Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретическая и технологическая подготовка учителей информатики в пединституте
1 Общие вопросы подготовки будущих учителей информатики 10
2 Основные тенденции развития содержания обучения информатике . - 18
3 Проектирование программных средств учебного назначения как необходимый компонент информационной подготовки будущих учителей информатики 33
Глава 2. Курс «Элементы проектирования программных средств учебного назначения», как связующее звено между теоретической и практической подготовкой будущих учителей информатики 43
1 Цели и задачи курса 43
2 Содержание специального курса «Элементы проектирования программных средств учебного назначения»- 50
2.1. Содержание лекционной части курса 56
2.2. Лабораторный практикум 63
2.3. Средства проведения курса «Элементы проектирования программных средств учебного назначения»70
2.4. Организационные формы и методы проведения курса «Элементы проектирования программных средств учебного назначения»- 80
2.5. Роль и место курса «Элементы проектирования программных средств учебного назначения» в процессе подготовки будущих учителей информатики- 88
3 Описание педагогического эксперимента 94
3.1.Проведение эксперимента по апробации курса 94
3.2.Оценка результатов проведения эксперимента- 103
Заключение 120
Литература 121
Приложение. Описание проектов, разработанных в ходе проведения курса «Проектирование программных средств учебного назначения» 131
- Общие вопросы подготовки будущих учителей информатики
- Основные тенденции развития содержания обучения информатике
- Цели и задачи курса
Введение к работе
Актуальность. Одним из главных вопросов информатизации образования является подготовка учителей информатики к использованию в учебном процессе программных средств учебного назначения.
Вопросам целесообразности и эффективности их использования были посвящены работы: Я. А. Ваграменко, А. А. Кузнецова, И. В. Роберт, Н. В. Сафроновой, Т. А. Сергеевой и др.
Важность этого вопроса для подготовки учителей информатики под черкивалась в работах М. И. Желдака, С. А. Жданова, В. А. Касторновой, ' Э. И. Кузнецова, В. И. Пугача, М. В. Швецкого и др.
При этом отмечалось, что для учителя информатики одинаково важно знать методические аспекты применения компьютера и информационных технологий в учебном процессе и уметь проектировать и самостоятельно разрабатывать программные средства учебного назначения.
В частности, Э. И. Кузнецов подчеркивал, что в системе подготовки учителя информатики в педагогических вузах должна стать приоритетной подготовка учителя нового типа - специалиста по педагогическому и ор- ф ганизационному применению информационных технологий. Учитель ин- форматики должен не только обучать информатике, но и быть проводником использования информационных технологий при изучении других предметов.
Вместе с тем следует отметить, что эти две основные задачи решаются, как правило, изолированно друг от друга.
Хотя в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования по специальности «030100 - информатика» имеются разделы, включающие в себя темы, посвященные вопросам проектирования программных средств учебного назначения (например, при изучении дисциплины «Языки и методы программирования» предусматривается знакомство с такими темами: «Проектирование программ», «Технология разработки программ» и т. п.), их изучение является в значительной мере не связанным с основными тенденциями развития содержания теоретической подготовки по информатике. Между тем в последние годы наметилась явная тенденция к усилению теоретического, мировоззренческого, аспекта в школьном и вузовском обучении информатике. В этом направлении работали С. А. Бешенков, К. К. Колин, А. А. Кузнецов, А. С. Лесневский, В. Ю. Лыскова, Н. В. Матвеева, М. Н. Мысин, Е. А. Ракитина и др.
В частности, была подчеркнута важность темы «Информационного моделирования» как связующего компонента между теоретической и прикладной частями обучения информатике.
Все вышеназванное определяет проблему исследования: связать содержание обучения в области использования информационных технологий, в частности, программных средств учебного назначения, с современным содержанием теоретической подготовки студентов по информатике, в частности, с темой «Информационное моделирование».
Объект исследования - процесс подготовки учителей информатики в педагогических вузах.
Предмет исследования — совершенствование содержания подготовки учителей информатики на основе введения элементов формализации и моделирования.
Цель исследования состоит в разработке содержания обучения основам проектирования программных средств учебного назначения с использованием элементов информационного моделирования.
Гипотеза исследования состоит в том, что введение в содержание подготовки учителей информатики элементов информационного моделирования позволит связать обучение проектированию программных средств с теоретической подготовкой в области информатики, что приведет к повышению эффективности обучения в целом.
Исходя из цели и гипотезы, были сформулированы следующие частные задачи исследования:
Проанализировать подходы к формированию содержания подготовки в области использования информационных технологий студентов пе- (- дагогических вузов, выявить связь данных подходов с основными тенденциями развития современного курса информатики.
Дать обоснование включения элементов информационного моделирования в содержание обучения проектированию программных средств учебного назначения.
Разработать содержание и структуру курса «Элементы проектирования ПСУН», реализующего данный подход.
Экспериментально проверить эффективность разработанного содер- * жания.
Для достижения поставленной цели и проверки исходных положений гипотезы были использованы методы теоретического исследования (теоретический анализ педагогической, психологической, технической литературы по проблеме исследования), методы эмпирического исследования (анкетирование, интервьюирование, наблюдение, тестирование и обобщение педагогического опыта, оценка существующих программно-педагогических средств, изучение и анализ результатов деятельности преподавателей).
Методологической основой нашего исследования послужили работы А. П. Ершова, А. А. Кузнецова, С. Г. Григорьева, С. А. Бешенкова и др., раскрывающие тенденции развития предмета информатики в средней школе, В. М. Монахова, И. В. Роберт, А. Л. Денисовой и др., в которых исследуются проблемы внедрения в образование новых информационных технологий, а также труды Э. И. Кузнецова, М. П. Лапчика, И. В. Марусевой, А. В. Могилева, В. И. Пугача, И. А. Румянцева, М. В. Швецкого и др., посвященные преподаванию информатики в педагогических вузах.
Организация и этапы исследования. Исследование проводилось в несколько этапов.
На первом этапе (1995 г.) анализировалось современное состояние исследуемой проблемы в теории и практике; изучение научной литературы, исследований послужило базой для постановки и обоснования темы исследования, его цели и предмета, для обоснования гипотезы, задач.
Второй этап (1995-1997 гг.) был посвящен опытно-экспериментальной работе, в ходе которой проверялась и уточнялась гипотеза исследования, разрабатывалось содержание информационной компоненты готовности учителя информатики к проектированию и оценке программных средств учебного назначения в профессиональной деятельности, анализировались и систематизировались полученные данные, совершенствовалась методическая система подготовки студентов педвуза к проектированию и оценке программных средств.
На третьем этапе (1997-1998 гг.) осуществлялось тематическое осмысление эмпирических данных, производилась оценка результатов, их статистическая обработка. Были сформулированы выводы исследования.
Научная новизна заключается в том, что обосновано включение элементов информационного моделирования в содержание обучения проектированию программных средств учебного назначения, что позволило связать теоретическую и технологическую подготовку будущих учителей информатики.
Теоретическая значимость исследования состоит в определении содержания обучения проектированию программных средств учебного назначения, при котором данные понимаются как информационная модель предметной области, а программа - как информационная модель деятельности.
Практическая значимость исследования заключается в том, что: разработано содержание курса «Элементы проектирования программных средств учебного назначения», реализующее сформулированные подходы; разработано специальное педагогическое инструментальное средство для проведения занятий по этому курсу и методика его использования в учебном процессе.
Внедрение результатов исследования. Разработанный оригинальный спецкурс с 1995 года читается на кафедре информатики и вычислительной техники в Самарском государственном педагогическом университете.
Апробация результатов исследования. Ход и результаты исследования обсуждались на семинарах кафедры ИиВТ Самарского государственного педагогического университета, в лаборатории методики обучения информатике ИОСО РАО, на 4-ой Российской научно-методической конференции «Пути и методы совершенствования учебного процесса» (г. Самара, 1997 г.), 1-ой и 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Информатика и информационная культура в современной школе» (г. Самара, 1996 г.), на Российской научно-практической конференции «Фундаментализация образования в современном обществе» (г. Уфа, 1997 г.), на Международном научно-практическом семинаре «Тенденции становления и развития информационного бизнеса России» (г. Тамбов, 1998 г.).
На защиту выносятся следующие положения: введение элементов информационного моделирования при ПСУН позволит связать технологический и теоретический концентры курса информатики в пединституте, повысить эффективность обучения технологии создания учебных программных средств; теоретические аспекты проектирования ПСУН выделяются на основе понимания данных и программы как информационных моделей, изучение которых включено в теоретическую подготовку студентов по информатике.
Общие вопросы подготовки будущих учителей информатики
Ключевым моментом в реализации содержания обучения информатике в школе и использования информационных технологий является подготовка учителя.
На сегодняшний момент существует ряд концепций такой подготов ки. Одним из первых этими вопросам стал заниматься Э. И. Кузнецов, основные компоненты профессиональной подготовки учителей математи ки и информатики рассматривались в докторской диссертации М. И. Желдака. Вопросы интенсификации процесса обучения студентов математиков на основе использования информационных технологий ис следованы в докторской диссертации А. А. Абдукадырова. Методическая система обучения информатики гуманитарных специальностей в системе многоуровневой подготовки разработана в диссертации Ю. С. Брановского. Проблема готовности будущих учителей информатики к использованию средств информационных технологий посвящена диссертация А. Л. Денисовой. Развитие фундаментальной подготовки в области информатики и вычислительной техники студентов педагогических вузов обсуждалось в диссертации М. В. Швецкого. Исследованиями в области подготовки и переподготовки учителей информатики и информационных технологий занимались: М. П. Лапчик, И. В. Марусева, Н. В. Макарова, В. И. Пугач, Е. К. Хеннер, Н. К. Солопова, С. Кареев и др.
Одной из наиболее разработанных является концепция Э. И. Кузнецова подготовки учителя информатики в педвузах. Ее основные положения заключаются в следующем [44].
Введение компьютера в учебно-воспитательный процесс школы преследует две основные цели:
обеспечение компьютерной грамотности и изучение основ науки информатики;
повышение эффективности учебного процесса.
Это означает, что компьютер в школе должен использоваться и как предмет изучения (в одном из разделов школьного курса информатики), и как средство обучения на материале различных учебных предметов. Поэтому, в принципе, необходимо обеспечить компьютерную грамотность всех учителей, а не только учителей информатики.
Подготовка учителей предметников по информатике слагается из следующих компонентов: общеобразовательного, специального и методического. Общеобразовательная и специальная группа знаний, умений и навыков является инвариантной для всех учителей-предметников, поскольку слабо зависят от специфики учебного предмета, который ведет учитель. Группа методических знаний, умений и навыков, напротив, зависит от особенностей преподавания конкретного предмета. Например, для учителей русского и иностранного языков важным является использование различных текстовых редакторов и программ обработки текстов, для учителей истории полезно использовать базы данных, для учителей математики компьютер представляет интерес как инструмент исследования математических моделей для проведения различного рода «математических» опытов и пр.
Таким образом, общеобразовательная и специальная подготовка всех будущих учителей предметников в области информатики и вычислительной техники может проводится в соответствии с учетом специфики конкретной области знаний.
Для учителя-предметника знание языка программирования не является обязательным, поскольку в дальнейшем он будет пользоваться уже готовым программным продуктом.
Основные тенденции развития содержания обучения информатике
Очевидно, что тенденции применения новых информационных технологий в образовании определяют уровень требований к знаниям учителя, и, соответственно, к его подготовке в педагогическом вузе. При этом верно и обратное, поскольку качество нынешней подготовки будущих учителей определяет завтрашний день средней школы.
Первый шаг информатики в среднюю общеобразовательную школу был сделан в 1984 году, когда на первой Всесоюзной конференции по персональным компьютерам А. П. Ершов сообщил, что приступает к работе над учебником информатики. Уже в 1985 году вышло в свет первое пособие для школьного курса «Основы информатики и вычислительной техники» [66]. С этого момента происходит зарождение и развитие информатики как обязательного школьного предмета. До этого подготовка по информатике велась только в вузах, на факультативных занятиях.
Трудно переоценить значимость данного шага, можно говорить о его недостатках, может быть, просчетах и ошибках, но благодаря нему миллионы школьников страны смогли получить представление об информатике и ЭВМ, способах работы с компьютером и целях его применения. С уверенностью можно сказать, что из-за своевременности поставленного школьного курса в период бурного развития вычислительной техники, информационных технологий, Россия получает достаточное количество квалифицированных специалистов, для того чтобы войти в мировое информационное сообщество достойным его членом.
С 1985 по 1988 год были выпущены комплексы учебных пособий по курсу «Основы информатики и вычислительной техники (А. Г. Кушниренко и др.[67], В. Г. Житомирский и др.[69], В. А. Каймин [68] и др.). В 1986-1988 гг. была организована массовая подготовка преподавателей всей системы образования России в области использования вычислительной техники.
Во всех упомянутых учебниках нашла свое отражение идея «Программирование - вторая грамотность» - в том или ином объеме в них прослеживается каждый компонент связки: задача —» алгоритм — программа - ЭВМ.
Направленные исключительно на формирование алгоритмических навыков (хотя авторами порой декларировались и другие цели), упомянутые пособия давали слабое представления учащимся о пользовательских аспектах применения ПЭВМ. Более того, поскольку массовая подготовка учителей информатики не носила опережающий характер и наиболее естественной стала переквалификация инженеров-программистов в учителя информатики, основной учебной деятельностью на уроках стало изучение одного из языков программирования (как правило, Бейсика). В те годы компьютер в школе главным образом выступал в качестве объекта исследования, а информатизация учебного процесса с помощью компьютеров замкнулась в кабинете вычислительной техники в рамках одного предмета.
Вот так охарактеризовал этот этап А. А. Кузнецов: «При создании методической системы обучения новому предмету пришлось в первую очередь решать два основных вопроса. Во-первых, попытаться реализовать в курсе общеобразовательный потенциал информатики как науки и области человеческой деятельности, что было связано с переходом от прикладного курса программирования к общеобразовательному курсу информатики. Во-вторых, обеспечить доступность этого курса для всех учащихся средней школы в связи с задачей формирования всеобщей компьютерной грамотности молодежи». [43]
С 1985 года информатика в школе претерпела значительные изменения. В настоящее время различные концепции школьного курса информатики [10, 15, 27, 46, 75, 86] предусматривают не только изучение программирования на языке высокого уровня, но и формирование у учащихся навыков работы с системным и прикладным программным обеспечением, что означает начало широкого применения компьютера как инструмента деятельности человека. Внутреннее содержание курса информатики в средней школе сегодня ориентировано в основном на получение базовых знаний и умений в области использования современной вычислительной техники и систем телекоммуникаций для обработки и передачи данных, решения простейших задач с использованием наиболее массовых информационных технологий.
Цели и задачи курса
Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования [24] предусматривается, что формирование навыков оценки и проектирования программных средств учебного назначения должно осуществляться в процессе преподавания различных дисциплин.
Так, среди требований по дисциплинам психолого-педагогической подготовки видим:
«специалист:
владеет умениями психолого-педагогического проектирования, реализации, оценивания и коррекции образовательного процесса;
владеет основными психолого-педагогическими критериями приме нения компьютерной техники в образовательном процессе». Требования по дисциплинам предметной подготовки содержат: «специалист: ... - знает принципы проектирования и разработки пе дагогических программных средств; обладает навыками программирова ния на нескольких проблемно - и машинно-ориентированных языках, от ладки и тестирования программ; знает новые информационные техноло гии в образовании, умеет внедрять их в практику работы учебного заведе ния».
В предметном блоке при изучении дисциплин «Педагогические теории, системы, технологии» предлагается изучение следующих тем:
«Новые информационные технологии (НИТ) в образовании. Психолого-педагогические основы использования средств НИТ в образовании. Педагогические программные средства (ППС). Типология ППС. Инструментальные системы для разработки ППС»;
В курс «Методика преподавания информатики» включены темы «Программная поддержка»; а в курс «Теоретические основы информатики» - раздел «Методы и технологии разработки и верификации программ».
В рамках изучения курса «Программное обеспечение ЭВМ» предполагается освещение таких вопросов, как:
«Собственная инструментальная среда. Автоматизированное рабочее место».
Дисциплина «Языки и методы программирования» включает такие разделы, как:
«Отладка и тестирование программ. Проектирование программ. Технология разработки интерфейса: отображение информации на экране дисплея, контроль данных и подтверждения их правильности, методы управления программой».
Вместе с тем, анализ действующих учебных программ, а так же опыт нашей работы показал, что наиболее оптимально навыки оценки и проектирования программных средств учебного назначения формируются на должном уровне в рамках единого специального курса (при этом исчезает необходимость в согласовании времени чтения дисциплин, читаемым по разным кафедрам, проблемы специалистов и т. п.).
Цель такого курса (мы назвали его «Элементы проектирования программных средств учебного назначения»), фактические уже была сформулирована нами в предыдущем параграфе и звучит так: сформировать у студентов представления о принципах проектирования ПСУН.
В ходе проведения курса достигается еще одна цель: у студентов формируются навыки оценки программных средств учебного назначения. Понятно, что данная формулировка нуждаются в детализации, и прежде всего необходимо ответить на вопрос о том, как и каким образом можно оценить, то или иное программное средство учебного назначения.
Вопрос о том, каким требованием должны удовлетворять ПСУН обсуждался в работах И. В. Роберт [89, 90, 91], И. М. Машбица [58, 59], В. В. Рубцова [93] и др.
В частности И. В. Роберт отмечалось: «...каждая программа должна строиться сообразно дидактическим принципам обучения, определяющим дидактические требования к ПСУН. Вместе с тем, методика преподавания каждого учебного предмета, в свою очередь, учитывает особенности соответствующей науки, ее методов исследования. Т.к. разработка ПСУН -сложный процесс, требующий коллективного труда не только учителей, методистов, программистов, но и психологов, гигиенистов, дизайнеров, то необходимо предъявление комплекса требований к разрабатываемым ПСУН» [91, с.16].
Среди требований к программным средствам учебного назначения И. В. Роберт выделялись следующие: дидактические, эргономические, психологические, гигиенические и технические.
