Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ
1.1. Анализ состояния применения информационных технологий в образовании 13
1.2. Основные компоненты новых информационных технологий обучения и их значение в формировании информационной культуры педагога 33
1.3. Психолого-педагогические аспекты использования компьютерных
технологий в профессиональной подготовке будущих учителей 70
Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЬЮТЕРНОГО ОБУЧЕНИЯ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ 91
2.1. Способы моделирования логической структуры учебного материала 91
2.2. Методические подходы к совершенствованию профессиональной подготовки будущих учителей в условиях информационных и теле -коммуникационных технологий обучения 105
2.3. Педагогические возможности применения компьютерных семантических сетей в обучении (на примерах курса алгебры, геометрии, автоматики и информатики) 126
2.4. Организация педагогического эксперимента по теме исследования 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
ЛИТЕРАТУРА, 151
- Анализ состояния применения информационных технологий в образовании
- Основные компоненты новых информационных технологий обучения и их значение в формировании информационной культуры педагога
- Способы моделирования логической структуры учебного материала
Введение к работе
Научно - техническое развитие общества неминуемо влечет за собой появление и распространение новых профессий, совершенствование уже существующих и, как следствие, предъявляет новые требования к профессиональной подготовке выпускников вузов. Одним из путей решения данной проблемы является осуществление целенаправленного подхода к профессиональной подготовке и формированию личности будущих педагогов, усиление индивидуального подхода к обучению путем использования информационных технологий обучения.
Проблемы совершенствования профессионально-педагогической, научно-теоретической и практической направленности подготовки учителя исследовались в трудах Ф.С.Авдеева, И.И.Баврина, ГДГлейзера, ВАХусева, Ю.М.Колягина, Г.Л.Луканкина, Н.В.Метельского, АХ.Мордковича, Э.Д.Новожилова, Г.Й.Саранцева, А.А.Столяра, Р.С.Черкасова,
М.И.Шабунина, П.МЭрдниева и др.
Проблемам образования в условиях информатизации общества, использования новых педагогических технологий посвящены труды И.НАнтипова, В.П.Беспалько, Б.СХершунского, А.П.Ершова,
ВАИзвозчикова, В.М.Монахова, ААКузнецова, Э.И.Кузнецова, И.В. Марусевой, ИАРумянцева, Н.Ф.Талызиной, работы зарубежных авторов Р.Вильямса, М.Глена, Д.Джонассена, К.Маклина, С.Пейперта и других ученых.
С развитием областей знаний, связанных с информационными технологиями, постоянно вносятся коррективы в содержание образования, что предполагает появление новых методик обучения.
Традиционные методы обучения ориентированы на усвоение готовых знаний. При этом учебная деятельность является, в основном, репродуктивной, а главный результат такого обучения - усвоение суммы знаний.
Сегодня нужны такие методы обучения студентов, которые облегчали бы и ускоряли передачу знаний, обучали бы их приемам самостоятельной работы с учебным материалом, повышали производительность учебного труда и труда педагога.
Необходимо повысить эффективность процесса обучения за счет сокращения суммарного времени усвоения учебного материала и изменения подходов к обучению, создать предпосылки для решения проблемы "построения в мышлении детей "модели" предмета каждой науки, входящей в реестр школьных дисциплин" (В.В.Давыдов).
Исключительно важны в настоящее время вопросы преподавания дисциплин естественно - математического цикла (математики, физики, информатики, автоматики и ЭВТ) в педагогическом вузе.
Известно, что математика является объединяющей основой для изучения в вузе многих дисциплин, в том числе дисциплин общетехнического цикла. Задача курса возрастает и в связи с развитием информационных технологий обучения. Следует отметить, что сегодня базовая подготовка по информатике является основой информатизации общества и достижения нового качества образования, так как изучение предмета работает теперь на решение общеучебных задач формирования приемов и анализа умственных действий.
Возможность решения проблем, касающихся методики преподавания дисциплин естественно - математического цикла, эффективной организации учебного процесса, мы видим в информационном подходе к процессу обучения с использованием компьютерных технологий.
Несомненно, широкое использование информационных технологий обучения позволит продуктивнее организовать учение, внедрить в учебную практику современные научные методы познания.
Вопросы подготовки учителя к использованию информационных технологий в учебном процессе рассмотрены в работах А.А.Абдукадырова, Ю.С. Брановского, М.М.Буняева, М.Й.Жалдака, САЖданова,
В.Л.Шамшурина и др. Некоторые аспекты применения ЭВМ как предмета изучения раскрываются в трудах ОАБоковнева, Г.Д.Глейзера, В.Г.Разумовского и др.
Вопросам методики использования информационных и телекоммуникационных технологий при подготовке будущих учителей посвящены докторские диссертации Э.И.Кузнецова, И.В.Марусевой, И. В. Пугач.
Теоретические основы создания и использования средств информатизации образования изложены в докторской диссертации И.В.Роберт.
Различные аспекты процесса компьютеризации образования рассматриваются в монографиях Б.С.Гершунского, Е.И.Машбица, Н.Ф.Талызиной, О.К.Тихомирова, В.Г.Житомирского.
Анализ практики использования учебных компьютерных курсов свидетельствует о недостаточной эффективности их использования, хотя информационные технологии играют заметную роль в обучении. Это обусловливает актуальность проблемы совершенствования профессиональной подготовки будущих учителей в условиях компьютерного обучения.
Известно, что для построения соответствующей теории обучения, отражающей основные стороны реальной действительности и предоставляющей хорошие возможности для приспособления к вузовскому обучению, должна быть принята соответствующая модель учебной деятельности.
При создания такой модели мы предлагаем использовать информационный подход к методам обучения.
В его основе лежит не противоречащий дидактике постулат, который гласит о том, что учителя и ученика в учебном процессе связывает информация, которая представляет собой сведения или сообщения, передаваемые ими друг другу в той или иной материальной форме представления.
Общеизвестные модели в виде графов, матриц, логических уравнений, предикатов, вероятностных и детерминированных автоматов малопригодны для описания процесса обучения, в виду того, что они более ориентированы на анализ количественной информации. Задачи, рассматриваемые нами в процессе обучения, связаны с наличием субъективных факторов и обработкой семантической информации.
Остаются недостаточно исследованными вопросы выбора модели, описывающей информационные семантические системы, какой является процесс обучения. Выше названные обстоятельства определяют актуальность нашего исследования, поставившего своей целью разработку модели представления учебной информации и самого процесса обучения, обеспечивающей эффективное использование компьютерных обучающих технологий в профессиональной подготовке будущих учителей.
Объектом исследования, является процесс обучения студентов предметам естественно - математического цикла: математике, физике, информатике и основам автоматики и ЭВТ с применением персонального компьютера.
Предметом исследования является методические подходы к использованию информационных и телекоммуникационных технологий при профессиональной подготовке будущих учителей.
Гипотеза исследования состоит в том, что разработанная модель использования компьютерных технологий обучения, в частности компьютерных семантических сетей, обеспечит повышение уровня фундаментальной подготовки и логико - алгоритмической культуры специалистов сферы образования, будет способствовать формированию профессиональных знаний и навыков.
Применение предлагаемой модели процесса обучения позволит: повысить интенсивность обучения; улучшить понимание учебной информации, связывая новые понятия с существующими понятиями и представлениями; осуществлять реорганизацию знаний, тем самым повышая способность обучаемых применять знания в новых ситуациях; обеспечить индивидуальный темп обучения; - реализовать деятельностный подход и осуществлять обратную связь. В соответствии с целью и проблемой были поставлены следующие задачи:
Провести методологический анализ ситуации, складывающейся в связи с внедрением в образование информационных и телекоммуникационных технологий.
Изучить и обобщить опыт использования информационных технологий в системе подготовки будущих учителей.
Проанализировать способы моделирования учебной деятельности и оценить возможности технологий компьютерного обучения в организации взаимосвязей ее основных компонентов.
Выявить психолого - педагогические особенности применения технологий компьютерного обучения.
Разработать модель структуры и содержания компьютерного обучения (на примерах дисциплин автоматики, информатики, математики и физики) студентов педвуза.
Экспериментально проверить эффективность методики преподавания, направленной на совершенствование профессиональной подготовки будущих учителей.
Проблема, цели и задачи исследования обусловили выбор методов исследования: изучение и анализ литературы по проблемам, связанных с методами обучения и различных подходов к учебному процессу; изучение и анализ существующих моделей процесса обучения с использованием технологий компьютерного обучения и их педагогических возможностей, специфики различных форм организации учебного процесса в вузе и практического опыта в этом направлении; экспериментальная апробация авторских моделей в виде компьютерных семантических сетей и программ для организации учебных занятий по автоматике и ЭВТ, информатике, математике; - анализ и обобщение результатов экспериментальной работы. Научная новизна исследования состоит: \. Предложена модель представления учебной информации и процесса обучения в одной из технологий компьютерного обучения - в виде семантической сети.
Разработаны методические рекомендации по использованию компьютерных технологий в обучении.
Обоснована и экспериментально доказана целесообразность создания учебно - методическо
Теоретическая значимость состоит в том, что показана и обоснована целесообразность использования модели обучения в виде компьютерных семантических сетей для организации учебного процесса, в частности, занятий по дисциплинам естественно-математического цикла. Практическая значілмость исследования заключается в том, что создан учебно-методический комплекс по ряду значимых тем курса учебных дисциплин (по математике, информатике и автоматике), которые могут служить базой для разработки новых программно - методических комплексов. Разработана, апробирована и обоснована методика их использования на практических, лабораторных занятиях и в ходе самостоятельной работы студентов математического и физического факультетов. Разработанный методический подход может быть использован при конструировании любой учебной дисциплины.
Достоверность полученных результатов и обоснованность научных выводов обеспечивается использованием системного подхода, адекватностью методов исследования целям, поставленным в работе, сочетанием качественного и количественного анализа результатов, включая применение методов математической статистики, положительными оценками разработанной методики использования компьютерных технологий обучения в педвузе.
Апробация результатов исследования осуществлялась при авторском преподавании по разработанной методике в ДГПУ (1995 - 1999 г. г).
Основные положения, материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на теоретических и научно - практических конференциях: в г. Ллматы (1998 г), на УІП и IX Международных конференциях "Применение новых информационных технологий в образование " в г. Троицке Московской области (1997, 1998), на Всероссийской научно - практической конференции в г. Арзамас (1997 г), на республиканских конференциях по итогам научно - исследовательской работы преподавателей вузов в г. Махачкале (1996 г), а также на научно-методическом семинаре РАО "Передовые идеи в обучении математике в нашей стране и за рубежом" (Москва, 1998 г).
Разработанные проіраммно - методические средства апробированы в ДГПУ, в МПУ.
На защиту выносятся: модель представления учебной информации и процесса обучения с использованием компьютерных семантических сетей; методика применения разработанной модели на практических и лабораторных занятиях по автоматике, информатике, математике и физике.
Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
В первой главе "Теоретические основы применения компьютерных технологий при профессиональной подготовке будущих учителей", рассматривается опыт и современное состояние внедрения информационных и телекоммуникационных технологий в образование, обозначаются психолого - педагогические проблемы применения вычислительной техники в обучении и на их основе формулируются требования к профессиональной подготовке будущих учителей.
Обоснованы эффективные способы организации учебно познавательной деятельности студентов в условиях компьютерного обучения, сформулированы пути их реализации. Отмечено значение проблемных ситуаций как один из эффективных приемов формирования мотивов учения и стимулирования познавательной деятельности, который необходим при составлении обучающих программ. В работе уделено внимание использованию методов и средств кибернетики и их особенностям при изучении проблем компьютерного обучения. Приведен сравнительный анализ традиционной и компьютерной систем обучения. Описаны параметры качества преподавания (скорость усвоения информации, универсальность, результативность методики), способствующие повышению эффективности учения при наличии компьютера.
Во второй главе "Методические подходы к использованию информационных технологий в профессиональной подготовке будущих учителей", исходя из критерия целесообразности использования компьютерных технологий в учебном процессе и на основе анализа существующих моделей, выбрана модель процесса обучения. Определяющей в ней следует считать разработку логической структуры учебного матеоиала,
Для выбора того или иного способа моделирования логической структуры учебного материала, нами на основе анализа научной литературы и педагогической практики автора, выявлены факторы, влияющие на процесс обучения. Это психологические факторы - мотивация учения и мера самостоятельности, логические - последовательность и взаимосвязь составляющих учебный материал частей.
Дан анализ существующих моделей и способов управления учебным процессом, обоснован выбор модели в виде компьютерных семантических сетей.
В нашем исследовании процесс обучения, с использованием информационных и телекоммуникационных технологий, рассматривается как один из видов информирования, основой функционирования которого является семантический диалог.
Для решения указанных проблем нами выбрана одна из форм представления знаний - компьютерные семантические сети, отражающие специфику дисциплин естественно - математического цикла (математики, физики, информатики и автоматики).
Для организации учебного процесса по предлагаемой методике в ведении педагога имеется модель учебной информации.
Здесь также приведены результаты экспериментальной проверки эффективности предлагаемой методики использования информационных и телекоммуникационных технологий в обучении студентов педвуза.
В заключении описаны основные результаты и выводы диссертационного исследования.
Основные положения и результаты исследования отражены в восьми публикациях автора.
Анализ состояния применения информационных технологий в образовании
В истории развития человеческого познания есть страницы, отмеченные особым знаком, и к ним можно отнести те, которые содержат примеры соединения возможностей ума и техники. Издавна инструменты, приборы, машины использовались людьми для решения практических задач. Однако, новое время требует и новых машин. Человек осознал в полной мере, как чрезвычайно трудно осуществлять строительство, проводить научные изыскания, вести коммерческие и торговые дела, прибегая к помощи одного лишь ума, который должен быть крайне надежным "информационным банком". И вся история развития человеческой деятельности неразрывно связана с развитием средств отбора, накопления и передачи информации. Изобретение пишущей машинки, телефона, телеграфа, радио, диктофона, телевидения, компьютера, совоеменных средств наземной и космической связи - таковы этапы и пути становления информационной эры. Создается впечатление, что всем людям передалось убеждение Н. Винера, что, "действительно жить - это значит жить, располагая правильной информацией" /120 /.
Поэтому с информатизацией образования мы сегодня связываем реальные возможности построения открытой системы образования, позволяющей каждому человеку выбрать свою собственную траекторию обучения. Именно применение персонального компьютера сегодня позволяет коренным образом изменить технологии получения новых знаний посредством более эффективной организации познавательной деятельности обучаемых в ходе учебного процесса, организованного на основе такого важнейшего дидактического свойства компьютера, как индивидуализация процесса обучения. Совершенно новые возможности для преподавателей и учащихся открывают информационные и телекоммуникационные технологии, содержащие в своей основе глобальные телекоммуникационные сети и интеллектуальные компьютерные системы. Объединение таких систем и сетей уже сегодня составляет основу новой инфраструктуры планеты -инфосферы.
Данное обстоятельство позволяет говорить о возможности дистанционного обучения, которое предполагает организацию централизованной трансляции на учебные терминалы оптимально сконструированных учебных курсов и программ, вместо их многомиллионного тиражирования (минимальными материальными, кадровыми и техническими затратами); вовлечение в сферу компьютеризации удаленных периферийных, сельских (в том числе и малокомплектных) школ; укрепление реальных взаимосвязей между учебными заведениями и базовыми предприятиями; преодоление серьезной проблемы, связанной с быстрой сменой поколения персональных компьютеров (ПК) и компьютерных технологий, за которым вряд ли могут "угнаться" учебные заведения со сложившимся и трудно обновляемым парком ПК.
"Без опережающего развития системы образования никакие экономические и социальные реформы не будут иметь успеха" /120 /. Сегодня в системе высшего профессионального образования приоритетное внимание уделено проблеме подготовки специалистов через создание новых программных технологий.
Разработка технологий компьютерного обучения в нашей стране началась в середине 70 -х годов и достигла уровня массового внедрения к середине 80-х годов. На этом этапе информатизация образования развивалась в основном в высшей школе. Первый этап проникновения ИГ в образование характеризуется, в первую очередь, интенсивным процессом разработки небольших программ для обычных курсов. Будучи разрозненными, они не охватывали значительный учебный материал, и работа с ними не занимала у учащихся много времени. Соответственно, эти программы не оказывали большого влияния на предмет, в рамках которого применялись. В традиционных курсах появлялись лишь вкрапления компьютерного обучения. Чаще всего программы разрабатывались индивидуально, причем нередко людьми с небольшим опытом создания учебных материалов, что приводило к низкому качеству программных продуктов.
Второй этап внедрения ИТ характеризуется смещением акцентов на обучение работе с прикладными программами. Основной аргумент сторонников изучения распространенных прикладных программ в школе прост: "Поскольку мощные прикладные программы сейчас широко используются в обществе, то учащиеся наверняка столкнутся с ними после окончания школы, вузов и потому необходимо освоить эти программы сейчас " (/151/, стр. 78).
Основные компоненты новых информационных технологий обучения и их значение в формировании информационной культуры педагога
Болгарский философ и педагог И.Марев /111/ делит весь процесс развития педагогического знания на три исторически переломленных периода: первый период до Я.А.Коменского (до научного педагогического и дидактического творчества); второй - от Коменского до появления кибернетики как общей теории о процессах управления (1950 г.); третий - с появления кибернетики до настоящего времени. Это период создания количественньгх теорий в педагогике, интеграции количественных и качественных теорий, включение программированного обучения, ТСО, систем "человек - машина" на базе гибридного интеллекта, интенсификации и оптимизации педагогических систем.
Появляются новые понятия: педагогическая кибернетика, технология обучения, электронное и компьютерное обучение, школьная информатика. Если кибернетика - это наука об общих законах управления множеством взаимосвязанных объектов, каждый из которых способен воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, то кибернетическая педагогика-это наука об оптимальном управлении учебно-воспитательным процессом, педагогическими системами, технологиями обучения на основе кибернетического подхода с использованием ЭВТ (электронно вычислительной техники) /113, стр.9/.
Кибернетическая педагогика может функционировав практически только в том случае организации и функционирования информационных сетей (от локальных внутри класса и школы, района до глобальных мировых) с использованием средств ЭВТ и систем телекоммуникаций. И поэтому ныне учитель ( и организатор народного образования) должен быть не только "компьютерно осведомлен", "компьютерно грамотен". "Он должен овладеть "
компьютерной культурой" и "компьютерной идеологией" - осознать кибернетический подход к образованию и использованию ЭВТ, овладеть общей стратегией учебно - воспитательного процесса в условиях компьютерной грамотности;, выработать современный кибернетической и вероятностной направленности стиль научно - педагогического мышления, присущего педагогу периода массового внедрения компьютеров во все сферы деятельности, взаимосвязи и общения, досуга и отдыха, быта и образования мирового сообщества". (См. работы проф. В.А.Извозчикова /60, 61/ и др.).
Задачи этих новьгх областей научно - педагогического знания можно сформулировать следующим образом ( 113, стр. 10-11):
- изучение и критический анализ истории, состояния и тенденций развития технологии (методики) обучения в различных странах в ее инвариантных (метаметодиках, компьютеризация и информатизация образования и т.п.) и специфических для данной страны компонентах;
- формирование инвариантных для различных стран или интегрированных знаний об актуальных проблемах технологии (методики, педагогики);
- перенос положительного опыта систем образования и методов обучения, его технологий инновационного характера в практику отечественной школы.
Способы моделирования логической структуры учебного материала
Для педагогов является бесспорной необходимость активной -познавательной деятельности учащихся в процессе обучения. Известно, что обучение - чрезвычайно сложный процесс, в котором переплетаются и взаимодействуют неожиданным образом очень многие факторы, параметры и процессы самой разной природы (физиологической, психологической, социальной и др.)
Две постоянно взаимодействующие стороны процесса обучения -преподавание и учение опираются на учебный материал. Как считают авторы, «было бы неверно считать, будто особенности построения учебного материала сами по себе, прямо и однозначно определяют весь характер познавательной деятельности учащихся /156,182/.
Как указывает польский психолог Т.Томашевский, «педагогическая деятельность в большей степени основывается на убеждении, что соответствующим образом подбирая и дозируя сообщения, мы можем оказывать сильнейшее влияние на формирование умов детей» /174/. Как и весь процесс обучения, учебный материал в любой ситуации обучения может, прежде всего, рассматриваться с двух сторон, которые условно можно обозначить как логическую и психологическую. Под психологической стороной понимается мотивация учения и мера самостоятельности учащихся в обучении, под логической - последовательность и взаимосвязь составляющих учебный материал частей. Образуя неразрывное единство, логическая и психологическая стороны учебного материала, функционирующего в ситуациях обучения, могут быть разделены лишь в целях исследования. Существует много способов управления учебным процессом. Важнейшим среди них является введение определенной последовательности тех или иных разделов учебного материала, связь между этими разделами. Чтобы показать представление учебного материала в процессе обучения приведем здесь далее в данном параграфе определенные понятия «структуры учебного материала» /165/. К числу общенаучных категорий, используемых в последнее время в дидактике, относится понятие структуры. Некоторые ученые считают, что два основных факта характерны для науки нашего времени: формирование дисциплин большей общности (кибернетика, семиотики) и принцип структурности (системности) (CM./165, 166/). Имея в виду эту особенность нельзя согласиться с тем, что "проблема структуры и элемента учебного материала - одно из центральных мест дидактики" /195/. Понятие структуры широко использовано с дидактической проблематикой, например, у Брунера /27/. Как отмечает А.М.Сохор /166/, «когда элементы целого не просто объединены механически и не просто связаны, а связаны между собой так, что взаимно влияют друг на друга, причем это влияние достаточно существенно, имеет смысл говорить о том, что элементы системы образуют структуру».
Итак, структура - это способ устойчивого сочетания, взаимовлияния элементов такого рода целостных систем. В том, что учебный материал всегда представляет собой систему, обладающую той или иной структурой, сомнения не могут возникнуть.
Мы разделяем мнение И.И.Логвинова, который утверждает, что «образуя неразрывное внутреннее единство, содержание и структура учебного материала не тождественны, ибо одно и то же содержание может заключаться в разных структурах, а может вообще оказаться бесструктурным (или, что бывает гораздо чаще, образующим лишь внешнюю структуру - систему, определяемую внешними признаками)» /48/, /106/.
Содержание учебного материала характеризуется, прежде всего, определенной системой внутренних связей между понятиями, входящими в данный отрезок материала, т.е. локальной структурой учебного материала.
Если на первом этапе отбора учебного материала достаточно определить, какие именно разделы учебного предмета и в какой последовательности изучать, то далее неизбежно встает вопрос о связи, которую надлежит установить - в конце концов в сознании учащихся, а первоначально в учебном материале - между отдельными понятиями данного отрезка учебного материала.
Внутренние связи между понятиями имеют в виду очень часто связи, которые не лежат на поверхности, не замечаются без специального логико -дидактического анализа, но являются внутренне присущими изучаемым понятиям.
Важнейшим основанием для выделения понятий «в качестве основных элементов учебного материала заключается в гносеологической роли понятий и связей между ними, образующих структуру» /165/.
