Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические основы профильного обучения 11
1.1 Историко-теоретический анализ и современное состояние проблемы 11
1.2 Анализ содержания школьного курса информатики и место в нём информационных технологий 28
1.3 Профильное обучение информатике и современный этап образования 56
Глава II. Методика проведения занятий по информатике для классов математического профиля 82
2.1 Разработка учебных планов и планирование учебного процесса 82
2.2 Решение математических задач с помощью табличных процессоров 110
2.3 Сценарии уроков информатики для классов математического профиля 119
Глава III. Педагогический эксперимент 142
3.1 Организация педагогического эксперимента ..142
3.2 Результаты педагогического эксперимента 155
Заключение 165
Библиография 166
- Историко-теоретический анализ и современное состояние проблемы
- Разработка учебных планов и планирование учебного процесса
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Современное общество является информационым. Смена ведущей сферы общественного производства влияет на трансформацию образования. Ведущее место в информатизации образования отводится предмету информатика.
Анализу содержания школьного курса информатики посвящены работы В.П. Белошапки, С.А. Бешенкова, Т.А. Бороненко, А.В. Горячева, А.Г.Гейна, А.П. Ершова, В.А. Извозчикова, В.А. Каймина, К.К. Колина, А.А. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, B.C. Леднева, Е.В. Линецкого, Н.В. Макаровой, Ю.А. Первина, Н.П. Радченко, И.А. Румянцева, Л.Е. Самовольновой, А.И. Сенокосова, Симоновича СВ., Ю.А. Шафрина, А.Н. Шляго и других учёных.
Параллельно с появлением этого предмета в 1985 году в учебном плане школ, началась разработка его углубленного изучения в виде факультативов, спецкурсов. Позднее, когда базовый курс информатики был перенесен в VII - IX классы эта работа приняла направление создания профильных курсов и углубленного изучения этого предмета.
Допрофесснональной подготовке учащихся придается особое значение. На различных этапах исторического развития общества изменялась роль и место в учебном плане школы допрофесснональной подготовки в зависимости от социально-экономической и политической ситуации общества.
Изменившиеся социально-экономические условия жизни повлекли за собой тенденцию ослабления внимания к проблемам допрофесснональной подготовки учащихся, как со стороны государства, так и органов управления образования.
В настоящее время в связи с выделением трех этапов преподавания курса информатики в школе: пропедевтического, базового и профильного встает вопрос о содержании профильных курсов в 10-11 классах.
Профильные курсы являются продолжением базового образования по информатике и готовят учащихся к будущей профессиональной деятельности.
По данным ЮНЕСКО число специалистов из других областей, имеющих квалификацию по информатике, увеличится к 2000 году по сравнению с 1970 г. более чем в 13 раз. Число же специалистов, эффективно использующих компьютеры и информационные технологии в своей профессиональной деятельности с 5% до 64%. Эти данные показывают возрастающую роль изучения информатики, информационных технологий в подготовке подрастающего поколения к трудовой деятельности и к продолжению образования.
Учитывая, что одной из задач курса информатики является подготовка учащихся к производительному труду и дальнейшему обучению в условиях современного общества, можно предположить, что информатика и информационные технологии должны стать одним из обязательных компонентов содержания профильного обучения в любом из направлений специализации школы.
А.А. Кузнецов рассматривает дифференциацию профильных курсов информатики фундаментального направления, определяя направления профилизации применительно к предметным областям, которые являются ведущими в каждой конкретной школе. В качестве основных рассматривается пять направлений: математика, информатика, естествознание, история и специальные науки, языки. Автор делает вывод, что для каждого из них необходим свой профильный курс информатики.
Различные аспекты допрофессиональной подготовки обсуждались в работах Л.Г. Асынбаевой, В.К. Белошапки, С.А. Бешенкова, А.Г. Гейна, П.Л. Гращенко, И.И. Данилина, Т.Б. Захаровой, СВ. Комова, А.А. Кузнецова, А.И. Сенокосова, Н.А. Сычевой, В.Ф. Шолоховича.
В настоящее время общеобразовательным учреждениям предлагаются следующие профили: социально-гуманитарного, гуманитарно- филологического, естественнонаучного, физико-математического, технологического направления.
Существует ряд программ профильного обучения информатике: С.А. Бешенкова, Н.Л. Беленькой, А.Г. Гейна, А.Н. Гриценко, И.И. Данилиной, Т.Б. Захаровой, С.Л. Островского, А.И. Сенокосова, Н.Д. Угриновича, В.Ф. Шолоховича, для разных профилей. В частности для математического профиля предлагаются программы, использующие в качестве средства решения математических задач языки программирования. В тоже время метод экспертной оценки, использованный автором, показал, что возможности информационных технологий в решении математических задач используются не в полной мере.
Отсюда вытекает актуальность разработки методики преподавания спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики", ориентированного на использование в качестве средства решения задач вычислительной математики табличных процессоров.
Данный спецкурс позволит, с одной стороны, углубить знания в области информатики и математики, а, с другой стороны, нетрадиционный подход решения прикладных математических задач с помощью табличных процессоров позволит глубже вникнуть в суть проблемы.
Актуальность исследования усиливается в связи с переходом на 12-ти летнее образование, поскольку старшая школа должна быть отделённой от основной, обязательной для всех, и должна быть дифференцированной (иметь разнопрофильные курсы), направленной на допрофессиональную подготовку школьников.
Кроме того проблема усугубляется в связи с существующим разрывом преемственности между уровнем общего образования и высшего профессионального образования.
6 Таким образом, актуальность исследования обусловлена: необходимостью разработки профильно-ориентированных курсов в области информатика, продолжающих базовое образование в этой области; необходимостью разработки профильно-ориентированных курсов математического цикла, удовлетворяющих запросам учащихся; возможностью использования табличных процессоров в качестве средства информационных технологий для решения задач вычислительной математики.
Указанное выше определяет проблему исследования, которая обусловлена противоречием между сложившейся практикой профильных курсов информатики и возможностями, предоставляемыми использованием информационных технологий для обработки данных (в частности для решения прикладных математических задач). Одним из возможных решений указанной проблемы является разработка профильно-ориентированного спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики", раскрывающего возможность использования табличных процессоров для решения задач вычислительной математики.
Предлагаемые для решения в данном профильном спецкурсе "Элементы вычислительной математики" задачи, могут рассматриваться прежде всего на уроках математики, т.е. выступать как объект изучения, но они же могут использоваться и в курсе информатики при изучении соответствующих тем, выступая как средство изучения. Это создает основу межпредметных связей курсов информатики и математики.
Цель диссертационного исследования: предложить и теоретически обосновать подход к изучению профильно-ориентированного спецкурса "Элементы вычислительной математики" на уроках информатики в старших классах полной средней школы, направленного на решение математических задач с помощью табличных процессоров.
Объектом исследования является процесс профильного обучения информатики в старших классах полной средней школы.
Предметом исследования является методика преподавания спецкурса "Элементы вычислительной математики" в профильном обучении информатике в старших классах полной средней школы.
Гипотеза исследования: если в старших классах полной средней школы ввести профильно-ориентированный спецкурс информатики "Элементы вычислительной математики", в котором в качестве средства информационных технологий использовать табличные процессоры, то это будет способствовать: повышению эффективности учебного процесса в сравнении с традиционными подходами; увеличению наглядности и доступности излагаемого материала; развитию интереса учащихся, как к знаниям в области информатики, так и математическим знаниям; осуществлению профессиональной ориентации учащихся.
В соответствии с предметом, проблемой и гипотезой исследования были выдвинуты следующие задачи:
На основе анализа научной, научно-методической и психолого-педагогической литературы определить место допрофессиональной подготовки в общеобразовательных учебных заведениях.
На основе экспертной оценки учителей информатики выявить возможность использования средств информационных технологий на различных этапах преподавания информатики в школе.
Исследовать возможность использования табличных процессоров для решения задач вычислительной математики с целью повышения интеллектуального потенциала учащихся, мотивации обучения и профессиональной ориентации.
Разработать методику преподавания спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики".
Экспериментально проверить эффективность предлагаемой методики преподавания спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики".
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ научной, научно-методической и психолого-педагогической литературы по проблеме исследования; изучение и анализ педагогического опыта учителей, наблюдение за ходом учебного процесса; анкетирование учителей и учащихся; анализ образовательных стандартов, программ, учебных пособий по информатике и профильным курсам; педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в следующем: определено место допрофессиональной подготовки учащихся старшего звена полной средней школы в области информатики; разработаны методические предписания профильно-ориентированного спецкурса "Элементы вычислительной математики" с использованием табличных процессоров, готовые к внедрению в старших классах полной средней школы в рамках допрофессиональной подготовки школьников в области информатики, которые не использовались ранее; обоснована возможность и целесообразность использования табличных процессоров для решения задач вычислительной математики с целью подготовки учащихся к последующей профессиональной деятельности; открыты перспективы для прикладных работ по использованию табличных процессоров в допрофессиональной подготовке школьников.
Практическая значимость исследования состоит в том, что: разработана и внедрена в ряде школ г. Мурманска программа спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики", которая может быть использована в старшем звене полной средней школы в качестве допрофессиональной подготовки в области информатики; разработано учебное пособие и электронный вариант пособия в качестве методической поддержки спецкурса; доказано, что данная методика позволяет повысить эффективность учебного процесса, обеспечить наглядность и доступность излагаемого материала;
Достоверность результатов исследования обеспечивается: базированием на основополагающих теоретических концепциях в области информатики и математики, логикой применения педагогических методов исследования; экспериментальной работой и положительными результатами педагогического исследования.
На защиту выносятся следующие положения: теоретическое обоснование проблемы изучения спецкурса "Элементы вычислительной математики" в профильном обучении информатики в старших классах полной средней школы; методика преподавания профильно-ориентированного спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики" для старшего звена полной средней школы; результаты педагогического эксперимента, подтверждающие эффективность и реализуемость методики преподавания спецкурса информатики "Элементы вычислительной математики".
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты докладывались на научно-практических конференциях
Мурманского государственного педагогического института,
Межрегиональной конференции учителей в 1999, 2000 годах, Герценовских чтениях (г. Санкт-Петербург, РПТУ, 2000 г.).
Внедрение. По результатам исследования подготовлено учебное пособие "Элементы вычислительной математики и электронные таблицы". Спецкурс "Элементы вычислительной математики" и учебное пособие внедрены в учебный процесс школ №№ 28, 43, Гимназии №5, Мурманский государственный педагогический институт и РГПУ им. А.И. Герцена.
Историко-теоретический анализ и современное состояние проблемы
Общее среднее образование должно заложить основы гуманитарной, естественнонаучной и технологической культуры молодежи. Согласно Закону "Об образовании", принятому в 1992 году "содержание образования должно обеспечить:
формирование у обучающихся адекватной современному уровню знаний и уровню образовательной программы (ступени обучения) картины мира;
адекватный мировому уровень общей и профессиональной культуры;
интеграцию личности в системы мировой и национальной культуры;
формирование человека, гражданина, итерированного в современное ему общество и нацеленного на совершенствование этого общества;
воспроизводство и развитие кадрового потенциала общества" [4, с.7].
Профессиональная культура школьника включает трудовую, допрофессиональную и профильную подготовку.
В соответствии со структурой процесса профессионального самоопределения личносчи сіандарч задаеі чечыре этапа подготовки учащихся общеобразовательных учебных заведений к труду. Первый - это в ведение в труд, второй - основы труда, третий - профессиональные пробы, четвертый - профильное или допрофессиональное обучение П.Р. Атутов [35, с.92] дает такое определение профильному обучению: "Профильное обучение - это углубленное ознакомление учащихся с одной сферой профессиональной деятельности... именно на этом этапе проблемный характер содержания обучения должен играть ведущую роль в формировании познавательного интереса учащихся, в развитии задатков, интересов и способностей каждого школьника прежде всего к тем видам деятельности, с которыми связано содержание обучения."
Профильное обучение нацелено на удовлетворение образовательных потребностей и развитие способностей обучающихся, ориентированных на продолжение образования по избранному профилю (направлению).
В общеобразовательных учреждениях профильное обучение предполагает обеспечение учащихся знаниями и навыками, необходимыми им для последующего профессионального образования и трудовой деятельности. Оно организуется, как правило, в старших классах, а также посредством организации групп в рамках одного класса.
Оно предполагает реализацию образовательных программ, обеспечивающих: подготовку обучающихся на уровне государственных образовательных стандартов; повышенный уровень обучения по профильным предметам; допрофессиональную ориентацию обучающихся, подготовку к успешному освоению программ профессионаїьного образования; организацию творческой, исследовательской деятельности обучающихся в системе областей знаний по избранному профилю.
М.Р. Леонтьева [78, с.3-9] определяет 5-6 классы как буферные. "Буферные по природе своей, потому, что возраст детей такой. ... Эти классы как бы готовят детей к последующему обучению, к определению ими своих наклонностей в процессе обучения в 7-9 классах основной школы. Девятилетка, а в последствии десятилетка должна быть образовательной.
Старшая (средняя) школа в отличие от основной, обязательной для всех должна быть резко дифференцированной (иметь в своем составе разнопрофильные курсы) и отдельной (отделенной) от основной школы. Это особенно важно при переходе на 12-летнее образование...В тоже время необходимость отделения старшей школы от основной доказана мировой практикой".
Институт развития профессионального образования (ИРПО) предлагает учебно-программную документацию для подготовки рабочих по сокращенным срокам обучения (несколько месяцев), которую можно использовать в качестве допрофессиональной подготовки в старших классах общеобразовательных учебных заведений:
для подготовки рабочих и служащих по 143-м профессиям;
для подготовки владельцев малых предприятий (общеменеджерский и профессиональный) - по 12-ти профессиям;
для подготовки специалистов по профессиям, подведомственным Госгортехнадзору - по 86-ти профессиям;
планируется выпустить сборник учебно-программной документации для подготовки рабочих и служащих по 34-м профессиям во втором полугодии 2000 года.
"Выбор профессии - это второе рождение человека. От того, насколько правильно выбран жизненный путь, зависят общественная ценность человека, его место среди людей, удовлетворенность работой, физическое и нервно-психическое здоровье, радость и счастье" [55, с.З]
Разработка учебных планов и планирование учебного процесса
Учебный план является программой для преподавателя. "Он даёт не только описание на абстрактно-концептуальном уровне, но и предполагает также детальную проработку на практико-дидактическом уровне" [116, с.6].
От учебных планов во многом зависит преподавание предметов и вся работа школы в целом. При этом недостаточно опираться на собственный опыт. Необходимо учитывать наработки сделанные в этом направлении.
По мнению И.Б. Моргунов "составление учебных планов и программ, отражающих уровень науки и отвечающих требованиям жизни, - задача первостепенной важности" [96, с.62].
В педагогической литературе рассматриваются различные варианты учебного планирования. Так, например, А.А. Овчинников, B.C. Путинский [98] предлагают разделение сравниваемых программ на небольшие законченные по смыслу порции изучаемого материала. А затем установить между ними связи, которые прослеживали бы преемственность материала. Кроме того они предлагают установить степень значимости каждой порции для последующей корректировки. Порции программ предлагается отображать в виде граф-схем.
Математический аппарат теории графов и. матриц для исследования учебных планов и программ предлагает И.Б. Моргунов [96].
Проблеме разработки учебных планов был посвящен Международный семинар, который состоялся в сентябре 1995 года в С.-Петербурге в РГПУ им. А.И. Герцена.
Табличная форма содержания и порядка расположения учебного материала по теме удачно позволяет решить некоторые проблемы. Во-первых, четко вырисовывается структура нового понятия и его взаимосвязь с другими; во-вторых, проявляется общая структура понятийного аппарата всей темы; в-третьих, становится понятно, какие примеры, упражнения, задания надо подобрать для урока, чтобы обеспечить для учащихся как усвоение вводимых понятий, так и приобретение определённых знаний и умений.
При планировании серии уроков особое внимание необходимо уделять целеполаганию. В этой связи были выделены:
общие задачи, отражающие центральные вопросы программы. Что обеспечивает эффективность и целенаправленность учебного процесса;
цели процесса, включающие долгосрочные, непроверяемые на основе программы целеустановки;
цели продукта - контроль на уровне интеллектуальных практических действий учащихся.
Содержание обучения и порядок расположения учебного материата предлагается организовать в виде матрицы. Матрица учебного плана состоит из двух частей: содержательной и деятельностной.
При этом ядро содержательной части составляют основные понятия, т.е. понятия вокруг которых строится определённая тема. Но каждое основное понятие имеет ряд подчинённых понятий. Основные понятия и структура понятий составляют основу учебного материала.
Ядром деятельностной части учебного плана являются основные умения и навыки. На характер основных умений и навыков влияет дидактическая организация серии уроков. А также формы работы и учебные средства.
Третьей составляющей учебного плана является дидактика, которая является сценарием серии уроков.
"Дидактический принцип - это предписание, касающееся организации учебной обстановки, обеспечивающей применение и стимулирование определённых форм обучения"[\ 16, с.26].
Организация педагогического эксперимента
Педагогический эксперимент проводился с учащимися общеобразовательных школ №43, №28 г. Мурманска в 1998/1999 и 1999/2000 учебных годах. Так в школе №43 начиная с 1993 года учащимся предлагаются профили: лаборант-программист и компьютерное делопроизводство. С 1997 года учащимся предлагается и математический профиль. В школе №28 также с 1993 года существуют профили: лаборант-программист, оператор ЭВМ, компьютерное делопроизводство. С 1997 года введён математический профиль, где учащимся предлагается спецкурс "Поиск оптимальных решений средствами Excel". Отбор в профильные классы: лаборант-программист, оператор ЭВМ, компьютерное делопроизводство ведётся по результатам анкетирования учащихся и итогам успеваемости за курс основной школы.
Для проведения педагогического исследования были поставлены следующие задачи:
1. Определение места информационных технологий в профильном обучении информатике;
2. Выявление уровня подготовки учащихся в образовательных областях: математика и информатика, приобретённых в базовом курсе общеобразовательной школы;
3. Внедрение разработанной методики спецкурса "Элементы вычислительной математики" в учебный процесс общеобразовательных учебных заведений: средняя школа №43, 28 и Гимназия №5;
4. Проверка эффективности предложенной методики посредством анкетирования, проведения контрольных срезов знаний, статистической обработки результатов контрольных срезов и результатов экзамена по информатике.
В ходе экспериментальной деятельности возникли следующие трудности:
Использование электронных таблиц предполагает наличие персональных компьютеров на базе микропроцессора не ниже 80486. В связи с тяжёлым финансовым положением оснащённость общеобразовательных учебных заведений является далеко не благополучной. В настоящее время в г. Мурманске из 192 общеобразовательных учебных заведений 26 не имеет ни одного компьютерного класса IBM. Свыше 42,5% компьютерной техники типа IBM составляют устаревшие модели (IBM 286 - 6,6%, IBM 386 - 20,8 %, IBM 486 - 15,1?/&). Поэтому для проведения педагогического эксперимента были выбраны указанные выше общеобразовательные учебные заведения, оснащённые соответствующей техникой.
Эффективность реализации спецкурса во многом зависит от уровня профессиональной компетентности учителя. Учитель должен в равной степени владеть знаниями как по математике так и по информатике. В настоящее время в Мурманском пединституте осуществляется подготовка учителей по специальности математика-информатика. А следовательно учителя, имеющие подобную специальность не будут испытывать сложностей в преподавании предлагаемого спецкурса.
Большое значение в реализации спецкурса имело учебное пособие "Элементы вычислительной математики и электронные таблицы" и электронный его вариант, поскольку как было указано выше отсутствует соответствующая методическая литература. Кроме того электронный учебник дает возможность организации дифференцированного обучения.
Эксперимент проходил в три этапа: поисковый, констатирующий и формирующий. Эксперимент проводился в ходе преподавания информатики в 11 - х классах школы №43 лично автором и в школе №28 преподавателем информатики Зайцевой В.П.. А также в Мурманском государственном пединституте со студентами физико-математического факультета (специальность математика-информатика) в ходе спецкурса "Методика преподавания информатики" в 1999/2000 учебном году лично автором.
Для получения достоверных экспериментальных данных использовались методы статистической обработки.
На первом этапе (поисковый эксперимент) проводилось анкетирование учителей различных общеобразовательных заведений г. Мурманска. В этой процедуре приняли участие 22 учителя. Целью данного этапа исследования явилось определения роли и места информационных технологий в профильной подготовке учащихся общеобразовательных учебных заведений. О результатах этой работы уже говорилось в параграфе 1.3.
Для выяснения отношения учащихся к профильной подготовке в школе № 43 автором было проведено анкетирование (Приложение 4).
Согласно результатам анкетирования из 78 опрошенных учащихся желание продолжить обучение в профильном классе изъявили 53 человека. При этом своё желание они аргументировали следующим: необходимостью знания компьютера в будущей профессии (24 человека), желанием продолжить обучение в Вузе (17 человек) и желанием получить первые профессиональные навыки (12 человек).
