Содержание к диссертации
Введение
Глава I Теоретические аспекты информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов в области создания педагогических программных продуктов 15
1.1 Модель процесса обучения 18
1.2 Дидактические возможности компьютера в процессе обучения 21
1.2.1 Структура деятельности преподавания и учения 22
1.2.2 Классификация педагогических программных продуктов 24
1.2.3 Анализ возможностей использования компьютера в процессе обучения 28
1.3 Информационные аспекты инвариантной составляющей модели преподавателя предметника 31
1.4 Выборочный анализ средств разработки педагогических программных продуктов 36
1.4.1 Микрокомпьютерная система обучения «Наставник»(МГУ, Москва) 38
1.4.2 Автоматизированная система подготовки обучающих курсов «Радуга» (МПГУ, Москва) 38
1.4.3 Обучающая система «Диана» (МПГУ, Москва) 39
1.4.4 Инструментальная среда разработки компьютерных курсов «LinkWay» (IBM, США) 40
1.5 Реализация методических конструкций в педагогических программных продуктах 41
1.6 Авторская компьютерная система разработки педагогических программных продуктов 48
1.7 Выводы по главе 1 53
Глава II Методика применения средств создания педагогических программных продуктов
в процессе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов 54
2.1 Структура и содержание разделов курса «Использование НИТв обучении», посвященных изучению средств и способов создания педагогических программных продуктов 55
2.1.1 Теоретические аспекты создания педагогических программных продуктов 57
2.1.2 Использование новых информационных технологий для создания педагогических программных продуктов 64
2.2 Практические задания 83
2.2.1 Технологии обработки текста 83
2.2.2 Технологии обработки графической информации 87
2.2.3 Технология мультимедиа 90
2.2.4 Технология гипертекст 92
2.2.5 Организация диалога с пользователем 97
2.2.6 Работа с настройками «рабочего стола и локальной вычислительной сетью 101
2.3 Педагогический эксперимент 103
2.3.1 Первый этап педагогического эксперимента 103
2.3.2 Второй этап педагогического эксперимента 105
2.3.3 Третий этап педагогического эксперимента 108
2.4 Выводы по главе Я 111
Заключение 112
Литература 113
Приложения , 124
- Дидактические возможности компьютера в процессе обучения
- Структура деятельности преподавания и учения
- Структура и содержание разделов курса «Использование НИТв обучении», посвященных изучению средств и способов создания педагогических программных продуктов
Введение к работе
Развитие компьютерной и микропроцессорной техники является мощным фактором, влияющим на структуру любой профессиональной деятельности. Появляются новые профессии (связанные с обслуживанием самых разнообразных технологических процессов и их информационным обеспечением), старые обогащаются новыми профессиональными функциями. Хороший уровень владения современными информационными средствами становится общим универсальным требованием профессиональной квалификации, обеспечивающим определенную функциональную независимость человека в области работы с разного рода информацией (например, компьютерной обработки текста, ведение личных баз данных или использование компьютерных коммуникаций). Совокупность процессов, вызывающих такие изменения в системе требований к профессиональной квалификации, способствует информатизации общества.
Будем понимать под информатизацией общества «всеобщий социальный процесс производства и повсеместного использования информации как общественного ресурса, обеспечивающего интенсификацию экономики, ускорение научно-технического прогресса страны, процессов демократизации и интеллектуализации общества» [130]. Члены такого общества должны иметь возможность доступа к базам данных и средствам информационного обслуживания; понимать различные способы представления данных (например, вербальная, графическая или числовая форма представления информации); знать о существовании общедоступных источников информации и уметь ими воспользоваться; уметь оценивать и обрабатывать имеющиеся в распоряжении данные с различных точек зрения; уметь пользоваться технологией анализа статистической информации.
Естественно, что воспитание членов нового информационного общества должны осуществлять учителя, сами являющиеся носителями информационной культуры общества. Учитель в таком обществе перестает выступать перед своими учениками в качестве основного источника первичной информации. Он превращается в посредника, который облегчает ее получение. Для того, чтобы система образования могла готовить граждан информационного общества, она сама должна стать информационной. Таким образом, происходящие социально-экономические изменения в обществе определенным образом влияют на информатизацию образования. У истоков процесса информатизации образования стояли академики А.П. Ершов, Е.П. Велихов, Н.Н. Красовскнй, В.А. Мельников, создавшие концепцию информатизации образования [39].
Таким образом, интенсивные преобразования в системе образования выдвинули проблему психолого-педагогического определения путей использования компьютерной техники и новых информационных технологий в учебном процессе. Дидактические и методические аспекты этого вопроса изложены в работах С.А. Жданова, А.А. Кузнецова, Э.И. Кузнецова, И.П. Лапчика, В.Л. Матросова, В.М. Монахова, И.В. Роберт и других авторов. Психолого-педагогические аспекты использования компьютерной техники в процессе обучения отражены в работах Е.И. Машбица, Н.Ф. Талызиной, И.В. Роберт и других ученых.
В качестве заказа современной школы в области подготовки специалистов в педагогическом вузе выделяются следующие задачи информатизации образования [14]: — подготовка учителей для преподавания основ информатики и вычислительной техники; —- подготовка учителей всех школьных дисциплин к использованию компьютера, информационных технологий, как инструмента исследования в своей предметной области и в своей профессиональной деятельности; подготовка всех учителей в области информационных технологий; подготовка специалистов в сфере управленческих работ в образовании, педагогических исследований.
Процесс информатизации образования подразумевает активное использование учителем компьютера и новых информационных технологий в своей профессиональной деятельности. Вопросам подготовки в области информационных технологий таких специалистов посвящено достаточно много работ [63,74,77,64,126,65,114,14,32,61,57,25,71]. Данное направления активно развивается в сфере подготовки специалистов в области преподавания информатики и основ информационных технологий. Но, в то же время, недостаточно внимания уделяется проблемам подготовки преподавателей других дисциплин. Очень часто данная проблема решается механическим переносом элементов курсов, разработанных для подготовки учителей информатики, на подготовку специалистов других дисциплин. В результате, например, возникает ситуация, когда навыки элементов программирования, полученные специалистом в ходе этой подготовки, оказываются бесполезными в его профессиональной деятельности, так как, с одной стороны, он не способен создать достаточно серьезную компьютерную программу, которую можно было бы использовать в практических целях, а, с другой стороны, он оказывается неподготовленным к использованию уже существующего и постоянно обновляющегося программного обеспечения.
Данная работа посвящена вопросам информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педагогических вузов, способных использовать средства создания педагогических программных продуктов в своей будущей профессиональной деятельности. Под педагогическими программными продуктами здесь понимаются компьютерные программы, в которых отражается некоторая предметная область, и в той или иной мере реализуется технология ее изучения, обеспечиваются условия выполнения учебной деятельности.
Одним из принципиальных вопросов в решении проблемы подготовки преподавателей предметников, способных использовать новые информационные технологии в учебном процессе, является вопрос выбора программного обеспечения, используемого в качестве средства обучения в ходе подготовки таких специалистов. Наиболее предпочтительным в этом случае является выбор пакетов инструментальных средств разработки педагогических программных продуктов. Использование таких пакетов позволит создавать педагогические программные продукты, демонстрирующие различные методические концепции, что особенно важно с точки зрения методической подготовки преподавателей в области использования новых информационных технологий в процессе обучения.
Таким образом, преподаватель предметник должен обладать знаниями и умениями, соответствующими современному состоянию науки и позволяющими осуществлять обоснованный выбор необходимого программного обеспечения для использования в своей профессиональной деятельности.
Отсутствие или недостаточная сформированность таких знаний и умений объясняет существование противоречия между потенциально богатыми дидактическими возможностями компьютера и недостаточным их использованием в процессе обучения. Проблема настоящего исследования заключается в разрешении данного противоречия.
Актуальность исследования определяется необходимостью совершенствования информационной подготовки преподавателей физики и математики в области использования новых информационных технологий в своей профессиональной деятельности,
Цели исследования: обосновать возможность и целесообразность использования авторской компьютерной системы «Искандер» в качестве средства обучения в системе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов; разработать методику использования средств создания педагогических программных продуктов в процессе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов.
Объектом исследования является процесс информационной подготовки преподавателей физики и математики, способных использовать в своей практической деятельности новые педагогические информационные технологии.
Предметом исследования является методика информационной подготовки преподавателей физики и математики, способных использовать в своей практической деятельности средства создания педагогических программных продуктов.
Гипотеза: использование авторской системы «Искандер» в контексте предлагаемой методики информационной подготовки преподавателей физики и математики позволит готовить специалистов, способных использовать средства создания педагогических программных продуктов в своей профессиональной деятельности. Это, в свою очередь, будет способствовать разрешению проблемы исследования.
Для достижения целей и обоснования гипотезы в ходе диссертационного исследования необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ дидактических возможностей компьютера.
Провести анализ известных и доступных средств разработки педагогических программных продуктов.
Теоретически обосновать целесообразность и экспериментально показать возможность использования авторской системы «Искандер» в качестве средства обучения в системе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов.
Определить структуру, разработать содержание и методику преподавания разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов.
Экспериментально показать, что разработанная методика позволяет достичь целей и задач подготовки преподавателей, способных применять средства разработки педагогических программных продуктов в своей профессиональной деятельности.
Для решения сформулированных задач исследования были использованы следующие методы: — анализ научно-методической, психолого-педагогической, научно- технической литературы по проблеме исследования; — анализ и обобщение опыта создания педагогических программных продуктов с использованием различных инструментальных средств; педагогические методы исследования: анкетирование, анализ продуктов учебной деятельности учащихся, экспертные оценки; проведение педагогического экспериментального исследования; анализ результатов экспериментального исследования.
Научная новизна результатов исследования: 1. Обоснована возможность и целесообразность использования системы «Искандер» в качестве средства обучения в процессе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов.
2. Сформулирована система понятий, необходимая для успешного освоения студентами технологии создания педагогических программных продуктов и их последующего использования в учебном процессе.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что, показана целесообразность и необходимость использования средств разработки педагогических программных продуктов для обучения информатике в процессе информационной подготовки преподавателя предметника; определено содержание и разработана методика преподавания разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов.
Практическая значимость исследования выражается в том, что: разработанное содержание и методика преподавания разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов, делают возможным готовить студентов физико-математических факультетов педвузов, способных использовать полученные знания на практике; разработанный в авторской системе «Искандер» в ходе апробации предложенной методики педагогический программный продукт «Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с квазимногочленом в правой части» может быть использован на практике в учебных заведениях.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования получили отражение в публикациях автора [105-108].
Основные результаты докладывались и обсуждались на научно-методическом семинаре «Применение информационных технологий в педагогических исследованиях» Московского педагогического государственного университета, на специализированном семинаре «Использование компьютеров в обучении инженеров» в Московском энергетическом институте.
Теоретические положения исследования были представлены в качестве докладов на международной конференции «Современные проблемы дидактики высшей школы», г. Донецк, 1997г., на XVII Всероссийском семинаре преподавателей математики университетов и педагогических вузов «Подготовка будущего учителя к работе в классах с углубленным изучением математики», г. Калуга, 1998г. В течение 1994 — 1998 годов проводилась опытно-экспериментальная работа на базе Московского педагогического государственного университета и Благовещенского государственного педагогического университета.
Содержание работы по главам. Первая глава посвящена теоретическим основам информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов в области использования новых информационных технологий в обучении.
За основу принят подход к изучению моделей специалистов, используемый Э.И. Кузнецовым в работе [58]. На основании этого подхода обосновывается необходимость рассмотрения модели процесса обучения, как системы процессов учения и преподавания, благодаря чему становится возможным изучение дидактических возможностей компьютера применительно к компонентам процесса обучения. Далее рассматриваются основные элементы деятельности преподавателя в процессе обучения в смысле использования педагогических программных продуктов. На основе анализа этих элементов раскрывается фрагмент инвариантной составляющей модели преподавателя предметника, относящийся к использованию педагогических программных продуктов и средств их создания.
Далее решается вопрос о выборе программного средства для обучения студентов физико-математических факультетов педвузов в ходе информационной подготовки в области создания педагогических программных продуктов, а именно: а) проводится анализ доступных средств разработки педагогических программных продуктов; б) вводится на основе этого анализа и анализа дидактических возможностей компьютера рабочее понятие «методическая конструкция» и приводятся примеры таких конструкций; в) описывается авторская компьютерная система «Искандер», позволяющая создавать педагогические программные продукты, направленные на реализацию значимых, с позиции дидактических принципов, методических целей (индивидуализация и дифференциация процесса обучения, осуществление самоконтроля т самокоррекции и т.д.).
В конце главы делается вывод о том, что решены три первые задачи исследования, а именно: проведен анализ дидактических возможностей компьютера; проведен анализ известных и доступных средств разработки педагогических программных продуктов; обоснованы возможность и целесообразность использования системы «Искандер» в качестве средства обучения студентов физико-математических факультетов педвузов в системе информационной подготовки в рамках курса «Использование новых информационных технологий в обучении».
Вторая глава посвящена описанию методики информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов на задачах создания педагогических программных продуктов. В качестве основного средства обучения выбрана система разработки педагогических программных продуктов «Искандер».
Излагаются цели и задачи, структура, содержание и методические рекомендации по преподаванию разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов. Содержание условно разбито на две части: «теоретические аспекты создания педагогических программных продуктов» и «использование новых информационных технологий для создания педагогических программных продуктов». Теоретическая часть посвящена вопросам истории автоматизированных обучающих систем, обзору современных педагогических программных продуктов и требований к ним, определению места новых информационных технологий в учебном процессе, основным этапам разработки педагогических программных продуктов. Вторая часть содержит основные направления использования авторской системы «Искандер» для создания педагогических программных продуктов с использованием новых информационных технологий. Далее предлагается список задач на базе системы «Искандер», классифицированный по информационным технологиям. Глава завершается описанием педагогического эксперимента, состоящего из трех этапов. Раскрыт каждый из этапов педагогического эксперимента, описаны их цели, задачи, основное содержание, результаты и выводы. В конце второй главы приводится вывод о том, что были решены следующие задачи исследования: а) экспериментально показана возможность использования системы «Искандер» в качестве средства обучения студентов физико-математических факультетов педвузов в процессе информационной подготовки в рамках курса «Использование новых информационных технологий в обучении»; б) определена структура, разработаны содержание и методика преподавания разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов, на базе использования системы «Искандер» как средства обучения; в) экспериментально показано, что разработанная методика позволяет достичь целей и задач подготовки преподавателей, способных применять новые информационные технологии в своей профессиональной деятельности; г) в рамках использования системы «Искандер» создан педагогический программный продукт «Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с квазимногочленом в правой части», который может быть использован на практике в учебных заведениях.
В конце диссертации приводятся заключение, список литературы и приложения.
Дидактические возможности компьютера в процессе обучения
Использование в учебном процессе новых методов обучения и новых форм организации процесса обучения накладывают отпечаток на сам процесс обучения. Учитель предметник, желающий использовать средства вычислительной техники в своей деятельности, независимо от преподаваемой дисциплины, должен четко представлять возможности и ближайшие перспективы эффективного применения компьютера в учебном процессе. Компьютерная техника и основанные на современных информационных технологиях программные средства обладают большой "мощностью" и новыми, отличными от традиционного обучения, дидактическими возможностями [98]:
— незамедлительная обратная связь между пользователем и средствами новых информационных технологий;
— компьютерная визуализация учебной информации об объектах и закономерностях процессов, явлений, как реально протекающих, так и «виртуальных»;
— архивное хранение достаточно больших объемов информации с возможностью ее передачи, а также легкого доступа и обращения пользователя к центральному банку данных;
— автоматизация процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности, а также обработки результатов учебного эксперимента с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента; — автоматизация процессов информационно-методического обеспечения, организованного управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения.
Процесс обучения всегда представляет собой алгоритм, независимо от того, что изучается, и какие при этом используются средства и методы [132]. Таким образом, естественна задача программирования процесса обучения на компьютере, позволяющем точно реализовывать любой известный алгоритм с достаточной долей абстракции. В связи с этим рассмотрим уточнение модели процесса обучения в смысле конкретизации возможностей использования и месте компьютера в этом процессе.
Определим понятия компьютера как средства и как посредника в процессе обучения. Будем называть компьютер (интеллектуальным) посредником в процессе обучения тогда и только тогда, когда компьютер используется во всех видах деятельности, входящих в процесс преподавания, и во всех видах деятельности, входящих в процесс учения. Во всех остальных случаях будем называть компьютер средством в процессе обучения. В зависимости от того, какую роль выполняет компьютер в процессе обучения, изменяется деятельность учителя и обучаемого. В связи с этим приведем для каждого вида деятельности, входящего в процесс обучения, связанную с ним систему действий субъектов, их осуществляющих.
Структура деятельности преподавания и учения
Подготовительная деятельность преподавателя предполагает деятельность по построению логики изложения содержания учебного материала, его структурирование, подготовку комбинаций приемов, методов обучения и их перестройки в ходе обучения, разработки и реализации средств индивидуализации обучения. При подготовке к занятию преподаватель по возможности обеспечивает подготовку необходимых технических средств обучения, наглядных пособий, дидактических и раздаточных материалов. Применительно к использованию компьютера в качестве технического средства преподаватель знакомится с информационными технологиями, просматривает и изучает готовые педагогические программные продукты, адаптирует их к планируемому учебному процессу для того чтобы предупредить возможные затруднения, выбрать важные моменты. В ходе подготовительной работы удобно использовать различные текстовые и графические редакторы, инструментальные среды, педагогические программные продукты.
Деятельность по передаче или организации усвоения содержания образования включает в себя организацию самих действий учителя по передаче знаний и организацию деятельности учащихся по усвоению учебного материала. Организация такой деятельности включает в себя постановку перед учащимися учебных задач, создание благоприятных условий восприятия этих задачи обучаемыми, четкое распределение функций между учениками или организации практических работ, краткое и ясное инструктирование о способах предстоящей деятельности, своевременное оказание помощи учащимся при выполнении ими учебных заданий.
Деятельность по обеспечению обратной связи заключается в осуществлении текущего контроля преподавателем за ходом усвоения учебного материала. Контроль включает наблюдение за деятельностью учащихся, ответы на контрольные вопросы, упражнения обычного и программированного типа (контролирующие программы, тесты), индивидуальные собеседования с отдельными учениками во время самостоятельной работы класса, просмотр письменных работ в процессе учебной работы на уроке. Это позволяет активно регулировать процесс обучения путем дополнительных разъяснений, постановки наводящих вопросов, более конкретных упражнений, использование дополнительных зарисовок разъясняющего плана, организации взаимоконтроля учеников и разумной взаимопомощи. Деятельность по усвоению содержания образования включает в себя следующие действия: принятие учебных задач и плана действий, предлагаемого преподавателем; осуществление учебных действий и операций по решению поставленных задач; регулирование учебной деятельности под внешним контролем преподавателя и самоконтроля; анализ результатов учебной деятельности, осуществляемый под руководством преподавателя.
Деятельность по обеспечению обратной связи учащимися представляет собой систему действий обучаемого, направленную на преодоление трудностей в усвоении учебного материала, то есть формулирование вопроса и донесение его до преподавателя в установленном организационной формой порядке, либо самостоятельный поиск способов и средств для получения ответа на сформулированный вопрос (при самообучении).
class2 Методика применения средств создания педагогических программных продуктов
в процессе информационной подготовки студентов физико-математических факультетов педвузов class2
Структура и содержание разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении», посвященных изучению средств и способов создания педагогических программных продуктов
Целью изучения средств и способов создания педагогических программных продуктов является развитие такого важного фрагмента инвариантной составляющей информационной культуры учителя (параграф 1.3), как способность использовать компьютер в качестве средства обучения в своей предметной области. Перечислим соответствующие знания, умения и навыки такого специалиста:
— обладание знанием педагогических программных продуктов по своему предмету, инструментальных средств их разработки;
— обладание знаниями, умениями и навыками по адаптации известных педагогических программных продуктов к собственной методической концепции;
— обладание знаниями о дидактических возможностях применения компьютера и новых информационных технологий в процессе обучения;
— обладание знаниями, умениями и навыками по созданию собственных педагогических программных продуктов с помощью инструментальных средств;
—— умения оценивать результаты применения педагогических программных продуктов в обучении с последующей коррекцией учебного процесса.
Задачами, способствующими достижению поставленной цели, являются построение моделей учебных процессов и их компьютерная реализация с помощью средства создания педагогических программных продуктов «Искандер».
Центральной идеей предлагаемой методики является мысль о том, что первичными в решении проблемы информатизации образования являются не имеющиеся на данный момент информационные технологии, а потребности формализации процесса обучения. Другими словами, данная методика должна способствовать, во-первых, тому, чтобы у студентов сформировалась обоснованная потребность в использовании компьютерных средств обучения в своей будущей деятельности; во-вторых, знания и умения, полученные при изучении посвященных средствам и способам создания педагогических программных продуктов разделов курса, позволили бы будущим преподавателям ориентироваться в постоянно развивающемся и обновляющемся мире новых педагогических информационных технологий.
Для успешного усвоения содержания рассматриваемых разделов курса «Использование новых информационных технологий в обучении» необходимо, чтобы студенты уже обладали определенным объемом знаний и умений:
— знание фундаментальных понятий информатики: информация, модель, алгоритм, программа, компьютер как автоматический исполнитель программы и др.;
— знание общетеоретических вопросов, связанных с представлением, передачей, хранением и обработкой информации с помощью ЭВМ.
— знание общих принципов функционирования аппаратуры и программного обеспечения ЭВМ;
— знания основных принципов алгоритмизации и элементов программирования и практические умения программировать в применении к задачам своей предметной области (вычислительные задачи математики и физики);
— знание видов орудийного использования компьютера. Умение применять компьютер в качестве инструмента для поддержки универсальных видов деятельности: письма, рисования, коммуникации и т. д.;
— знания о возможностях школьного компьютера, организации и функционировании школьной локальной сети.
Описанные знания и умения будут применяться по отношению к задачам создания педагогических программных продуктов, что, несомненно, расширит кругозор студентов в области применения новых информационных технологий в обучении.
