Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние разработки и применения информационных технологий в обучении 11
1. Психолого-педагогические аспекты применения ЭВМ в обучении 11
2. Конструирование обучающих систем на основе информационных технологий 20
3. Возможности использования информационных технологий в обучении 32
4. Общая характеристика методической системы профильного обучения информатике 42
Выводы по главе 1 53
Глава 2. Методика создания и использования прикладных программных средств и программных сред, реализующих возможности технологии мультимедиа в процессе обучения информатике
1. Проектирование прикладных программных средств на базе технологии мультимедиа 56
1.1. Характеристика систем разработки прикладных программных средств на базе технологии мультимедиа 56
1.2. Требования к типам и структуре проектируемых прикладных программных средств 63
2. Содержание мультимедийного Демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль" 69
2.1. Характеристика языка программирования Паскаль 73
2.2. Типы данных в языке Паскаль 73
2.3. Управляющие структуры в языке Паскаль 76
2.4. Динамические объекты в языке Паскаль 77
2.5. Проверочный модуль 79
2.6. Глоссарий и навигатор по подключенным объектам 83
3. Методические вопросы использования мультимедийного Демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль" 86
3.1. Методика профильного изучения программирования на языке Паскаль 86
3.2. Формы организации занятий с использованием прикладных программных средств в зависимости от технической оснащенности 109
4. Методика использования программных сред MultiVision и Visual Basic (на примере создания курса "Алгоритмический язык Паскаль") .114
4.1. Создание кадров курса 115
4.2. Создание проверочного модуля курса 127
Выводы по главе 2 133
Глава 3. Экспериментальная проверка методики создания прикладных программных средств и использования программных сред при обучении информатике 137
3.1. Экспериментальная проверка методики применения Демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль" 138
3.2. Экспериментальная проверка методики создания прикладных программных средств на базе программных сред MultiVision и Visual Basic 150
Выводы по главе 3 158
Заключение 160
Литература 162
Приложения 175
- Психолого-педагогические аспекты применения ЭВМ в обучении
- Проектирование прикладных программных средств на базе технологии мультимедиа
- Экспериментальная проверка методики применения Демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль"
Введение к работе
Информатизация общества является в настоящее время объективно происходящим процессом. Его особенностью является то, что одним из основных видов деятельности членов общества являются процессы, связанные со сбором, хранением, обработкой транслированием информации. В связи с этим, одним из ведущих направлений процесса информатизации общества становится процесс информатизации образования, который обеспечивает сферу образования методическим и практическим инструментарием создания и использования информационных технологий для целей обучения и образования.
Теоретические вопросы, раскрывающие идеи процесса информатизации образования отражены в работах Антипова И.Н., Кузнецова А.А., Лацчика М.П., Первина Ю.А., Роберт И.В. [102, 103, 105], Рубцова В.В., Румянцева И.А. [109], Уварова Ю.А., Хеннера Е.К., Шолоховича В.Ф. и др.
Определение рациональных путей использования компьютерной техники и новых информационных технологий в учебном процессе школы и вуза поставило проблему психолого-педагогического обоснования перехода системы образования на новые педагогические технологии, решение которой нашло свое отражение в работах [10, 15, 20, 21, 25, 28, 37, 41, 47, 57, 112, 128]. Одним их главных вопросов информатизации образования является подготовка будущих учителей информатики, исходя из современных требований педагогической науки. В настоящее время уже имеется определенный опыт в изучении проблемы теоретической и методической подготовки студентов педвузов. Дидактическое и методическое обеспечение курса информатики школы и педвуза изложено в работах Антипова И.Н., Жалдака М.И. [38], Жданова С.А. [39, 40], Извозчикова В А. [17, 18], Кузнецова А.А. [63, 65], Кузнецова Э.И. [67-73, 89], Матросова В.Л. [68, 89], Первина Ю.А. [92], Пугача В.И. [96, 97] и
других авторов. Проблеме подготовки будущего учителя информатики, который должен иметь фундаментальные знания в области информатики и вычислительной техники и владеть методикой применения информационных технологий в учебном процессе посвящены работы Антипова И.Н., Заварыкина В.М., Кузнецова Э.И., Матросова В.Л. [4, 46, 68, 73] и др. Ряд исследователей (Роберт И.В., Рубцов В.В., Христочевский С.А. и др.) отмечают особую значимость использования возможностей технологии мультимедиа для представления аудиовизуальной информации в образовательных целях.
Развитие технологии мультимедиа и разработанных на этой основе мультимедиа-курсов существенно расширяют возможности подачи учебного материала в том числе за счет включения анимации, звука и видео. Помимо новых форм представления информации программы, разработанные на базе технологии мультимедиа, обладают еще одним ценным с методической точки зрения свойством - интерактивностью, что позволяет более совершенно реализовать обучающий эффект этих средств обучения. В качестве инструментария для создания программ такого рода могут служить языки визуального, событийно-управляемого, объектно-ориентированного программирования (например, Visual Basic, Dalphi, C++ и пр.), а также различные инструментальные оболочки и среды (MultiVision, HyperStudio, HyperMethod и др.).
Широкие потенциальные возможности технологии мультимедиа ставят перед педагогической наукой исследование вопросов по двум взаимосвязанным направлениям:
Методические аспекты применения технологии мультимедиа при изучении информатики в школе в рамках профильных курсов.
Методические аспекты создания мультимедийных программ учебного назначения в системе подготовки учителей информатики.
В диссертационном исследовании эти два направления рассматриваются совместно в их тесном взаимодействии. С одной стороны, обучение современным технологиям программирования и создания мультимедиа-приложений должны найти отражение в системе обучения информатике в школе на ее старшей ступени. При этом целесообразно, по возможности, использовать в обучении методические средства в форме мультимедийных обучающих программ как профессионально разработанных, так и созданных силами учителей информатики. Как отмечается в работах Кузнецова Э.И. [4, 67, 68, 72, 73], в системе методической подготовки учителя информатики в педагогических вузах одним из ее компонентов должна стать подготовка учителя нового типа - специалиста по педагогическому и организационному применению информационных технологий. С другой стороны, обучение технологии разработки мультимедийных учебных программ требует от их создателей знаний как в области самой технологии написания программ, так и в области подготовки сценария обучающей программы (курса) с учетом возможностей средств программирования и инструментальных средств разработки прикладных программ. В настоящее время в этой области не осуществляется планомерная подготовка студентов педвузов и учителей информатики. Вместе с тем, оба эти аспекта должны учитываться при подготовке учителя информатики, который призван не только обучать информатике, но и быть проводником использования информационных технологий в преподавании других школьных дисциплин. Учитель информатики может успешно справиться с этой задачей при условии достаточной обученности в указанных областях. Кроме того, данный подход должен быть реализован в учебных планах и программах подготовки специалистов по этому направлению.
Таким образом актуальность темы исследования определяется целесообразностью совершенствования методики обучения информатике с
использованием прикладных программных средств (ППС), реализованных на базе технологии мультимедиа (для краткости назовем их мультимедийными учебными программами), необходимостью построения методики создания мультимедийных учебных программ и мультимедиа-курсов, а также выработки стратегии подготовки будущего учителя информатики в области создания и использования мультимедийных приложений учебного назначения.
Проблема исследования определяется возникшим в современной педагогике противоречием между существующими подходами к созданию и применению прикладных программных средств учебного назначения и нереализованными потенциальными возможностями технологии мультимедиа в области процесса обучения с их использованием.
Цель исследования состояла в разработке методики обучения студентов педвузов созданию мультимедийных учебных программ на базе программных сред MultiVision и Visual Basic и их использованию в процессе преподавания курса информатики (на примере изучения технологии программирования на языке Паскаль).
Объектом исследования является процесс обучения будущих учителей информатики созданию и использованию мультимедийных программ учебного назначения.
Предметом исследования являются мультимедийные учебные программы как средство обучения информатике и методика использования программных сред MultiVision и Visual Basic для создания мультимедиа приложений.
Гипотеза исследования: овладение возможностями программных сред MiltiVision и Visual Basic в области создания прикладных программных средств позволяет обеспечить формирование специалистов сферы образования в области использования технологии мультимедиа в процессе преподавания школьной информатики.
Достижение цели исследования опирается не решение следующих задач:
1. Изучить современное состояние проблемы использования
программных средств учебного назначения и применения
информационных технологий, в частности технологии мультимедиа, при
обучении информатике.
2. Обосновать возможность и целесообразность использования
программных сред MultiVision и Visual Basic для создания
мультимедийных учебных программ.
Выявить возможности и условия применения программных сред MultiVision и Visual Basic для создания прикладных программных средств на основе технологии мультимедиа.
Разработать мультимедийную учебную программу в рамках курса по изучению технологии программирования на языке Паскаль и методические рекомендации по ее использованию в процессе обучении школьников информатике.
В ходе педагогического эксперимента проверить эффективность подготовки студентов педвузов по овладению методикой разработки мультимедийных учебных программ для преподавания курса информатики (на примере изучения технологии программирования на языке Паскаль).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
анализ теоретических и практическо-ориентированных исследований с целью определения современного уровня преподавания информатики;
изучение и анализ опыта работы преподавателей информатики и наблюдение за учебным процессом в школьных учреждениях и в педвузе;
беседы с преподавателями и анкетирование учащихся и студентов школ и педвуза;
анализ и обобщение результатов экспериментальной работы.
Новизна исследования заключается в обосновании возможности и эффективности использования программных сред MultiVision и Visual Basic для создания мультимедийных учебных программ и разработке методических подходов к их применению в процессе обучения информатике.
Теоретическая значимость работы определяется разработкой принципов проектирования прикладных программных средств на базе MultiVision и Visual Basic и методического инструментария по созданию и использованию мультимедийных учебных программ в обучении информатике.
Практическая значимость заключается в возможности использования созданной мультимедийной учебной программы и методических рекомендаций к ней для совершенствования методики преподавания информатики в школе и педвузе; в использовании разработанной методики обучения студентов созданию мультимедиа-приложений с помощью программных сред MultiVision и Visual Basic.
Достоверность результатов обеспечивается:
«адекватностью используемых методов природе изучаемого явления и задачам исследования;
«достоверностью используемых в работе выводов психологических и педагогических исследований.
Апробация осуществлялась посредством докладов на кафедре информатики и дискретной математики МПГУ (1996-98 гг.) и кафедре информатики Череповецкого государственного университета (1995-97гг.); теоретических и практических конференциях по проблеме компьютеризации образования: XXXIII научной конференции студентов и преподавателей (ЧГПИ, г.Череповец, 1995 г.), II Всероссийской научно-методической конференции "Информатика и информационная культура в современной школе" (21-24 ноября, г.Самара, 1995 г.), Научно-
практической конференции "Образование и образовательные системы Северо-Запада России: Опыт и перспективы развития" (2-5 апреля, Череповец, 1996 г.), III Всероссийской научно-практической конференции "Новые информационные технологии в образовании (Черноземье-97, г.Воронеж, 1997 г.), Научно-практической конференции "Школа-Вуз: развитие инновационных процессов (4-5 ноября, г.Череповец, 1997 г.); в рамках сотрудничества с органами народного образования проведены проблемные курсы "Программа непрерывного образования по информатике" по теме "Технология разработки мультимедиа приложений".
Внедрение проводилось в рамках учебного процесса средних школ № 6 и № 11 (физико-математических классах при институте математики физики и информатики Череповецкого государственного университета (ИМФИ ЧГУ) (1994-98 гг.); ЧГПИ им. А.В.Луначарского (1995-97 гг.); ЧГУ (1997-98 гг.); Научно-методическом центре городского управления образования г.Череповца (1997 г.).
Исследованием были охвачены учащиеся 10-11 классов; студенты 1-3, 5 курсов ИМФИ; учителя информатики средних школ.
На защиту выносятся:
Обоснование возможности и целесообразности использования программных сред MultiVision и Visual Basic для создания мультимедийных учебных программ.
Методика создания прикладных программных средств на базе технологии мультимедиа (на примере демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль").
3. Методика использования разработанной мультимедийной учебной
программы демонстрационно-обучающий курс "Алгоритми-ческий язык
Паскаль" в обучении информатике учащихся и студентов педвуза,
ориентированная на разнообразие форм организации занятий.
Психолого-педагогические аспекты применения ЭВМ в обучении
Современный период развития современного общества характеризует процесс информатизации всех сфер человеческой деятельности. Этот процесс не может обойти стороной и педагогическую сферу, что привело к появлению в теории обучения термина "новые информационные технологии" (НИТ). Существуют несколько определений информационной технологии обучения. Термин "информационные технологии" ввел В.М.Глушков, им дано определение: "Информационные технологии -процессы, связанные с переработкой информации" [31]. С передачей и переработкой информации связан и процесс обучения, при котором информация передается от учителя к ученику, а переработанная учеником информация превращается в знания.
При увеличении объема информации, необходимой для освоения учебной дисциплины, остро встает вопрос об эффективности ее передачи, организации максимальной активности обучающихся при восприятии, способах и средствах, способствующих повышению творческого интереса к изучаемой дисциплине. Использование вычислительной техники в учебном процессе позволяет изменить информационное обеспечение последнего. При современной трактовке этого понятия под ( информационной технологией обучения понимается совокупность способов, форм и методов организации учебного процесса при _ использовании вычислительной техники для обучения. В основе информационной технологии обучения лежит использование ЭВМ для передачи информации, и поддержания активного творческого процесса ее восприятия учащимися [34]. Другими словами, информационная технология обучения - процесс подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которого является компьютер [6].
На психологическом уровне трудность, возникающая при информатизации обучения, состоит в пересмотре концептуального аппарата описания разных уровней отражения. Существует мнение, что обучение с помощью ЭВМ существенно меняет смысл глагола "знать". Понятие "накапливать информацию в памяти" трансформируется в "процесс получения доступа к информации". Структура мышления у "докомпьютерного" человека обусловлена структурой печатного текста, которой свойственна линейность, аналитичность, рациональность, а в имитационной среде, созданной компьютером, стимулируется образность, гибкость, связность, структурность мышления [24]. Психологические последствия информатизации, как правило, противоречивы. Усиление логического мышления может сопровождаться некоторым подавлением интуитивного начала в мыптттекии Компьютер может г.пог.пбстншаіь-развитию познавательной потребности личности, предоставляя человеку такие знания, которые он не может получить без его помощи, но может дать мощный стимул развитию внешней, престижной мотивации.
Может ли компьютер способствовать развитию творческого мышления? Безусловно, да. Однако для этого нужно: а) ясно формулировать цель обучения с использованием компьютера; б) проверять, достигается ли эта цель; в) максимально использовать психологические знания о путях и методах достижения этой цели. В лабораторных экспериментах показано, что в условиях использования компьютеров, в том числе и для управления познавательной деятельности человека, можно получить более высокие показатели творческой активности человека, чем в традиционных условиях [122].
Проектирование прикладных программных средств на базе технологии мультимедиа
У Как показывает знакомство с компьютерными программами по различным предметам, большинство из них предполагает либо фрагментарную демонстрацию учебного материала 1-2-х занятий, либо вынуждает преподавателя работать с большим объемом программ, созданных в виде энциклопедий. При этом они очень часто написаны в .виде баз данных или тренажеров и предназначены для индивидуальной работы учащегося со "своим" персональным компьютером. В этом случае преподавателю отводится роль простого консультанта или, пассивного наблюдателя, даже при наличии сетевых коммуникаций.
В отличие от этого идеология разработки обучающих программ в среде MultiVision предполагает иной подход. Он основывается на создании программ, пакетов программ (охватывающих учебный курс), ориентированных на их использование на занятиях в первую очередь самим преподавателем и учащимся под его руководством, с учетом основных требований к знаниям и умениям обучаемых, заложенными в действующие учебные программы. При этом преподаватель уходит от роли послушного исполнителя чужой (хотя в большинстве случаев правильной) программистской или педагогической мысли, становится автором собственной компьютерной продукции и методики ее применения, не изучая при этом ни единой строки программирования как такового.
Предусмотренные русскоязычной средой MultiVision возможности доступного, сжатого и наглядного изложения материала значительно облегчают учащимся его усвоение, технология подачи информации в программах позволяет легко выделять и отбирать наиболее существенное, устанавливать внутренние взаимосвязи изучаемых процессов, акцентировать внимание обучаемых на важнейших понятиях курса и их значении. Тексты, схемы и рисунки дополняются мультфильмами, которые наглядно демонстрируют последовательность протекания различных процессов, дают возможность выделить их основные стадии, получить стоп-кадры, конкретизирующие представление о происходящем на каждом этапе.
MultiVision - это комплекс программных средств, позволяющий представить информацию в наиболее привлекательном виде, придав ед форму интерактивной компьютерной программы, использующей основные возможности мультимедиа. Программная среда MultiVision является интегрированной средой, содержащей встроенные редакторы всех наиболее популярных типов данных, используемых в компьютерных технологиях. Программа, подготовленная в Multi Vision, - это компьютерная программа (так называемый сценарий), состоящая из одного выполняемого в среде DOS или Windows файла, который можно инсталлировать на любом IBM-совместимом компьютере.
С помощью Multi Vision можно создавать: образовательные программы для демонстрационной поддержки преподавателя и самостоятельного изучения материала; интерактивные представления для докладов и лекций; компьютерные справочники, каталоги и информационные системы.
В обучающих и демонстрационных программах можно использовать: мультфильмы, для создания которых не требуется профессиональных навыков; картинки, нарисованные или считанные с помощью сканера; текст, с разнообразным шрифтовым и цветовым оформлением; звук, воспроизводимый с высоким качеством. Всю необходимую информацию для программ можно подготовить в специальных модулях Multi Vision -редакторах. Каждый редактор имеет свой собственный полноэкранный пользовательский интерфейс. В каждом из них можно выделить три составляющие: рабочую область, содержащую редактируемую информацию, главную панель и курсор, с помощью которого производятся различные действия.
Animator позволяет быстро создавать и редактировать мультфильмы (файлы в формате ANM) с использованием нелинейных деформаций ключевых кадров в модуле Deformer. Достаточно только задать ключевые кадры, их преобразования и траектории движения.
Deformer - редактор деформаций. Он является частью модуля Animator и предназначен для нелинейных деформаций ключевых кадров мультфильмов.
Экспериментальная проверка методики применения Демонстрационно-обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль"
Это направление эксперимента проводилось в течение всего указанного периода и охватывало, в основном, учащихся школ № 6, 11 и учителей информатики г.Череповца. Кроме того в проведение эксперимента подключались также студенты ИМФИ ЧГУ. При решении задач и методики проведения педагогического эксперимента учитывались основные принципы, которые полностью соответствовали общетеоретическим положениям, рассмотренным в [121]. Эксперимент проводился в несколько этапов, включал в себя констатирующий, пробный и обучающий этапы.
Констатирующий этап. На этот этапе (1994-96 гг.), прежде всего, решался вопрос выявления основных трудностей, возникающих в обучении учащихся программированию на языке Паскаль. С этой целью проводилось обследование ряда школ, где в качестве языка программирования преподавался Паскаль. Особое внимание было уделено школе № 6, реализующей концепцию профильного обучения информатике в 10-11 классах. В этой школе обучение информатике в старших классах проводится по экспериментальной программе, разработанной на кафедре информатики ЧГУ, которая реализуется силами учителей школы и сотрудниками кафедры. В ходе проведения эксперимента было установлено, что изучение отдельных тем языка при традиционной методике вызывает определенные затруднения у учащихся в силу недостаточности наглядных представлений изучаемых понятий. В качестве примера можно указать на сложность восприятия таких объектов языка, как процедуры и функции, рекурсия, файловый тип данных, ссылки и динамические структуры данных. Составление программ и получение результатов их работы (как показали контрольные работы, выпускные экзамены и беседы с учителями) не достигают поставленной цели полного и сознательного усвоения учащимися изучаемого материала. Знания учащихся имеют формальный характер и они не усваивают до конца суть изучаемых процессов и явлений. Все эти обстоятельства позволили сделать вывод о необходимости разработки новой методики изложения материала с использованием информационных технологий путем создания демонстрационно-обучающих программ для отдельных тем курса, а в последующем единого обучающего курса "Алгоритмический язык Паскаль".
Первым шагом в реализации этой идеи было создание программ для иллюстрации наиболее сложных (по мнению учителей) тем языка. Одной из первых программ была написанная в среде Среп демонстрационная программа "Динамические объекты", которая была опробована при чтении обзорных лекций на 5 курсе ИМФИ ЧГУ. Опыт работы с этой программой показал полезность данной формы проведения занятий и возможность распространения такой методики на изучение всех тем языка Паскаль путем создания целостного курса. Создание такого курса осуществлялось с параллельным опробованием его отдельных блоков в преподавании информатики со студентами ИМФИ, в ходе которого выявлялись слабые места и проводились соответствующие корректировки.
Пробный этап (1995-96 гг.). Проводилась теоретически и методологически обоснованная экспериментальная проверка новой методики использования элементов технологии мультимедиа при обучении информатике. В ходе эксперимента происходило:
выявление условий эффективности использования элементов технологии мультимедиа в различных моделях урока, поиск наиболее эффективных форм учебных занятий;
оценка эффективности методического и программного обеспечения, корректировка и переработка некоторых модулей (за счет усиления эффекта визуализирующих и аудио воздействий, расширения возможностей их использования в различных формах обучения);
создание конкретных разработок по реализации концепции использования мультимедийных программных средств в процессе обучения информатике;
корректировка методики проведения занятий.
Проведенный пробный этап эксперимента убедил нас в том, что реализация новых подходов к использованию мультимедийных программных средств в обучении информатике существенно влияет на развитие творческих способностей учащихся, логического мышления, способствует более успешному усвоению репродуктивных умений, а также включает учащихся в активную поисковую деятельность, вырабатывает навыки научно-исследовательской работы.
Похожие диссертации на Методика создания и использования прикладных программ на основе мультимедиа технологии в обучении информатике
