Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Методико-педагогические особенности индивидуализации обучения 11
1.1 Педагогические цели и средства индивидуализации обучения 11
1.2 Функции, методы и средства контроля в образовательном процессе 17
1.2.1 Тесты как средство контроля знаний 19
1.3 Значение учебных задач в системе методов обучения физике 22
1.3.1 Понятия сложности и трудности задачи 26
1.4 Компьютерные средства в системе образования 29
1.4.1 Классификация компьютерных средств обучения 29
1.4.2 Целесообразность использования компьютерных средств в образовательном процессе
Выводы по первой главе 45
Глава 2 Разработка банка разноуровневых задач для составления индивидуальных домашних и контрольных работ и его компьютерная реализация 46
2.1 Принципы организации банка разноуровневых задач 46
2.2 Методика анализа решаемости и коррекции уровней трудности задач 49 2.3Архитектура компьютерного комплекса для обучения и контроля знаний по физике57
2.4 Реализация компьютерного банка разноуровневых задач 59
2.5 Классификация задач по уровню трудности с помощью компьютера 64
Выводы по второй главе 66
Глава 3 Разработка системы обучающих тестов и их применение для индивидуализации обучения решению задач 67
3.1 Тесты как средство обучения решению задач 67
3.2 Методика разработки обучающих тестов 71
3.3 Применение системы обучающих тестов для индивидуализации обучения решению физических задач и контроля знаний 73
3.3.1 Анализ результатов решаемости при решении задач по геометрической и волновой оптике
3.4 Компьютерная система обучающих тестов 79
3.4.1 Индивидуальный и групповой контроль успеваемости 82
Выводы к третьей главе 84
Глава 4 Педагогический эксперимент и его результаты 85
4.1 Организация педагогического эксперимента 85
4.1.1 Методика проведения педагогического эксперимента 86
4.1.2 Методика проведения компьютерного тестирования 87 4.2Анализ результатов педагогического эксперимента 88
4.2.1 Анализ результатов анкетирования 88
4.2.2 Анализ статистики решаемости задач и корректировка уровня трудности 93
4.2.3 Результаты внедрения разработанных методик и компьютерного комплекса 96 Выводы к четвертой главе 101
Заключение 102
Список использованных литературных источников 104
- Педагогические цели и средства индивидуализации обучения
- Принципы организации банка разноуровневых задач
- Тесты как средство обучения решению задач
Введение к работе
В современном образовательном процессе роль преподавателя важна как никогда. Количество информации, новых предметов, которые учащиеся должны переработать, чтобы перейти на уровень творческого подхода к решению поставленных перед ними проблем и задач, значительно возросло и требует грамотного систематизированного обучающего подхода.
Формирование у учащихся способности анализировать, систематизировать информацию и логически мыслить является основной задачей преподавателя. Способность направленно мыслить, необходимая при работе в любых областях, позволяет самостоятельно решать сложнейшие задачи.
В процессе обучения физике наравне с исследовательской деятельностью важным элементом является решение физических задач учащимися, и естественно, что разные его стороны привлекают постоянное внимание ученых-методистов и преподавателей школы. Умение решать задачи, находить логические зависимости является необходимым условием перехода на ступень творческого обучения.
Для достижения этих целей преподаватель должен уметь и иметь возможность анализировать не только результаты образовательного процесса по окончании курса по конечным оценкам, но и, прежде всего, промежуточные результаты, с тем, чтобы при необходимости откорректировать методы, средства, материалы обучения. Необходимость учета способностей, интересов и темпа работы ученика встает не только на этапе представления учебного материала, но и, прежде всего, на этапе обучения практической деятельности, анализу и использованию информации. Таким образом, на наш взгляд, индивидуализация образовательного процесса не может быть реализована только предоставлением некоторым учащимся возможности выбора удобного для них темпа, выбора форм представления материала и методов изучения.
Индивидуальный подход должен также предполагать индивидуальную обратную связь, т.е. при корректировке обучающего процесса ученик должен иметь возможность корректировать не только ошибки, совершенные большинством учащихся в классе, но и свои индивидуальные ошибки.
Вопросам индивидуализации и дифференциации обучения посвящены исследования И. Унт, А.А. Кирсанова, К.М. Гуревича, И.С. Якиманской, И.М. Осмоловской и др.
Индивидуальный подход к обучению требует от преподавателя гораздо больше временных затрат, поэтому разумным является использование в качестве вспомогательного инструмента компьютерных средств.
Разработано достаточное количество дидактических материалов по физике, как в традиционном печатном, так и в электронном виде. С помощью компьютерных демонстраций и электронных учебников у преподавателя появилась возможность конструировать лекции на качественно новом уровне.
В России разработки в области компьютеризации обучения активно ведутся с 1980 года, однако, только с конца 90х годов можно говорить о реальном внедрении компьютерных технологий в образовательный процесс. Исследованиям в этой области посвящены работы Н.Ф. Талызиной, В.А. Извозчи-кова, В.В. Лаптева, И.В. Роберт, Е.И. Машбиц, Я.А. Ваграменко, М.Р. Кудаева и др. На основании проведенного анализа отечественных и зарубежных разработок в области методов обучения с использованием компьютерных средств, несмотря на значительный технический прогресс, к сожалению, как и десять лет назад, можно констатировать, что полноценное применение современных средств является скорее исключением, чем правилом.
В большинстве своем авторы придерживаются мнения, что разработка и использование любой обучающей программы должны рассматриваться в первую очередь именно в аспекте возможности индивидуализации обучения. В результате анализа установлено, что на данный момент преобладают программы для самостоятельного изучения, что не является реализацией индивидуального подхода к обучению. В связи с этим возникает необходимость создания более эффективных методик и программных средств (ПС) для решения проблемы индивидуализации процесса обучения физике.
Кроме того, мы полностью разделяем мнение И.В. Роберт [76] в том, что "разработка сервисных ПС для учителя, обеспечивающих автоматизацию процесса контроля результатов усвоения или продвижения в учении, генерирование заданий, загрузку и передачу ПС по сети, управление ходом занятия (например, с учительской ПЭВМ), находится на невысоком уровне. Сервисные ПС крайне необходимы учителю, так как служат целям управления учебным процессом и обеспечивают комфортность работы пользователя. В связи с этим актуальной остается проблема консолидации усилий разработчиков в этой области".
Актуальность данного исследования обусловлена рядом причин:
- необходимостью классификации задач по уровню трудности и создания сопоставимых по трудности контрольных работ, состоящих из задач разного уровня трудности;
- недостаточной разработанностью методов индивидуального подхода к обучению решению задач, с учетом анализа ошибок, допущенных при их решении;
- несмотря на большое количество исследований и разработок в области компьютеризации образования, в реальности использование компьютерных средств в образовательном процессе не является широко распространенным;
- большинство обучающих программ ориентированы на самостоятельную работу ученика и не учитывают, что осмысленное применение подобных систем требует от учащегося большого объема самостоятельной работы, что в силу ряда возрастных причин для большинства учащихся затруднительно. Ученик не может полноценно контролировать процесс собственной учебной деятельности. Программа должна быть ориентирована как на ученика, так и на преподавателя.
Таким образом, данная область педагогики является недостаточно полно разработанной, что и определяет актуальность данного исследования.
Объектом исследования является процесс индивидуализации обучения решению задач по физике учащихся средней общеобразовательной школы.
Предметом исследования являются содержание, организационные формы и методы обучения физике в средней общеобразовательной школе.
Целью настоящего исследования является реализация индивидуального подхода к обучению и контролю знаний по физике с помощью компьютера:
- разработка методики индивидуального обучения решению задач;
- создание программно-методического комплекса, являющегося вспомогательным инструментом преподавателя для осуществления контроля знаний и обучения с использованием автоматизированных средств управления банком учебных материалов.
В данную работу в качестве примера включены два раздела физики: геометрическая оптика и волновая оптика.
Обращение к компьютерным средствам в данном исследовании обусловлено следующими причинами:
- возможностью индивидуализировать работу обучаемых;
- наличием обратной связи, что позволяет корректировать работу учащихся в ходе учебного процесса;
- возможностью сбора статистической информации на всех стадиях учебного процесса;
- возможностью накопления и быстрой коррекции учебных материалов;
- наличием инструментария для управления банком учебных материалов, обеспечивающих удобную работу с данными;
- оптимизацией труда преподавателя.
В основу исследования положена следующая гипотеза: реализация индивидуального подхода к обучению и контролю знаний по физике с помощью компьютера позволит своевременно корректировать образовательный процесс и обеспечит повышение качества знаний и умений учащихся.
В соответствии с целью и гипотезой исследования требуется решить следующие задачи:
1) разработать методы анализа решаемости физических задач;
2) создать методику индивидуального обучения решению задач;
3) разработать методы обучения в процессе контроля знаний;
4) обосновать необходимость создания компьютерного комплекса;
5) создать открытый компьютерный комплекс, использующий разработанные методики;
6) провести педагогический эксперимент с целью проверки эффективности разработанных методик обучения.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
- анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования;
- анализ инновационного педагогического опыта;
- анализ компьютерных средств и методов преподавания в школьном курсе физики;
- анкетирование, интервьюирование учащихся, преподавателей;
- проведение педагогического эксперимента и статистические методы обработки результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в следующем:
1) В отличие от ранее выполненных исследований по анализу уровня трудности задач (B.C. Аванесов, А.В. Гидлевский и др.), разработана
система коэффициентов решаемости задач и методика их использования, в том числе автоматизированная, для определения уровня трудности на основе статистики решаемости;
2) В отличие от общепринятого использования тестов в целях контроля (О.Ф. Кабардин, Д.И. Пеннер и др.), предложены и разработаны принципы создания обучающих тестов и впервые создана методика индивидуального обучения решению задач с помощью обучающих тестов;
3) Предложенная архитектура компьютерного комплекса отличается от других разработок (Физика в картинках, Открытая физика и др.) ориентацией на преподавателя, обеспечивает преподавателю возможности оперативного управления процессом обучения, предусматривает возможность редактирования материалов, позволяет индивидуализировать процесс обучения решению задач.
Практическая значимость исследования состоит в том, что предлагаемые возможности индивидуализации обучения и контроля знаний по физике с помощью компьютеров доведены до конкретных методических рекомендаций, подкреплены разработанным программно-методическим обеспечением и внедрены в практику. В частности можно выделить, что практическая значимость состоит в следующем:
1) разработан инструментарий анализа трудности и решаемости задач;
2) отобраны и классифицированы задачи разного уровня трудности по геометрической и волновой оптике;
3) разработана система обучающих тестов по геометрической и волновой оптике;
4) разработан компьютерный комплекс, являющийся открытым для редактирования и для расширения банка дидактических материалов и не требующий специальных компьютерных навыков;
5) разработано и внедрено в учебный процесс программно-методическое обеспечение работы с компьютерным комплексом.
На защиту выносятся следующие положения:
1) Введение системы коэффициентов, характеризующих уровень решаемости задач, позволяет создать методику анализа решаемости и коррекции уровней трудности разноуровневых задач, входящих в состав банка задач, что обеспечивает возможность генерации индивидуальных заданий сопоставимой трудности;
2) Введение системы обучающих тестов, реализующих индивидуальный подход к обучению и контролю знаний, позволяет создать оригинальную методику обучения решению задач, отличающуюся использованием цепочек наводящих подзадач меньшего уровня трудности при решении трудной задачи;
3) На основе разработанных методик существенно улучшается эффективность программно-методического комплекса, реализующего индивидуальный подход к обучению и контролю знаний по физике;
4) Программно-методический комплекс, созданный на основе разработанных методик, обеспечивает накопление и обработку статистики решаемости и оперативное управление процессом обучения.
Первое положение опубликовано в работах [8, 12, 14]. Второе положение представлено в работах [9, 10, 13]. В работах [7, 11, 13] раскрывается третье положение, выносимое на защиту. Четвертое положение отражено в работе [28]. В работе [7] идея предложена автором, методическое наполнение и проверка в ходе педагогического эксперимента - B.C. Бабаеву, техническая реализация - С.А. Крайникову. В работах [8, 9, 10, 11, 13] постановка задачи и обсуждение результатов принадлежит B.C. Бабаеву, а реализация, описание и проверка в ходе педагогического эксперимента -автору. В работах [12, 14] основная идея предложена B.C. Бабаевым, сбор данных - соавторам, обработка результатов - диссертанту. Работа [28] написана автором. Публикации достаточно полно отражают основные положения и результаты исследования.
Педагогические цели и средства индивидуализации обучения
Российский энциклопедический словарь дает следующее определение обучения: "Обучение - процесс овладения знаниями, умениями и навыками под руководством педагогов, мастеров, наставников и т.д." [79].
И.Ф. Харламов считает, что "под содержанием образования следует понимать ту систему научных знаний, практических умений и навыков, а также мировоззренческих и нравственно-эстетических идей, которыми необходимо овладеть учащимся в процессе обучения" [103].
В педагогической науке индивидуализация обучения определяется как "организация учебного процесса, при которой выбор способов, приемов, темпа обучения учитывает индивидуальные различия учащихся, уровень развития их способностей к учению" [70].
В исследованиях, посвященных индивидуализации образовательного процесса, достаточно четко прослеживаются два направления: психологическое и предметно-дидактическое.
Психологическое направление предполагает ориентацию на индивидуально-психологические особенности ученика, знание общих психологических особенностей детей данной группы, данного возраста.
Предметно-дидактическому направлению И.С. Якиманская дает следующее описание: "Предметно-дидактическая модель личностно- ориентированной педагогики, ее разработка традиционно связаны с организацией научных знаний в системы с учетом их предметного содержания. Это своеобразная предметная дифференциация, обеспечивающая индивидуальный подход в обучении" [116].
Психолого-педагогические аспекты индивидуализации в разное время исследовались Д.А. Белухиным [18], К.М. Гуревичем [41], А.А. Кирсановым [51], Б.М. Тепловым [99], B.C. Мер л иным [67], Е. А. Климовым [52], Н.А. Менчинской [66], Н.А. Алексеевым [5] и др.
В психолого-педагогических работах и, в частности, в работах С.Л. Рубинштейна [81] отмечалось, что, "зная закономерности, раскрываемые психологическим исследованием, педагог сможет не только обучать, но и развивать, не только сообщать знания, но и формировать мышление".
Д.А. Белухин в работе "Основы личностно-ориентированной педагогики" рассматривает особенности индивидуализации в педагогике. Индивидуальность, по его мнению, - "это характеристика человека со стороны его социально значимых отличий от других людей, своеобразие психики и личности индивида, ее неповторимость" [18].
Е.А. Климов предлагает понимать под индивидуальным стилем деятельности "систему индивидуально-своеобразных приемов и способов решения той или иной задачи" [52].
Проблемам индивидуализации (персонификации) и дифференциации обучения посвящены работы И. Унт [101], А.С. Границкой [40], И.С.Якиманской [115, 116, 117], И.М. Осмоловской [69], В.Д. Шадрикова [108] и др.
Согласно И. Унт [101], индивидуализация обучения - это учет в учебном процессе индивидуальных особенностей учащихся во всех его формах и методах, независимо от того, какие особенности и в какой мере учитываются.
И. Унт также считает, что на практике речь идет не об абсолютной, а об относительной индивидуализации. В реальной практике индивидуализация всегда относительна по следующим причинам:
- учитываются индивидуальные особенности не каждого отдельного учащегося, а группы учащихся, обладающих примерно сходными особенностями;
- учитываются лишь известные особенности или их комплексы и именно такие, которые важны с точки зрения обучения (например, умственные способности), наряду с этим может выступать ряд особенностей, учет которых в конкретной форме индивидуализации невозможен или даже не так уж необходим (например, различные свойства характера или темперамента);
- иногда происходит учет некоторых свойств или состояний лишь в том случае, если это важно для данного ученика (талантливость, свойство здоровья);
- индивидуализация реализуется не во всем объеме учебной деятельности, а эпизодически, либо в каком-то виде учебной работы и интегрирована с неиндивидуализированной работой.
Индивидуализация образовательного процесса является педагогически оправданной на всех этапах обучения, так как позволяет наиболее эффективно достичь поставленных целей и улучшить качество знаний.
Проблема индивидуального подхода к представлению учебного материала достаточно полно исследована. Психологи выделяют несколько типов людей в зависимости от способа наилучшего усвоения информации. Соответственно этому могут быть разработаны дидактические материалы.
Принципы организации банка разноуровневых задач
При обучении физике на решение задач отводится большая часть учебного времени, при этом основными педагогическими целями являются отработка, формирование и закрепление теоретического материала.
Достижение таких целей, как развитие мыслительных и творческих способностей учащихся, возможно при обеспечении каждого из них индивидуальными вариантами домашних и самостоятельных работ, с обязательным условием обеспечения оперативной обратной связи и своевременной корректировки учебного процесса. Опыт работы школьных преподавателей убеждает в необходимости создания банка задач. Можно выделить следующие причины для создания банка:
- преподаватели, как правило, используют несколько задачников, поскольку это позволяет значительно улучшить качество обучения;
- индивидуальный подход к обучению требует большого объема систематизированных заданий, чтобы обеспечить каждого ученика разноуровневыми индивидуальными домашними и самостоятельными работами;
- простого накопления задач недостаточно, поскольку существует такая проблема как классификация задач по темам и по трудности;
- учащиеся могут не иметь всех задачников, которые использует преподаватель для выдачи домашних и самостоятельных заданий.
Под банком задач мы понимаем систематизированный набор учебных задач, классифицированных по темам и уровням трудности, дополненный статистическими данными о решаемости каждой задачи.
Задачи в банке рекомендуется представлять в виде структур с 7-ю полями, в простейшем случае в виде отдельных карточек, со стандартным назначением каждого поля. На первом поле указана тема и на втором - подтема (например, Геометрическая оптика; Плоское зеркало). Третье - основное - поле содержит условие задачи с необходимыми рисунками и формулами. На четвертом поле отмечен уровень трудности задачи (например, 2). На пятом записан ответ задачи. Шестое поле предусмотрено для указания литературного или другого источника, из которого задача заимствована в банк. Седьмое поле содержит статистические данные о решаемости задачи.
Номер присваивается задаче таким образом, что содержит зашифрованную информацию о тематической принадлежности и трудности задачи. Принятая в данной работе общая структура номера задачи:
[тема].[подтема].[трудность].[порядковый номер в подгруппе]
В качестве примера создан банк разноуровневых задач по геометрической и волновой оптике.
В работе принята за основу следующая классификация задач по тематической принадлежности:
1. Геометрическая оптика.
1.1. Закон прямолинейного распространения света.
1.2. Относительный показатель преломления.
1.3. Абсолютный показатель преломления.
1.4. Закон преломления.
1.5. Явление полного внутреннего отражения.
1.6. Плоское зеркало.
1.7. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку.
1.8. Призма.
1.9. Оптическая сила линзы.
1.10. Формула линзы l/d+l/f=l/F.
1.11. Линейное увеличение линзы r=f/d=H/h.
1.12. Линейное увеличение линзы Г=1.
1.13. Система уравнений l/d+l/f=l/F r=f/d=H/h.
1.14. Расстояние от линзы до изображения a=f+d.
1.15. Площадь изображения.
1.16. Фокусное расстояние. Расстояние до фокуса.
1.17. Собирающая линза l/d-l/f=l/F.
1.18. Рассеивающая линза l/d-l/f=-l/F.
1.19. Сходящиеся лучи -l/d+l/f=l/F.
1.20. Перемещение призмы.
1.21. Перемещение линзы. 2. Волновая оптика.
2.1. Дифракция света. Дифракционная решетка.
2.2 Интерференция света.
2.3 Дисперсия света.
2.4 Поляризация света.
Классификация задач банка по уровню трудности на начальном этапе (на момент создания банка задач) произведена исходя из следующих предположений:
Первый уровень трудности - при решении задачи используется один закон (одна формула);
Второй уровень трудности - решение задачи требует применения нескольких законов;
Третий уровень трудности - при решении задачи применяются законы из нескольких тем, или задача требует применения достаточно сложного математического аппарата;
Четвертый уровень трудности - задачи повышенной сложности;
Пятый уровень трудности - олимпиадные задачи.
Тестовая задача - вспомогательная задача, помогающая решению более сложных задач банка. Используется для создания обучающих тестов. Задача, помеченная как тестовая, может включаться в контрольные работы для проверки теоретических знаний.
Классификация задач по уровню трудности (сложности), произведенная преподавателем, является достаточно условной и субъективной, в связи с чем является актуальным проведение анализа решаемости задач для определения апостериорного уровня трудности задач.
Далее в работе под априорным уровнем трудности задачи будем понимать уровень, первоначально заданный преподавателем (экспертная оценка). Апостериорным назовем уровень трудности задачи, полученный на основании статистики решаемости.
Тесты как средство обучения решению задач
Способность самостоятельно творчески работать формируется на основе определенного базиса знаний и навыков. Поэтому важно научить учащегося конкретным средствам и способам деятельности, учащийся должен овладеть методом решения задач определенного класса, понять его суть и закрепить усвоенный метод решения в процессе упражнений.
Тесты, тестирующие программы в образовании принято воспринимать как средство контроля знаний. Как было рассмотрено в первой главе, в педагогике существуют понятия: констатирующий и корректирующий контроль. Кроме того, давно известен способ обучения и совершенствования знаний методом работы над ошибками. Процесс обучения является наиболее эффективным, если учащийся сам определяет причину ошибки и находит правильный ответ.
Тесты, как правило, содержат вопросы, сгруппированные по темам. Ученик для ответа на вопрос теста должен выбрать один из предлагаемых вариантов ответа. После ответов на вопросы теста подводится общий результат, при этом разбор ошибок производится в худшем случае просто сообщением правильных ответов, в лучшем случае дополняется показом готового решения. Подобная система тестирования позволяет оценить знания, но не улучшить их.
Мы предлагаем усилить обучающие функции тестов за счет их конструирования по принципам целостности и логики. Основная идея была представлена в работе [9], в данной главе мы приводим подробное описание.
Обучающим тестом мы называем систему из нескольких (как правило 3-7) подзадач, представленных в виде последовательной логической цепочки (Рис. 3-1).
В основу построения обучающих тестов должны быть положены следующие принципы:
- совокупность подзадач (вопросов) связана с определенной более трудной задачей. Задача высшего уровня трудности сводится к задачам более низкого уровня трудности;
- содержание вопросов цепочки таково, что подразумевает операции перевода, распознавания, сопоставления, выделения признаков, т.е. операции, определяющие логическое мышление. Данный подход инициирует механизм мышления учащегося.
Обучающие тесты предполагают разработку разноуровневых вопросов, причем вопросы первого уровня сложности должны быть элементарными и призваны проверить базис начальных знаний. Вопросы последующих уровней сложности требуют либо более глубоких знаний, либо развитых аналитических способностей.
Функция развития логического мышления начинает действовать при разборе неправильных ответов на вопросы, сложность которых выше первой. Методика базируется на том, что при работе над ошибками или в процессе обучения решению задач ученик подводится к правильному ответу через ряд наводящих элементарных вопросов (вопросов теста первой сложности), иными словами, ему необходимо решить мини-тест и самостоятельно найти правильный ответ.
"Известно, что в процессе обучения, на определенном этапе обучаемый может решать некоторый ряд более сложных задач не самостоятельно, а под руководством преподавателя. При этой помощи обучаемый может сделать больше, чем самостоятельно, но до известных пределов. В дальнейшем то, что обучаемый проделывает с помощью преподавателя сегодня, завтра он сможет сделать самостоятельно. Так и обеспечивается динамика развития и обучения" [32]. Таким образом, можно сказать, что при использовании обучающих тестов преподаватель обучает решению более сложных задач, что позволяет в индивидуальном порядке обеспечить динамику обучения.
Благодаря такой системе ученик, а также преподаватель могут сразу определить, на каком этапе совершается ошибка. Ученик имеет возможность улучшить свои знания, отталкиваясь от полученных результатов. Преподаватель может, зная этап, на котором совершается ошибка, скорректировать образовательный процесс как конкретного учащегося, так и всего класса.
