Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы использования технологии компьютерной визуализации в образовании 16
1.1. Компьютерная визуализация как способ реализации дидактического принципа наглядности 16
1.2. Анализ возможностей технологий и средств компьютерной визуализации в обеспечении наглядностью образовательного процесса школы 39
1.3. Проектирование методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода 60
Выводы по материалам главы 1 75
Глава 2. Методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода 77
2.1. Проектирование методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе кластерного подхода 77
2.2. Реализация методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода 100
2.3. Показатели и критерии результативности применения методики формирования компетенции 105
Выводы по материалам главы 2 114
Глава 3. Организация опытно-поисковой работы и ее результаты 115
3.1. Организация опытно-поисковой работы 115
3.2. Результаты опытно-поисковой работы и их обсуждение 123
Выводы по материалам главы 3 130
Заключение 131
Литература 133
Приложения 115
- Компьютерная визуализация как способ реализации дидактического принципа наглядности
- Проектирование методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода
- Реализация методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода
- Результаты опытно-поисковой работы и их обсуждение
Введение к работе
Актуальность исследования
Одним из приоритетных направлений процесса модернизации современного общества является информатизация образования, которая заключается в обеспечении сферы образования методологией, практикой разработки и оптимального использования современных информационно-коммуникационных технологий, обеспечивающих достижение поставленных целей обучения и воспитания. Этот обусловило необходимость совершенствования стратегии отбора содержания, методов и организационных форм образовательной деятельности, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества.
Важнейшим фактором, позволяющим значительно повысить эффективность процесса обучения, следует считать обеспечение его наглядными материалами, разработанными с помощью современных компьютерных технологий. Значение совершенствования материалов и средств наглядности проявляется не только в том, что они способствуют лучшему усвоению новой информации, но и в активизации учебно-познавательной деятельности ученика и повышении ее результативности.
С учетом оснащенности школ компьютерной и проекционной техникой реализация принципа наглядности в настоящее время может быть усилена посредством визуальных электронных учебных материалов. На рынке учебных материалов имеется большое количество подобных продуктов, рекомендованных к использованию в школе. Помимо этого, современное программное обеспечение, доступное учителю, позволяет ему достаточно легко самостоятельно создавать качественные средства наглядности, содержащие, в том числе, объекты мультимедиа и интерактивные элементы управления. Вместе с тем, многими исследователями и практиками отмечается крайне слабое использование учителями и имеющихся продуктов, и собственных разработок. Это объясняется, в первую очередь, недостаточной готовностью учителей к созданию и применению компьютерных визуальных учебных материалов в профессиональной деятельности. В связи со сказанным представляется весьма важной задача осуществление такой подготовки в педагогических вузах.
Изучению проблем, связанных с подготовкой педагогических кадров к применению технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности, посвящены фундаментальные и прикладные исследования многих авторов. Оптимальные способы организации учебного процесса с использованием компьютерных визуальных учебных материалов предложены Л.И. Долинером, Н.И. Паком, Н.Г. Семеновой, В.А. Стародубцевым. Психолого-педагогические аспекты применения компьютерной визуализации в учебном процессе нашли отражение в работах И.В. Богдан, Б.С. Гершунского, Р.Е. Майера, Е.И. Машбица, Е.В. Оспенниковой, И.В. Роберт, А.И. Ходановича. Созданию оригинальных приемов компьютерной визуализации учебного материала, разработке новых методик его наглядно-образной интерпретации для конкретных дисциплин посвящены работы А.А. Беспалько, А.Н. Мансурова, О.Л. Соболевой, Б.Е. Стариченко, С.В. Шушкевич. В.В. Куликовым было осуществлено исследование процесса информационно-технологической подготовки будущих инженеров в области профессионального применения компьютерной графики. В работах В.А. Касторновой, И.И. Косенко, С.В. Лозовенко, Е.В. Малкиной, Г.Н. Некрасовой, Л.В. Сидоровой, А.В. Тумалева рассмотрены вопросы обучения будущих педагогов разработке мультимедийных учебных материалов средствами языка VBA, мультимедийных презентаций, гипертекстовых документов.
Следует, однако, отметить, что развитие технологий компьютерной визуализации привело к тому, что, помимо уже ставших традиционными мультимедийных презентаций и гипертекстовых учебников, в настоящее время для использования школьными педагогами оказываются доступными статическая и динамическая графика, flash-анимация, звук, цифровое видео. Новые возможности обусловливают необходимость их комплексного освоения в процессе формирования компетенции компьютерной визуализации у будущих учителей информатики. Вместе с тем, целенаправленная технологическая и методическая подготовка в вопросах создания и применения современных средств компьютерной визуализации в учебном процессе не являлась предметом научно-педагогических исследований.
Для отражения особенностей применения технологий компьютерной визуализации в учебном процессе в нашей работе выделяется понятие дидактической компьютерной визуализации, под которой понимается процесс преобразования информации из абстрактно-логического представления в наглядно-образное и аудиовизуальное, осуществляемый средствами информационно-коммуникационных технологий, результатом которого является интерактивный учебный визуальный продукт, соответствующий требованиям, предъявляемым к образовательным материалам.
В связи с внедрением современных федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) вузы получили значительную самостоятельность в формировании учебных планов и программ изучения отдельных дисциплин даже для одинаковых профилей обучения. Вместе с тем, сопоставление учебных планов в различных вузах для направления «Педагогическое образование», профиль «Информатика», позволяет констатировать, что при достаточно большом разнообразии дисциплин вариативной части профессиональной подготовки в них отсутствует учебная дисциплина, освоение которой обеспечивало бы формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации. Различается также перечень и объем дисциплин, в которых рассматриваются отдельные вопросы и технологий визуализации. В связи с этим возникает проблема формирования требуемой компетенции у будущих учителей информатики в условиях различия учебных планов подготовки. Возможным решением рассматриваемой ситуации могла бы стать организация необходимой подготовки на основании кластерного подхода.
В нашем исследовании под учебно-технологическим кластером (УТК) понимается структурированный и законченный в логическом отношении информационный и технологический фрагмент методической системы, включающий базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.
Суть кластерного подхода состоит в том, что варьируя учебно-технологические кластеры по объему, содержанию и решаемым задачам, можно включать их в отдельные (наиболее подходящие по содержанию) учебные дисциплины с тем, чтобы применение их в совокупности обеспечивало бы формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации. Таким образом, кластерный подход позволяет реализовать универсальность и унификацию освоения технологий визуализации на основе относительно небольшого числа кластеров.
Необходимо подчеркнуть отличие предлагаемого кластерного подхода от ставшего уже традиционным в обучении подхода модульного: модуль, как правило, охватывает содержательный фрагмент учебного материала определенного объема с входными и выходными требованиями; при этом модуль не описывает методы обучения, а также возможности изменения содержания (ввиду фиксированности выходных требований).
Анализ современных требований к подготовке учителя информатики в области информационных и коммуникационных технологий, в частности, компьютерной визуализации, а также литературы и результатов исследований по данному направлению, позволяют обозначить следующие противоречия:
на социально-педагогическом уровне: между необходимостью повышения качества школьного учебного процесса путем применения современных технических средств и технологий и недостаточной готовностью к их использованию педагогических кадров;
на научно-педагогическом уровне: между необходимостью формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики и недостаточной разработанностью теоретических основ организации соответствующей подготовки;
на научно-методическом уровне: между необходимостью обучения будущих учителей информатики технологиям компьютерной визуализации в условиях значительного различия учебных планов и отсутствием унифицированной методики практической реализации соответствующей подготовки.
Необходимость разрешения приведенных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как подготовить будущих учителей информатики к созданию и применению компьютерных визуальных учебных материалов в будущей профессиональной деятельности? Актуальность, недостаточная теоретическая и методическая разработанность сформулированной проблемы обусловили выбор темы диссертационного исследования: «Подготовка будущих учителей информатики к применению технологий компьютерной визуализации на основе кластерного подхода».
Объект исследования: процесс формирования информационно-технологической компетентности будущих учителей при обучении информатике.
Предмет исследования: формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики.
Цель исследования: разработать и научно обосновать построенную на кластерном подходе методику формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации в условиях обучения будущих учителей информатики по различным учебным планам подготовки.
Для достижения поставленной цели мы руководствовались следующей гипотезой: компетенция будущих учителей информатики в области создания и применения интерактивных аудиовизуальных продуктов в учебной деятельности будет сформирована, если
на основании анализа современных технологий визуализации выделить учебно-технологические кластеры, объединяющие содержание и методы обучения, комбинируя которые можно было бы реализовать различные планы подготовки будущих учителей информатики в области дидактической компьютерной визуализации;
в основу методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации будет положен кластерный подход, и ее построение будет осуществляться в соответствии со следующими принципами: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования;
при проектировании методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации в рамках заданного учебного плана для каждого кластера выделить уровни его освоения (базовый, технологический, дидактический), которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля.
В соответствии с обозначенной целью и выдвинутой гипотезой в исследовании были поставлены следующие задачи исследования:
-
Произвести анализ научной литературы с целью выявления существующих противоречий в организации подготовки будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации в учебном процессе и обоснования целесообразности использования для их разрешения кластерного подхода.
-
Выделить и обосновать перечень и содержание учебно-технологических кластеров, освоение которых позволит обеспечить формирование компетенции будущих учителей информатики в области создания и применения интерактивных визуальных продуктов в учебной деятельности.
-
На основе выделенных УТК разработать методику формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики, обучающихся по различным учебным планам.
-
Произвести отбор и обосновать комплекс показателей и критериев результативности применения кластерного подхода, который позволил бы оценить сформированность компонентов компетенции дидактической компьютерной визуализации (знания, умения, владение).
-
Осуществить опытно-поисковую работу по проверке результативности применения основанной на кластерном подходе методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики.
Методологическую основу исследования составляют работы по методологии и организации педагогического исследования (В.И. Загвязинский, В.В. Краевский, В.С. Леднев), концепции компетентностного подхода в образовании (А.А. Вербицкий, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, А.В. Хуторской), концептуальные положения в области методологии и технологии применения наглядных материалов в учебном процессе (Л.В. Занков, Е.И. Смирнов, Т.Н. Шамало), исследования в области информатизации педагогического образования (Я.А. Ваграменко, А.Г. Гейн, М.П. Лапчик).
Теоретическую основу исследования составили работы в области:
теории зрительного восприятия информации (Р. Арнхейм, Р.Л. Грегори, В.П. Зинченко, И.С. Якиманская);
теории педагогического проектирования (В.С. Безрукова, В.П. Беспалько, И.А. Колесникова);
теории и методики обучения дисциплинам, связанным с информационными технологиями (Д.Ш. Матрос, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер);
использования кластерного подхода в профессиональном образовании (Е.А. Корчагин, Г.В. Мухаметзянова, Н.Б. Пугачева, Н.Ю. Сафонцева);
организации педагогических исследований и статистической обработки их результатов (Л.М. Кустов, Б.Е. Стариченко).
Методы исследования: изучение и анализ философской, научно-методической, психолого-педагогической и технической литературы по проблеме исследования; анализ ГОС ВПО и ФГОС ВПО, рабочих программ, учебных пособий и методических материалов; обобщение и систематизация научных положений по теме исследования; проектирование учебных курсов, обеспечивающих достижение заданной цели; теоретическое проектирование и моделирование; методы педагогических измерений и диагностики; педагогическое наблюдение, беседа, анкетирование; поэлементный анализ; метод экспертных оценок; методы математической статистики.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
в отличие от работ Н.В. Александровой, В.В. Куликова, Л.В. Сидоровой, в которых обсуждаются вопросы обучения студентов созданию статических профессионально-ориентированных графических продуктов, в настоящем исследовании обоснована и построена методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики, предусматривающая освоение комплекса основных современных технологий визуализации (статическая и динамическая графика, flash-анимация, звук, цифровое видео) и методов их применения в учебном процессе;
выделены уровни освоения учебно-технологического кластера: базовый, технологический, дидактический, выбор которых зависит от программы учебной дисциплины и которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля и объем изучаемого материала;
разработана методика формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе кластерного подхода.
Теоретическая значимость исследования:
-
Определено понятие «дидактическая компьютерная визуализация», под которой понимается процесс преобразования информации из абстрактно-логического представления в наглядно-образное и аудиовизуальное, осуществляемый средствами информационно-коммуникационных технологий, результатом которого является интерактивный учебный визуальный продукт, соответствующий требованиям, предъявляемым к образовательным материалам.
-
Определено понятие «учебно-технологический кластер», – структурированный и законченный в логическом отношении информационный и технологический фрагмент методической системы, включающий базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.
-
Определено понятие «компетенция дидактической компьютерной визуализации» как «способность будущего учителя информатики строить процесс обучения, используя самостоятельно созданные с помощью средств ИКТ и в соответствии с существующими эргономическими, дидактическими, техническими требованиями наглядные материалы, определять целесообразность их включения в различные этапы урока, уметь использовать имеющиеся в школе технические средства для их предъявления»
-
Выделены и обоснованы принципы проектирования методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе кластерного подхода: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования.
-
Выделены и обоснованы показатели, отражающие доли сформированности у студентов компонентов компетенции (знания, умения, владение) и интегральный показатель сформированности компетенции дидактической компьютерной визуализации.
Практическая значимость исследования заключается в том, что в образовательную практику преподавания дисциплин, связанных с информационно-технологической подготовкой будущих учителей информатики в вузах, в программы дополнительного профессионального образования, курсы подготовки и переподготовки педагогических кадров могут быть включены следующие полученные в ходе диссертационного исследования результаты:
-
Кластерно-дисциплинарные матрицы, построенные с наполнением конкретным дидактическим материалом каждой ее ячейки для различных учебных планов подготовки.
-
Система тестов по определению усвоения теоретических знаний и организации текущего контроля по изучаемым дисциплинам.
-
Тематика профессионально-ориентированных проектов и методические рекомендации по их выполнению.
-
Методические рекомендации для преподавателей по проектированию и применению методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода.
Достоверность результатов, полученных в исследовании, и обоснованность сформулированных на их основе выводов обеспечиваются опорой на основополагающие теоретические положения в области педагогики и методики преподавания информатики, логической непротиворечивостью теоретических построений работы, выбором взаимодополняющих методов педагогического исследования, применением математических методов обработки результатов эксперимента, методической доказательностью сделанных выводов, признанием педагогической научной общественностью и практиками образования базовых идей и результатов исследования.
Апробация и внедрение. Исследование производилось на факультете информатики ФГБОУ ВПО «Шадринского государственного педагогического института» со студентами 1-5 курса очного и заочного отделений, обучающихся по специальности: 050202 – «Информатика». Помимо этого, методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики в учебном процессе применялась при работе со студентами физико-математического факультета, обучающимся по специальности 050201 – «Математика с дополнительной специальностью «Информатика», 050203 – «Физика с дополнительной специальностью «Информатика»; педагогического факультета, обучающимся по специальности 050708 – «Педагогика и методика начального образования с дополнительной специальностью «Информатика».
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях различного уровня: на научно-практической конференции «Информационные технологии в образовательном процессе» в 2003 году (г. Шадринск); на VII Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы непрерывного технологического образовании» в 2003 году (г. Шадринск); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение качества профессиональной подготовки будущего специалиста в области прикладной информатики» в 2008 году (г. Шадринск); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение качества профессиональной подготовки будущего специалиста в области прикладной информатики» в 2009 году (г. Шадринск); на XII Международной научно-практической конференции «Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения» в 2010 году (г. Новосибирск); на X Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития образования в России» в 2011 году (г. Новосибирск); на XXI Международной научно-практической конференции «Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения» в 2011 году (г. Новосибирск); на V Международной научно-практической дистанционной конференции «Теоретические и методологические проблемы современного образования» в 2011 году (г. Москва), а также нашли отражение в межвузовских сборниках научных трудов в 2007 году (г. Шадринск) и 2009 году (г. Екатеринбург) и журнальных публикациях в 2010 году (г. Москва), в 2011 году (г. Горно-Алтайск, г. Ростов на Дону, г. Чита, ). По теме исследования имеется 16 публикаций, в том числе 3 в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых изданий.
Логика и этапы проведения исследования. Исследование проводилось с 2004 по 2011 гг. в три этапа.
Первый этап (2004-2005 гг.) был связан с выбором и теоретическим осмыслением проблемы и темы исследования, определением ее методологических основ. На данном этапе был проведен анализ психолого-педагогической, научно-методической, научно-технической литературы и материалов глобальной сети по теме исследования, сформулирована гипотеза, составлен план и проведен констатирующий этап опытно-экспериментальной работы.
Второй этап (2006-2009 гг.) был посвящен выявлению методологических и технологических подходов к проектированию методики изучения отдельных учебных дисциплин и подготовки в целом будущих учителей информатики; были обоснованы и сформулированы принципы ее проектирования, разработаны ее компоненты; произведена апробация отдельных компонентов методики.
На третьем этапе (2009-2011 гг.) разработанная методика на основе кластерного подхода использовалась в процессе подготовки будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации. В ходе исследования производились необходимые наблюдения и педагогические измерения, обработка и анализ результатов, необходимая коррекция учебных материалов и методов обучения. В конце данного этапа в ФГБОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт» была проведена опытно-поисковая работа с целью проверки результативности применения разработанной методики.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Методика формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации в условиях подготовки по различным учебным планам должна строиться на основе кластерного подхода, в котором выделяются учебно-технологических кластеры, представляющие собой структурированные и законченные в логическом отношении информационные и технологические фрагменты методической системы, включающие базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.
-
Выделение учебно-технологических кластеров («Статическая графика», «Динамическая графика», «Flash-анимация», «Мультимедиа презентация», «Гипермедиа», «Цифровое видео и звук», «Видеоурок», «Средства предъявления наглядных материалов») определяется, с одной стороны, дидактической ценностью получаемых с их помощью наглядных учебных продуктов, и, с другой стороны, доступностью для учителя положенных в их основу технологий компьютерной визуализации. В каждом кластере выделяются уровни его освоения (базовый, технологический, дидактический).
-
Проектирование методики формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации при кластерном подходе должно осуществляться на основе следующих принципов: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования. Разработка конкретной методики требует построения кластерно-дисциплинарной матрицы и наполнения ее содержанием, соответствующим конкретному учебному плану.
-
Уровни освоения кластера (базовый, технологический, дидактический), которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля, объем изучаемого материала выбираются при проектировании методики формирования компетенции в зависимости от предусмотренного учебным планом количества учебного времени.
-
Готовность будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации может быть оценена по долям сформированности у студентов компонентов компетенции (знания, умения, владение) и интегрального показателя сформированности компетенции дидактической компьютерной визуализации.
Структура и объем диссертации. Построение диссертации и логика ее изложения отражает последовательность решения основных задач исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложений.
Компьютерная визуализация как способ реализации дидактического принципа наглядности
Модернизация российского образования имеет своей целью повышение его качества, достижение новых образовательных результатов, адекватных требованиям современного общества. Она в значительной мере обусловлена тем, что образовательный процесс стал все в меньшей степени соответствовать социальным ожиданиям. В связи с этим от системы образования в процессе модернизации подготовки педагогических кадров требуется учитывать сложившиеся общемировые и общероссийские тенденции:
ускорение темпов развития общества, что вызывает необходимость изменять устоявшиеся формы и методы обучения;
переход к постиндустриальному, информационному обществу, что приводит к смещению акцентов при обучении на овладение будущими специалистами знаниями и умениями применения возможностей информационных технологий в профессиональной деятельности;
структурные изменения в сфере занятости (сокращение неквалифицированного и малоквалифицированного труда), что определяет постоянную потребность в повышении профессиональной квалификации и переподготовке работников, росте их профессиональной мобильности;
возникновение и рост глобальных проблем, что требует формирования современного мышления у молодого поколения.
Указанные тенденции влекут за собой изменения в стратегии образования: в информационном обществе и система образования должна быть информационной. В такой системе новое содержание обучения на основе информационных технологий не возможно без соответствующей подготовки педагогических кадров, активно использующих компьютерную технику, проектор, нетрадиционные формы урока (презентации, телеконференции) в об 17 разовательном процессе.
Особенностью нового взгляда на процесс информатизации образования является поиск подходов к профессиональному и личностному развитию обучаемых и определение содержания образования, которое может обеспечить данное развитие. При этом искомые подходы должны ориентироваться, в первую очередь, «не на создание технологических инвариантов и новых стандартов в образовании, а на разработку методик совершенствования образования на основе современных информационных технологий» [92, С. 3].
Вопросами информатизации образовательного процесса на разных этапах его развития занимались многие ученые психологии, философии и педагогики Р.Ф. Абдеев [1], Б.С. Гершунский [40], Я.А. Ваграменко [30], В.Г. Житомирский [58], Д.Ш. Матрос [117], Н.И. Пак [130], А.И. Ракитов [149], И.В. Роберт [151-153], А.Н. Тихомиров [182], В.Ф. Шолохович [201] и др.
Со стороны общества к системе образования возрастают требования к подготовке критически мыслящей личности, способной к непрерывному обновлению своих знаний, быстрому переучиванию, самообучению и смене области применения своих способностей. Следовательно, растет необходимость создания новых форм представления обучающего материала, методик и технологий работы с ним.
Согласно принципу информационной гуманности, предложенному Б.Е. Стариченко, все элементы процесса обучения, в том числе и формы представления информации, должны ориентироваться на индивидуальные информационные возможности, физиологические и психологические особенности обучаемого [175, С. 73].
Познание стимулирует формирование отделов мозга, поэтому используемые инструменты учебной деятельности должны быть адекватны определенным особенностям строения и работы головного мозга человека.
В психофизиологии следует считать устоявшимся представления о функциональной асимметрии полушарий головного мозга [21, 147, 167]. Левое полушарие в своей работе выступает как ведущее в осуществлении рече 18 вых и других, связанных с речью функций: чтение, письмо, счет, логическая память, словесно логическое или абстрактное мышление. Правое полушарие связано с образно-наглядным, художественным началом. Очевидно, что лишь одновременная работа обоих полушарий, объединение механизмов образного и абстрактного мышления обеспечивают всесторонний, конкретный и теоретический охват явлений внешнего мира.
В то же время, по мнению О.Л. Соболевой, правое полушарие мозга, которое имеет колоссальные возможности, в обучении используют не более чем на 10%. Складывается парадоксальная ситуация: все школьные учебники апеллируют практически только к логическому мышлению, только к левому полушарию. Хотя так важно и так естественно задействовать в процессе обучения «на равных», параллельно оба полушария мозга, чтобы восприятие было глубоким и емким, а усвоение прочным [171, С. 5].
Гармоничная работа обоих полушарий мозга отмечается при восприятии образного материала. Наглядность «заставляет» работать правое полушарие, а когда образ соотносится с поясняющим текстом - левое. Образ складывается в результате восприятия и предполагает согласованную, координированную деятельность сразу нескольких анализаторов.
Подобные идеи нашли свое отражение в когнитивной теории обучения (Р.Е. Майер), согласно которой систему знаний человека можно представить как совокупность взаимодействующих смысловых структур: образных и вербальных [209, С. 44].
Когнитивная система человека (по Р.Е. Майеру), представленная на рис. 1.1, имеет двухканальную структуру. Каждый из каналов содержит ограничения, как по скорости обработки, так и по объему информации, находящейся в стадии обработки.
В соответствии с представленной на рисунке системой, информация поступает через органы слуха и зрения. Сенсорная память человека удерживает визуальный отпечаток предъявляемого изображения или эхо звукового фрагмента. В рабочую память попадает только информация, прошедшая этап отбора, управляемого произвольным вниманием. Для обработки в рабочей памяти отбирается только ревалентная информация.
По мнению Р.Л. Солсо, процесс организации информации приводит к созданию согласованных смысловых структур с привлечением базы знаний человека в долговременной памяти. Полученные знания интегрируются в систему знаний человека [173, С. 100].
В соответствии с когнитивной системой (см. рис. 1.1) при использовании разнообразного учебного материала (речь, визуальные объекты) нагрузка будет распределяться между различными сенсорными системами человека и различными каналами рабочей памяти. При этом недостаток информации, обрабатываемый одним каналом, может быть дополнен информацией из другого канала.
Можно согласиться с мнением А.В. Хуторского, который считает, что «при изложении учебного материала для лучшего усвоения и запоминания знаний в процессе обучения необходимо задействовать все органы чувств обучаемого, используя наглядные объекты и пособия. Благодаря им, у учащихся появляется интерес к учебе, развивается наблюдательность, внимание, мышление. Добываемые знания приобретают личностный характер. основанный на использовании физических органов чувств, прежде всего -зрения» [194, С. 91].
Зрительное восприятие - основной информационный канал человека (80% всей информации, которой располагает человек, составляет зрительная) [135, С. 115]. Следовательно, процесс обучения необходимо строить, опираясь в первую очередь на зрительное восприятие.
Проектирование методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода
Анализ образовательных стандартов показал, что в рамках подготовки учителей информатики (в том числе с двойными специальностями) в соответствии с ГОС ВПО 2005 г., и в рамках различных профилей педагогического направления ФГОС ВПО 2009 г., в учебных планах отсутствует единая дисциплина, освоение которой обеспечивало бы формирование необходимой компетенции. Различается также перечень и объем дисциплин, в которых рассматриваются отдельные вопросы и технологии визуализации. Возможным, с нашей точки зрения, решением могла бы стать разработка некоторого числа автономных дидактических единиц - учебно-технологических кластеров (УТК), комбинируя которые можно было бы выстроить необходимый учебный курс (или последовательность курсов) для разных учебных планов подготовки.
Понятие «кластер» широко применяют в математической статистике, вычислительной технике, маркетинге, медицине, минералогии, экономике и других областях и имеет различные значения:
Кластер (англ, cluster - гроздь, скопление, созвездие), скопление однотипных объектов [125, С. 520].
Кластер - это графически оформленная в определенном порядке в виде грозди совокупность смысловых единиц текста [129, С. 28].
Кластер - объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами [198 , С. 3].
А.Г. Залялова [61], Г.В Мухаметзянова [121], Н.Б. Пугачева[121], О.Е. Яворский [204] с точки зрения интеграции науки и производства вводят понятие образовательный кластер, под которым понимают совокупность взаимосвязанных учреждений профессионального образования, объединенных по отраслевому признаку и партнерскими отношениями с предприятиями отрасли.
Подобной точки зрения придерживается и Т.И. Шамова [200], определяя кластер как - организационную форму объединения усилий заинтересованных сторон в направлении достижения конкурентоспособных преимуществ: проведение исследований, обучение на всех уровнях (школа, ВУЗ, дополнительное образование). Объединение субъектов должно проходить на основе взаимодополнения опыта и научных, а также практических наработок».
Работы Н.Ю. Сафонцевой, А.Г Черкашиной направлены на проектирование учебных программ в ВУЗе на основе кластерного метода. Н.Ю. Сафонцева выделяет понятие программный кластер и определяет его как структурированную учебную программу в многообразии всех ее взаимосвязей и как средство программной обработки результатов факторного анализа [160, С. 30].
В вышеприведенных определениях кластер трактуется с различных точек зрения. В нашем исследовании под УТК будем понимать структурированный и законченный в смысловом отношении информационный и технологический фрагмент методической системы, включающий базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения. Обобщенная модель структуры УТК представлена на рисунке 1.4.
В отношении представленной модели необходимо сделать следующие замечания:
Условно можно считать, что кластер имеет две плоскости: плоскость компьютерных технологий, плоскость содержания и задач. В первой плоскости располагаются базовая информационная технология и те ее дополнительные элементы, которые потребуются для выполнения задач. В плоскости содержания и задач выделяются три области - область теоретического содержания, задачи по освоению технологии и дидактические задачи, для решения которых данная технология применяется. Предполагается, что пользуясь некоторым методом обучения, преподаватель демонстрирует применение основных возмож 62 ностей компьютерных технологий на примере профессионально-ориентированной задачи, которая формулируется на основе базового теоретического содержания кластера.
Далее, для расширения базовой задачи, студентам выдаются задачи технологического плана, при выполнении которых они самостоятельно выбирают методы и с их помощью осваивают необходимые дополнительные технологические элементы. Затем, используя возможности изученной технологии, студент решает поставленные преподавателем задачи по разработке дидактических материалов. Дидактические задачи, основанные на интерактивно-эвристических заданиях, позволяют проверить созданный студентами учебный продукт на соответствие общепринятым эргономическим, техническим и дидактическим требованиям (Е.А. Бондаренко [27], А.А. Кузнецов [95], И.В. Роберт [154], Н.В. Сафронова [160]). Общее количество и характер таких задач определяются объемом выделяемого учебного времени. Анализ исследований показывает, что кластер в образовании рассматривается с позиций связующего компонента между разными ступенями обучения, метода построения учебных программ, графического способа предъявления учебного материала. Организация учебного процесса на основе кластерного подхода учеными не отмечается.
Необходимо отметить отличие предлагаемого кластерного подхода от ставшего уже традиционным в обучении подхода модульного: модуль, как правило, охватывает содержательный фрагмент учебного материала с входными и выходными требованиями; при этом модуль не описывает методы обучения, а также возможности изменения содержания (ввиду фиксированности выходных требований). В условиях множественности учебных планов УТК, с нашей точки зрения, обеспечивает значительную гибкость и возможность реализации различных планов подготовки на основе относительно небольшого числа кластеров. Таким образом, использование кластерного подхода обеспечит формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации.
Представляется достаточно очевидным, что проектирование методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе использования кластерного подхода становится возможным только после того, как будет обоснованно произведен отбор кластеров. В контексте нашей работы, посвященной подготовке студентов в области дидактической визуализации, перечень УТК определяется, с одной стороны, существующими технологиями компьютерной визуализации, доступными в настоящее время учителю информатики, и, с другой стороны, целесообразностью применения созданных с их помощью продуктов в учебном процессе. Исходя из сказанного, нами были выделены следующие УТК:
. УТК 1 - «Статическая графика». Цель УТК - освоение технологий построения двумерных и трехмерных изображений. Графические элементы наглядно сопровождают процесс изложения материала учителем.
. УТК 2 - «Динамическая графика». Цель УТК - освоение различных способов построения анимационных роликов. Анимация позволяет создавать обучающие фильмы, демонстрировать процессы, опыты повышенной сложности или опасности, визуализировать не только самих объектов, но и их различные свойства на плоскости и в пространстве.
. УТК 3 - «Flash-анимация». Цель УТК - освоение технологии создания мультипликационной анимации. Рlash-анимация обладает свойством интерактивности, что позволят обучаемому не только наблюдать за отображаемым с помощью нее процессом, но и непосредственно участвовать в нем.
. УТК 4 - «Мультимедиа презентация». Цель УТК - освоение технологии разработки линейных и нелинейных мультимедийных презентаций, включающих в себя элементы интерактивности. Мультимедиа-презентации сочетают в себе анимированную компьютерную графику, текст, речь и высококачественный звук с неподвижными изображениями и движущимся видео.
. УТК 5 - «Гипермедиа». Цель УТК - освоение технологии, позволяющей создавать гипермедийные приложения на базе Web-ресурсов. Гипермедиа позволяет сочетать наглядные материалы, звук, видео, а также обладает возможностью нелинейного способа предъявления информации.
Реализация методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода
Рассмотрим реализацию методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации на примере направления подготовки «050100.62-Педагогическое образование», профиль - «Информатика».
Анализ государственных стандартов показал, что освоение УТК-1, УТК-2, УТК-3 необходимо включать в учебные дисциплины первого года обучения (например, КГиА), УТК-8 - второго года (например, СТСО), УТК-4, УТК-7 - третьего года (например, СПСПОП), УТК-5, УТК-6 - последнего года обучения (например, ИКТО).
Кластерно-дисциплинарная матрица для данного направления подготовки приведена в табл. 1. (с. 82).
Формирование теоретических знаний осуществлялось посредством лекций с последующим тестовым контролем усвоения материала. Базовое теоретическое содержание для каждого УТК приведено в табл. 6.
При разработке методики подготовки также был осуществлен отбор программно-технологических средств, использование которых обеспечивало бы формирование знаний и умений, определенных базовым содержанием теоретического материала и базовой учебной задачей.
При выборе программного обеспечения для освоения технологий мы руководствовались доступностью ПО, простотой освоения, полнотой функционала, наличием справочной литературы (сравнительная характеристика ПО для различных технологий приведена в Приложении 3.).
Опираясь на принципы базового функционала и обобщенного освоения технологий необходимо отобрать для изучения ПО таким образом, чтобы обучаемый в процессе его изучения овладел основными приемами работы и функционалом программного средства, что позволило бы в ему дальнейшем работать с различным схожим программным обеспечением.
Для изучения возможностей технологий компьютерной визуализации учебной информации использовалось следующее программное обеспечение;
УТК «Статическая графика»: Adobe Photoshop CS3, CorelDraw Graphics Suite X5, 3D Studio Max.
ImageReady, графика»: Gimp, Adobe УТК «Динамическая 3D Studio Max.
УТК «Flash-анимация»: Macromedia Flash. УТК «Мультимедиа презентация»: Microsoft PowerPoint. УТК «Гипермедиа»: Microsoft FrontPage.
УТК «Цифровое видео и звук»: Adobe PremierPro, Windows Movie Maker. УТК «Видеоурок»: Camtasia Studio, Adobe Captivate. В УТК «Средства предъявления» изучались принципы работы с интерактивной доской, проектором и ноутбуком.
Формирование практических умений осуществлялось в процессе выполнения студентами последовательности заданий:
- на базовом уровне - создание программного продукта учебного назначения, используя для этого основные возможности изучаемой технологии (см. табл. 6);
- на технологическом уровне - при решении развивающих задач, позволяющих модернизировать созданные на предыдущем уровне программные продукты (см. табл. 7);
- на дидактическом уровне - в процессе выполнения, публичного представления и обсуждения профессионально-ориентированных проектов, связанных с применением созданных наглядных материалов при проведении урока (см. табл. 7).
Проверка сформированности отдельных компонентов компетенции дидактической компьютерной визуализации осуществлялась в процессе прохождения студентами педагогической практики. В ходе практики студенты должны были провести занятие с использованием созданных ими наглядных учебных материалов. По ее окончании было проведено тестирование руководителя практики, методиста и учителя информатики для оценки уровня владения технологиями дидактической компьютерной визуализации.
Таким образом, на основе предложенных в п. 1.3. этапов оказывается возможным практически построить методику формирования компетенции ди 105 дактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода, что подтверждает правильность теоретических оснований работы.
Результаты опытно-поисковой работы и их обсуждение
В процессе обучения и по его окончании были произведены измерения критериальных показателей, получены экспертные оценки, произведена статистическая обработка результатов. В ходе опытно-поисковой работы были получены следующие результаты.
Индивидуальная доля усвоения теоретических знаний.
Как указывалось выше каждая группа по окончании изучения УТК, включенного в подготовку будущих учителей информатики в области техно 124 логий компьютерной визуализации учебной информации, проходила компьютерное тестирование. Результаты тестирования приведены в Приложении 5.
Проверялись следующие статистические гипотезы:
Гипотеза Но: методика не обеспечивает формирование у будущих учителей информатики теоретических знаний, необходимых для применения технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности.
Гипотеза Нь методика обеспечивает формирование у будущих учителей информатики теоретических знаний, необходимых для применения технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности.
Таблицы результатов тестирования теоретических знаний студентов приведены в Приложении 5. Из приведенных данных можно заключить о сформи-рованности теоретических знаний у подавляющего большинства обучаемых.
Обработка данных результатов приведена в таблице 11.
По приведенным в таблице данным можно заключить, что индивидуальный показатель усвоения материала у большинства студентов превысил критериальное значение 0,6, что свидетельствует о сформированности необходимого уровня теоретических знаний у будущих учителей информатики в области применения технологий компьютерной визуализации и о способности предложенной методики обеспечивать формирование необходимых знаний. Кроме этого результаты свидетельствуют о стабильности в течение завершающего этапа опытно-поисковой работы.
Таким образом, проведенный анализ усвоения теоретических знаний подтвердил справедливость гипотезы Ну методика подготовки обеспечивает формирование у будущих учителей информатики теоретических знаний, необходимых для применения технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности.
Индивидуальные доли сформированности практических умений.
Как говорилось выше, проверка сформированности практических умений, реализованная посредством профессионально-ориентированного проекта, проводилась по схеме модифицированного поэлементного анализа результатов тестирования, реализованного с помощью экранной формы выполненной в MS Excel.
Проверялись следующие статистические гипотезы:
Гипотеза Н0: методика не обеспечивает формирование у будущих учителей информатики практических умений, необходимых для применения технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности.
Гипотеза Иг. методика обеспечивает формирование у будущих учителей информатики практических умений, необходимых для применения технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности.
Протоколы с экспертными оценками и усредненными данными представлены в Приложении 6.
Проверка согласованности экспертных оценок
Для обоснования возможности усреднения оценок экспертов был использован -критерий Стьюдента. Проверялись следующие статистические гипотезы:
Гипотеза Н0: различия средних значений экспертных оценок в сопоставляемых выборках обусловлены только статистическим разбросом; в пределах этого разброса средние значения экспертных оценок можно считать одинаковыми, то есть экспертные оценки согласованы (\t3KC\ tKp) Гипотеза Hь имеется статистически значимое различие средних значений экспертных оценок в сопоставляемых выборках, то есть экспертные оценки не согласованы {\t3KC\ tKp).
Групповые оценки проверяемых элементов, полученные в результате обработки индивидуальных показателей, для каждого из трех экспертов представлены в табл. 12. Нумерация элементов соответствует нумерации представленной выше.
По полученным данным при помощи, реализованной в MS Excel стандартной процедуры, были вычислены экспериментальные и критические значения -критерия Стьюдента для всех пар экспертов в каждом учебном году. На основании полученных данных для всех сочетаний экспертов и для 2х учебных лет была принята гипотеза Н0: экспертные оценки можно считать согласованными и, следовательно, допустимо их усреднение.
Индивидуальные доли сформированное практических умений.
Как говорилось выше протоколы с экспертными оценками и усредненными данными представлены в Приложении 6. На основании данных прото 127 колов данные об индивидуальных долях сформированности сравнивались с критериальным значением (табл. 13).
