Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Предпосылки обучения студентов педагогических вузов основам геоинформатики 14
1. Роль и место геоинформатики в процессе подготовки будущих учителей информатики 14
2. Роль понятий геоинформатики в процессе формирования системно-информационной картины мира 30
3. Анализ методических подходов к обучению геоинформатике студентов высших учебных заведений 47
Глава 2. Методика обучения основам геоинформатики будущих учителей информатики 72
1. Проектирование методики обучения геоинформатике студентов специальности 030100 «Информатика» 72
2. Цели и содержание обучения студентов основам геоинформатики будущих учителей информатики 87
3. Методы, формы и средства обучения студентов основам геоинформатики 107
4. Методика проведения и обработка результатов опытно-поисковой работы 122
Заключение 147
Библиографический список 150
Приложения 173
- Роль и место геоинформатики в процессе подготовки будущих учителей информатики
- Роль понятий геоинформатики в процессе формирования системно-информационной картины мира
- Проектирование методики обучения геоинформатике студентов специальности 030100 «Информатика»
Введение к работе
Процессы, протекающие в современном обществе, оказывают активное влияние на систему высшего профессионального образования, в том числе и педагогического.
На современном этапе развития общества, характеризующемся возрастанием роли информации и высокоэффективных технологий, происходит формирование нового информационного уклада жизни человека и его профессиональной деятельности. Научно-технический и социальный прогресс является основой развития и быстрой смены технологий и структурных изменений в обществе. Как следствие, система высшего профессионального образования формирующегося информационного общества должна решать принципиально новую проблему, связанную с подготовкой человека к жизни и деятельности в совершенно новых для него условиях информационного мира (формировать информационную культуру и информационное мировоззрение, основанное на понимании определяющей роли информации в природных явлениях и деятельности человека).
В связи с этим особое значение придается подготовке будущих учителей информатики, так как именно в школе учащиеся получают базовые знания и умения в области информационных технологий и предпрофессиональной подготовки, здесь начинается формирование их информационной культуры и мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общества. Кроме того, происходит интенсивное развитие методов и средств информатики как комплексной научной дисциплины, содержание школьного курса информатики подвергается изменению, а старшая ступень общего образования переходит к профильному обучению, что также требует внесения изменений в процесс подготовки специалистов.
Однако, как отмечается в Концепции модернизации российского образования на период до 2010 г., современное «...профессиональное образование... не способно в должной мере решить проблему „кадрового голода", обусловленного новыми требованиями к уровню квалификации работников» [91].
Необходимость соответствия образования потребностям общества и современному состоянию научной и образовательной области «Информатика» требует внесения изменений в характер подготовки будущих учителей информатики.
Вопросы изменения и совершенствования высшего профессионального образования (в том числе и педагогического) находят отражение в материалах конференций, семинаров и симпозиумов, государственных нормативных документах об образовании и в научно-педагогических исследованиях.
Так, в федеральном законе «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» [202] ставится вопрос о повышении качества образования и указывается один из путей решения данной проблемы - проведение структурных и содержательных изменений в профессиональном образовании в соответствии с достижениями российской и мировой науки, техники, производства и культуры. В Программе модернизации педагогического образования отмечается, что в результате корректировки содержания подготовки учителей с учетом обновления содержания и технологий общего образования, разработки системы подготовки, переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров для обеспечения профильного обучения в старшей школе, усиления фундаментальной подготовки педагогов должна быть сформирована обновленная система подготовки, переподготовки и повышения квалификации педагогов, отвечающая требованиям, предъявляемым обществом к педагогическим кадрам.
Различные подходы к изменению и совершенствованию предметной подготовки студентов педагогических вузов рассматриваются в работах многих исследователей. Наиболее перспективными представляются следующие подходы:
- изменение методической системы обучения информатике в вузе (Т. А. Бороненко, И. Б. Готская, Е. В. Кирова, М. П. Лапчик, В. П. Линькова, А. В. Могилев, Н. И. Рыжова, Т. К. Смыковская, Б. Е. Стариченко, М. В. Швецкий и др.);
изменение и совершенствование содержания предметной подготовки будущих учителей информатики (В. А. Адольф, Е. В. Баранова, Е. А. Гу-товская, И. А. Лебедева, С. В. Макарова, Л. В. Шкерина и др.);
совершенствование средств обучения (Е. Н. Гуськова, Е. В. Клюева, Н. И. Пак, И. В. Роберт и др.);
- фундаментализация предметной подготовки будущих учителей ин
форматики (С. А. Баляева, А. Г. Гейн, Н. И. Рыжова, Ф. В. Толкачев,
# М. В. Швецкий и др.).
Последнее из представленных направлений согласуется с Концепцией
предметной подготовки студентов специальности 030100 «Информатика»
[73]. В ней отмечается, что современный выпускник педагогического вуза
должен обладать такими знаниями и умениями, которые были бы «достаточно
инвариантны по отношению к возможным локальным изменениям в области
информационных технологий и компьютерной техники» [73]. Наиболее ста-
Ф бильные и универсальные теоретические знания и практические умения в не-
которой научной области, отличающиеся максимальной обобщенностью и позволяющие современному специалисту гибко перестраивать направление и содержание своей деятельности в связи со сменой технологий или требований рынка, являются фундаментальными.
Однако проведенный анализ педагогических исследований, посвященных фундаментализации предметной подготовки будущих учителей информатики, позволяет сделать вывод о недостаточной разработанности в них вопросов отбора содержания, методов и форм обучения, позволяющих новы-ситъ уровень сформированности у студентов фундаментальных знаний и умений в области их предметной подготовки.
В то же время анализ исследований позволил нам объединить предлагаемые подходы к совершенствованию подготовки студентов на основе изменения ее содержания и усиления фундаментальности в следующие группы:
1. Одни ученые считают, что основа фундаментализации предметной
* подготовки учителей информатики уже заложена в самом содержании инфор-
6 матики. (Так, например, по мнению В. П. Линьковой и др., такой основой является информационное моделирование, по мнению М. В. Швецкого, Ф. В. Толкачева и др. - программирование.)
Другие (А. Г. Гейн, А. И. Еремкин и др.) считают, что фундаментали-зация подготовки специалистов должна осуществляться на основе интеграции знаний, полученных при изучении различных учебных дисциплин.
Сторонники третьего подхода к решению проблемы предлагают разработать и ввести в систему образования ряд новых учебных дисциплин, обобщающих последние достижения в таких областях научного знания, как синергетика, теоретическая и социальная информатика, геоинформатика и некоторые другие (Е. Г. Лаврушина, Н. И. Рыжова и др.).
В настоящее время известны попытки (О. В. Воронина, И. А. Цвелая и др.) реализовать последнее направление и включить элементы геоинформатики в содержание дисциплин «Информационные системы» и «Информатика» в процессе подготовки студентов специальности 030100 «Информатика».
Анализ содержания предлагаемых курсов и опыта обучения геоинформатике студентов педагогических вузов обнаруживает неоднозначность определения места и роли этой науки в процессе подготовки студентов и недостаточную разработанность вопросов отбора содержания и методики обучения будущих учителей информатики основам геоинформатики.
Вышесказанное определяет наличие следующих противоречий:
между необходимостью соответствия подготовки будущего учителя информатики потребностям общества и современному состоянию научной и образовательной области «Информатика» и сложившейся системой педагогического образования, которая не в полной мере готовит будущего педагога к профессиональной деятельности в условиях интенсивного развития средств и методов информатики;
между объективной необходимостью фундаментализации предметной подготовки будущих учителей информатики и недостаточной разработанностью в педагогических исследованиях вопросов отбора содержания, методов и
организационных форм обучения, позволяющих повысить уровень сформированное фундаментальных знаний и умений по информатике;
- между наличием в педагогических исследованиях подхода к усилению фундаментальности предметной подготовки студентов за счет включения в ее содержание геоинформатики и неоднозначностью определения роли и места этой науки в процессе подготовки будущих учителей информатики, а также недостаточной разработанностью методики обучения данному учебному предмету.
Выявленные противоречия обусловливают актуальность исследования, направленного на теоретическое обоснование, создание и реализацию методики обучения будущих учителей информатики основам геоинформатики.
Объектом исследования является процесс обучения студентов специальности 030100 «Информатика» в педагогическом вузе.
Предметом исследования является методика обучения основам геоинформатики студентов специальности 030100 «Информатика».
На основании объекта, предмета и проблемы исследования определена цель работы. Цель исследования: разработка и реализация методики обучения основам геоинформатики студентов специальности 030100 «Информатика».
Гипотеза исследования заключается в следующем: уровень сформиро-ванности фундаментальных знаний и умений будущих учителей информатики в области их предметной подготовки повысится, если:
ввести в процесс предметной подготовки студентов обучение основам геоинформатики;
включить в содержание курса «Основы геоинформатики и геоинформационных технологий» фундаментальные понятия и научные методы геоинформатики, а минимальный объем содержания и логическую последовательность изложения учебного материала определить с помощью математических методов;
-спроектировать и внедрить в учебный процесс методику обучения геоинформатике на основе метода ситуационного обучения (по Джеймсу Б. Конанту).
Для достижения поставленной цели исследования и проверки выдвинутой гипотезы необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ состояния проблемы совершенствования предметной подготовки студентов специальности 030100 «Информатика» педагогических вузов, определить место и обосновать роль геоинформатики в процессе ее решения.
Осуществить отбор содержания обучения геоинформатике студентов педагогических вузов, включив в него основания данной науки и определив минимальный объем и целостную структуру курса с помощью методов математической статистики и теории графов.
Разработать и реализовать методику обучения основам геоинформатики студентов специальности 030100 «Информатика», основанную на методе ситуационного обучения.
Разработать учебно-методические материалы для обучения основам геоинформатики студентов педагогических вузов.
Экспериментально оценить влияние разработанной методики на уровень сформированности фундаментальных знаний и умений студентов по информатике.
Методологической и теоретической основой исследования явились научно-педагогические и методические работы в областях:
-философии образования и методологии педагогической науки (Ю. К. Бабанский, В. П. Беспалько, В. И. Загвязинский, В. В. Краевский, И. Я. Лернер, И. П. Подласный, М. Н. Скаткин, В. С. Степин, Н. Ф. Талызина и др.);
- дидактики высшей школы (В. А. Адольф, Б. А. Бенедиктов, С. Б. Бенедиктов, А. А. Вербицкий, В. А. Ситаров, И. Ф. Харламов и др.);
-совершенствования предметной подготовки студентов высших учебных заведений (М. И. Жалдак, А. Г. Мордкович, Л. В. Шкерина и др.);
- фундаментализации высшего профессионального образования
(С. А. Баляева, В. Г. Кинелев, Е. Г. Лаврушина, В. В. Лаптев, Н. А. Селезнева,
B. Н. Турченко и др.);
- фундаментализации предметной подготовки будущих учителей ин
форматики (А. Г. Гейн, В. П. Линькова, Н. И. Рыжова, Ф. В. Толкачев,
М. В. Швецкий и др.);
-развития методической системы обучения информатике в вузе (Т. А. Бороненко, И. Б. Готская, Э. И. Кузнецов, М. П. Лапчик, А. В. Могилев, Н. И. Пак, Н. И. Рыжова, Т. К. Смыковская, Т. А. Яковлева и др.);
-совершенствования содержания обучения в высших учебных заведениях (Е. В. Баранова, Е. А. Гутовская, Т. А. Лавина, И. А. Лебедева, В. С. Лед-нев, Т. В. Минькович, Т. Е. Тарасова и др.);
обучения методам моделирования (В. К. Белошапка, С. А. Бешенков, А. Г. Гейн, А. А. Кузнецов, С. В. Макарова и др.);
обучения геоинформатике (А. М. Берлянт, Л. М. Бугаевский, М. ДеМерс, Ю. К. Королев, А. В. Кошкарев, И. К. Лурье, Н. В. Разумовская,
C. Н. Сербенюк, А. В. Симонов, В. Я. Цветков, С. В. Шайтура и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ и обобщение философской, научно-педагогической, методической, специальной литературы, материалов научно-практических конференций, симпозиумов, семинаров и материалов по проблеме исследования, представленных в сети Интернет; анализ нормативных документов, касающихся высшего профессионального образования в целом, а также определяющих структуру и содержание обучения будущих учителей информатики; анализ и сравнение содержания учебных пособий по геоинформатике; терминологический и контент-анализ понятий геоинформатики; обобщение опыта обучения геоинформатике в вузах; теоретическое исследование основных понятий и методов геоинформатики как науки; анкетирование учителей и пре-
Роль и место геоинформатики в процессе подготовки будущих учителей информатики
В последнее время в работах многих авторов (Г. Г. Ильин, В. Г. Кинелев, Г. В. Королева, Е. Г. Лаврушина, С. И. Матюхин, Ф. В. Толкачев, К. Ю. Фроленков и др.) говорится о необходимости совершенствования высшего профессионального образования [79; 93; 105; 203 и др.]. Причиной данного процесса, по мнению исследователей, является изменение роли образования в современном мире.
Процессы, протекающие в современном обществе, оказывают активное влияние на систему высшего профессионального образования (в том числе и педагогического). Развитие и быстрая смена технологий в промышленности, происходящие структурные изменения в экономике и обществе приводят к быстрому «устареванию» приобретенных узкоспециализированных профессиональных знаний и умений, потере их актуальности. Вследствие этого возникает (несмотря на полученное образование) неспособность специалиста эффективно выполнять свои профессиональные и социальные функции. Он оказывается неспособным к приобретению новых знаний и умений в процессе трудовой и социальной деятельности, не может соответствовать требованиям, предъявляемым к нему работодателем и социальным окружением.
Сегодня от ученика, студента, профессионала в любой сфере человеческой деятельности требуется уже не столько умение пользоваться приобретенными знаниями в решении проблем, сколько возможность самостоятельно видеть проблемы и ставить вопросы, приобретать новые знания и умения, использовать ранее накопленные знания в реальной и конкретной жизненной ситуации. Главную роль здесь могут сыграть знания и умения, являющиеся базой для быстрой адаптации человека к новым профессиям, специальностям и специализациям. Эти знания и умения позволяют современному специалисту гибко перестраивать направление и содержание своей деятельности в связи со сменой технологий или требований рынка.
Повышение общего уровня образованности общества, спрос на специалистов с высшим образованием, способных самостоятельно видеть проблемы, анализировать их и искать оптимальные пути решения, приобретать новые знания и умения на основе сформированных, возросшие требования общества к развитию личности и необходимость соответствия образования потребностям общества требуют внесения изменений в характер подготовки будущих специалистов, в том числе и учителей информатики.
Вопросы совершенствования современного высшего профессионального образования находят отражение в государственных нормативных документах об образовании.
Так, в Концепции модернизации российского образования на период до 2010 г. провозглашена главная задача российской образовательной политики, которая заключается в «обеспечении современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности...» [91]. В Программе модернизации педагогического образования отмечается необходимость усиления фундаментальной подготовки педагогов как одного из направлений совершенствования содержания системы предметной подготовки, отвечающей требованиям общества к педагогическим кадрам [160].
Впервые концепция фундаментализации образования была сформулирована в начале ХЕК века А. Гумбольдтом, и в ней говорилось, что «предметом образования должны быть те... знания, которые именно сегодня открывает фундаментальная наука на своем переднем крае» [203].
Под термином «фундаментализации образования» мы понимаем «...существенное повышение качества образования и уровня образованности людей, его получающих, за счет соответствующего изменения содержания изучаемых дисциплин и методологии реализации учебного процесса» [178].
Раскроем понятие термина «фундаментальное образование». Для этого обратимся к толкованию слов «фундаментальный» и «образование» в «Толковом словаре русского языка» [144].
Слово «фундаментальный» имеет несколько значений: большой, прочный, основательный, глубокий, основной, главный [144, с. 858].
Образование - получение систематизированных знаний и навыков, а также совокупность знаний и навыков, полученных в результате обучения ф [144, с. 436].
Объединяя данные определения, можно сказать, что фундаментальное образование подразумевает приобретение основательных и глубоких теоретических знаний и практических умений в той или иной научной области. Близкое по смыслу определение фундаментального образования дано в исследовании Н. И. Рыжовой [171].
Роль понятий геоинформатики в процессе формирования системно-информационной картины мира
Анализ оснований геоинформатики позволил выделить систему научных знаний, свойственных данной науке: понятия, объекты и методы исследования (см. раздел 1.2). Особое место в любой системе знаний занимают понятия, так как они играют важную роль в научном познании окружающего мира. Понятие - это «...знание существенных свойств (сторон) предметов и явлений окружающей действительности, знание существенных связей и отношений между ними» [200, с. 12]. В понятии раскрывается особенность объекта (явления), выражается сущность явлений, предметов путем отвлечения от всего несущественного, второстепенного. Образуются они в результате анализа научных фактов, через систему научных понятий формируются законы и теории. Важное значение имеют понятия в практическом применений научных теорий. Отметим также, что все объекты и явления окружающей действительности связаны и взаимно обусловливают друг друга, а отражение этих объективно существующих связей между предметами и явлениями осуществляется посредством связей между понятиями.
В связи с тем что понятия играют важную роль в процессе изучения основ науки, рассмотрим роль понятий геоинформатики в процессе становления системно-информационной картины мира будущих учителей информатики.
Под системно-информационной картиной мира, следуя С. А. Бешен-кову [18], мы понимаем характеристику систем различной природы, раскрывающую особенности их целевого функционирования на основе получения, преобразования и целенаправленного использования информации. Проблема ее формирования является достаточно актуальной и затрагивается в работах многих авторов (С. А. Бешенкова, Н. В. Матвеевой, Е. А. Ракитиной [18; 19; 167] и др.). Если становление естественнонаучного мировоззрения, как отмечает С. А. Бешенков, реализуется циклом различных учебных дисциплин, то информационное видение объективной действительности рассматривается преимущественно в курсе информатики.
В работах указанных авторов говорится о том, что формирование системно-информационной картины мира происходит через освоение основных понятий содержательных линий информатики «Информация и информационные процессы», «Формализация и моделирование» (информация, информационный процесс, система, системный анализ, модель, моделирование, формализация), перенос представлений из одной области знаний в другую за счет универсального языка науки и общих методов исследования окружающего мира. В связи с тем что геоинформатика, как сложилось исторически, оперирует перечисленными понятиями, в процессе ее изучения происходит перенос полученных студентами на дисциплинах предметной подготовки знаний из одной области в другую (геоинформатику). В результате формируется понимание общности информационных процессов, протекающих в окружающем мире.
Однако геоинформатика имеет ряд свойственных ей терминов (пространственная информация, геоинформационная система, геоинформационные технологии), которые также, по нашему мнению, оказывают влияние на информационное видение окружающего мира. В то же время определения этих терминов пока не устоялись, что определяет необходимость их уточнения.
Процесс развития геоинформатики, ее методов и их широкое использование в различных областях человеческой деятельности (управление образовательными и социальными учреждениями, экологический мониторинг, управление транспортом, оперативное управление и планирование в чрезвычайных ситуациях, социология, бизнес, картография и т. д.) определяет необходимость выработки и принятия единого понятийно-терминологического аппарата. Введение в научный оборот терминов и понятий геоинформатики было начато специалистами, занимающимися науками о Земле, которые исторически первыми столкнулись с необходимостью автоматизации и формализации различных операций при работе с информацией, описывающей пространственные характеристики объектов окружающего мира.
В дальнейшем, по мере развития геоинформатики и расширения областей ее приложений, в процесс формирования понятийно-терминологического аппарата были включены и другие специалисты, в том числе специалисты по информатике и информационным технологиям. Как следствие, в него вошло много устоявшихся терминов из информатики и сферы применения информационных технологий. Это, например, относится к таким понятиям, как «передача информации», «обработка информации», «источник информации», «форматы данных» и многим другим.
Проектирование методики обучения геоинформатике студентов специальности 030100 «Информатика
Процесс обучения должен представлять собой целостную систему, в которой учитываются закономерные связи составляющих ее элементов. Исходя из этого, методологической основой для разработки методики обучения геоинформатике мы избрали системный подход, согласно которому от исследователя требуется целостное представление о составных компонентах создаваемой регулируемой системы и рассмотрение их в закономерном взаимодействии. Под методической системой обучения, на основе обобщения определений, сформулированных в работах А. М. Пышкало [164] и Т. А. Бороненко [20], мы понимаем совокупность элементов, представленных нарис. 1.
Опираясь на работы ряда исследователей, занимающихся проблемами совершенствования методической системы обучения информатике в вузе (Т. А. Бороненко, И. Б. Готская, Е. В. Кирова, М. П. Лапчик, В. П. Линькова, А. В. Могилев, Н. И. Рыжова, Т. К. Смыковская, Б. Е. Стариченко, М. В. Швецкий [20; 36; 83; 108; 114; 136; 171; 180; 183; 215] и др.) и следуя выбранному подходу, опишем дидактические принципы построения методики обучения геоинформатике студентов педагогических вузов, являющиеся теоретической основой ее проектирования:
- принцип фундаментализации подготовки (в связи с тем что мы придерживаемся мнения о реализации фундаментальности образования в любой предметной области через учебный предмет, указанный принцип воплощается в содержании обучения (значительная доля учебных элементов отводится фундаментальным знаниям, раскрывающим структуру содержания предметной области и деятельности, отражающей основные методы познания в данной предметной области). Фундаментальные знания отражают в учебном предмете основания предметной области и составляют основания учебного предмета);
- принцип профессионального развития (данный принцип построения методической системы реализуется через социальную функцию обучения. Он означает также учет профессиональной направленности подготовки будущих учителей при обучении геоинформатике);
-принцип преемственности (данный принцип основывается на сложившейся в педагогическом вузе системе обучения и позволяет органично вписать в нее разрабатываемую методику, он может быть реализован через определение места и роли геоинформатики в подготовке учителей информатики);
— принцип единства и оптимального сочетания различных методов обучения ,
— принцип взаимосвязи и единства теории и практики в обучении (данный принцип означает, что любое научное знание прямо или опосредованно связано с практикой. Следовательно, процесс обучения необходимо построить с опорой на практику и опыт студентов, изучение теоретического материала строить так, чтобы научные положения конкретизировались на практике, насколько это позволяет специфика материала, особое внимание уделять применению знаний на практике).
Внутренние взаимосвязи элементов методики обучения геоинформатике должны быть построены таким образом, чтобы учитывались принцип полноты и принцип взаимосвязанности. При проектировании методики должны учитываться определенные требования, исходящие из самой сути системного подхода, в соответствии с которыми любое изменение одного из элементов системы с неизбежностью сказывается на остальных элементах. Следовательно, при изменении компонентов проектируемой методики необходимо определять вызываемые этим последствия для всех других компонентов (принцип взаимосвязанности).
На стадии становления нового учебного курса необходимо выявить верные теоретико-методологические ориентиры, определяющие подход к разработке и последующей корректировке методической системы.
Следование перечисленным принципам мы приняли за методологическую основу проектирования методики обучения геоинформатике в педагогическом вузе.
Так как проблема подготовки будущих учителей в области геоинформатики требует решения и в части целеполагания, и в части отбора содержания, и в части организации педагогического процесса, нами подробно рассмотрены структура и содержание каждого компонента модели методической системы обучения основам геоинформатики.
