывающих принадлежность к той или иной систематичной категории (классу).
6. Составление развернутых схем классификации, диаграмм наследования, схем видимости.
