Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ современного состояния исследований применения информационных технологий в процессе преподавания дисциплин математического цикла в системе среднего профессионального образования 15
1. Анализ методической литературы по применению информационных технологий в образовании 15
2. Анализ стандартных программных продуктов применительно к изучению курса математических дисциплин 42
3. Требования к отбору программных продуктов, использование которых целесообразно при изучении предметов цикла математических дисциплин 65
4. Требования к формированию структуры содержания курса математических дисциплин системы СПО 76
Выводы по Главе 1 82
Глава 2. Структура, содержание и методические аспекты преподавания курса математических дисциплин в системе среднего профессионального образования с использованием ИТ... 85
1. Формирование блочно-модульной уровневой структуры подготовки специалиста для группы специальностей 2200«Информатика и вычислительная техника» 85
2. Уровневые требования к знаниям и умениям специалиста технического профиля в области использования ИТ в курсе математических дисциплин 107
3. Методические аспекты преподавания дисциплин математического цикла с использованием информационных технологий 112
Выводы по Главе 2 117
Глава 3. Педагогический эксперимент 119
1. Цель и задачи эксперимента 119
2. Организация и проведение эксперимента 124
3. Результаты эксперимента 130
Выводы по Главе 3 145
Заключение 147
Библиография 151
- Анализ методической литературы по применению информационных технологий в образовании
- Формирование блочно-модульной уровневой структуры подготовки специалиста для группы специальностей 2200«Информатика и вычислительная техника»
- Цель и задачи эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Современный этап информатизации образования характеризуется активным внедрением профильных курсов информатики во все уровни системы непрерывного образования.
Основополагающие исследования в области подготовки специалистов по информатике и информационным технологиям (ИТ) в условиях информатизации образования на различных его уровнях нашли отражения в трудах Ваграменко Я.А.[30], Зайнутдиновой Л.Х. [73], Козлова О.А. [81,82], Колина К.К. [83], Кравцовой А.Ю. [86], Кузнецова А.А. [89], Кузнецова Э.И. [92], Лапчика М.П. [95], Могилева А.В. [115], Пака Н.И. [120], Панюковой СВ. [122], Роберт И.В. [128-132], Софроновой Н.В. [148] и др. Эти исследования направлены не только на решение проблем структуры и содержания подготовки по информатике, применение информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в целях повышения эффективности учебного процесса, но и на формирование у обучаемых различных навыков и умений для самостоятельного пополнения знаний в рамках курсов информатики.
Важной составляющей частью информатизации современного общества является использование средств ИКТ в образовании. Процесс информатизации этой важнейшей сферы человеческой деятельности создает предпосылки для широкого внедрения информационных технологий в педагогическую практику преподавания различных предметов. В этом направлении ведется много исследований, которые отражены в работах специалистов (Брановский Ю.С. [26], Ваграменко Я.А.[32], Глейзер Г.Д. [42], Джонассен Д.Х. [62], Жданов С.А. [72], Извозчиков В.А. [76], Кузнецов А.А. [91], Лапчик М.П. [97], Майер В.Р. [104, 105], Роберт И.В. [134], и др.).
Темпы усложнения технологических процессов, необходимость обработки значительных объемов информации для принятия решений во всех сферах деятельности человека обозначили проблему быстрого «устаревания» знаний в обществе высокой технологической и информационной культуры, которая, в свою очередь, вызвала к жизни концепцию непрерывного информационного образования (Козлов О.А. [81], Харченко Р.А. [154] и др.). В связи с этим в последние годы значительный импульс приобрели интегративные процессы по созданию университетских комплексов, реализующих по ступенчатому принципу уровни среднего и высшего профессионального образования. Система среднего профессионального образования (СПО), занимающая промежуточный уровень между общим средним и высшим профессиональным образованием, рассматривается как первая ступень при получении высшего профессионального образования1. Перед системой СПО стоит задача -подготовить специалиста соответствующего уровня и профиля, востребованного рынком труда, и в то же время создать базу учебных знаний для получения высшего образования в сокращенные сроки. Оценивая 1 О внесении изменений и дополнений в Закон Российской Федерации «Об образовании», статья 23.-М.: Новая школа, .
6 современный уровень реализации методов и средств информатики и информационных технологий в системе СПО, можно отметить, что он значительно ниже по сравнению со средним и высшим профессиональным образованием. При этом система СПО, занимающая промежуточный между ними уровень, имеет не только общие подходы к подготовке студентов к использованию ИТ, но и свои специфичные для системы проблемы.
Значительно возросшая потребность рынка труда в специалистах, владеющих средствами и методами информатики и ИТ в процессе решения математических задач, а также появление на рынке множества интегрированных программных пакетов, помогающих изучению математики, обозначила три основные группы противоречий между потребностью обучения в области информатики и ИТ в дисциплинах математического цикла и уровнем подготовки специалистов технического профиля системы
1. Преобладание теоретического компонента при изучении курса математических дисциплин по отношению к практической подготовке в области содержания курса и методике его обучения, что не способствует формированию профессиональной базы учебных знаний, а влечет за собой недостаточность реализации принципа пропедевтического обучения и ориентированности на приобретение умений и навыков, диктуемых потребностями рынка труда сегодняшнего дня.
2. Отсутствие в образовательных стандартах СПО четких требований к содержанию обучения в области информатики и информационных технологий в дисциплинах математического, общепрофессионального и специального циклов порождает неопределенность содержания обучения по дисциплинам естественно-научного, общепрофессионального и специального циклов. Это обуславливает отсутствие преемственности, непрерывности и ступенчатости в содержании обучения математике, информационным и коммуникационным технологиям в циклах этих дисциплин.
3. Нереализованность потребности обучаемого в системе СПО на базе основного общего образования в знаниях теоретической информатики, которые являются неотъемлимой частью подготовки специалиста технического профиля, определяет недостаточный уровень формирования базы фундаментальных и прикладных учебных знаний по информационным технологиям.
Таким образом, проблема исследования заключается в противоречии между высоким уровнем развития современных ИТ, реализация возможностей которых определяет пути совершенствования подготовки студентов технического профиля при изучении математических дисциплин, и недостаточным уровнем использования этих возможностей в научно-методических разработках для обучения математическим специальностям в системе СПО.
Объектом исследования является процесс подготовки студентов начального высшего образования технического профиля при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники с использованием ИТ.
Предмет исследования - структура содержания подготовки специалистов технического профиля при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники с использованием ИТ.
Цель исследования состоит в разработке структуры содержания подготовки специалистов среднего профессионального образования технического профиля применительно к изучению автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники с использованием средств ИТ.
Гипотеза исследования. Применение информационных технологий в процессе преподавания дисциплин математического цикла для группы специальностей «Информатика и вычислительная техника» на основе: - изучения курса математических дисциплин с точки зрения достижений дидактики и методики обучения математики с использованием теории и практики создания и использования средств обучения, функционирующих на базе ИТ; усиления межпредметных связей математических дисциплин, основанных на осуществлении информационной деятельности; блочно-модульного структурирования содержания обучения в области математики и других математических дисциплин, позволит обучаемым повысить уровень обученности, создаст базу фундаментальных знаний в области математических дисциплин для дальнейшего применения их в профессиональной деятельности и учебе.
Задачи исследования, сформулированные, исходя из цели исследования, и направленные на проверку гипотезы, состоят в следующем:
Провести анализ содержания обучения в области математических дисциплин, а также квалификационных характеристик специалистов со средним профессиональным образованием при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники с использованием средств ИТ в системе СПО.
Выявить цели и требования к формированию структуры содержания подготовки специалиста технического профиля при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники.
Сформулировать уровневые требования к знаниям, умениям и навыкам в области изучения математики с использованием средств и методов информационных технологий.
Разработать структуру подготовки специалистов технического профиля группы специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника» и содержание модулей «Математика и информационные технологии», «Элементы высшей математики с применением информационных технологий», «Математическое моделирование с использованием средств информационных технологий», «Технология разработки программного продукта».
5. Обосновать выбор программных средств общего и прикладного назначения в условиях информатизации образования.
Разработать методические требования обеспечения профессионально-ориентированной подготовки специалистов технического профиля группы специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника» при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники.
Экспериментально проверить результаты исследований по разработке структуры подготовки при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники.
Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области: педагогики и психологии, в том числе СПО - Бабанский Ю.К. [7-9], Беспалько В.П. [12-15], Давыдова Н.А. [58], Дрига В.И. [65], Краевский В.В. [87], Лернер И.Я. [102-103], Поляков В.А. [126]; теории и методики информатизации образования - Ваграменко Я.А. [31], Кузнецов А.А. [91], Кузнецов Э.И. [92], Лапчик М.П. [97], Роберт И.В. [128, 130], Савельев А.Я. [137]; теоретических и практических разработок в сфере подготовки по информатике, информационным и коммуникационным технологиям - Добудько Т.В. [127], Захарова Т.Б. [75], Козлов О.А. [82], Кузнецов А.А. [91], Кузнецов Э.И. [92], Лапчик М.П. [95], Могилев А.В. [115], Пак Н.И. [121], Панюкова СВ. [123], Роберт И.В. [132], Сердюков В.И. [138], Софронова Н.В. [148], Скибитский Э.Г. [142]; теории и методики профильного обучения математике с использованием средств ИТ - Бешенков
11 С.A. [20], Кравцов С.С. [85], Мартиросян Л.П. [107-109], Роберт И.В. [131], и
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: -научно-теоретический анализ литературы по математике, педагогике, методике преподавания математики и других дисциплин: психологии, информатики, теории эксперимента; -изучение и обобщение передового опыта преподавания курсов математики, информатики, физики; -наблюдение, беседа, анкетирование, проведение занятий в дисплейном классе, педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в выделении основных подходов к формированию содержания подготовки специалиста технического профиля в области ИТ при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники; обосновании и уточнении применительно к системе СПО общеметодических и дидактических принципов содержания учебных модулей образовательной области математики и информационных технологий; обосновании уровневых требований к знаниям, умениям и навыкам специалистов группы специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника» при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники, ориентированных на усиление инвариантной фундаментальной составляющей, единой для этих групп, с отдельными модулями вариативной профильной подготовки.
Практическая значимость исследования состоит в разработке структуры содержания подготовки специалиста технического профиля при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления, программного обеспечения вычислительной техники на основе реализации средств и методов информатики и информационных технологий для группы технических специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника», направленной на формирование фундаментального базового уровня знаний с учетом профессиональной направленности, а также с учетом ресурсов программно-прикладных средств обучения, которые могут быть использованы в учебных заведениях СПО, системе дополнительного образования, а также в профильных классах общеобразовательной школы.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования обсуждались и были одобрены на научных семинарах по проблемам информатизации образования при Вяземском филиале Московской государственной технологической академии (ВФ МГТА), Институте информатизации образования РАО, представлены на международной научно-практической конференции «Системы компьютерной математики и их приложения», проходившей 29-31 мая 2002 года в г. Смоленске на базе физико-математического факультета Смоленского педагогического университета, на II научно-практической конференции «Технологии, научно-информационное обеспечение в образовании и производстве», проходившей в г. Вязьма, на научных семинарах Института информатизации образования РАО.
Положения, выносимые на защиту:
Реализация блочно-модульной структуры содержания подготовки специалиста технического профиля системы СПО при изучении автоматизированных систем обработки информации и управления и программного обеспечения вычислительной техники, включающая учебные курсы «Математика», «Элементы высшей математики», «Компьютерное моделирование», «Технология разработки программных продуктов», ориентированной на пропедевтический принцип создания базы учебных знаний, обеспечивает сочетание фундаментального и прикладного аспектов изучения математики с использованием информационных технологий, систематизирует приобретенные умения и навыки, учебные знания, расширяет возможности применения средств ИТ в учебном процессе.
Формирование структуры учебных курсов на базе сочетания фундаментального и прикладного аспектов математики, основ изучения информатики и информационных технологий в виде образовательных модулей позволяет создать базу учебных знаний, сформировать целевую направленность умений и навыков, повысить уровень обученности студентов, обеспечить им базу для постоянного самообразования в области изучения автоматизированных систем обработки информации и управления и программного обеспечения вычислительной техники с использованием информационных технологий в системе начального высшего профессионального образования.
Анализ методической литературы по применению информационных технологий в образовании
Анализируя современное состояние применения прикладных программных средств (ППС) в процессе обучения, можно констатировать, что в настоящее время уже сформировался фонд компьютерных программ для применения их в процессе преподавания математических дисциплин. Целью анализа является выявление межпредметных связей, состояние использования информационных технологий в качестве «...средства визуализации изучаемых закономерностей некоторой предметной области, инструмента исследования изучаемых закономерностей»[131] применительно к курсу математических дисциплин в системе СПО.
Происходящие в последние годы революционные изменения в науке, технике и производстве привели к переходу образования на качественно новый этап интенсификации процесса обучения за счет теоретически аргументированного и экспериментально обоснованного применения информационных технологий в учебном процессе.
В монографии Роберт И.В. [131] детально проанализировано
использование инструментального программного средства
«Многогранники».
«Опираясь на результаты экспериментальной апробации Обучающей программно—методической системы «Многогранники» в процессе преподавания курса стереометрии, отметим следующее:
-использование системы расширяет методические возможности в процессе формирования стереометрических понятий, умений осуществлять построения на стереометрическом чертеже;
-предоставляет учащимся инструмент для исследовательской деятельности с плоскими изображениями стереометрических объектов;
-динамическое представление (вращение) на экране
стереометрического чертежа развивает пространственное видение трехмерного объекта по его двухмерному изображению; формирует умения анализировать двухмерное изображение пространственной фигуры;
-возможность осуществления информационного поиска, обучения владению алгоритмом построения сечения формирует основные стереометрические понятия, умения строить сечения в многогранниках;
- обеспечение интерактивного диалога, вариативность предлагаемых заданий позволяет учитывать индивидуальные особенности обучаемого, профессиональный уровень обучаемого».
В педагогической литературе рассматриваются понятия: "технология обучения", "педагогические технологии обучения", "компьютерные и информационные технологии", подразумевая под ними:
- интеллектуальную переработку технически значимых качеств и
способностей;
- совокупность знаний о методах осуществления каких-либо процессов;
- организованное целенаправленное преднамеренное педагогическое влияние и воздействие на учебный процесс;
- средство гарантированного достижения цели обучения;
- описание процесса достижения планируемых результатов обучения;
- проект определенной педагогической системы, реализуемой на практике;
- минимум педагогических экспромтов в практическом преподавании.
В дальнейшем будем пользоваться понятием "информационные технологии обучения", данным Роберт И.В., как наиболее содержательным, на наш взгляд.
Формирование блочно-модульной уровневой структуры подготовки специалиста для группы специальностей 2200«Информатика и вычислительная техника»
В соответствии с целями и задачами, а также на основании принципов отбора содержания, описанных в предыдущей главе, построим структуру подготовки специалиста со средним профессиональным образованием для группы специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника» при изучении курса математических дисциплин.
При построении структуры подготовки будем исходить из того, что на обучение в техникум принимаются лица, получившие основное общее образование. ГОС СПО предполагает двухуровневую подготовку: базовый и повышенный уровень среднего профессионального образования. Таким образом, методика изучения математики в техникуме должна реализовывать требования трех уровней образовательного стандарта в образовательной области «Математика и информационные технологии»:
государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования;
государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования по специальности группы 2203 базового уровня;
государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования по специальности группы 2203
повышенного уровня. Уровень требований к подготовке специалиста технического профиля, соответствующий каждому из указанных образовательных стандартов, соотнесем с соответствующим этапом в ступенчатой структуре. Цели и задачи каждого этапа обозначены требованиями соответствующего стандарта и конкретизированы нами в ходе данного исследования.
В основу построения структуры подготовки положим принцип блочно -модульной структуры.
Структура подготовки специалиста в области математики со средним профессиональным образованием технического профиля при блочно-модульной структуре имеет вид: 1 этап подготовки. Пропедевтическая подготовка с элементами профориентации при реализации стандарта среднего (полного) общего образования посредством Базисного учебного плана, разработанного на базе стандарта основного общего образования 1 модуль - базовый (мировоззренческий) образовательный модуль - курс Математика.
2 этап подготовки. Фундаментальная подготовка с профессиональной ориентацией при реализации стандарта среднего профессионального образования базового уровня по специальностям группы «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»:
2 модуль - фундаментальный - курс «Элементы высшей математики»;
3 этап подготовки. Специальная подготовка по профилю специализации при реализации стандарта среднего профессионального образования повышенного уровня 3 модуль - специальный модуль - курс «Математическое моделирование»;
4 модуль - региональный модуль- курс по выбору учебного заведения.
Реализация программы подготовки специалиста технического профиля по описанной структуре начинается на 1 курсе (на базе основного общего образования) с изучения дисциплины «Математика». Содержание дисциплины определяется требованием стандарта среднего (полного) общего образования в образовательной области «Математика». С учетом того, что изучение курса предполагается с применением средств ИТ, целесообразно, по нашему мнению, назвать модуль «Математика и информационные технологии».
Цель и задачи эксперимента
Выбор темы исследования определился, с одной стороны, актуальностью и недостаточной изученностью проблемы подготовки специалистов в техникумах по техническим специальностям, с другой стороны, наличием у автора опыта организации учебного процесса в техникуме, возможностью обобщения накопленного опыта и доступностью современной учебно-материальной базы для проведения педагогического эксперимента.
Педагогический эксперимент в подтверждение выдвинутых теоретических положений и гипотез проводился на базе Вяземского политехнического техникума.
Главной целью экспериментальной работы является проверка эффективности использования предложенной блочно-модульной структуры обучения студентов математическим дисциплинам группы специальностей 2200 «Информатика и вычислительная техника» с использованием информационных технологий. В задачи педагогического эксперимента входило:
- определение комплекса методов исследования, обеспечивающего научно-объективную и доказательную проверку правильности гипотезы;
- доказательство качества подготовки студентов техникума при изучении курса математических дисциплин с использованием ИТ;
- количественная оценка повышения уровня обученности студентов техникума при изучении курса математических дисциплин с использованием информационных технологий по отношению к уровню обученности студентов, обучавшихся по традиционной методике;
При проведении эксперимента выделены три этапа:
- подготовительный этап;
- формирующий эксперимент;
- этап обработки результатов.
Подготовительный этап проходил в 1998-1999 учебном году. На этом этапе был проведен констатирующий эксперимент, в ходе которого осуществлен анализ проблемы исследования, выявлены основные затруднения у студентов, возникающие при изучении математики. На этом этапе построена структура подготовки, произведен отбор содержания, изучены условия для проведения эксперимента. Здесь же были намечены пути преодоления выявленных затруднений в изучении математики и предложено использовать информационные технологии.
Основные результаты по построению структуры подготовки, отбору содержания и выбору методики изложены в главе 2.
В 1999-2000 учебном году проведена формирующая часть эксперимента по первому и второму модулю подготовки. В последующих учебных годах, то есть в 2001-2002г. и 2002-2003г. продолжены экспериментальные исследования по модулям общепрофессионального и специального циклов дисциплин.
В эксперименте принимали участие студенты, поступившие в техникум в 1999 году на базе основного общего образования на 1 курс по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», и студенты, поступившие на базе среднего (полного) общего образования на 2 курс по этой же специальности.
На первых курсах в 1999-2000 учебном году экспериментальные исследования проведены по модулю «Математика и информационные технологии», на вторых курсах - по модулю «Элементы высшей математики с применением информационных технологий». В эксперименте участвовали все студенты нового набора по указанной специальности. Результаты педагогических исследований по этим модулям сравнивались с данными, полученными на подготовительном этапе. В последующие годы эти же студенты, перешедшие на третий курс, приняли участие в экспериментальных исследованиях по модулю «Математическое моделирование с использованием средств информационных технологий», а студенты, перешедшие на второй курс, участвовали в новом этапе эксперимента по модулю «Элементы высшей математики с применением информационных технологий». В 2002-2003 учебном году эксперимент продолжался по аналогичной схеме и позволил охватить последующие модули.
