Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ современного состояния обучения вопросам использования баз данных в общем и профессиональном образовании
1.1. Роль и значение баз данных в современной информатике 13
19
1.2. Анализ учебных программ раздела "Базы данных" школьного курса информатики
1.3. Содержание раздела "Базы данных и системы управления базами данных в вузовском курсе информатики 23
1.4. Современные подходы к изучению раздела "Базы данных и системы управления базами данных" 32
1.5. Психо лого-педагогические основы построения методики обучения проектированию пользовательских систем управления базами данных" 40
Выводы к главе 1 44
Глава II. Методика обучения проектированию систем управления базами данных в системе профессионального педагогического образования
2.1. Обоснование целей обучения проектированию систем управления базами данных
2.2. Требования к отбору содержания обучения основным вопросам проектирования пользовательских систем управления базами данных 55
2.3. Содержание раздела "Проектирование систем управления базами данных" в профессиональном образовании будущего учителя информатики 61
2.4. Особенности преподавания тем раздела "Проектирование систем управления базами данных" в педагогическом вузе 86
2.5. Выбор методов, форм и средств обучения проектированию систем управления базами данных студентов педагогических вузов
2.6. Организация контроля знаний и умений студентов
2.7. Место раздела "Проектирование систем управления базами данных" в курсе методики преподавания информатики 128
Выводы к главе 2 132
Глава III. Педагогический эксперимент
3.1. Методика эксперимента и его основные задачи 133
3.2. Проверка выдвинутой гипотезы с использованием медианного критерия и критерия Вилкоксона-Манна-Уитни 136
3.3. Использование критерия Макнамары для проверки гипотезы формирования системного подхода к решению задач 143
Выводы к главе 3 149
Заключение 150
Библиографический список 152
Приложения
- Роль и значение баз данных в современной информатике
- Обоснование целей обучения проектированию систем управления базами данных
- Методика эксперимента и его основные задачи
Введение к работе
В настоящее время сфера образования переживает глубокие изменения, охватившие все мировое сообщество. Являясь социальным заказчиком системы образования, общество хочет получить готовый продукт-выпускника, с одной стороны, оперирующего значительными объемами информации, а с другой,
вливающегося в общественную деятельность с минимальными издержками. Огромная роль в этом столь важном общественном явлении отводится высшим учебным учреждениям, готовящим будущих учителей для средних и среднеспеци-альных учебных заведений.
Стремительное развитие современных компьютерных технологий способствует глубокому внедрению во многие сферы человеческой деятельности новых идей и направлений, которые свое непосредственное отражение должны получить и в содержании курса информатики общего и профессионального образования. Владение современными веяниями информационных технологий должно стать одним из компонентов высокого уровня профессионализма будущего учителя, от чего зависит эффективность процесса обучения подрастающего поколения.
По ряду различных причин вопросам вузовского обучения учителей информатики уделялось и уделяется существенно меньше внимания, чем проблемам школьной информатики. И хотя разработкой структуры и содержания компьютерной подготовки студентов педагогических вузов активно занимались и занимаются такие ученые, как В.П.Беспалько, В.Г.Житомирский, Э.И.Кузнецов, М.П.Лапчик, В.И.Пугач, М.В.Швецкий, не секрет, что существующая система подготовки учителей информатики не способствует проявлению и воспитанию необходимой творческой активности студентов, выявлению их индивидуальности, интенсификации освоения знаний.
Таким образом, анализ сложившейся ситуации в профессиональном образовании, современные требования к учебно-воспитательному процессу в вузе, задачи повышения его индивидуализации и эффективности диктуют необходимость подготовки специалиста, владеющего новыми информационными технологиями и умеющего использовать системный подход к решению
различного рода задач. В связи с этим перед профессиональным образованием стоит задача обучения будущего учителя основам проектирования и моделирования, которые позволяют подходить к любому процессу и проблеме с точки зрения анализа и синтеза, а также других существующих принципов системного подхода.
Учитывая, что, с одной стороны, к уровню профессионализма будущего учителя предъявляются высокие требования, а, с другой, что основные идеи современных информационных технологий базируются на концепции баз данных, необходимо обратить особое внимание на содержание раздела "Базы данных и системы управления базами данных (БД и СУБД) " в курсе информатики профессионального образования будущего учителя.
Анализ различных исследований позволяет заключить, что в настоящее время раздел "БД и СУБД" в вузах не разработан на должном уровне. Государственный стандарт высшего профессионального образования [1995], включает в себя три раздела, рассматривающие изучение лишь некоторых тем, связанных с теорией БД и СУБД, и требует пересмотра содержания педагогического образования в условиях появления и широкого распространения новых информационных технологий. Современные СУБД, основанные на структурном (FoxBase Plus, FoxPro) или объектно-ориентированном (Visual FoxPro, Visual dBase, Visual Prolog) подходах, и объективная необходимость усложнения ставящихся задач, решаемых с помощью данных СУБД, позволяют обратить особое внимание на процесс проектирования БД и структуры информационной системы (ИС).
Данный раздел курса информатики является наиболее подходящим для знакомства студентов педвуза с элементами проектирования систем и применения системного подхода к решению задач. Кроме того, некоторые вопросы данного раздела имеют дальнейшее продолжение в других дисциплинах курса информатики. Сбалансированное сочетание вопросов проектирования систем в различных аспектах изучения должно способствовать повышению уровня профессиональной подготовки студентов педагогических вузов.
Принимая во внимание вышесказанное, можно считать актуальным исследование по методике обучения студентов педвузов основным понятиям курса
информатики, наиболее устоявшееся название которого "БД и СУБД". В результате аналитического обзора содержания разделов, связанных с теорией БД, изучения методических и учебных материалов и педагогических программных средств, а также с учетом современных требований к содержанию курса информатики в педагогических вузах и внедрением новых информационных технологий, мы пришли к выводу, что данный раздел в курсе информатики целесообразнее назвать "Проектирование систем управления базами данных" (пользовательских СУБД), и что большинство действующих учебных программ по этому разделу не в полной мере используют свой потенциал для формирования представлений об одном из важнейших вопросов информатики - проектирование БД и ИС.
Перечисленные проблемы определяют актуальность диссертационной работы, посвященной исследованию научной проблемы, определяющейся несоответствием между требуемым уровнем профессиональной подготовки будущих учителей информатики в аспекте проектирования пользовательских систем управления базами данных и существующим состоянием теории и практики преподавания этих вопросов в курсе информатики педвуза. Таким образом, тема исследования определяется наличием социального заказа на формирование у будущих учителей умений и навыков проектирования и использования баз данных в деятельности конечного пользователя ЭВМ на основе системного подхода.
Научную базу данной проблемы создают психолого-педагогические (Ю.К Бабанский, В.П.Беспалько, Б.С.Гершунский, Т.А.Ильина, Е.И.Машбиц, Подласый И.П., дидактические и методические (В.А.Белошапка, А.П.Ершов, В.Г.Житомирский, Г.А.Звенигородский, В.А.Каймин, В.В.Лаптев, М.П.Лапчик, И.Я.Лернер, Ю.А.Первин, В.М.Швецкий и многие другие) исследования. Различные аспекты проблемы затронуты в методических разработках преподавания раздела "БД и СУБД" в средних и высших учебных заведениях, описанных в отечественных диссертационных исследованиях В.Э.Фреймана и Н.В.Сазоновой и зарубежных работах А.П.Маллана, К.Дейта, Дж.Хаббарда, СМ.Диго, Дж.Мартина, Р. Крамма и др.
В процессе исследования нами была разработана методика обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" в профессиональном образовании учителя информатики. Теоретические и практические исследования в данной области проводились в течение 1993-1997 годов.
Цель исследования состояла в построении и апробации методики обучения студентов педагогического вуза проектированию систем управления базами данных на основе системного подхода к решению задач.
Объектом исследования является процесс обучения студентов проектированию систем управления базами данных как одного из основных компонентов профессионального образования будущего учителя информатики.
На основе поставленной цели был определен предмет исследования, которым является методика обучения "Проектирование систем управления базами данных" в курсе информатики физико-математических специальностей педагогического вуза.
Гипотеза исследования заключается в следующих предположениях:
Использование системного подхода к решению практических задач позволяет развить содержание обучения по вопросам проектирования пользовательских систем управления базами данных.
Поэтапное обучение проектированию систем управления базами данных с непосредственным выходом на различные системы программирования обеспечивает целостность профессиональной подготовки студентов педагогических вузов в аспектах применения полученных знаний и умений одноименного раздела в других дисциплинах предметного курса и преподавания основных понятий в школьном курсе информатики.
В соответствие с целью и гипотезой исследования были сформулированы
следующие задачи:
Обоснование необходимости, места и значения раздела "Проектирование систем управления базами данных" в содержании профессионального образования учителя информатики.
Анализ состояния теории и практики преподавания данного раздела в курсах информатики в средних и высших учебных заведениях.
Разработка методики обучения "Проектирование систем управления базами данных", включающей методическое пособие для проведения лабораторного практикума по данному разделу курса информатики.
Внедрение и проверка эффективности методической системы обучения
данному разделу в процессе подготовки учителей информатики.
Методология исследования частично отражена в поставленных задачах. В процессе работы применялись следующие методы исследования:
изучение зарубежной и отечественной методической, психолого-педагогической литературы по проблемам профессиональной педагогической подготовки специалистов;
изучение специальной литературы по информатике с целью отбора необходимого учебного материала;
изучение и обобщение педагогического опыта (анализ школьных и вузовских программ, учебников и учебных пособий, тестирование и анкетирование студентов, учителей и методистов);
постановка, организация и проведение педагогического эксперимента;
обработка результатов педагогического эксперимента непараметрическими
методами математической статистики.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в том, что:
уточнены учебные цели обучения разделу "Базы данных и СУБД" в вузовском курсе информатики;
обоснованы теоретические основы методики поэтапного формирования знаний, умений и навыков проектирования пользовательских систем управления базами данных с использованием метода адаптации как частно-дидактического метода обучения в рамках построенного курса;
разработана методика обучения "Проектирование систем управления базами данных" для студентов физико-математических факультетов педагогических вузов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
определены структура и содержание лекционного курса "Проектирование систем управления базами данных" с возможностью использования некоторых вопросов раздела в программах других дисциплин курса информатики, спецсеминаров и спецкурсов;
предложен лабораторный практикум, содержащий вариативные индивидуальные задания;
разработаны методические рекомендации по проведению лабораторных и практических занятий по дисциплине "Методика преподавания информатики", связанных с рассмотрением вопросов, посвященных использованию СУБД в школьном курсе информатики;
апробирован метод адаптации, заключающийся в последовательном изучении в рамках одного раздела двух подобных систем программирования разных уровней сложности.
Этапы исследования. Исследование проводилось в несколько этапов:
Поисковый этап (1993-1994 гг.). Определение актуальности темы исследования, изучение состояния проблемы преподавания вопросов раздела "БД и СУБД " в общем и профессиональном образовании. Согласно этому были произведены анализ учебных программ и учебных пособий по предмету, анкетирование преподавателей и студентов, анализ методической, дидактической и психолого-педагогической литературы.
Констатирующий этап (1994-1995 гг.). Создание эффективной методики обучения студентов вуза основам проектирования и реализации баз данных и пользовательских систем управления базами данных.
Созидательный этап (1995-1997 гг.). Повышение целостности профессиональной подготовки будущих учителей информатики посредством обучения проектированию систем управления базами данных: экспериментальная проверка разработанной методики на лекциях и практических занятиях; использование непараметрических методов математической статистики для анализа результатов
экспериментальной проверки.
Работа по внедрению результатов исследования выполнялась в ходе эксперимента, проводимого на базе кафедры "Информатики и ВТ" Тольяттинского
филиала Самарского государственного педагогического университета, а также в Самарском государственном педагогическом университете.
Достоверность исследования обусловлена:
научной методологией исследования;
разнообразием и надежностью используемых научных методов исследования, в том числе, педагогическим экспериментом;
достоверностью используемых в работе психологических и педагогических исследований;
согласованностью сформулированных положений с дидактикой высшей школы;
результатами внедрения методики обучения в процесс профессиональной подготовки будущих учителей информатики.
На защиту выносятся:
Методика обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" в профессиональном образовании учителя информатики.
Обоснованность введения в раздел "Проектирование систем управления базами данных" основных понятий проектирования систем и формирования у студентов навыков в использовании системного подхода к решению различного рода задач.
Методика поэтапной профессиональной подготовки будущих учителей в вопросах проектирования систем управления базами данных с использованием метода адаптации как частно-дидактического метода обучения в рамках построенного курса
Апробация результатов исследования. Основное содержание диссертационной работы обсуждалось на заседаниях кафедр "Информатики и ВТ" Тольяттинского филиала Самарского государственного педагогического университета, представлено докладами на внутривузовской научно-методической конференции преподавателей и студентов ТфСГПУ (1996 г.), на VI Международной конференции "Информационные технологии в образовании" МАИ, МАН
педагогического образования, МОиПО, Ассоциации учителей и преподавателей информатики, МИФИ (г.Москва, 1997 г.), а также на III Международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре", АГТУ (г.Астрахань, 1997 г.).
Структура диссертации обусловлена последовательностью решения поставленных задач исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов к каждой главе, заключения, библиографии и приложений.
В первой главе говорится о роли баз данных в жизни общества и, в частности, о месте раздела "Проектирование систем управления базами данных" в общем курсе информатики; приводится анализ существующего содержания раздела "Проектирование систем управления базами данных" в средних и высших учебных заведениях (физико-математический факультет); а также рассматриваются основные подходы и психолого-педагогические аспекты к разработке структуры и содержания данного раздела как в отечественной, так и в зарубежной педагогике.
Вторая глава посвящена построению методики обучения "Проектирование систем управления базами данных" в курсе информатики в педагогическом вузе. Обоснование целей, принципов отбора содержания, а также выбор средств, методов и форм организации данного процесса обучения являются подготовкой для описания самой методической системы, следующего далее. Предлагаемая затем структура и последовательность подачи учебного материала, система заданий и методика обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных", обусловленная четырехлетней практикой преподавания, раскрывает основные задачи данного исследования.
Особое внимание уделяется применению метода адаптации и обоснованию поэтапной профессиональной подготовки студентов в вопросах теории БД. Также характеризуется место раздела "Проектирование систем управления базами данных" в курсе методики преподавания информатики.
Третья глава содержит описание проведенного педагогического эксперимента по проверке эффективности разработанной методической системы обучения и его результатов непараметрическими методами исследования.
Выводы к главам и заключение содержат основные выводы и положения по теоретическим и практическим положениям, рассматриваемым в данной диссертационной работе.
В приложениях приведены содержание одной из лабораторных работ раздела "Проектирование систем управления базами данных", примерные планы темы "Базы данных" в спецкурсах информатики в педагогическом вузе, результаты статистической обработки педагогического эксперимента и программы обработки результатов исследований (язык СУБД FoxBase Plus).
Роль и значение баз данных в современной информатике
Развитие общества тесно связано с компьютерным миром, который становится неотъемлемой частью любой области человеческой деятельности. Совершенствуясь, компьютер с его программным обеспечением смело входит в жизнь каждого индивида, раскрывая человеку все большее количество возможностей. В связи с этим огромное внимание уделяется появлению новых информационных технологий [Гриценко В., 1989; Информатика в целях..., 1994; Материалы..., 1997; Проблемы..., 1990; Программа..., 1993; Хен Д., 1996; Христочевский С.А., 1994], основные идеи которых базируются на концепции баз данных.
Согласно данной концепции, основой информационной технологии являются данные, которые должны быть организованы в БД с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Самый элементарный анализ практических проблем, возникающих в ходе конкретной экономической деятельности любой организации или учреждения, позволяет выделить целый ряд типовых проблем и задач, решать которые целесообразно с помощью конкретной СУБД построением информационных систем, спроектированных на ее основе.
Общепринятый термин "СУБД включает в себя комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД [Першиков В.И., Савинков В.М., 1991, с.364]. Обычно это программные системы, созданные разработчиками известных фирм, которые необходимы пользователю для создания своих программ, называемым информационными системами. Но последнее понятие, согласно анализу определений в различных источниках, включает в себя автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными, а также технические средства обработки данных, программное обеспечение и соответствующий персонал [Системы..., 1991, с.6]. Это, в определенной степени, характеризует мощную автоматизированную систему, нежели обычную пользовательскую программу.
Анализ данных терминов позволил нам сформировать следующую классификацию СУБД (в рамках курса информатики):
конкретная (СУБД), созданная разработчиками, пользовательская (пСУБД), созданная в среде конкретной. Сама же ИС рассматривается как программа, характеризующаяся простейшими операциями по ведению БД.
Увеличение объема и структурной сложности хранимых данных, расширение круга пользователей информационных систем выдвинуло требования создания удобных общесистемных средств интеграции хранимых данных и управления ими. Это и привело к появлению в конце 60-х годов первых промышленных систем управления базами данных - специализированных программных средств, предназначенных для организации и ведения БД.
Первое упоминание в образовании о БД и СУБД приходится на середину 80-х годов. Это время характеризуется выборочным появлением в учебных заведениях первых компьютерных классов, а также наличием учебных пособий безмашинного варианта.
В то время, как введение информатики в школьные и вузовские программы только начинало приобретать реальные оттенки, благодаря достижениям в области искусственного интеллекта учеными создаются системы, базирующиеся на использовании знаний. Систему, обеспечивающую создание, ведение и применение баз знаний, следовало рассматривать как инструментальную систему, называемую системой управления базами знаний (в последующем СУБЗ), или как прикладную систему с конкретной прикладной базой знаний.
Только в начале 90-х годов известные ученые-педагоги начинают рассматривать вопрос о введении элементов искусственного интеллекта в основной курс общего и профессионального образования. Возникает тенденция "интеллектуализации" систем БД. Это обусловлено тесной взаимосвязью между технологией БД и систем баз данных (СБД) - с одной стороны, и технологией систем баз знаний (СБЗ) с другой. Вместе с тем, традиционные СУБД являются необходимой составной частью инструментария управления данными в СБЗ ([Поспелов Г.С., 1983; Мейер Д., 1986; Барсуков B.C., Тарасов О.В., 1989; Фрейман В.Э., 1990;
Джексон Г., 1991; Горбаченко В.И. и др., 1991; Информатика, 1994; Морозов Е.А., 1991; Чери С. и др., 1992; Каймин В.А, 1992; Пугач В.И., 1994]).
Разнообразие систем управления базами данных, свидетельствующее о практической значимости названного программного обеспечения, конечно, не является единственным и главным аргументом при обосновании необходимости изучения СУБД в рамках курса "Основы информатики и вычислительной техники" (в последующем ОИиВТ), читаемого будущим учителям информатики. Гораздо более важным доводом выглядит то обстоятельство, что производительность труда работников достаточно массовых профессий резко возрастает при разумном внедрении информационных технологий в сферу их деятельности.
Весьма распространенный характер таких задач позволяет говорить о том, что базы данных, составляющие понятийную и инструментальную основу разработки информационных систем, порождают необходимость введения данного курса во всех учебных заведениях, так как умение общаться с базами данных оказывается необходимым для широкого круга пользователей [Жданов С.А., 1992; Кадырова Б.Б., 1991; Кисель О.М., 1992; Корнев ГЛ., 1991,1994; Хеннер Е.К. и др, 1996].
Обоснование целей обучения проектированию систем управления базами данных
Попытки дидактической интерпретации социально-экономической значимости компьютерного всеобуча, конкретизации целей обучения основам информатики, вычислительной техники, новым информационным технологиям и программным педагогическим средствам предпринимались неоднократно во многих трудах педагогов, психологов, дидактов, методистов и экспертов в этой области. Речь, в сущности, идет о построении своеобразной модели, отражающей конечные целевые установки изучения курса и предопределяющей последующий поиск средств достижения выдвинутых целей.
"Для того, чтобы определить содержание обучения, необходимо в первую очередь сформулировать достаточно подробно и четко цели обучения." [Беспалько В.П., 1989, с.35].
Многие эксперты в своих трудах уделяют немалое внимание целям обучения, делая акцент на то, что необходимо у учащихся "выработать потребность в постоянном самообразовании, привить им умение грамотно и быстро находить нужные сведения, привычку искать и "пускать в дело" ценную информацию" [Велихов Е.П., 1985, с. 18]. "Мы должны смотреть вперед", - утверждает Бойко И.М., - "предвидеть, какой информатикой, вычислительной техникой будет обладать наша наука... " [Будущее..., с. 15]. Поэтому необходимо серьезно подойти к формированию целей обучения информатике не в зависимости от уровня образования, проанализировав сложившуюся ситуацию со всех возможных сторон.
При определении целей раздела необходимо ориентироваться на триединство целей обучения и на систему знаний, умений и навыков, сформулировав содержание каждого из трех составляющих, которыми должен владеть студент при обучении раздела "Проектирование систем управления базами данных". В связи с этим охарактеризуем общие цели обучения, применительно к курсу информатики общего и профессионального образования.
В работе [Лапчик М.П., 1987, с. 127] выделяются три основные цели обучения информатике, исходя из общих целей, которые ставятся перед школьным образованием:
"1. Общеобразовательная цель - дать каждому школьнику начальные фундаментальные знания основ науки информатики, вооружить учащихся теми умениями и навыками, которые необходимы для прочного усвоения этих знаний, а также основ других наук.
2. Практическая цель - внести вклад в трудовую и политехническую подготовку учащихся, то есть вооружить их теми знаниями, умениями и навыками, которые могли бы обеспечить подготовку к трудовой деятельности после окончания школы.
3. Воспитательная цель - формирование культуры умственного труда и такие важные общечеловеческие характеристики, как умение планировать свою работу, рационально ее выполнять ".
Рассмотрим, в какой интерпретации данные цели применимы к целям обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных", так как "общие цели обучения при наложении на реальную учебную сферу трансформируются в конкретные цели, определяемые специфическими особенностями той или иной науки" [Сазонова Н.В., 1995, с.29].
Необходимо заметить, в курсе изучения данного раздела огромное внимание уделяется системному подходу и его основным принципам при рассмотрении данной темы.
Согласно формулировке образовательной цели выделяются следующие подцели обучения:
1) сформировать и укрепить систему основных понятий и этапов проектирования баз данных и построения информационных систем как базовой основы для дальнейшего изучения конкретных СУБД;
2) познакомить студентов с содержательными и методическими аспектами обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" в целом для владения методикой преподавания этого предмета в школе на различных уровнях: базовый курс, факультатив, внеклассная работа и т.д.
Необходимо заметить, что студент, как будущий учитель, должен не только познакомиться с новыми информационными технологиями, но и самостоятельно уяснить суть преподавания данного раздела и систематизировать полученные знания, сформировав для себя четкое руководство по использованию системного подхода к решению не только вычислительных задач в информатике, но и к любой жизненной ситуации.
Уже сейчас базы данных и системы управления базами данных получили большое распространение, и их применение немыслимо в настоящее время для большинства пользователей вычислительных сетей. Локальные и глобальные сети, распространенные как на малых территориях, так и на территориях различных стран, позволяют пользователям не только общаться, но и работать с огромным количеством информации, представленной зачастую по принципам баз данных (INTERNET).
Практическая цель включает в себя следующие подцели:
1) закрепить умения в применении основных принципов алгоритмизации и структурного программирования;
2) сформировать практические умения программировать в среде СУБД и применять приобретенные навыки при работе с базами данных других систем программирования в соответствии с технологией программирования, а также научить студентов оценивать преимущества и недостатки различных способов и средств проектирования БД и СУБД с помощью того или иного программного обеспечения;
3) сформировать умение использовать системный подход к решению задач. Необходимо заметить, что программа получения практических навыков, вследствие правильного и грамотного преподавания данного раздела, может самостоятельно разрабатываться студентами, которые уже имеют некоторые знания в области методики преподавания информатики. Но это не говорит о том, что преподаватель не должен вмешиваться в процесс получения студентами практических навыков, наоборот, он должен направлять и способствовать формированию практических умений и навыков.
Если достижение образовательной и практической целей обычно удаются большинству преподавателей, то зачастую малое внимание уделяется достижению воспитательной цели, несмотря на то, что именно она играет огромное значение для эффективного обучения будущих учителей в вопросах преподавания различных разделов курса информатики.
В основе воспитательной цели лежит умение формализовать задачу, строить модель, применив к ней системный подход (анализ и синтез, требования и т.д.), и "реализовать на ЭВМ должным образом, способствуя активности и самостоятельности, ответственности и способности аргументировано отстаивать свои взгляды и убеждения " [Сазонова Н.В., 1995, с.9].
После формулировки общих целей обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" целесообразно рассмотреть требования, предъявляемые к системе знаний, умений и навыков, так как именно эти понятия заканчивают формулировку целей обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных.
Понятие "знание" в различных работах педагогов представляется в двух аспектах: как предмет усваивания (процесс получения информации: усваивание на уровне понимания, сохранение усвоенного в памяти, воспроизведение и применение основных процессов и понятий в подобных и новых ситуация соответственно) и как результат познания (умение оперировать полученной информацией).
В трудах философа Копнина П.В. [1973, с.34] знание характеризуется как научное постижение сущности познаваемых явлений: "Знание - это совокупность идей человека, в которых выражено теоретическое овладение им предметом". "Конкретные взаимосвязанные факты, закономерности, теоретические обобщения, термины, а также знания о способах действия " - все это представляет собой знания в узком смысле [Ильина Т.А., 1984, с.219].
Таким образом, знания, получаемые в процессе обучения, выражаются "не в открытии новых знаний, а в познании того, что уже добыто в науке и что нужно понять, сохранить в памяти, уметь воспроизводить и применять на практике" [Сазонова Н.В., 1995, с. 10].
Когда говорят, что у человека глубокие знания, имеется в виду весь комплекс теоретических и практических знаний, умений и навыков. Поэтому в тесной связи со знаниями выступают умения и навыки.
Понятие "умение" также употребляется в двух смыслах. В первом случае под умениями понимается "потенциальная готовность (возможность, способность) выполнять определенные действия на основе усвоенных знаний" [Ильина Т.А., 1984, с.220]. Во втором случае умениям приписывается более высокий уровень, связанный с более сложными действиями, в которые включаются целые системы знаний, простых умений и навыков. Умения - это также "практические действия, которые можно совершить на основе полученных знаний" [Ильина Т.А., с.220], способствующие получению новых знаний и формированию новых умений.
Термин "навык" включает в себя действие, сопровождающееся интеллектуальной активностью и автоматизированностью практических действий [там же, с.224].
Методика эксперимента и его основные задачи
В процессе исследования нами проводился педагогический эксперимент, направленный на реализацию следующих целей:
исследование состояния проблемы преподавания раздела "Базы данных" в общем и профессиональном образовании;
разработка и внедрение методики обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" в курс информатики педагогического вуза;
проверка эффективности разработанной методики.
Согласно поставленным целям основное экспериментальное исследование проводилось на различных уровнях учебного процесса в Тольяттинском филиале Самарского государственного педагогического университета:
в рамках курса "Проектирование систем управления базами данных" со студентами 4 курса физико-математического факультета в 1995-1997 годах;
в рамках спецсеминаров "Теоретические основы проектирования баз данных" и "Проектирование систем";
в рамках спецкурса "Проектирование баз данных" со студентами 3 курса в 1996-1997 годах.
Разработанная методика получила дополнительное подтверждение равномерного усвоения студентами полученных знаний в рамках лекционного курса "Проектирование систем управления базами данных" в Самарском государственном педагогическом университете в 1996-1997 годах. Результаты исследования приведены в приложении 3.
В процессе исследования эффективности разработанной методики в большинстве случаев можно выделить три этапа: поисковый (1993-1994 гг.), констатирующий (1994-1995 гг.) и созидательный (1995-1997 гг.) этапы.
Поисковый этап педагогического эксперимента состоял в определении актуальности темы исследования, изучения состояния проблемы преподавания вопросов раздела "БД" как в школе, так и в вузе. Согласно этому был произведены анализ учебных программ и учебных пособий по предмету, анкетирование преподавателей и студентов, анализ методической, дидактической и психолого-педагогической литературы.
Проведенный поисковый эксперимент позволил сделать следующие выводы:
1. Вопросы, связанные с проектированием баз данных в школе чаще всего не рассматриваются.
2. Основными причинами создавшегося положения является отсутствие осведомленности в данных вопросах и соответствующей методической литературы.
На констатирующем этапе педагогического эксперимента на основе анализа состояния проблемы (п.1.2., 1.3.) и с учетом требований, предъявляемых к современному учителю информатики, был произведен отбор материала для построения методики обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных" и сформулирована гипотеза. Она заключается в следующих предположениях: 1) использование системного подхода к решению практических задач позволяет развить содержание обучения по вопросам проектирования пользовательских систем управления базами данных; 2) поэтапное обучение проектированию систем управления базами данных с непосредственным выходом на различные системы программирования обеспечивает целостность профессиональной подготовки студентов педагогических вузов в аспектах применения полученных знаний и умений одноименного раздела в других дисциплинах предметного курса и преподавания основных понятий в школьном курсе информатики.
Основной целью данного этапа было создание эффективной методики обучения студентов вуза основам проектирования и реализации баз данных и систем управления базами данных.
В связи с вышеизложенным можно выдвинуть основную гипотезу созидательного этапа: повышение целостности профессиональной подготовки будущих учителей информатики посредством обучения разделу "Проектирование систем управления базами данных". С учетом этого составим следующий план формирующего этапа:
1) экспериментальная проверка разработанной методики на лекциях и практических занятиях;
2) анкетирование учителей и методистов с целью выявления затруднений при обучении школьников разделу "БД" в школьном курсе информатики;
3) использование непараметрических методов математической статистики для анализа результатов экспериментальной проверки;
4) экспериментальная проверка с последующим повторением этапов 1, 2, 3.
Опишем подробно содержание этих этапов.
1. Последовательность тем раздела "Проектирование систем управления базами данных" в курсе информатики педагогического вуза теоретически обоснована вп.2.3.-2.4.
2. Результаты анкетирования учителей и методистов описаны в п. 1.3. При этом в анкетах указывались трудности, с которыми сталкиваются учителя при обучении данным темам. Результаты анкетирования также были учтены при разработке методической системы на этапе отбора содержания обучения.
3. Эффективность предложенной методики проверялась в ходе эксперимента, результаты которого обрабатывались различными непараметрическими методами.
С помощью медианного критерия и критерия Вилкоксона-Манна-Уитни были доказаны эффективность усвоения основных понятий раздела "Проектирование систем управления базами данных", а критерием Макнамары была обоснована гипотеза о повышении знаний и формировании у студентов системного подхода после изучения выше упомянутого раздела.
Порядок проверки эффективности предложенной методики по какому-либо критерию осуществлялся в следующей последовательности:
определялись данные, используемые в эксперименте;
определялся тип экспериментальных данных (использование зависимых или независимых выборок);
определялся характер изучаемого свойства (дискретный или непрерывный) и шкала измерения результатов эксперимента;
формулировалась нулевая гипотеза (по необходимости и альтернативная
гипотеза);
находилась статистика критерия;
проверялось выполнение неравенства для определенного уровня значимости и степеней свободы (гипотеза отклоняется, если неравенство не выполняется);
делался соответствующий вывод (если нулевая гипотеза отклоняется, то принимается альтернативная гипотеза).
Проверка статистических гипотез осуществлялась на основе сравнения результатов, полученных в выборках, каждая из которых составлена из членов одной из рассматриваемых совокупностей.
В качестве объекта проведенного эксперимента выступили студенты физико-математического факультета ТФСГПУ специальностей "Математика и информатика" и "Физика и информатика" в 1995-1997 годах.
3.2. Проверка выдвинутой гипотезы с использованием медианного критерия и критерия Вилкоксона-Манна-Уитни
Для экспериментальной педагогики характерна постановка исследований, преследующих цель выявления эффективности педагогических средств путем сравнения достижений или свойств одной и той же группы учащихся, студентов или другой категории граждан.
Одной из целей проверки эффективности разработанной методики является доказательство отсутствия различия в системе знаний, умений и навыков у студентов двух экспериментальных групп в вопросах проектирования баз данных и СУБД и использования их в дальнейшей работе учителя.
Проверка выдвинутой гипотезы осуществлялась посредством двух критериев: медианного и критерия Вилкоксона-Манна-Уитни.
Необходимым условием получения объективных результатов исследования является одинаковый начальный уровень подготовки студентов.
В связи с этим, проверка выдвинутой гипотезы исследования должна проходить в два этапа:
1 этап - подтверждение одинакового уровня подготовки студентов;
2 этап - подтверждение отсутствия различий в системе знаний, умений и навыков у студентов после изучения раздела "Проектирование систем управления базами данных".
Соблюдение данного условия становится наиболее важным тогда, когда эксперимент проводится в различных вузах, учебные программы которых могут быть разные.
Для организации двух экспериментальных групп нами были взяты студенты разных лет (1995-1997 гг.) и различных групп: студенты групп М-401, Ф-402 вошли в первую выборку, а студенты групп М-402, Ф-401- во вторую. Из 91 человека первого потока в результате случайной выборки в первой экспериментальной группе было 80 человек, во второй - 82 человека из 98 имеющихся. Учебная программа начальных курсов информатики данных специальностей одинакова.
Обе выборки после каждого контрольного среза случайные.
На начальном этапе проверки проводимого исследования в перечисленных группах проводится контрольный срез № 1, в котором студентам предлагаются 5 заданий, связанных с курсом "Основы алгоритмизации и программирования" (Basic, Pascal)
