Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические и методологические основы выравнивающего и развивающего обучения будущих учителей информатики решению задач на ЭВМ 16
1.1. Роль дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ» в подготовке будущих учителей информатики 16
1.2. Существующие подходы к обучению будущих учителей информатики решению задач с помощью компьютерной техники 26
1.3. Методика выравнивающего и развивающего обучения 31
1.4. Психолого-педагогическое обоснование возможности применения методики выравнивающего и развивающего обучения будущих учителей информатики при решении задач на компьютере 39
1.5. Гуманитарный потенциал обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» 44
Общие выводы по главе 1 65
ГЛАВА 2. Построение методической системы обучения будущих учителей информатики решению задач на компьютере с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения 67
2.1. Цели и принципы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения 67
2.2. Отбор и формирование содержания обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» 81
2.3. Формы организации учебных занятий дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ» 101
2.4. Методы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» 114
2.5. Образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий» по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» 124
2.6. Организация экспериментальной проверки эффективности применения метода выравнивающего и развивающего обучения будущих учителей информатики по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» 131
Общие выводы по главе 2 141
Заключение 143
Литература 145
Приложения 169
- Существующие подходы к обучению будущих учителей информатики решению задач с помощью компьютерной техники
- Психолого-педагогическое обоснование возможности применения методики выравнивающего и развивающего обучения будущих учителей информатики при решении задач на компьютере
- Отбор и формирование содержания обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»
- Образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий» по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»
Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из современных тенденций развития российского образования является подготовка высококвалифицированных специалистов, умеющих принимать и грамотно реализовывать самостоятельные творческие решения. Это во многом касается и высшего образования, в том числе педагогического, которому свойственны гуманизация и гуманитаризация, системный подход к формированию его содержания, углубление и расширение фундаментальной подготовки студентов.
Большую роль в системе формирования человеческих знаний и человеческой культуры современного общества играет информатика, существенный вклад в развитие которой внесли В.М. Глушков, Н. Винер, А.П. Ершов, Д. Кнут, А.Н. Колмогоров, B.C. Леднев, Н.Н. Моисеев, Б.Н. Наумов, К. Шеннон и другие ученые. Фундаментальные результаты отмеченных авторов внесли значительный вклад в научно-технический прогресс, в том числе в развитие теории информации, теории алгоритмов, кибернетику.
Одновременно с зарождением и развитием информатики как науки началось становление и развитие информатики как учебной дисциплины, в настоящее время являющейся фундаментальной и играющей важную роль в подготовке студентов высших учебных заведений различных специальностей, в том числе педагогических. Значительный вклад в становление и развитие информатики как учебной дисциплины внесли С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко, А.Г. Гейн, С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, О.Ю. Заславская, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, И.В. Левченко, А.С. Лесневский, А.Я. Фридланд и другие ученые.
Значительную роль в предметной подготовке будущих учителей информатики играют умения и навыки использования компьютерных средств для решения различных учебных задач. Определенный вклад в развитие таких умений и навыков вносит обучение дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ».
Следует отметить, что термин «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ) в настоящее время используется, как правило, для обозначения вычислительных машин, предназначенных для автоматического выполнения математических операций. Современные персональные ЭВМ не совсем корректно называть вычислительными машинами, поскольку их основная возможность - обработка информации разных типов (текст, графические изображения, звук и пр.). За такими устройствами закрепилось название «компьютер».
В настоящее время большинство педагогических вузов оснащены компьютерными классами, в которых и проводятся лабораторные занятия по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ». Следует отметить, что государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности 030100 Информатика, утвержденный Министерством образования и науки Российской Федерации, хотя и содержит в своем
перечне дисциплину «Практикум по решению задач на ЭВМ», но не определяет содержание обучения данной дисциплине. Анализ показывает, что в различных педагогических вузах нет единого подхода к формированию содержания по данной дисциплине в предметной подготовке будущих учителей информатики.
Существующая практика обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» показывает, что при обучении решению учебных задач из различных предметных областей с помощью компьютерной техники необходимо учитывать разный уровень знаний и умений студентов: с одной стороны, тем студентам, у которых имеются пробелы в знаниях, необходимо предоставить возможность эти пробелы устранить; с другой - тем студентам, которые имеют достаточно высокий уровень знаний и умений, следует предоставить возможность для дальнейшего развития и совершенствования своих творческих способностей. Решить эту проблему возможно с помощью методики выравнивающего и развивающего обучения (Фалина И.Н., Забродина О.М.), реализующей одновременно выравнивающую функцию (связанную с ликвидацией пробелов в знаниях и умениях студентов за счет специальной организации учебного процесса с одновременным изучением нового материала) и развивающую функцию (связанную развитием творческих способностей студентов, их логического и алгоритмического мышления).
Учитывая вышеизложенное, можно выделить противоречие между необходимостью обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», обеспечения выравнивания уровня знаний и развития творческих способностей студентов, их логического и алгоритмического мышления, с одной стороны, и, с другой стороны, отсутствием методических систем, основанных на методике выравнивающего и развивающего обучения этой дисциплине, способствующих формированию у студентов умений и навыков успешно решать разнообразные задачи с применением компьютеров, а также общекультурных компонентов, среди которых алгоритмическая и логическая культура мышления.
Необходимость устранения указанного противоречия за счет разработки методической системы обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения, по которой педагогические исследования практически отсутствуют, свидетельствует об актуальности темы, выбранной для исследования.
Указанные доводы и противоречие определяют научную проблему настоящей диссертационной работы, заключающуюся в необходимости разработки методической системы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», основанной на методике выравнивающего и развивающего обучения, ориентированной на эффективное обучение будущих учителей информатики решению разнообразных учебных задач с использованием компьютеров. Для устранения указанного противоречия необходимо провес-
ти целостное педагогическое исследование, посвященное разработке методической системы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», выявлению гуманитарного потенциала такого обучения с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения.
Целью исследования является разработка методической системы обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», основанной на методике выравнивающего и развивающего обучения, способствующей формированию умений и навыков применять наиболее эффективные подходы к решению разнообразных учебных задач с использованием компьютерной техники.
Объектом исследования является процесс обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущих учителей информатики.
Предметом исследования является методическая система обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущих учителей информатики, основанная на методике выравнивающего и развивающего обучения.
Гипотеза исследования заключается в том, что обучение дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» на основе специально разработанной методической системы, базирующейся на методике выравнивающего и развивающего обучения, будет способствовать эффективной предметной подготовке будущих учителей информатики, что позволит:
- повысить эффективность обучения дисциплине «Практикум по реше
нию задач на ЭВМ» будущих учителей информатики, что даст им возмож
ность применять наиболее эффективные технологии решения разнообразных
учебных задач с использованием компьютеров;
- выявить гуманитарный потенциал обучения дисциплине «Практикум
по решению задач на ЭВМ», заключающийся в формировании логической и
алгоритмической культуры мышления, расширении мировоззрения, понима
нии межпредметных связей.
Цель, предмет и гипотеза исследования определили постановку и необходимость решения следующих задач:
проанализировать существующие подходы к обучению будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», выявить ее гуманитарный потенциал;
изучить особенности методики выравнивающего и развивающего обучения и выявить особенности ее применения для преподавания дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущим учителям информатики;
конкретизировать цели и основные принципы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущих учителей информатики в условиях выравнивающего и развивающего обучения;
усовершенствовать содержание обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущих учителей информатики с целью более эффективной реализации развивающей функции такого образования;
определить методы обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», на основе использования методики выравнивающего и развивающего обучения, предусматривающие творчество студентов при решении задач с помощью компьютеров и разработать образовательный электронный ресурс, позволяющий формировать и предъявлять учебные задания;
экспериментально подтвердить эффективность применения методической системы обучения учебной дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» будущих учителей информатики и ее влияние на формирование профессиональных качеств педагогов.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ научных трудов по педагогике, психологии, философии, учебно-методической литературы по теме исследования; анализ учебных программ, пособий, диссертаций, материалов конференций; беседа; наблюдение; проведение лабораторных занятий со студентами; педагогический эксперимент и анализ экспериментальной деятельности.
Теоретическую и методологическую основу исследования составляют труды в области:
методологических основ построения современной системы высшего педагогического образования (О.А. Абдуллина, Н.В. Александров, В.П. Бес-палько, Б.С. Гершунский, В.В. Давыдов, В.И. Загвязинский, П.И. Пидкаси-стый, А.И. Пискунов, В.П. Симонов, М.Н. Скаткин, В.А. Сластенин и др.);
формирования содержания обучения информатике (С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко, Я.А. Ваграменко, А.Г. Гейн, С.Г. Григорьев, А.Р. Есаян, О.Ю. Заславская, Т.Б. Захарова, А.А. Кузнецов, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, И.В. Левченко, B.C. Леднев, А.С. Лесневский, В.В. Лукин, Н.В. Макарова, Ю.А. Первин, Е.А. Ракитина, А.Л. Семенов, И.Г. Семакин, А.Я. Фридланд и
др);
гуманитаризации образования (А.Д. Александров, Ю.Н. Афанасьев, М.Н. Берулава, С.Э. Зуев, М.С. Каган, B.C. Корнилов, А.С. Кравец, В.В. Мадер, Т.Н. Миракова, А.Г. Мордкович, И.М. Орешников, В.И. Рыжик, И.М. Смирнова, В.М. Тихомиров и др.);
использования средств информатизации образования (С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, Е.В. Огородников, Е.С. Полат, И.В. Роберт, А.Л. Семенов, Е.К. Хеннер, И.С. Якиманская и др.);
общедидактических принципов и критериев оптимизации организации обучения (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.И. Загвязинский, B.C. Ильин, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин, А.В. Усова и др.);
проблемы реализации межпредметных связей (Р.Л. Исаева, Б.С. Каштан, О.Е. Кириченко, Я.М. Котляр, А.А. Кузнецова, Г.М. Морозов, Н.К. Ру-зин, А.А. Столяр, В.Н. Федорова Н.В. Чхаидзе и др.).
Научная новизна исследования:
выявлены подходы к применению методики выравнивающего и развивающего обучения к подготовке будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»;
обосновано, что использование разработанной методической системы обучения влечет за собой формирование у студентов умений применять наиболее эффективные технологии решения разнообразных задач с использованием компьютерной техники;
выявлен значимый для реализации развивающей, воспитательной, познавательной, мотивационной и других функций гуманитарный потенциал обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», заключающийся в том, что такое обучение является фактором расширения мировоззрения студентов, развития логической и алгоритмической культуры мышления, позволяющим успешно решать разнообразные учебные задачи с помощью компьютеров, реализовать межпредметные связи.
Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в обосновании целесообразности использования методики выравнивающего и развивающего обучения при подготовке будущих учителей информатики дисциплине «Практикум решения задач на ЭВМ» и выявлении гуманитарного потенциала такого обучения.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
усовершенствовано содержание обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»;
предложены методы обучения студентов, основанные на поиске и создании эффективных алгоритмов решения задач с помощью компьютерной техники, с учетом особенностей методики выравнивающего и развивающего обучения;
разработана система учебных задач и заданий, необходимых для реализации методики выравнивающего и развивающего обучения;
разработаны образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий» и рекомендации по его использованию.
Результаты и рекомендации, полученные в ходе исследования, могут быть использованы при обучении будущих учителей информатики курсу «Практикум по решению задач на ЭВМ».
Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивалась непротиворечивостью логических выводов в ходе теоретического анализа проблем исследования и их согласованностью с концепциями педагогических наук и информатики, принципиальным соответствием основным результатам других исследователей; четкостью дидактических, психолого-педагогических, методологических и методических позиций; корректным применением к проблеме исследования системного, деятельностного и культурологического подходов; использованием известных методов решения задач компьютерными средствами; согласованностью результатов исследования с десятилетним опытом автора обучения студентов педагогического вуза дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», учетом опыта коллег
по работе, повышением качества обучения и характеристик личностного развития студентов.
Экспериментальной базой и опытно-экспериментальной работы исследования являлись кафедра информатики и прикладной математики Института математики и информатики ГОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет» и Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования города Москвы Педагогический колледж № 6.
Исследование проводилось с 2001 по 2011 годы и включает в себя три основных этапа.
На первом этапе (2001-2004 гг.) исследовались существующие подходы к преподаванию дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ», анализировались философские, психолого-педагогические, методические источники, учебно-методическая литература по информатике, нормативно-программная и учебно-методическая документация по методике обучения информатике и соответствующие диссертационные исследования, анализировалась методика выравнивающего и развивающего обучения; определялась проблема исследования и степень ее разработанности, актуальность выбранного направления; были выявлены и обоснованы цель, задачи, рабочая гипотеза исследования.
На втором этапе (2005-2008 гг.) разрабатывалась методическая система и выявлялся гуманитарный потенциал обучения будущих учителей информатики дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения, формировалась система учебных задач и заданий.
На третьем этапе (2008-2011 гг.) разрабатывался образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий»; проводилась экспериментальная проверка эффективности разработанной методической системы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ», описание основных положений и результатов исследования оформлялось в виде диссертационной работы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Внедрение разработанной методической системы обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» с использованием методики выравнивающего и развивающего обучения способствует более эффективной профессиональной подготовке будущих учителей информатики. Это достигается за счет того, что учтены принципы отбора содержания обучения, такие, как единство учебного материала и содержательных линий, обобщенность, полнота, оптимальность, дидактическая значимость и другие; разработана система задач и заданий с учетом особенностей методики выравнивающего и развивающего обучения; применена методика выравнивающего и развивающего обучения и др.
2. Обучение дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» обладает существенным гуманитарным потенциалом, заключающимся в том,
что такое обучение является фактором расширения мировоззрения студентов, развития логической и алгоритмической культуры мышления, позволяющим реализовать межпредметные связи. Решение учебных задач с помощью компьютера выполняет мотивационную, познавательную, развивающую, воспитательную и другие функции, что приводит к позитивным изменениям в знаниях и умениях будущих учителей информатики.
3. Использование разработанного образовательного электронного ресурса «Генератор учебных заданий» и сформулированных рекомендаций способствует овладению будущими учителями информатики умениями и навыками решения разнообразных задач на компьютере. Это обусловлено возможностью реализации дидактических принципов обучения, среди которых, принципы творчества и инициативы студентов, коллективного характера в сочетании с развитием индивидуальных особенностей личности каждого студента, научности, системности, наглядности, межпредметных связей.
Апробация и внедрение. Основные результаты исследования обсуждались на региональной конференции «Влияние ИКТ-компетенции учителя-предметника на образовательный процесс. Опыт реализации проекта «Поко-ление.га» в московском образовании» (Москва, 2003), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы в преподавании математики» (Курск, 2010), Международной научно-практической конференции «Проблемы гуманизации образования в малых городах: теория, практика и перспективы» (Коряжма, 2010), V Международной научно-методической конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в образовании и науке» (Алматы, 2010), Международной конференции «Информационные технологии в образовании (ИТО-Москва-2010)» (Москва, 2010), Научно-практической конференции «Совершенствование научно-методической подготовки учителей математики и информатики в системе непрерывного образования. Развитие кадрового потенциала системы образования» (Москва, 2011); научном семинаре Института математики и информатики ГОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет»; заседаниях кафедры информатики и прикладной математики и кафедры информатизации образования Института математики и информатики ГОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет (2006-2011).
Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре информатики и прикладной математики Института математики и информатики ГОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет».
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 12 печатных работах, в том числе в 3 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.
Существующие подходы к обучению будущих учителей информатики решению задач с помощью компьютерной техники
Анализ и реализация данной задачи позволяет студентам приобрести умения, необходимые для реализации вычислительных алгоритмов с учетом имеющихся ограничений компьютеров (проблема машинного нуля, проблема машинной бесконечности, проблема точности вычислений и т.п.), способствующие формированию профессиональных навыков будущим учителям информатики.
На конкретных примерах в процессе обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» со студентами обсуждаются и основные этапы решения задач с помощью компьютеров. В книге М.П. Лапчика, М.И. Рагу-линой, Е.К. Хеннера [151] приводятся этапы компьютерного математического моделирования, состоящие из: выбора исходного объекта; определения целей моделирования; идеализации объекта исследования; поиска математического описания; построения математической модели; выбора метода исследования математической модели; разработки вычислительного алгоритма нахождения решения математической модели; разработки программы на языке программирования, реализующую вычислительный алгоритм; отладки и тестирования этой программы; проведения расчетов на компьютере; проведение анализа полученных результатов, по результатам, которого делаются выводы, согласно которым либо завершается компьютерное математическое моделирование, либо делаются рекомендации об уточнении построенной математической модели и процесс повторяется заново с разработки вычислительного алгоритма.
Остановимся более подробно на тех этапах компьютерного математического моделирования, которые осуществляются студентами в процессе обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ».
Выбор метода исследования. На данном этапе студент разрабатывает или выбирает метод решения учебной задачи. Например, при решении задачи, в которой, необходимо посчитать количество «счастливых» билетов в билетной катушке из миллиона билетов, студент из множества возможных методов решения выбирает наиболее оптимальный.
Разработка вычислительного алгоритма. На данном этапе записывается вычислительный алгоритм решения задачи в виде последовательности» соответствующих операций, приводящих к конечному результату. На этом этапе студент учитывает существующие ограничения компьютеров, которые могут существенным образом повлиять на возникновение ошибки в полученном результате. Кроме этого, он учитывает возможные ошибочные действия пользователя и предусматривает в вычислительном алгоритме соответствующие процедуры обработки «нештатных» ситуаций. В том числе в тех случаях, когда по какой-то причине невозможно получить результат, вычислительный алгоритм должен предусматривать вывод соответствующих информационных сообщений. Студент исследует разработанный вычислительной алгоритм на сходимость и устойчивость. Следует отметить, что на этом этапе целесообразно создавать вычислительный алгоритм, ориентируясь на возможности выбранного языка программирования; поскольку в противном случае на этапе программирования может оказаться, что средства конкретного языка программирования не позволяют реализовать данный вычислительный алгоритм.
Программирование. На этом этапе студент записывает в виде программы вычислительный алгоритм решения задачи на конкретном языке программирования. На этом же этапе выявляются возможные синтаксические ошибки в программе, которые могли возникнуть в процессе набора программы.
Отладка и тестирование программы. На этом этапе программа и вычислительный алгоритм проверяются студентом на наличие ошибок. Программа тестируется на некотором наборе тестовых входных данных и соответствующих им известных результатов. Студент для отладки программы готовит свои тестовые примеры, причем данные примеры должны включать и заведомо неправильные входные данные, чтобы убедиться в корректности работы программы и в этом случае. В случае обнаружения ошибок, студент возвращается на соответствующий этап решения задачи с помощью компьютера.
Проведение расчетов на компьютере. Студент запускает написанную программу на компьютере, который, проведя расчеты, выдает полученные результаты.
Анализ результатов. Студент проводит анализ полученных результатов.
Рассматриваемые учебные задачи в дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» предполагают от будущих учителей информатики не только их реализацию на конкретном языке программирования, но и их решение с помощью прикладных программ, такие как табличный процессор, компьютерные математические пакеты,и др.
Осмысление изложенных выше этапов вычислительного эксперимента при решении задач на компьютере важно в профессиональной деятельности будущих учителей информатики, поскольку это позволяет впоследствии.нау-читься находить подход к решению самых разнообразных задач с помощью компьютера. Будущие учителя информатики осознают тесную связь между информатикой и математикой, повышают мотивацию для изучения других дисциплин, сведения из которых необходимы для успешного решения учебной задачи с помощью компьютера при обучении дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ».
Анализ результатов решения учебных задач с помощью компьютера позволяет студентам научиться критически осмысливать полученные результаты. Будущие учителя информатики осознают, что компьютер — это обычный инструмент, благодаря которому многие задачи решаются проще и быстрее, но при этом в силу ряда причин результаты решения задач могут содержать ошибки и неточности.
Психолого-педагогическое обоснование возможности применения методики выравнивающего и развивающего обучения будущих учителей информатики при решении задач на компьютере
На сегодняшний день роль школьной информатики как учебного предмета в решении личностно-ориентированных целей общего образования осознается в полной,мере [245]. Это следует из того, что школьная информатика изучается во всех звеньях общеобразовательной школы, что современная дидактика относит школьную информатику к системообразующим дисциплинам и что современные исследования психологов показали ведущую роль информатики в развитии творческих способностей учащихся.
Но тем не менее, приходится признавать, что несмотря на принятый в 2004 году образовательный стандарт по информатике, на сегодняшний день в различных образовательных учреждениях существует различный уровень преподавания информатике. Как правило, содержание конкретного курса зависит от квалификации конкретного преподавателя, оснащенностью школьных компьютерных классов, наличия необходимых учебно-методических материалов, профиля того или иного класса и ряда других факторов [245].
Это становится причиной того, что за время обучения в школе учащиеся получают знания в области информатики на разном уровне. Личный опыт преподавания автора на подготовительных курсах к ЕГЭ по информатике показывает, что уровень знаний у учащихся сильно различается и зачатую достаточно сложно выделить какие-то разделы, в которых уверенно ориентировались хотя бы большая часть группы. Как правило, преподавание информатики в школе сводится к преподаванию избранных разделов, выбранных на основе каких-то соображений конкретного преподавателя. В итоге даже учащиеся физико-математических классов, обладающие одинаковым и достаточно высоким уровнем знаний в области физики и математики, обладают различными навыками работы на ЭВМ [245].
В качестве причин, по которым возникает данная ситуация, можно назвать различные программы по информатике в среднем звене школы, различные уровни преподавания информатики, различие в материально-техническом оснащении школ и различных материальный и культурный уровень семей школьников.
Кроме того, до сих пор серьезной проблемой является различие материального уровня семей школьников. Согласно данным Всероссийского центра изучения общественного мнения за октябрь 2007 года [126], только лишь треть российских семей имели в доме компьютер или ноутбук, а в 59% семей не имелось никаких цифровых устройств. При этом более половины тех семей, в доме у которых был компьютер, проживали в Москве, 40% — в остальных городах России и меньше 20% таких семей проживало в селах. И не смотря на то, что за прошедшие три года увеличилось количество, семей, у которых дома есть компьютер или ноутбук, их количество по-прежнему составляет меньше половины российских семей [47]. Поэтому нередко к моменту поступления в вуз у учащихся нет даже минимального опыта работы с компьютером.
Серьезной проблемой является синдром компьютерной тревожности. Многие пользователи, в том числе школьники и студенты, зачастую боятся использовать в своей работе компьютер из-за страха что-нибудь испортить или из-за неумения работать с ним. Часто это становится причиной снижения эффективности обучения информационным технологиям, поскольку большая часть усилий таких студентов направлены на преодоление технических сложностей, которые у них возникают из-за недостаточного знакомства с компьютерной техникой. Это, в свою очередь, снижает мотивацию к обучению и впоследствии может стать даже причиной неприязни к информатике в целом [245].
Вместе с этим следует отметить, что среди студентов, у которых занятия по информатике в школе были поставлены на должном уровне, при существующей системе обучения в вузе зачастую возникает ощущение «знания» излагаемого материала. Как правило, это становиться причинно достаточно поверхностного изучения конкретного курса в вузе, особенно, если многое из него преподавалось в школе, но в более сжатом объеме [245]. Такие студенты не замечают той грани, за которой заканчивается их «знание» и начинается их «незнание» и со временем могут превратиться в отстающих студентов. "
В итоге после окончания школы, поступив в вузы, бывшие школьники образуют весьма разнородный по уровню знания информатики коллектив. Это во многом касается и будущих учителей информатики. Поэтому в процессе обучения будущих учителей информатики преподаватель педагогического вуза, особенно при работе со студентами первого и второго курсов, сталкивается со следующими сложностями [245]: у студентов имеется различный уровень знаний по информатике; у студентов имеется различный уровень навыков работы с компьютером; у студентов имеются различные возможности доступа к компьютеру для выполнения самостоятельной и домашней работ; у некоторых студентов проявляется феномен компьютерной тревожности; как правило, отсутствует возможность выдать каждому студенту ин дивидуальное задание и оперативно его проверить; - существует необходимость построения каждого занятия таким образом, чтобы студенты с различным уровнем, знаний работали на занятиях с полной загрузкой, а это от преподавателя требует больших усилий; необходимо проводить работу по сглаживанию психологических проблем, связанных с различием в навыках работы на компьютере; необходимо подбирать задачи и излагать теоретический материал в группе таким образом, чтобы учитывать различный уровень студентов. Эти и ряд других проблем в итоге ставят перед преподавателями учебно-методическую проблему, которая требует, с одной стороны, выравнивания уровня знаний будущих учителей информатики, а с другой — индивидуального подхода к каждому из студентов; чтобы при этом происходило их развитие независимо от уровня знаний. Особенно важно, чтобы при выравнивании знаний не получилась такая ситуация, при І которой студенты с высоким уровнем знаний вынуждены снижать свой уровень, а при этом студенты с недостаточным уровнем знаний не пытаются достичь необходимого уровня. Кроме того, поскольку каждый учебный курс имеет временные рамки, необходимо, чтобы выравнивание знаний студентов проходило как можно более в сжатые сроки и не снижало мотивацию к обучению учащихся с более высоким уровнем знаний.
Отбор и формирование содержания обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»
При разработке соответствующих критериев отбора содержания курса «Практикум по решению задач на ЭВМ» были использованы исследования различных ученых. Среди них работы Н.Я. Виленкина [42], С.Г. Григорьева [139], В.В. Гриншкуна [139]; А.Р. Есаяна [90], О.М. Забродиной [95], И.В. Левченко [155], B.C. Леднева [160], А.Г. Мордковича [181], И.Н. Фалиной [245] и другие.
В отмеченных исследованиях выделяются следующие критерии: единство учебного материала и содержательных линий; базовых знаний, умений, навыков и методов; логической спирали; обобщенности; полноты; оптимальности и ряд других. Помимо этого, отбор и формирование содержания обучения дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» должны проходить на основе основных педагогических принципов и в соответствии с поставленными целями и задачи учебной дисциплины. Кроме того, используемая методика выравнивающего и развивающего обучения также накладывает ряд необходимых требований к учебным задачам, предлагаемым студентам в рамках данного курса [245]. Следует также отметить, что поскольку одной из задач учебного курса «Практикум по решению задач на ЭВМ» является, обучение будущих учителей информатики различным подходам к решению задач с применением компьютеров, то содержание этого учебного курса содержит четыре части [159].
В первую часть включен учебный материал, связанный с процедурной парадигмой программирования и составлением вычислительных алгоритмов, ориентированных на их реализацию с помощью процедурных языков программирования. Рассматриваются учебные задачи, связанные с вычислением логических или алгебраических выражений, в том числе связанные с существующими ограничениями компьютеров (например, проблема машинного нуля). Обсуждаются уже разработанные и широко известные алгоритмы, среди которых, например, алгоритмы сортировки данных. Рассматриваются вопросы эффективности этих алгоритмов, условий их корректной работы и ряд других вопросов. Выбор конкретного языка программирования, на котором будут реализовываться вычислительные алгоритмы, должен осуществляться студентом.
Во второй части курса рассматриваются существующие инструментальные средства разработки приложений и объектно-ориентированную парадигму программирования, например, Borland Delphi. Студентам предлагается реализовать ряд приложений, которые будут использовать разработанные в первой части вычислительные алгоритмы. Например, при реализации программы «Калькулятор» студенту в качестве одного из заданий предлагается реализовать в нем функцию вычисления корней квадратного уравнения в действительных корнях, решение которой подробно обсуждается в первой части курса.
В третьей части курса студентам предлагаются учебные задачи, связанные с их решением на компьютере с использованием соответствующих программных средств. Рассматриваются задачи, связанные с обработкой текстовой, числовой, графической и мультимедийной информации. Основными средствами работы здесь являются в большей степени приложения (например, входящие в Microsoft Office текстовый процессор Word; табличный процессор Excel), графические редакторы (например, Abode Photoshope и CorelDraw) и ряд других.
В четвертой части курса студентам предлагаются задачи, реализация которых предполагает использование существующего программного обеспечения, но при условии расширения его возможностей с помощью скриптовых языков. В частности, рассматриваются вопросы создания макросов, использование пакетных файлов, использование скриптовых языков.
Нужно отметить, что таким образом разработанное содержание дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ» позволяет в процессе обучения будущим учителям информатики рассмотреть решение задач с помощью компьютеров с разных точек зрения: разработка и реализация вычислительных алгоритмов с помощью процедурных языков программирования; разработка и реализация приложения, ориентированного на решение определенного класса задач; решение задач с использованием существующего программного обеспечения; решение задач, расширяя для этого возможности существующего программного обеспечения.
Разработанное содержание учебного курса «Практикум решения задач на ЭВМ» включает следующие разделы: 1. Процедурное программирование. Задачи, сводящиеся к вычислению логического или алгебраического выражения и анализ их роли в профессиональной направленности обучения будущих учителей информатики. Алгоритмы организации и оптимизации перебора, алгоритмы организации и оптимизации поиска данных, алгоритмы организации и оптимизации сортировки данных и анализ их вычислительных алгоритмов при реализации на компьютере. Элементы вычислительных методов и их вклад алгоритмическую культуру будущих учителей информатики. 2. Инструментальные средства для разработки приложений. Использование инструментальных средств для разработки приложений. Создание файлового менеджера. Создание текстового редактора. Создание программных средств для» обработки числовой информации. Создание графического редактора. Эргономическая и эстетическая оценка интерфейса созданного программного средства. Элементы компьютерного моделирования и его вклад в познание окружающего мира. 3. Информационные технологии. Технологии хранения и поиска информации. Технологии обработки текстовой информации. Технологии обработки числовой информации. Технологии обработки растровой графики. Технологии обработки векторной графики. Анализ вклада информационных технологий в профессиональную деятельность будущих учителей информатики. 4. Скриптовое программирование. Расширение возможностей файлового менеджера. Расширение возможностей программного обеспечения с помощью макросов. Скриптовое программирование. Интерактивные мультимедийные проекты и анализ возможностей деловой и презентационной графики в создании обучающих компьютерных средств. Важно, чтобы предлагаемые студентам в рамках данного содержания учебные задачи соответствовали требованиям, которые обусловлены используемой методикой выравнивающего и развивающего обучения [245].
Образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий» по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ»
Современный этап общественного развития принято считать периодом формирования и развития информационного общества. При этом существенная роль в становлении такого общества принадлежит процессу информатизации образования, вклад в который внесли такие ученые как С.Г. Григорьев [65], В.В. Гриншкун [65], А.А. Кузнецов [140], И.В. Левченко [154], Е.В. Огородников [190], Е.С. Полат [187] и других.
С.Г. Григорьев и В.В. Гриншкун отмечают, что стратегическая цель информатизации образования состоит в глобальной рационализации интеллектуальной деятельности за счет использования новых информационных технологий; радикальном повышении эффективности и качества подготовки специалистов с новым типом мышления, соответствующим требованиям постиндустриального общества [65].
Известно, что современные информационные технологии представляют собой основу информатизации образования, реализация которого предполагает повышение эффективности учебного процесса на основе его индивидуализации и интенсикации, улучшение качества обучения за счет более полноценного использования доступной информации и пр. На сегодняшний день в системе образования в учебном процессе используются системы поддержки принятия решений и экспертных систем, автоматизированные системы и комплексы. Кроме того, информационные технологии используются в качестве дидактического средства и средства моделирования различных объектов и процессов, происходит освоение информационных технологий с ориентацией на дальнейшее применение их в профессиональной.деятельности.
Благодаря информационным технологиям в учебном процессе сегодня-используются такие методы, как компьютерное моделирование учебно-познавательной деятельности, программирование учебной деятельности, метод информирования, метод тестирования, ассоциативный метод, игровой метод активного обучения, метод проектов и др. С другой стороны, появляются и новые информационные технологии, которые позволяют реализовать компьютерные обучающие программы, включающие в себя электронные учебники, тренажеры, тьюторы, лабораторные практикумы, тестовые системы, обучающие системы на базе мультимедиа-технологий, построенные с использованием персональных компьютеров, видеотехники, накопителей на оптических дисках, интеллектуальные и обучающие экспертные системы, используемые в различных предметных областях. В образовании все активней используются средства телекоммуникации, включающие в себя электронную почту, телеконференции, локальные и региональные сети связи, сети обмена данными и др.
Важным аспектом в построении учебного процесса по дисциплине «Практикум по решению задач на ЭВМ» является автоматизация формирования учебных задач и заданий, предлагаемых для решения будущим учителям информатики. Автоматизация формирования учебных заданий позволит одновременно решить несколько задач, среди которых — организация дифференциального обучения студентов и реализация метода выравнивающего обучения. В итоге каждый студент для каждого из разделов учебного курса «Практикум по решению задач на ЭВМ» будет иметь уникальный список задач, сформированным по тем правилам и критериям, которые определяет преподаватель.
Современные технологии позволяют создать электронный образовательный ресурс «Генератор учебных заданий», который предоставляет преподавателям возможность задавать правила формирования заданий, на основе которых будут подбираться задания из базы данных для конкретного студента. Для реализации этой функции в «Генераторе учебных заданий» преподавателю предоставляется возможность распределять имеющиеся в базе данных учебные задания по разделам и темам учебного курса «Практикумпо решению задач на ЭВМ» и указывать при формировании списка заданий уровень их сложности. При этом система позволяет преподавателям использовать одну и ту же задачу при формировании заданий для разных тем, что определяется целями и задачами преподавания учебной дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ».
С точки зрения обучаемых, электронный образовательный ресурс «Генератор учебных заданий» позволяет просмотреть список разделов учебного курса «Практикум по решению задач на ЭВМ» и получить сформированный блок учебных заданий для каждого из них. При этом важно отметить, что в системе задание формируется однажды, при первом обращении студента к системе, и оно не изменяется в течении всего времени обучения. Таким1 образом, студенты, уже на первом-занятии имеют в своем распоряжении-полный список учебных заданий, предлагаемых им в учебном курсе «Практикум по решению задач на ЭВМ». Благодаря этому студенты имеют возможность планировать свою деятельность по решению учебных заданий.
Для исключения возможных разногласий между преподавателем и студентами относительно индивидуальных учебных заданий, на веб-страницу и все ее возможные копии, в том числе и распечатанную копию, образовательный электронный ресурс «Генератор учебных заданий» в обязательном порядке добавляет для каждого списка учебных заданий название учебного заведения, фамилию, имя и отчество студента, номер его группы и название раздела учебной дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ».
Помимо списка заданий, содержание образовательного электронного ресурса включает необходимый теоретический материал, разработанную систему учебных задач и заданий, перечень контрольных вопросов, методические рекомендации по анализу вычислительных алгоритмов и другой материал, необходимый студентам для успешного выполнения предложенных им задач и заданий.
Реализация указанных выше возможностей образовательного электронного ресурса «Генератор учебных заданий» осуществляется благодаря системе аутентификации, которая позволяет создавать учетные записи пользователей с разными уровнями доступа, а именно для: администраторов системы, которые будут решать общие вопросы, связанные с управлением системы; преподавателей с правом добавления новых учебных заданий и формирования содержания учебного курса.
