Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ 17
1.1. Создание и использование цифровых образовательных ресурсов как одна из актуальных профессиональных педагогических задач учителя в современных условиях информатизации образования 17
1.2. Основные подходы к определению понятия информационного моделирования и методология решения задач информационного моделирования 28
1.3. Информационное моделирование как учебный предмет в вузе и анализ современных подходов в области содержания обучения информационному моделированию специалистов IT/ CS и учителя информатики 38
1.4. Информационное моделирование в структуре содержания двухуровневой подготовки по направлению физико-математического образования профиля «Информатика» 59
1.5. Концепция обучения учителей информатики информационному моделированию в контексте создания ЦОР, способствующая формированию готовности к информационно-аналитической деятельности 66
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 95
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ В КОНТЕКСТЕ СОЗДАНИЯ ЦОР 99
2.1. Цели обучения информационному моделированию и принципы отбора содержания 99
2.2. Содержание обучения информационному моделированию в контексте создания ЦОР: концептуальные линии, учебные элементы и логическая структура 112
2.3. Классификация задачного материала как основа при контекстном обучении 129
2.4. Методы, формы и средства обучения информационному моделированию, направленные на формирование готовности учителей информатики к информационно-аналитической деятельности 142
2.5. Варианты реализации методической системы обучения информационному моделированию 176
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 181
ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 184
3.1. Общая характеристика этапов педагогического эксперимента по апробации построенной МСО информационному моделированию 184
3.2. Анализ состояния и проблемы подготовки специалистов — учителей информатики по вопросам информационного моделирования в педагогическом вузе 187
3.3. Использование факторного анализа для структуризации содержания обучения информационному моделированию 200
3.4. Проверка сформированности знаний и умений в области информационного моделирования на графах как средства формирования готовности к информационно-аналитической деятельности учителей информатики при создании ЦОР 207
3.5. Критерии сформированности, методика их использования и результаты проверки готовности учителя информатики к информационно-аналитической деятельности в контексте разработки ЦОР с использованием информационного моделирования 218
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 232
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 235
БИБЛИОГРАФИЯ 239
ПРИЛОЖЕНИЯ 262
1. Дополнительные материалы к главам диссертации 262
2. Материалы, используемые в процессе обучения 282
3. Материалы, используемые при анкетировании студентов и преподавателей в ходе исследования 300
4. Материалы данных и результатов факторного анализа 314
5. Материалы, используемые при определении уровня сформированности профессиональной готовности к информационно-аналитической деятельности 319
- Создание и использование цифровых образовательных ресурсов как одна из актуальных профессиональных педагогических задач учителя в современных условиях информатизации образования
- Содержание обучения информационному моделированию в контексте создания ЦОР: концептуальные линии, учебные элементы и логическая структура
- Общая характеристика этапов педагогического эксперимента по апробации построенной МСО информационному моделированию
Введение к работе
Актуальность исследования. В современных условиях информатизации общего образования учитель информатики является наиболее активным ее участником, поэтому перед его профессиональной подготовкой в педагогическом вузе стоит задача формирования не только квалифицированного учителя предметника, но и педагога-исследователя, готового решать актуальные педагогические задачи современного этапа информатизации образования1. Среди этих задач особо выделяются следующие:
создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять аналитическую деятельность и деятельность по сбору, обработке, передаче, хранению информационного ресурса, по продуцированию информации;
разработка исследовательских, демонстрационных прототипов электронных средств образовательного назначения, в том числе образовательных программных средств и систем;
разработка средств и систем автоматизации процессов обработки учебного исследовательского, демонстрационного, лабораторного эксперимента, как реального, так и «виртуального».
В решении этих сложных и комплексных задач существенное значение играет информационно-аналитическая деятельность. На ее основе учитель информатики сможет решать указанные задачи с помощью информационного моделирования объектов образовательного процесса посредством разработки для них предметньтх, информационных, математических, компьютерных и других моделей на основе информационных и интеллектуальных технологий, а также на базе построения логико-семантических моделей знаний и др.
Способствовать этому, на наш взгляд, должна подготовка учителей информатики в области информационно-аналитической деятельности при обучении информационному моделированию в рамках таких традиционных для педагогического вуза курсов как «Компьютерное моделирование» и «Программирование», а также профессионально-технологической подготовки в области использования средств, методов и информационных технологий в обра-
Подробный анализ проблем и актуальные задачи информатизации образования см. в работе И.В.Роберт [2008].
зовании, которая может осуществляться в рамках курсов «Использование ИКТ в образовании» и «Теория и методика обучения информатике». В связи с этим процесс обучения информационному моделированию при решении задач предметной области или профессиональной сферы можно считать средством развития информационно-аналитической деятельности учителей информатики, на базе которой развивается готовность к этому виду деятельности и формируется информационно-аналитическая компетентность на профессиональном уровне.
Несмотря на то, что особенности подготовки будущих специалистов разного профиля, в том числе и учителей информатики, в области информационно-аналитической деятельности исследовались Е.А.Ракитиной [2002], Е.С.Гайдамак [2006], Т.А.Гудковой [2007], ВЛХЛиньковой [2000], Т.Н.Лукиной [2005], Е.В.Абрамовой [2007], Е.В.Назначило [2003], М.И.Рагулиной [2008], В.И.Фоминым [2009] и др., проблема развития информационно-аналитической деятельности учителя информатики в вузе остается открытой.
Заметим, что приведенные выше актуальные профессионально-педагогические задачи информатизации образования лежат в рамках концепций модернизации Российского образования2 и выполнения Программ правительства3, направленных на развитие единой образовательной информационной среды Российской части Интернет, включая создание единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (ЦОР). Существенным вкладом в развитие этого направления стали исследования по проектированию и использованию ЦОР на базе распределенного ресурса, выполненные в период с 1999-2009 гг., среди них работы А.А.Ахаяна [2001], В.В.Гриншкуна [2004], Д.А.Шуклина [2004], А.Л.Єметанникова [2000], А.А.Телегина [2006], Н.Н.Поярковой [2006], В.В.Плещёва [2005], КВ.Александровой [2008], Е.ВЛернобай [2008], В.В.Гура [2007], А.А.Карабанова [2008], Д.Н.Грибкова [2008], Н.Е.Сурковой [2007] и др.
2 Концепция информатизации сферы образования РФ (Бюллетень «проблемы информатизации высшей школы». 1998. № 3-4 (13-14)) и концепция модернизации Российского образования на период до 2010 года (журнал «Начальная школа», 2002. №4) и Концепция-2020: развитие образования
В рамках модернизации Российского образования по направлению информатизации образования были выполнены программы: Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)», утвержденная Постановлением Правительства РФ от 28 августа 2001 г. №630; Федеральная целевая программа развития образования на 2006-2010 годы, утвержденная Постановлением Правительства РФ от 23 декабря 2005 г. №803 и проект «Информатизация системы образования», реализуемый Национальным фондом подготовки кадров по поручению Правительства РФ
7 Таким образом, актуальность исследования обусловлена:
— с одной стороны, требованием к качеству высшего профессионального
образования, которое заключается в потребности подготовки специалистов (в
том числе, и учителя информатики), обладающих высоким уровнем информа
ционно-аналитической компетентности для решения профессиональных задач
в условиях информатизации профессиональной сферы;
— с другой стороны, необходимостью развития системы предметно-
технологической подготовки в области информатики и профессионально-
педагогической подготовки учителя информатики по разработке и использо
вания ЦОР, в результате которого содержательная и процессуальная состав
ляющие этой подготовки будут способствовать развитию информационно-
аналитической деятельности учителя информатики и формированию его го
товности к этому виду деятельности при решении задач информатизации.
Таким образом, проблема исследования заключается в разрешении противоречия между необходимостью развития информационно-аналитической деятельности учителя информатики средствами информационного моделирования для решения актуальных педагогических задач современного этапа информатизации образования и недостаточным уровнем методической разработанности процесса их реализации в рамках информационной и предметно-технологической подготовки учителя информатики на уровне высшего педагогического образования. Учитывая, что информационная модель и структура ЦОР, как правило, описываются такой структурой данных как графы, мы в качестве средства развития информационно-аналитической деятельности при решении профессионально-педагогических задач, связанных с разработкой ЦОР и их реализацией для распределенного ресурса, выбираем информационное моделирование на графах и рассматриваем в нашем исследовании методику обучения информационному моделированию при разработке ЦОР.
Актуальность проблемы исследования, недостаточная ее научная и практическая разработанность обусловили выбор темы диссертационного исследования: «Методика обучения учителей информатики информационному моделированию при разработке цифровых образовательных ресурсов».
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики обучения информационному моделированию при разработке ЦОР для учителей информатики, направленной на формирование их готовности к
информационно-аналитической деятельности при решении профессионально-педагогических задач современного этапа информатизации образования.
На наш взгляд, основу такой методики обучения должен составить дея-тельностный подход (основы которого заложены в работах Л.С.Выготского, С.Л.Рубинштейна, Д.Б.Эльконина и др.), а также его модификация для подготовки специалиста в вузе — контекстное обучение (по А.А.Вербицкому). Указанный подход позволит, на наш взгляд, рассмотреть проблемы профессиональной подготовки учителя информатики в области информатики и в области разработки и использования ЦОР в своей профессиональной деятельности с единой позиции - с позиции информационно-аналитической деятельности и с позиций методологии решения задач на компьютере.
Объектом исследования является информационная и предметно-технологическая подготовка учителя информатики в педагогическом вузе.
Предметом исследования является методика обучения учителей информатики информационному моделированию при разработке ЦОР.
Гипотеза исследования заключается в том, что методика обучения учителей информатики информационному моделированию при разработке ЦОР в процессе информационной и предметно-технологической подготовки в вузе будет обеспечивать учителей информатики готовностью к информационно-аналитической деятельности, если:
обучение информационному моделированию на графах рассматривать не только в традиционном для педагогического вуза контексте - как изучение конкретной структуры данных и алгоритмов на ней в рамках курса «Программирование» или как изучение математической структуры в рамках курса «Дискретная математика», но и как средство информационного моделирования для описания структуры и моделей вычислений при решении содержательных предметных и профессионально-педагогических задач на компьютере;
в основу отбора содержания обучения информационному моделированию при разработке ЦОР положить принципы деятельностного подхода (или контекстного обучения), классификации предметных задач информационного моделирования на графах и профессионально-педагогических задач разработки и использования ЦОР в соответствии с этапами их решения согласно этапам вычислительного эксперимента и составляющим видам информационно-аналитической деятельности;
проводить обучение информационному моделированию на графах будущих учителей информатики с помощью метода целесообразно подобранных задач и метода проектов на основе деятельностного и зачетно-модульного подходов к обучению и, ориентируясь при оценивании достижения целей обучения на выделенные критерии сформированности готовности к информационно-аналитической деятельности учителя информатики;
формирование готовности учителя информатики к информационно-аналитической деятельности будет осуществляться на базе умений по решению учебных профессиональных задач. При этом в качестве базового средства обучения будут выбраны различные формальные языки (или знаковые системы), соответствующие виду реализуемой информационной компьютерной модели для разрабатываемого ЦОР.
Исходя из проблемы, цели и выдвинутой гипотезы, были поставлены следующие задачи исследования:
На основе анализа научной, психолого-педагогической, специальной и методической литературы по проблеме исследования выявить специфику профессиональной деятельности учителя информатики при решении актуальных профессионально-педагогических задач информатизации образования.
Определить сущность и содержание информационно-аналитической деятельности учителя информатики на современном этапе информатизации образования, с одной стороны — как специалиста в области информатики и новых информационных технологий, а с другой стороны — как специалиста-педагога, владеющего знаниями и умениями педагогического проектирования образовательного процесса и построения различных его моделей, решающего актуальные задачи информатизации образования.
Определить теоретические основы и межпредметные связи информационного моделирования с изучаемыми совместно с ним дисциплинами ГОС ВПО, являющиеся необходимыми компонентами подготовки учителя информатики в области информационно-аналитической деятельности при решении актуальных профессионально-педагогических задач современного этапа информатизации образования.
Выявить основные направления (и соответствующие им учебные элементы), которые могут стать концептуальными линиями содержания обучения информационному моделированию при разработке ЦОР для учителей ин-
10 форматики; выделить актуальные подходы к подготовке будущего специалиста на современном этапе развития профессиональной подготовки в вузе и на их основе построить модель и описать саму методику обучения. 5. Экспериментально проверить результативность разработанной методики обучения информационному моделированию при разработке ЦОР, направленной на формирование готовности учителя информатики к информационно-аналитической деятельности для решения актуальных профессионально-педагогических задач современного этапа информатизации образования.
Теоретико-методологической базой исследования являются:
работы в области информатизации образования и развития системы образования в России в контексте информатизации (А.Н.Тихонов, А.Д.Иванников, И.В.Роберт, Е.С.Полат, К.К.Колин и др.);
работы в области теории компьютерного моделирования (А.Б.Горстко, Х.Гулд, Я.Тобочник, Р.Шеннон и др.), а так же по теории и методике обучения моделированию (С.А.Бешенков, А.А.Кузнецов, Е.А.Ракитина, В.К.Белошапка, А.Г.Гейн и др);
работы по теории и технологии программирования, в том числе, алгоритмов на графах и использования их в обучении (Т.Х.Кормен, Р.Л.Ривест, Д.Кнут, В.Н.Касьянов, В.А.Евстигнеев, А.В.Ахо, Д.Э.Хопкрофт, Д.Д.Ульман, Р.Седжвик, Б.Н.Иванов, Ф.А.Новиков, В.М.Котов и др.);
— работы в области методологии и методики обучения информатике
(С.А.Бешенков, С.Г.Григорьев, А.А.Кузнецов, С.Д.Каракозов, С.А.Жданов,
В.В.Лаптев, МЛТЛапчик, Е.КХеннер, М.В.Швецкий, Е.А.Ракитина, Н.И.Рыжова
и др.);
работы по контекстному и личностно-деятельностному подходу к организации образовательного процесса (Л.С.Выготский, С.Л.Рубинштейн, Д.Б.Эльконин, В.В.Давыдов, А.Н.Леонтьев, Л.И.Новикова, А.А.Вербицкий и др.) и практике использования технологий модульного подхода к обучению (П.АЛОцевичене М.А.Чошанов, А.А.Вербицкий, Л.Г.Кузнецова, Н.Б.Лаврентьева и др.);
работы по диагностике результатов обучения с позиций уровневого и деятельностного подходов (Б.С.Блум, АіСМаркова, О.В.Оноприенко, Л.Ф.Спирин и др.);
- работы по методам математического моделирования, статистики и их использования в исследованиях (Ю.А.Гастев, Б.А.Глинский, Е.В.Сидоренко, К.Е.Морозов и др.) и работы в области организации и проведения педагогического эксперимента (М.И.Грабарь, В.И.Загвязинский, К.А.Краснянская и др.).
Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы применялись следующие методы исследования: 1) анализ психолого-педагогической, научной, научно-технической и методической литературы как отечественных, так и зарубежных авторов по проблеме исследования, а также изучение диссертационных исследований; 2) анализ нормативных и аналитических материалов (в том числе, анализ государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования — ГОС ВПО); 3) наблюдение и анализ результатов деятельности педагогов и обучаемых, наблюдение за ходом учебного процесса, опросы и анкетирование студентов и преподавателей вузов; 4) обработка данных экспериментальной работы с помощью методов математической статистики и их графическая интерпретация; 5) обобщение опыта экспериментальной работы в рамках педагогического эксперимента, состоящего из констатирующего, поискового и формирующего этапов.
Научная новизна исследования характеризуется тем, что:
теоретически обоснована целесообразность использования информационного моделирования на графах при разработке ЦОР в качестве средства формирования готовности к информационно-аналитической деятельности у учителя информатики в рамках его информационной и предметно-технологической подготовки при решении актуальных профессионально-педагогических задач информатизации образования;
экспериментально подтверждено, что обучение информационному моделированию на графах целесообразно рассматривать не только в традиционном для педагогического вуза контексте — как изучение конкретной структуры данных и алгоритмов на ней в рамках курса «Программирование» или как изучение математической структуры в рамках курса «Дискретная математика», но и как средство формирования у учителей информатики готовности к информационно-аналитической деятельности в контексте информационного моделирования, используя их как моделирующие структуры и модели вычислений при решении содержательных задач на компьютере как из предметной об-
12 ласти информатики, так и профессионально-педагогических задач современного этапа информатизации образования; — предложена концепция обучения информационному моделированию на графах при разработке ЦОР, направленная на формирование готовности к информационно-аналитической деятельности учителя информатики на основе принципов контекстного обучения и обучения решению разного уровня сложности учебных профессиональных задач из предметной области «Информатика» и профессионально-педагогических задач современного этапа информатизации образования с помощью «графовых» моделей, соответствующих составляющим информационно-аналитической деятельности и этапам вычислительного эксперимента.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:
Разработана методика обучения информационному моделированию при разработке ЦОР на базе традиционной модели методической системы обучения, способствующая формированию у учителей информатики готовности к информационно-аналитической деятельности при решении актуальных профессионально-педагогических задач информатизации образования.
Определена типология учебных профессиональных задач информационного моделирования, на основании которой выделена совокупность обучающих задач, соответствующих видам аналитической деятельности и этапам вычислительного эксперимента для формирования у учителей информатики готовности к информационно-аналитической деятельности.
Выделены классы задач учителя информатики в контексте решения его профессионально-педагогических задач в области разработки ЦОР с использованием «графовых» моделей и с учетом всех этапов разработки и создания ЦОР и показана связь всех этих педагогических задач с предметными задачами информационного моделирования на графах. Взаимосвязи описаны через использование «графовых» моделей в моделях объектов разрабатываемого образовательного ресурса.
Сформулированы критерии и уровни сформированности готовности учителя информатики к информационно-аналитической деятельности при решении профессионально-педагогических задач разработки ЦОР в ходе его информационной и профессионально-технологической подготовки с
13 учетом выделенных умений решать профессионально-педагогические задачи с помощью «графовых» моделей и методами информационного моделирования на основе полученных в процессе обучения теоретических знаний.
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанная методика обучения информационному моделированию на графах доведена до практической реализации и апробирована в рамках учебного процесса педагогического вуза. При этом для учебного процесса были предложены различные варианты реализации МСО информационному моделированию при разработке ЦОР в виде учебных курсов, имеющих модульную структуру и предназначенных для обучения учителя информатики в рамках традиционной системы подготовки (специалитет) и для двухуровневой системы обучения (бакалавр-магистр)4. Учебно-методические материалы модуля5 «Методика обучения школьников компьютерному моделированию» включены в коллекцию учебных ресурсов в рамках проекта НФПК «Разработка программ и учебно-методических материалов для подготовки студентов педагогических вузов в области использования ЦОР». Кроме того, предложенная МСО доведена до практической реализации в виде системы лабораторных работ и в виде ЦОР, размещенного на сайте КГПА (: ).
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена: теоретическим обоснованием положений исследования и их практической реализацией; количественным и качественным анализом результатов исследования, использованием методов математической статистики для обработки результатов проведенного экспериментального исследования.
Логика и основные этапы исследования. I констатирующий этап исследования (2001-2005 гг.) был посвящен теоретико-методологическому анализу научной и методической литературы в области информационного моделирования, психолого-педагогической и философской литературы по пробле-
4 При подготовке специалиста предлагалось включать разработанные модули в курсы «Компьютерного моде
лирования», «Использование ИКТ в образовании» и «Теория и методика обучения информатики», а также в
спецкурс «Информационное моделирование». При подготовке бакалавра по направлению «физико-
математическое образование» профиля «информатика» предлагалось включение модулей в курсы «Компью
терное моделирование», «ИКТ в физико-математическом образовании», «Технологии и методики обучения
(информатика)».
5 Адрес размещения модуля в Единой коллекции ЦОР (разработки педагогических вузов в проекте НФПК):
I f 1 -4d0f-a412-b 1 ca45f96fca/KareHa M2 YMM.html
14 мам информатизации общества и образования, а так же анализу нормативных документов и действующих учебных программ и ГОС ВПО для подготовки специалистов и учителей информатики в области информационного моделирования, который позволил выделить и обосновать актуальность проблемы; определить предмет исследования; выдвинуть гипотезу и сформулировать задачи исследования. // поисковый этап исследования (2006-2008 гг.) содержал изучение предмета исследования; разработку модели содержания обучения для развития информационно-аналитической деятельности у будущих учителей информатики в процессе решения профессиональных задач, актуальных на современном этапе информатизации образования и формирование готовности к указанному виду деятельности; а так же разработку методики обучения информационному моделированию при разработке ЦОР для будущих учителей информатики и построение ее интерпретаций для различных условий учебного процесса в педагогическом вузе. III формирующий этап исследования (2008-2009 гг.) включал организацию и проведение экспериментальной работы по реализации разработанной методики обучения информационному моделированию будущих учителей информатики, оценку ее результативности, обработку экспериментальных данных, анализ, обобщение и оформление результатов диссертационного исследования.
Апробация результатов исследования осуществлялась в форме научных докладов на международных конференциях: «Педагогический вуз в XXI веке» (13-15 ноября 2001 г., Республика Карелия, г. Петрозаводск), «Mathematics and Science Education in the North-East of Europe: History, Traditions & Contemporary Issues» (11-14 сентября 2003 г., Республика Карелия, г. Сортавала), «Болонский процесс в математическом и естественнонаучном педагогическом образовании: тенденции, перспективы, проблемы» (9-11 сентября 2005 г., Республиа Карелия, г. Петрозаводск) и на ежегодных научных конференциях преподавателей и студентов КГТГУ (апрель, 2000-2009) и др. Теоретические положения обсуждались на кафедре информатики КГПА, на заседании лаборатории методики обучения информатике ИСМО РАО и др. Основные положения диссертации отражены в 11 публикациях (среди них 8 статей, Іучебно-методическое пособие, 2 учебно-методические материалы), относящихся к теме исследования и охватывающих период 2001-2009 гг. Общее число публикаций автора по проблемам обучения информатике и использованию ИКТ в образовании 21.
Внедрение результатов исследования проводилось в рамках учебного процесса КГПА: (а) в курсе «Компьютерное моделирование», прочитанного студентам специальностей: 032200.00 (050203.00) - «Физика с дополнительной специальностью Информатика», 032100.00 (050201.00) - «Математика с дополнительной специальностью Информатика», 030100 (050202) - «Информатика» на физико-математическом факультете (с 2000 по 2009 гг.), 032500.00 - «География с дополнительной специальностью Информатика» естественно-географического факультета (с 2006 по 2008 г.); (б) в курсе «Информационное моделирование» вузовского компонента дисциплин дополнительной специальности для 032200.00 (050203.00) «Физика с дополнительной специальностью Информатика», 032100.00 (050201.00) «Математика с дополнительной специальностью Информатика»; (в) в курсе дисциплин специализации «Информационное моделирование» для студентов специальности 030100 (050203.00) «Информатика» (с 2004 по 2009 гг.); (г) в курсе вузовского компонента дисциплин предметной подготовки «Основы визуального объектно-ориентированного программирования на языке Visual Basic» для студентов специальности 030100 (050202) «Информатика» (с 2007 по 2008 гг.); (д) в курсе по выбору «Основы программирования на языке Java» для студентов специальностей «Информатика» и «Математика с дополнительной специальностью Информатика» (с 2007 по 2009 гг.) физико-математического факультета.
На защиту выносятся следующие положения диссертационного исследования:
Обучение учителей информатики информационному моделированию на графах при разработке ЦОР целесообразно рассматривать не только в традиционном для педагогического вуза контексте — как изучение структур данных и алгоритмов на них в рамках курса «Программирование» или как изучение математических структур в рамках курса «Дискретная математика», но и как средство формирования готовности к информационно-аналитической деятельности в контексте информационного моделирования, используя их как моделирующие структуры и модели вычислений при решении содержательных предметных и профессионально-педагогических задач.
В основу отбора содержания обучения информационному моделированию на графах, направленного на формирование готовности к.информационно-аналитической деятельности учителя информатики при решении актуальных профессиональных и педагогических задач информатизации образо-
вания, целесообразно положить принципы деятельностного подхода (или контекстного обучения) и классификации предметных задач информационного моделирования на графах и профессионально-педагогических задач по разработке и использованию ЦОР в соответствии с этапами их решения согласно вычислительному эксперименту и составляющим информационно-аналитической деятельности;
3. Методика обучения учителей информатики информационному моделированию при разработке цифровых образовательных ресурсов, обеспечивающая формирование готовности к информационно-аналитической деятельности учителя информатики, может быть описана с использованием классической модели методической системы, в которой:
цели и содержание обучения описываются через совокупность умений и задач информационного моделирования в предметной области «Информатика» и при проектировании ЦОР, определяющих готовность к информационно-аналитической деятельности учителя информатики;
методом обучения является метод целесообразно подобранных задач и метод проектов, отражающие умения по решению учебных профессиональных задач информационного моделирования и профессионально-педагогических задач разработки и использования ЦОР, соответствующих составляющим информационно-аналитической деятельности и этапам вычислительного эксперимента;
базовым средством обучения являются формальные языки (знаковые системы) для описания «графовых» моделей, соответствующих виду реализуемой информационной модели для разрабатываемого ЦОР;
формой обучения является компьютерный лабораторный практикум;
обучение осуществляется в условиях зачетно-модульной системы.
Структура диссертации отражает логику, содержание и результаты исследования и состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.
Основной текст занимает 261 с, в том числе 13 рисунков, 24 таблиц, библиография — 23 с. (279 наименований, из них на иностранных языках — 5), приложения — 61 с. (которые содержат анкеты и результаты педагогического эксперимента, программу учебного курса, примеры учебно-методических материалов для работы с обучаемыми).
Создание и использование цифровых образовательных ресурсов как одна из актуальных профессиональных педагогических задач учителя в современных условиях информатизации образования
Одним из ведущих направлений современного этапа модернизации системы Российского образования является информатизация [Концепция, 2002; Национальная, 1999 и др.]. Большой вклад в решение вопросов информатизации образования и развития единой образовательной информационной среды, включая создание единой коллекции цифровых образовательных ресурсов, на уровне разного рода научно-методических исследований внесли работы В.А.Извозчикова [1991]; А.Н.Тихонова и А.Д.Иванникова [1997]; И.В.Роберт [2004, 2008]; Е.С.Полат [2001]; К.К.Колина [2000]; А.И.Башмакова [2003]; Б.Я.Советова [2003]; Р.МЮсупова и В.ПЗаболотского [2000] и др.
Проблемы разработки, проектирования и использования цифровых образовательных ресурсов для образовательной практики и для методики обучения проектированию ЦОР в период 2000-2010 гг. рассматривались в диссертационных исследованиях А.А.Ахаяна [2001], В.В.Гриншкуна [2004], Д.А.Шуклина [2004], А.Л.Сметанников [2000], А.А.Телегин [2006], Н.Н.Пояркова [2006], В.В.Плещёв [2005], Н.В.Александрова [2008], Е.В.Чернобай [2008], В.В.Гура [2007], А.А.Карабанов [2008], Д.НХрибков [2008], Е.АХорнева [2007], Н.Е.Суркова [2007] и др.
Согласно анализу подходов к определению понятий: «информатизация» и «информатизация общества», в том числе, и «информатизация образования», основными характерными чертами информационного общества являются: увеличение роли информации и знаний в жизни общества; возрастание доли информационных коммуникаций, продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте; создание глобального информационного пространства, обеспечивающего (а) эффективное информационное взаимодействие людей, (б) их доступ к мировым информационным ресурсам и (в) удовлетворение их потребностей в информационных продуктах и услугах. Следовательно, в рамках информационного общества, с одной стороны, в условиях информатизации системы образования меняются основные формы и методы деятельности специалиста, в том числе учителя информатики, что неизбежно ведет к изменению содержания его профессиональной подготовки. Все это требует учета в системе профессиональной подготовки учителя информатики как вновь возникающих сфер деятельности, так и изменяющихся условий обучения под влиянием процессов информатизации общества и системы образования.
Информатизация образования инициирует следующие процессы:
— совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, воспитания, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информационного общества глобальной, массовой коммуникации;
— создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно-учебную, экспериментально-исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной информационной деятельности;
— совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно-педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей;
— создание и использование компьютерных тестирующих, диагностирующих методик контроля и оценки уровня знаний обучаемых.
Таким образом, с практической педагогической позиции информатизация образования - это процесс создания единого информационно-образовательного пространства на базе массовой коммуникации и компьютерных сетей, базовой категорией которого являются информационно-образовательные системы1, а принципы создания имеют интегративную и гуманистическую основу [Каракозов, 2005, б].
Информационно-образовательные системы, с одной стороны, позволяют описать обобщенную многоуровневую модель процесса информатизации в целом, а с другой стороны — производить и анализировать существующие цифровые образовательные ресурсы учебного назначения и информационные системы управления образованием.
В качестве модели информатизации образования (по И.В.Роберт [2004]) выступает информационно-образовательная среда, которая определяется как «совокупность условий, обеспечивающих осуществление деятельности пользователя с информационным ресурсом (в том числе распределенным информационным ресурсом), с помощью интерактивных средств информационных и коммуникационных технологий и взаимодействующих с ним как с субъектом информационного общения и личностью».
Вместе с тем, информатизация образования рассматривается, согласно И.В.Роберт [2008], как новая область педагогического знания, интегрирующая научные направления психолого-педагогических, социальных, физиоло-го-гигиенических, технико-технологических исследований, находящихся в определенных взаимосвязях, отношениях между собой и образующих определенную целостность, которая ориентирована на обеспечение сферы образования методологией, технологией и практикой решения многочисленных проблем и задач. В рамках нашего исследования наиболее актуальны следующие:
создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять деятельность по сбору, обработке, передаче, хранению информационного ресурса, по продуцированию информации;
разработка исследовательских, демонстрационных прототипов электронных средств образовательного назначения, в том числе программных инструментальных средств и систем;
разработка средств и систем автоматизации процессов обработки учебного исследовательского, демонстрационного, лабораторного эксперимента, как реального, так и «виртуального».
Содержание обучения информационному моделированию в контексте создания ЦОР: концептуальные линии, учебные элементы и логическая структура
В дидактике принято различать понятия «содержание обучения» и «содержание учебной дисциплины (учебного предмета)», в связи с чем, например, последовательность отбора содержания учебной дисциплины складывается из двух моментов — отбора содержания обучения как элемента методической системы обучения и его преобразование в содержание учебной дисциплины (или, другими словами, в содержание обучения конкретному учебному предмету , который в свою очередь является конкретной реализацией методической системы).
В нашем исследовании будем понимать содержание обучения (по В. И. Генецинскому [1992]) как педагогически обоснованную, логически упорядоченную и текстуально зафиксированную в учебных программах научную
Иногда, содержание обучения как элемент методической системы обучения может совпадать с содержанием учебной дисциплины. информацию о подлежащем изучению материале, представленную в свернутом виде и определяющую содержание обучающей деятельности педагогов и познавательной деятельности обучаемых в целях овладения всеми компонентами содержания профессионального образования соответствующего уровня и профиля.
При этом специфика дидактической формы представления некоторого элемента знания в содержании обучения состоит в том, что эта форма позволяет объекту педагогического воздействия релевантно отобразить (породить, произвести) этот элемент в его сознании, способствуя развитию сознания, ценностно (мировоззренчески) его ориентируя, определенным образом программирует его познавательную деятельность, позволяет оценить (диагностировать) достигнутый уровень усвоения. Важнейшим здесь является тот факт, что построение (конструирование) дидактической формы представления возможно лишь на основе адекватного учета содержания соответствующего элемента знания [там же].
Кроме этого, согласно В.С.Ледневу [1991, с. 45] содержание обучения с позиций системно-структурного подхода следует характеризовать как систему дидактически переработанного знания предметной области, которая учитывает: определение места в метасистеме; определение оптимального набора и свойств компонентов, обеспечивающих эффективное функционирование системы и ее развитие; установление связей между компонентами.
Таким образом, согласно изложенным выше концепциям, нам необходимо раскрыть внутреннее строение содержания обучения (информативную часть и логическую упорядоченность), а также факторы, обеспечивающие его целостность и относительную самостоятельность, которое включает в себя (по В.П.Беспалъко [1989]):
— учебные элементы из теоретического (базисного) материала, который представляет собой совокупность основных понятий конкретной предметной области знания (ими могут быть кроме базисных или основных понятий конкретной предметной области, различные фундаментальные идеи и различные подходы к изучению конкретных понятий) и связей между ними;
- задачный материал, который определяется в соответствии с теоретическим материалом и предназначается для выработки у обучаемых конкретных умений и навыков для соответствующей области знаний;
— межпредметные и внутрипредметные взаимосвязи между учебными элементами.
Далее будем придерживаться взгляда на модель содержания обучения конкретному учебному предмету (согласно работе [Лаптев, Рыжова, Швецкий, 2003]), которая состоит из двух блоков. Основной блок содержания обучения включает:
1) предметную часть — описание исследуемого объекта в рамках предметной области, включая его «познание» (гносеологию) через определение понятий, изучение утверждений и теорем, позволяющих раскрыть построение и свойства изучаемого объекта;
2) деятельностную часть — алгоритмы, технологии, методы и их реализация на компьютере. Вспомогательный блок содержания обучения — это вопросы истории изучаемой научной дисциплины, а также вспомогательные разделы из других предметных областей, (например: математики, информатики и педагогики и др.). Ясно, что вспомогательный блок содержит сведения (понятия, утверждения, теоремы, алгоритмы, задачи) из других предметных областей. В ряде случаев указанный вспомогательный блок может быть перенесен в основной блок содержания обучения.
Рассматривая основные компоненты содержания обучения, нельзя не учитывать взгляд Т.Сергеевой [1991], согласно которому в содержании обучения конкретному учебному предмету следует выделять следующие четыре компонента: 1) систему знаний; 2) репродуктивные умения (как специфически предметного, так и общеучебного характера), которыми должен овладеть обучаемый в процессе обучения; 3) умения творческого типа, овладевая которыми обучаемый получает субъективно новое знание путем самостоятельного поиска; 4) личностный компонент.
Заметим, что в нашем исследовании мы не акцентируем внимание на личностном компоненте содержания обучения в силу того, что наше исследование направлено не на индивидуализацию и гуманизацию обучения в области информационного моделирования, а на отбор содержания обучения и его структуризацию в контексте традиционного подхода в этой области для системы педагогического образования.
Общая характеристика этапов педагогического эксперимента по апробации построенной МСО информационному моделированию
Цель данного диссертационного исследования — построить и апробировать на практике методическую систему обучения информационному моделированию на графах учителей информатики как средство формирования готовности к информационно-аналитической деятельности в данной предметной области и в профессиональной сфере (использование информационного моделирования на графах при создании ЦОР).
Для реализации данной цели было проведено экспериментально-методическое исследование, направленное на решение следующих задач:
1) анализ состояния и проблемы подготовки специалистов — будущих учителей информатики в области информационного моделирования;
2) построение и реализация на практике методической системы обучения информационному моделированию на графах специалистов — будущих учителей информатики;
3) проверка соответствия разработанной методической системы обучения потребностям будущих учителей информатики в теоретических и технологических знаниях в области информационного моделирования на графах, а так же в практических умениях по использованию методологии и технологии информационного моделирования для решения предметных и/или профессиональных задач, в том числе для педагогического проектирования цифровых (электронных) образовательных ресурсов для данной предметной области.
В соответствии с поставленными задачами экспериментальное исследование проводилось в три этапа в период с 2001-2009 гг. на различных уровнях учебного процесса в системе высшего педагогического образования: - в рамках курса «Информационное моделирование» (из дисциплин предметной подготовки, KB устанавливаемые вузом), читаемого студентам курса физико-математического факультета специальности «информатика» (группы 535; в общей сложности обучалось 53 человек) в течение 6 семестра с 2004 г. по 2009 г. в Карельском государственном педагогическом университете (ГОУ ВПО «КГПУ», г. Петрозаводск), его содержание представлено в табл. 1 Приложения 2;
- в рамках курса «Компьютерное моделирование» (дисциплины предметной подготовки, ДНИ), прочитанного студентам 3 курса физико-математического факультета специальностей «математика», «физика» с дополнительной специальностью «информатика» (группы 531, 533; в общей сложности обучалось 205 человек) в течение 5 семестра с 2004 г. по 2009 г. в Карельском государственном педагогическом университете (ГОУ ВПО «КГПУ», г. Петрозаводск);
- в рамках спецкурса «Основы программирования на языке Java», прочитанного для студентов физико-математического факультета специальностей «информатика» и «математика с дополнительной специальностью информатика» (группы 545, 541) в течение 8 семестра с 2006-2009гг. в ГОУ ВПО «КГПУ», г. Петрозаводск;
- в рамках курса «Основы программирования на языке Visual Basic» для студентов специальности «информатика» физико-математического факультета (группа 535) в течение 2006-2009гг. в ГОУ ВПО «КГПУ», г. Петрозаводск; (см. пример лабораторной работы в Приложении 2).
Студенты физико-математичекого факультета (основной и дополнительной специальности «информатика»), преподаватели КГПУ1 (г. Петрозаводск) и другие специалисты в области информационного моделирования ВУЗов и образовательных учреждений муниципального уровня (в общей сложности 61 человек), выступили в качестве субъектов проведенного педагогического эксперимента.
На первом и втором этапах педагогического эксперимента (констатирующий и поисковый эксперимент) проводились сбор и анализ необходимой для уточнения гипотезы исследования информации. На третьем этапе (формирующий эксперимент) строилась теоретическая модель методической системы обучения и осуществлялась эмпирическая проверка ее эффективности.
На первом этапе (в ходе констатирующего эксперимента) изучались состояние развития информационного моделирования как научной категории, В 2009 г. ГОУ ВПО «КГПУ» переименован в ГОУ ВПО «КГПЛ». методологии и технологии, учебного предмета, а так же изучалось состояние и проблемы подготовки различных специалистов, в том числе и будущих учителей информатики в области теории и технологии информационного моделирования; необходимость построения методической системы обучения информационному моделированию на графах, обеспечивающей формирование готовности к информационно-аналитической деятельности будущих учителей информатики при разработке ЦОР и служить основой формирования в последующем соответствующей инфорг.таиионно-аналитической компетентности как одного из видов профессиональной компетентности специалиста.
