Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ «ВЕРОЯТНОСТНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ» НА РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ УЧАЩИХСЯ.
Взаимосвязь информационной культуры и моделирования 11
Целесообразность введения вопросов вероятностного моделирования в школьную информатику 24
Содержание учебного материала темы
Выводы по главе 1 50
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
ВОПРОСОВ ВЕРОЯТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В
ШКОЛЬНОЙ ИНФОРМАТИКЕ
. .
Целевые и содержательные структурные единицы 52
Построение методической и процессуальной моделей 64
Методические рекомендации по изучению темы
Выводы по главе 2 83
ГЛАВА 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ
Поисково-констатирующий эксперимент 84
Организация педагогического эксперимента 94
Анализ экспериментальных данных 106
Г. Гейн, С.Г. Григорьев, М.В. Кларин, Д.Ш. Матрос, А.И. Уман [20, 23, 76, 103, 105, 161, 184, 185]. Уровень развития современного молодого человека во многом определяется уровнем сформированности у него информационной культуры.
А. Каймин, A.A. Кузнецов, А. Матюшкин-Герке [48, 49, 68, 82, 83, 119] и другие.
Выводы по главе 3 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 140
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 147
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 154
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 162
Введение к работе
В современном обществе человек стоит перед необходимостью овладевать новыми большими объемами информации. Появляются новые технологии работы с информацией - новые информационные технологии. Внедрение компьютеров в деятельность человека значительно меняет образ мышления и характер работы большинства людей.
Новые информационные технологии оказывают все большее влияние на сферу образования. В настоящее время в системе образования происходят фундаментальные изменения, вызванные новым пониманием целей и ценностей образования, необходимостью перехода к непрерывному образованию, разработкой и использованием новых технологий обучения и т. д. В настоящее время распространение получил технологический подход к обучению. Данную проблему рассматривали В.А. Беспалько, С.А. Бешенков, Б. Блум,
Понятие информационной культуры многогранно, оно включает в себя понятие компьютерной грамотности. Над определением компьютерной грамотности работали ученые А.П. Ершов, В.А. Извозчиков, Ю.В. Исаев,
Постепенно, по мере информатизации, от понятия «компьютерная грамотность» перешли к понятию «информационная культура». Современное понятие информационной культуры раскрывается в работах Г.А. Бордов- ского, А.И. Бочкина, М. Броя, В.П. Долматова, А.П. Ершова, В.А. Извозчико- ва, Ю.В. Исаева, В.А. Каймина, A.A. Кузнецова, А. Матюшкин - Герке, В.В. Морозова, С. Новоселовой, А.П. Семенова, А.Ю. Уварова [30, 31, 59, 68, 82, 83] и других.
Информационную культуру личности надо формировать в школе. Главными задачами при этом становятся следующие: подготовить учащихся к жизни в информационном обществе, сформировать у них умения пользоваться информацией в различных видах, владеть способами общения с помощью информационных технологий и средств, осознавать последствия воздействия на человека средств информации. В СССР, а затем и в России была разработана и осуществляется концепция информатизации образования. Одно из основных ее положений посвящено информационной культуры школьников, то есть формированию информационных знаний, умений учиться с помощью компьютера и других электронных средств, элементарных умений программировать. Одним из главных компонентов, составляющих модель выпускника школы и вуза, становится информационная культура.
Информационная культура есть важнейшая часть общего образования человека.
Человек, живущий в информационном обществе, должен уметь решать конкретные жизненные задачи, используя информационные технологии. Начальным этапом решения практически любой задачи является моделирование. Моделирование является одним из факторов развития информационной культуры учащихся. Выделяя факторы формирования и развития информационной культуры учащихся, мы особо останавливаемся на одном из них, а именно на знании и умении применять методы моделирования. Проблемами моделирования в школьной информатике занимались А. Г. Гейн, Е. А. Еро- хина, А. П. Ершов, В. Г. Житомирский, В. А. Каймин, Е. А. Коган, A.A. Кузнецов, А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, Е. В. Линецкий, В. М. Монахов, Ю.А. Первин, М. А. Сапир, Р. А. Сворень, Д.П. Федюшин, М. Ф. Шолохо- вич, В. А.Щеголев и другие [36, 39, 50, 79, 143, 169]. Несмотря на то, что моделирование и вероятностное моделирование играют большую роль в формировании и развитии информационной культуры, учащиеся слабо владеют знаниями в этой области. Как показывает экспертиза уровня образованности выпускников основной и средней школы города Челябинска, наиболее сложными оказались задания по моделированию. (Всего в тестировании принимали участие 461 учащийся из 20 школ города в 1997 году и 529 учащихся из 23 школ в 1998 году.) Анализ, проведенный по содержательным линиям, показывает, что наиболее трудными для выполнения стали задания линии формализации и моделирования (36,7% и 39,0% выполнения задания). Эти показатели говорят об отсутствии должного внимания к соответствующим темам курса.
В настоящее время все более широкое применение получает вероятностное моделирование. Практически в каждом физическом явлении или процессе присутствуют элементы случайности, а распространение вычислительной техники позволяет реализовывать моделирование случайных процессов с помощью компьютеров. Методы вероятностного моделирования дают возможность предсказать средний суммарный результат массы однородных случайных явлений, предсказать средний исход, в то время как конкретный исход каждого опыта остается неопределенным, случайным. Вероятностное моделирование дает возможность прогнозирования: если присутствуют одни характеристики, то наступление такого-то события вероятно, а если присутствуют другие, то наступление такого-то события невероятно. Кроме того, при вероятностном моделировании отсутствует функциональная зависимость, в отличии от математической.
Вероятностному моделированию уделяли внимание А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е.В. Линецкий, А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, P.A. Сворень, Н. П. Бусленко, И. М. Соболь, Ю. А. Шрейдер и другие [32, 37, 39, 41, 117, 118]. Вместе с тем, данный материал рассчитан на серьезные знания по физике и математике в вузовском объеме и не адаптирован к школьному курсу.
| Таким образом, моделирование и вероятностное моделирование в ча
стности, играют большую роль в становлении информационной культуры. Необходимость формирования информационной культуры учащихся порождает следующие противоречия между:
значимостью моделирования в становлении информационной культуры и слабой сформированностью знаний и умений учащихся в данной
| области;
; - необходимостью использования вероятностного моделирования
в информационном обществе и недостаточной разработанностью технологии & обучения данной теме и учебно-методического комплекса для школьной ин
форматики;
разнообразием литературы по вероятностному моделированию и неадаптированностью ее к изучению в школе.
Необходимость разрешения данных противоречий обуславливает актуальность исследования. Мы видим следующие пути разрешения пере' численных противоречий.
Расширение и углубление линии «формализация и моделирование» в федеральном стандарте включением вероятностного моделирования в
Ш школьный курс информатики.
Формирование содержания учебного материала в виде информационных блоков, исходя из развития стандарта и создание методических рекомендаций по теме «Вероятностное моделирование».
Разработка технологии обучения вероятностному моделированию в старших классах физико-математического направления.
Целью нашего исследования является формирование и представление с помощью таксономии Блума учебного материала курса «Вероятностное моделирование» и разработка технологии обучения учащихся классов физи- * ко-математического направления по этому курсу, состоящей в создании системы моделей учебного процесса (целевой, содержательной, методической, процессуальной).
Объектом исследования является процесс обучения информатике в старших классах физико-математического направления в средней школе.
Предметом исследования является процесс обучения вероятностному моделированию в обучении информатике в старших классах физико- математического направления в средней школе.
Гипотеза исследования: расширение и углубление линии моделирования федерального стандарта за счет введения вопросов вероятностного моделирования в школьную информатику и использования технологического подхода при обучении данной теме позволит повысить качество знаний, умений и сформировать убежденность в необходимости и перспективности использования методов моделирования, что соответствует развитию информационной культуры учащихся.
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой были сформулированы следующие задачи:
выявить влияние моделирования на формирование и развитие информационной культуры;
обосновать целесообразность введения вопросов вероятностного моделирования в школьную информатику;
разработать содержание учебного материала по теме «Вероятностное моделирование» для изучения его в старших классах физико- математического направления;
разработать принципы создания технологии обучения курсу «Вероятностное моделирование» и методические рекомендации для учителей по данной технологии;
экспериментально проверить эффективность разработанной технологии.
Методы исследования: теоретический анализ и синтез при исследовании и обобщении психолого-педагогической литературы; изучение материалов конференций по внедрению новых информационных технологий в обучение; анализ учебно-методической литературы; изучение и сравнительный анализ существующих программ, учебников и учебных пособий по информатике; тестирование, педагогический эксперимент.
Источником информации по проблеме являлась научная, методическая и учебная литература, материалы конференций, опрос учителей.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась использованием научно-обоснованных методов, последовательным проведением педагогического эксперимента, использованием математических методов обработки результатов, репрезентативностью сделанных выборок.
Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (1995 - 1997г.) проводилось изучение проблемы формирования информационной культуры учащихся и обучения моделированию. Был проведен анализ психолого-педагогической, учебной и методической литературы, сформулирована гипотеза, составлен план опытно- экспериментальной работы.
На втором этапе (1997 - 1999г.) были определены теоретические основы разработки технологического подхода к обучению учащихся классов физико-математического направления по курсу «Вероятностное моделирование», организован и проведен констатирующий эксперимент.
На третьем этапе (1999 - 2000г.) была проведена корректировка и усовершенствование технологического подхода к обучению вероятностному моделированию, отобран учебный материал, составлено тематическое и поурочное планирование. Был организован и проведен формирующий эксперимент с целью проверки гипотезы и выполнена обработка результатов эксперимента.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
обоснована необходимость и возможность введения вопросов вероятностного моделирования в школьную информатику;
разработана технология обучения данному материалу, состоящая в создании многоуровневой иерархической системы моделей (целевой, содержательной, методической и процессуальной)
Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:
обоснована целесообразность расширения и углубления линии «формализация и моделирование» федерального стандарта через включение вопросов вероятностного моделирования;
разработано и представлено в таксономии Блума содержание учебного материала курса «Вероятностное моделирование» в форме информационных блоков («Понятие вероятностного моделирования», «Применение метода Монте-Карло при решении задач теории массового обслуживания» и др.), проведено обоснование объема учебного материала, исходя из развития стандарта;
построена многоуровневая иерархическая система моделей учебного процесса (целевая, содержательная, методическая, процессуальная) с выявлением взаимосвязей между ними.
Практическая значимость:
Разработаны и внедрены в учебный процесс: программа курса «Вероятностное моделирование»; тематическое и поурочное планирование; дидактические материалы для учащихся.
Выявлены проблемные вопросы и трудности, возникающие у учащихся в ходе изучения «Вероятностного моделирования», и сформулированы пути их преодоления.
Апробация материалов исследования осуществлена в форме докладов и сообщений:
на ежегодных международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» в г. Москве (1993 - 1999гг.);
на областных научно - практических конференциях "Средства обучения в преподавании математики информатики» в г. Омске (1995 - 1998гг.);
на ежегодных конференциях по итогам научно- исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов Челябинского педагогического университета (1993 - 99 гг.);
на Всероссийской научно-практической конференции «Методология, теория и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» в г. Челябинске (1998 г.);
на межвузовском научно-практическом семинаре «Научные понятия в учебно - воспитательном процессе школы и вуза.» В г. Челябинске (1995 г.);
по теме исследования опубликовано 20 работ, 8 в соавторстве.
На защиту выносятся следующие положения:
Расширение и углубление линии «формализация и моделирование» федерального стандарта за счет включения вопросов вероятностного моделирования будет способствовать развитию информационной культуры учащихся.
Развитие федерального стандарта образования по информатике должно осуществляться через представление учебного материала в виде информационных блоков и представление данного материала с помощью таксономии Блума.
Технология обучения должна быть представлена в виде многоуровневой иерархической системы моделей учебного процесса (целевая, содержательная, методическая, процессуальная). В таком случае она будет способствовать повышению качества знаний, умений и формированию убежденности в необходимости и перспективности использования методов моделирования, что отражает развитие информационной культуры учащихся.
