Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Информационные технологии обучения 8
1. 1. Современное состояние и тенденции развития информатизации обучения 8
1. 2. Компьютерные обучающие системы: назначение, типология, поколения, использование в процессе обучения 23
1. 3. Разработка компьютерных обучающих систем: общие принципы, этапы, требования к качеству 43
1. 4. Использование информационных технологий в процессе обучения планиметрии в средней школе 54
Глава 2. Разработка средств информационных технологий обучения планиметрии 70
2. 1. Решение геометрических задач с помощью средств новых информационных технологий 70
2. 2. Компьютерная система обучения "Планиметрия 7 -9" 82
2. 3. Методика обучения планиметрии с помощью компьютерной системы "Планиметрия 7-9" 101
2. 4. Курс "Информационные технологии в обучении планиметрии" для студентов математического факультета педагогического ВУЗа и учителей математики и информатики 139
Глава 3. Дидактический эксперимент 148
3. 1. Планирование и проведение дидактического эксперимента 148
3.2. Методическая интерпретация результатов дидакти ческого эксперимента 156
Заключение 171
С писок литературы 17 3
Приложение 1. Проверочные работы начального и заключительного этапов обучающего эксперимента 186
Приложение 2, Некоторые задачи на доказательство и их компьютерное представление 197
Приложение 3. Списки теорем, сгруппированных по типам следствий, и их компьютерное представление 217
- Современное состояние и тенденции развития информатизации обучения
- Решение геометрических задач с помощью средств новых информационных технологий
- Планирование и проведение дидактического эксперимента
Введение к работе
Последние десятилетия характеризуются бурным развитием средств информационных технологий, появлением качественно новых методов их использования в различных областях человеческой деятельности, в том числе в сфере образования. Разнообразие имеющихся компьютерных сред обучения, повышение уровня подготовленности в области информатики преподавательского состава, появление средств вычислительной техники в учебных заведениях создают объективные предпосылки для использования информационных технологий как средств обучения различным предметам.
Направления, возможности, проблемы создания и использования средств информационных технологий в процессе обучения отражены в работах Е. В, Барановой, Б. С. Гершунекого, В. А. Далингера, А. Довгялло, А. П. Ершова, В. А. Извозчикова, В. Каймина, М. П. Лапчика, Е. А. Локтюшиной, Е. И. Машбица, М. Ф. Меняева, И. В. Роберт, В. Н. Пронина, Т. Сергеевой, Н. Ф. Талызиной, Э. М. Турчина, Ю. М. Цевенкова и др. Вопросам использования дидактических возможностей компьютерных обучающих систем в процессе обучения планиметрии в средней школе посвящены работы Е. В. Барановой, Е. И. Барановой, Н. Василаса, В. А. Далингера, С. А. Титоренко.
Опыт работы в школе как с учащимися, так и с учителями показывает, что в настоящее время актуальными являются вопросы подготовки учителей и студентов педагогических ВУЗов к использованию информационных технологий в учебном процессе, в том числе при обучении планиметрии. Постановка целей и отбор содержания подобных курсов должны производиться на основе общих принципов разработки и использования компьютерных обучающих систем, что и определяет актуальность исследования.
Сказанное выше позволяет определить цель исследования:
- выявление принципов создания компьютерных систем обучения планиметрии;
- разработка компьютерной системы обучения планиметрии и методики ее использования в учебном процессе.
Объектом исследования является процесс обучения планиметрии с использованием информационных технологий.
Предмет исследования - компьютерные системы обучения планиметрии и методика их использования в учебном процессе.
Гипотеза исследования: если разработать компьютерную систему обучения планиметрии, методику работы с этой системой и научить учителей использовать их в учебном процессе, то это будет способствовать повышению качества обучения планиметрии в средней школе.
Задачи исследования заключаются в следующем:
- проанализировать литературу по использованию средств информационных технологий в процессе обучения и возможности существующих компьютерных средств обучения планиметрии;
- выделить принципы построения систем компьютерного обучения планиметрии;
- разработать компьютерную систему обучения планиметрии и методику ее использования в учебном процессе на основании выделенных принципов;
провести апробацию компьютерной системы в образовательных учреждениях различных типов;
- разработать курс "Информационные технологии в обучении
планиметрии" для студентов математических факультетов
педагогических ВУЗов, учителей математики и информатики.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
- анализ психолого - педагогической, научно - методической и специальной литературы в области разработки компьютерных систем обучения;
- изучение и анализ опыта обучения планиметрии в средней школе;
- организация и проведение дидактического эксперимента и обработка его результатов;
- методы математической статистики и аппарат современной информатики, На защиту выносятся следующие положения .
- принципы разработки и использования компьютерных систем обучения планиметрии;
- структура данных и алгоритмы компьютерной системы обучения планиметрии;
- типология компьютерно - ориентированных планиметрических задач;
- содержание курса "Информационные технологии в обучении планиметрии" для студентов математических факультетов педагогических ВУЗов, учителей математики и информатики.
Научная новизна исследования заключается в подходе к обучению студентов педагогических ВУЗов и учителей использованию средств информационных технологий в процессе обучения планиметрии на основе разработанной компьютерной системы.
Теоретическая значимость исследования:
сформулированы принципы построения компьютерной обучающей системы по планиметрии;
- разработана типология компьютерно - ориентированных задач по планиметрии.
Практическая ценность исследования заключается в том, что разработанная система обучения планиметрии и методика работы с ней готовы к использованию в процессе обучения учащихся средних школ, учителей математики и информатики, студентов математических факультетов педагогических ВУЗов.
Достоверность результатов обеспечивают логика исследования; использование адекватных поставленным целям аппаратов педагогики, информатики, методики обучения геометрии в средней школе; положительные результаты проведенного дидактического эксперимента.
Апробация результатов исследования . выступления на Герценовских чтениях в РГПУ им. А. И. Герцена (1997, 1998, 1999 г. г.); международной конференции "Информационные технологии в естественно - научном и математическом образовании" (2000 г.); семинаре учителей математики и информатики "Компьютерные средства обучения геометрии" (2000 г.); конференции учителей математики и информатики "Социально - педагогическая эффективность реализации образовательных программ" (2000 г.).
Внедрение результатов производилось с 1997 по 2000 г. в школах г. Санкт - Петербурга среди учащихся 7 - 9 классов и учителей математики и информатики; среди студентов и аспирантов математического факультета РГПУ им. А. И. Герцена.
Основные положения исследования отражены в четырех публикациях.
Структура и объем работы: работа содержит введение, 3 главы и заключение; общий объем работы - 185 страниц, из них 172 - основной текст, 13 - список литературы (143 наименования); в работе содержатся 57 рисунков и 14 таблиц, имеются три приложения на 46 страницах.
Современное состояние и тенденции развития информатизации обучения
Развитие общества неизбежно связано с появлением комплекса продовольственных, энергетических, экономических и других проблем, для решения которых привлекаются многочисленные группы ученых и специалистов. Углубление общественного разделения труда и рост численности работников сопровождаются значительным увеличением потоков научной, производственной, управленческой и другой информации, циркулирующей в обществе и предназначенной для эффективного обмена и взаимодействия между людьми, организациями, отраслями народного хозяйства и государствами в целом- Эти информационные потоки проникают во все сферы современного общества, а сама информация становится массовым и жизненно необходимым продуктом. Процесс возрастания объемов производства и потребления информации, ее превращения в важный вид ресурсов получил название информатизации общества [54]. Проблеме информатизации общества посвящены работы В. А. Извозчикова [23], А. И. Ракитова [54, 55], С. С. Свириденко [63] и др. Б специальной литературе можно встретить следующие определения информатизации: совокупность процессов и явлений, связанных с целенаправленной обработкой информации, с применением средств вычислительной техники и связи, а также соответствующего программного обеспечения [20]; - процесс интенсивного использования новых и новейших информационных технологий для производства, хранения, трансформации, распространения знаний и использования этих знаний для решения различных социальных, промышленных, гуманитарных и других проблем [55]; - "социальный процесс повышения престижа информационных наук, распространения информационных методов в практической деятельности" [3, стр. 26].
Наиболее полным, с нашей точки зрения, является определение, данное А. П. Ершовым: информатизация - это система следующих взаимосвязанных процессов:
- информационного (представление в форме, доступной для хранения, обработки и передачи электронными средствами, всей социально значимой информации); = познавательного (формирование и поддержка целостной информационной модели мира, позволяющей обществу упреждающее динамическое регулирование своего развития на всех этапах проявления активности - от индивидуальной деятельности до общечеловеческих институтов); - материального (строительство глобальной инфраструктуры электронных средств хранения, обработки и передачи информации) [33].
В настоящее время среди основных направлений информатизации можно выделить следующие:
- применение микропроцессорной техники на производстве, в транспорте, в быту с целью их оптимизации и получения за счет этого экономии всех видов ресурсов;
- автоматизация интеллектуальных работ в целях сокращения сроков их выполнения, повышения качества (автоматизированный поиск информации; машинный перевод; автоматизированное проектирование; создание и использование экспертных систем; автоматизация проведения научных исследований);
- частичная или полная замена многих видов печатных изданий их электронными аналогами, что увеличивает их эффективность как средства передачи информации и обеспечивает экономию бумаги, дефицит которой в мире непрерывно возрастает;
- создание все более совершенных систем и сетей электронной коммуникации (электронная почта, покупки и финансовые расчеты по каналам электросвязи, телеконференции и др.), обеспечение доставки информации практически в любую точку планеты без существенных ограничений во времени [40, 55,63].
По А. И. Ракитову сущность информатизации заключается в движении к информационному обществу. "Информационное общество - историческая фаза развития цивилизации, жизнь и деятельность человека в которой прежде всего связаны с созданием, переработкой и использованием информации" [3, стр. 29], Переход к информационному обществу означает, что важнейшим продуктом социальной деятельности становится производство и использование знаний, причем удельный вес знаний непрерывно возрастает.
Решение геометрических задач с помощью средств новых информационных технологий
С целью дальнейшей разработки типологии компьютерно -ориентированных планиметрических задач рассмотрим основные типы задач курса планиметрии средней школы, их особенности и цели включения в учебный процесс, а также возможности их решения с помощью средств информационных технологий.
Основные типы задач курса планиметрии средней школы
Цели обучения планиметрии, представленные в 1. 4 данной работы, конкретизируются следующим набором умений, которыми должен овладеть ученик в результате изучения курса:
- изображать геометрические фигуры, указанные в условиях теорем и задач, и выделять известные фигуры на чертежах;
- вычислять значения геометрических величин, применять изученные свойства и формулы;
- решать типичные задачи на вычисление, доказательство и построение, опираясь на теоретические сведения;
- проводить доказательные рассуждения в ходе решения типичных задач [99].
Задачи по планиметрии как метод обучения имеют определенные функции, которые необходимо рассматривать в комплексе:
- обучающие (направленные на формирование у школьников системы математических знаний, умений и навыков);
- воспитывающие (направленные на формирование у учащихся познавательного интереса и навыков учебного труда);
- развивающие (направленные на развитие мышления и речи школьников);
- контролирующие (направленные на установление уровней овладения учащимися знаниями, умениями и навыками) [88].
Задачи курса планиметрии средней школы делятся на три основные группы;
- задачи на вычисление;
- задачи на доказательство; = задачи на построение.
В задачах на вычисление требуется выразить неизвестные величины или их отношения через известные параметры.
В задачах на построение неизвестные величины определяются в результате выполнения ряда геометрических построений (с помощью допустимых геометрических инструментов). Как правило, в таких задачах речь идет о построении геометрической фигуры по некоторым данным о ней [103]. Решение задач на построение способствует:
- развитию пространственного мышления учащихся, поскольку необходимо еще до решения данной задачи отчетливо представлять искомый образ или фигуру;
- развитию конструктивных способностей учащихся;
- при исследовании полученного решения развитию логического мышления учащихся;
- прочному закреплению теоретических знаний в курсе геометрии;
- развитию и закреплению необходимых чертежных навыков [106].
В задачах на доказательство необходимо установить наличие определенных соотношений между элементами рассматриваемых геометрических фигур. Введение в курс планиметрии задач на доказательство имеет целью:
- более прочное закрепление знаний основного теоретического материала;
- выработка у учащихся представления о математике как о дедуктивной науке;
познание пространственных форм материального мира и отношений между ними при помощи дедукции;
- развитие логического мышления и речи учащихся;
- развитие навыков самостоятельной работы (в частности, самостоятельного построения доказательств);
- воспитание воли и настойчивости в достижении поставленной
цели [89, 96,98].
Планирование и проведение дидактического эксперимента
Эксперимент, по В. А. Штоффу, "есть вид деятельности, предпринимаемой в целях научного познания, открытия объективных закономерностей и состоящей в воздействии на изучаемый объект (процесс) посредством специальных инструментов и приборов" [143, стр. 169]. Эксперимент является связующим звеном между теоретическим и эмпирическим уровнями научного исследования, его важной особенностью является принадлежность и к познавательной, и к практической деятельности человека [142].
Дидактический эксперимент - это "научно поставленный в точно учитываемых условиях опыт с целью установления зависимости между тем или иным условием образовательного процесса и его результатом" [80, стр. 4]. Дидактический эксперимент по методике обучения геометрии - специфический вид педагогического эксперимента, основной задачей которого является выяснение эффективности, содержания, технологии, методов, средств, условий, методических рекомендаций, применяемых в процессе обучения геометрии.
Планируя дидактический эксперимент, мы определили его объект и цель. Объектом проведенного нами дидактического эксперимента является качество обучения планиметрии с использованием информационных технологий. Цель эксперимента -подтверждение гипотезы диссертационного исследования.
Экспериментальное исследование проводилось в 7 - 9 - ых классах средних школ № 16, 79 и 267 г. Санкт - Петербурга и включало несколько этапов:
- констатирующий эксперимент;
- поисковый эксперимент;
- обучающий и сравнительный эксперимент. Констатирующий эксперимент проводился в 7 - ых и 8 - ых
классах средних школ № 16, 79 и 267 г. Санкт - Петербурга в 1996 - 1998 г. г. Целями его ставились:
проверка состояния имеющихся у учащихся знаний теоретических фактов и умений, связанных с поиском решений задач на вычисление, построение и доказательство;
- анализ ошибок и трудностей, возникающих на различных этапах обучения планиметрии;
- анализ знаний, умений и навыков учащихся в области использования НИТ в учебной и практической деятельности;
- выяснение интересов и уровней познавательной активности учащихся в области применения НИТ в обучении различным учебным предметам;
- выявление уровней подготовки учителей математики и информатики к проведению уроков геометрии с использованием информационных технологий.
В результате констатирующего этапа экспериментального исследования были определены основные трудности, испытываемые учащимися при традиционном обучении планиметрии (в частности, при решении задач на доказательство), устойчивые ошибки учащиеся (см. гл. 2, 2. 3 настоящей работы). Высокий интерес учащихся к использованию средств НИТ в учебном процессе, дидактические возможности компьютера, наличие программных средств учебного назначения позволили сделать вывод о возможности дополнения традиционного учебного процесса новыми методами, формами, средствами компьютерного обучения. При этом необходима подготовка всех учащихся к целесообразному и сознательному использованию инструментов компьютерных обучающих систем. Кроме того, как показывает опыт, обязательными являются процессы соответствующего обучения учителей и проведения работы с руководителями учебных заведений.
Поисковый эксперимент проводился в 1997 - 1999 г, г. в 7 - ых и 8 - ых классах 267 средней школы Адмиралтейского района и 8 - ых классах средней школы № 16 Приморского района г. Санкт -Петербурга. В качестве целей организации этого этапа укажем:
- поиск оптимальных форм сочетания традиционных и новых
технологий обучения планиметрии;
анализ теоретического и задачного материала курса планиметрии и выбор тем для компьютерного обучения;
- поиск путей устранения устойчивых ошибок учащихся за счет включения в обучение новых средств информационных технологий; поиск форм сотрудничества учителей математики и информатики;
- анализ возможностей обучения учителей использованию информационных технологий в учебном процессе.
