Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ 11
1.1. Проблемы использования компьютера в образовании 11
1.2. Проблемы и опыт постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий 22
ГЛАВА 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ПО КУРСУ «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ» (КГГМ)
2.1. Технология проектирования учебного курса 38
2.2. Модель знаний курса КГГМ 47
ГЛАВА 3 ОБУЧАЮЩАЯ СРЕДА КУРСА КГГМ 69
3.1 Место учителя в обучающей среде курса КГГМ 69
3 .2 Средства и инструменты курса КГГМ 7 6
3 3 Нелинейные технологии обучения 80
3.4 Компьютерные технологии в художественной графике 100
ГЛАВА 4 КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ КУРСА КГГМ 122
ГЛАВА 5 ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 128
5 .1 Характеристика этапов педагогического эксперимента 128
5.2 Результаты эксперимента 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
БИБЛИОГРАФИЯ 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 1б1
- Проблемы использования компьютера в образовании
- Технология проектирования учебного курса
- Место учителя в обучающей среде курса КГГМ
Введение к работе
Одним из необходимых условий формирования личности является наличие благоприятной среды для развития его всевозможных способностей. Среди них необходимо отметить способность к восприятию, обработке и использованию графической информации. "Раскрытие природой заложенных возможностей и способностей к познанию, творческой инициативе, их систематическое развитие, совершенствование и современная реализация - вот тот путь, которым в идеале следует пройти каждому человеку в процессе становления личности" [138, стр.3]. В связи с этим, актуальной задачей образования остается поиск эффективных способов организации учебно-познавательной деятельности учащихся, использование прогрессивных и развивающих методов и средств обучения для реализации задач развития личности, в частности в области графики и графической информации, на всех ступенях системы непрерывного образования.
Бурно развивающийся процесс информатизации образования позволяет использовать в обучении широкий спектр средств новых информационных технологий (НИТ).
Одним из главных элементов НИТ является компьютерная графика. Компьютерная графика - это новая отрасль знаний, которая, с одной стороны, представляет комплекс аппаратных И программных средств для создания, хранения, обработки и наглядного представления графической информации с ПОМОЩЬЮ ЭВМ. С ДРУГОЙ стороны, под компьютерной графикой понимают совокупность методов и приемов для преобразова- ния при помощи ЭВМ данных в графическое представление или графического представления в данные.
Более 90% информации здоровый человек получает через зрение или ассоциирует с геометрическими пространственными представлениями. Компьютерная графика имеет огромный потенциал для облегчения процесса познания и творчества, она позволяет развивать у учащихся пространственное воображение, практическое понимание, художественный вкус.
В этой связи, а также с широким распространением мультимедиа технологий возникает необходимость в обучении школьников теоретическим основам компьютерной графики и анимации и практическим навыкам по созданию реалистических изображений.
Быстрое развитие информатики, постоянно развивающееся программное обеспечение, представленное множеством графических пакетов и средствами компьютерной графики, с одной стороны, широкий спектр использования компьютерной графики, с другой стороны, актуализируют изучение технологий компьютерной графики, а не отдельных графических пакетов. Полезным может быть введение в учебный процесс интегрированных курсов, что будет способствовать формированию информационных умений и перенесению навыков с одной предметной области в другую.
Машинная графика является неотъемлемой частью подготовки студентов технических вузов, в школах и педагогических вузах - знакомство с элементами компьютерной графики осуществляется в рамках одного из разделов курса информатики. Широкое распространение мультимедиа технологий вы- зывает необходимость усилить подготовку школьников теоретическим основам компьютерной графики и анимации и практическим навыкам по созданию реалистических изображений.
В проекте образовательных стандартов компьютерная графика представлена как одна из важнейших теорий и технологий представления информации, что говорит о возросшей важности данной области знаний.
В настоящее время в вузах ведутся активные разработки вариативных программ и методических систем обучения компьютерной графике. Однако в педагогическом образовании нет достаточного опыта постановки подобного курса.
В педагогическом вузе курс компьютерной графики имеет свою специфику, он, с одной стороны, должен быть направлен на изучение информационных технологий компьютерной графики, что даст студентам инструмент и средство познания мира, дидактический инструмент в профессиональной деятельности будущего учителя-предметника, с другой стороны, должен дать студентам материал для обеспечения подготовки их в качестве учителя курса компьютерной графики в школе.
Необходимость проектирования методической системы учебного курса по изучению технологий компьютерной графики для системы педагогического образования на основе комплексного подхода составляет АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.
ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в противоречии между высоким уровнем развития техники и программного обеспечения, позволяющих широко использовать компьютерную графику в различных сферах человеческой деятельности и недоста- точным уровнем ее изучения и использования в системе педагогического и школьного образования.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в разработке комплексной методической системы курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются учебные и факультативные курсы для педвузов и школ, включающие изучение основ компьютерной графики, геометрического моделирования.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: процесс формирования знаний, технологии моделирования и создания графических изображений на экране компьютера.
ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ: включение в образовательный процесс различных видов учебно-познавательной работы с графикой способствует развитию различных форм мыслительной деятельности, образного мышления и геометрической интуиции, повышению интереса к изучаемому предмету; включение в учебный план педагогического ВУЗа курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" (КГГМ) позволит совершенствовать информационную подготовку студентов, что даст им возможность самим участвовать в создании программных средств обучения в профессиональной педагогической деятельности; включение в учебный план школ курса кггм позволит усилить систематическую подготовку учащихся по информатике и информационным технологиям; - для курсов технологической направленности, каким является курс КГТМ, могут оказаться полезными- нелинейные технологии обучения, которые позволят сформировать знания эвристического типа, творческие способности.
В соответствии с целью, проблемой и гипотезой исследования необходимо решить следующие ЗАДАЧИ: —провести анализ психолого-педагогической литературы в целях изучения проблемы эффективности использования компьютерной техники в образовании, опыта постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий, курса компьютерной графики; —разработать системный подход к проектированию учебного процесса по предметной области; —разработать методическую систему курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогических вузов и общеобразовательных средних школ; —осуществить экспериментальную проверку эффективности разработанной методики преподавания КГГМ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
На начальном этапе: - констатирующий эксперимент; - анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме исследования;
На втором этапе: - психолого-педагогический анализ учебного процесса и учебно-познавательной деятельности учащихся; педагогические наблюдения, беседы, анкетирование детей и студентов математического факультета пединститута; подготовительный эксперимент, анализ результата, уточнение методики; апробация предлагаемого объема материала, заданий; На третьем этапе: моделирование учебного процесса; - пробный эксперимент, обработка результатов экспе римента, сделаны выводы по проведенному исследованию.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит в разработке системного подхода к проектированию курса компьютерной графики, который можно использовать при проектировании курсов, связанных с использованием информационных технологий; в разработке методической системы курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования, в которой разработано содержание нового учебного курса; разработаны новые программные средства в поддержку курса; предложены эффективные нелинейные технологии обучения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ проведенного исследования заключается в том, что - разработаны методические материалы, программно- педагогические средства, методика их использования, сие- тема контроля за качеством знаний при изучении курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" в школе, педагогических вузах, при использовании дистанционных форм обучения; на основе разработанных материалов курс "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" внедрен в учебный процесс математического факультета и факультета информатики КГПУ; результаты исследования используются при изучении предметов, связанных с компьютерной графикой, компьютерным моделированием в КГПУ на специализированных курсах, в системе дополнительного образования г. Красноярска; методический материал может быть использован в базовых и профильных курсах информатики.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ: системный подход к проектированию учебного процес са по предметной области, который включает разработку модели знаний учебного курса определяющей его структуру, учебный план, содержание; создание обучающей среды, включающей технические и программно-педагогические средства обучения, технологии обучения, учителя, играющего направляющую роль в процессе формирования учениками своих знаний; организацию контроля образовательного процесса, включающего различные формы контроля.; методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование", включающая программные средства поддержки курса по некоторым модулям курса и методику его использования, систему тренировочных, контрольных и фоновых заданий по данному курсу, систему промежуточных тестовых заданий, методическую литературу по одному из разделов курса.
АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Подготовка преподавателя математики и информатики для высшей и средней школы" (г.Москва, МГПУ,1994 г.), "Новые информационные технологии в университетском образовании" (г. Новосибирск, 1997 г.); научных конференциях: "Новые информационные технологии в педагогическом образовании" (г. Магнитогорск, 1995г.), "Информатизация образования-95" (г. Ставрополь, 1995г.), "Новые информационные технологии в образовании" (г. Воронеж, ВГПУ, 1995 г.); городской конференции, посвященной проблемам информатизации образования и использованию новых информационных технологий (г. Красноярск, КГТА, 1996г.); на городских научно-методических семинарах.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕДРЕНЫ в учебный процесс Красноярского Педагогического университета, а также в ряде учебных центров дополнительного образования г. Красноярска.
Проблемы использования компьютера в образовании
Одной из неотъемлемых частей информатизации общества является информатизация образования.
Вслед за профессиональным использованием информационных сред и развитием новых информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности общества, в сфере образования формируются и совершенствуются средства НИТ, разрабатывается технология их изучения. Новые информационные технологии в образовании представляют комплекс учебных и учебно-методических материалов, технических и инструментальных средств ВТ учебного назначения, а также систему научных знаний о роли и месте компьютеров в учебном процессе, о формах и методах их применения для совершенствования труда преподавателя и учащихся, для подготовки учащихся к полноценной жизни в условиях информационного общества.
Новые информационные технологии обучения, - [27, стр.1],- "процесс подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которого является компьютер". "Главное в НИТ - это компьютер с соответствующим техническим и программным обеспечением",-[27, стр.1]. Умелое использование компьютера с его средствами хранения, быстрой обработки информации, возможностями инструментальных средств, учебного демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, позволит:
- повысить эффективность учебного процесса;
- организовать экспериментально - исследовательскую деятельность;
- облегчить процесс познания;
- поддерживать интерес к изучаемому предмету;
- активизировать учащихся в поисках и самостоятельной деятельности по добыванию знаний.
Проникновение НИТ в сферу образования позволяет преподавателям качественно изменить содержание, методы и организационные формы обучения. "Информатизация образования является не только средством, но и стимулом развития НИТ. Новые информационные технологии в образовании способствуют:
- раскрытию, сохранению и развитию индивидуальных способностей обучаемых, присущих каждому человеку уникального сочетания личностных качеств;
- формированию у учащихся познавательных способностей, стремления к самосовершенствованию;
- обеспечению комплексности изучения явлений действительности, неразрывности взаимосвязи между естествознанием, техникой, гуманитарными науками и искусством;
- постоянному динамическому обновлению содержания форм и методов обучения и воспитания" [69, стр.4]. НИТ открывает каждому обучаемому доступ к практически неогра ниченному объему информации и ее аналитической обработке, что обеспечивает "непосредственную включенность" в инфор мационные потоки общества. НИТ представляет собой универ сальное средство познавательно-исследовательской деятель- ности, является вторым по значимости, после традиционной письменности, знаковым орудием, обеспечивающим оперативный обмен информацией по содержанию выполняемой деятельности.
НИТ в педагогике позволяет учителям качественно изменить содержание, формы и методы обучения. [69]
Разработка компьютерных технологий в СССР началась в середине 70-х годов и достигла уровня массового внедрения к середине 80-х годов.[1] С этого времени до сегодняшних дней использование ЭВМ и НИТ прошло несколько условных периодов.
Первый период - период наращивания парка электронно-вычислительной техники различных типов по принципу: "чем больше - тем лучше", хоть какая-нибудь техника.
Период создания программной поддержки различных учебных курсов. В этот период было создано множество обучающих программ, предназначенных для частичной замены учителя при изучении некоторых предметов, контролирующих программ по отдельным темам учебных курсов.
Следующий период способствовал внедрению в учебные заведения (в основном в ВУЗы и ряд школ) однотипной электронно-вычислительной техники, совместимой с IBM и адаптации для нее лучшего из созданного программного обеспечения. На этом же условном этапе происходило включение в учебно-воспитательный процесс мощных инструментальных систем по созданию, хранению, обработке, конвертации различных типов и форматов информации, системы автоматизированного проектирования ведущих западных фирм IBM, Microsoft, Borland, Autodesk и др., разработана методика их использования в образовании. Этот процесс продолжается по мере появления новых инструментальных средств и ресурсных возможностей использования их в образовательных учреждениях.
На сегодняшний день общество на этапе развития сетевых технологий. Для системы образования это возможность использования телекоммуникационных, мультимедиа и гипермедиа технологий и развития дистанционных форм обучения. По оценке II Международного конгресса Юнеско, к настоящему времени в системе образования накоплено несколько тысяч компьютерных программ учебного назначения разработанных в учебных заведениях России. "По оценке зарубежных экспертов многие из них отличаются оригинальностью, высоким научным и методическим уровнем" [1, стр.8].
Технология проектирования учебного курса
Знания человека определяются накопленным людьми опытом. "Знание - проверенный практикой результат познания действительности, верное ее отражение в мышлении человека",- [152, стр.471].
"Наука - сфера человеческой деятельности, функция которой - выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности, одна из форм общественного сознания; включает как деятельность по получению нового знания, так и ее результат - сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира.
Непосредственные цели - описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения на основе открываемых ею законов." - [152, стр.876].
Традиционно, знания, полученные в результате научных исследований, представляются в знаковой форме посредством речи и текста. Однако речь и текст не всегда могут точно передать все многообразие человеческих знаний. "Результаты научных исследований в области теории познания и неврологии, а также результаты экспериментов в области искусственного интеллекта указывают на то, что знания, особенно образ мышления человека, имеют более сложную и разветвленную структуру. Исследователи используют следующие метафоры: дерево, сплетение, атом, появление, общество", - [172, стр.100] (рис.1).
Дерево Сплетение Атом Появление Общество Рис. 1 Научные эксперты обобщают и систематизируют знания (схема4, блокі), создавая теорию, и накапливают практический опыт использования знаний. Их представляют в виде информационных моделей, баз данных и знаний Описания теории излагаются в монографиях и практических руководствах.
Знания по предметной области (схема4, блок2) как часть человеческих знаний представляет нелинейную структуру, которая отражена набором научных статей, трактатов, докладов, сообщений, описывающих некоторые новые понятия предметной области, (так называемые ключевые слова предметной области) через уже известные. Нелинейность модели знаний проявляется во взаимоотношениях ключевых слов и взаимных ссылок друг на друга. Примером нелинейной модели являются энциклопедические словари, где каждое ключевое слово представляет статью, в которой указываются ссылки на понятия используемые в данной статье. Краткая модель -реферативный подбор и обзор литературы. Таким образом, нелинейные модели знаний представляют словари, обзоры литературы и реферативные подборки. Все эти источники знаний объединяет гиперструктура (гипертекст, гипермедиа) . В частности, WWW-технологии построены на этом принципе .
До недавнего времени знания, накопленные поколениями, человек получал, читая и слушая, постепенно и непрерывно воспринимая от первого слова до последнего. Эта форма представления человеческих знаний предопределила линейный принцип построения учебных программ [172], в них представление информации выполняется в иерархической и линейной формах, в которых всегда заранее определены конечные цели.
Место учителя в обучающей среде курса КГГМ
Учитель с его личностными качествами, педагогическим опытом, психологической подготовкой имеет большое значение в процессе обучения и воспитания.
Отбор и упорядочение усваиваемых учащимися знаний, регуляция познавательных процессов осуществляется под влиянием общения [88, стр.285], способствующего созданию благоприятных условий для рассмотрения задач в разных аспектах и смене стратегий поиска их решения. Характер влияния общения на мыслительный процесс зависит от системы различных факторов: сложности решаемой задачи, уровня знаний и интеллектуальных способностей лиц, решающих задачу совместно, соотношения их мотиваций, личностных особенностей и др. Существуют факторы, приводимые в пользу утверждения о положительном влиянии общения на процесс мышления с одной стороны, с другой- о преимуществе индивидуальной мыслительной деятельности. "От совместной деятельности более всего выигрывают слабые школьники, показавшие в индивидуальной деятельности, низкие результаты; что же касается сильных, то в совместной деятельности их результаты могут стать даже хуже, чем были в индивидуальной деятельности (по-видимому в связи со снижением самоконтроля)" [88, стр. 283], что необходимо учитывать при организации коллективных форм учебной деятельности.
Успешность восприятия учебного материала зависит от индивидуальных особенностей познания учащегося:
- совпадения присущего для ученика стиля восприятия (слуховой, зрительный, мышечный) и стиля, используемого преподавателем;
- соответствия формы организации занятий способу наилучшего усвоения знаний для данного ученика.
В этой связи различают интровертов, хорошо усваивающих знания из фильмов, книг, монологической речи, и экстравертов, которым для усвоения информации больше подходят дискуссии, диалоги, совместные обсуждения вопроса.
Используя разнообразные методы объяснения нового материала и различные формы учебной деятельности, учитель способствует включенности в учебный процесс учеников с различными индивидуальными особенностями мыслительной деятельности и развитию у них различных стилей восприятия информации. "Лекция, преподносимая учителем в готовом виде, может многому научить, но воспитывает она только умение и желание ничего не делая и не проверяя, пользоваться всем из чужих рук. Когда учитель читает лекцию или объясняет урок он только отчасти выступает в роли учителя: именно в той, в которой устанавливает отношение ребенка к воздействующим на него элементам среды. Там же, где он просто излагает готовое, он перестает быть учителем". [29, стрЗбО] Важно воспитать у учеников умение приобретать и пользоваться знаниями, что достигается только в процессе работы. [29]
Стержнем педагогического труда является профессиональное педагогическое общение - система приемов, средств, методов, обеспечивающих реализацию целей и задач воспитания и обучения. Традиционное обучение проходит с большой долей непосредственного общения ученика с педагогом в рамках лекций, семинарских, практических, лабораторных занятий, консультаций и других форм учебной деятельности. Для ученика общение с педагогом, с одной стороны, имеет направляющее, корректирующее значение, педагог в той или иной степени выступает как источник знаний . От успешности взаимодействия педагога с учеником в большей степени зависит интерес последнего к предмету и успешность восприятия знаний по этому предмету. С другой стороны, именно через общение с педагогом ученик получает оценку (нередко субъективную) своих достижений, знаний по каждому предмету.
Одним из первых начал разработку проблемы общения В.М. Бехтерев, который "разработал принцип сравнительного изучения познавательных процессов в условиях изолированной деятельности индивида и в условиях его взаимодействия (общения) с другими людьми" [88, стр.242] . Исследования общения были продолжены А.Ф. Лазурским, В.Н. Мясищевым, большая роль отводится общению в концепции высших психических функций Л.С. Выгодского [88].
