Содержание к диссертации
Введение
1. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В СРЕДНИХ ТЕХНИЧЕСКИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ 14
1.1 Аналитическое исследование проблем технологии построения процесса обучения информатике 14
1.2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 22
1.2.1 Теоретические основы оптимизации учебного процесса (на примере процесса обучения разделам информатики) 24
1.2.2 Сетевое планирование обучения разделам информатики (на примере обучения архитектуре ЭВМ) 32
1 1.3 ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В СРЕДНЕМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ УЧЕБНОМ ЗАВЕДЕНИИ (ОРИЕНТИРОВАННОМ НА ПРОФЕССИОНАЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ) 42
1.3.1 Государственный стандарт и специфика обучения информатике в техникуме, ориентированном на профессиональную подготовку в области информатики 43
1.3.2 Особенности среднего профессионального образования в области информатики 46
1.3.3 Инновационные технологии в учебном процессе 49
1.4 ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 54
1.4.1 Концептуальные основы формирования контроля знаний и умений студентов 54
1.4.2 Оценка результативности учебного процесса с использованием компьютерных обучающих программ 56
2 КВАЛИМЕТРИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 67
2.1 Анализ существующих подходов к квалиметрии учебного процесса 69
2.2 ОСОБЕННОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 81
2.3 МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 87
2.3.1 Рейтинговая система оценки результативности тестирования учебного процесса 88
2.3.2 Линейная модель результирующей оценки 92
2.3.3 Нелинейная модель результирующей оценки 96
2.3.4 Формы выборочного тестирования 111
2.3.5 Оценка качества компьютерных учебных программ 123
2.4 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ (КАЧЕСТВА) УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА 125
2.4.1 Измерительный метод 128
2.4.2 Регистрационный метод 132
2.4.3 Расчетный метод 133
2.4.4 Органолептический метод 135
3. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ 136
3.1 Математическая (кибернетическая) модель обучаемости 136
3.2 КОМПЬЮТЕРНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ 139
3.2.1 Формирование оптимальных тестовых заданий 140
3.2.2 Педагогические тесты 150
3.2.3 Формирование содержания тестовых заданий 153
3.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 164
ЛИТЕРАТУРА 167
ПРИЛОЖЕНИЯ 181
Приложение 1. Темы занятий по дисциплине «Архитектура ЭВМ, систем и сетей» 181
Приложение 2. Практические примеры тестовых заданий 187
Приложение 3. Основные положения булевой алгебры 196
Приложение 4. Итоговые оценки студентов по общепрофессиональным дисциплинам и их статистические характеристики 199
Приложение 5. Стандарты качества компьютерных средств обучения 201
Приложение 6. Оценка качества электронных библиотек 208
- Аналитическое исследование проблем технологии построения процесса обучения информатике
- Анализ существующих подходов к квалиметрии учебного процесса
- Математическая (кибернетическая) модель обучаемости
Введение к работе
Актуальность исследования обусловлена интенсивной перестройкой системы образования, в рамках которой имеет место поиск путей и форм повышения качества обучения на основе активного внедрения в учебный процесс современных информационных технологий.
На современном этапе стремительного развития компьютеризации общества и применения информационных технологий возрастают требования к уровню подготовки будущих специалистов в области информатики. Для успешного решения таких задач необходимо непрерывное совершенствование всех составляющих учебного процесса, что требует дополнительных исследований в этом направлении.
Фактор непрерывного развития компьютерных систем существенно влияет на решение проблемы подготовки специалистов, поскольку появление новых версий таких систем, а также нового программного обеспечения (офисных пакетов, средств разработки, графических пакетов и т.д.) требует также изменений в методике обучения. Естественно, что прогресс в развитии учебного процесса несколько отстает от темпов развития информационных технологий.
Следствием такого положения вещей является то, что в настоящее время профессиональная подготовка специалистов не адекватно отвечает требованиям технического прогресса.
Все, сказанное выше, указывает на актуальность данной тематики исследования.
Актуальность исследования определяется также:
экономической эффективностью современного образования, а также требованиями рыночной экономической системы совершенствования и оптимизации учебного процесса, а также обеспечения гарантированного положительного конечного результата профессионального обучения.
потребностью народного хозяйства к подготовке специалистов, обладающих практическими навыками использования современных компьютерных систем и информационных технологий в своей профессиональной деятельности;
- интенсивным развитием компьютерных учебных программ.
Значительные возможности повышения качества обучения
информатике студентов связаны с переходом техникумов, колледжей и других учебных заведений к работе по новым государственным стандартам, в соответствии с которыми одинаково важны как уровень фундаментального образования по базовым дисциплинам, так и уровень образования по образовательно-квалификационным составляющим набора дисциплин, определенного стандартами соответствующих специальностей.
Основные идеи такого подхода отражены в трудах известных педагогов, психологов и методистов: О.А. Абдуллиной, Ф.С. Авдеева,
СИ. Архангельского, Я.А. Ваграменко, Г.Д. Глейзера, В.И. Загвазинского, Н.В. Кузьминой, Ю.М.Колягина, B.C. Леднева, А.И. Маркушевича, В.Л. Матросова, В.М. Монахова, Н.Д. Никандрова, П.И. Пидкасистого, И.В. Роберт, А.И. Щербакова, Г.Н. Яковлева и др.
Следует отметить, что на всех этапах развития человечества постоянно имела место реформа образования, обеспечивавшая значительный рост «производительности» труда преподавателей. При этом современное «открытое» образование позволяет преподавателям значительно повысить эффективность учебного процесса, что делает обучение достаточно дешевым и рентабельным. Естественно, что организация такого обучения требует совершенствования всех составляющих учебного процесса.
Проблема исследования.
Технология обучения информатике опирается на широкое
использование современных информационных технологий и
компьютерных учебных программ (КУП), которое сдерживается
отсутствием качественного компьютерного тестирования
результативности учебного процесса.
Возможность решения этой проблемы ограничена противоречиями, состоящими в том, что имеют место:
- несоответствие между морально устаревшим техническим и методическим обеспечением учебного процесса и необходимостью
обучения современным программно-техническим средствам обеспечения информационных технологий;
- несоответствие между традиционной организацией учебного
процесса, опирающейся на достаточно ограниченное материально-
финансовое обеспечение, и быстрыми темпами развития программно-
технического обеспечения информационных систем;
- несоответствие между наличием общепринятых директивных форм
организации учебного процесса и биологической закономерностью
функционирования нейронной системы в процессе обучения человека,
связанной с адаптационными процессами в биологической системе.
Объект исследования - система подготовки студентов техникума в области информатики.
Предмет исследования - система подготовки студентов техникума в области программно-технических средств и методика оценки результативности учебного процесса.
Цель исследования - совершенствование учебного процесса подготовки студентов техникума в области информатики.
Гипотеза исследования - эффективность подготовки студентов техникума в области информатики может быть обеспечена, если:
реализуется оптимальное управление учебным процессом, выполненное на основе сетевого планирования и современных методов квалиметрии;
структура методической системы обучения и взаимодействие между элементами этой системы, формируются на основе доминирующего элемента методической системы - компьютерной обучающей среды, обеспечивающей индивидуальную творческую активность учащихся;
квалиметрия результативности учебного процесса осуществляется на основе закономерности адаптации нейронной системы к информационным воздействиям.
Проблема, цель и гипотеза исследования определили необходимость решения следующих задач.
Задачи исследования:
1. Выполнить анализ тенденций развития обучения программно-
техническим средствам информатики студентов в системе среднего
профессионального образования.
2. Исследовать структуру методической системы обучения
информатике и особенности оптимального управления процессом
обучения.
3. Разработать методику квалиметрии результативности учебного процесса на основе адаптационной закономерности обучаемости студентов, а также статистических методов анализа экспертных оценок.
4. Провести педагогические эксперименты с целью проверки эффективности разработанных методов.
Методологической и теоретической основой исследования
являлось: концепция информатизации общего и педагогического образования (Ваграменко Я.А.); основы оптимизации педагогического процесса (Бабанский Ю.К.); теория оптимального управления и системно-структурного подхода к исследованиям; адаптационная закономерность биологических систем к информационным и другим внешним воздействиям (Кузнецов В.В.); концепция отраслевой системы сертификации качества КУП; закон «Об образовании»; государственный стандарт образования.
Методы исследования: анализ литературных источников по философским, социальным, психолого-педагогическим и биофизическим проблемам, связанных с информатизацией общества и педагогическими процессами; анализ литературы по вопросам математического описания процессов управления, вариационных методов, сетевого планирования, а также по вычислительной технике, инженерному проектированию,
информационным технологиям, программированию, методике преподавания в технических колледжах и других учебных заведениях; анализ учебных программ, учебников и учебных пособий; изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта информатизации образования; методы решения проблем в рамках системно-структурного подхода; методы моделирования и обработки результатов исследований, основанные на теории вероятностей и математической статистики; методы проведения педагогических экспериментов.
Этапы исследования. Исследования проводились на базе Московского техникума информатики и вычислительной техники в течение 1996 - 2001 гг. и включали в себя четыре этапа.
На первом этапе было выявлено состояние рассматриваемой проблемы, проводились наблюдения за учебным процессом, анализировалась работа преподавателей; формулировались цель, задачи, гипотеза исследований.
На втором этапе проводились теоретические исследования, создавался концептуальный аппарат, разрабатывались научные подходы в области оптимального управления учебным процессом и квалиметрии, создавались концептуальные основы проведения педагогических экспериментов.
На третьем этапе проводились педагогические эксперименты, оценивалась эффективность методов обучения и их результативность, сопоставлялись различные формы организации учебного процесса.
На четвертом этапе обобщались полученные результаты, формулировались основные выводы, осуществлялось внедрение полученных результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Впервые дано обоснование эквивалентности экспертной и метрологической систем оценок результативности учебного процесса, на основе которых сформированы принципы квалиметрии и методы оптимизации учебного процесса.
Практическая значимость исследования. Комплекс методических средств квалиметрии и оптимизации учебного процесса, ориентированных на использование как в средних, так и в высших профессиональных учебных заведениях.
На защиту выносится комплекс методических средств квалиметрии и оптимизации учебного процесса, позволяющий формировать процесс обучения программно-техническим средствам информатики в средних профессиональных учебных заведениях.
Апробация результатов исследования.
Материалы диссертационной работы и основные выводы выполненных исследований докладывались и обсуждались на:
- заседании кафедры информатики и информационных технологий в системах управления Серпуховского военного института Ракетных войск (ноябрь,1999-2001гг.);
научных семинарах Московского технического колледжа (октябрь,1999 г.; январь, 2000г., январь 2001г.);
XIX Межведомственной научно-технической конференции «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем», Серпуховской военный институт Ракетных войск (июнь 2000г.);
Итоговой научно-методической конференции МГОПУ им. М.А. Шолохова (апрель, 2002г.).
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается комплексной методикой исследования, соответствием использованных методов задачам исследования, использованием математических методов обработки результатов исследования, апробацией полученных результатов в учебном процессе.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех разделов, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит таблицы, иллюстрирована схемами, рисунками и диаграммами.
Аналитическое исследование проблем технологии построения процесса обучения информатике
Решение проблем, связанных с организацией и проведением эффективного обучения информатике, в последнее десятилетие наиболее часто связывают с формированием учебного процесса на основе компьютерной обучающей среды. В ряде учебных заведений традиционные формы аудиторного обучения стали заменяться на различные формы "самостоятельного" обучения, осуществляемого в рамках диалога учащегося с компьютером с применением средств компьютерного тестирования.
В ряде работ (Гершунский Б.С, Машбиц Е.И., Рубцов ВВ., Тихомиров О.Н. и др.) было отмечено, что вопросы организации учебного процесса, повышение эффективности применяемых средств, методов и организационных форм обучения, а также совершенствование их возможно лишь на основе разработки и осмысления теории процесса обучения с позиции новых требований, во многом связанных с развитием информационных технологий.
При этом анализ научно-методической литературы выявил ряд проблем, без решения которых оказывается невозможным эффективное построение современного обучения. К таким проблемам следует отнести:
1. Отсутствие анализа тенденций развития методической системы подготовки студентов техникумов и средств ее реализующих в области информатики.
2. Недостаточность разработки методов преподавания в техникуме дисциплин, непосредственно обеспечивающих подготовку учащихся в области информатики.
3. Недостаточность разработок концептуальных основ оптимального управления формированием информационной подготовки студентов техникума.
4. Недостаточность разработок по практическому использованию в техникуме результатов исследований в области применения адаптационных процессов, имеющих место при обучении человека.
Отметим, что современная трактовка взглядов на педагогику обычно дается с позиций системно-структурного подхода. В этом случае концептуальные положения формируются в соответствии с философскими взглядами на развитие человека, человеческого общества и научно -технического прогресса, а формирование процесса обучения рассматривается как технологический процесс, включающий в себя все этапы технологической цепочки - от проектирования до последующей реализации проекта. В качестве методологической основы такого подхода предлагается использовать пути формирования промышленных технологий (Монахов В.М.), опирающихся на безусловное достижение целей проектируемого процесса.
Однако, в отличие от технологий промышленности, где эти технологии опираются на законы природы, в соответствии с которыми обеспечивается, как правило, безусловное достижение целей производства, создание технологии учебного процесса наталкивается на фундаментальное противоречие, связанное с тем, что цели учебного процесса, поставленные в соответствие с государственными стандартами и заданными сроками обучения, далеко не всегда могут быть гарантировано достижимыми для всех учащихся, независимо от их индивидуальных биологических возможностей.
Аналитическое исследование проблем технологии построения процесса обучения информатике
Проблема количественной оценки эффективности методик преподавания с учетом индивидуальных биологических параметров учащихся, а также объективного критерия оценки знаний учащихся в настоящее время остается нерешенной, несмотря на большое количество работ в области исследования процесса обучения, несмотря на то, что различными авторами предлагались и предлагаются различные критерии и способы количественного и качественного анализа педагогических исследований, различные количественные оценки умений и навыков обучающихся [21-24, 64-66 и др.].
Так, например, в работах Беспалько В.Щ21-23], Мизинцева В.П. и
Кочергина А.В. [64, 65] и др. для количественной оценки навыков обучающихся предлагалось использовать:
- уровни усвоения знаний,
- коэффициент усвоения знаний,
- скорость усвоения.
В тех же работах для оценки характеристик учебных знаний предлагалось использовать:
- объем учебного задания (по числу "смысловых" или "условных" единиц содержания материала),
- сложность учебного задания.
В различных работах предлагается также измерять время усвоения учебного материала и время, необходимое для выполнения учебного задания.
В работе Подкасистого Н.И. [80] описаны экспериментальные исследования эффективности воспроизводящих и творческих самостоятельных работ и различных видов их сочетаний в структуре урока. В качестве показателей эффективности обучения в экспериментальном и контрольном классах были взяты такие параметры как объем, глубина понимания и оперативность знаний учащихся, степень развития активности и самостоятельности ученика в учебном познании, степень овладения рациональными способами умственных действий и умениями работать с учебным материалом. В качестве количественных показателей автор использовал: объем знаний, который определялся по количеству так называемых "смысловых единиц" содержания материала, и результаты контрольных работ. К сожалению, в данной работе нет четких указаний по измерению параметров, что не позволяет сопоставить данное исследование с аналогичными по целям и задачам.
В работах Беспалько В.П. [21-23] указывается на то, что измерения в исследованиях должны проводиться так, чтобы можно было сопоставить различные исследования. В качестве диагностических параметров им предлагается использовать: уровни усвоения, время усвоения, скорость усвоения, объем усвоения, время выполнения тестов, ступени абстракции, возможные ступени осознанности, число учебных элементов в содержании учебного предмета.
Математическая (кибернетическая) модель обучаемости
В подавляющем большинстве современные тестирующие системы, используемые в компьютерных учебных программах (КУП), созданы на основе известного метода - метода экспертных оценок, представляющего собой субъективную количественную оценку качественных сторон интеллектуальной деятельности человека. В основе таких оценок лежит богатый жизненный опыт экспертов, что в полной мере практически не может быть реализовано в программных системах, так как в последнем случае эти программные системы должны отвечать требованиям «искусственного интеллекта».
Тест отличается от множества других методов проверки знания составом, структурой, а также качеством и эффективностью получаемой информации. Состав теста существенно зависит от цели и времени тестирования, содержания и формы заданий. Тест можно считать научно обоснованным тогда, когда все задания сформулированы в соответствии с установленными требованиями.
Педагогическим тестом называется система заданий специфической формы, определенного содержания и возрастающей трудности, создаваемая с целью объективной оценки педагогической структуры и измерения уровня подготовленности учащихся. Для лучшего понимания этого определения полезно дать краткое толкование его основных терминов.
Система означает, что в тесте собраны такие задания, которые обладают системообразующими свойствами. Здесь, в первую очередь, надо выделить общую принадлежность заданий к одной и той же системе знаний, т.е. к одной учебной дисциплине, их связь и упорядоченность.
Иначе говоря, главным формальным системообразующим признаком теста является различие заданий по степени их трудности. В педагогическом тесте задания располагаются по мере возрастания трудности - от самого легкого до самого трудного.
Используемые сегодня оценки и методика их выставления весьма далеки от роли объективных показателей, по своей сути остаются непригодными к применению в компьютерных учебных программах для профессионального образования. Тем не менее, мировой опыт развития КУП указывает на возрастающую роль тестовых форм контроля, хотя и здесь есть немало нерешённых проблем.
Проблема создания тестирующей программы требует решения ряда проблем педагогического и психологического характера. К педагогическим проблемам относятся: выбор стратегии и тактики тестирования, выбор конкретного материала тестирования из всего комплекса знаний о предметной области [77].
Являясь частью многих педагогических новаций, тесты позволяют получить объективные оценки уровня знаний, умений, навыков, проверить соответствие требований к подготовке выпускников заданным стандартам, выявить проблемы в подготовке обучаемых.
Похожие диссертации на Методика обучения программно-техническим средствам информатики и квалиметрия ее результативности
