Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ К ПРИМЕНЕНИЮ СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ ОБРАЗОВАНИЕМ 9
1.1. Анализ опыта применения информационных технологий в управлении образованием 9
1.2. Информатизация системы управления образовательным процессом школы 19
1.3. Условия развития готовности учителей информатики к применению средств ит в управлении школой 33
Выводы по ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 46
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ РАЗРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫМ ПРОЦЕССОМ 49
2.1. Применение объектно-ориентированной методологии в обучении разработке информационных систем 49
2.2. Модель содержания обучения объектно-ориентированному анализу и проектированию
2.3. Описание методической системы обучения разработке информационных систем управления учебным процессом школы 81
2.4. Практикум по созданию информационных систем управления учебным процессом школы 104
Выводы ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 126
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ 129
3.1. Констатирующий и формирующий эксперименты 129
3.2. Описание и результаты формирующего эксперимента 131
Выводы по ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142
ЛИТЕРАТУРА 144
- Анализ опыта применения информационных технологий в управлении образованием
- Применение объектно-ориентированной методологии в обучении разработке информационных систем
- Констатирующий и формирующий эксперименты
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Переход к информационному обществу сопровождается широким распространением информационных технологий (ИТ) во всех сферах жизни - в науке, производстве, оборонной сфере и других. Закономерно проникновение ИТ и в образование. Процесс информатизации образования призван решить многие задачи в этой области, в том числе и задачи управления образованием.
Рост количества информации, циркулирующей в обществе, имеет более высокий порядок, чем прирост эффективности усвоения этих объемов человеком. Данный факт определяет необходимость изменений программ подготовки в педагогических вузах специалистов в области информатики и информационных технологий. Такие специалисты должны:
ориентироваться в огромных потоках сведений, выделять из них необходимую информацию;
быстро адаптироваться к инновациям в области ИТ, быть всегда готовым вести занятия по программе, отличной от той, по которой учили его;
постоянно повышать свою квалификацию, профессиональную компетентность в условиях быстрого устаревания содержания и структуры учебного материала по информатике.
В современном мире трудно переоценить значение информации: «кто владеет информацией - тот владеет ситуацией». В связи с этим особую важность приобретают процессы управления, в которых сосредотачиваются основные потоки информации, необходимой для осуществления любой деятельности. Совершенствование методов управления необходимо для ускорения принятия управленческих решений, поддержания актуальности данных в условиях непрерывного роста количества информации. Единственно возможным решением представляется использование средств ИТ в процессах управления. На сегодняшний день во многих образовательных учреждениях внедряются информационные системы (ИС) управления, позволяющие автоматизировать и повысить качество работы
административного персонала и преподавателей. Внедрение средств информационных технологий в систему управления образованием требует специалистов высокой квалификации, способных организовать этот процесс как в отдельном учебном заведении, так и в структурно более сложных образовательных системах. В программы подготовки и переподготовки учителей информатики включаются курсы обучения использованию средств ИТ в управлении образовательными процессами. Содержание подобных дисциплин недостаточно разработано, поэтому пока нет ощутимого результата в повышении уровня готовности педагогических кадров к внедрению информационных технологий в систему управления школой. Таким образом, имеется противоречие, проявляющееся с одной стороны в потребности школ в учителях информатики, готовых к разработке и использованию информационных систем управления образовательным процессом, с другой стороны - в отсутствии методических разработок, позволяющих осуществлять в педвузах подготовку специалистов соответствующего квалификационного уровня.
Цель научной работы: поиск путей развития готовности учителей информатики к применению средств информационных технологий в системе управления школой.
Объектом исследования является процесс подготовки учителей информатики в педагогическом вузе.
Предмет исследования: методика обучения учителей информатики разработке информационных систем управления учебным процессом школы.
Теоретическую и методологическую основу диссертации составляют: Фундаментальные исследования в области педагогики и педагогической информатики (Акулова О.В., Баранова Е.В., Беляева А.П., Бороненко Т.А., Власова Е.З., Готская И. Б., Извозчиков В. А., Ершов А. П., Казакова Е. И., Кайнина Л. Л., Колин К. К., Кузнецов Э. И., Лапчик М. П., Лаптев В. В., Макарова Н. В., Радионова Н. Ф., Роберт И. В., Румянцев И. А.,
Рыжова Н. И., Симонова И. В., Стефанова Н. Л., Тряпицына А. П., Фокин Р. Р., Швецкий М. В. и др.).
Исследования проблем эффективного управления работой учебного заведения с использованием средств ИТ (Боровков А. Б., Вербицкая Н. О., Кириллович В. А., Клебанович Д. М., Лозицкий И. Г., Маскин В. В., Монахова Л. Ю., Ризатдинова Г. X., Урнов В. А. и другие).
Работы, в которых рассматривается теория и практика обучения будущих педагогов применению средств информационных технологий в профессиональной деятельности (Аржанов И. Н., Веревка Н. В., Гогохия X. Н., Дашниц Н. Л., Кертанов Ю. X., Макарова С. В., Малев В. В., Сеничева Ю. М., Слинкин Д. А., Сметанников А. Л., Смирнова М. О., Шухман А. Е. и другие).
Исследования, посвященные разработке объектно-ориентированного подхода, его применению в образовании (Г. Буч, Д. Рамбо, А. Джекобсон, Т. Кватрани, П. Коуд, Ф. Круктен, Баранова Е. В., Фокин Р. Р., Степанов А. Г. и другие).
Автором исследования выдвигается гипотеза о том, что обеспечить развитие готовности учителей информатики к внедрению средств ИТ в управление образовательным процессом школы можно, если:
Выделить на основе анализа опыта работы средних общеобразовательных школ блок задач управления школой, от решения которых зависит успешность организации учебно-воспитательного процесса и качество учета его результатов.
Осуществлять обучение студентов решению средствами ИТ выбранных задач управления школой в три этапа: а) анализ задачи управления; б) проектирование информационной системы управления, позволяющей автоматизировать выполнение задачи; в) программная реализация информационной системы, - в соответствии с объектно-ориентированной методологией разработки программного обеспечения.
Применять проектно-исследовательские методы обучения, позволяющие совершенствовать такие важные качества специалиста по разработке информационных систем, как аналитические и оценочные способности, способность находить наиболее рациональное решение поставленной задачи, навыки ведения дискуссии, умение работать в команде.
Для достижения поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы необходимо было решить следующие основные задачи: На основе анализа научно-педагогической литературы и опыта работы учебных заведений выявить важнейшие задачи в сфере управления школой, требующие применения средств информационных технологий. Определить предпосылки, условия и этапы развития готовности учителей информатики к применению средств информационных технологий в системе управления школой (в существующих программах подготовки). Построить методическую систему обучения разработке информационных систем управления учебным процессом школы. Апробировать разработанную методическую систему.
В исследовании были использованы следующие методы: изучение научной литературы, изучение педагогического опыта, опрос, анкетирование, проведение педагогического эксперимента, обработка результатов эксперимента методами математической статистики, методы объектно-ориентированного анализа, проектирования, программирования.
На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Готовность учителя информатики к применению средств ИТ в управлении школой определяется следующими характеристиками: а) наличием у учителя представлений об организационной структуре управления учебно-воспитательным процессом; б) умением разрабатывать информационные системы управления учебным процессом школы; в) высоким уровнем информационной культуры, позволяющим учителю осуществлять самообразование в области ИТ и находить информацию, необходимую для выполнения своих профессиональных обязанностей.
Следующие задачи управления учебным процессом школы должны быть использованы для обучения студентов разработке информационных систем: а) ведение первичной учебной и персональной информации; б) ведение учебного плана; в) тематическое планирование; г) распределение нагрузки учителей; д) составление школьного расписания; е) учет успеваемости (ведение классных журналов). Изучение данных задач позволит учителю информатики самостоятельно решить средствами ИТ любую нестандартную проблему управления школой.
Обучение студентов решению профессиональных задач управления учебным процессом средствами ИТ включает три этапа: а) анализ задачи, б) проектирование информационной системы, позволяющей повысить качество выполнения данной задачи, в) программная реализация ИС.
Модель содержания обучения объектно-ориентированному анализу и проектированию, которая: а) отражает средства и методы построения объектных моделей информационных систем; б) четко структурирует учебный материал, что позволяет использовать ее как основу для разработки соответствующих учебных курсов; в) является инвариантной относительно программных сред анализа и проектирования.
Научная новизна работы характеризуется следующими результатами:
Выделена предметная составляющая обучения студентов разработке информационных систем управления школой - задачи управления учебным процессом. Задачи основаны на самых актуальных в настоящее время проблемах управления школой и отражают наиболее характерные для данной сферы деятельности информационные процессы.
Обосновано включение этапа объектно-ориентированного анализа задачи в процесс обучения студентов разработке информационных систем управления учебным процессом и определено его содержание. Получение учителем информатики такого опыта поможет ему в дальнейшем самостоятельно выявлять проблемы в системе управления школой и находить информационные средства для их решения.
Разработана модель содержания обучения объектно-ориентированному
анализу и проектированию информационных систем.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии современных педагогических знаний о подготовке учителей информатики: выявлены составляющие готовности учителя информатики к применению средств ИТ в управлении образовательным процессом школы, определены условия и этапы ее совершенствования. Расширена теория и методика преподавания информатики представлениями об обучении студентов разработке информационных систем управления учебным процессом школы.
Практическая значимость:
На основе проведенного объектно-ориентированного анализа задач управления учебным процессом разработаны учебно-методические материалы, включающие: характеристику проблемы, отраженной в конкретной задаче; описание действующих лиц (активных субъектов) и функций, выполняемых ими в контексте задачи; варианты использования будущей информационной системы; цели и основные требования к системе; задание на разработку информационной системы; наборы данных, имитирующие «результаты» решения первых четырех задач управления учебным процессом. Материалы готовы к использованию в обучении студентов разработке информационных систем.
Разработан практикум по созданию информационной системы «Редактор расписания», включающий: демонстрационный пример, модель системы, описание действий по построению модели системы, индивидуальные задания по программированию.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на научно-практических конференциях: «Педагогический дизайн» (С.Петербург, 2004 г.), «Теоретические и методические проблемы обучения в школе и вузе (математика, информатика)» (С.-Петербург - Мурманск, 2005 г.), «Современное образовательное пространство» (С.-Петербург, 2005), а также в пяти публикациях (общим объёмом 1,35 п. л.).
Структура диссертации. Диссертация (159 страниц машинописного текста) состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений. Работа иллюстрирована рисунками и таблицами.
Анализ опыта применения информационных технологий в управлении образованием
В современном обществе усиливается значение фактора управления в любой профессиональной деятельности, осуществляемой человеком. Причинами этого являются:
увеличение количества информации, с которой приходится работать человеку или системе, управляющей конкретной деятельностью - человек не может держать в голове или записывать на бумаге всю оперативную информацию;
увеличение сложности структуры деятельности, возникающее из-за роста рабочей информации - человек может легко запутаться во множестве второстепенных, но необходимых деталей работы;
уменьшение времени, отводимого на принятие решений, - в результате всеобщего ускорения темпа жизни (рост скорости передвижения, передачи данных, вычислений; уменьшение времени циклов производства; увеличение числа контактов между людьми в процессе деятельности и т.д.) - человек в силу своих природных особенностей «не успевает все успевать».
Информационные технологии помогают человеку работать, выполняя за него функции исполнителя, т.е. такую работу, которая требует не творческой активности, а напряжения внимания, рутинных действий и значительных объемов вычислений.
Что касается процессов управления, то их информатизация должна идти по пути создания специализированных средств ИТ, направленных на автоматизацию [138,139,140]:
сбора, обработки первичной рабочей информации;
принятия решения на основе анализа собранной информации (либо совместно с человеком, либо по заранее определенному механизму);
осуществления обратной связи с работающей системой;
возможной последующей коррекции управленческих действий (опять же под руководством человека).
На сегодняшний день компьютеры управляют полетом космических кораблей и самолетов, работой промышленных предприятий и пр. Широко распространено применение ИТ в непроизводственных сферах, в том числе и в образовании. Внедрение информационных технологий в образовательную сферу началось практически одновременно с появлением персональных компьютеров в нашей стране.
В 1984 г. вышло постановление «Основные направления реформы общеобразовательной и профессиональной школы», в котором информатизация была объявлена одной из магистральных задач обновления школьного образования. Согласно данному постановлению и другим программам модернизации образования ([70, 145]) информатизация образовательной системы должна была проходить по следующим основным направлениям:
1. Оснащение компьютерной техникой и программным обеспечением образовательных учреждений с целью компьютеризации учебного процесса.
2. Внедрение средств ИТ в управление образованием на различных уровнях (национальный, региональный, местный, уровень отдельного образовательного учреждения) и в различных образовательных структурах (школы, вузы, отделы управления образованием).
3. Подготовка и переподготовка кадров к использованию компьютерных и информационных технологий в своей профессиональной деятельности.
Практически сразу после введения предмета «Основы информатики и вычислительной техники» в учебные планы общеобразовательных школ проявились факторы, оказывающие влияние на проектирование кадров для обеспечения процессов информатизации школы, один из которых заключается в том, что «в связи с углублением процессов информатизации школы со временем начинают возрастать требования к учителю информатики как организатору школьной компьютеризации, методисту по использованию ИТ в преподавании других школьных дисциплин (то есть фактически помощнику администрации в этом деле)» [83, с. 40 - 41].
Применение объектно-ориентированной методологии в обучении разработке информационных систем
Объектно-ориентированный анализ и проектирование - аппарат, позволяющий моделировать структуру сложных систем любой природы. Созданный теоретиками программирования, объектно-ориентированный подход использует в качестве средства описания моделей систем интуитивно понятный человеку «язык» объектов. Это позволяет успешно преодолевать возрастающую сложность создаваемого программного обеспечения [20,156]:
Упорядочить требования, предъявляемые пользователями к разрабатываемой программе.
Обеспечить эффективность управления процессом разработки информационной системы, в котором, как правило, задействовано большое количество специалистов.
Обеспечить достаточную гибкость программы, что позволит снизить трудоемкость ее дальнейшей модернизации (что актуально при быстром развитии информационных технологий и появлении новых задач в любой сфере деятельности).
Достичь полноты описания поведения сложных дискретных систем, позволяющей точно предугадывать ответную реакцию системы на любое внешнее воздействие (ввод данных), относительно легко выявлять ошибки реализации.
Определим основные понятия объектно-ориентированного подхода, которые будут использованы для построения методической системы обучения студентов разработке информационных систем управления учебным процессом. В большинстве случаев определения понятий будут приведены согласно работам Г. Буча [20, 156], который является одним из основоположников методологии объектно-ориентированного анализа и проектирования. Отметим, что у других авторов формулировки понятий могут отличаться от приведенных в [20, 156], однако смысл их одинаков у всех исследователей.
Объектно-ориентированный анализ (object-oriented analysis ООА) - это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов, выявленных в предметной области. Предметная область рассматривается как совокупность объектов, согласованно действующих для обеспечения требуемого поведения [20, с. 54].
Модели, получаемые в результате объектно-ориентированного анализа {модели желаемого поведения системы), используются как основа в процессе объектно-ориентированного проектирования.
Объектно-ориентированное проектирование {object-oriented design OOD) - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической, физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы [20, с. 53]. Ядром процесса объектно-ориентированного проектирования является объектно-ориентированная декомпозиция - это процесс разбиения системы на части, соответствующие классам и объектам предметной области.
Объектно-ориентированное программирование (object-oriented programming OOP) - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию [20, с. 52].
Основополагающее понятие объектного подхода - объект.
Объект - опознаваемая сущность (абстрактная или реальная), имеющая четко определенное функциональное назначение в данной предметной области. В определении содержится два важных аспекта: 1) сущности (entities) должны быть опознаваемы; 2) каждая сущность должна выполнять некоторую функцию. Объект характеризуется тремя признаками: состояние, поведение, идентичность.
Констатирующий и формирующий эксперименты
Сформулируем цели педагогического эксперимента:
1. Исследовать проблему использования средств информационных технологий в управлении образовательным процессом школы.
2. Определить уровень готовности учителей информатики к применению средств информационных технологий в управлении образовательным процессом школы.
3. Апробировать методику обучения будущих учителей информатики разработке информационных систем управления учебным процессом школы.
4. Проверить выдвинутую гипотезу.
Для достижения указанных целей необходимо было решить задачи:
1. Выбрать методику проведения эксперимента.
2. Провести эксперимент в соответствии с выбранной методикой.
3. Провести количественную обработку результатов эксперимента.
4. Провести качественную интерпретацию результатов эксперимента.
Экспериментальное исследование включало констатирующий и формирующий эксперименты с обработкой их результатов.
Констатирующий и формирующий эксперименты проводились в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена (г. С.-Петербург) на кафедре информатики.
Цели констатирующего эксперимента: Определить степень владения студентами средствами информационных технологий, необходимыми для разработки информационных систем управления учебным процессом школы: системами управления базами данных, системами объектно-ориентированного моделирования, системами объектно-ориентированного программирования.
Выявить уровень сформированности представлений у студентов о задачах управления школой, требующих использования информационных технологий.
Определить степень готовности студентов к осуществлению деятельности по разработке информационных систем.
При проведении констатирующего эксперимента использовались следующие методы: тестирование и анкетирование студентов математического факультета РГПУ им. А.И.Герцена (бакалавров и магистров направления «Физико-математическое образование»). Анализ результатов констатирующего эксперимента позволил сделать следующие выводы:
1. Большинство студентов старших курсов имеют опыт работы учителем информатики.
2. Многие студенты хорошо владеют приемами программирования, умеют работать, по крайней мере, в одной профессиональной среде программирования, имеют опыт создания приложений баз данных.
3. Некоторые студенты знакомы со средствами объектно-ориентированного моделирования (языками и программными оболочками), однако не владеют методами объектно-ориентированного анализа и проектирования, практически не имеют опыта выполнения разработки информационных систем (данный опыт ограничен программной реализацией приложений учебного назначения).
4. Практически все студенты не знают, как использовать преимущества методологии объектно-ориентированного программирования на практике.
5. У студентов слабо сформированы представления о проблемах управления школой, для решения которых необходимо применение средств ИТ.
Для проверки выдвинутой гипотезы на данном этапе педагогического эксперимента были определены ключевые критерии успешности обучения, проводимого в соответствии с разработанной методикой, на основе которых в дальнейшем проводилось сравнение уровня готовности студентов до и после обучения. Количественная оценка результатов педагогического
