Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена противоречием между возможностями и высоким уровнем развития современных или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ), которые предоставляют человеку невиданные ранее средства интенсификации процессов интеллектуализации всех видов человеческой деятельности, наличием достаточного количества теоретических разработок основных проблем применения НИТ в образовании на концептуальном уровне и состоянием практики разработки и использования их в учебно-воспитательном процессе средней общеобразовательной школы.
Научно-исследовательскими коллективами и отдельными учеными проведена поисковая работа теоретического характера по самым различным аспектам применения в учебном процессе НИТ, основанных на использовании электронно-вычислительной техники и всего многообразия средств связи и обработки информации: определена педагогическая целесообразность их использования, раскрыты перспективы применения информационных технологий в обучении (В.В.Гузеев, В.В.Давыдов, А.П.Ершов, В.А.Каймин, В.М.Монахов, С.Пейперт, Е.С.Полат, И.В.Роберт, Т.А.Сергеева, М.Л.Фокин); обоснована возможность применения компьютеров для интенсификации учебного процесса, проведена классификация программных средств учебного назначения, выявлены функции отдельных видов педагогических программных средств (ППС), выработаны критерии оценки их эффективности (Б.С.Гершунский, С.Р.Доманова, А.А.Кузнецов, Роланд Лаутербах, В.И.Михеев, Д.Р.Остин, Ю.А.Первин, В.П.Пустовойтов, Л.А.Струкова, Дейв Сыоэлл); сформулированы требования к ППС, определены этапы процесса их разработки, принципы построения диалогового взаимодействия обучаемых и компьютера (Е.К.Гельтищева, Е.И.Машбиц, А.В.Мирская, В.С.Но-дельман, И.В.Роберт, Т.А.Сергеева, Н.Ф.Талызина, О.К.Тихомиров, А.Ю.Уваров, Д.М.Шакирова). Интенсивно ведутся психолого-педагогические исследования проблем, касающихся выявления и учета индивидуальных особенностей обучаемых при создании интеллектуальных обучающих систем {М.А.Акопова, Т.И.Гергей, А.М.Довгялло, И.М.Забара, Е.И.Машбиц).
Проводятся исследования, посвященные проблемам использования ЭВМ в качестве средства обучения на уроках физики (Л.В.Медведева, М.Л.Фокин, Р.Ю.Шукюров), химии (И.М.Русакова), трудового обучения (Н.Д.Адаменко, А.А.Матвеева, Г.В.Рубина), ино-
2 странного языка (М.А.Акопова, А.Н.Багрова), русского языка (З.П.Ларских, Т.Ф.Новикова, Г.Г.Стебенева), черчения (С.Р.Удалов), биологии (В.Н.Стародубцев), информатики (В.В.Анисимов, Е.В.Баранова, К.Т.Бертисканова, О.В.Крицкий), математики (Е.В.Ашкинузе, Е.В.Баранова, Ю.С.Брановский, Л.Л.Буркова, Х.Гассан, В.В.Гузеев, Ю.Г.Гузун, Ю.А.Дробышев, И.В.Дробышева, И.М.Забара, Ю.А.Иванов, Л.П.Миронова, В.С.Нодельман, А.В.Пеньков, В.А.Самолысов, Л.Г.Сандакова, К.А.Танатаров, А.В.Якубов).
В работах ученых и педагогов-исследователей (Е.Б.Арутюняна, М.Б.Воловича, Ю.А.Глазкова, В.В.Гузеева, Г.Г.Левитаса, Б.В.Паль-чевского, А.В.Пенькова, В.П.Пустовойтова, Н.Ф.Талызиной, Л.С.Фридмана) установлено, что в качестве теоретической основы, на которую целесообразно опираться, обеспечивая повышение эффективности учебного процесса, и в частности процесса обучения математическим знаниям, может выступить деятельностныи подход Л.С.Выготского, А.Н.Леонтьева, П.Я.Гальперина, теория поэтапного формирования умственных действий. Эта'теория в наибольшей степени может претендовать на роль опоры организации компьютерно-то обучения математике потому, что ее основные положения прошли успешную экспериментальную проверку, положены в основу научно-методических разработок по созданию системы средств обучения математике в средней школе и, кроме того, могут быть технологи-зированы в рамках обучения, предполагающего активное использование ЭВМ. Поскольку усвоению здесь, в первую очередь, подлежат вычислительные правила, определения, теоремы, существует реальная возможность разобраться, какие собственные действия учащихся им адекватны, и реализовать предлагаемые психологами механизмы усвоения.
Особую остроту приобретает вопрос проведения научных исследований по созданию и использованию ППС в процессе обучения математике в 5-6 классах, так как именно эта ступень в курсе школьной математики оказалась в настоящее время наиболее подверженной внедрению малоэффективных программных разработок для реализации компьютерного обучения и наименее исследованной в рассматриваемом аспекте.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационное исследование отражает основные направления и принципы использования средств НИТ в учебном процессе средней школы в рамках "Концепции информатизации образования Республики Беларусь" и "Концепции внедрения средств новых информа-
ционных технологий в учебный процесс общеобразовательной школы" (И.В.Роберт).
Настоящая работа являлась частью комплексного исследования, проводимого отделом методики обучения информатике и использования ЭВМ Научно-исследовательского института педагогики Министерства просвещения БССР по теме "Совершенствование методической системы обучения информатике и использования ЭВМ в учебном процессе школы" (1986-1990 гг.).
Цель исследования — определение дидактических условий разработки и использования педагогических программных средств при обучении математике в 5-6 классах.
Объект исследования — процесс обучения математике в 5-6 классах с использованием ЭВМ.
Предмет исследования — условия проектирования и использования педагогических программных средств при обучении учащихся алгоритмам выполнения арифметических действий над рациональными числами.
Задачи исследования:
-
Проанализировать состояние теории и практики разработки и использования средств новых информационных технологий в обучении школьников, выявить и научно обосновать возможность их использования в процессе обучения математике в 5-6 классах.
-
Определить требования и особенности проектирования программно-методического обеспечения процесса обучения математике с использованием ЭВМ.
-
Разработать состав и структуру педагогических программных средств для обучения алгоритмам выполнения арифметических действий над рациональными числами. .
4. Создать программно-методическое обеспечение процесса
обучения алгоритмам выполнений арифметических действий над
обыкновенными дробями и экспериментально проверить эффектив
ность его использования в учебном процессе.
Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования:
— теоретический анализ психолого-педагогической, научно-
методической и учебной литературы по проблеме исследования;
— изучение и анализ педагогической практики обучения мате
матике в 5-6 классах, изучение и обобщение опыта разработки и
использования педагогических программных средств, наблюдение
за учебным процессом, беседы с учителями и учащимися, анкети
рование, интервьюирование, анализ результатов деятельности обу
чаемых;
моделирование учебных ситуаций при разработке сценариев педагогических программных средств, программирование;
педагогический эксперимент {лабораторный — по апробированию разрабатываемых материалов, формирующий — при обучении математике с использованием ЭВМ), качественный анализ и статистическая обработка его данных, теоретическое обобщение результатов исследования.
Гипотеза исследования — применение педагогических программных средств повысит эффективность обучения школьников математике, если; их роль и место определены в соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий; состав и структура педагогических программных средств обеспечивает интерактивное взаимодействие обучаемого и компьютера и способствует формированию умений и навыков выполнения основных арифметических действий; педагогические программные средства являются составной частью целостного программно-методического обеспечения темы и используются на этапе формирования действий в материальной (материализованной) форме.
Научная новизна полученных результатов:
выявлена и научно обоснована с точки зрения теории поэтапного формирования умственных действий возможность использования педагогических программных средств для повышения эффективности процесса обучения математике в 5-6 классах;
уточнены функции персональногокомпьютера для реализации этапа формирования действия в материальной (материализованной) форме, введено название соответствующего педагогического программного средства — электронная тетрадь, определены особенности его проектирования;
разработаны электронные тетради и методика их применения для обучения учащихся алгоритмам выполнения арифметических действий над обыкновенными дробями.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что они могут быть использованы при совершенствовании учебно-методического обеспечения процесса обучения математике в средней школе: разработанный комплекс педагогических программных средств может применяться в практике преподавания математики в 5-6 классах; апробированные нами подходы к созданию и использованию электронных тетрадей могут быть применены при разработке педагогических программных средств по другим темам курса школьной математики, для других типов компьютерной техники.
Социально-экономическая значимость полученных результатов определяется их направленностью на повышение эффективности учебно-воспитателного процесса в школе, на формирование у учащихся нового обязательного компонента общего образования — информационной культуры, характеризующейся умением работать с компьютером в определенной среде, создаваемой программным средством, знанием возможностей вычислительной техники, а также возможностью использования комплекса разработанных педагогических программных средств и методики его применения в. качестве коммерческого продукта для распространения через Фонды алгоритмов и программ в школы, оснащенные'учебной вычислительной техникой "Ямаха".
Основные положения диссертации, выносимые на зашиту:
1. Подход к использованию и разработке педагогических про
граммных средств, способствующих повышению эффективности
процесса обучения математике в 5-6 классах, на основе положений
психологической теории поэтапного формирования умственных
действий, заключающийся в следующем: педагогические программ
ные средства необходимо использовать на этапе формирования
действия в материальной (материализованной) форме, когда при
менение традиционных средств обучения не приносит желаемого
результата; педагогические программные средства включаются сис
тематически при формировании каждого нового действия отдельной
темы либо всего курса, для чего создается комплекс (пакет) этих
средств, который вместе с методическими рекомендациями по его
применению представляет собой программно-методическое обес
печение процесса обучения с использованием ЭВМ.
2. Особенности проектирования программно-методического
обеспечения учебного процесса с использованием ЭВМ, суть кото
рых состоит в использовании материала последовательно изучае
мых тем одной и той же содержательно-методической линии курса
школьной математики; построении многовариантной системы зада
ний 2-3 уровней сложности, обеспечивающей дифференцированный
подход к учащимся; формировании единообразных для всех про
грамм комплекса средств организации диалога "обучаемый-
компьютер". Педагогические программные средства являются инте
рактивными аналогами тетрадей на печатной основе для организа
ции индивидуальной работы учащихся под контролем компьютера —
электронными тетрадями.
3. Состав и структура педагогических программных средств, в
которых выделяются три основных компонента: ориентировочный —
для организации информационно-справочной службы; исполнительный, обеспечивающий интерактивное взаимодействие обучаемого и компьютера за счет предъявления разноуровневых многовариантных заданий и осуществления .пооперационного контроля с оперативной обратной связью за ходом их выполнения учащимися; контрольно-корректировочный, предусматривающий сбор и накопление данных о процессе выполнения задания для организации обратной связи.
4. Пакет педагогических программных средств для обучения алгоритмам выполнения арифметических действий над обыкновенными дробями, включающий одиннадцать программ на языке программирования BASIC, и методические рекомендации по его использованию.
Личный вклад соискателя определяется изучением и анализом современного состояния теории и практики разработки и использования средств новых информационных технологий в обучении школьников; научным обоснованием и разработкой нового подхода к реализации идей информатизации в обучении математике в средней школе; разработкой сценариев педагогических программных средств, созданием программного обеспечения процесса обучения с помощью ЭВМ на языке программирования BASIC для КУВТ "Ямаха"; подбором экспериментальной базы исследования; подготовкой учителей и учащихся к проведению учебного процесса с использованием ЭВМ; совместной творческой деятельностью с учителями-экспериментаторами.
Исследование представляет собой результат многолетней научной деятельности соискателя — с 1986 г. по 1995 г.
Апробация результатов диссертации. Ход и результаты исследования апробировались на республиканской научно-практической конференции (Минск, 1987), VII Омской научно-практической конференции (Омск, 1990), 1-ой Белорусской конференции (Минск, 1992),. научно-практической конференции (Минск, 1993), международной конференции (Минск, 1994), международной научно-практической конференции (Минск, 1995); проверялись и корректировались в процессе опытной работы на экспериментальной базе, на семинарах с учителями-практиками; обсуждались и получили одобрение на заседаниях Ученого Совета Национального института образования по .дидактике, отдела методики обучения информатике и использования ЭВМ НИИ педагогики МП БССР, кафедры прикладной математики Белорусского государственного педагогического университета, лаборатории естественно-математического образо-
7 вания Национального института образования Республики Беларусь.
Результаты исследования внедрены в школы республики, оснащенные КУВТ "Ямаха", для использования в процессе обучения алгоритмам выполнения арифметических действий над обыкновенными дробями; реализованы в создании автоматизированной системы обучения математике учащихся средней школы "Числа и выражения" для IBM-совместимой компьютерной техники..
Опубликованность результатов. Основные положения и результаты диссертации отражены в пяти статьях и шести тезисах, опубликованных в журналах и сборниках научных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы,, двух глав, выводов, списка использованных источников, приложений. Объем диссертации составляет 103 страницы; список использованных источников занимает 18 страниц и состоит из 212 наименований; приложения содержат методические рекомендации по использованию пакета педагогических программных средств "Обыкновенные дроби. 5-6 кл."; 11 таблиц, тексты двух вариантов итоговой контрольной работы, анкеты для учителей и учащихся. Пакет педагогических программных средств по теме "Обыкновенные дроби. 5-6 кл." находится в лаборатории естественно-математического образования Национального института образования Министертсва образования и науки Республики Беларусь в машинописном виде и на гибком магнитном диске.
