Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ 20
1.1. Анализ опыта применения информационных технологий в процессе обучения общетехническим дисциплинам 20
1.2. Типизация компьютерных учебных программ для области общетехнических дисциплин 37
1.3 Перспективные направления разработки компьютерных учебных программ (по видам дисциплин) 57
ГЛАВА 2. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДИДАКТИЧЕСКИМ ИНТЕРАКТИВНЫМ ПРОГРАММНЫМ СИСТЕМАМ 69
2.1. Дидактические требования 71
2.2. Методические требования к дидактическим интерактивным программным системам по общетехническим дисциплинам 94
2.3. Психологические требования 104
2.4. Реализация требования интерактивности для области общетехнических дисциплин 114
ГЛАВА 3. МЕТОД ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОБРАЗОВ 147
3.1. Возможности наглядно-образного представления учебной информации при использовании современных информационных технологий 147
3.2. Метод теоретических образов 152
3.3. Структура учебной деятельности учащихся при использовании метода теоретических образов 167
3.4. Применение метода теоретических образов для создания дидактических интерактивных программных систем по курсу электротехники 175
3.5. О возможности трансформирования учебных практических заданий, традиционно решаемых на уровне теоретического понятийного мышления, в задания на уровне понятийно- образно-действенного мышления 194
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ДИДАКТИЧЕСКОЙ ИНТЕРАКТИВНОЙ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ПО ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ 214
4.1. Структура дидактической интерактивной программной системы как форма отражения ее дидактических функций и содержания учебного материала 215
4.2. Иерархическая модульная структура дидактической интерактивной программной системы по общетехническим дисциплинам с учетом внутридисциплинарных уровней абстракции 231
4.3. Структура дидактической интерактивной программной системы в плане реализации интерактивного учебного диалога 235
4.4. Выбор структуры программной реализации 239
ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ДИДАКТИЧЕСКИХ ИНТЕРАКТИВНЫХ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ПО ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ 252
5.1. Этапы разработки дидактической интерактивной программной системы , 252
5.2. Определение цели и содержания обучения 257
5.3. Разработка психолого-педагогического сценария : 269
5.4. Программная реализация, тестирование и отладка дидактической интерактивной программной системы по общетехническим дисциплинам 280
5.5. Разработка дидактических интерактивных программных систем
по курсу электротехники 291
ГЛАВА 6. НАУЧНО- МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДИДАКТИЧЕСКИХ ИНТЕРАКТИВНЫХ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ 299
6.1. Подготовка педагогических кадров 300
6.2. Методические основы применения дидактических интерактивных программных систем в технических вузах 308
6.3. Организация и проведение лабораторного
педагогического эксперимента 326
6.4. Сертификация как комплексная экспертная оценка качества дидактической интерактивной программной системы 335
6.5. Перспективные направления разработки и применения дидактических
интерактивных программных систем 346
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 361
ЛИТЕРАТУРА 366
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Статистическая обработка результатов педагогического эксперимента 409
- Анализ опыта применения информационных технологий в процессе обучения общетехническим дисциплинам
- Дидактические требования
- Возможности наглядно-образного представления учебной информации при использовании современных информационных технологий
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время, когда в истории человечества происходит информационная социотехнологическая революция, когда взаимосвязанные процессы электронизации, компьютеризации и информатизации охватывают все сферы жизнедеятельности человека, когда происходит интеллектуально-гуманистическая перестройка общества, неизбежны радикальные преобразования в области образования.
Информатизация образования рассматривается как процесс интеллектуализации деятельности обучающего и обучаемого, как погружение человека в новую интеллектуальную среду. Вопросы разработки и применения современных информационных технологий в образовании находятся в поле зрения многих ученых (Ваграменко Я.А., Воронина Т.П., Кашицин В.П., Кузнецов А.А., Лапчик МП, Ловцов Д.А., Машбиц Е.И., Молчанова О.П., Пасхин Е.Н., Роберт И.В., Савельев А.Я., Хеннер Е.К. и др.). Раскрыты уникальные дидактические возможности информационных технологий для активизации процесса обучения, повышения научности, наглядности и доступности обучения, для обеспечения индивидуальности, адаптивности и интерактивности обучения. В ряде теоретических и экспериментальных исследований подтверждается высокая эффективность комплексного применения разного рода средств современных информационных технологий (Панюкова СВ., Софронова Н.В,) и целостных компьютеризированных курсов (Скибицкий Э.Г. и др.).
Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации, утвержденная Министерством образования 10 июля 1998 года, рассматривает перспективы развития информатизации образования как целостной системы, включающей концептуальные, содержательные,
организационные, управленческие и иные аспекты. К стратегическим отнесены задачи создания компьютерных обучающих систем.
Достижения, имеющиеся в настоящее время в области информатизации образования, обусловлены, в первую очередь, высочайшим уровнем аппаратного и программного обеспечения современных информационных и коммуникационных технологий (мультимедиа, гипермедиа, виртуальная реальность, система Internet). Между тем анализ педагогических исследований в области использования программных средств учебного назначения позволяет констатировать, что педагогический уровень многих компьютерных учебных программ (КУП) оказывается недостаточно высоким (Воронина Т.П., Кашицин В,П., Машбиц Е.И., Молчанова О.П., Роберт И.В. и др.). Использование современных компьютеров, их мощного программного обеспечения часто не имеет достаточного педагогического обоснования. Как правило, основной объем работы по созданию КУП выполняют программисты, не имеющие педагогической подготовки. Специалисты в области дидактики и методик преподавания тех или иных конкретных дисциплин, в свою очередь, часто далеки от информационных технологий и потому не могут в полной мере использовать их потенциальные возможности. То, что учебный материал преподносится с использованием компьютеров и телекоммуникаций, само по себе еще не означает решения педагогических проблем и, в принципе, даже может обострять их. Процессы восприятия и понимания информации с листа традиционного учебника и с экрана монитора имеют существенные отличия, которые требуют своего изучения. Следовательно, информатизация не должна рассматриваться как просто использование современных технических средств обучения. Таким образом, возникает необходимость создания новых моделей и теорий
обучения с применением информационных технологий, формирование новых подходов к разработке учебного программного обеспечения.
Создание компьютерных учебных программ требует рассмотрения их как целостных дидактических интерактивных программных систем (ДИПС). В целом ряде известных работ сделан акцент на решение вопросов программной реализации. Исследованы средства формализации учебно-методических материалов, приемы программирования обучающих систем, вопросы диагностики как процесса распознавания параметров деятельности студента (Лобанов Ю.И., Новиков В.А., Савельев А.Я. и др.). Рассмотрены вопросы программирования экспертных обучающих систем (Брусиловский П.Л., Лобанов Ю.И., Съедин В.В. и др.), проектирования разветвленно- диалоговых обучающих систем (Буняев М.М.).
Исследованы возможности самостоятельного создания учебных курсов преподавателями, не владеющими основами программирования. Разработаны методики применения инструментальных средств для создания учебных компьютерных курсов (Гуськова Е.Н., Скибицкий Э.Г. и др.). Рассмотрены вопросы использования профессиональных программных пакетов MathCad, MathLab, MicroCap, AutoCad и т.п. для создания обучающих систем (Кузнецов Э,В., Лаптев В.В. и др.). Разработана методика обучения созданию мультимедийных учебных программ на базе программных сред MultiVision и Visual Basic (Касторнова В.А., Кравцов С.С, Семочкина О.А, и др). Установлено, что применение инструментальных систем накладывает существенные ограничения на процесс создания и качество КУП (Гуськова Е.Н. и др.). Аналогичный вывод сделан также относительно профессиональных программных пакетов MathCad, MathLab и др. В условиях вуза, когда профессора и доценты даже одной и той же кафедры часто придерживаются различных парадигм обучения, ограниченные возможности проектирования ДИПС с
применением инструментальных систем и профессиональных программных пакетов неизбежно сказываются на педагогическом уровне разработок, снижая его.
Различные аспекты использования информационных технологий в образовании получили освещение также и в психологической науке. Б.Ф. Ломов рассматривал перспективу умственного развития человека на основе применения достижений научно- технического прогресса и, в первую очередь, компьютерных средств. Разработаны психологические основы диалога учащегося с компьютером (Горелов И.Н., Машбиц Е.И., Тихомиров O.K. и др.). Исследуются эргономические аспекты создания компьютерных программ (Вострокнутов И.Е., Зинченко В.П., Моргунов Е.Б. и др.). Однако следует констатировать, что остаются нераскрытыми вопросы синтеза наглядно-образного и вербально-логического представлений учебной информации.
Анализ педагогической литературы по вопросам создания программных средств и систем учебного назначения показал, что наименее исследованными являются методические аспекты, учитывающие специфику преподавания тех или иных учебных дисциплин, или блоков дисциплин. Между тем исследование информационной среды применительно к области одной учебной дисциплины, например, математики , выделение в структуре обучения математике не только дидактической, но и предметной составляющей, позволило существенно углубить представление о множественности подходов к обучению в условиях применения современных информационных технологий (Гужвенко Е.И., Поздняков С.Н., Роберт ИВ., Семочкина О.А., Якобсон
Л.Л.ИДР.).
На современном этапе существенный резерв повышения педагогического уровня ДИПС кроется, на наш взгляд, именно в учете специфики преподавания отдельных видов учебных дисциплин. Углубленный анализ подходов, использованных при проектировании ДИПС для определенной предметной области, в частности, области общетехнических дисциплин (ОТД), позволит перейти к обобщениям, представляющим ценность для дидактики в целом. ОТД играют существенную роль в инженерном образовании. Они являются промежуточным звеном между блоками физико-математических и специальных технических дисциплин. Предметом изучения ОТД являются теоретические основы разнообразных технических устройств и систем. К общетехническим относятся такие дисциплины, как электротехника, теплотехника, гидравлика, теоретическая механика и т.п. В связи с изложенным исследование вопросов создания и применения ДИПС для области ОТД является актуальным.
Проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями образовательного процесса технического вуза в использовании дидактического программного обеспечения, ориентированного на реализацию возможностей интерактивного диалога, компьютерной визуализации изучаемых моделей технических устройств и систем в динамике их функционирования, обеспечивающего синтез наглядно-образного и вербально-логического представлений учебной информации, и существующим невысоким педагогическим уровнем разработки учебных программ для общетехнических дисциплин, в основном ориентированных на автоматизацию контроля и тренировки.
Объект исследования - процесс обучения общетехническим дисциплинам в условиях применения средств информационных технологий.
Предмет исследования - теоретические основы создания и применения дидактических интерактивных программных систем по общетехническим дисциплинам.
Цель исследования - анализ специфики процесса обучения ОТД в техническом вузе, выявление наиболее перспективных направлений проектирования и использования компьютерного программного обеспечения, разработка теоретических основ создания и применения дидактических интерактивных программных систем по общетехническим дисциплинам.
Гипотеза исследования. Повышение педагогического уровня дидактических интерактивных программных систем по общетехническим дисциплинам и соответствующее повышение эффективности обучения станут возможными, если разработка и использование ДИПС будут осуществляться в соответствии с теоретическими основами их создания и применения, включающими:
комплекс дидактических, психологических и учитывающих специфику ОТД методических требований;
- технологию синтеза наглядно-образного и вербально- логического
представлений учебной информации при интерактивном характере
процесса обучения;
структуру ДИПС как форму отражения содержания учебного материала, дидактических и методических требований, а также реализации интерактивного учебного диалога;
условия применения отдельных видов ДИПС для организации различных форм учебных занятий.
Задачи исследования. В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:
1) провести анализ научно-педагогической литературы и опыта
применения информационных технологий в процессе обучения ОТД,
охарактеризовать типологию применяющихся компьютерных учебных
программ, выявить специфику процесса обучения ОТД в условиях
технического вуза;
2) научно обосновать комплекс взаимосвязанных психолого-
педагогических требований к ДИПС, включающий дидактические,
методические и психологические требования;
провести анализ возможностей использования наглядно-образных представлений в обучающих системах, разработать метод обучения с применением ДИПС, обеспечивающий сочетание синтетического наглядно-образного и вербально- логического представления учебной информации с интерактивным характером процесса обучения;
разработать структуру ДИПС как форму отражения содержания учебного материала, дидактических и методических требований, а также реализации интерактивного учебного диалога;
разработать методику проектирования ДИПС по ОТД, рассмотреть единство цели и содержания обучения при проектировании ДИПС, разработать и внедрить в процесс обучения технического вуза ДИПС по курсу электротехники;
рассмотреть научно- методические основы применения ДИПС в процессе обучения технического вуза, провести экспериментальное исследование педагогической эффективности разработанных ДИПС.
Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области педагогики и педагогической психологии (Бабанский Ю.К., Данилов М.А., Давыдов В.В., Краевский В.В., Кудрявцев Т.В., Леднев B.C., Лернер И.Я., Ломов Б.Ф., Рубцов В.В., Скаткин М.Н.,
Талызина Н.Ф., Тихомиров O.K. и др.), в области создания средств обучения (Зазнобина Л.С, Назарова Т.С., Полат Е.С, Прессман Л.П., Шаповаленко С.Г., Шахмаев Н.М. и др.), в области теории традиционного книжного учебника (Бейлинсон В.Г., Беспалько В.П., Бондаренко СМ., Граник Г.Г., Зуев Д.Д., Кыверялг А.А., Сохор A.M., Товпинец К.В., и др.), в области теории и и практики информатизации образования (Алатова Н.В, Ваграменко Я.А., Воронина Т.П., Кашицин В.П., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И., Лапчик МЛ., Машбиц Е.А., Молчанова О.П., Роберт И.В., Савельев А.Я., Стефанюк В.Л.и др.).
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теоретического уровня: теоретический анализ положений психолого-педагогической науки по вопросам теории познания и управления процессом усвоения знаний, рефлексия собственной учебной и педагогической деятельности, теоретический анализ научно-педагогической литературы по вопросам разработки и применения информационных технологий в образовании, системный подход при анализе и синтезе теоретических основ ДИПС, сравнительный анализ основ создания и применения традиционного книжного учебника и ДИПС, а также методы эмпирического уровня: сбор и обобщение оперативной информации по вопросам создания и применения КУП по ОТД путем организации и проведения ряда межвузовских и международных научно-методических конференций (Астрахань -1992, 1993, 1995, 1998гг.), методы экспертных оценок качества программных систем; экспериментальная работа по созданию и апробации разработанных ДИПС в вузовском процессе обучения, педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования.
Разработаны теоретические основы создания и применения ДИПС по ОТД, включающие:
метод теоретических образов, обеспечивающий возможность синтетического наглядно-образного и вербально- логического представления учебной информации при интерактивном процессе обучения и являющийся одновременно новым методом обучения и новым методом разработки ДИПС;
комплекс психолого-педагогических требований, в том числе впервые сформулированные методические требования, учитывающие специфику процесса обучения ОТД и использующие введенное в исследовании понятие внутридисциплинарных уровней абстракции;
имплицитную структуру ДИПС как целостной системы, отражающую форму представления содержания учебного материала, реализацию дидактических и методических требований и осуществление интерактивного учебного диалога;
- условия применения отдельных видов ДИПС для организации
различных форм учебных занятий в вузовском процессе обучения.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
предложена методика проектирования ДИПС на основе создания психолого-педагогических сценариев по методу теоретических образов;
разработаны и внедрены в процесс обучения высшей школы ДИПС по курсу электротехники;
разработана система учебных практических заданий, отличающаяся высокой вариативностью, большим объемом научного содержания примеров при операциональной простоте их выполнения, обеспечивающая
возможность усвоения иерархической системы взаимосвязанных понятий ОТД на заданном уровне.
Этапы исследования
Изучение и теоретический анализ научной литературы, сбор материалов путем организации и проведения трех межвузовских и одной международной научно-методических конференций по проблеме исследования (1989-1998гг.),
Разработка ДИПС по курсу электротехники и апробация их в процессе обучения технического вуза (1991-1998гг.).
Разработка теоретических основ создания и применения ДИПС для общетехнических дисциплин (1995-1999гг.),
Оформление текста диссертации (1997-1999гг.).
Апробация результатов исследования. Теоретические положения и результаты исследований излагались и были одобрены на следующих межвузовских, Всероссийских и международных конференциях и семинарах: на научно-практическом семинаре «Опыт и проблемы внедрения компьютерной техники в учебный процесс», Челябинск, 1990; на Российской научно-методической конференции «Проблемы качества высшего образования», Уфа, 1991, 1992; на межвузовском научно-методическом семинаре «Компьютеризация учебного процесса по курсам «Электротехника и основы электроники» и «Теоретические основы электротехники», Астрахань, 1992; на межвузовской научно-методической конференции Научно-методического совета по электротехнике «Компьютеризация учебного процесса по электротехническим дисциплинам», Астрахань, 1993, 1995; на научно-практической конференции «Вузы России в условиях рынка», Пенза, 1993; на научно-
практической конференции «Проблемы совершенствования обучения в
вузе при переходе на многоуровневую систему образования», Астрахань,
1994; на межвузовской научно-технической конференции «Новые
информационные технологии в региональной инфраструктуре», Астрахань,
1994, 1995, 1997; на международной научно-методической конференции
«Инновационное проектирование в образовании, технике и технологии»,
Волгоград, 1995; на международной научной конференции «Information
theories and applications», Болгария, 1995, 1996; на международной научно-
методической конференции «Новые информационные технологии в
университетском образовании», Новосибирск, 1996; на международном
семинаре «Искусственный интеллект в образовании», Казань, 1996; на
межвузовской научно-методической конференции «Педагогические
нововведения: технологии, методики, опыт», Краснодар, 1996; на
международной научно-методической конференции «Новые
информационные технологии в преподавании электротехнических дисциплин (НИТЭ-98)», Астрахань, 1998; на международной конференции «Региональная информатика- 98 (РИ-98)», Санкт-Петербург, 1998; на шестой национальной конференции с международным участием по проблемам искусственного интеллекта КИИ-98, Пущино,1998; на Всероссийском электротехническом конгрессе с международным участием ВЭЛК-99, Москва, 1999; на межвузовской конференции по инженерной психологии и эргономике, Тверь, 1999.
Внедрение результатов исследования. Разработанные ДИПС по курсу электротехники внедрены в Астраханском государственном техническом университете (АГТУ), в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете, в Уфимском колледже радиоэлектроники, Петропавловск - Камчатском высшем военно-морском
училище. Результаты исследований используются при проведении внутривузовского (АГТУ) научно-методического семинара для педагогов, специализирующихся в области разработки компьютерных учебных программ. Часть работы выполнена в рамках Комплексной программы «Информационные и коммуникационные технологии в системе непрерывного образования» Научно-отраслевого отделения общего среднего образования Российской академии образования.
По теме исследований опубликовано 58 работ, в том числе зарегистрировано в Российском агентстве по охране авторских прав пять ДИПС по курсу электротехники.
Ня защиту выносятся:
1. Комплекс психолого -педагогических требований к ДИПС по ОТД, учитывающих особенности процесса обучения общетехническим дисциплинам (предъявление учебного материала должно строиться с опорой на взаимосвязь и взаимодействие понятийных, образных и действенных компонентов мышления; система научных понятий ОТД должна быть представлена в виде иерархической структуры высокого порядка, каждый уровень которой соответствует определенному внутридисциплинарному уровню абстракции, при этом необходимо обеспечить учет как одноуровневых так и межуровневых логических взаимосвязей понятий ОТД; необходимо обеспечить предоставление учащемуся разнообразных контролируемых тренировочных действий с целью поэтапного повышения внутридисциплинарного уровня абстракции знаний учащихся на заданном уровне усвоения).
Метод теоретических образов, являющийся одновременно методом обучения и разработки ДИПС, определяющий технологию синтеза наглядно- образного и вербально- логического представлений учебной информации при интерактивном процессе обучения и обеспечивающий своего рода автоматизированное управление учебной деятельностью учащегося, приводящее к облегчению и ускорению процессов восприятия, осмысления, внимания, повторения и запоминания учебной информации.
Иерархическая модульная структура ДИПС по ОТД, отражающая внутридисциплинарные уровни абстракции системы научных понятий ОТД и логические взаимосвязи между этими понятиями, основным структурным компонентом которой является модуль-параграф, состоящий (имплицитно) из блоков содержания теоретического материала, формирования обучающего воздействия, решения учебного задания, проверки ответов учащегося, обратной связи и оценки результатов учебной деятельности учащегося, отличающаяся (по сравнению с традиционным учебником) значительным усилением роли внетекстовых компонентов: иллюстраций (графика, анимация, видео, звук), аппарата организации усвоения и аппарата ориентировки.
Система вариативных учебных практических заданий, включающая задания, конкретизирующие каждое из изучаемых понятий, и задания, конкретизирующие логические взаимосвязи понятий одного и того же или различных внутридисциплинарных уровней абстракции, содержащая в каждом задании комплекс примеров, соответствующих разным уровням усвоения (знания-знакомства, знания-копии, знания - эвристики, знания -трансформации), отличающаяся операциональной простотой примеров при их объемном и глубоком научном содержании, что становится возможным благодаря использованию метода теоретических образов, и
обеспечивающая усвоение учащимися иерархической системы понятий ОТД на заданном уровне.
5. Методика проектирования ДИПС по ОТД, основанная на
разработке психолого-педагогического сценария в двух аспектах: в плане
реализации интерактивного учебного диалога и в плане синтеза наглядно-
образного и вербально- логического представлений учебной информации,
использующая концепцию элементарного фрагмента интерактивного
учебного диалога, соответствующего одной учебной операции,
характеризуемой однозначным результатом, и обеспечивающая
сокращение затрат времени на проектирование вариативных учебных
практических заданий,
6. Условия применения отдельных видов ДИПС для организации
различных форм учебных занятий в вузовском процессе обучения:
-целесообразно использование ДИПС для поддержки комплекса различных видов учебных занятий: лекционных, лабораторных, практических, контрольных занятий, самостоятельной работы студентов;
-задачам преподавания ОТД наиболее адекватно соответствуют такие разновидности ДИПС, как электронные учебники и интеллектуальные обучающие системы, для слабоформализуемых дисциплин (медицина, геология и т.п.) - экспертные обучающие системы;
-для обеспечения усвоения знаний на уровне, достаточном для осуществления алгоритмической и эвристической познавательной деятельности, целесообразно использование ЭУ, для достижения творческого уровня необходимо применение ИОС.
Анализ опыта применения информационных технологий в процессе обучения общетехническим дисциплинам
Спектр дисциплин, изучаемых в высших технических учебных заведениях России, весьма широк. Большое внимание уделяется гуманитарной подготовке студентов. Все без исключения вузы дают основы экономических знаний. В связи с глобальными информационными процессами возникает новый интерес к наукам о Земле, о природе, о человеке. Научность мировоззрения будущих специалистов во многом формируется фундаментальными дисциплинами физико-математического цикла. В технических вузах достаточно велик объем общетехнических дисциплин. Окончательное формирование специалистов осуществляется выпускающими кафедрами, обеспечивающими подготовку по целому ряду специальных технических дисциплин.
Широта диапазона изучаемых в государственных вузах России дисциплин и фундаментальность подготовки делают российское образование уникальным и конкурентоспособным на мировом уровне [Сойфер, 1995]. Фундаментальность высшего технического образования в России, с нашей точки зрения, обусловлена, в частности, солидным блоком общетехнических дисциплин (ОТД). К ним относятся такие дисциплины, как электротехника, термодинамика, гидравлика, теоретическая механика и некоторые другие. Предметом их изучения являются теоретические основы всевозможных технических систем и устройств. Базой, необходимой для изучения ОТД, служат теоретические знания, полученные, в основном, из курсов математики и физики. Задачей преподавания ОТД является обеспечение плавного перехода от наиболее общих абстрактных понятий курсов физики и математики к изучению разнообразнейших реальных технических систем и устройств.
Существуют различные мнения о целесообразности использования современных информационных технологий в учебном процессе ОТД; от чрезмерного превознесения этих технологий, до их полного отрицания. Различие мнений вызвано тем, что каждый из высказывающихся имеет свой ограниченный субъективный опыт в этой сравнительно новой области. Объективная оценка целесообразности применения современных технологий в учебном процессе ОТД может быть получена лишь на основе анализа большого массива информации. Известны методы анализа результатов международных и крупных национальных конференций [Долматова, 1992, с.61-62], [Paul R. Cohen, с.16], позволяющие осуществлять обобщение, сравнение и интеграцию разнородных данных. В настоящей работе с целью выявления объективных тенденций использования современных информационных технологий в области ОТД проведен сравнительный анализ наиболее оперативного вида информации материалов межвузовских научно-методических конференций. Рассмотрены материалы следующих конференций и семинаров:
- Российской научно-методической конференции "Проблемы качества высшего образования", Уфа, 1992 [Материалы, 1992];
- межвузовского научно-методического семинара "Компьютеризация учебного процесса по курсам "Электротехника и основы электроники" и "Теоретические основы электротехники", Астрахань, 1992 [Тезисы, 1992];
- научно-практической конференция "Вузы России в условиях рынка", Пенза, 1993 [Материалы, 1993];
Дидактические требования
Дидактические требования соответствуют специфическим закономерностям обучения и, соответственно, дидактическим принципам обучения. В работе [Роберт, 19941, с.29-32] сформулированы дидактические требования к педагогическим программным средствам. Необходимо провести конкретизацию этих требований применительно к ДИПС и осуществить анализ возможностей развития этих требований на основе последних достижений в области современных информационных технологий. Рассмотрим две группы дидактических требований: традиционные дидактические требования и требования к ДИПС как собственно к средству новых информационных технологий (новые дидактические требования).
2.1.L О возможности повышения уровня реализации традиционных дидактических требований при создании дидактических интерактивных программных систем
1. Требование научности обучения означает, в первую очередь, достаточную глубину и корректность изложения содержания учебного материала, предоставляемого ДИПС, с учетом последних научных достижений. Согласно [Данилов, 19751, с,129-132] для успешной реализации принципа научности обучения необходимо:
руководствуясь логикой соответствующего учебного предмета, найти принципы отбора самого существенного содержания изучаемой науки;
обеспечить рассмотрение каждого нового изучаемого предмета или явления на основе диалектического подхода, то есть с учетом его развития и взаимодействия с другими предметами и явлениями;
обеспечить условия для образования правильных представлений и научных понятий и для точного выражения их в определениях и терминах, принятых в данной науке;
проводить изложение того или иного научного понятия в контексте соответствующей научной теории или гипотезы и сопоставление изучаемого понятия с противоположными понятиями;
раскрывать историю открытия изучаемых явлений; давать представление о методах научного поиска, посредством которых было открыто изучаемое явление.
При использовании средств современных информационных технологий и, в частности, ДИПС требование научности обучения может быть реализовано на новом качественно более высоком уровне благодаря возможности имитации научного поиска, научных открытий, научных исследований с помощью элементов математического и имитационного моделирования, благодаря возможности более глубокого и всестороннего изучения предметов и явлений при применении таких форм предоставления информации, которыми располагают программы мультимедиа и виртуальной реальности.
К сожалению, в настоящее время нет никаких официальных органов в системе высшего технического образования, контролирующих выполнение требования научности в разрабатываемых инициативно компьютерных учебных программах. Трудно даже представить все возможные негативные последствия разработки КУП, не отвечающих требованию научности, учитывая легкость "издания" и распространения КУП как на дискетах, так и по сети Internet.
Согласно [Данилов, 19751, с.129-132], принцип научности обучения следует рассматривать во взаимодействии с принципом доступности обучения.
2. Требование доступности обучения, осуществляемого посредством ДИПС, означает необходимость определения степени теоретической сложности и глубины изучения учебного материала сообразно возрастным и индивидуальным особенностям учащихся. Не допустима чрезмерная усложненность и перегруженность учебного материала, при которой овладение этим материалом становится непосильным для учащихся [Харламов, с. 171].
Принцип доступности необходимо рассматривать в его взаимосвязи с принципом научности. "Именно при внутреннем взаимодействии эти принципы дадут возможность педагогам всех рангов - и авторам школьных программ и учебников, и преподавателям найти ту тонкую линию ведения обучения при максимальном удовлетворении требований как принципа научности, так и принципа доступности. Принцип научности приобретает в этом случае не абстрактный, а конкретно содержательный смысл, а принцип доступности становится мерой умственного и физического напряжения учащихся". [Данилов, 197 51, с Л 21]. Учение не должно быть ни чрезмерно легким, ни чрезмерно тяжелым.
Возможности наглядно-образного представления учебной информации при использовании современных информационных технологий
Процесс познания происходит более успешно, если он основан на непосредственном наблюдении изучаемых объектов и явлений. Известному педагогу Я А. Коменскому принадлежит следующее высказывание: "Если мы желаем привить учащимся истинное и прочное знание вещей, вообще нужно обучать всему через личное наблюдение и чувственное доказательство" [Коменский, 1982, Т.1, с.384]. Дидактический принцип наглядности обучения, оставаясь неизменно актуальным, получает в условиях современных информационных технологий новое развитие.
Уровень реализации наглядности во многом зависит от существующих материально-технических возможностей. Сегодня, в связи с широким использованием информационных технологий и, в частности, мультимедиа, нет дефицита наглядных образов. Но, как это справедливо отмечено в работе [Зазнобина и др., 1996], возникает проблема "интеллектуальной наглядности". Данный термин авторы используют для характеристики наглядных средств обучения, раскрывающих сущность изучаемого материала через взаимосвязь фактов и теорий, через движение от конкретного к абстрактному и обратно. Создание таких средств обучения требует методической интерпретации исходного образа, его подачи в методически целесообразной форме. В институте средств обучения Российской академии образования разрабатывается банк визуальной информации (БВИ) для целей образования. БВИ предназначен, с одной стороны, для хранения изображений, накопленных в различных средствах обучения: учебниках, учебных пособиях, таблицах, исторических и географических учебных картах, диафильмах, учебных сериях диапозитивов, с другой - для создания новых средств обучения, соответствующих уровню интеллектуальной наглядности. Разработка БВИ является многоаспектной технико-педагогической задачей. БВИ - открытая система, допускающая изменение и пополнение хранящейся информации. Единицей хранимой информации является лексико - графический объект -это сложный объект, документ, содержащий текстовую, графическую и звуковую информацию.
Колоссальную значимость образности представления информации отмечает в своей работе профессор психологии М.А.Уайт [White, 1988]. Она считает образность новым языком современных информационных технологий. Представляя информацию не только в виде текста, но и в виде образов, новые технологии создают предпосылки для третьей революции в сфере образования, которая может оказать более радикальное воздействие на способы мышления и обучения, чем первая образовательная революция, связанная с изобретением алфавита, и чем вторая, вызванная появлением печатного станка. Это связано с тем, что образы оказывают принципиально более сильное воздействие на человека, чем текст, что способствует лучшему усвоению образной информации. М.А. Уайт считает образность мощным инструментом мышления и подчеркивает, что образность мышления характерна для многих выдающихся ученых. Обучение на основе образов радикально отличается от обучения на базе текстового материала. Обучение на основе образов позволяет максимально сконцентрировать внимание учащихся на предмете изучения.
Анализ литературы в области использования современных информационных технологий для целей образования, проведенный автором настоящей работы, свидетельствует о том, что смещение в сторону наглядно-образного представления информации наблюдается в самых различных разработках. При этом многие разработчики КУП параллельно и независимо друг от друга, часто в своей оригинальной манере приходят к созданию новых наглядно-образных интерпретаций учебного и научного материала.
Так, например, в диссертации М.Е. Степанова [Степанов, 1994] рассматривается возможность привлечения образного мышления при решении математических задач. В работе устанавливается взаимосвязь между важнейшими понятиями школьного курса алгебры (система координат, величина, функция) и задачами построения на экране компьютера семейств геометрических фигур. Учащиеся осмысленно создают компьютерные изображения. Такое обучение сходно с изобразительной деятельностью, что резко повышает мотивацию учащихся к изучению учебного материала. Использование компьютера для изучения функций в курсе алгебры 7-9 классов рассматривается также в диссертации Б.Б. Беседина [Беседин, 1992]. Обучение решению стереометрических задач с учетом взаимосвязи образного и логического компонентов мышления анализируется в работе [Шереметьева, 1997]. Роль интеграции научных знаний и образных представлений в улучшении усвоения школьниками учебного материала исследована в диссертации [Трапезникова, 1997].
