Содержание к диссертации
Введение
Глава I СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ И ЧЕРЧЕНИЯ В ПЕДВУЗЕ , 13
1. Проблемы совершенствования учебного процесса и пути их разрешения 13
О новых технологиях обучения 16
2. Роль компьютеров в обучении 18
Проблемы использования педагогических програлшных средств 21
Использование компьютера как инструмента познания ...23
Технологии компьютерной графики как инструмент познания 26
Глава 2. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В КУРСАХ ГЕОМЕТРИИ И ЧЕРЧЕНИЯ 31
1. Методические уровни использования технологий компьютерной графики при компьютерно-ориентированном преподавании геометрии и черчения в педвузе 31
2. Использование программирования графики при обучении геометрии 37
3. Анализ и использование инструментальных графических сред в курсах геометрии и черчения 45
Выбор инструментальных средств 45
Области применения инструментальных графических сред 47
Применение системы AutoCAD в обучении геометрии 50
Методика применения САПР AutoCAD в курсе черчения 61
Экспериментальная работа 70
Глава 3. КУРС "КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ" НА МАТЕМАТИЧЕСКОМ ФАКУЛЬТЕТЕ ПЕДВУЗА 78
1. Постановка курса 78
Модульная структура курса КГГМ 79
Программа курса КГГМ для педвузов 80
2. Методика преподавания курса КГГМ 97
Нелинейные технологии обучения 97
Методика преподавания темы "Изображение поверхностей" 98
Использование метода проектов 102
Методика преподавания темы "Плоские кривые " с комплексным использованием технологий
компьютерной графики 109
3. Результаты экспериментального исследования 130
Заключение 132
Библиография 136
- Проблемы совершенствования учебного процесса и пути их разрешения
- Методические уровни использования технологий компьютерной графики при компьютерно-ориентированном преподавании геометрии и черчения в педвузе
- Постановка курса
Введение к работе
Изменение условий жизни общества неизменно вызывает совершенствование образовательных концепций. В нашей стране это нашло отражение в формулировке принципов перестройки учебного процесса. К ним относятся принципы гуманизации, демократизации, индивидуального и деятельностного подходов в образовании и др. Под воздействием новых информационных технологии меняется взгляд на само образование, на содержание и методы обучения предметным дисциплинам.
Важная роль в реформировании образования принадлежит учительским кадрам, подготовка которых ведется в педагогических вузах. Проблеме профессиональной подготовки учителя математики (в том числе её методической составляющей) посвящены работы А.Г. Мордковича, В.М. Монахова, Г.Л. Луканкина, В.Б. Гисина, Н.Л. Стефановой, И.А. Новика и многих других.
Одной из важнейших составляющих при подготовке учителя математики к черчения выступает графическая компонента. Существенными сторонами графической подготовки являются: развитие наглядно-образного и логического мышления, развитие подвижности пространственных представлений, формирование умения извлекать из графических средств наглядности информацию под разным углом зрения. Это, в свою очередь, требует развития пространственного воображения обучаемых. Данной проблематике посвящены работы Г.Д. Глейзера и И.С. Якиманской, А.Д. Ботвинникова и Б.Ф. Ломова, Г.И. Саранцева и Г.Н. Никитиной, и многих других. »
Современный учитель математики должен обладать широким спектром технологий обучения, включая информационные. Однако внедрение новых информационных технологий в систему подготовки учителя математики сдерживается отсутствием доступных и эффективных методик компьютерного обучения.
Возникающие требования к подготовке учителей актуализируют проблемы использования компьютера в обучении. В этой области проведено и ведётся много исследований как за рубежом, так и в России. Различные аспекты данной проблемы отражены в работах педагогов, психологов, методистов: А.К. Айламазяна, Б. С. Гершунского, В.А. Далингера, А.П. Ершова, Л,Г. Кузнецовой, В.В, Лаптева, М.П. Лапчика, В.Р. Майера, Е.И. Машбица, В.М. Монахова, Н.И. Пака, С. Позднякова, И.В. Роберт, З.В. Семёновой, О.Г. Смоляниновой, Н.Ф. Талызиной, O.K. Тихомирова, СИ. Шапиро, М.В. Швецкого, Е. Шустрова, Т.А. Яковлевой и многих других. За рубежом этими же проблемами занимаются A. Bork, К.А. Hail, D.H. Jonassen, J.R. King, J.-M. Laborde, M.D. Merrill, S. Papert и др.
Существует несколько направлений в использовании компьютера при обучении. В 19S0 году Тейлор определил 3 назначения компьютера в обучении: как предмета обучения (изучение устройства, функционирования компьютера, получение основных навыков работы с ним), как преподавателя (создание контрольно-обучающих программ), как рабочего инструмента. [78, с.123]. Использование компьютера как предмета обучения было актуально на этапе становления компьютерной грамотности. Следующий этап информатизации характеризовался повсеместной разработкой педагогических программных средств и контрольно-обучающих программ, низкую эффективность которых в настоящее время
отмечают специалисты [41]. На данном этапе компьютеризации образования основной задачей является формирование информационной культуры обучаемого [99]. Поэтому сегодняшняя тенденция - использование компьютерных технологий в качестве инструмента познания в рамках конструктивистских методов обучения.
В качестве инструментов познания в изучении различных дисциплин рассматривается использование баз данных, электронных таблиц, экспертных систем, создание гипермедиа и др. Практически в любой методике обучения математическим дисциплинам, черчению важнейшая роль отводится графическим образам, наглядности. В частности, при обучении геометрии и черчению определяющее значение имеет графическая компонента. В этой связи представляет интерес рассматривать как инструмент познания средства компьютерной графики, которые не только обеспечивают наглядность и доступность графического представления информации, но и способствуют развитию пространственного воображения, логического мышления, повышают мотивацию обучения.
Технологии компьютерной графики базируются на фундаментальных знаниях, в первую очередь - геометрии, информатики и черчения. В настоящее время компьютерная графика сформировалась как наука. Поэтому актуальным становится изучение основ компьютерной графики на всех уровнях образования, включая школу. Необходима концепция внедрения отдельного курса компьютерной графики в систему подготовки студентов педагогических вузов, а также методическая проработка применения ее технологий в качестве инструмента познания при изучении
математических дисциплин, например, при обучении геометрии и черчению.
Подобный курс компьютерной графики и геометрического
моделирования должен учитывать специфику комплексной
подготовки студентов математических факультетов педагогических вузов. Как известно, геометрическая подготовка учителя математики нуждается в существенном улучшении, а традиционные методы перестают отвечать требованиям современности, что и определяет АКТУАЛЬНОСТЬ проведённого исследования.
ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ:
Несоответствие методов преподавания геометрии и черчения в школе и в вузе уровню развития информационных технологий, в частности, технологий компьютерной графики,
ЦЕЛЬ диссертационного исследования:
Совершенствование учебного процесса по геометрии и черчению в педвузе на основе использования технологий компьютерной графики и геометрического моделирования.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: курсы компьютерной графики и геометрического моделирования, геометрии, машинного черчения.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: технологии компьютерной графики в учебном процессе.
Исследования проводились, исходя из следующей
ГИПОТЕЗЫ:
Использование технологий компьютерной графики в учебном процессе для студентов математических факультетов усиливает их геометрическую, информационную и методическую подготовку.
Эффективность применения технологий компьютерной графики в курсах геометрии и черчения повышается при внедрении в учебный процесс отдельного курса компьютерной графики.
Использование нелинейных технологий в компьютерно-ориентированных методиках обучения способствует выработке навыков научно-исследовательской работы студентов.
Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы были поставлены следующие
ЧАСТНЫЕ ЗАДАЧИ:
1. Провести анализ состояния исследуемых проблем в психологии, педагогике, методике преподавания геометрии, практике вузовского обучения.
2.Разработать методику применения технологий компьютерной графики, выступающих как инструмент познания в обучении геометрии и черчению в вузе.
3.Разработать курс "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для студентов математических факультетов педагогического вуза.
4 .Разработать методику преподавания курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" с использованием нелинейных технологий обучения: компьютерного моделирования и проектного метода.
5Лровести экспериментальную апробацию разработанного курса и методики его преподавания.
6.Подготовить методические рекомендации для преподавателей и учителей по машинному черчению и компьютерной поддержке некоторых тем курса геометрии.
Для решения поставленных задач использовались следующие
МЕТОДЫ:
анализ психолого-педагогической, методической, специальной литературы по проблеме диссертации;
анализ опыта работы преподавателей вузов и школ в области геометрии, компьютерной графики, информатики и черчения;
психолого-педагогический анализ учебно-познавательной деятельности студентов;
педагогические наблюдения, беседы, анкетирование;
педагогический эксперимент. Экспериментальное исследование проводилось по следующим направлениям:
1)вьгяснение того, как влияет разработанная методика использования технологий компьютерной графики на учебный процесс по геометрии и черчению в педвузе;
2)могут ли выпускники математического факультета применять такую методику при обучении школьников математике и, если да, то какие это даёт результаты;
3)как влияет на качество знаний по геометрии, информатике и черчению введение курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" на математическом факультете.
В результате исследований по первому направлению была подтверждена целесообразность применения активных методов использования компьютера в обучении геометрии и черчению. Было отмечено также более глубокое усвоение знаний до геометрии и черчению практически всеми студентами экспериментальной группы и развитие у них навыков исследовательской и проектной деятельности.
Следующий этап экспериментального исследования проводился в школах г. Железноґорска. Выяснилось, что многие выпускники
Красноярского педуниверситета успешно применяют полученные знания при обучении школьников. Были проведены два контрольных среза в 1996 и 1997 гг. в школе 91, которые показали повышение уровня знаний учащихся в экспериментальном классе,
С целью установления влияния курса компьютерной графики и геометрического моделирования на уровень знаний студентов были предложены вопросы, сгруппированные по темам: геометрия, информатика и компьютерная графика, студентам экспериментальной группы (где читался данный курс) и контрольной группы (где использовались элементы компьютерной графики в преподавании геометрии). Количественный и качественный анализ результатов опроса позволил сделать вывод о том, что изучение технологий компьютерной графики в рамках отдельного курса способствует повышению уровня знаний не только по компьютерной графике, но и по информатике и, главным образом, по геометрии.
В результате всего экспериментального исследования получила
подтверждение гипотеза о том, что активное использование
технологий компьютерной графики в учебном процессе студентами
математического факультета усиливает их геометрическую,
информационную и методическую подготовку, а также тот факт, что
эффективность применения технологий компьютерной графики в курсе
геометрии повышается при внедрении в учебный процесс отдельного
курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование".
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит:
в разработке методики использования технологий
компьютерной графики как инструмента познания на занятиях по геометрии и черчению в педвузе.
в разработке структуры и содержания курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для студентов математических факультетов педагогических вузов.
в разработке методики преподавания курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" с использованием нелинейных технологий обучения: компьютерного моделирования и учебно-проектной деятельности. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования заключается
в том, что:
внедрены в практику преподавания курсы компьютерного черчения и "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для студентов математического факультета педагогического университета;
разработана методика организации занятий по курсу "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" с использованием нелинейных технологий: , метода проектов, компьютерного моделирования;
разработаны методические рекомендации для проведения занятий по черчению и геометрии с использованием технологий компьютерной графики;
Результаты исследования" могут быть внедрены в учебный процесс педагогических вузов и других образовательных учреждений,
АПРОБАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ результатов исследования осуществлялась в Красноярском государственном педагогическом университете. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференции "Гуманизация и демократизация учебно-воспитательного процесса в педвузе и школе" (г. Красноярск, 1991), на Всероссийском семинаре преподавателей математики педвузов
"Проблемы двухступенчатой подготовки учителя математики в педвузах" (г. Липецк, 1993), на межвузовской научно-методической конференции с международным участием (г. Красноярск, Политехнический университет, 1994), на международной конференции "Подготовка преподавателя математики и информатики для высшей и средней школ" (г. Москва, 1994), на конференции "Новые информационные технологии в педагогическом образовании" (г, Магнитогорск, 1995), на региональной конференции "Компьютерные технологии в школьном образовании" (г. Красноярск, 1995), на второй межрегиональной конференции "Проблемы информатизации региона. Информатизация образования" (г.Красноярск, 1996), на международной научно-практической конференции "Новые информационные технологии в университетском образовании" (^Новосибирск, НИИ МИОО НГУ, 1997), на международной конференции "Inquiry-based Geometry through the Secondary Curriculum" (США, Миннесота, 1997), на научно-методических семинарах кафедр геометрии и информатики КГПУ, на расширенном заседании кафедры методики преподавания математики ОмГУ (27 октября 1997 г.).
Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, содержит 3 схемы, 7 таблиц, 20 рисунков, 1 гистограмму.
Автор считает своим долгом- выразить глубокую -благодарность профессору, к.п.н. Майеру Р.А, доценту, к.п.н. Пономарёвой Н.Н. и профессору, д.ф.-м.н. Ровенскому В.Ю. за помощь, оказанную при подготовке этой диссертации. Кроме того, автор признателен всем сотрудникам кафедр геометрии и информатики Красноярского педагогического университета за ценные советы и замечания.
Г л а в а 1
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ И ЧЕРЧЕНИЯ В ПЕДВУЗЕ
1. Проблемы совершенствования учебного процесса и пути их разрешения
Долгие годы формирования гармонически развитой личности, нацеленного главным образом на её всестороннюю образованность, привели нас к восприятию ребёнка, как некоторой обобщённо-усреднённой модели ученика. Предполагалось, что такой ученик, получив стандартный набор знаний, умений, навыков, будет неплохо ориентироваться в потоке информации, успешно трудиться на благо общества. Как показывают наблюдения за абитуриентами, анализ учебной деятельности студентов, выводы методистов и преподавателей мы не получили такого субъекта познания и потеряли для большей части обучаемых их неповторимую индивидуальность, так как не уделили должного внимания развитию их познавательной деятельности и творческих способностей.
Проблема развития познавательной деятельности и творческих способностей - одна из насущных проблем в обучении студентов педвузов. Актуальность этой проблемы была осознана уже в конце 80-х годов. На Всесоюзном съезде работников народного образования СССР (декабрь 1988 г.) были выработаны некоторые притщипьі перестройки учебного процесса в школе, что накладывает определённые требования на подготовку специалистов для школы. Главные из них - принцип гуманизации и принцип демократизации обучения. Гуманизация учебно-воспитательного процесса
предполагает, прежде всего, приоритетной ценностью считать личность ученика. Ученик должен выступать, не как объект педагогического воздействия, а как субъект познания и общественного развития. Кроме того, содержание учебных курсов должно быть более 'Человечно", эмоционально, связано с историей развития науки и в целом общества. Демократизация образования - это, главным образом, новый уровень взаимоотношений учителей и учащихся, основанный на взаимоуважении, доверии, совместном творчестве.
Совместное творчество предполагает формирование у учащихся самостоятельности, познавательной активности и нестандартного мышления, что и получило развитие в деятельностном подходе в образовании^ предложенном В.В. Давыдовым.
Совместное творчество в процессе обучения не должно подавлять индивидуальность ребёнка. Индивидуализация процесса обучения вызывает его дифференциацию, то есть различия в уровнях требований по предмету. При этом, выделяется базовый уровень, обязательный для всех, а переход на более высокие уровни осуществляется. в соответствии со способностями и склонностями учащегося.
Дифференциация предполагает индивидуальный подход в обучении, хорошую обратную связь в ходе усвоения материала, что невозможно при коллективном методе обучения без технических средств. Это отмечают многие специалисты [28, 45, 57, 74, 80, ПО, 131], говоря о новых информационных технологиях обучения, которые позволят соединить воедино процессы изучения, закрепления и контроля усвоения учебного материала.
В настоящее время имеется большое количество исследований, отражённых в психолого-педагогической, методической литературе по
проблемам гуманизации и демократизации, индивидуализации и дифференциации учебного процесса, проблемам реализации деятельностного подхода в обучении и активизации познавательной деятельности обучаемых. Данной проблематике посвящены работы В.В, Давыдова, В.М. Монахова, Г.И. Саранцева, Н.Л. Стефановой, Г.Л. Луканкина и многих других.
На сегодняшний день актуальной остаётся проблема профессиональной подготовки учителя математики. При этом основными составляющими такой подготовки являются: профессионально-педагогическая направленность обучения, научно-теоретическая и практическая направленность методической подготовки, реализация личностно-деятельностного подхода при подготовке специалистов, вооружение специалистов современными педагогическими и информационными технологиями (А.Г. Мордкович [82], Г.Л. Луканкин [62], В.Б. Гисин [30], Н.Л. Стефанова [128], ИА. Новик [86]). Особую роль в системе методической подготовки будущего учителя, по мнению В.М. Монахова и Н.Л. Стефановой, играют технологические знания [81].
Известно, что графическая компонента - одна из важнейших составляющих при подготовке учителя математики и черчения. А.Д. Ботвинников и Б.Ф. Ломов отмечают "огромную роль графической деятельности в развитии мышления и познавательной деятельности" обучаемых, выделяя при этом существенные стороны графической подготовки; развитие наглядно-образного и логического мышления, развитие подвижности пространственных представлений, формирование умения извлекать из графических средств наглядности информацию под разным углом зрения [20, с. 27]. Особого внимания сегодня заслуживает проблема развития пространственного
воображения обучаемых, как одного из составляющих графической подготовки (следуя А. Д. Ботвинникову, Б. Ф. Ломову). Этой проблематике посвящены работы Г.Д. Глейзера и И.С. Якиманской [31, 149] и многих других. Г.И. Саранцев и Л.Ф. Черникова придают большое значение работе с готовыми чертежами путём составления с их помощью задач и выполнения различных упражнений. При этом они отмечают увеличение темпа работы, активизацию мыслительной деятельности, повышение творческой активности [120, 141]. Г.Н. Никитина выделяет ряд методических приёмов для развития пространственных представлений студентов, среди которых, по-нашему мнению, наиболее эффективными в рамках компьютерных технологий обучения являются: создание целостного геометрического образа с опорой на наглядность; создание ситуаций, способствующих активному оперированию геометрическим образом; творческое конструирование новых геометрических образов [85].
О новых технологиях обучения Изменяются условия жизни, компьютеризация выводит науку на новый уровень. Современное общество предъявляет новые требования к молодым специалистам в связи с интенсивным процессом информатизации и меняющейся конъюнктурой рынка труда. Всё это коснулось и системы образования, так как она призвана подготовить человека к полнокровной жизни и успешной трудовой деятельности в этом обществе. "Основное противоречие современной системы образования противоречие между быстрым темпом приращения знаний в современном мире и ограниченными возможностями их усвоения индивидом. Это противоречие заставило педагогическую теорию отказаться от абсолютного образовательного идеала
(всесторонне развитой личности) и перейти к новому идеалу -максимальному развитию способностей человека к самореализации (или самообразованию)". [118, с.36]. Традиционные методы обучения перестали отвечать требованиям современности. Поэтому требуется переосмысление содержания и методов обучения различным дисциплинам, в первую очередь фундаментальным.
Это нашло отражение в новой концепции высшего образования, направленной на коренное изменение технологии обучения. "Технологии обучения - это способ реализации содержания обучения, предусмотренного учебными программами, ггредставляющий систему форм, методов и средств обучения, обеспечивающих наиболее эффективное достижение поставленных целей." [118, с.31]. Одним из перспективных направлений новых технологий обучения является развитие умения обучаемого самостоятельно приобретать новые знания. Известный исследователь Сеймур Пейперт подчёркивает в своих работах, что "знания о самом учении, то есть знания о том как следует учиться" - более важная область изучения для детей, чем конкретный предмет. [100, с.14]. Ещё Ж. Руссо провозгласил свой идеал воспитания ребёнка: "Моя цель - не сообщать ему науку, а научить его приобретать её по мере надобности." [77, с. 113].При этом мотивация приобретения новых знаний - это заинтересованность обучаемого в разрешении поставленных перед ним учебных проблем, участии в лабораторных проектах и т.п. "Когда учебно-познавательной активности ученика естественно придаётся исследовательский характер, то говорят об исследовательском методе обучения или методе открытий." [77, с. 114]. На основе переоткрытия известных законов обучающийся "конструирует мир"[54, с.19]. Швейцарский психолог Ж. Пиаже ассоциирует образ обучающегося с "зодчим,
возводящим структуры собственного интеллекта" [102]. Важную роль в этом процессе обучения через открытие играют новые информационные технологии (ВИТ) образования.
2. Роль компьютеров в обучении
Роль компьютеров в обучении была исследована многими педагогами, психологами, методистами. Методологические аспекты использования НИТ в обучении отражены в работах А.К. Айламазяна, Б.С. Гершунского, В.А. Далингера, А.П. Ершова, Л.Г. Кузнецовой, В.В. Лаптева, МП Лапчика, В.Р. Майера, Е.Й. Машбица, В.М. Монахова, Н.И. Пака, С. Позднякова, И.В. Роберт, З.В. Семёновой, О.Г. Смоляниновой, Н.Ф. Талызиной, ОХ Тихомирова, СИ. Шапиро, М.В. Швецкого, Е, Шустрова, ТА Яковлевой, A. Bork, К.А. Hall, D,H. Jonassen, J.R. King, J.-M. Laborde, M.D. Merrill, S. Papert и многих других.
Использование компьютера как средства индивидуализации и дифференциации процесса обучения, учитывающего индивидуальный темп усвоения, предпочтительные способы запоминания обучаемого, степень помощи учителя рассмотрен в работах А.К. Айламазяна, В.А. Далингера, С.Г. Зуева, А.С. Калитвина, В.Т. Петровой, ОЛ. Радченко, И.В. Роберт, Н.Г. Рыженко, А.Я. Савельева, Э.П. Семенюка и др.
Роль компьютера как средства подготовки учащихся к самостоятельной деятельности в отыскании способов решения, постановке задач, отборе нужной информации отражена в исследованиях А.К. Айламазяна, В.А. Байдака, В.А. Далингера, С.Г, Зуева, О.П. Радченко, Н.В. Чекалевой и др.
Много написано об успешном применении компьютерной техники для контроля усвоения знаний.
Новые компьютерные технологии способствуют формированию новых видов и форм деятельности обучаемых. Например, компьютерное моделирование и экспериментирование. Об этом пишут АХ Айламазян, А.П. Ершов, Н.И. Пак, О.П. Радченко, О.Г. Смолянинова, А.Л. Семёнов и др. "Новые формы деятельности влияют на психологию и сознание человека. И не только влияют, но изменяют их, более того - формируют." - пишет чл.-кор. АПН СССР В.П. Зинченко. Через новые формы деятельности реализуется дидактический принцип активности и сознательности обучения. Использование компьютеров при обучении активизирует знания учащихся, способствует развитию, их интеллектуальной и творческой активности - "деятельности в новых условиях, требующих специальных подходов к совершаемым предметным действиям, нахождению новых способов." [140, с. 26]. Важность принципа сохранения и поддержания максимальной активности человека при взаимодействии с ЭВМ подчеркивает в своих исследованиях психолог О.К. Тихомиров [134, с.176].
Велико влияние компьютерного обучения на развгтгие мыслительной деятельности человека. Об этом говорит В.М. Монахов: "ЭВМ формирует качественно иной характер мышления" [123, с. 130]. Этот факт отмечен в исследованиях B.C. Гершунского, АЛ. Ершова, В.А. Далингера, М.П. Лапчика, Н.А. Садовской, O.K. Тихомирова. Компьютерная деятельность выводит на новый уровень такие категории как логическое мышление, пространственное воображение, конструктивные навыки. Действительно, логическое мышление особенными средствами строит, оперирует, идеализирует и преобразует объекты, И эти средства - модели. [136, с. 9]. Компьютерное же обучение в основном представляет собой
моделирование явлений, процессов, взаимоотношений и т.д. Компьютер - эффективное средство формирования навыков и умении графического конструирования, геометрической интуиции, пространственных представлений. (В.А. Далингер, В.Р. Майер, О.П. Одинцова, В.Ю. Ровенский, СР. Удалов). Этот факт свидетельствует о важности использования компьютера в преподавании черчения. По словам А. Д. Ботвинникова "в методике черчения в особенности до сего времени мало внимания уделялось инструментальным методам исследования" [20, с. 13]. Вопросам геометрического моделирования и использования ЭВМ в курсе начертательной геометрии посвящены работы В.Я, Волкова, Л.К. Куликова [26], Н.В. Соснина, Н.П. Клевцова [127] и других. Автоматизированное проектирование формирует техническое мышление, повышает долю интеллектуального труда обучаемого.
Кроме того, как пишет O.K. Тихомиров: "использование данных ЭВМ приводит к качественному изменению процессов целеобразования, что выражается в раскрытии гфинципиально новых, недоступных без использования данных ЭВМ свойств предметной ситуации, в изменении предметного содержания формулируемых в ходе решения целей, его структуры, расширения зоны самостоятельного селективного поиска и видоизменения его уровня." [134, с. 177].
Практически все исследователи доказали повышение эффективности обучения при помощи компьютерной техники. В работах этих авторов получили развитие вопросы методики и технологии применения компьютеров в учебном процессе, психолого-педагогические аспекты информатизации образования. При этом активно разрабатывалось соответствующее программное обеспечение
и методическая поддержка (предметно-ориентированные учебные среды, компьютерные обучающие системы, педагогические программные средства).
В рамках концепции развивающего обучения особо приоритетным стало направление по разработке технологий компьютерного моделирования.
Таким образом, проблеме компьютерного обучения уделяется в исследованиях психологов, педагогов и методистов достаточно большое и серьёзное внимание, ими доказана положительная роль компьютера в учебном процессе.
Проблемы использования педагогических программных средств " Обучать с помощью компьютера можно по-разному. Наиболее распространён в наших школах и вузах метод, основанный на проведении компьютерного урока (занятия) с использованием компьютерных обучающих программ (КОП), педагогических программных средств (ГІПС) и т.п. Взаимодействие обучаемого с такой компьютерной системой часто сводится к ответу на вопрос и нажатию соответствующей кнопки. При данной технологии в основном используются быстрота обработки информации" компьютером (для осуществления контроля), многообразие способов представления информации (текст, графика, звук). В течение прошедших нескольких лет активно разрабатывались теории и технологии создания обучающе-контролирующих программ, педагогических программных средств. Такие ППС предполагалось создать по каждому учебному предмету, разработать методики их применения на занятиях. При этом, математический" курс был представлен, в основном, такими темами: (арифметика, действия с дробными числами, площади,
многоугольники, тригонометрия, графики функций, векторы, вероятность, теория чисел [48, 49]).
Однако, ожидаемого эффекта от внедрения ППС, а следовательно, их широкого распространения мы не получили-Попробуем проанализировать причины этого явления.
Во-первых, ППС - это программный продукт, создать который рядовому учителю не по силам, так как он не обладает достаточными навыками программирования, техническими средствами и временем.
Во-вторых, привлекаемые для этой работы специалисты по программированию затрудняются, а порой и вовсе не могут реализовать педагогические и методические приёмы, которые использует в своей работе учитель.
В-третьих, программные средства, созданные разными специалистами, разнородны, узкоспециализированы и ориентированы на методику преподавания автора. Поэтому, даже приобретя через фонд или иными путями и имея в своём дрсенале большой набор ППС, учителю трудно увязать их друг с другом и включить их в учебный процесс, так как их автономное написание не предполагает никакой взаимосвязи.
В-четвёртых, конкретное ППС ориентировано на конкретный тип компьютерной техники. Такого типа компьютеров в распоряжении учителя может не быть вообще, может быть мало, либо это, наоборот, устаревшие и неперспективные модели.
В-пятых, и это, думается, - самое главное - работа с готовой обучающей программой мало способствует развитию творческих способностей, нестандартного мышления, навыков исследовательской деятельности обучаемого. Словом, развивающие функции обучения реализуются слабо.
Низкую эффективность компьютерных обучающих программ отмечает и директор РосНИИ информационных систем А.О. Кривошеев, выделяя при этом большую трудоёмкость их создания и сложность модификации. [54, с. 15].
Отсюда не следует, что ППС - неверно выбранный различными образовательными структурами путь усовершенствования процесса обучения. По нашему мнению, на данном этапе компьютеризации образования не достаточно применять компьютер только в таком аспекте.
Использование компьютера как инструмента познания
Интенсивное развитие компьютерных технологий и международных информационных сетей привело к рассмотрению и применению компьютера не только как нового технического средства обучения, но и как "инструмента познания", с помощью и посредством которого обучаемый строит собственную модель знаний. При этом идёт переориентация деятельности преподавателя с информационной на организационную. Приоритетным становится руководство самостоятельной учебно-познавательной, научно-исследовательской и профессионально-практической деятельностью студентов.
Это - принципиально новая технология обучения. "Инструментами познания являются различные компьютерные средства, предназначенные для организации и облегчения процесса познания" [42, с. 117]. При этом "учащиеся выступают в роли разработчиков, когда они используют компьютеры в качестве инструмента познания для анализа мира, получения собственных знаний и представления этих знаний другим людям" [там же].
Ещё в 1981 году директор американской фирмы по созданию и внедрению программного обеспечения Р. Эйнсуорт писал, что "идею компьютера как инструмента творчества ещё только предстоит осознать " [123, с. 73].
Сейчас всё большее количество зарубежных и отечественных исследователей рассматривает компьютер как "инструментарий интеллектуальной лаборатории человека". Это отражено в работах С.Н. Боранбаева, Д.Х. Джонассена, Петровой, Л.Б. Переверзева, АЛ. Семёнова, Э.П. Семенюка, С. Пейперта и др.
В ряде зарубежных стран, например, Франции, США, Японии накоплен опыт по использованию новых информационных технологий образования, где компьютер играет именно такую роль. Известные исследователи и практические разработчики S. Papert (Массачусетский институт технологии, США), J. Uhl (университет Иллинойса, США), X-М. Laborde (университет Ж.Фурье, Гренобль, Франция), J. King (Вашингтонский университет, США), М. Serra (Сан-Франциско, США) являются авторами популярных книг и учебников по математике, в частности по геометрии. Методика преподавания, предложенная ими, целиком опирается на "открытие геометрии" с помощью использования компьютера как инструмента творчества. Такой метод преподавания и изучения различных дисциплин математического цикла успешно применяется в США и Европе на протяжении последних лет и даёт положительные результаты. Студенты, занимаясь исследовательской работой в рамках учебного проекта, не только углубляют знания и практические навыки, но и осознают универсальность математического аппарата, учатся самостоятельному приобретению знаний.
В России исследования в этом русле ведутся в Московском институте новых технологий образования, Санкт-Петербургском институте продуктивного обучения, Центре профессионального обновления "Информатизация образования" и других крупных научных центрах страны.
Тем не менее это перспективное направление ещё не получило широкого освещения в печати и распространения в наших школах и вузах. Большие трудности в нашей стране, несомненно, представляет недостаточное материальное обеспечение и неразвитость информационных сетей. Однако, дело не только в этом: по исследованиям американских психологов (research by Joyce et al.) 10% учителей вообще не приемлют новых идей в преподавании; другие 10% - согласны их использовать при условии, что они (новые методики) прошли успешную апробацию коллегами; 70% - не предпринимают никаких попыток усовершенствования, довольствуясь существующим положением вещей; и только 10% ведут активные поиски усовершенствования и повышения эффективности образовательного процесса (David Olson, Michigan Technological University).
Таким образом, качество обучения как бы ставится в зависимость от уровня компетентности преподавателя. Применение современных информационных технологий уменьшает эту зависимость путём введения системы дистанционного образования. Дистанционное обучение способствует доступности знаний, предоставляя равные возможности учащимся независимо от социального положения и места жительства. Проблемам дистанционного образования в России посвящены работы А.К. Айламазяна, В.Г. Домрачева, А.Ж. Жафярова,
А.Д. Иванникова, Н.И. Пака, А.Я. Савельева, А.Н. Тихонова и др.
Технологии компьютерной графики как инструмент познания
Обзор зарубежного опыта позволяет выделить следующие компьютерные технологии, рассматриваемые в качестве инструмента познания: базы данных, электронные таблицы, семантические сети, экспертные системы, создание гипермедиа и мультимедиа. [42]. Мы в своём исследовании остановили выбор на рассмотрении технологий компьютерной графики как инструмента познания. Такое внимание, уделяемое компьютерной графике не случайно, и обусловлено следующими факторами:
а)технологии компьютерной графики и геометрического моделирования являются прекрасным средством познания мира (они дают возможность визуализации сложных объектов, их конструирования и моделирования на экране, исследования их свойств и взаимоотношений);
б)графическая компонента - одна из важнейших составляющих процесса обучения математическим дисциплинам, в частности геометрии, а также черчению.
Ещё А.Д. Ботвинников и Б.Ф. Ломов писали, что в "системе "человек и техника" графические средства информации приобретают всё большее значение" [20, с. 51]. А Ю. В. Котов и А А.' Павлова в учебном пособии "Основы машинной графики" делают вывод о том, что "Наглядность и доступность графического представления информации, мощные изобразительные возможности обеспечивают машинной графике прочное место в учебном процессе. Известно, что многие разделы математики, физики, информатики и других дисциплин могут быть достаточно успешно освоены только с
привлечением зрительных образов, графических изображений и иллюстраций." [53, с. 9].
Преподавание геометрии в любом учебном заведении всегда вызывает немало проблем. Как совместить дедукцию и наглядность, логику и интуицию? Дедуктивный характер геометрической науки труден для восприятия обучаемых, с другой стороны "геометрия и поныне является прекрасным предметом для применения сократического и эвристического методов" [137, с, 36].
Анализ вступительных экзаменов, опыта работы преподавателей технических и педагогических вузов, анализ учебного процесса обучения первокурсников геометрии свидетельствует о невысоком уровне знаний по школьному курсу, низкой познавательной активности ребят. Кроме того, практически отсутствует умение использовать знания из других областей науки (в частности, информатики) при изучении геометрии. Для подавляющего большинства студентов первого курса как технических вузов, так и педагогического (будущих учителей), геометрия, информатика и черчение - самостоятельные оторванные друг от друга дисциплины. Знания и умения из области одного предмета, как правило, не находят применения и не способствуют изучению другого предмета, приобретению новых знании. "Основой связи черчения с математикой является общность целей развития мышления учащихся в процессе выявления пространственных свойств и отношений предметов, необходимость привлечения графических знаний и навыков для выявления этих свойств и отношений и невозможность овладения графической деятельностью без опоры на сознательное использование геометрических понятий." [20, с. 225]. В усилении взаимосвязей геометрии, информатики и черчения, по-нашему мнению,
существенную помощь может оказать использование компьютерных технологий, в частности технологий компьютерной графики, при обучении геометрии и черчению.
Преподавание геометрии и черчения в любом учебном заведении должно удовлетворять ряду требований. Мы в своём исследовании выделяем пять требований, являющихся, по-нашему мнению, наиболее важными. Применение технологий компьютерной графики в учебном процессе эффективно способствует удовлетворению этих требований (см. таблицу 1).
Таблица 1.
. В связи с этим возникает необходимость в разработке методики использования технологий компьютерной графики как инструмента познания при обучении геометрии и черчению в педагогическом вузе.
Таким образом, анализ научно- методической литературы показал, что актуальными проблемами подготовки учителя математики на сегодняшний день являются проблемы профессиональной; в частности, методической направленности обучения, проблемы
познавательной активности студентов, развития пространственного воображения и логического мышления, усиления междисциплинарных взаимосвязей, проблемы современной графической подготовки.
Решение этих проблем осуществляется путём модернизации содержания образования и технологий обучения, выраженных в принципах гуманизации, демократизации, индивидуализации учебного процесса, деятельностного подхода в обучении, технологий самостоятельного приобретения знаний и др. Использование информационных технологий во многом способствует решению указанных проблем, но эффективность применения компьютерных технологий в обучении на данном этапе компьютеризации существенно возрастает, когда они используются как инструменты познания. Однако, этот аспект компьютерного обучения ещё не достаточно изучен.
Представляется, что разработка методики применения компьютерных технологий, в частности технологий компьютерной графики, при обучении геометрии и черчению позволит более эффективно решать современные проблемы подготовки учителя математики и черчения в педагогическом вузе.
Проблемы совершенствования учебного процесса и пути их разрешения
Долгие годы формирования гармонически развитой личности, нацеленного главным образом на её всестороннюю образованность, привели нас к восприятию ребёнка, как некоторой обобщённо-усреднённой модели ученика. Предполагалось, что такой ученик, получив стандартный набор знаний, умений, навыков, будет неплохо ориентироваться в потоке информации, успешно трудиться на благо общества. Как показывают наблюдения за абитуриентами, анализ учебной деятельности студентов, выводы методистов и преподавателей мы не получили такого субъекта познания и потеряли для большей части обучаемых их неповторимую индивидуальность, так как не уделили должного внимания развитию их познавательной деятельности и творческих способностей.
Проблема развития познавательной деятельности и творческих способностей - одна из насущных проблем в обучении студентов педвузов. Актуальность этой проблемы была осознана уже в конце 80-х годов. На Всесоюзном съезде работников народного образования СССР (декабрь 1988 г.) были выработаны некоторые притщипьі перестройки учебного процесса в школе, что накладывает определённые требования на подготовку специалистов для школы. Главные из них - принцип гуманизации и принцип демократизации обучения. Гуманизация учебно-воспитательного процесса предполагает, прежде всего, приоритетной ценностью считать личность ученика. Ученик должен выступать, не как объект педагогического воздействия, а как субъект познания и общественного развития. Кроме того, содержание учебных курсов должно быть более Человечно", эмоционально, связано с историей развития науки и в целом общества. Демократизация образования - это, главным образом, новый уровень взаимоотношений учителей и учащихся, основанный на взаимоуважении, доверии, совместном творчестве.
Совместное творчество предполагает формирование у учащихся самостоятельности, познавательной активности и нестандартного мышления, что и получило развитие в деятельностном подходе в образовании предложенном В.В. Давыдовым.
Совместное творчество в процессе обучения не должно подавлять индивидуальность ребёнка. Индивидуализация процесса обучения вызывает его дифференциацию, то есть различия в уровнях требований по предмету. При этом, выделяется базовый уровень, обязательный для всех, а переход на более высокие уровни осуществляется. в соответствии со способностями и склонностями учащегося.
Дифференциация предполагает индивидуальный подход в обучении, хорошую обратную связь в ходе усвоения материала, что невозможно при коллективном методе обучения без технических средств. Это отмечают многие специалисты [28, 45, 57, 74, 80, ПО, 131], говоря о новых информационных технологиях обучения, которые позволят соединить воедино процессы изучения, закрепления и контроля усвоения учебного материала.
В настоящее время имеется большое количество исследований, отражённых в психолого-педагогической, методической литературе по проблемам гуманизации и демократизации, индивидуализации и дифференциации учебного процесса, проблемам реализации деятельностного подхода в обучении и активизации познавательной деятельности обучаемых. Данной проблематике посвящены работы В.В, Давыдова, В.М. Монахова, Г.И. Саранцева, Н.Л. Стефановой, Г.Л. Луканкина и многих других.
На сегодняшний день актуальной остаётся проблема профессиональной подготовки учителя математики. При этом основными составляющими такой подготовки являются: профессионально-педагогическая направленность обучения, научно-теоретическая и практическая направленность методической подготовки, реализация личностно-деятельностного подхода при подготовке специалистов, вооружение специалистов современными педагогическими и информационными технологиями (А.Г. Мордкович [82], Г.Л. Луканкин [62], В.Б. Гисин [30], Н.Л. Стефанова [128], ИА. Новик [86]). Особую роль в системе методической подготовки будущего учителя, по мнению В.М. Монахова и Н.Л. Стефановой, играют технологические знания [81].
Методические уровни использования технологий компьютерной графики при компьютерно-ориентированном преподавании геометрии и черчения в педвузе
1 .Методические уровни использования технологий компьютерной графики при компьютерно-ориентированном преподавании геометрии и черчения в педвузе Компьютер настолько универсальное средство, что область его применения чрезвычайно широка. В основном компьютер - это средство повышения производительности труда пользователя (бухгалтера, конструктора, учёного), работающего с прикладной программой. Роль компьютеров в обучении не менее важна и заключается не столько в повышении производителькости труда преподавателя, сколько в изменении самой технологии обучения.
Специалистами НИИ проблем высшей школы обоснована закономерность зависимости качества знаний студентов от использования Б учебной работе средств обучения. Отмечается, что применение средств обучения "помогает удовлетворить и в максимальной мере развить познавательные интересы учащихся; повышает наглядность обучения и, как следствие этого, делает доступным для учащихся такой учебный материал, который без применения средств обучения недоступен или труднодоступен; интенсифицирует труд учащихся и тем самым позволяет повысить темп изучения учебного материала, увеличить объём самостоятельной работы учащихся." [143, с. 254]. При этом выделяются материальные, связанные с возбуждением интереса и внимания, освоением существенно новых действий, и идеальные, связанные с пониманием материала, логикой рассуждений, развитием интеллекта, средства обучения. [76, с. 9]. В связи с этим представляется возможным рассматривать компьютер как материальное+идеальное средство обучения. У "нематематиков" достаточно много материальных средств обучения: биологи имеют природные объекты, физики - приборы, химики - реактивы, ин. яз. - лингафоны. Математики же работают только с абстракцией, использую лишь таблицы, модели. А как создать модель объекта, если его даже мысленно трудно представить? Теперь математики имеют прекрасное материальное средство визуализации абстракций и идеальное средство реализации возможностей математического аппарата - компьютер.
Использование компьютера как "инструмента познания" даёт возможность осуществлять процесс обучения на основе метода переоткрытий, излагать математику как - вид деятельности. Г.фройденталь отмечал, что именно "Геометрия предоставляет возможность делать открытия" [137, с. 40], в процессе которых обучаемый сознательно анализирует свою собственную математическую деятельность. Понимание того что ты хочешь делать и зачем - одна из целей обучения математике. Эта технология использования компьютера в обучении достаточно нова и только начинает применяться нашими преподавателями. О том как применить эту технологию при обучении студентов педвуза геометрии и черчению мы и будем вести речь.
Кроме специфики процесса приобретения знаний использование информационных технологий позволяет: максимально реализовать и принцип наглядности при обучении геометрии (компьютерная графика), развивать пространственное воображение и конструктивные способности (моделирование 3-мерных объектов), расширить поле для экспериментов, укрепить взаимосвязи геометрии, информатики и черчения.
При компьютерно-ориентированном преподавании геометрии и черчения в педвузе мы выделяем следующие уровни использования технологий компьютерной графики в обучении:
1 .Программирование на языках высокого уровня (QBasic, Pascal, С).
2.Моделирование в инструментальных графических средах (конструкторские, графические, математические пакеты, например: AutoCAD, CorelDraw, MathCAD, Derive, Maple).
3 .Программирование в среде (использование внутренних ресурсов) какой-либо графической системы.
Постановка курса
Одним из путей повышения эффективности преподавания геометрии и черчения в педагогическом вузе является постановка нового курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" (КГГМ). Потребность в таком курсе возникает прежде всего из необходимости комплексного изучения технологий компьютерной графики, а также необходимости овладения будущими учителями математики информатики и черчения современными технологиями преподавания этих дисциплин.
Внедрение курса КГГМ обеспечивает:
1 .Взаимосвязь и взаимопроникновение геометрии, информатики и черчения, что способствует повышению эффективности обучения этим дисциплинам.
2.Овладение студентами новейшими технологиями получения знаний (инструментальные среды, мультимедиа, базы данных, информационные сети и т.д.)
3 .Базу для реализации новых методик преподавания.
метода лабораторных учебных проектов;
компьютерного тестирования;
дистанционного преподавания.
При моделировании учебного процесса по курсу КГГМ необходимо было предусмотреть его полный цикл от структуры и содержания учебного плана до форм контроля обучения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1)разработатъ структуру и содержание курса КГГМ (назовём это моделью знаний);
2)подобратъ оптимальные методики и технологии обучения; 3)организовать систему контроля,
В данной главе рассмотрим подробно решение первой задачи.
Модель знаний курса для педагогических вузов представлена на схеме 1.
Модульная структура курса КГГМ
Учебный процесс курса спроектирован по модульному принципу. В энциклопедической литературе под модулем (от латинского modulus - мера) понимают унифицированный функциональный самостоятельный блок. Мы понимаем под модулем самостоятельный законченный раздел знаний о некотором явлении, понятии, предметной области. При таком подходе удобно весь объём знаний по предметной области разбить вначале на крупные блоки, представляющие собой комбинацию модулей, а затем провести дробление или детализацию модулей на элементарные подмодули. Элементарный подмодуль - это уже неделимый элемент знания,, который может быть представлен в виде базы данных, информационной модели и т.д.
Приведённая схема показывает, что общая структура курса линейна (блок 2 изучается последовательно за блоком 1). Однако, внутренняя структура каждого блока, состоящего из модулей и подмодулей, не является линейной.
