автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Информационные технологии активизации обучения школьников на основе параллельных циклов деятельности

Содержание диссертации автор научной статьи: доктора педагогических наук, Огородников, Евгений Васильевич, 2002 год

ВВЕДЕНИЕ.

Гл.1. Научные основы информационных технологий активизации обучения школьников.

1.1. Теоретические основы информационных технологий активизации обучения школьников.

1.2. Тенденции активизации деятельности в массовых сферах использования НИТ.

1.3. Тенденции проявления активизации в развитии НИТ в образовании.

Гл. 2. Метод параллельных циклов (МПЦ) - способ создания и использования информационных технологий активизации обучения.

2.1. Сущность и основные аспекты МПЦ.

2.2. Содержание и структура параллельных циклов в обучении.

2.3. Активизация инвариант деятельности с помощью МПЦ.

2.4. Алгоритмическая основа информационных технологий активизации обучения на основе МПЦ.

Гл.З. Активизация основных методических компонент информационных технологий обучения школьников на основе МПЦ.

3.1. Активизация инвариантных структур содержания.

3.2. Активизация форм использования информационных технологий обучения. Практикум, как организационная основа применения МПЦ.

3.3. Активизация приемов обучения, как интегрирующего звена

Цощая модель иерархии средств

Гл. 4. Средства активизации информационных технологий обучения с помощью МПЦ.

4.1. Активная базовая структура СНИТО (базовый модуль).

4.2. Ориентированные модули активных СНИТО.

4.3. Специализированные под методы и приемы модули активных СНИТО

Гл.5. Методика создания и использования информационных технологий активизации обучения школьников.

5.1.Конструирование активных информационных технологий обучения в конкретных учебных модулях (на примере физики).

5.2. Подготовка разработчиков к созданию активных средств ИТО

5.3. Информационные технологии активизации обучения в интегрированном курсе "Информатика-физика-математика".

Введение диссертации по педагогике, на тему "Информационные технологии активизации обучения школьников на основе параллельных циклов деятельности"

Актуальность исследования связана с тем фактом, что несмотря на высокий потенциал новых информационных технологий (НИТ) активизации обучения школьников, их практическая эффективность пока не высока. Анализ обзоров комплексов программно-информационного обеспечения учебного процесса, сделанных различными авторами (105, 106, 209, 211), показывает, что среди них процент пакетов, обеспечивающих активизацию обучения, составляет не более пяти.

Основная причина такого положения дел видится в том, что при оценке роли НИТ приоритет отдается их возможностям (информационным, программным и коммуникационным), а не потребностям образования (в том числе и еще не реализованным). Как правило, из числа имеющихся информационных технологий массового применения отбираются те, которые в той или иной мере способствуют активизации обучения. Поскольку технологии массового использования имеют преимущественно инструментальную направленность (что естественно), то и в информационных технологиях обучения эта направленность становится доминирующей. Такой подход переносится и на технологии, специально создаваемые для учебных целей.

При всей важности и полезности, инструментальное обеспечение деятельности является только одной из ее компонент и потому само по себе не достаточно для организации активной учебной деятельности. Однако, далеко не всегда ставится вопрос о достаточности возможностей имеющихся НИТ для осуществления потребностей активизации обучения, о требованиях, предъявляемых в этой связи НИТ обучения, о необходимых свойствах таких технологий. В результате, нередко роль НИТ сводится к небольшой модернизации имеющихся технологий обучения, иногда даже с ухудшением качества.

Противоречие между потребностью активизации обучения и существующим подходом к созданию и использованию НИТ обостряется в условиях модернизации образования (49, 160), поскольку его основные направления (личностная ориентация, фундаментализация, профилирование, усиление деятельностной компоненты и др.) в той или иной мере связаны с активизацией обучения, которая выступает в качестве важнейшего фактора повышения эффективности обучения.

Таким образом, необходимость исследования обусловлена противоречием между объективной потребностью активизации обучения школьников и недостаточным использованием высокого потенциала информационных технологий в этой области, что требует соответствующих исследований и разработок. Данная необходимость становится насущной (актуальной) в условиях модернизации образования, поскольку основные направления этой модернизации предполагают активизацию обучения школьников.

Проблема исследования вытекает из анализа современного состояния и тенденций развития традиционных и новых информационных технологий в аспекте активизации обучения.

Вопросы активизации обучения и познавательной деятельности школьников в учебном процессе рассматриваются в ряде психологических и дидактических исследований (JI.C. Выготский (50), П.Я. Гальперин (51), В.В. Давыдов (66), И.Я. Лернер (135), Е.И. Машбиц (149), Н.Ф. Талызина (206), Т.И. Шамова, Г.И. Щукина (167) и др.). В обобщающем исследовании Т.И. Шамовой (229) обосновывается ведущая роль принципа активности в дидактике, выполняющего роль базиса и показателя уровня практической реализации всех других принципов. Ею выделены основные факторы, влияющие на повышение степени активизации обучения: совершенствование содержания, усиление активизирующего влияния методов обучения и индивидуальный подход.

В ряде работ рассматривались отдельные аспекты проблемы: структуризация учебного содержания как основа активизации обучения -B.C. Леднев (129, 130), цикличность учебного процесса познания и роль компьютерных практикумов в активизации обучения - В.Г. Разумовский (182), активизация на базе компьютерных практикумов по математике -Г.В. Дорофеев (70), по экологии - А.Н. Захлебный (88), орудийное применение ЭВМ - А.П. Ершов (79), вопросы активизации компьютерного обучения в зарубежной школе - Е.С. Полат (173), Г.М. Нурмухамедов (115, 164), роль телекоммуникаций в активизации обучения - Е.С. Полат (174),

A.В. Хуторской (224), Е.А. Ястребцева (245), типология компьютерных средств обучения (СНИТО) и интерактивные средства обучения -И.В. Роберт (187), связь с другими средствами обучения - Л.П. Прессман (84), конструкционное направление - В.Г. Болтянский (29), активизация познавательной деятельности учащихся при изучении курса информатики и подготовке учителей - И.Н. Антипов, С.А. Бешенков (122), Т.А. Бороненко (34), С.Г. Григорьев (35), Т.Б. Захарова (87), А.А. Кузнецов (124), А.С. Лесневский (136), Ю.А. Первин (169), Е.А. Ракитина (183) и др., активизация обучения дошкольников и ЭВМ - С.Л. Новоселова (163), активизация в аспекте информатизации образования - В.М. Казакевич (100), О.А.Козлов (112), роль фактора времени и оценки в активизации, прогнозирование результатов образования - Д.Ш. Матрос (146, 147) и др.

Имеются отдельные кандидатские исследования, посвященные активизацией познавательной деятельности школьников с использованием информационных технологий (З.В. Семенова (196), В.Ю. Лыскова (140),

B.И.Елисеева (77), С. Кариев (103) и др.). В названных и других исследованиях (1, 4, 10, 20, 22, 26, 42, 45, 52, 57, 71, 74, 101, 102, 108, 128), в основном, речь идет об использовании уже имеющихся информационных технологий в целях активизации познавательной деятельности учащихся, т.е. учения.

Об активизации обучения фактически идет речь в тех работах, в которых рассматриваются такие компьютерные средства как контролирующие программы (61, 74, 80, 153, 172), тренажеры (62, 90, 218), моделирующие программы (86, 168, 181, 198, 219, 242), игровые обучающие программы (29, 59, 91, 95, 114, 141, 142, 212), т.е. те, которые берут на себя часть функций учителя. Роль инструментальных сред для активизации учения рассматривалась в ряде работ, ключевыми из которых являются концепции А.П. Ершова (79) об орудийном применении ЭВМ,

B.В. Рубцова (190) о логико-психологических основах программного педагогического обеспечения ЭВМ.

Разработки программных средств с игровыми активными элементами проводились под руководством А.А. Кузнецова и

C.А. Бешенкова (122). Дидактический потенциал активизации обучения средствами НИТ (индивидуализация, мотивация, познавательная активность и др.) рассматривался в работах С.А. Бешенкова и Т.Б. Захаровой (131).

Важнейшее значение в аспекте активизации обучения имеет вопрос о типах используемых алгоритмов (43, 145, 151, 162, 176, 202, 205, 206, 228, 228, 230, 231). Обобщающими работами по основным типам алгоритмов в компьютерных средствах обучения являются диссертации Г.Н. Александрова - линейные алгоритмы (5) и М.М. Буняева -разветвленные (40). Однако анализ состояния и тенденций развития информационных технологий в целом и информационных технологий обучения в частности, показывает, что доминирующие в настоящее время линейные и разветвленные алгоритмы, как основа информационных технологий обучения, не в состоянии обеспечить достаточный уровень активизации учебного процесса. Необходима другая - параллельно-циклическая алгоритмическая основа информационных технологий обучения.

В целом, вопрос о создании специальных информационных технологий, обеспечивающих активный процесс обучения учащихся в программно-информационной среде, выполняющей часть функций учителя, не ставился и, соответственно, общий подход к информационным технологиям активизации обучения не выработан. Специального исследования посвященного этому вопросу не предпринималось.

Таким образом, проблема исследования обусловлена противоречием между потребностью в разработке общих подходов к отбору, созданию и использованию информационных технологий активизации обучения школьников и отсутствием всестороннего анализа сущности и путей реализации таких подходов.

Цель исследования заключается в разработке теоретических основ информационных технологий активизации обучения школьников на базе новых алгоритмических структур, связанных с параллельными циклами деятельности.

Объект исследования - информационные технологии активизации обучения школьников.

Предмет исследования - теоретические основы, алгоритмы и методики создания и использования информационных технологий активизации обучения школьников (схема 1).

Теоретико-методологическую основу исследования составили: о системно-деятельностный подход с учетом его синергетического аспекта (В.Г. Виненко (47), В.А. Игнатова (94), В.В. Краевский (117), И.Я. Лернер (135), Т.С.Назарова (159), М.Н. Скаткин, И.Р. Пригожин (177), С.С. Шевелева (233) и др.); о труды педагогов и психологов по структурированию содержания, динамизации методов и приемов обучения, взаимодействия в системе учитель-ученик (Ю.И.Дик (160, 165), П.Я.Гальперин (51),

В.В.Давыдов (65), B.C. Леднев (129), А.Н.Леонтьев (134), В.Г. Разумовский (182), Т.Н. Шамова (229) и др.); о концепции информатизации образования (А.П. Ершов (79),

A.А. Кузнецов (123), С. Пейперт (168), Е.С. Полат (67), И.В. Роберт (186),

B.В. Рубцов (190), Б. Скинер (200) и др.).

Схема 1.

Область и метод исследования

Информационные

Информационные технологии технологии активизации Технологии обучения обучения активизации школьников обучения

Метод illHI школьников параллельных х циклов

Ш

Гипотеза исследования заключается в предположении, что информационные технологии могут обеспечить более высокий уровень активизации обучения школьников, если: о теория отбора, создания и использования этих технологий будет основана на такой информационной модели процесса обучения, которая заменяет непрерывное, статичное, последовательное и прямое взаимодействие элементов процесса обучения на дискретное, динамичное, одновременное (параллельное) и опосредованное; о будет разработан общий метод воплощения новой информационной модели, предусматривающий структуризацию содержания в виде циклов, реализующих элементы деятельности, динамизацию каждого элемента и организацию опосредованного параметрического взаимодействия таких циклов в ходе их параллельной реализации; о выявить такие инвариантные элементы основных компонент деятельности и методической системы, которые целесообразно и возможно реализовать с помощью параллельных циклов; о создать параллельно-циклические алгоритмические структуры, позволяющие разрабатывать конкретные средства информационных технологий активизации обучения; о разработать методику использования средств активизации обучения и методику подготовки разработчиков таких средств.

Задачи исследования:

1. Выявить тенденции динамики развития информационных технологий активизации деятельности в сферах массового применения ЭВМ и в образовании.

2. Обосновать методологию отбора, создания и использования информационных технологий активизации обучения школьников, основанную на параллельных циклах деятельности.

3. Разработать общий метод отбора, создания и использования информационных технологий активизации обучения школьников применительно к организационным структурам, основным компонентам и алгоритмам организации учебной деятельности и обучения.

4. Разработать комплексную модель информационных технологий активизации обучения применительно к основным компонентам методической системы: содержанию, формам, методам и приемам, средствам обучения, выявить инвариантные элементы этих компонент.

5. Разработать методику создания и использования средств информационных технологий активизации обучения школьников на основе параллельно-циклических алгоритмических структур.

6. Интегрировать все разработанные компоненты в единую методическую систему и апробировать ее применительно к конкретным учебным модулям и к методике подготовке разработчиков таких модулей.

Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы применялись следующие методы исследования:

1. Теоретические методы: анализ философской, методологической, педагогической, психологической, научно-технической и методической литературы по проблеме исследования; общенаучные методы исследования - обобщение, классификация, систематизация, сравнение, моделирование, системный анализ, анализ и обобщение педагогического опыта, моделирование содержания обучения и др.

2. Методы эмпирического исследования: наблюдение, тестирование, анкетирование, собеседование, констатирующий и формирующий педагогические эксперименты, анализ результатов деятельности педагогов и учащихся и др.

3. Статистические методы обработки данных исследования, в частности непараметрические методы корреляционного анализа; графическое представление результатов.

Организация и этапы исследования. Исследование проводилось в три этапа.

1. Предварительный поиск (1984-1989 годы). Осуществлялось общее ознакомление с проблемой исследования, определение ее внешних границ, формулирование проблемных аспектов. Анализировалась общенаучная и педагогическая литература. Проведенное изучение опыта применения ЭВМ в образовательных целях показало недостаточное использование потенциала средств НИТ обучения (СНИТО). Создание отдельных СНИТО и поисковый эксперимент обозначили основы подхода к решению проблемы.

2. Аналитико-синтетический (1990-1994 годы). Разработка ряда положений концепции исследования. Создание комплексов СНИТО по естественно-научным предметам и экологии. Проведение серии формирующих экспериментов, в том числе по проверке отдельных концептуальных положений и технологии создания СНИТО. Разработка технологии создания комплексов СНИТО и методики их применения.

3. Синтетический (1995-2002 годы). Разработка концепции в целом. Дальнейшая разработка комплексов СНИТО. Совершенствование технологии разработки комплексов СНИТО и методики их использования. Продолжение формирующего эксперимента с добавлением новых элементов. Оформление результатов исследования.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в разработке новой области - информационные технологии активизации обучения школьников на основе нового подхода в данной области, основанном на параллельном осуществлении педагогически значимых циклов, реализующих элементы деятельности. Это проявилось в том, что: о обоснована целесообразность и необходимость создания информационных технологий активизации обучения школьников на параллельно-циклической алгоритмической основе; о сформулирован общий концептуальный подход к разработке информационных технологий активизации обучения, базирующийся на параллельно-циклических процессах, выявлены инварианты таких циклов и пути их реализации; о разработана модель информационных технологий активизации обучения применительно ко всем основным компонентам деятельности (целевая, мотивационная, ориентировочная, инструментальная, контрольная) и методической системы (содержание, методы, формы, средства); о разработана система параллельно-циклических алгоритмических структур, позволяющих технологизировать разработку информационных технологий активизации обучения и соответствующих компьютерных средств обучения; о создана методика подготовки разработчиков активных СНИТО и методика их использования в учебном процессе.

Практическая значимость состоит в том, что его основные результаты могут быть использованы для: о создания систем СНИТО, активизирующих обучение школьников; о усиления деятельностной компоненты в образовании; о оценки качества информационных технологий обучения и путей их совершенствования; о разработки конкретных учебных практикумов и курсов по школьным общеобразовательным предметам; о подготовки учителей к созданию и использованию активизирующих информационных технологий.

Практическая значимость исследования заключается также в том, что материалы и результаты исследования применялись, при активном участи автора диссертации, для разработки информационно-программных модулей по отдельным учебным курсам и создания системы средств разработки СНИТО, активизирующих обучение.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обусловлена теоретической обоснованностью базовых положений исследования и практической реализацией отдельных элементов концепции; опорой основных положений на достижения педагогической науки; соблюдением логики системного синергетического подхода; рациональным сочетанием теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его цели и задачам; количественным и качественным анализом результатов проведенного опытно-экспериментального исследования; широтой апробации результатов исследования.

На защиту выносится:

1. Положение о том, что информационные технологии активизации обучения школьников должны основываться на одновременной (параллельной) реализации педагогически значимых мини-процессов, которые представляют собой динамически развивающиеся циклы элементов деятельности, опосредованно взаимодействующие между собой через общие параметры.

2. Метод параллельных циклов, как способ реализации информационных технологий активизации обучения школьников, который заключается в организации параллельных циклических мини-процессов, реализующих основные компоненты учебной деятельности и методической системы. Такие циклы обеспечиваются за счет структуризации содержания, динамизации способов его представления и организации не прямого, а опосредованного взаимодействия циклов через общие параметры.

3. Модель информационных технологий активизации обучения, применительно к инвариантным компонентам деятельности, основным компонентам методической системы и алгоритмам реализации метода параллельных циклов на различных уровнях.

4. Технология создания и методика использования параллельно-циклических алгоритмических структур реализующих основные формы представления и связи содержания в совокупности с приемами обучения на основе параллельных циклов, как практическая основа активизации обучения средствами НИТ. Эта технология включает в себя проектирование СНИТО, подготовку разработчиков, планирование комплексов СНИТО и их использование в рамках подходящих форм обучения (как правило - практикумов, наиболее соответствующих методу параллельных циклов).

Апробация результатов исследования.

Теоретические положения и практические результаты исследования неоднократно обсуждались на заседаниях ученых советов НИИ ИВТ АПН и института средств обучения (ИСО) РАО, на международном семинаре в НИИ СиМО АПН (1990 г.), на Всесоюзных конференциях в гг. Симферополе и Одессе (1990 г.), г. Новосибирске (1986, 1988 и 1989 гг.), при отчетах на отделенях дидактики и профподготовки (1989 и 1990 г.), на отчетах по программе КП НТП СЭВ в отделе информатики НИИ СиМО АПН (1989, 1990, 2001, 2002 гг.), в ходе семинара в лаборатории физики НИИ СиМО АПН, семинаров в институте новых технологий обучения (1995, 1997 гг.) и собеседований в лабораториях математики, биологии (1987 г.), в выступлениях в Новосибирском и Кокчетавском институтах усовершенствования учителей (1985, 1986, 1987, 1989 гг.), на конференциях в ИПК РАО, на семинарах в МИПКРО и ИНТО (1993 -1999), на Московских городских конференциях и др.

Автором проведены спецкурсы по проблеме диссертации в Кокчетавском, Петропавловском и Новосибирском пединститутах. В последнем проводились семинары и с преподавателями. Проводилась подготовка разработчиков СНИТО из числа учащихся и преподавателей СШ №128 и №179 г.Новосибирска, СШ №2 и №5 г. Кокчетава, ОШ №1173 и МУК-21 г.Москвы. Результаты исследований использованы в школах г. Тогучина Новосибирской области, г. Кокчетава, а также в Новосибирском, Новокузнецком и Глазовском пединститутах.

Разработанная концепция создания и использования информационных технологий активизации обучения реализована в методической системе и технологии разработки комплексов СНИТО. Основные выводы подтверждаются фактом практической реализации предлагаемой концепции, а также результатами педагогического эксперимента.

Разработанные под руководством автора СНИТО используются в Ташкентском пединституте, школах Новосибирской области, в МУК-21 и ОШ 1173 г. Москвы, и др.

Результаты исследований отражены в ряде статей, методических пособий и рекомендаций автора, учтены некоторыми авторами статей и методических пособий (А.В. Парамзин, А.Я. Цукарь и др.). На концептуальных положениях автора базировались кандидатские диссертации Э.Г. Скибицкого (199) и В.А. Костина (116).

Результаты исследования нашли отражение в монографии "Резервы системы компьютерных средств обучения в школе: естественно-математические предметы (1993), а также в коллективных работах с участием автора: "Концепция научных исследований по использованию средств вычислительной техники в сфере образования (1988), "Основы информатики и вычислительной техники для работников народного образования (Бэйсик и Корвет) "ОИВТ-89" (Спецкурс-36 часов). Методические рекомендации для пользователя (1988, 1989), "Концептуальные проблемы информатизации общего среднего образования. Методические разработки (1990), "Новые информационные технологии образования: концепция программно-методического обеспечения учебно-воспитательного процесса (1990), "Сценарии учебных компьютерных программ (ЭВМ в школе). Часть 1 и 2 (1990), "Компьютерные практикумы: ЭВМ в образовании (1991), "Новые информационные технологии образования: Экспериментальная проверка педагогической эффективности (1991) и др.

Количество публикаций по теме исследования превышает 50 наименований, а объем - 80 п.л. Общее число публикаций автора превышает 70 наименований, а объем - 90 п.л.

Внедрение научных результатов исследования осуществлялось в процессе публикации учебно-методических пособий, монографий и статей, научно-методических и дидактических материалов, а также при организации и проведении опытно-экспериментальной работы в вузах и школах гг. Кокчетава, Новосибирска, Москвы, Ташкента и др., при чтении лекций для слушателей курсов повышения квалификации в названных городах (в Москве на базе МУК-21).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы:

1. Для профессиональных разработчиков методика подготовки должна строиться на основе осознания особенностей данной методики использования СНИТО и технологии их разработки. Для этого необходим цикл семинаров.

2. Для непрофессиональных разработчиков целесообразна подготовка в качестве исполнителей идей конкретных СНИТО. Они нуждаются в минимальном варианте реализации методики. Школьники, готовящиеся в специализированных МУК могут проходить полный или сокращенный варианты методики.

Сущность методики заключается в том, что в ходе циклически организованного учебного процесса учащиеся осваивают деятельность прикладного программиста на материале разработки СНИТО, с использованием типовых программных структур (БМ и СМ).

Оценка доступности технологии создания СНИТО на основе базового модуля.

Цель эксперимента, проведенного автором в 1992-1995 гг. в УПК- 3 г. Москвы, - оценить доступность базового модуля, как основы разработки СНИТО.

В ходе эксперимента, на основе базового модуля разрабатывались порядка 120 СНИТО (240 школьников). Из них: 30 - СНИТО для дидактического и психотестирования. 45 - специализированные структуры, 45 - конкретные СНИТО для курса по молекулярной физики

Обозначения:

СПС - специализированные программные структуры кМФ - конкретные ППС для курса по молекулярной физике

ДТП - дидактические и психологические тесты

Ит.ч. - итоговое количество

Ит.% - итоговый процент

Распределение учащихся по степени самостоятельности работы отображено в таблице 5.2.1., из которой видно, что технология создания СНИТО на основе базового модуля, реализующего принцип параллельных циклов, доступна большинству учащихся. Причем, порядка 20 % полностью овладевают ею и способны использовать самостоятельно. Еще столько же учащихся нуждаются в помощи только при создании основного алгоритма.

Иначе говоря, от 20 до 40 процентов школьников могут самостоятельно или с небольшой помощью создавать программы в рамках принципа параллельных циклов. Остальные могут делать программы только на основе специализированных модулей (наполнять содержанием).