Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретико-методологические основы проектирования методической системы обучения дисциплине «Численные методы» в педагогическом вузе 15
1.1. Теоретические предпосылки информатизации и компьютеризации учебного процесса по дисциплине «Численные методы» в педагогическом учебном заведении 15
1.2. Методологические аспекты проектирования методической системы обучения дисциплине «Численные методы» 47
1.3. Анализ практики преподавания дисциплины «Численные методы» в педагогических учебных заведениях и элементов вычислительной математики в курсе информатики в средней школе 64
Выводы по главе 1 72
Глава 2. Развитие дидактической системы обучения дисциплине «Численные методы» в условиях применения информационно-коммуникационных технологий 74
2.1. Модель методической системы обучения дисциплине «Численные методы», учитывающая комплексное применение информационно-коммуникационных технологий 74
2.2. Проектирование основных компонентов методической системы 83
2.3. Методические аспекты обучения дисциплине «Численные методы» средствами информационно-коммуникационных технологий 124
Выводы по главе 2 137
Глава 3. Экспериментальное исследование результатов внедрения разработанной методической системы обучения студентов педагогического вуза дисциплине «Численные методы» 140
3.1. Задачи, содержание и этапы экспериментального исследования 140
3.2. Критерии диагностики эффективности обучения численным методам студентов педагогического вуза в условиях применения информационно-коммуникационных технологий 151
3.3. Обработка и анализ результатов педагогического эксперимента 161
Выводы по главе 3 176
- Теоретические предпосылки информатизации и компьютеризации учебного процесса по дисциплине «Численные методы» в педагогическом учебном заведении
- Модель методической системы обучения дисциплине «Численные методы», учитывающая комплексное применение информационно-коммуникационных технологий
- Задачи, содержание и этапы экспериментального исследования
Введение к работе
Актуальность исследования. Дисциплина «Численные методы», которая развивает идеи численного решения задач, возникающих в процессе компьютерного моделирования разнообразных объектов (предметов, процессов, явлений реального мира), представляет собой важную составную часть профессиональной подготовки будущих учителей информатики в педагогических вузах. Ее значение в настоящее время определяется не только увеличивающимися возможностями применения методов вычислительной математики в различных прикладных научных направлениях и, как следствие, в вузовском учебном процессе, но и проникновением численных алгоритмов приближенного решения задач в среднее образование, т.е. в сферу профессиональной деятельности учителя. Переход к профильному обучению с выделением физико-математического, естественнонаучного и информационно-технологического направлений в старших классах существенно расширяет эту сферу.
Место и роль дисциплины «Численные методы» в системе профессиональной подготовки будущих учителей информатики таковы, что, во-первых, возможно гармонично сочетать фундаментальный подход-к изучению предметного содержания с технологичной направленностью курса; во-вторых, организовать учебный процесс с использованием всего богатого потенциала средств современных информационно-коммуникационных технологий, что позволит:
-улучшить качество обучения посредством более полного использования доступной информации;
- повысить эффективность учебного процесса на основе его индивидуализации и интенсификации;
- применить активные методы обучения, повысить творческую и интеллектуальную составляющую учебной деятельности с ориентацией на развивающее, опережающее и персонифицированное обучение;
-активизировать познавательную деятельность и повысить уровень самостоятельности обучающихся; -интегрировать различные виды деятельности (учебной, учебно-исследовательской, методической, организационной) в рамках единой методологии, основанной на применении информационно-коммуникационных технологий; - повысить уровень информационной культуры обучающихся и усилить мотивацию к освоению средств и методов информатики для эффективного применения в учебной и профессиональной деятельности.
Новыми стратегическими целями современных образовательных систем является подготовка не просто специалиста-исполнителя, но творчески развитой личности, способной к постоянному самосовершенствованию, к решению нестандартных задач в постоянно меняющихся условиях профессиональной деятельности. Модернизация затрагивает и уровень высшего образования, предъявляя повышенные требования к качеству подготовки дипломированных специалистов. От современного высшего учебного заведения требуется внедрение новых подходов к обучению, обеспечивающих наряду с его фундаментальностью и соблюдением Государственных образовательных стандартов развитие профессиональных, творческих, информационных, коммуникативных компетенций выпускника, способности к самообразованию. Ожидается, что именно информатизация и компьютеризация образовательного процесса будет способствовать решению этих задач.
Современное общество характеризуется проникновением информационно-коммуникационных технологий во все сферы человеческой деятельности. Но если процесс компьютеризации сводится только к оснащению все более мощными компьютерами, соединению их в сети, подключению к Интернету и обучению простейшим способам использования этого оборудования, он не дает должных результатов, не оправдывает ожиданий о коренной модернизации традиционных видов деятельности. Будущее за системными решениями, которые подразумевают целесообразное, комплексное, высоко эффективное использование компьютеров, информационных и коммуникационных технологий. Компьютеризация проходит успешно там, где она выступает как автоматизация умственного труда, меняющая соотношение в нем рутинных и творческих процессов. Именно такая компьютеризация имеет подлинно гуманистический характер.
Все это в полной мере справедливо и в отношении компьютеризации процессов обучения: преподавания и учения. Так новая роль компьютеров в дидактическом процессе как хранилища хорошо структурированной информации, сравнительная простота доступа к ней, смещает целевые установки обучения с запоминания большого объема тактического материала на умение осуществлять поиск информации, необходимой для решения учебных и прикладных задач, а самое важное - умение определить, какая именно информация необходима для их решения, то есть встает задача распределения знаний между компьютером и человеком, формирования у обучаемого качеств эксперта. Исходя из этого, использование компьютера, информационно-коммуникационных технологий, по нашему мнению, должно строиться в прямой зависимости от новых стратегических целей современных образовательных систем - подготовки не только специалиста-исполнителя, но и творчески развитой личности, способной к постоянному самосовершенствованию, к решению нестандартных задач в постоянно меняющихся условиях профессиональной деятельности.
Фундамент научно обоснованной социально-философской концепции компьютеризации и информатизации сферы образования заложен в работах Р.Ф. Абдеева, Б.С. Гершунского, Г.Р. Громова, К.К. Колина, А.И. Ракитова, Т.П. Смоляна, А.Д. Урсула и др. Психологические аспекты внедрения информационных технологий, компьютеров в процесс обучения представлены в работах А.В. Брушлинского, O.K. Тихомирова, Т.В. Корниловой, В.П. Зин-ченко, М. Коула, А.Е. Войскунского, Ю.Д. Бабаевой, Ю.Я. Голикова, А.Н. Костина, Е.И. Машбица, С. Пейперта и др. Теоретические основы создания и использования средств информатизации образования, научное обос
нование педагогической целесообразности их применения, дидактические условия компьютеризации обучения изложены в работах Н.В. Апатовой, Ю.С. Брановского, Я.А. Ваграменко, Б.С. Гершунского, А.П. Ершова, А.А. Кузнецова, М.П. Лапчика, Е.И. Машбица, В.М. Монахова, Е.С. Полат, И.В. Роберт и др. Теоретические концепции учебного процесса, протекающего в условиях компьютеризации сформулированы в работах Н.В. Апатовой, И.Г. Захаровой, О.В. Зиминой, В.М. Монахова, А.В. Осина, И.В. Роберт, И.А. Румянцева, А.А. Червовой.
Эффективное внедрение информационно-коммуникационных технологий предполагает совершенствование методических систем с учетом возрастающих возможностей этих технологий для представления и обработки информации, моделирования разнообразных объектов и явлений окружающей действительности, проведения вычислительного эксперимента, визуализации абстракций. Развитием методических систем обучения в условиях информатизации и компьютеризации образования занимались А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, Ю.А. Первин, М.П. Лапчик, В.М. Монахов, О.А. Козлов, А.В. Могилев и др. Эти работы указали направления и пути совершенствования методических систем.
Проблемам обучения дисциплинам «Вычислительная математика», «Численные методы» в высших учебных заведениях и элементам вычислительной математики в курсе информатики средней школы посвящены диссертационные исследования И.А. Кузнецовой, В.В. Мокшиной, И.Н. Пальчиковой, М.И. Рагулиной, Е.А. Рябухиной, А.В. Рябых, Т.А. Степановой. Однако в работах указанных авторов еще не получили должного отражения вопросы развития целостной методической системы обучения данным дисциплинам, проблемы эффективного использования современных средств информационно-коммуникационных технологий и построения на основе их использования предметных информационных сред, учитывающих особенности содержания этих дисциплин и отражение в них достижений современной науки и технологии. Таким образом, приходится констатировать, что до на стоящего времени проблема построения методических систем обучения дисциплине «Численные методы» изучена не в полной мере и требует дальнейших исследований и своего решения. Нам видится, что еще недостаточно точно раскрыт потенциал, определены роль и место средств современных информационно-коммуникационных технологий в процессе обучения дисциплине «Численные методы» в педагогическом учебном заведении; не разработано содержание, которое наиболее полно учитывает возможности этих средств, современные научные достижения в области вычислительной математики и ориентированность процесса обучения на будущую профессиональную деятельность выпускников; методики и технологии обучения, включающие методы информационного ресурса, коммуникационных взаимодействий, открытых программ, проектов, интерактивных динамических моделей, применения разнообразных инструментальных средств для реализации алгоритмов численных методов и т.д.
Актуальность исследования определяется необходимостью внедрения методических систем обучения на основе целесообразного, комплексного использования разнообразных средств информационно-коммуникационных технологий и недостаточной разработанностью научно-обоснованных подходов к проектированию и реализации таких методических систем в отношении конкретных предметных областей.
Проблема нашего исследования определяется насущной потребностью разрешения объективно сложившегося в условиях реформирования высшей школы противоречия между новыми условиями обучения и осуществлением процесса обучения в рамках традиционных методических систем; между уровнем развития современных информационно-коммуникационных технологий и эффективностью их использования в процессе обучения; между мотивацией студентов, знакомых с возможностями компьютеров и современных телекоммуникаций, и традиционными содержанием, методами и формами обучения, которые им предлагаются.
Поиск путей интенсификации, повышения качества учебного процесса, новых средств и методов обучения - это неизменный атрибут педагогической теории и практики. Совершенствование учебного процесса сегодня связывают с ориентацией на современные образовательные парадигмы, с возможностью активного использования информационных технологий, компьютерной поддержки процесса обучения, методов открытого образования. Как показывает педагогическая практика, любое новшество в процессе обучения приводит к существенным изменениям в планировании и организации учебного процесса. Нужен не отдельный метод или средство обучения, а целостная педагогическая технология - совокупность методов, средств и форм организации обучения, обеспечивающих достижение поставленных дидактических целей. В новых условиях необходимы новые подходы к организации учебного процесса, разработка концептуальных основ обновления методических систем.
В свете такой постановки вопроса сформулирована цель нашего исследования - теоретическое обоснование, разработка и экспериментальная проверка методической системы обучения будущих учителей информатики дисциплине «Численные методы».
Объект - процесс обучения дисциплине «Численные методы» будущих учителей информатики.
Предмет исследования - методическая система обучения студентов педагогического вуза дисциплине «Численные методы», основанная на целесообразном, комплексном использовании средств современных информационно-коммуникационных технологий, выступающих в качестве основы формирования предметной информационной среды.
Гипотеза исследования состоит в том, что процесс обучения дисциплине «Численные методы» будет осуществляться эффективнее, приводить к более высокому уровню обученности и усилению мотивации у студентов к использованию средств ИКТ в учебной деятельности, если:
- на всех этапах проектирования методической системы обучения студентов педагогического вуза дисциплине «Численные методы» будет учитываться возможности средств современных информационно-коммуникационных технологий;
- на всех этапах реализации методической системы обучения студентов педагогического вуза будет организовано эффективное применение средств информационно-коммуникационных технологий и на их основе сформирована предметная информационная среда;
- в соответствии с изменяющимися возможностями информационно-коммуникационных технологий будет осуществляться отбор, структурирование и дозирование учебного материала, предъявляемого на лекционных, практических и других формах занятий;
- будут разработаны соответствующие применению информационно-коммуникационных технологий формы аудиторной и самостоятельной работы обучающихся в ходе изучения дисциплины «Численные методы»;
- методика обучения будет разрабатываться и претворяться в педагогической практике как методика развития и использования информационно-коммуникационной образовательной среды.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были определены задачи исследования:
1) провести анализ состояния проблемы в теории и практике преподавания учебной дисциплины «Численные методы» в педагогических учебных заведениях;
2) обосновать и сформировать методическую систему обучения студентов педагогического вуза средствами информационно-коммуникационных технологий на примере курса «Численные методы»;
3) разработать учебную программу дисциплины «Численные методы», отражающую изменения в содержании, средствах, методах и организационных формах обучения на основе целесообразного, комплексного использова ния средств информационно-коммуникационных технологий на всех этапах обучения;
4) разработать комплексы лабораторных работ, индивидуальных заданий, отражающие основную концепцию формируемой методической системы и учитывающих специфику подготовки студентов педвуза к будущей профессиональной деятельности;
5) экспериментально оценить эффективность разработанной методической системы.
В процессе работы над диссертацией для реализации поставленных целей и задач был использован комплекс теоретических и эмпирических методов: теоретический анализ и синтез при изучении философской, психолого-педагогической, методической и специализированной (предметной) литературы по проблематике исследования с целью выработки концепции исследования, системный анализ, обобщение опыта преподавания дисциплины «Численные методы» в педагогических учебных заведениях, анализ различных подходов к решению проблем внедрения средств информационно-коммуникационных технологий и реализации компьютерной поддержки процессов обучения, педагогическое наблюдение, интервьюирование и анкетирование, педагогический эксперимент, математико-статистические методы обработки результатов.
Теоретико-методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области философии образования, психологии и педагогики (СИ. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, А.Е. Войскун-ский, Б.С. Гершунский, В.И. Загвязинский, В.П. Зинченко, П.И. Пидкаси-стый, Г.К. Селевко, Н.Ф.Талызина, O.K. Тихомиров и др.); теоретические разработки в области компьютеризации и информатизации образования (А.А. Андреев, Н.В. Апатова, Ю.С. Брановский, ЯЛ. Ваграменко, А.П. Ершов, О.А. Козлов, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, Е.И. Машбиц, В.М. Монахов, Е.С. Полат, И.В. Роберт и др); исследования преимуществ компьютерных технологий в интенсификации и активизации процессов обучения (А.А. Вербиц
кий, И.Г. Захарова, О.В. Зимина, А.В. Осин, СВ. Панюкова, Э.Г. Скибицкий, O.K. Филатов, А.А. Червова, Д.В. Чернилевский и др.); литература по теории и методике обучения математике и информатике (Т.А. Бороненко, А.И. Боч-кин, М.Б. Волович, В.А. Гусев, О.Б. Епишева, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, А.Г. Мордкович, Н.И. Рыжова, Г.И. Саранцев, И.Г. Семакин, А.А. Столяр, Е.К. Хеннер, М.В. Швецкий и др.).
Исследование проводилось в период с 1999 по 2005 год и состояло из нескольких этапов.
Этапы исследования:
I этап (1999 - 2001 гг.) - теоретический анализ проблемы исследования, обзор литературных источников, изучение опыта преподавания дисциплины «Численные методы» в педагогических учебных заведениях. На этом этапе определены основные позиции исследования, обоснована его проблема, определены цели и задачи, выработана стратегия экспериментальной работы.
II этап (2001 — 2003 гг.) - разработка основных теоретических положений диссертации: выработка теоретических основ проектирования методической системы, разработка основных ее компонентов, апробация фрагментов, подготовка к публикации статей и учебно-методических пособий.
III этап (2003 — 2005 гг.) - экспериментальная проверка эффективности методической системы, публикация учебно-методических пособий.
Научная новизна исследования состоит в том, что:
- выявлены и обоснованы возможность и целесообразность применения средств информационно-коммуникационных технологий в обучении численным методам студентов педвуза;
- спроектирована и обоснована целостная методическая система обучения дисциплине «Численные методы» в условиях применения средств информационно-коммуникационных технологий;
- разработана авторская методика обучения студентов педагогических вузов дисциплине «Численные методы», обеспечивающая повышение качества усвоения студентами предметного содержания, развитие познава тельных и творческих способностей обучающихся, повышение уровня самостоятельности и производительности учебного труда, усиление мотивации к использованию средств информационно-коммуникационных технологий в учебной и будущей профессиональной деятельности. Теоретическая значимость работы заключается в том, что:
- разработаны теоретические основы построения всех компонентов методической системы обучения дисциплине «Численные методы», базирующейся на применении информационно-коммуникационных технологий;
- конкретизированы общедидактические принципы построения процесса обучения, основанного на целесообразном, комплексном применении средств информационно-коммуникационных технологий и дополнены принципами интерактивности и информационной технологичности;
- уточнены критерии отбора и формирования содержания дисциплины «Численные методы»;
- спроектирована структура модуля учебной дисциплины «Численные методы» во взаимосвязи с выработанными целями осуществления учебного процесса по дисциплине.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
- разработана и апробирована учебная программа курса «Численные методы», отражающая изменения в содержании, средствах, методах и организационных формах обучения на основе комплексного использования средств информационно-коммуникационных технологий;
- теоретические положения и результаты исследований автора внедрены в практику обучения дисциплине «Численные методы» через создание комплекса лабораторных работ, индивидуальных заданий; методических рекомендаций по использованию средств информационно-коммуникационных технологий в ходе изучения дисциплины, включая указания по организации самостоятельной работы студентов по созданию личной предметной электронной коллекции.
Выводы и предложения по результатам исследования могут быть использованы для дальнейшего совершенствования методики преподавания дисциплины «Численные методы» в педагогических учебных заведениях, элементов вычислительной математики в профильных курсах информатики в школе, а также в процессе переподготовки учителей информатики.
На защиту выносятся:
1. Обоснование необходимости и возможности целесообразного, комплексного использования средств информационно-коммуникационных технологий при подготовке будущих учителей информатики в рамках курса «Численные методы».
2. Структура содержания учебного материала по дисциплине «Численные методы», с выделением сквозной линии курса, предусматривающей рассмотрение вопросов корректности, устойчивости и обусловленности вычислительных задач и вычислительных алгоритмов, особенностей поведения вычислительной погрешности в ходе выполнения компьютерных расчетов.
3. Методика обучения студентов педагогического вуза дисциплине «Численные методы» с применением средств информационно-коммуникационных технологий.
Достоверность положений, результатов и выводов проведенного исследования обусловлены обоснованностью исходных позиций, выбором методов исследования, адекватных предмету и задачам работы, непротиворечивостью логики исследования, проверкой результатов исследования на различных этапах экспериментальной работы.
Апробация результатов исследования: основные теоретические положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах и заседаниях кафедры информатики Благовещенского государственного педагогического университета (г. Благовещенск, БГПУ, 2001-2005 гг.), на межвузовских научно-методических конференциях «Организация ценностно-ориентационной дея тельности студентов в образовательном пространстве вуза» (г. Благовещенск, БГПУ, февраль 2003 г.), «Новые технологии в обучении физике и математике» (г. Благовещенск, БГПУ, март 2003 г.), «Модернизация образовательных систем в условиях перехода к непрерывному образованию» (г. Благовещенск, БГПУ, февраль 2005 г.), на VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, соискателей, молодых ученых и специалистов (г. Н.Новгород, ВГИПА, 2005 г.); на региональной научно-практической конференции «Развитие психологической науки и практики в Дальневосточном регионе» (г. Благовещенск, АмГУ, октябрь 2004 г.), на VI Международной научно-методической конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов (г. Н.Новгород, ВГИПА, апрель 2005 г.), а также в научно-исследовательской лаборатории «Проблемы естественнонаучного и математического образования в вузах» (г. Н.Новгород, ВГИПУ).
Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебно-воспитательный процесс в ГОУ «Благовещенский педагогический колледж № 1».
Теоретические предпосылки информатизации и компьютеризации учебного процесса по дисциплине «Численные методы» в педагогическом учебном заведении
Курс «Численные методы» является важной составной частью предметной подготовки будущих учителей информатики.
Информатика как новое научное направление в автоматизации информационных процессов зародилось в середине прошлого столетия, исходя из потребностей практики: создания электронных вычислительных машин и их применения в различных сферах деятельности человека. Становление этой науки, формирование ее методологической основы происходит в наши дни с одновременным оформлением школьной учебной дисциплины «Информатика и ИКТ (информационно-коммуникационные технологии)» в рамках реализации федерального компонента государственного стандарта общего образования; с введением дисциплины «Информатика» в блоке естественнонаучных дисциплин при подготовке по всем специальностям в среднем и высшем профессиональном образовании; с формированием концепции вузовского содержания предметной области «Информатика» и определением состава учебных дисциплин предметной подготовки по направлениям специализации в области информатики и информационных технологий.
В соответствии с концепцией, сформулированной в национальном докладе РФ «Политика в области образования и новые информационные технологии» на II Международном конгрессе ЮНЕСКО в 1996 г. [123], предметная область «Информатика» делится на: - теоретическую информатику, в рамках которой рассматриваются начала общей теории информации, теория алгоритмов, математические модели и вычислительный эксперимент, как методология научного познания;
- технические и программные средства информатизации, охватывающие технологии автоматизации расчетов;
- информационные технологии сбора, хранения, обработки и передачи информации;
- социальную информатику, в которой рассматриваются закономерности, проблемы становления и развития информационного общества.
И.А.Румянцев и Е.Ф.Алутина, анализируя определения информатики в рамках различных парадигм, информационной и компьютерной, а также с методологических позиций интерпретируя информатику как естественнонаучную, научно-техническую область знаний и, вместе с тем, социальную сферу научных исследований, предлагают следующее определение: «Информатика - системообразующая метадисциплина интегративной науки в предметных областях философского миропонимания информационной картины мира, теории информации, вычислительной математики, теоретической кибернетики и профессиональной информационной технологии, ориентированная на теоретическое и практическое сопровождение развивающейся инфраструктуры информационного общества» [5, с. 18].
Т.А. Бороненко и Н.И. Рыжова так уточняют понятие информатики: «Информатика - это фундаментальная естественная наука: её объектом являются информационные процессы в окружающем мире; её предметом являются: а) формальные системы, моделирующие информационные процессы; б) отображение формальных систем на архитектуру вычислительных (компьютерных) систем (моделирование формальных систем) с помощью построения информационных моделей (алгоритмов и структур данных); её методологией является вычислительный эксперимент.» [23, с. 27]. Теоретико-методологический базис информатики составляет цепочка: «Информация — Модель —» Алгоритм — Программа — Компьютер — Информационные технологии».
В государственном образовательном стандарте школьного курса информатики и ИКТ выделены сквозные содержательные линии, которые выполняют роль организующей идеи и представляют устойчивые единицы содержания, образующие каркас курса:
1) линия информации и информационных процессов,
2) линия представления информации,
3) линия компьютера, как универсального устройства обработки информации,
4) линия формализации и моделирования,
5) линия алгоритмизации и программирования,
6) линия информационных технологий,
7) линия социальных и правовых аспектов информатизации.
Основными видами человеческой интеллектуальной деятельности, изучаемыми в информатике, являются:
- информационное, в том числе и математическое, моделирование с целью фиксации результатов познавательного процесса в виде моделей;
- алгоритмизация информационных процессов для формализации причинно-следственных связей и других закономерностей в виде направленного процесса обработки информации по формальным правилам;
- программирование для реализации алгоритмов на ЭВМ;
- выполнение вычислительного эксперимента для получения новых знаний об изучаемом объекте (предмете, процессе, явлении реального мира) с помощью ЭВМ;
- обслуживание (эксплуатация) автоматизированных систем в различных сферах деятельности, описываемых информационными моделями.
Модель методической системы обучения дисциплине «Численные методы», учитывающая комплексное применение информационно-коммуникационных технологий
Согласно методологии научного познания любое суждение о каком-либо предмете опирается на некую модель данного предмета - мысленный образ изучаемого объекта или процесса, заменяющий его в процессе познания и передающий его наиболее существенные с точки зрения решаемой задачи качества и свойства. Наиболее продуктивным нам представляется системный подход к построению модели методической системы обучения дисциплине «Численные методы» в рамках подготовки будущих учителей информатики. Системный подход открывает возможность целостно анализировать, планировать и организовывать учебный процесс. В связи с этим рассмотрим ряд основных понятий, на которые мы опираемся в нашем исследовании.
Любая педагогическая система определяется как объединение взаимосвязанных структурных и функциональных компонентов, которое остается устойчивым при изменениях и подчиненное целям воспитания и образования. Дидактической системе присущи следующие основные признаки: целостность, взаимосвязанность элементов, связь со средой. Целостность системы означает общую цель, достижению которой служат части системы. Взаимодействие и взаимопроникновение частей системы, невозможность их разрыва является необходимым условием существования системы. Взаимосвязанность элементов системы заключается в том, что изменение одного параметра системы оказывает влияние на все остальные. Связь системы со средой выражается в том, что система является составной частью среды, ее элементом, состоящим, в свою очередь, из элементов более низкого порядка. Педагогические системы являются открытыми, так как между ними и окружающей действительностью циркулируют информационные процессы. Следует отметить и их динамичность, проявляющуюся в постоянной изменчивости. Таким образом, любая сконструированная педагогическая система не есть что-то застывшее, неизменное, она постоянно изменяется, развивается под воздействием внешних и внутренних факторов. Для того чтобы педагогическая система могла выполнить социальный заказ общества, она должна развиваться столь же динамично, как наука, технология и социальные условия самого общества.
Процесс обучения, являясь подсистемой целостного образовательного процесса, также рассматривается как образовательная система. Под методической системой мы понимаем такую совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов (цели, содержание, методы, формы и средства), направленную на целесообразное проектирование, организацию, контроль, анализ и корректирование учебного процесса с целью повышения эффективности обучения студентов конкретной учебной дисциплине. Методической системе, являющейся разновидностью педагогических систем, присущи все признаки, описанные выше.
Опираясь на теоретический анализ процессов информатизации и компьютеризации образования и их влияния на организацию процесса обучения, выполненный в параграфе 1.1 настоящего исследования, а также работы Н.В. Апатовой, И.Г. Захаровой, О.В. Зиминой, О.А. Козлова, А.В. Могилева, А.А. Червовой и др., в которых рассмотрены вопросы развития методических систем обучения под влиянием современных средств информационно-коммуникационных технологий, обратимся к разработке модели методической системы обучения дисциплине «Численные методы», учитывающей последние достижения педагогической науки.
Согласно А.В. Могилеву [118] модель методической системы обучения, наиболее адекватно отражающая изменения в ходе информатизации и компьютеризации образования, должна соответствовать следующим принципам: 1. Предметность модели. Модели обучения по различным предметам могут включать различные компоненты, а эти компоненты могут находиться в специфичных для данного предмета отношениях между собой, т.е. структурно методические системы обучения различным предметам могут отличаться между собой. В нашем исследовании выстраивается модель процесса обучения дисциплине «Численные методы» в педагогическом вузе в рамках предметной подготовки будущих учителей информатики с учетом комплексного применения ИКТ в ходе реализации учебного процесса. Под комплексным применением ИКТ мы будем понимать педагогически целесообразное применение разнообразных средств ИКТ на всех этапах процесса обучения дисциплине с учетом особенностей ее содержания, применяемых методов и организационных форм, направленное на решение целостной дидактической задачи и обеспечивающее оптимальное достижение учебных целей. Специфика курса «Численные методы» проявляется в том, что он немыслим без активного использования компьютера и его программного обеспечения. В последнее время при обучении основам численных методов начинают доминировать тенденции использования различных специализированных математических (Derive, MathCad, Mathematica, Maple) и инструментальных (Excel) пакетов решения математических задач. В этой связи сложилось мнение, что подобные курсы не нуждаются в разработке методических систем, использующих иные информационно-коммуникационные технологии.
Задачи, содержание и этапы экспериментального исследования
Для обеспечения научно-объективной проверки гипотезы исследования об эффективности разработанной методической системы нами использовался комплекс исследовательских методов, входящих в состав педагогического эксперимента, который проходил с 1999 по 2005 гг. на физико-математическом факультете Благовещенского государственного педагогического университета на отделении педагогических специальностей, осуществляющих подготовку будущих учителей информатики. Общее число участников эксперимента составило 457 человек (из низ 349 - на формирующем и контролирующем этапах педэксперимента).
Целью педагогического эксперимента в рамках диссертационной работы являлась проверка предположений, сформулированных в гипотезе исследования. То есть необходимо было доказать, что, если курс «Численные методы» в педагогическом вузе построить на основе концепции целесообразного, комплексного, эффективного использования средств ИКТ на всех этапах организации учебного процесса в гармоничном сочетании с традиционными методами, средствами и организационными формами обучения, то это будет способствовать:
- повышению качества обучения студентов и развитию их информационно-математической культуры;
- повышению уровня самостоятельности и производительности учебного труда студентов;
- усилению профессиональной направленности обучения в рамках предметной подготовки будущего учителя информатики;
- увеличению творческой активности обучающихся.
Причем этого можно ожидать при условии, что методическая система обучения дисциплине «Численные методы» в педагогическом вузе реализует следующие подходы:
- на всех этапах проектирования и внедрения методической системы обучения дисциплине «Численные методы» учитываются возможности средств современных информационно-коммуникационных технологий и организуется их целесообразное, комплексное применение;
- неотъемлемым компонентом образовательного процесса является персональный компьютер студента и цели обучения формулируются не только в отношении студента, но и его компьютера, подразумевая оснащение персонального компьютера соответствующим программным обеспечением;
- с учетом возможностей информационно-коммуникационных технологий осуществляется отбор, структурирование и дозирование учебного материала, предъявляемого на лекционных, практических и других формах занятий;
- большая часть времени, отводимая для самостоятельной работы обучающихся в ходе изучения дисциплины «Численные методы», затрачивается на создание электронной предметной коллекции, располагаемой на персональном компьютере студента;
- методика обучения претворяется в практике как методика развития и использования информационно-коммуникационной предметной среды.
При проведении педагогического эксперимента были поставлены следующие задачи:
1. Проверить, как предлагаемая методика обучения численным методам с применением ИКТ в педагогическом вузе способствует повышению качества знаний студентов.
2. Проверить эффективность использования в учебном процессе разработанных Интранет-ресурса по дисциплине «Численные методы»; комплекса лабораторных работ; системы организации самостоятельной работы студентов, включающей создание предметной электронной коллекции; комплекса индивидуальных заданий.
На основе положений гипотезы определились направления экспериментальной работы:
1. Исследовать начальный уровень подготовленности студентов по блоку математических дисциплин (алгебра, геометрия, математический анализ) и по информатике и информационным технологиям (информатика из блока естественнонаучных дисциплин, программирование, программное обеспечение ЭВМ) перед изучением дисциплины «Численные методы» с целью выявления уровня математических знаний студентов и уровня владения ими средствами ИКТ.
