Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Новые информационные процессы в образовательном процессе... 11
1.1. Информатизация общества 12
1.2. Информатизация образования в России, цели и задачи 16
1.3. Значение обучающих программ и систем в учебном процессе 29
Выводы к главе 1 33
Глава 2. Теоретическое обоснование требований к созданию компьютерных обучающих программ учебного назначения и их структура... 35
2.1. Методические, дидактические и психолого-педагогические требования к компьютерным обучающим программам 35
2.1.1. Дидактические требования к обучающим программам 37
2.1.2. Психолого-педагогические требования к обучающим программам 43
2.1.3. Методические требования к обучающим программам 56
2.1.4. Специфические особенности физики как науки и как дисциплины 57
2.1.4.1. Формирование у студентов физических понятий 60
2.1.4.2. Закономерности процесса обучения физике 68
2.1.4.3. Моделирование в физике 69
2.2. Структура обучающей программы в плане реализации дидактических, методических и психолого-педагогических требований 79
Выводы к главе 2 87
Глава 3. Разработка программного обеспечения интерактивной обучающей системы по физике, методика использования 89
3.1. Этапы разработки интерактивной обучающей системы 92
3.1.1. Педагогический сценарий интерактивной обучающей системы 98
3.1.2 Разработка программного обеспечения интерактивной обучающей системы по физике 103
3.2. Организация учебного процесса с использованием интерактивной обучающей системы по физике 108
3.2.1. Применение интерактивной обучающей системы на семинарских занятиях 112
3.2.2. Использование интерактивной обучающей системы для проведения занятий по контролю знаний 120
3.2.3. Организация самостоятельной работы студентов с применением интерактивной обучающей системы 126
Выводы к главе 3 — 131
Глава 4. Экспериментальная проверка эффективности применения интерактивной обучающей системы в учебном процессе 134
Выводы к главе 4 145
Заключение 147
Библиография 149
- Информатизация общества
- Методические, дидактические и психолого-педагогические требования к компьютерным обучающим программам
- Этапы разработки интерактивной обучающей системы
Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из важнейших закономерностей современного этапа развития общества является его технологизация, все более широкое внедрение технологий во все сферы жизнедеятельности человека. Сегодня можно вполне обоснованно утверждать, что все мы живем в технологическом обществе, где особая роль отводится информационным технологиям (ИТ) в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры. В этих условиях подготовка специалиста, работающего в информационном обществе, не мыслится без внедрения ИТ в образовательный процесс.
Вопросам разработки и применения новых информационных технологий посвящены темы многих диссертационных работ, разработки коллективов ученых. Большое внимание этому уделяется в практике преподавания в вузе. При организации образовательного процесса в вузе использование компьютера как средства обучения оказывает существенное влияние на методы преподавания и организацию процесса обучения в целом. Рациональное использование компьютерных технологий позволяет повышать эффективность процесса обучения, прежде всего, за счет применения эффективных способов представления информации, индивидуализации и автоматизации образовательного процесса.
Компьютерные средства обучения влияют на организационные формы образования, на функции педагога и обучаемого, на технологию обучения. До настоящего времени не решены многие вопросы создания и применения компьютерных обучающих программ. Необходимо решение комплекса вопросов, связанных с разработкой целостной психолого-педагогической концепции компьютерного обучения, например: формирование мотивации и познавательного интереса в учении, установление педагогически обоснованного компьютерного диалога, сочетание индивидуальных, групповых и коллективных форм обучения, активизация познавательной деятельности, организация оперативного контроля и самоконтроля результатов учебно-познавательной деятельности.
Качество обучающих программ часто оказывается недостаточным, потому что недостаточно разработана и обоснована их психолого-педагогическая составляющая, не всегда учитываются дидактические, методические и психологические принципы обучения. Кроме того, следует отметить недостаточную степень разработанности методик применения компьютерных средств обучения, малый практический опыт по оценке воздействия компьютера на эффективность процесса обучения.
Анализ работ в области создания программных средств обучающего характера позволил сделать вывод о том, что на первоначальном этапе в практике применения информационных технологий в образовании решались проблемы, связанные с индивидуализацией процесса обучения, организацией дистанционного обучения, созданием различных тестовых программ. В настоящее время все больший интерес вызывают разработки, связанные со структурой обучающих программ (Д.Ш. Матрос, О.А. Козлов, Е.В. Пастухова, Е.А. Солодова, Е.Н. Холодов, В.А. Стародубцев, А.Ф. Федоров, А.В. Кузнецов, Л.Ф. Плеухова, Ю.К. Ситников). Именно в структурной организации информации видится возможность решения многих дидактических и методических задач.
При создании обучающих программ наиболее уязвимой оказывается не технологическая, а педагогическая компонента обучающего материала. Использование современных компьютеров, мощного программного обеспечения, современных средств коммуникации часто оказывается недостаточно педагогически обоснованным. Вопрос создания обучающих систем с учетом методических, дидактических и психолого-педагогических требований и разработка соответствующих методик их использования в учебном процессе обусловливает актуальность темы исследования.
Решение вопроса о выработке общей структуры создания обучающих программ на примере такого предмета как физика, позволит перейти к обобщениям, представляющим ценность для дидактики в целом, и разрабатывать компьютерные обучающие программы по другим предметам естественнонаучного цикла.
Проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями образовательного процесса в использовании компьютерных обучающих программ и существующим недостаточно разработанным методическим, дидактическим и психолого-педагогическим уровнем разработки обучающих программ для естественнонаучных дисциплин, в частности, физики.
Цель исследования заключается в обосновании необходимости учета в процессе создания компьютерных программ достижений дидактики, психологии, педагогики и разработке на их основе интерактивной обучающей системы (ИОС) по физике.
Объект исследования - процесс обучения физике в условиях применения современных информационных технологий.
Предмет исследования - создание и опыт применения интерактивной обучающей системы для проведения семинарских (практических) занятий по физике на первом и втором курсах технических факультетов Томского политехнического университета
Гипотеза исследования. Применение интерактивной обучающей системы на семинарских (практических) занятиях по физике, построенной с учетом теоретических основ, включающих психолого-педагогические и методические требования к организации информации, позволит улучшить восприятие и запоминание теоретического материала, повысить активность студентов при выполнении заданий в аудитории и в процессе самостоятельной работы.
В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи:
провести анализ научно-педагогической литературы и опыта применения информационных технологий в процессе обучения;
разработать структуру обучающей программы как форму отражения содержания учебного материала с учетом методических, дидактических и психолого-педагогических требований;
создать и внедрить интерактивную обучающую систему в учебный процесс на семинарских (практических) занятиях по физике;
- провести экспериментальное исследование педагогической эффективно
сти разработанной обучающей программы.
Методологической основой исследования послужили работы ряда отечественных и зарубежных ученых: в области содержания образования (Б.С. Гершунский, B.C. Леднев, Н.Н. Скаткин и др.); в области педагогики и педагогической психологии (П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, И.Ю. Соколова и др.); интенсификации учебно-воспитательного процесса (Ю.К. Бабанский, М.А. Данилов и др.); педагогического прогнозирования (B.C. Гершунский); создания и применения средств обучения (Л.С. Зазнобина, B.C. Леднев, СИ. Шахмаев и др.); теории и практики компьютеризации и информатизации образования (Е.А. Машбиц, И.В. Роберт, Л.Х. Зайнутдинова, И.Н. Антонов, И.М. Бобко, Э.Г. Ски-бицкий, Ю.Г. Молоков, В.М. Монахов и др.); методики обучения физике (СЕ. Каменецкий, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский и др.), психологии восприятия информации (Л.С. Выготский, Б.Ф. Ломов и др.); проектирования педагогических систем (В.П. Беспалько, Н.В. Кузьмина, Т.С Назарова и др.).
Методы исследования. В работе применялся комплекс методов исследования, адекватных поставленным задачам: теоретических - анализ и обобщение психолого-педагогической литературы по вопросам разработки и применения информационных технологий в образовании, моделирование физических процессов и явлений; эмпирических - наблюдение, тестирование, педагогический эксперимент, методы статистической обработки экспериментальных данных исследования.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в следующем:
выявлены дидактические принципы и психолого-педагогические условия, повышающие эффективность применения ИОС по физике;
на основе теоретических обобщений разработаны рекомендации по созданию и применению компьютерных обучающих программ, включающие комплексы:
1) дидактических требований: научность, наглядность, доступ-
ность, индивидуальность, интерактивность и адаптивность обучения;
психолого-педагогических требований по представлению информации на экране монитора, направленных на создание оптимальных условий для ее восприятия органами зрения;
методических требований, учитывающих специфику обучения физике и возможность их реализации на компьютерах с помощью метода моделирования, в том числе динамического;
разработана структура компьютерной обучающей программы, состоящая из блока учебного материала, блока диагностического материала, блока знаний обучаемого, блока формирования стратегии взаимодействия, блока визуализации, экспертного блока, блока сбора и хранения статистических данных по результатам учебной деятельности обучаемых;
разработана методика использования обучающей программы с учетом специфики различных форм учебных занятий (семинарское занятие, занятие по контролю знаний), а также при организации самостоятельной работы студентов.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
предложена методика создания компьютерных обучающих программ с использованием разработанной структуры;
разработана и внедрена в процесс обучения интерактивная обучающая система, включающая пакет компьютерных обучающих программ по разделам «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика» и методические рекомендации по ее использованию в учебном процессе;
разработан педагогический сценарий проведения различных форм занятий (семинарские, контроль знаний).
На защиту выносятся:
- сформулированные дидактические, методические и психолого-
педагогические требования для создания обучающих программ по физике
и интерактивная обучающая система, построенная с учетом этих требо
ваний;
структура обучающих программ, включающая блоки учебного материала, диагностического материала, знаний обучаемого, формирования стратегии взаимодействия, визуализации, сбора и хранения статистических данных по результатам учебной деятельности обучаемых;
методика применения ИОС в образовательном процессе (на примере семинарского занятия и занятия по контролю знаний по физике, при организации самостоятельной работы студентов) и результаты экспериментальной проверки ее эффективности.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается всесторонним анализом проблемы исследования, системным подходом к описанию и изучению объекта исследования, достаточной представительностью выборки обучаемых и положительными результатами педагогического эксперимента, использованием количественных и качественных методов для обработки экспериментальных данных.
Этапы исследования.
Изучение и теоретический анализ научной литературы (1996-2002 гг.).
Разработка теоретических основ создания и применения компьютерных обучающих программ по курсу физики (1996-2000 гг.).
Разработка интерактивной обучающей системы по физике и ее апробация в учебном процессе (1996-2002 гг.).
Оформление текста диссертации (2002-2003 гг.).
Апробация результатов исследования. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях: на международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (г. Новосибирск, 1998, 2001 гг.), на научно-методической конференции «Образовательные технологии: состояние и перспективы» (г. Томск, 1999), на региональной конференции «Самостоятельная работа студентов. Дидактическое и программное обеспечение» (г. Томск, 1999), на научно-практической конференции «Образовательный стандарт нового поколения. Организационно-технологическое и материально-техническое
обеспечение» (г. Томск, 2001), на 7-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-7» (г. Екатеринбург - Санкт-Петербург, 2001), на 3-ей Уральской региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы физического образования на рубеже веков в педагогических вузах» (г. Уфа, 2001), на виртуальной научно-методической конференции «Современные проблемы преподавания естественнонаучных дисциплин» (г. Воронеж, 2001), на 2-й Всероссийской конференции «Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании» (г. Москва, 2001), на 4-й и 5-й научно-практической конференции «Качество образования. Проблемы и перспективы взаимодействия вузов Санкт-Петербурга с регионами России в контексте модернизации образования» (г. Санкт-Петербург, 2001, 2002 гг.), на Всероссийской научно-методической конференции «Качество высшего профессионального образования в начале XXI века» (г. Тюмень, 2002), на 4-й Всероссийской научно-методической конференции «Развитие тестовых технологий в России» (г. Москва, Центр тестирования Минобразования РФ, 2002), на 8-й и 9-й международной конференции «Современные технологии обучения» (г. Санкт-Петербург, 2002, 2003), на 3-м региональном научно-практическом семинаре «Проблемы педагогической инноватики, компьютерная дидактика» (г. Новосибирск, 2002).
Внедрение результатов исследования.
Интерактивная обучающая система внедрена на кафедре общей физики и кафедре теоретической и экспериментальной физики Томского политехнического университета.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии, изложена на 165 страницах, содержит 28 рисунков, 7 таблиц и список используемой литературы из 181 наименования.
Информатизация общества
Современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации.
Информатизация общества - это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена [76, 125].
Информатизация общества обеспечивает: - активное использование постоянно расширяющегося интеллектуального потенциала общества, сконцентрированного в печатном фонде, в научной, производственной и других видах деятельности его членов;
- интеграцию информационных технологий с научными, производствен ными, инициирующую развитие всех сфер общественного производства, интеллектуализацию трудовой деятельности;
- высокий уровень информационного обслуживания, доступность любого члена общества к источникам достоверной информации, визуализацию представляемой информации, существенность используемых данных.
Применение открытых информационных систем, рассчитанных на ис пользование всего массива информации, доступной в данный момент обществу в определенной его сфере, позволяет усовершенствовать механизмы управле ния общественным устройством, способствует гуманизации и демократизации общества, повышает уровень благосостояния его членов [125].
Основная цель информатизации заключается в том, чтобы не просто повысить производительность труда, а обеспечить качественно новый уровень решения всего комплекса проблем, стоящих перед обществом, и перевести его на принципиально новый уровень развития, который именуется информационным обществом. Информационное общество - это то грядущее состояние конкретной страны, а в перспективе всей цивилизации, когда с помощью новейших средств информатики общество овладевает процессами производства и использования, в максимальной степени удовлетворяет свои потребности. В результате общество реализует не только свободный доступ человека к информации как общечеловеческому состоянию, но и своё право участвовать в выработке всех социально значимых решений.
Достижение этого состояния возможно лишь на пути информатизации общества как социотехнологического процесса освоения информации в качестве ресурса развития на базе ЭВМ и других средств информатики с целью гуманистической перестройки всей жизнедеятельности человека, создания информационного общества и на этой основе дальнейшего прогресса [155]. Экономия ресурсов и усиление интенсификационных процессов, которые дает информатизация, в конечном счете, при мирном развитии приводят к ускорению глобального прогресса. Вместе с тем, на пути информатизации обнаруживаются нежелательные и нередко непрогнозируемые последствия, которые являются продолжением достоинств и позитивных результатов информатизации, быть может, даже неизбежным их дополнением, зависящем от степени развития общества, его экономики и культуры, положения человека в обществе и т.д. [94]. Информатизация - это не какая-то автономная тенденция развития общества, а направление развития самого общества, это взаимная связь и эволюция общества и информатики. Важно, чтобы эта взаимосвязь оказалась взаимополезной.
К негативным последствиям информатизации относятся следующие факторы, связанные с влиянием, как на личность человека, так и на все общество в целом: влияние компьютеров на здоровье человека; опасность превращения компьютера в инструмент, без которого человек становится беспомощным; опасность отрыва от реальности (опасность изоляции и отчуждения); информационное загрязнение, связанное с бесконтрольным распространением информации, в том числе негативной и т.д.
Перечисленные выше негативные последствия говорят о том, что процесс информатизации требует от разработчиков компьютерных систем их учета, и в то же время невозможно остановить распространение информационных технологий во все сферы деятельности общества, в том числе в процесс образования.
К новым педагогическим теориям, направленным на повышение эффективности образования, относятся: теория программированного обучения (Б. Скиннер, Б. Паск, Н. Краудер, Г.К. Селевко, Л.Х. Зайнутдинова), теория деятельности (С.Л. Рубинштейн, А.С. Выготский, А.Н. Леонтьев), теория проблемного обучения (М.И. Махмутов, A.M. Матюшкин), теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин).
Методические, дидактические и психолого-педагогические требования к компьютерным обучающим программам
Несмотря на то, что современные информационные технологии прочно вошли в образование, до сих пор не решены многие концептуальные вопросы разработки обучающих программных систем. Исследования, проведенные Б.С. Гершунским, Е.И. Машбиц, И.В. Роберт и многими другими авторами, очертили круг проблем в этой области, требующих наиболее пристального внимания.
Как справедливо отмечает Т.П. Воронина [26]: «Пока что качество обучающих программ, основанных на НИТ, часто оставляет желать лучшего. При этом наиболее уязвимой оказывается не технологическая, а педагогическая компонента обучающего материала. Использование современных быстродействующих компьютеров, мощного программного обеспечения, современных средств коммуникации, спутниковой связи и т.д. часто оказывается недостаточно педагогически обоснованным».
Б.С. Гершунский говорит о том, что «возникает множество вопросов, так или иначе связанных с разработкой целостной психолого-педагогической концепции компьютерного обучения» [34]. Им ставится задача решения комплекса вопросов: формирование мотивации и познавательного интереса в учении, установление рационального, педагогически оправданного диалогового общения учащихся с компьютером на всех этапах представления и усвоения соответствующей учебной информации; сочетание индивидуальных, групповых и коллективных форм обучения, активизация познавательной деятельности учащихся, организация оперативного контроля и самоконтроля результатов учебно-познавательной и творческой деятельности с последующей (в случае необходимости) коррекцией процесса обучения и т.д.
Е.И. Машбиц обращает внимание на то, «что использование компьютера преобразует деятельность как учителя, так и учащихся, изменяя ее содержание, операциональную структуру, оказывая значительное влияние на мотивы участников этой деятельности, в значительной мере перестраивая систему взаимоотношений между ними. Передача части обучающих функций техническому устройству, анализ проблем обучения с учетом возможностей компьютера не просто выдвигают новые психологические проблемы, они требуют критического пересмотра фундаментальных положений педагогической и психологической теорий обучения. Это обусловлено тем, что данные теории, становясь методологическим средством проектирования программ, не могут ограничиться функцией объяснения, но должны стать предписывающими, причем предписания должны относиться ко всем основным аспектам взаимодействия обучающего и учащихся и допускать технологизацию» [90, с.З].
Принципы обучения, согласно работе В.И. Загвязинского [61], рассматривают в современной дидактике как рекомендации, направляющие педагогическую деятельность и учебный процесс в целом, как способы достижения педагогических целей с учетом закономерностей и условий протекания образовательного процесса.
Гармоничность педагогического процесса достигается путем регулирования сочетания и взаимодействия его элементов с учетом законов и принципов обучения, поэтому необходимо ориентироваться не на отдельные принципы обучения, а на их систему, а при проектировании компьютерных средств поддержки процесса обучения - на систему требований к педагогическим средствам и программным продуктам.
К основным требованиям, предъявляемым к ОП, относятся: педагогические (дидактические, методические, психологические требования к представлению учебного материала); технические; эргономические; требования к оформлению документации.
Этапы разработки интерактивной обучающей системы
О способах и приемах разработки компьютерного сопровождения написано много, как у нас в стране [17, 18, 44, 75, 116], так и за рубежом [170-173, 176-178, 180, 181]. Для разных отраслей человеческой деятельности необходимы разные, качественно отличающиеся, компьютерные программы. И хотя общий принцип разработки программ не меняется, для каждой конкретной области деятельности, существуют некоторые особенности и отличия при их создании.
При разработке обучающей системы с учетом требований, предъявляемых к ОП (глава 2), за основу были взяты дидактические требования, такие как научность обучения, доступность обучения, наглядность обучения, индивидуальность, интерактивность и адаптивность обучения.
Как уже отмечалось, интерактивность обучения означает, что в процессе обучения должно иметь место взаимодействие обучаемого с 1111С. Отсюда название нашей обучающей программы - «интерактивная обучающая система» (ИОС). «Система», потому что в ее состав входит несколько обучающих программ.
Наше понимание ИОС, обеспечивающей эффективность образовательного процесса, заключается в следующих основных положениях.
1. ИОС представляет собой многофункциональную систему, эффективность которой достигается, если теоретическое, программное и методическое обеспечение создается с позиций системного психолого-педагогического и информационного подходов.
2. ИОС должна поддерживать все виды и формы учебных занятий и выполнять функции компьютерного учебника (теоретический материал), компьютерного задачника (решение задач), виртуальной лаборатории (возможность моделирования физических процессов и явлений), оперативной диагностики уровня знаний (контроль знаний).
Проектирование и разработка интерактивной обучающей системы по физике осуществлялась поэтапно:
- определение целей и содержания обучения (анализ содержания учебного предмета, разработка задач и контрольных вопросов ИОС);
- разработка педагогического сценария (интерактивного диалога);
- программная реализация ИОС;
- внедрение и использование ИОС в учебном процессе.
- проведение экспериментальной проверки созданной системы с участием преподавателей и студентов (тестирование и отладка);
- подготовка методических рекомендаций по использованию ИОС.
В целом, процесс разработки ИОС носит итерационный характер. Рассмотрим каждый из указанных этапов.
В соответствии с выявленными в главе 2 методическими требованиями цель обучения с применением ИОС по физике заключается в обеспечении усвоения обучающимися научных понятий по физике для осуществления познавательной деятельности. Для достижения этой цели необходима дидактическая и методическая проработка содержания учебного материала, его структуризация.
При анализе содержания учебного предмета нами были взяты разделы курса физики «Механика. Молекулярная физика. Термодинамика». Обращение к этим разделам не случайно, так как они лежат в основе изучения всего курса физики.
Похожие диссертации на Создание и практика применения интерактивной обучающей системы по физике
