Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ В ОБУЧЕНИИ 12
1.1. Понятие «компьютерное обучение» в литературе 12
1.2.Вопросы использования компьютерной техники в педагогике, психологии и дидактике. 23
1.3. Методические аспекты использования компьютеров в обучении химии 32
Выводы по главе I. 54
Глава II. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРНОГО ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ 56
2.1. Теоретическая модель компьютерного обучения химии 56
2.2. Методика компьютерного обучения химии. 69
Выводы по главе П. 84
Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ КОМПЬЮТЕРНОГО ОБУЧЕНИЯ 86
3.1. Организация и методика педагогического исследования. 86
3.2. Результат применения компьютерного обучения химии в основной школе 93
Выводы по главе III. 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
ЛИТЕРАТУРА 112
ПРИЛОЖЕНИЯ 131
Приложение 1. Анкета для учащихся. 131
Приложение 2. Анкета для учителей 134
Приложение 3. Анкета для студентов. 138
Приложение 4. Результаты анкетирования учителей и студентов.. 142
Приложение 5. Программа дисциплины специализации «Новые
информационные технологии в химическом образовании». 144
Приложение 6. Основные типы программного обеспечения курса химии основной школы 154
Приложение 7. Фрагменты некоторых компьютерных программ по химии для учащихся 161
- Понятие «компьютерное обучение» в литературе
- Теоретическая модель компьютерного обучения химии
- Организация и методика педагогического исследования.
Введение к работе
Социально-экономические изменения, происходящие в стране, привели к кардинальным изменениям в сфере образования, что, в свою очередь, требует создания современной концепции химического образования с использованием средств информатизации.
Проблеме компьютеризации и информатизации различных сфер жизни общества, науки, образования посвящено значительное количество печатных работ. Процесс информатизации образования, поддерживая интеграционные тенденции познания закономерностей предметных областей и окружающей среды, актуализирует разработку подходов к использованию технических и дидактических потенциалов компьютерных технологий для развития личности обучаемого, повышения уровня его креативности, развития способностей к альтернативному мышлению, формирования умений разрабатывать стратегию поиска решений как учебных, так и практических задач, прогнозировать результаты реализации принятых решений на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.
Вопросы психолого-педагогического обоснования использования компьютеров в учебном процессе рассматривались в исследованиях Б.С. Гершунского, В.В. Давыдова, Е.И. Машбица, И.В. Роберта, В.В. Рубцова, Н.Ф. Талызиной. В дидактике химии исследованы возможности компьютерной техники в повышении уровня формирования технологических понятий (А.Ю. Жегин), в формировании обобщенных умений по химии на основе алгоритмизации и компьютеризации обучения (Н.Е. Кузнецова, С.А. Герус), в повышении качества химико-методической подготовки учащихся на основе компьютеризованной рейтинговой технологии, в
повышении качества знаний учащихся при использовании программируемых микрокалькуляторов как недорогой альтернативы ПК (М.С. Пак), в формировании компьютерной грамотности учащихся (Р.Г. Андрейчук), в активизации учебно-познавательной деятельности учащихся посредством использования технических средств обучения химии (И.Л. Дрижун и ученики), разработана теория компьютеризации профессионально-методической подготовки учителя химии (Р. Гмох (R. Gmoch), Польша).
Вместе с тем, в литературе и образовательной практике недостаточно внимания уделяется проблеме компьютерного обучения химии в основной школе:
не разработаны теоретические основы компьютерного обучения химии;
не предложена теоретическая модель компьютерного обучения химии;
не сформулированы принципы, цели и задачи компьютерного обучения химии;
не определены этапы и уровни обучения химии с использованием компьютеров, дидактико-методические условия применения компьютеров;
не разработана целостная методика компьютерного обучения.
Актуальность нашего исследования определяется тем, что разработка проблемы компьютерного обучения химии имеет, прежде всего, научное значение и связана с раскрытием теоретических основ компьютерного обучения и разработкой его модели. Исследование имеет прикладное значение, связанное с разработкой методики компьютерного обучения химии в основной школе и апробированием рекомендаций предлагаемой методики. Данное исследование имеет социально-экономическое значение, так как его результаты позволяют решить актуальные задачи формирования и развития химически образованной, информационно культурной личности.
^ Выполнение исследования было направлено на разрешение противоречий: 1)
между традиционной системой обучения химии и необходимостью повышения эффективности химико-образовательного процесса посредством использования компьютерной техники, 2) между традиционной методикой и необходимостью интенсификации обучения химии, реализации принципов гуманизации, дифференциации и индивидуализации, 3) между разрозненной информацией об использовании компьютерных технологий в предметном обучении и необходимостью создания научно обоснованной системы компьютерного обучения химии в современной
школе.
Актуальность и неразработанность методики компьютерного обучения химии в основной школе определяют выбор темы исследования.
Цель исследования: выяснение влияния теоретической модели и методики компьютерного обучения химии на повышение эффективности обучения и формирование элементов химико-информационной культуры личности.
Объект исследования: процесс компьютерного обучения химии в основной
Ш* школе.
Предмет исследования: теоретическая модель компьютерного обучения химии, служащая прикладной базой для создания методики компьютерного обучения химии в основной школе.
Гипотеза исследования: повышение эффективности химико-
образовательного процесса посредством использования компьютерной техники, а
также формирование химико-информационной культуры личности при
компьютерном обучении, может быть обеспечено, если будут реализованы:
научно обоснованная теоретическая модель компьютерного обучения (КО) химии;
методика использования компьютеров при обучении химии в основной школе;
дидактико-методические условия применения персонального компьютера (ПК) в процессе изучения химии.
Задачи исследования:
Проанализировать психолого-педагогическую, дидактическую и методическую литературу по проблеме КО химии.
Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении химии в основной и средней школе с точки зрения реализации современных образовательных задач, эффективности и доступности.
Обосновать и разработать теоретическую модель КО химии в основной школе.
В соответствии с теоретической моделью разработать методику и методические рекомендации по компьютерному обучению химии в основной школе.
В процессе экспериментального исследования откорректировать методические рекомендации по КО химии.
Проверить в процессе педагогического эксперимента рабочую гипотезу исследования.
Проанализировать результаты всех этапов исследования, сделать адекватные им научные выводы и обобщения.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: общелогические методы (историко-логический анализ, моделирование, сравнение, обобщение и интеграция), общенаучные методы (педагогическое
наблюдение, педагогический эксперимент, изучение опыта работы учителей), ча-стнонаучные методы (компонентный анализ химических знаний, пооперационный анализ предметных и интегративных умений и др.), организационные, эмпирические, интерпретационные методы, а также методы обработки и сведения данных. Статистические методы были реализованы при использовании методик (В.И.Ростовцевой, А.В.Усовой), адаптированных к специфическим задачам нашего исследования.
Исследование состояло из нескольких взаимосвязанных этапов:
На первом, предварительном этапе решались следующие задачи: теоретическое осмысление проблемы; определение целей, предмета и задачи исследования; изучение состояния исследуемой проблемы с целью конкретизации основных теоретических и методических положений; разработка гипотезы исследования; разработка методики педагогического эксперимента.
На втором, теоретическом этапе решались следующие задачи: продолжение информационного и научного поиска путем изучения литературных источников по проблеме исследования и практики обучения; разработка концепции компьютерного обучения химии в основной школе; построение теоретической модели компьютерного обучения химии; выявление закономерностей и условий компьютерного обучения химии; создание методических рекомендаций компьютерного обучения химии в основной школе.
На третьем, экспериментальном этапе решались следующие задачи: организация и проведение педагогического эксперимента с целью проверки выдвинутой рабочей гипотезы исследования; выявление в сконструированной системе компьютерного обучения химии причинно-следственных связей между результата-
ми обучения и его существенными факторами; анализ и интерпретация результатов экспериментального исследования. На четвертом, заключительном этапе обобщались результаты исследования, формулировались научные выводы, разрабатывались методические рекомендации по использованию компьютеров для массового внедрения в практику обучения химии в основной школе.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась применением методов исследования, адекватных поставленным целям, задачам, объекту, предмету исследования, завершенностью экспериментальной работы по исследуемой теме.
Научная новизна состоит в том, что в диссертации впервые сформулирована современная концепция компьютерного обучения химии в основной школе, включающая систему закономерностей компьютеризации образования, а также ведущие идеи и принципы.
Теоретическая значимость исследования: в диссертации впервые обоснованы и разработаны теоретическая модель и методика компьютерного обучения химии, построенная с учетом закономерностей образовательного процесса и дидак-тико-методических условий применения компьютеров при обучении химии.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе разработанной концепции и теоретической модели компьютерного обучения химии научно обоснована методика использования компьютерной техники при обучении химии в основной школе, реализованы методические рекомендации, адресованные учителям средних школ, методистам и студентам педвузов.
Апробация результатов исследования осуществлялась через обсуждение основных положений, хода и предварительных итогов научного поиска на между-
народных семинарах по проблемам дидактики химии в Опольском университете (г. Ополе, Польша, 1997 и 1999 гг.), на XLIII, XLV, XLVI и XLVII Герценовских чтениях в РГПУ им. А.И. Герцена (г. Санкт-Петербург, 1996, 1998, 1999 и 2000 гг.); на межвузовской научно-практической конференции: «Проблемы повышения качества естественно-математического образования» (г. Кострома, 1998 г.); на VI Всероссийском координационном совещании «Актуальные проблемы реформирования химико-педагогического образования» (г. Нижний Новгород, 1998 г.), областной научно-методической конференции «Проблемы и перспективы развития профессионального и научного творчества молодежи» (г. Кострома, 2000 г.), а также на лекциях, прочитанных для студентов факультета естествознания Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова.
На защиту выносятся:
Концепция и теоретическая модель компьютерного обучения химии, выражающая целостное единство его структурных и функциональных, а также традиционных и компьютерно-информационных компонентов, ориентированных на формирование химических знаний и элементов химико-информационной культуры.
Методика компьютерного обучения химии, основанная на общих закономерностях химико-образовательного процесса и процесса компьютеризации.
Дидактико-методические условия функционирования методики компьютерного обучения химии.
Структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 111, с учетом библиографии и приложений — 167 страниц. Диссертация содержит 11 таблиц, 6 рисунков. Список литературы включает 163 источника.
Понятие «компьютерное обучение» в литературе
Современный этап развития цивилизованного общества по праву называют этапом информатизации, этапом превращения общества индустриального в общество информационное. Характерной чертой этого периода является тот факт, что доминирующими видами деятельности в сфере общественного производства, повышающим его эффективность и наукоемкость, становится сбор, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые с помощью компьютерной техники [3,102].
Под информацией понимается совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними [89, 90]. Применительно к компьютерной технике понятия информации и данных часто отождествляются. Но если быть точными, то данные — это информация, представленная в форме необходимой для ввода в компьютер [90,160].
Одним из главных направлений процесса информатизации общества становится информатизация образования, обеспечивающая широкое внедрение в практику психолого-педагогических разработок, направленных на интенсификацию процесса обучения, реализацию идей развивающего обучения, совершенствование форм и методов организации учебного процесса [2].
Среди направлений информатизации системы образования центральное место занимает компьютеризация. Компьютеризация образования предполагает реализацию комплекса мер, направленных на совершенствование образовательного процесса, путем использования компьютерной техники и компьютерных технологий. Уровень компьютеризации учебного процесса зависит от: уровня оснащенности вычислительной техникой и ее возможностей, качества программного и методического обеспечения учебного процесса, степени развитости компьютерной культуры и информационной инфраструктуры в стране [20, 24, 26, 27].
Среди заметных достижений в области компьютеризации образования сле дует отметить работы С.А. Жданова, Э.И. Кузнецова (МГУ им. Ломоносова), В.В. Лаптева, В.А. Извозчикова, Г.А. Бордовского, И.А. Румянцева, И.В. Марусевой, М.В. Швецкого (РГПУ им. Герцена), В.Г. Житомирского (Екатеринбург), М.П. Лапчика и его школы (Омск), Б.А. Бельтюкова (Иркутск) и др. [20-23, 45, 53-59, 68, 78-85, 88-92,117,119,128,147].
История применения компьютерных технологий в образовании, в том числе обучении химии в средней и высшей школе, тесно связана с общими тенденциями развития компьютерной техники, появляющимися вследствие этого новыми возможностями и изменением задач, ставящихся обществом перед образованием. В развитии компьютерных технологий обучения можно выделить несколько основных этапов или фаз: автоматизации, информатизации, коммуникации [36].
Применение компьютеров в химии берет свое начало в середине 1940-х годов, когда системы, работающие на перфокартах (punch cards), были впервые использованы для корреляции химической структуры и физиологической активности соединений. С тех пор количество областей теоретической и вычислительной химии, использовавших компьютеры, непрерывно растет. Использование компьютеров в химическом образовании, начавшееся практически одновременно с их использованием для научных исследований, длительное время занимало достаточно скромное место на фоне развития прочих технологий образования [106,163].
Поэтому, начало первого этапа компьютеризации образования правильнее отнести к первой половине 1960-х годов. Применение компьютеров в образовательных целях было связано с приобретением опыта использования компьютеров для реализации проектов создания компьютерных обучающих систем и проведения научных исследований [30, 35, 163]. Этот этап компьютеризации образования связан, в первую очередь, с формированием вычислительных центров при крупнейших университетах развитых стран и использованием больших электронно-счетных машин (БЭСМ). Периферийное оборудование компьютеров было малочисленно. Информационной системой являлись, прежде всего, редактор текстов и компиляционные программы, не функционировали тогда понятия о потребительских программах. Основным видом учебной деятельности было программирование, которое состояло в автоматизировании заданий, а не в руководстве диалогом между системой и потребителем. Поэтому фаза развития компьютерных технологий обучения получила названия фазы автоматизации.
Уровень развития электронной промышленности в конце 1970-х годов позволил освоить производство сначала микро-ЭВМ, а затем и персональных компьютеров (ПК). Проявленный общественный интерес к появлению ПК послужил стимулом для их массового выпуска и, как следствие, причиной снижения стоимости, что позволило многим учебным заведениям в больших количествах приобретать новый вид компьютерной техники. Именно вторая половина 70-х годов может считаться началом современного этапа развития компьютерного обучения.
Теоретическая модель компьютерного обучения химии
Компьютерное обучение в современных условиях является одной из актуальных проблем образования1. Переходный характер модели химического образования остро ставит проблему повышения эффективности учебно-воспитательного процесса. Интенсификация этого процесса возможна только при использовании новых прогрессивных педагогических идей, методов, средств, техники и технологий.
Процесс компьютеризации образования, поддерживая интеграционные тенденции познания закономерностей предметных областей и окружающей среды, актуализирует разработку подходов к использованию потенциала современного компьютерного обучения химии для развития личности обучаемого, повышения уровня его креативности, развития способностей к интегративному мышлению, формирование умений разрабатывать стратегию поиска как учебных, так и практических задач. Тем самым он позволяет прогнозировать результаты реализации принятых решений на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.
1 Подробный обзор психолого-педагогических исследований по данной проблеме, а также примеры использования компьютерной техники в школьных курсах химии и других естественных наук приведены в главе I.
Ядром концепции компьютерного обучения химии служит система ведущих идей: информатизации, компьютеризации, технологизации - введение в химико-образовательный процесс компьютерных технологий обучения, новых информационных технологий; интеграции - предполагающей интегративность содержания, единство средств, форм и методов обучения; дифференциации -позволяющей охватить разные стороны изучаемых объектов; оптимизации -достижение оптимальных результатов обучения; непрерывности - формирующей целостность мировосприятия учащихся; гуманизации - реализуется путем ориентации учебно-воспитательного процесса на развитие личности; индивидуализации - достижение оптимальных результатов обучения путем установления индивидуального режима усвоения материала, а также принципов, адекватных закономерностям процессов компьютеризации.
Среди закономерностей процесса компьютеризации химического образования следует отметить:
появление и использование компьютерных средств в обучении химии как результат социально-технических изменений в обществе, науке и образовании;
теоретическое осмысление и практическая реализация образовательных методик и технологий обучения химии в соответствии с применением современной компьютерной техники;
качественные изменения в химическом образовании под влиянием компьютерных средств и технологий обучения.
Разработанная нами концепция компьютерного обучения химии раскрывается следующими методическими положениями:
1. Компьютерное обучение химии осуществляется на основе единства следующих методологических подходов к обучению: информационного, интегративного, оптимизационного, деятельностного, личностно-ориентированного.
2. Компьютерное обучение химии — процесс обеспечения сферы химического образования теорией и практикой разработки и использования современных компьютерных средств и технологий, ориентированных на реализацию целей обучения, воспитания и развития учащихся.
3. Информационный подход как средство введения в современный химико-образовательный процесс компьютерного обучения обеспечивается реализацией в практике теоретической модели компьютерного обучения химии. Важнейшими функциями информационного подхода в обучении химии являются следующие: методологическая, конструктивно-моделирующая, формирующая.
4. Структура КО химии представляет собой: цели компьютерного обучения, предметно-химический и информационно-компьютерный блоки содержания обучения, этапы процесса обучения, организационно-методический комплекс, субъекты образовательной деятельности, новообразования в свойствах личности, как результат КО химии.
5. Специфика КО химии обусловлена посредством реализации принципов информатизации, компьютеризации, интеграции, технологизации, дифференциации, непрерывности, гуманизации и индивидуализации.
6. Изучение химии в современной школе может осуществляться эффективно на основе научно-обоснованной интеграции различных средств обучения, в том числе компьютерной техники.
Организация и методика педагогического исследования
Основной целью теоретико-экспериментального исследования было выявление влияния методики компьютерного обучения на уровень предметно-химических знаний и умений, на развитие интегративного мышления, творческих способностей учащихся, а также на формирование элементов химико-информационной культу-ры.
Теоретико-экспериментальное исследование проводилось в четыре этапа: предварительный, теоретический, экспериментальный и заключительный.
Предварительный этап позволил теоретически осмыслить исследуемую проблему, определить цели, предмет, задачи, гипотезу исследования, изучить состояние проблемы с целью конкретизации основных теоретических положений при решении поставленных задач. Сделать анализ состояния компьютерного обучения химии в основной школе, проанализировать современные концепции химического образования, изучить практический опыт использования ППС в школе, проанализировать отношение участников учебно-воспитательного процесса к применению ПК в обучении химии, разработать методику педагогического эксперимента.
Теоретический этап позволил продолжить информационный и научный поиск путем изучения литературных источников по проблеме компьютерного обучения, разработать теоретическую модель и методику компьютерного обучения химии, выявить дидактические условия функционирования, окончательно охарактеризовать предмет исследования.
В ходе экспериментального этапа были накоплены экспериментальные данные посредством организации и проведения педагогического эксперимента, выявлены причинно-следственные связи, позволившие проверить рабочую гипотезу исследования, скорректировать модель компьютерного обучения, подвергнуть анализу и интерпретации результаты педагогического эксперимента (констатирующего, поискового, формирующего).
На заключительном этапе были сведены и обобщены результаты исследования (предварительного, теоретического и экспериментального этапов), сформулированы выводы.
Экспериментально-методическое исследование, определяющее целесообразность и эффективность предложенной нами методики проводилось в естественных условиях обучения без нарушения учебно-воспитательного процесса в течение 1996/97,1997/98, 1998/99, 1999/2000 учебных годов.
Педагогический эксперимент проводился в средних школах города Костромы и области. В таблице 3.1 указаны классы школ, в которых проводилась опытная проверка разработанных нами теоретических положений, стаж работы учителей.
Эксперимент проводился в три этапа: поисковый, констатирующий и формирующий. В таблице 3.2. указаны основные задачи, используемые методы и результаты каждого этапа. Для проверки эффективности разработанной методической системы использовались методы статистической обработки данных срезов знаний в экспериментальных и контрольных классах. Для этого был проведен анализ устных ответов, проверочных, контрольных работ.
