Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ состояния проблемы применения электронных учебных модулей для реализации компетентностного подхода в обучении физике
1.1. Психологические и дидактические аспекты применения информационных технологий в обучении 14
1.2. Электронные учебные модули в общей системе электронных образовательных ресурсов 23
1.3. Компетентностный подход в образовании 33
1.4. Экспериментальные исследования целесообразности применения электронных образовательных ресурсов по физике 45
Выводы по I главе 56
Глава II. Методика применения электронных учебных модулей для реализации компетентностного подхода в обучении физике
II.1 Модели методики применения электронных учебных модулей по физике для формирования ключевых компетенций учащихся 58
II.2. Методы и формы применения электронных учебных модулей по физике 80
II.3. Диагностика результатов применения электронных учебных модулей по физике в основной школе 110
Выводы по II главе 122
Глава III. Экспериментальная проверка методики применения электронных учебных модулей по физике как средства реализации компетентностного подхода в обучении
III. 1. Общая характеристика педагогического эксперимента 126
III.2. Поисковый эксперимент 128
III.3. Обучающийся эксперимент 135
Выводы по III главе 147
Заключение 149
Литература 153
Приложения 181
- Психологические и дидактические аспекты применения информационных технологий в обучении
- Экспериментальные исследования целесообразности применения электронных образовательных ресурсов по физике
- Методы и формы применения электронных учебных модулей по физике
- Обучающийся эксперимент
Психологические и дидактические аспекты применения информационных технологий в обучении
Концепция компьютерного обучения физике в России опирается на психологическую теорию деятельности, является новой по отношению к тренинговому направлению, принятому во многих образовательных технологиях зарубежных стран. Освоение новых информационных технологий в физическом образовании - залог успешной реализации личности школьника. Общество нуждается в том, чтобы его члены были готовы к производительному и творческому труду, что обеспечивается наукоемкостью всех информационных средств - от персональных компьютеров до глобальных сетей Интернет.
Отличительной чертой современного этапа развития общества является стремительное проникновение информационных технологий во все сферы-общественной жизни, что вызывает необходимость оценки существующих подходов к обучению с точки зрения соответствия их сложившимся реалиям, а также разработки новых подходов. Теории деятельности и развивающего обучения являются отправной точкой продвижения в данном направлении.
Скорость изменения информации, необходимой для адаптации и ориентировки в окружающей действительности, сегодня так высока, что необычайно остро стоит вопрос о формировании у учащихся на самых ранних этапах обучения оптимальных комплексов знаний и способов деятельности, призванных обеспечить универсальность образования. Необходимо проводить работу по обучению школьников способам деятельности, как специальным для того или иного предмета, так и универсальным, что составляет основу информационной культуры личности.
Одной из главных задач каждого педагога-предметника является развитие интеллектуальной активности обучаемого: стремление к самостоятельному усвоению знаний, поиску решения проблемных ситуаций, использованию знакомых способов действий.
Проблемам использования компьютерных технологий в учебной деятельности посвящены работы Г.А. Бордовского, Е.В. Демин, Е.С. Гайдамака, В.А. Извозчикова, СВ. Панюковой, И.В. Роберт, А.В. Смирнова и других [20 52, 34, 64,118, 140, 156и др.].
Круподеров Р.И. в докторском исследовании 10 лет назад написал: «Широкое внедрение компьютеров в сферу образования объясняется двумя основными причинами:
1. Неизбежность влияния компьютерной техники на жизнь каждого человека является неоспоримой, и к этому надо готовиться еще в школе.
2. Внедрение вычислительной техники в учебный процесс должно привести к существенному повышению его качества» [83, С 33].
Данное утверждение становится все более актуальным и на современном этапе развития компьютерных технологий.
В материалах II Международного конгресса ЮНЕСКО «Образование и информатика» [103, с.247] российские эксперты выделяли следующие модели использования информационных технологий в образовательных целях, которые могут быть реализованы.
Во - первых, это освоение компьютера или программного средства. Освоение реализуется при непосредственном общении с компьютером путем выполнения учащимися последовательности действий согласно инструкции и проверки правильности реакции программных средств, либо методом проб и ошибок. Модель имеет вспомогательное значение как подготовительный этап, обеспечивающий возможность реализации других моделей использования компьютера. Во — вторых, в последние годы все большее значение в системе образования приобретают программные средства, реализующие методом моделирования некоторые искусственные среды с помощью аппаратных средств мультимедиа и виртуальной реальности. Учащийся воспринимает эту искусственную среду как реальность, в которой он некоторое время существует. Наиболее часто эта модель реализуется в компьютерных игровых программах, тренажерах, обучающих и развивающих средах. Модель существования имеет важное значение, поскольку обладает наибольшим по силе воздействием на пользователя.
В - третьих, это управление собственной информацией. На определенной стадии работы с компьютером учащиеся накапливают некоторый материал, потеря которого для них была бы нежелательной. Это -разработанные ими программы, документы, рисунки, всевозможные заготовки для разработки программ и документов. Для хранения и обновления такой информации необходимы персональные ресурсы памяти, разграничение доступа к информации. В основном это самостоятельная работа учащихся по созданию собственных подкаталогов и наполнению их результатами своей деятельности.
В - четвертых, это управления процессом. Это использование компьютера в качестве интерфейса между управляемым процессом либо компьютерной моделью процесса и оператором. В системе образования такая модель используется для демонстрации физических процессов и явлений. Это позволяет изучать явления и процессы в микро и макромире, внутри сложных технических систем на основе моделирования, а также представлять в удобном для изучения масштабе времени различные физические процессы, реально протекающие с очень большой или слишком малой скоростью: Это позволяет проводить занятия в более наглядной и удобной форме, тем самым, повышая качество обучения.
В - пятых, при достижении достаточно прочных навыков работы с компьютером как инструментом (модель изучения), учащийся может быть погружен в творчество. Компьютер, в значительной степени снижая рутинность работы и предоставляя богатые возможности по предоставлению информации и самовыражению учащихся, позволяет выполнять обычную учебную работу (создание рисунков, написание и оформление рефератов, создание проектов) на более высоком творческом уровне.
В - шестых, это-общение. С каждым годом все более интенсивно используется Интернет, который превращается в значимый элемент общечеловеческой культуры. Компьютерные сети позволяют реализовывать образовательные и исследовательские проекты с участием учителей, учащихся территориально разделенных образовательных учреждений, а также осуществлять дистанционное обучение, в том числе дистанционное тестирование.
В - седьмых, компьютер позволяет осуществлять просмотр каталогов, книг, учебного материала, в том числе размещенного в Интернет.
В - восьмых, это поиск информации. Это умение выделяется как самостоятельное, поскольку для целенаправленного поиска нужной информации используются иные средства, в том числе и программные, это более сложное действие, чем просмотр учебного материала. Модель предусматривает поиск информации на жестком диске, в Интернет, на CD-ROM, например, при использовании справочников, энциклопедий [103].
Дидактическая система компьютерного образования, как и всякая другая, существует при условии интенсивного информационного обмена между элементами и средой. Компьютерное образование - это целостный процесс, в котором культура деятельности, культура мышления, культура общения неразрывно связаны с технологической культурой: Овладение средствами компьютерной коммуникации предполагает выход из предметно-образовательного поля в пространство подростковой субкультуры. Задача его не только формировать знания и умения, но и целенаправленно влиять на развитие познавательных интересов, стремления приобщится к ценностям взрослой культуры, создавать собственные культурные ценности. Компьютерная среда создает пространство культурной практики, открывает доступ к культурным ценностям, дает инструменты интеллектуальной деятельности, учит способам творческого взаимодействия, стимулирует создание культурных ценностей.
Развивающая дидактика - это системный процесс обучения, направленный на развитие личности с учетом ее возрастных возможностей, зоны ближайшего развития и перспектив развития. Обучаемый всегда личностно и индивидуально ориентирован. И содержание, и методы, и формы компьютерного обучения, с одной стороны, должны быть всегда новы и интересны для обучаемого, с другой - опираться на уже имеющийся опыт и включать его отдельные элементы. Сам процесс компьютерного обучения связывается со всей многоаспектной и эмоционально богатой жизнью школьника. Тогда новая информация, новый способ действия и др., полученные им в процессе специально организованного специфически школьного компьютерного обучения, могут стать развивающим результатом общего обучения.
Развивающее обучение с использованием компьютерных технологий -одно из звеньев в общей дидактической системе школы. Оно связано с решением разных задач: сенсорного воспитания, морального и эмоционального развития, инициативности и др. При таких подходах компьютер становится действенным средство учебной деятельности в развивающей и личностно-ориентированной дидактической системе, формирующей компетентную творческую личность, сохраняя при этом здоровье обучаемого.
Экспериментальные исследования целесообразности применения электронных образовательных ресурсов по физике
Констатирующий эксперимент на первом этапе-(2003 - 2005) выявил основные проблемы применения компьютерных технологий при компетентностном подходе в обучении физике.
Из, бесед с учителями физики, преподающими физику и естествознание, было выявлено, отношения учителей к данной проблеме и основным трудностям, препятствующим внедрению ЭОР, а также необходимость создания специальных ЭОР для самостоятельной работы учащихся.
На втором этапе констатирующего эксперимента в 2005 - 2008 гг. были созданы ЭУМ для федерального образовательного портала ФЦИОР по физике и естествознанию. Разработчиками являлись компании ООО «Физикон» и «Ай-Ти». Было выяснено, на какие ключевые компетенции могут наибольшим образом влиять создаваемые ЭОР и как их часть ЭУМ - электронные учебные модули.
Констатирующий эксперимент на этом этапе состоял:
а) в определении ключевых компетенций, на формирование которых наибольшим образом могут влиять ЭОР, которые будут рассматриваться в исследовании.
б) в выявлении условий применения ЭУМ и влияния на формирование информационной, коммуникативной, оценочной компетенции.
в) в выяснении отношения учителей к данной проблеме и основным трудностям, препятствующим внедрению ЭУМ.
Для изучения состояния использования ИКТв преподавании физики в основной и средней школе было проведено:
- анкетирования учителей физики Западного округа в 2004 - 2006 учебном году - 100 учителей;
- анкетирование учителей физики СПб в 2007 году - 13 чел;
- анкетирование учителей физики г. Иваново (конференция учителей, применяющих ИКТ) - 46 чел;
- анкетирование студентов 3 курса МПГУ - 17 чел;
- анкетирование учителей физики на курсах МИОО - 30 чел;
- анкетирование учащихся 7-1Г классов школы №844 - 20чел., школы №1016 - 20;чел., Марушкинская школа №1-15:чел;
Было проведено анкетирование учителей физики; на курсах- повышения; квалификации в МИОО для изучения мнения учителей о возможности использования электронных образовательных ресурсов, размещенных в Интернет для преподавания физики. Результаты анкетирования представлены в таблице № 2 и диаграмме №1.
Анализ мнений учителей на данном этапе показал, что в Интернет практически отсутствуют электронные образовательные ресурсы, имеются определенные сложности по применению ЭОР в кабинетах физики, связанные с отсутствием подключения к Интернет, отсутствием возможностей одновременного тестирования учащихся, отсутствием мобильных классов и тем, что учителей физики практически не допускают до тестирования в компьютерных классах.
В 2008 году нами был проведен опрос студентов III курса Московского Педагогического Государственного Университета с целью изучения мнения о возможности использования электронных образовательных ресурсов, размещенных в Интернет для преподавания физики. Результаты анкетирования представлены в таблице №3 и диаграмме №2.
Самым существенным студенты 3 курса считают отсутствие компьютеров в кабинетах физики (86%), в то время, как учителя наиболее существенным считают отсутствие подключения к Интернет и отсутствие проектора для организации коллективной работы на уроках с применением ИКТ (60%).
Анализ таблицы №4 показал, что учителя считают, что применение компьютерных технологий оказывают влияние на формирование умений: решать задачи, объяснять физические явления, применять законы физики для анализа процессов на качественном и расчетном уровне, делать І выводы на основе экспериментальных данных, называть границы применимости, но практически не применяют компьютерные технологии, или применяют, но редко. Большинство учителей отмечают, что применение компьютерных лабораторных работ и интерактивных моделей оказывают влияние на формирование информационной, коммуникативной и оценочной компетенции, но не используют их для формирования компетенций. При собеседовании учителя комментировали свой последний ответ, тем, что не знают, как это делать.
Нами был проведен опрос учащихся о возможностях использования ЭОР для преподавания физики в 2006 году. Результаты представлены в таблице № 5 и диаграмме №3.
Методы и формы применения электронных учебных модулей по физике
Для реализации компетентностного подхода в процессе обучения физике при применение электронных учебных модулей необходима целенаправленная деятельность, организуемая учителем, построенная по определённому плану, включающая в себя все возможности предмета, а также опирающаяся на систематически организованные индивидуальную и групповую деятельности учащихся.
Методы и формы работы с электронными учебными модулями могут различаться по различным формам учебного процесса на схемах № 6,7.
Рассмотрим последовательность действий учителя физики, планирующего изучение темы курса с учётом применения ЭУМ. Например, в основной школе на изучение физики отводится 210 часов на 3 года, а на изучение темы «Тепловые явления» - 33 часа. На основании выделенных учебных часов учителем составляется поурочное планирование темы в рамках урочной (аудиторной нагрузки) и внеурочной (занятий по выбору, факультативных, элективных занятий, часов на проектную деятельность, часов на исследовательскую работу учащихся и т.п.). Планируются различные виды контроля результатов изучения темы:
1. Плановый урочный контроль знаний и умений учащихся.
2. Кратковременные самостоятельные работы с применением ЭУМ.
3. Выполнение лабораторных работ и планирование помощи при подготовке к лабораторным работам с применением ЭУМ.
4. Контроль в выполнении проектных и исследовательских домашних работ учащихся.
5. Тематические контрольные работы.
6. Презентации и защиты творческих, проектных и исследовательских работ учащихся.
Проиллюстрируем предлагаемую методику изучения тематического материала с учётом применения ЭУМ для реализации компетентностного подхода на примере темы «Тепловые явления» в основной школе в таблице №12.(номера модулей соответствуют нумерации на портале ФЦИОР, названия модулей и их соответствие типам даны по базе данных).
Один из важных моментов работы — создание соответствующих модулей методической поддержки (ММП).
ММП - это методическое дополнение к созданным электронным учебным модулям (ЭУМ). Он включает в себя как технологическую часть, так и описательную часть. Каждый ММП покрывает собой несколько ЭУМов, например: «одно ММП - один класс», «одно ММП - крупная тема или предмет или «одно ММП к каждой главе поурочного планирования», что удобнее для учителей.
Определены как минимум три возможные причины существования различных ММП по одной и той же теме:
Различным учащимся можно давать ЭУМ различного уровня сложности - например, в зависимости от их личных способностей (кому-то попроще, кому-то посложнее). Различающиеся ЭУМы при этом будут относиться к одному и тому же уроку, но отличаться друг от друга по уровню сложности.
ЭУМы, входящие в ММП, могут различаться не только качеством (уровнем сложности), но и количеством. Так, хорошо успевающим учащимся можно дать ММП, который включает в себя несколько больше ЭУМ, чем ММП для посредственно успевающих учащихся. На роль дополнительных ЭУМ могут претендовать, например, модули повышенной сложности типа «И» или дополнительные практические задания.
Существуют различные учебники по физике, различных авторов, по которым идёт изложение курса физики. В этих учебниках может отличаться порядок подачи материала.
Созданные ММП содержат:
1. Методический анализ темы.
2. Разноуровневые задания. Контроль знаний учащихся.
3. Интерактивные модели.
4. Модели уроков. Рекомендации по структуре уроков. Рекомендации по формированию ключевых компетенций.
5. Библиотека истории открытий в физике.
6. Контрольные работы по физике.
7. Рекомендуемые темы рефератов.
8. Рекомендуемые темы проектной и научно-исследовательской работы учащихся.
9. Задания для учащихся повышенной сложности.
При создании ММП много внимания уделялось поиску эффективных моделей работы с интерактивными моделями, создание учебных проблемных ситуаций. Применение интерактивных моделей позволяет спроектировать самостоятельную учебную деятельность учащихся, основанную на активном способе приобретения знаний об изучаемых физических явлениях. Самостоятельная работа с интерактивными моделями позволяет выбрать оптимальный для каждого учащегося темп изучения учебного материала.
Поскольку созданные тесты в «П» - модулях являются на 45% активными (ввод строк, анализ текста, параметризация в заданиях и т.п.), были созданы ММП по работе с такими модулями.
Данный подход к обучению позволяет перенести акцент с «умений -знаний-навыков» на самостоятельную работу учащихся, предоставляя им более полную свободу при работе с интерактивными моделями, более полно иллюстрирующих физические явления. При этом намного быстрее формируются ключевые компетенции при изучении физики.
Как показало специальное анкетирование, наиболее важным в применении телекоммуникационных средств обучения является не доступность необходимого оборудования, уровень пользовательских умений у учителей, а доступность методики их применения.
Главными факторами оказываются отношение учителей к инновациям, использование новых методик и моделей обучения и наличие разнообразной методической поддержки. Использовалась концепция содержания модулей методической поддержки - ММП, предложенная Н.Н. Гомулиной.
Обучающийся эксперимент
Так- как цель разрабатываемой методики обучающего этапа педагогического эксперимента заключается в определении успешности внедрения разработанной методики формирования оценочной, информационной и коммуникативной компетенций у учащихся основной школы с применением системы ЭУМ, то необходимо было выяснить, отвечает ли предлагаемая методика поставленной цели. Задачи обучающего этапа педагогического эксперимента
1. Внедрение систематически организованной деятельности учащихся с применением ЭУМ в основной школе.
2. Проведение диагностики формирования оценочной, информационной и коммуникативной компетенций у учащихся основной школы с применением системы ЭУМ и интеграции знаний.
Задачей обучающего периода явилась проверка гипотезы исследования о том, что если разработать электронные учебные модули по физике, то их применение способствует формированию ключевых компетенций по физике.
Обучающий эксперимент состоял в проведении уроков с ЭУМ, применением ЭУМ в самостоятельной работе учащихся дома.
Сравнение велось с классами, где преподавание велось без применения компьютерных средств обучения. При проведении эксперимента учитывалось требование репрезентативности при подборе экспериментальных и контрольных классов во избежание недостоверности результатов педагогического эксперимента. Поскольку повышение качества знаний происходит не только от применения ЭУМ в обучении, но и от значительного количества других факторов, связь должна быть не функциональной зависимостью, а корреляционным отношением, когда повышению качества знаний может соответствовать несколько других параметров.
В ходе экспериментальной работы-использовались различные методы исследования: наблюдения за учащимися,, анализ, диагностических контрольных работ, анализ творческого роста учащихся.
На этапе обучающего эксперимента оценивалось влияние разработанной методики на:
1) развитие, углубление и систематизацию обобщённых умений учащихся, которые необходимы при формировании ключевых компетенций;
2) готовность учащихся к применению формируемых компетенций на практике при организации возможных форм работы;
Основу диагностики формируемых компетенций составляет таблица № 21 (параграф 2.4.), в которой определены основные виды деятельности учащегося по становлению ключевых компетенций с возможной формой диагностики достижений учащихся. При проверке каждого структурного элемента разрабатываемой методики в школе были определены экспериментальные и контрольные классы. Сравнение преподавания с применением системы электронных учебных модулей велось в классах в той же параллели, где преподавание физики велось без применения ЭУМ.
Так как разрабатываемая методика учитывает личностно-ориентированный подход к учащимся, а также реализацию ее в базовом курсе физики, то необходимо было влияние методики на достижение поставленных задач. В контрольных классах обучение физики проходило по традиционной методике. Практически все классы (и контрольные, и экспериментальные) в образовательных учреждениях №№ 844, , 1541, 1208, Марушкинская средняя школа №1 приняли участие в школьных конференциях, а также в школьной научно - практической конференции «Думай глобально - действуй локально». Результаты презентаций и защиты работ, учащихся из экспериментальных классов оказались значительно лучше как по глубине проработке тем, так и по уровню презентаций и защиты, что хорошо подтверждает положения разрабатываемой методики.
Поскольку диагностика одной отдельно взятой компетенции проблематична. из-за интегрированности свойств оценочной, коммуникативной, информационной компетенций друг в друга, то были определены диагностические мероприятия, позволяющие провести мониторинг отдельных качеств, определяющих данные компетенции в экспериментальном и контрольном классах.
Диагностические мероприятия, позволившие провести сравнительный мониторинг сформированности рассматриваемых компетенций:
плановые тематические контрольные работы с применением ЭУМ;
конкурсные мероприятия различных уровней;
При диагностике оценочной и информационной компетенций анализировались результаты тематических контрольных работ. В процессе опытного преподавания учащимся 7-9 классов при организации и проведении контроля знаний предлагалось в экспериментальных классах проводить контрольные работы с применением контрольных ЭУМ, а в контрольных классах проводить традиционным способом.
Проверяя сформированность информационной компетенции, мы давали одинаковые задания с применением контрольных модулей (тесты) и оценивали, как ученики умеют анализировать информацию, представленную в разных формах. Пример экспериментальных результатов- приведен в таблице № 26. Эти данные иллюстрируют более высокий уровень сформированности информационной компетенции в экспериментальных(7Б,8Б,9Б) классах по сравнению с контрольными классами(7А,8А,9А). Результаты выполнения даны в таблице №25.
