Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. КОНЦЕПЦИЯ ОБУЧЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ ИНФОРМАТИКЕ НА МОДЕЛЯХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1. Анализ содержательной линии обучения прикладной информатике 23
1.2. Концепция обучения прикладной информатике 45
Выводы по главе 53
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИКЛАДНОЙ СРЕДЫ ОБРАЗОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Принципы моделирования социально-экономических систем 54
2.2. Обучение моделированию социально-экономических систем
2.2.1. Компьютерные модели для среды образования...72
2.2.2. Компьютерные модели для среды образования и управления 89
2.3. Типовые компьютерные комплексы для обучения прикладной информатике
2.3.1. Методические инструментальные комплексы 104
2.3.2. Автоматизированные обучающие системы 108
2. 3. 3. Модели социально-экономических систем 113
Выводы по главе 126
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ ИНФОРМАТИКЕ НА МОДЕЛЯХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1. Дидактические положения по обучению 128
3.2. Базовое обучение прикладной информатике 140
3.3. Вариативное обучение прикладной информатике 145
3.4. Особенности применения компьютерных пособий 157
Выводы по главе 164
ГЛАВА 4. ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ ИНФОРМАТИКЕ НА МОДЕЛЯХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
4.1. Характеристика учебно-методического комплекса "Использование вычислительной техники в учебном процессе"...165
4. 2. Организация учебного процесса по методике 176
4. 3. Оценка эффективности методики обучения 189
Выводы по главе 199
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 200
ЛИТЕРАТУРА 202
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Компьютерный учебно-методический комплекс (УМК) "Использование вычислительной техники в учебном процессе"
1.1.Программа дисциплины "Использование вычислительной техники в учебном процессе"225
1.2. Функциональный уровень УМК 229
1.3. Информационный уровень УМК 243
1.4. Методический уровень УМК 248
1.5. Программный уровень УМК 257
1.6. Типовые задачи, реализуемые УМК 272
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Статистическая обработка экспериментальных данных 292
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Заключения на авторские разработки 304
- Анализ содержательной линии обучения прикладной информатике
- Принципы моделирования социально-экономических систем
- Дидактические положения по обучению
Введение к работе
Актуальность темы исследования определяется:
Целевыми установками Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ по преподаванию дисциплин информационного цикла.
Социальным заказом общества на подготовку преподавателей, работающих в информационно-прикладной образовательной среде.
Обучением в педагогическом вузе с ориентацией на деятель-ностную сферу.
Исследованиями по программе "Учебно-методический комплекс для подготовки преподавателя информатики" (тема 4.1.3, Министерство общего и профессионального образования РФ, 1993-1996 гг.).
Научный базис для решения проблемы. В области теории и практики обучения с применением компьютерных систем можно отметить работы Бешенкова С.А., Братчикова И.Л, Бордовского Г.А., Боронен-ко Т. А., Гейна А.Г., Глазова Б.И., Готской И.Б., Довгялло A.M., Жданова С.А., Житомирского В.Г., Зеленина В.М., Извозчикова В.А., Казиева В.М., Кузнецова Э.И., Кузнецова Ю.К., Ланиной И.Я., Лаптева В.В., Лапчика М.П.. Макаровой Н.В., Никитиной Г.В., Первина Ю.А., Румянцева И.А., Савельева А.Я., Соловова А.В. и ряда дру-
- 13 -гих, которые заложили базис научного направления "Проектирование компьютерных обучающих систем".
Объектом исследования настоящей работы являются модели социально-экономических систем как базовая компонента обучения прикладной информатике.
Предметом исследования является методика компьютерного обучения прикладной информатике в профессиональной среде.
Цель исследования состоит в разработке методики обучения проектированию и применению моделей социально-экономических систем на базе проблемно-ориентированной организации учебной деятельности, рассматривающей обучающую систему как элемент операционной среды обучения.
Гипотеза, положенная в основу исследования, состоит в том, что обучение прикладной информатике на моделях социально-экономических систем повысит профессиональный уровень учителей и позволит овладеть массовыми компьютерными профессиями в различных предметных областях.
В концепции исследования представлены научные основы предлагаемой в диссертации методики обучения прикладной информатике в педагогическом вузе на базе моделей социально-экономических систем.
Современные требования к учителю, подготовленному к работе в компьютеризированном обществе на новых проблемных и технологических принципах, обусловливают разработку методики обучения прикладной иннформатике на моделях социально-экономических систем, формирующих проблемно-ориентированную образовательную среду и обеспечивающих тесные межпредметные связи.
Фундаментальность знаний и умений учителя в области прикладной информатики обеспечивается, если содержание обучения в мо-
- 14 -дельной среде соответствует профессиональным требованиям принятой в России концепции информатизации образования и одновременно готовит к самостоятельной работе на компьютере в различных прикладных областях.
Интерес к компьютерному моделированию формируется у студента через возможность изучения той области знаний, которая способствует его становлению как будущего специалиста и подготавливает к работе на автоматизированных производственных системах, реализующих функции обучения и управления.
Методика обучения прикладной информатике в среде социально-экономических моделей основана на интеграционном принципе применения локальных моделей данных, вычислений, процессов, что максимально раскрывает потенциальные возможности персонального компьютера в организации процесса обучения и его автоматизации, приводит к изменению функций преподавателя и требует разработки специального учебно-методического обеспечения.
Индивидуализация обучения и повышение качества усвоения учебного материала достигается применением в дисциплинах информационного цикла учебно-методических комплексов, моделирующих процессы производственной деятельности в конкретных прикладных областях .
Задачи исследования. Для решения поставленной проблемы, сформулированной гипотезы и достижения намеченной цели определены следующие задачи:
1. Формирование научной концепции обучения прикладной информатике в педагогических вузах на моделях социально-экономических систем.
Анализ содержательной линии прикладной информатики в исследовании, проектировании и применении моделей социально-экономических систем.
Создание комплекса учебных компьютерных моделей организационно-административных, организационно-экономических, производственно-экономических и информационно-проектных систем.
Разработка методической системы обучения исследованию, проектированию и применению моделей социально-экономических систем для среды обучения и управления.
Разработка методики проектирования моделей социально-экономических систем учебного назначения с прикладной ориентацией.
Разработка и апробация компьютерных учебно-методических комплексов для дисциплин информационного цикла.
Выработка практических рекомендаций по формированию компьютерной учебно-методической базы для среды образования и управления.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись следующие методы:
Анализ психолого-педагогической, математической и специальной литературы.
Элементы дискретной математики, общей теории систем и системного анализа при построении математических, информационных и вычислительных моделей социально-экономических систем.
Моделирование социально-экономических систем при разработке и апробации учебных дисциплин информационного цикла.
Обобщение опыта работы преподавателей средних и высших учебных заведений по применению компьютеров в учебном процессе.
Апробация в учебном процессе обучающих моделей и компьютерных курсов для информационной образовательной среды.
6. Математико-статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.
Теоретической основой исследования явилась теория диалоговых информационных автоматов и методы формализации обучающих моделей как динамического отражения предметной области в социально-экономических системах.
Научная новизна. В диссертации представлены концептуальные, методические и инструментальные основы моделирования, создания и использования социально-экономических моделей, совокупность которых составляет методическую систему обучения прикладной информатике, ориентированную на различные прикладные области. При этом получены следующие научные результаты:
Впервые сформулирована концепция применения социально-экономических моделей для изучения дисциплин информационного цикла.
Выполнен анализ содержательной линии прикладной информатики в исследовании, проектировании и применении моделей социально-экономических систем, позволивший выявить актуальные задачи теории и практики обучения информатике.
Проведены исследования в области теории диалоговых обучающих систем с целью разработки методики построения информационно-логических моделей, учитывающих пользовательские требования.
Предложена методика обучения моделированию, созданию и использованию моделей социально-экономических моделей, функционально ориентированных на различные прикладные области.
Разработаны типовые технологии исследования, проектирования и применения социально-экономических моделей для проблемно-ориентированной организации учебной деятельности.
Снижена трудоемкость проектирования компьютерных моделей за счет формализации предметной области, создания структурированных информационных баз и унификации используемых процедур.
Спроектирован комплекс компьютерных моделей социально-экономических систем, позволяющий профессионально изучать моделирование иерархических структур, организационное управление и обслуживание, проектирование робототехнических систем, эффективность функционирования и сбалансированность производственных систем.
Определены автоматизированные типовые процедуры для описания компьютерных моделей социально-экономических систем на функциональном и информационном уровнях.
Реализация разработанных методов и средств обеспечила дополнительные доводы в пользу выделения проблемы "Компьютерное проектирование учебного процесса".
Теоретическая значимость исследований состоит в том, что на основе анализа типовых компонент социально-экономических систем предложена методика обучения прикладной информатике для педагогических вузов на моделях этих систем.
Практическая значимость исследований состоит в том, что обучение информатике на моделях социально-экономических систем позволяет проектировать учебный процесс для дисциплин информационного цикла и ориентирует обучаемого на различные прикладные области, а именно:
- оптимальным образом распределить функции обучаемого и обучающего и, тем самым, обеспечить высокую эффективность компьютерных технологий обучения;
уменьшить время освоения учебной информации за счет применения компьютерных моделей, обеспечивающих высокую мотивацию выполняемых действий;
сформировать обучающие комплексы и технологии обучения прикладной информатике на базе моделей социально-экономических систем;
выработать практические рекомендации по формированию компьютерной учебно-методической базы в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Российской Федерации.
Выполненные разработки и сделанные рекомендации применимы к различным дисциплинам информационного цикла и ориентированы на широкий спектр компьютерных специальностей, что способствует их эффективному внедрению в систему общего и профессионального образования.
Достоверность результатов обеспечена: доказательством выдвинутых утверждений; аналитическими выводами зависимостей, используемых в моделировании; корректным применением методов и моделей теории многоуровневых иерархических систем, методов представления знаний; экспериментальными исследованиями, опытом применения в учебном процессе компьютерных моделей социально-экономических систем, созданных в результате диссертационных исследований.
Апробация работы. Основные положения исследований докладывались и обсуждались в течение 1975-1996 годов более чем на 30 международных, всесоюзных, республиканских, ведомственных, вузовских, кафедральных конференциях, совещаниях, семинарах, заседаниях по проблемам разработки социально-экономических систем, автоматизации проектирования и моделирования обучающих систем, разработки математического обеспечения, управления производством, об-
- 19 -разовательным технологиям, непрерывному педагогическому образованию, инновационным процессам в подготовке учителя и получили положительную оценку.
Внедрение результатов работы
Теоретико-методические, инструментальные и практические результаты, полученные автором, используются в учебном процессе ряда педагогических и технических вузов при изучении дисциплин информационного цикла ("Основы информатики", "Информационные системы", "Использование вычислительной техники", "Алгоритмизация и техника вычислений", "Методика преподавания информатики" и ряда других) для специальностей 010100, 030100 (учитель математики, учитель математики и информатики, учитель информатики) факультетов математики и информатики и специальностей 030300, 030600, 050503 (учитель технологии и предпринимательства, учитель труда) факультетов технологии, предпринимательства и экономики.
Разработки компьютерных моделей, лабораторного практикума, учебно-методических комплексов, учебного пособия зарегистрированы в Российском Фонде компьютерных учебных программ и рекомендованы для применения в дисциплинах информационного цикла.
Вошедшие в диссертацию разработки автора по государственным и ведомственным программам научно-исследовательских работ имеют важное прикладное значение, т.к. применение социально-экономических моделей позволяет проектировать учебный процесс для дисциплин информационного цикла, а также для дисциплин по применению ЭВМ в управлении производством, изучаемых студентами факультетов технологии, предпринимательства, экономики педагогических и технических вузов.
Публикации. Основные результаты диссертационных исследований содержатся в 68 печатных работах, в том числе 3 монографии по
- 20 -применению экономико-математических методов при разработке автоматизированных систем, 5 учебных пособий по применению в учебном процессе компьютерных моделей социально-экономических систем и по разработке программного обеспечения для автоматизированных систем, 20 статей и тезисов докладов в центральных и ведомственных изданиях, 12 методических пособий в ведомственных изданиях, 6 информационных карт на разработку автоматизированных обучающих системы. Учебник "Использование вычислительной техники в учебном процессе" рекомендован Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для высших педагогических учебных заведений.
Результаты исследований автора представлены в 11 научно-исследовательских и опытно-конструкторских отчетах, выполненных по государственным и ведомственным программам научно-исследовательских работ и внедренных в производство.
На защиту выносятся следующие положения:
Выполненные исследования развивают научное направление "Проектирование учебного процесса" в части применения моделей социально-экономических систем из прикладной области.
Представленная методика обучения прикладной информатике в среде социально-экономических систем основана на интеграционном принципе применения локальных моделей данных, вычислений, процессов и является научно обоснованной теоретической и дидактической разработкой для организаций Министерства общего и профессионального образования РФ.
Комплекс разработанных моделей социально-экономических систем служит современным инструментарием для обучения дисциплинам информационного цикла и успешного овладения массовыми компьютерными профессиями.
4. Разработанная технология обучения прикладной информатике на моделях социально-экономических систем обеспечивает оптимизацию обучающих воздействий в диалоговом режиме и тесные межпредметные связи.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 311 машинописных страниц состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Основная часть работы изложена на 224 страницах текста и содержит 17 рисунков. Список литературы включает 253 источника. В приложении - 58 страниц текста и 29 страниц иллюстраций.
Содержание работы
В первой главе рассмотрена концепция научных основ обучения прикладной информатике на моделях социально-экономических систем в педагогических вузах. На основании анализа состояния вопроса формализованы цели обучения с позиций деятельностной сферы. Приведена содержательная линия обучения прикладной информатике в профессиональной среде образования и управления. Обоснована актуальность темы и решаемых задач на базе модельного подхода к научной проблеме.
Вторая глава посвящена моделированию среды образования и управления. На основании проведенных исследований в области теории диалоговых систем предложена методика построения их информационно-логических моделей с учетом концептуального представления пользователя. Предложена методика обучения моделированию профессиональной образовательной среды и методика обучения элементам проектирования компьютерных социально-экономических моделей. Дано краткое описание разработанных автором типовых компьютерных моделей для обучения прикладной информатике.
В третьей главе представлена методика обучения прикладной информатике на моделях социально-экономических систем. Приводятся дидактические положения для базового и вариативного обучения прикладной информатике в прикладной образовательной среде. Анализируются особенности обучения на базе авторских компьютерных пособий.
В четвертой главе проверяется эффективность предложенной методики обучения прикладной информатике на моделях социально-экономических систем с применением авторского учебно-методического комплекса "Использование вычислительной техники в учебном процессе". Приводятся практические рекомендации по формированию компьютерной учебно-методической базы в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования РФ.
В приложении представлены функциональный, информационный, методический, программный уровни авторского учебно-методического комплекса "Использование вычислительной техники в учебном процессе". Описаны реализуемые задачи. Приводятся сведения о внедренных научно-исследовательских, проектно-конструкторских, учебно-исследовательских и учебно-методических разработках автора, выполненных по государственным и ведомственным программам научно-исследовательских работ.
Фундамент компьютеризации обучения в СССР закладывался работами большого числа отечественных и зарубежных ученых.
Теоретический базис для разработки компьютерных социально-экономических систем был создан трудами Глушкова В.М., Кодда Э., Крамма Р., Кроува Т., Майлса Е., Мартина Дж., Соренсена П., Трамбле Ж., Эйвисона Д. и ряда других. В этих работах рассмотрены вопросы системного анализа, структурирования, моделирования, разработки информационных баз большой емкости и создан математический аппарат для обработки информации в этих базах.
Основные разработки по теории проектирования компьютерных систем принадлежат Алферову А.В., Батищеву Д.И., Беллману Р., Бигсу Ст., Гельфанду И.М., Горанскому Г.К., Гуду Г.Х., Гроссу 0., Диксону Дж.. Жуку К.Д., Игнатьеву М.Б., Краснову Л.В., Маккалоу П.Э., Мясникову В.А., Принсу М., Торгашеву В.А., Хайтори Юкихида, Хиксу Ч.Р., Янгу С.
Автоматизация решения задач на распределенных вычислительных системах рассмотрена в [9]. Систематизированы требования к решению задач и организации обработки информации, разработаны процедуры по управлению данными, по проектированию прикладных информационно-программных комплексов. Даны основные понятия, приводятся характеристики системы и основные функции над структурами данных, описаны автоматы, задающие поток информации.
Семантические аспекты проектирования баз данных рассмотрены в [101]. Главное внимание уделено проблеме построения информационных моделей объекта управления. При этом учитывается три основных направления: методы информационного обеспечения автоматизированных систем; теория проектирования баз данных; теория и практика автоматизации научно-технических исследований.
Концепция построения систем управления распределенными базами данных посвящена работа [97]. На основании анализа существующих систем управления предложен принцип связи концептуальной модели данных с многоуровневой архитектурой системы интеграции неоднородных баз данных.
Архитектуре распределенных систем мини- и микро-ЭВМ посвящена работа [225]. Рассмотрены вопросы конфигурирования иерархических систем, организации систем с разделяемой памятью, централизованного и децентрализованного управления, технологии иерархических конфигураций, проблем программного обеспечения мультикомпь-ютерных систем, управления компьютерными системами "высокого" уровня.
Опыту разработки и внедрения автоматизированной системы административного управления посвящена работа [79]. Система представляет собой вариант реализации большой информационно-справочной базы документального типа с частичным совмещением функций фактографического поиска. Комплекс решаемых задач подразделяется по функциональному назначению на две группы - задачи информационно-справочного обслуживания и задачи контроля и анализа исполнительской деятельности. Система включает в себя информационную базу, подсистему комплексации программного обеспечения "Поиск", подсистему генерации выходных форм и подсистему вывода информации "Экран".
Принципы моделирования социально-экономических систем
Информационная образовательная среда включает множество информационных объектов и связей между ними, средства и технологии сбора, накопления, передачи, обработки, продуцирования и распространения информации, собственно знания, а также организационные и юридические аспекты, поддерживающие информационные процессы.
Учебная компьютерная среда имеет три компоненты:
- модель знаний, подлежащих изучению или использованию;
- модель деятельности, необходимой для приобретения знаний;
- модель средств, необходимых для инструментирования соответствующей деятельности.
Информационная модель образовательной среды включает информационное отражение изучаемого объекта, совокупность показателей, характеризующих функционирование объекта, а также описание процедур преобразования информации. Каждому объекту учебной деятельности приписывается совокупность компонентов информации, отражающих его социальные, экономические и специальные свойства, рис.2. 1.
Моделирование возможно, если создано формализованное описание, учитывающее основные закономерности процесса обучения и действующие факторы. Решения по конфигурации модели определяются, исходя из объемных и временных характеристик потоков информации, рациональным маршрутам ее движения [179]. Локализация информации осуществляется по принципам выделения: класса задач, решаемых с использованием этой информации; круга соответствующих пользователей; места хранения.
Материальным носителем компьютерной модели является информационная база обучающей системы. Показатели, включаемые в информационную базу, подвергаются специфицированию до уровня реквизитов: имя логическое, имя символическое, состав показателей, код документа, ключевое слово. Специфицированные показатели являются основой моделирования: внутренний набор данных ("реквизит - массив хранения"), внешний набор данных ("реквизит - фрагмент обучения") и связь между ними через справочные массивы.
Специфицирование состоит в описании входных и выходных атрибутов (показателей), учебно-производственных показателей, нормативно-справочной информации, процедур, предназначенных для принятия решений руководителями, словарей и каталогов пользователей (обучаемых).
Информация предметной области формируется по доминирующим зонам и наборам реализуемых функций в циклах учебно-производственной работы. Показатели объединяются в массивы, между которыми существуют логические связи, позволяющие осуществить поиск и выбор требуемой информации в соответствии с реализуемыми функциями.
Информационная база обучающей системы должна отвечать ряду требований.
1. Иметь, по возможности, достаточно простую структуру.
2. Обладать неизбыточностью данных.
3. Обладать целостностью: физической - от неумышленного разрушения и сбоев оборудования; логической - от несогласованных действий пользователей.
4. Обеспечивать защиту данных, заключающуюся в ограничении доступа пользователей к определенным объектам хранения (массив, запись, реквизит).
Дидактические положения по обучению
Использование обучающих комплексов на базе компьютерных систем делает возможным рассмотрение в учебных целях современных задач системотехники, информатики, программирования. К таким вопросам можно отнести проблемную ориентацию обучения, моделирование обучающих систем, работу с реальной информацией, разработку алгоритмических предписаний, программирование в современных средах на современном инструментарии, технологию проектирования и эксплуатации автоматизированных систем. Возможность использования машинного хранения функций, информации, программ, параметризированных запросов и сценариев работы делает возможным настройку обучающей системы на выполнение конкретной учебной задачи.
Представление знаний понимается как создание некоторой статичной структуры в памяти компьютера, алгоритмы обработки которой зависят от целей ее использования и, в частном случае, вместе с хранимыми данными, могут соответствовать некоторому моделируемому процессу.
Информационная среда включает множество информационных объектов и связей между ними, средства и технологии сбора, накопления, передачи, обработки, продуцирования и распространения информации, собственно знания, а также организационные и юридические структуры, поддерживающие информационные процессы.
Учебная среда, реализуемая на компьютере, имеет три компоненты: модель знаний, подлежащих изучению или использованию; модель деятельности, необходимой для приобретения соответствующих знаний, умений, навыков; модель средств, необходимых для инстру-ментирования соответствующей деятельности средствами компьютера.
Классификация учебно-ориентированных компьютерных систем приводится на рис.2.5. Моделирующие системы знакомят с миром "внутри экрана". Системы-тренажеры используются для выработки необходимых навыков (например, клавиатурные тренажеры). Системы-экзаменаторы проверяют знания. Некоторые системы сочетают черты разных типов. Существуют системы-тренажеры, которые "задают вопросы" по теоретическому материалу. Кроме того, различают системы-исполнители (Черепаха, Чертежник, Вездеход), автоматические решатели задач, системы обработки текстов, системы электронных таблиц, информационно-справочные и информационно-поисковые системы.
Генерирующие системы вырабатывают набор задач определенного типа. Операционные системы позволяют учащимся самостоятельно ставить и решать задачи с помощью компьютера. Выполнение стандартных операций может быть связано с выходом в операционную среду с последующим возвратом в систему или использованием блоков-решателей, встроенных в систему.
Учебно-ориентированные компьютерные системы организуются так, чтобы их применение вырабатывало у обучаемых потребности и навыки, обеспечивающие регулярное и эффективное использование ими компьютера в дальнейшей практической деятельности. Поэтому необходимо моделировать те системы, которые нашли массовое применение в практической жизни и имеют перспективу дальнейшего распространения.
