Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОФИЛЬНОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
1.1. Концепции информатизации образования, дифференцированного многоуровневого обучения информатике и варианты образовательного стандарта как основа построения курса 13
1.2. Моделирование содержания профильного курса информатики 27
1.3. Проектирование программы курса "Информатика в экологии и задачах природопользования" 38
Глава 2. ФОРМЫ И СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В РАМКАХ ПРОФИЛЬНОГО КУРСА
2.1. Метод неформализованных задач - основа конструирования обучения профильному курсу информатики экологической направленности 55
2.2. Компьютерные лабораторные работы - ведущая форма организации обучения профильному курсу информатики 63
2.3. Структура и состав программной поддержки курса "Информатика в экологии и задачах природопользования" 75
Глава 3. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ
3.1. Организация педагогического эксперимента 96
3.2. Анализ результатов педагогического эксперимента 116
Заключение 126
Библиографический список 129
- Концепции информатизации образования, дифференцированного многоуровневого обучения информатике и варианты образовательного стандарта как основа построения курса
- Метод неформализованных задач - основа конструирования обучения профильному курсу информатики экологической направленности
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность исследования. Процесс информатизации общества, породивший необходимость массового обучения молодежи основам информатики и вычислительной техники, расширяется и углубляется. В силу этого меняется роль и место курса информатики в системе школьного образования. В частности происходит понижение границы начала преподавания информатики в общеобразовательной школе. Такая тенденция отражена и в базисном учебном плане, утвержденном коллегией Министерства образования России в 1993 г.
Базовая подготовка в области информатики на всех ступенях системы непрерывного образования сегодня является одной из точек кристаллизации процесса информатизации образования. Анализу общеобразовательного значения информатики, отбору учебного материала для этой дисциплины посвящены исследования Антипова й.Н., Ершова А. П., Житомирского В. Г., Кузнецова А.А., Лапчика М. П., Леднева В.С., Монахова В. М.. Шварц-бурда СИ. и др. Вопросы психолого-педагогического обоснования использования компьютеров в учебном процессе рассматривались в исследованиях Апатовой Н.В., Гальперина П.Я., Гер-шунского Б.С.. Давыдова В.В., Ильясова И.И., Матроса Д.Ш., Машбица Е.И., Разумовского В.Г., Роберт И.В., Рубцова В.В., Талызиной Н.Ф., а также в ряде работ зарубежных исследователей (Борк А., Вильяме Р., Кларк М., Филдман Т., Хантер Б., и др.). Образцы использования информационных технологий в школьных учебных предметах описаны Бобко И.М., Кузнецовым А. А., Кузнецовым Э..И., Монаховым В.М., Рубцовым В. В.,
Сергеевой Т. А. и др.
Происходящий в настоящее время перенос базового курса информатики в основную школу, отраженный в базисном учебном плане средней общеобразовательной школы, выявил необходимость проведения исследований, посвященных обучению информатике на этапе профильного обучения. Различные аспекты содержания обучения освещались в исследованиях по проблемам дифференцированного многоуровневого обучения информатике, таких как-работы Апатовой Н.В.. Белошапки В. К.-, Бешенкова С. А., Гейна А.Г., Грирорьева С.Г., Ершова А.П., Кузнецова А.А., Лесневского А. С, Уварова А.Ю.. Швецкого М. В., Шолоховича В.Ф. и др.
Однако анализ исследований в данной области показал, что к настоящему моменту не разработана методическая система для профильного обучения информатике. В частности, не разработана модель содержания курса информатики для естественнонаучного профиля обучения, не разработаны требования к содержанию компьютерных лабораторных работ', не раскрыты особенности деятельности учащихся и учителей при проведении таких работ, не разработаны требования к комплексу программной поддержки профильного курса информатики.
Из вышеизложенного следует, что разработка курсов информатики для различных профилей обучения является в настоящее время актуальной задачей, поскольку имеют место противоречия
- между тенденцией интеграции учебных дисциплин и не-
достаточной разрботанностью критериев отбора содержания и подходов к построению методики преподавания интегрированных учебных курсов;
- между необходимостью профильного обучения информатике
в старшем звене школьного образования и недостаточной разра
ботанностью соответствующих курсов.
Исходя из этого была сформулирована пуоблема исследования: каким должен быть курс информатики для естественнонаучного профиля обучения, чтобы обеспечить эффективность обучения информатике на этапе профильного обучения и быть адекватным современным тенденциям интеграции учебных дисциплин?
Цель исследования. Разработать и теоретически обосновать методику обучения информатике в старших классах средней школы в условиях естественнонаучной профильной ориентации.
Объект исследования. Процесс обучения информатике в старших классах средней школы.
Пуедмет исследования. Методика обучения информатике в условиях профильной дифференциации.
Гипотеза исследования. Обучение информатике в средней школе в условиях профильной дифференциации будет эффективным, если:
теоретической базой конструирования обучения будет принцип метапредметности информатики;
учебный курс будет сконструирован на основе содержательных линий как предметной области "Информатика", так и соответствующей избранному профилю предметной области;
конструирование обучения будет базироваться на методе неформализованных ("непоставленных") задач;
ведущей формой обучения будут компьютерные лабораторные работы;
сопровождающие курс программные средства учебного назначения будут поддерживать интерактивное конструирование и моделирование объектов, процессов и явлений избранной предметной области.
Задачи исследования:
Разработать модель содержания и программу курса информатики для естественнонаучного профиля обучения в средней общеобразовательной школе.
Разработать состав и структуру программного обеспечения курса информатики для естественнонаучного профиля обучения.
Разработать комплекс компьютерных лабораторных работ по курсу информатики для естественнонаучного профиля обучения и методику их использования.
Экспериментально проверить эффективность разработанного курса.
В исследовании нами введено ограничение: рассматривается курс информатики экологической направленности для естественнонаучного профиля обучения.
Методологической и теоуетической основой исследования явились фундаментальные исследования в области философии образования и методологии психолого-педагогической науки (Ба-
банский Ю.К, Давыдов В.В., Загвязинский В. И., Краевский В. В., Лернер И.Я., Скаткин М.Н., Рубцов В.В., Шахмаев Н.М.), создания и использования средств обучения (Леднев B.C., По-латЕ. С, Прессман Д...П.. Шаповаленко С. Г.), методологии, теории и практики информатизации образования (Антипов И.Н., Борк А., Ваграменко Я.А., Велихов Е.П., Ершов А.П., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И.), методологии, теории и практики экологического образования (Большаков В.Н., Зверев И.Д., Кавтарадзе Д.Н..Моисеев Н.Н., Суравегина И.Т., Чернова Н.М., Ягодин Г.А.).
Методы исследования: теоретический анализ и синтез при исследовании и обобщении научно-педагогической литературы, обобщение и анализ результатов поиска применительно к рассматриваемой проблеме, анализ учебно-методической документации, педагогическое наблюдение, беседа, анкетирование, метод экспертных оценок, педагогический эксперимент.
Наичная новизна и теоретическая значимость исследования:
Разработана концепция построения интегрированных курсов информатики, реализующая подход, основанный на методе неформализованных задач.
Разработаны критерии отбора содержания профильных курсов информатики.
Разработана методика обучения интегрированным курсам на основе компьютерных лабораторных работ.
4. Разработаны требования к составу и структуре комплекса программного обеспечения интегрированных курсов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что на основе результатов диссертационного исследования разработаны и внедрены в учебный процесс:
методические рекомендации для учителей по преподаванию курса "Информатика в задачах экологии и природопользования" с использованием компьютерных лабораторных работ;
комплекс программной поддержки курса;
дидактические материалы для учащихся.
Результаты исследования внедрены в учебный процесс школ N 3, N 167, N 204 г.Екатеринбурга, школы N 19 г.Миасса Челябинской области. Кроме того результаты используются при подготовке и повышении квалификации учителей информатики в Уральском государственном педагогическом университете.
На защиту выносятся следующие положения:
профильное обучение информатике должно быть построено на базе метода неформализованных задач;
учебный курс должен быть сконструирован на основе содержательных линий как предметной области "Информатика", так и соответствующей избранному профилю предметной области;
наиболее адекватной формой обучения профильному курсу информатики являются компьютерные лабораторные работы;
комплекс программной поддержки курса должен включать в себя два блока: программные средства общего назначения и специализированные программные средства учебного назначения,
предназначенные для использования в режиме интерактивно управляемого моделирования и конструирования объектов, процессов и явлений избранной предметной области.
Апуобаиая уезтьтатов исследования. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:
научно-практической конференции "Информатизация образования" (Екатеринбург, 1993, 1994);
IY Международной конференции "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 1993);
конференции преподавателей педагогических вузов Уральского региона "Гуманизация педагогического образования", творческая лаборатория "Преподавание основ информатики и новые информационные технологии обучения в педагогическом вузе" (Екатеринбург, 1994);
российско-американской конференции "Гуманизация педагогического образования" (Екатеринбург, 1995);
творческих мастерских Международного фонда "Культурная инициатива" (Москва, 1993);
семинарах в рамках проекта URAL-INFO совместно с государственным университетом г.Гента (Бельгия) (Екатеринбург, 1995, 1996);
семинарах преподавателей информатики в рамках Уральской летней школы информационных технологий (г.Миасс, Челябинской обл. , 1993-1995);
семинарах городского методического объединения учите-
лей информатики, (г.Екатеринбург, 1995-1997);
- семинарах кафедр "Информационных технологий" и "Информатики и вычислительной техники" Уральского государственного педагогического университета.
Стриктура и объем, диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (123 наименований).
Первая глава посвящена отбору содержания профильного курса информатики экологической направленности. В ней рассматриваются концепции информатизации образования, варианты образовательного стандарта по информатике как основа конструирования обучения информатике на этапе профильного обучения (в старшем звене общеобразовательной школы), а также анализизируются различные концепции дифференцированного многоуровневого обучения информатике. В этой главе описано построение модели содержания профильного курса "Информатика в экологии и задачах природопользования" в форме предметных и метапредметных содержательных линий, а также проектирование программы этого курса.
Во второй главе обсуждается методика преподавания курса "Информатика в экологии и задачах природопользования" с использованием компьютерных лабораторных работ, описывается метод неформализованных задач как основа конструирования обучения профильному курсу информатики, раскрывается сущность компьютерных лабораторных работ как средства и как формы обучения профильному курсу информатики. Кроме того
г*
описывается структура и состав программной поддержки разрабатываемого курса.
В третьей главе излагается содержание опытно-экспериментальной работы, описываются результаты эксперимента по преподаванию курса "Информатика в экологии и задачах природопользования " в средней общеобразовательной школе.
В заключении формулируются основные выводы, полученные в результате исследования.
Концепции информатизации образования, дифференцированного многоуровневого обучения информатике и варианты образовательного стандарта как основа построения курса
Информатизация образования является прямым следствием процесса информатизации общества. Согласно Ракитову А.И. [84], информатизация общества, представляет собой процесс прогрессивно нарастающего использования информационной техники для производства, переработки, хранения и распространения информации и особенно знаний. Результатом этого является возникновение информационного общества, знаменующего радикальные преобразования не только в сфере производственных структур и технологии, но главным образом в сфере социальных и экономических отношений. Осмыслению и описанию этих процессов посвящен целый ряд работ (см. например [6], [14], [67]), с разных точек зрения рассматривающих становление информационного общества и информационной картины мира. Извозчиков В. А. [42] определяет информатизацию общества как процесс перестройки жизни общества на основе все более полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания So , всех общественно значимых областях человеческой деятельности. В [43] выделяются три различных фазы развития информационных технологий в обществе. Фаза автоматизации - важные инфраструктуры находятся еще в состоянии развития, и за конверсию существующих систем несет ответственность, только технический персонал.
Фаза информатизации - характеризуется движением по направлению к личному обладанию или пользованию инструментами компьютеризации с сильным влиянием пользователя на конструкцию автоматизированных систем.
Фаза коммуникации - наиболее продвинутая стадия, когда компьютеры объединены в сети, их использование характеризуется сотрудничеством между пользователями, а информатика становится существенной частью инфраструктуры.
Созданная в 1988 г. под руководством Ершова А.П. концепция информатизации образования [48] стала одной из первых попыток оценить современные тенденции в образовании и их связь с информатизацией общества, выявить возникающие проблемы и наметить пути их решения.
Психологическая концепция проектирования новых технологий обучения и развития детей была разработана в 1989 г. под руководством Давыдова В.В. и Рубцова В.В. ([62], [69]). В основу концепции положен деятельностный подход к обучению, раскрывающий своеобразие компьютера как средства организации и развития учебной деятельности. Авторы концепции последовательно отстаивают точку зрения, согласно которой эффективное применение компьютерных учебных средств и соответственно новых технологий обучения внутренне связано с изменением содержания образования, выраженным в появлении целостных интегральных областей знания, создании интегральных учебных предметов. По мнению авторов концепции, это позволит "прео
долеть эмпиризм узкотематического проектирования школьных дисциплин путем передачи в обучении опыта различных форм и видов деятельности, опыта эмоционально-ценностного отношения к миру, опыта общения и т.д." [62, с. 4].
Обсуждая проблемы человеко-машинных систем учебной деятельности, авторы приводят состав учебных действий, выполняемых человеком при решении учебной задачи:
- преобразование условий учебной задачи с целью обнаружения общего отношения, лежащего в основе изучаемой системы теоретических знаний;
- моделирование выделенного отношения в графической и знаковой форме;
- преобразование модели отношения с целью изучения ее общих свойств;
- выделение и решение конкретно-практических вопросов на основе общего способа;
- контроль за выполнением предыдущих действий;
, - оценка усвоения общего способа решения данной учебной задачи.
Метод неформализованных задач - основа конструирования обучения профильному курсу информатики экологической направленности
Важным требованием к конструированию курса информатики является требование реализации общеобразовательных функций информатики, ее потенциальных возможностей в решении общих задач обучения, воспитания и развития школьников (общеобразовательного потенциала - см. работы Ершова А.П. [35, 37, 38], Кузнецова А.А. [54], Лапчика М.Л. [57] и др.). В исследованиях Кузнецова А.А. [551, выделены следующие общеобразовательные функции курса информатики:
- мировоззренческая функция, вклад в формирование научных представлений о мире;
- решение задачи подготовки школьников к труду в условиях компьютеризации современного производства, реализация задач политехнического образования и профессиональной ориентации школьников; \
- формирование навыков использования вычислительной техники как специфического средства решения учебных задач.
При этом подчеркивается, что, хотя указанные навыки можно рассматривать как один из компонентов компьютерной грамотности, однако роль и место данного компонента в курсе информатики определяются с позиций целей и задач всего школьного образования и уже не носят узкопредметного характера. Подчеркивая важность задач для развития мышления школьника, Самарский А.А. писал: "Научиться мыслить можно только решая задачи" [46, с.9]; см. также работы Махмутова М.И. [64], Пидкасистого П.И. [83] и др.
При. проектировании методики обучения информатике следует остановиться на понятии задачи как одном из важнейших элементов обучения этой дисциплине. Анализ этого понятия с разных точек зрения проведен в работе Бухаровой Г.Д. [18].
В конкретно-научном понимании понятие "задача" выступает необходимым и важнейшим элементом всех научных направлений, а рассмотрение ее в структуре учебной деятельности превращает данное понятие в дидактическую категорию. В дидактическом понимании задача одновременно является объектом познания и средством управления познавательной деятельностью обучаемых.
Далее речь будет идти о понятии учебной задачи, которое отличается по своей структуре и функциональному назначению от общего понятия задачи. Учебная задача является элементом учебной деятельности. Давыдов В.В. отмечает, что учебная задача требует определенных способов умственной деятельности, ориентированных на овладение наиболее общими отношениями предметной действительности [27]. Учебная задача предполагает открытие и освоение общих способов решения относительно широкого круга проблем научной и практической области. По Давыдову В.В., "учебная задача, с постановки которой начинает разворачиваться учебная деятельность, направлена на анализ школьником условий шюисхождения теоретических понятий и на овладение соответствующими обобщенными способами действий, ориентированными на некоторые общие отношения осваиваемой предметной области. Иными словами, существенной характеристикой учебной задачи служит овладение школьниками содержательно (теоретически) обобщенным способом решения некоторого класса конкретно-практических задач" [27, с. 88]. В дидактической литературе задача представляет метод обучения, направленный на достижение образовательных целей. Так, Лер-нер И. Я. выделяет особые "педагогические конструкции в виде построенных педагогами творческих задач" [61, с. 77]. Беря за основу психологический подход к определению задачи, он пытается раскрыть ее понимание через содержание и структуру, в каждом из которых выделяется промежуточное звено (шаги хода решения). Он вводит понятие "познавательные задачи", которые подразделяет на три типа: обучающе-познавательные, тренировочные и поисково-познавательные задачи. Такое подразделение задач дает Лернеру И.Я. основание считать, что "познавательные задачи" относятся к одному из основных методов обучения творческой деятельности - исследовательскому.
Организация педагогического эксперимента
Педагогический эксперимент по преподаванию курса "Информатика в задачах экологии и природопользования" проводился на протяжении трех лет с учащимися і і классов. Все учащиеся до начала эксперимента изучали базовый курс информатики и имели положительные оценки. Классы участвовали в эксперименте целиком, и уровень подготовки отдельных учащихся по информатике варьировался в широких пределах: от очень низкого (слабо успевающие учащиеся) до высокого (отлично успевающие учащиеся, имеющие устойчивый интерес и склонность к изучению информатики).
Основной задачей эксперимента было установить возможность усвоения в ходе изучения курса материала, относящегося к предметной области "Информатика" и инвариантного по отношению к профилю. В ходе эксперимента также уточнялась методика преподавания курса и выявлялась оптимальная форма организации обучения. В качестве способов анализа результатов эксперимента использовались: наблюдение за деятельностью учащихся в процессе изучения курса, анализ результатов деятельности учащихся, беседы, анкетирование. Ниже описано, как в течение трех лет экспериментальной работы менялась методика преподавания курса и форма организации обучения.
1 год.:
Работа строилась по принятой для изучения информатики схеме: сначала теоретический урок по определенной теме, затем урок в дисплейном классе, являющийся продолжением темы.
Теоретические уроки носили преимущественно лекционный характер. Разговор шел об экологических понятиях и закономерностях. Затем предлагалась "жизненная" задача и обсуждалась ее модель.
На уроках в дисплейном классе (лабораторных работах) часть времени отводилась на знакомство с предлагаемым программным средством в режиме фронтальной работы. Затем учащиеся работали с программным средством, учитель направлял деятельность учащихся, обращая их внимание на важные аспекты работы. Заключительная часть практического занятия посвящалась разбору результатов работы учащихся.
По истечении первого года выявились недостатки такой организации и наметились пути их устранения. Во-первых, стало понятно, что осваивать новые (не слишком сложные) программные средства учащиеся могут самостоятельно, т.к. в ходе изучения базового курса информатики приобрели определенный опыт такого рода. Следовательно, фронтальную работу на практическом занятии целесообразно исключить. Во-вторых, выбор инструмента компьютерного моделирования из известных учащимся программных средств должен быть предметом обсуждения, а не декларирования. Более того, если решение задачи может быть осуществлено с помощью различных инструментов, целесообразно давать возможность учащимся самостоятельно сделать выбор, даже если он заведомо неудачен, и довести решение задачи до конца. Такой метод "от противного" весьма полезен для понимания возможностей и ограничений того или иного инструмента. И, наконец, в-третьих, обсуждение результатов работы требует большего времени и внимания и не требует использования компьютера, следовательно, целесообразно перенести эту часть работы с практического урока на следующий за ним теоретический.
