Методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогического образования

Туранова, Лариса Михайловна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогического образования

Автореферат

Автор научной работы: Туранова, Лариса Михайловна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Красноярск
Год защиты: 1997
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогического образования"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ Диссертационный Совет Д113.25.04

г " • л п На правах рукописи

Туранова Лариса Михайловна

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КУРСА "КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ" ДЛЯ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

13.00.02 - Теория и методика обучения информатике

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Красноярском государственном педагогическом университете.

Научный руководитель -кандидат физико-математических наук, профессор Н.И. Пак

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Бешенков Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент Мороз Владимир Константинович.

Ведущая организация - Омский государственный педагогический университет

Защита состоится «10» июня 1998г. в 13 часов на заседании диссертационного Совета Д113.25.04 при Московском государственном открытом педагогическом университете по адресу: г. Москва, ул. Верхняя Радищевская, 16/18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого педагогического университета.

Автореферат разослан апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационно] совета, кандидат физико-матедш^н« наук, профессор

А.И. Нижников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Бурно развивающийся процесс информатизации образования позволяет использовать в обучении широкий спектр средств новых информационных технологий (НИТ), среди которых одно из ключевых мест занимает компьютерная графика. На сегодняшний день компьютерная графика сформировалась как самостоятельная наука.

Социальный заказ общества актуализирует проблемы совершенствования информационной подготовки специалистов, владеющих информационными технологиями, в том числе и технологиями компьютерной графики.

Машинная графика является неотъемлемой частью подготовки студентов технических вузов, однако в школах и педагогических вузах - знакомство с элементами компьютерной графики осуществляется в рамках одного из разделов курса информатики. Широкое распространение мультимедиа технологий вызывает необходимость усилить подготовку школьников теоретическим основам компьютерной графики и анимации и практическим навыкам по созданию реалистических изображений. Полезным может быть введение в учебный процесс интегрированных курсов, что будет способствовать формированию информационных умений и перенесению навыков с одной предметной области в другую.

В проекте образовательных стандартов компьютерная графика представлена как одна из важнейших теорий и технологий представления информации, что говорит о возросшей важности данной области знаний.

В настоящее время в педагогическом образовании нет достаточного опыта постановки подобной дисциплины. Курс компьютерной графики в педагогическом вузе имеет свою специфику, он, с одной стороны, должен быть направлен на изучение технологий компьютерной графики, с другой стороны, должен дать студентам материал для преподавания подобного курса в школе.

Необходимость проектирования методической системы учебного курса по изучению технологий компьютерной графики для системы педагогического образования на основе комплексного подхода составляет АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в противоречии между высоким уровнем развития техники и программного обеспечения, позволяющих широко использовать компьютерную графику в различных сферах человеческой деятельности и недостаточным уровнем ее изучения и использования в системе педагогического и школьного образования.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в разработке комплексной методической системы курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются учебные и факультативные курсы для педвузов и школ, включающие изучение основ компьютерной графики, геометрического моделирования.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: процесс формирования знаний, технологии моделирования и создания графических изображений на экране компьютера.

ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ:

- включение в образовательный процесс различных видов учебно-познавательной работы с графикой способствует развитию различных форм мыслительной деятельности, образного мышления и геометрической интуиции, повышению интереса к изучаемому предмету;

- включение в учебный план педагогического ВУЗа курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" (КГГМ) позволит совершенствовать информационную подготовку студентов, что даст им возможность самим участвовать в создании программных средств обучения в профессиональной педагогической деятельности;

- включение в учебный план школ курса КГГМ позволит усилить систематическую подготовку учащихся по информатике и информационным технологиям;

- для курсов технологической направленности, каким является курс КГГМ, могут оказаться полезными нелинейные технологии обучения, которые позволят сформировать знания эвристического типа, творческие способности.

В соответствии с целью, проблемой и гипотезой исследования необходимо решить следующие ЗАДАЧИ:

—провести анализ психолого-педагогической литературы в целях изучения проблемы эффективности использования компьютерной техники в образовании, опыта постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий, курса компьютерной графики;

—разработать системный подход к проектированию учебного процесса по предметной области;

—разработать методическую систему курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогических вузов и средних школ;

—осуществить экспериментальную проверку эффективности разработанной методики преподавания КГТМ.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На начальном этапе:

- констатирующий эксперимент;

- анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме диссертации;

На втором этапе:

- психолого-педагогический анализ учебного процесса и учебно-познавательной деятельности учащихся;

- педагогические наблюдения, беседы, анкетирование детей и студентов математического факультета пединститута;

- подготовительный эксперимент, анализ результата, уточнение методики;

- апробация предлагаемого объема материала, заданий;

На третьем этапе:

- моделирование учебного процесса;

- пробный эксперимент, обработка результатов эксперимента, сделаны выводы по проведенному исследованию.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит

♦ в разработке системного подхода к проектированию курса компьютерной графики, который можно использовать при проектировании курсов, связанных с использованием информационных технологий;

♦ в разработке методической системы курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования, в которой

- разработано содержание нового учебного курса;

- разработаны новые программные средства в поддержку курса;

- предложены эффективные нелинейные технологии обучения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ проведенного исследования

заключается в том, что

- разработаны методические материалы, программно-педагогические средства, методика их использования, система контроля за качеством знаний при изучении курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" в школе, педагогических ВУЗах, при использовании дистанционных форм обучения;

- на основе разработанных материалов курс "Компьютерная графика : геометрическое моделирование" внедрен в учебный процесс математическог факультета и факультета информатики КГПУ;

- результаты исследования используются при изучении предмете! связанных с компьютерной графикой, компьютерным моделированием в КПТ! на специализированных курсах, в системе дополнительного образования I Красноярска;

- методический материал может быть использован в базовых ] профильных курсах информатики.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ.

♦ системный подход к проектированию учебного процесса п< предметной области, который включает

- разработку модели знаний учебного курса определяющей еп структуру, учебный план, содержание;

- создание обучающей среды, включающей технические I программно-педагогические средства обучения, технологи обучения, учителя, играющего направляющую роль в процесс» формирования учениками своих знаний;

- организацию контроля образовательного процесса, включающей различные формы контроля.;

♦ методическая система курса "Компьютерная графика I геометрическое моделирование", включающая

- программные средства поддержки курса по некоторым модулял курса и методику его использования;

- систему тренировочных, контрольных и фоновых заданий пс данному курсу, систему промежуточных тестовых заданий;

- методическую литературу по одному из разделов курса.

АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные

результаты работы докладывались и обсуждались на Международны> конференциях: "Подготовка преподавателя математики и информатики длу высшей и средней школы" (г. Москва, МШУ,1994 г.), "Новые информационные технологии в университетском образовании" (г. Новосибирск. 1997г.); научных конференциях: "Новые информационные технологии е педагогическом образовании" (г. Магнитогорск, 1995г.), "Информатизация образования-95" (г. Ставрополь, 1995г.), "Новые информационные технологии е образовании" (г. Воронеж, ВГПУ, 1995г.); городской конференции, посвященной проблемам информатизации образования и использованию новых информационных технологий (г. Красноярск, КГТА, 1996 г.); на городских научно-методических семинарах.

ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертации, их достоверность определяется опорой на выводы исследователей в области дидактики и педагогики; четкой реализацией дидактических принципов при проектировании и использовании программных средств; последовательным проведением этапов педагогического эксперимента, использованием математических методов обработки результатов и педагогических критериев в их качественной интерпретации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕДРЕНЫ в учебный процесс Красноярского педагогического университета, а также в ряде учебных центров дополнительного образования г. Красноярска.

По теме диссертации опубликовано 9 работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ: работа состоит, из введения, пяти глав, заключения, библиографии 188 наименований " и приложения. Общий объем диссертации 182 страницы из которых 142 составляют основной текст; в котором 31 схема, 7 таблиц, 14 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тбмы диссертации, сформулирована проблема исследования, определены его цель, объект, предмет, выдвинута гипотеза, определены методы исследования, научная новизна, практическая значимость, выносимые на защиту положения.

В первой главе "Информатика и информационные технологии в системе педагогического образования" представлены результаты анализа научно-методической литературы по проблеме исследования. Рассмотрены вопросы эффективности и педагогической целесообразности использования средств новых информационных технологий в обучении, опыт постановки учебных дисциплин, связанных с изучением элементов компьютерной графики.

Анализ практики использования компьютера показал, что положительные свойства компьютера и средства ННТ не являются достаточным условием эффективного использования СНИТ в обучении. Этим вопросам посвящены работы А. Борк, Я.А. Ваграменко, Б.С. Гершунского, Л.В. Городня, Э.И. Кузнецова, Е.И. Машбиц, A.B. Могилева, Ф.А. Мурзина, В.Н. Панченко, И.В. Роберт, Е.Ю. Семеновой, А.Ю. Татаринцевой, Ю.М. Цевенкова, Т.А. Яковлевой и др. Условием эффективности применения средств обучения является взаимодействие учителя с учеником, связанного с реализацией общедидактических принципов учебной деятельности, а так же соответствие программно-педагогических средств (ППС) основным положениям психолого-педагогическим теориям обучения, прошедшим экспериментальную проверку в

практике обучения. Теоретическим проблемам использования и проектирования программных средств учебного назначения, перспективным тенденциям и педагогической целесообразности использования ППС посвящены работы A.C. Демушкина, А.И. Кириллова, А.О. Кривошеева, Е.Е. Мининой, Н.И. Пак, И.В. Роберт, H.A. Сливиной, О.Г. Смоляниновой, С.С. Фомина, Е.В. Чуброва, Т.А. Яковлевой и др.

В заключении главы делается вывод об актуальности формирования новых подходов к применению современных информационных технологий, основанных на использовании компьютера в качестве инструмента познания, ориентированного на активное участие студентов и школьников в процессе построения собственных знаний по предметам информационного цикла; актуальности формирования курсов, связанных с изучением и использованием средств НЙТ системными комплексными методами. Обосновывается потребность системы педагогического образования во внедрении в учебный процесс комплексной системы курса компьютерной графики, включающего в себя изучение технологий компьютерной графики, основ геометрического моделирования-^.приемов работы с современными пакетами компьютерной графики и анимации.

Второй параграф главы посвящен проблемам и опыту постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий, в частности технологий компьютерной графики. Теоретическим и прикладным вопросам изучения информатики и информационных технологий посвящены работы С.Г. Григорьева, Э.И. Кузнецова, М.П. Лапчик, Н.И. Пак, А.Я. Савельева, В.А. Сазонова, Е.К. Хеннер, М.В. Швецкого и др.

Вторая глава "Проектирование учебного процесса по курсу "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" посвящена описанию технологии проектирования учебного курса, связанного с использованием НИТ и построению модели знаний курса КГГМ для системы педагогического образования. Анализируются проблемы проектирования учебного курса, связанного с использованием средств новых информационных технологий (СБИТ). Исследуется технология проектирования, основанная на модульном принципе. При проектировании учебного курса, связанного с использованием СНИТ, удобно выделять базовые модули, содержащие теоретические знания данной предметной области и технологические, характеризующие овладение технологий (навыков и умений), которыми должен обладать ученик после окончания курса. Модульный принцип проектирования учебного курса позволяет варьировать уровень содержания базовых модулей в зависимости от ступени учебного заведения в системе непрерывного образования, тогда как уровень содержания технологических модулей для

данной предметной области определяется главным образом ншшчием материально-технической базы, программного обеспечения и методического обеспечения учебного заведения.

Проектирование образовательного процесса по этапам описано в первом параграфе главы.

Второй параграф посвящен разработке модели знаний курса КГТМ исходя из следующей условной классификации изображений по направлениям применения компьютерной графики:

1. Художественная графика

2. Иллюстративная графика

3. Демонстрационная графика

Существует два направления создания графических изображений и анимации с помощью компьютера:

♦ использование графических пакетов, систем автоматизированного проектирования, пакетов трехмерной графики и анимации;

♦ использование языков программирования для создания графических изображений и анимации, с помощью реализации алгоритмов компьютерной графики.

Первое направление позволяет получить более качественный результат при сравнительно небольших трудовых затратах. Сложность использования в обучении современных графических пакетов составляет недостаточное количество методической литературы, постоянное обновление инструментальных графических средств, высокие требования к компьютерной технике, недоступное большинстве учебных заведений.

Второе направление можно использовать практически на любом типе компьютеров, для которых существует реализация языка программирования высокого уровня. Использование программирования при создании компьютерной графики более трудоемко по сравнению с использованием графических пакетов, но позволяет более эффективно использовать компьютерное моделирование как средство познания.

Для образования важны оба направления использования компьютерной графики.

Структура курса в модульном виде представлена на схеме 1.

Базовыми модулями являются модули 1-2 (схема 1), включающий понятия геометрических фигур и преобразований, их математическое представление. Модули 3-6 (схема 1) - технологические, связаны с наличием аппаратной и программной поддержки компьютерной графики. Модуль 7 (схема 1) пронизывает весь курс, включает систему творческих фоновых проектов и лабораторных заданий по каждому модулю. Объем изучаемого

Модульная структура курса КГГМ

Аналитическая! ( геометрия |

модуль 1 Математический аппарат

^Аффинные преобразования ] пространства

Аффинные преобразования! плоскости ;

Дифференциальная геометрия

Проективные преобразования

пространства

модуль 2

Алгоритмические основы машинной графики

Растровые алгоритмы

Алгоритмы визуализации

Алгоритмы обработки изображения

Алгоритмы создания динамических объектов

Л,

| модуль 3 ! I модуль 4 : I модуль 5 | модуль 6

Аппаратная и программная ' Художественная графика | | Иллюстративная графика | 'Демонстрационная графика поддержка '

компьютерной фафики

Аппаратная поддержка

| ) Инструмен тальные системы

I I Методы художественной графики

¡Демонстрационно-моделирующая] | программа

I Технологии изображения | плоских, пространственных фигур

Демонстрационно-моделирующая |! программа

I База данных художественных ! образов :| II

I------------.1' II-

База данных иллюстативных | образов J

Технологии анимации

Технологии визуализации

Прикладные системы

; I—

11 Художественный компьютерный : I —I ! ! дизайн |

Деловая фафика

модуль 7

Система фоновых творческих заданий

схема 1

материала каждого модуля зависит от уровня подготовки учеников по изучаемым темам и места учебного заведения в системе непрерывного образования.

По разработанной модели знаний курса КГГМ представлена программа курса, тематический план, описано содержание каждого модуля.

Третья глава посвящена обучающей среде курса, включающей учителя, средства обучения, технологии обучения.

В первом параграфе рассмотрен вопрос о месте учителя в обучающей среде курса, Учитель с его личностными качествами, педагогическим опытом, психологической подготовкой имеет большое значение в процессе обучения и воспитания, стержнем педагогического труда является педагогическое общение. Описаны основные стили педагогического общения, определены виды взаимодействия между учителем и учеником в обучающей среде курса КГГМ, дополнительные требования, предъявляемые к учителю, использующего в профессиональной деятельности средства новых информационных технологий. Характер взаимодействия преподавателя и студента (учителя и ученика) в обучающей среде курса КГГМ определено используемыми технологиями обучения Для курсов технологической направленности, ориентированных главным образом на нелинейные технологии , такие как метод проектов, использование компьютерного моделирования как способа познания и т.п., учитель выступает в роли наставника, руководителя, лидера, мастера. Учитель перестает быть "источником знаний", он учит добывать знания в процессе учебной деятельности, выполняя роль организатора учебно-познавательной деятельности.

Во втором параграфе главы описаны необходимые аппаратные, программно-педагогические средства обучения, необходимые для ведения курса КГГМ, приведена характеристика графических пакетов, необходимых для использования при создании различных видов изображений. Представлены основные программные средства, разработанные в поддержку курса.

Третий параграф посвящен обзору нелинейных технологий обучения, лежащих в основе обучающей среды курса, видам их использования в учебном процессе. Развивающие, научно-исследовательские направления образования (активные методы обучения) строят технологии обучения не на передаче готовых знаний, а на методиках познания. В формировании личностной модели приоритетными методами обучения являются: метод проектов, использование компьютера как инструмента познания, компьютерное моделирование как метод познания, включение деятельности, направленной на конструирование и формализацию учащимися собственных знаний, использование лабораторного практикума, метод демонстрационных примеров.

В рамках курса технологий компьютерной графики и геометрического моделирования предусмотрен комплекс Фоновых учебных творческих проектов.

В процессе обучения учащиеся разрабатывают несколько проектов по темам курса разного типа:

- разработка демонстрационно-моделирующей программы;

- систематизация и формализация своих знаний по одной из тем в виде базы данных, электронной таблицы;

- формализация своих знаний по одной из тем при создании изображения с помощью графических пакетов и описании технологии его создания, написании "подсказок" (коротких инструкций) по какому-нибудь инструментальному средству.

Примерный перечень тем творческих проектов приведен в таблице.

Таблица 1

Примерные темы проектов по курсу КГГМ

Темы проектов Возможные инструментальные средства

Моделирование бордюр, орнаментов, мозаики с использованием различных технологий их построения » Языки программирования, имеющие графические примитивы • Электронные таблицы • Базы данных • Графические редакторы • Издательские системы • Математические пакеты • Система автоматизированного проектирования [AutoCAD) » пакет трехмерной графики и анимации (3D Studio)

Художественный компьютерный дизайн

Моделирование графиков функций, поверхностей

Изображение многогранников

Изображение тел вращения

Дизайн деловой графики

Анимация

Создание баз данных: • проективных преобразований; • правильных многогранников; • замечательных кривых • графиков некоторых функций

В курсе КГГМ в качестве инструментов познания используются следующие программные средства:

—графические системы, которые, с одной стороны, позволяют моделировать изображения, с другой стороны, сами часто являются гипермедийными учебниками;

—демонстрационно-моделирующие программы, позволяющие строить

знания, обобщая накопленный опыт; —базы данных, в том числе и с графическими полями, позволяющие обобщать и формализовать накопленные знания, осуществлять быстрый поиск, фильтрацию данных; —электронные таблицы как средство, облегчающее процесс подсчета, быстрого графического представления промежуточных данных, как средство моделирования. В курсе компьютерное моделирование используется в двух видах: использование уже готовых моделирующих программ и разработка учащимися собственных моделирующих программ. Оба вида важны, педагогически оправданы и выполняют свои дидактические функции.

По некоторым темам курса разработаны демонстрационно-моделирующие программы. Эффективность обучения повышается, когда учащиеся сами строят модели, а не получают их в готовом виде. Действительно, строя модели, школьники воспроизводят признаки объекта, его структуру. В процессе дальнейшей работы с моделью усваиваются теоретические знания, создаются условия для самостоятельного выведения знаний перехода на аналогичный материал.

Знания, полученные учащимися, можно считать полноценными только после облачения их в знаковую форму: словесную, в виде математических формул, структурированную в таблицу, схему и пр. Сам процесс структуризации познанного подобен маленькому открытию и способствует установлению дальнейших причинно-следственных связей с интерпретацией уже накопленного опыта, развитию интереса и мотивации обучения.

На данный вид деятельности направлены проекты по сбору, обобщению, систематизации знаний, облачение их в словесно-знаковую форму, попятную одногруппникам. Подобная работа должна проводиться в рамках конструирования и формализации собственных знаний.

На лабораторных практикумах отрабатываются основные навыки работы с графической информацией, которые используются студентами (учениками) в проектной деятельности.

Метод демонстрационных примеров используется в обучающей среде курса в двух направлениях. При самостоятельной работе с демонстрационно-моделирующими программами ученик имеет возможность наблюдать пример той деятельности, которую ему предстоит выполнить, что крайне важно некоторым детям для организации комфортной деятельности за компьютером и

достижения положительного результата. Второе направление использования данного метода заключается в обмене опыта работы над своим проектом между учащимися, что мотивирует их работу, расширяет границы представления о возможностях и сферах использования компьютерной графики.

В четвертом параграфе данной главы представлены основные компьютерные технологии четвертого модуля (схема 1) курса: технологии создания плоских узоров (бордюров, орнаментов), принципы, лежащие в основе компьютерного художественного дизайна.

Четвертая глава "Контроль процесса обучения курса КГГМ" посвящена организации различных видов контроля по процессу обучения курса.

Используемые в образовании способы контроля можно условно разделить на три типа:

- контроль при личной беседе (устные зачеты, экзамены и т.п.)

- контроль без личного контакта (письменные контрольные работы, письменные или компьютерные тесты и т.п.)

- контроль по результатам творческой деятельности (разработка учащимися обучающих, моделирующих систем, защита проектов, обучение младших учащихся)

Контроль процесса обучения по курсу КГГМ включает:

- лабораторные задания по каждому модулю;

- тестовые задания по некоторым модулям;

- систему творческих фоновых проектов по данному курсу;

- самоконтроль при работе с моделирующими программами.

Модульный принцип построения модели знаний позволяет использовать

принцип исчерпывающего контроля - полный перебор всех тестовых заданий, вопросов, понятий предметной области, что характерно для итоговых измерений уровня обученности. Промежуточный контроль осуществляется для отдельных модулей.

Широкое распространение получает контроль обучения в виде тестирования, т.к. снижает субъективизм оценки, может быть использован при дистанционном образовании. Описаны принципы создания компьютерных тестов, типы тестовых заданий.

В главе 5 "Организация и результаты педагогического эксперимента" описаны задачи и основные результаты педагогического эксперимента.

Педагогический эксперимент осуществлялся в течение 1987-1990, 19941997гг. и включал в себя следующие этапы:

♦ 1987-1990гг. - констатирующий,

♦ 1994-1996гг. - подготовительный эксперимент,

♦ 1996-1997гг. - пробный эксперимент.

На каждом из этапов использовались соответствующие методы, позволяющие наиболее эффективно решить задачи данного этапа.

Основываясь на предложенной В.П. Беспалько классификации уровней знаний и методике определения коэффициента усвоения знаний (Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии./ М.: Педагогика, 1989), представляем ниже изменение коэффициента усвоения знаний 1-3 уровней знаний студентов по изученным темам.

изменение коэффициента усвоения знаний в "обычных" группах

тесты, самостоятельные

-уровень1 •уровень2 -/ровеньЗ

изменение коэффициента усвоения знаний в экспериментальной группе

100 80 60 <Ю 20

тесты, самостоятельные

урояеньТ

- - - - -уровень2

— - - -уроееньЗ

Средний коэффициент усвоения знаний по изученным темам курса составляет 0,73.

В целом, эксперимент показал, что включение в учебный план педагогического ВУЗа курса КГТМ позволяет совершенствовать информационную подготовку студентов, студенты справляются с объемом учебного материала данного курса, получают навыки создания программных средств учебной направленности, у студентов формируются знания эвристического типа, творческие способности, на развитие которых направлены нелинейные технологии обучения.

В заключении формулируются основные результаты исследования, подтверждающие выдвинутые гипотезы.

В приложении содержатся разработанные учебно-методические материалы по курсу КГТМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Проведен анализ научно-методической литературы по проблеме исследования. Выявлены перспективные тенденции в проектировании и

использовании средств новых информационных технологий в образовании, а также определены содержательные, дидактические и методические возможности их использования.

2. Разработан системный подход к проектированию учебного курса по предметной области, который включает

♦ разработку модели знаний учебного курса исходя из Госстандартов, определяющей структуру курса, учебный план, содержание;

♦ создание обучающей среды, включающей технические и программно-педагогические средства обучения, технологии обучения, учителя, играющего направляющую роль в процессе формирования учениками своих знаний;

♦ организацию контроля образовательного процесса, включающего различные формы контроля.

3. Разработана методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования

Модель курса представляет систему базовых и технологических модулей, что позволяет варьировать его содержание в зависимости от ступени учебного учреждения в системе непрерывного образования и наличия средств новых информационных технологий.

Курс базируется на пакетах компьютерной графики, анимации, математических пакетах, системах автоматизированного проектирования, средствах языков программирования, имеющих графические примитивы, издательских системах, "офисных" средствах. А также предполагает использование специальных программных средств, разработанных в поддержку курса.

4. Разработаны программные средства поддержки курса по некоторым модулям курса:

♦ демонстрационно-моделирующая программа растрового представления отрезка (алгоритм Брезенхейма);

♦ программа моделирования бордюр;

♦ программа моделирования муарового эффекта;

5. Разработана система проектов, система рейтинга студентов по курсу КГТМ, система промежуточных тестовых заданий по каждому модулю курса.

6. Разработана методическая литература по одному из разделов курса.

7. Курс внедрен в учебный процесс Красноярского государственного педагогического университета.

Результаты исследования могут найти практическое применение при изучении предметов, связанных с компьютерной графикой, геометрией,

компьютерным моделированием в школе и педвузе, на факультативных курсах,

в рамках дополнительного образования школьников.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Пак Н.И., Туранова Л.М. Пакет обучающих программ по вычислительной математике. / Методические указания / Красноярск: КГПИ, 1989

2. Туранова Л.М. Использование технологии компьютерного моделирования в художественной графике. / Подготовка преподавателя математики и информатики для высшей и средней школы. Тез. док./ М.: МГЛУ, 1994

3. Пак Н.И., Туранова Л.М. О компьютерных технологиях в машинной графике. / Педагогическая информатика./М.: ИНИНФО, 1995. №2

4. Туранова Л.М. Моделирующая программа поддержки курса компьютерной графики. / Новые информационные технологии в образовании. Тез. док./Воронеж: ВГПУ, 1995

5. Пак Н.И., Туранова Л.М. О технологии моделирования графических объектов. / Новые информационные технологии в педагогическом образовании. Тез. док./ Магнитогорск, 1995

6. Туранова Л.М. Роль компьютерной графики в информационной подготовке студентов педвузов. / Информатизация образования-95. Тез. док./ Ставрополь, 1995

7. Туранова Л.М. Элементы компьютерной художественной графики/ Методические указания для студентов физико-математического факультета. / Красноярск: КГПУ, 1996

8. Пак Н.И., Туранова Л.М. Об одном подходе к проектированию учебного процесса. / Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. док. / Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1997.

9. Туранова Л.М. Постановка курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" на основе системного подхода./ Новые информационные технологии в университетском образовании. Тез. док. / Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1997.

Анализ литературы, теоретические исследования и педагогический

эксперимент позволяют сделать следующие выводы:

- включение в учебный план педагогического ВУЗа курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" (КГГМ) позволяет совершенствовать информационную подготовку студентов, способствует развитию навыков создания программных средств обучения в профессиональной педагогической деятельности;

- включение в учебный план школ курса КГГМ позволяет усилить систематическую подготовку учащихся по информатике и информационным технологиям;

- для курса КГГМ, использование нелинейных технологий обучения позволили сформировать знания эвристического типа, творческие способности, которые нашли свое выражение в творческих проектах.

КОПИ-ЦЕНТР СВ.Ц6/1306 Тираж Ш О экз. тел/факс 470-90-93, 283-09-52 (м.ВДНХ), 925-18-54 (м.Китай-город) КОПИ-ЦЕНТР г. Москва М.Бабушкинская ул.Енисейская 36

( Экспериментально-производственный комбинат)

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Туранова, Лариса Михайловна, 1997 год

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В

СИСТЕМЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

1.1. Проблемы использования компьютера в образовании

1.2. Проблемы и опыт постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий.

ГЛАВА 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ПО КУРСУ «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ» (КГГМ).

2.1. Технология проектирования учебного курса.

2.2. Модель знаний курса КГГМ.

ГЛАВА 3 ОБУЧАЮЩАЯ СРЕДА КУРСА КГГМ.

3.1 Место учителя в обучающей среде курса КГГМ.

3 .2 Средства и инструменты курса КГГМ.

3.3 Нелинейные технологии обучения.

3.4 Компьютерные технологии в художественной графике

ГЛАВА 4 КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ КУРСА КГГМ.

ГЛАВА 5 ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА.

5 .1 Характеристика этапов педагогического эксперимента.

5.2 Результаты эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогического образования"

Одним из необходимых условий формирования личности является наличие благоприятной среды для развития его всевозможных способностей. Среди них необходимо отметить способность к восприятию, обработке и использованию графической информации. "Раскрытие природой заложенных возможностей и способностей к познанию, творческой инициативе, их систематическое развитие, совершенствование и современная реализация - вот тот путь, которым в идеале следует пройти каждому человеку в процессе становления личности" [138, стр.3]. В связи с этим, актуальной задачей образования остается поиск эффективных способов организации учебно-познавательной деятельности учащихся, использование прогрессивных и развивающих методов и средств обучения для реализации задач развития личности, в частности в области графики и графической информации, на всех ступенях системы непрерывного образования.

Бурно развивающийся процесс информатизации образования позволяет использовать в обучении широкий спектр средств новых информационных технологий (НИТ).

Одним из главных элементов НИТ является компьютерная графика. Компьютерная графика - это новая отрасль знаний, которая, с одной стороны, представляет комплекс аппаратных И программных средств для создания, хранения, обработки и наглядного представления графической информации с ПОМОЩЬЮ ЭВМ. С ДРУГОЙ стороны, под компьютерной графикой понимают совокупность методов и приемов для преобразования при помощи ЭВМ данных в графическое представление или графического представления в данные.

Более 90% информации здоровый человек получает через зрение или ассоциирует с геометрическими пространственными представлениями. Компьютерная графика имеет огромный потенциал для облегчения процесса познания и творчества, она позволяет развивать у учащихся пространственное воображение, практическое понимание, художественный вкус.

В этой связи, а также с широким распространением мультимедиа технологий возникает необходимость в обучении школьников теоретическим основам компьютерной графики и анимации и практическим навыкам по созданию реалистических изображений.

Быстрое развитие информатики, постоянно развивающееся программное обеспечение, представленное множеством графических пакетов и средствами компьютерной графики, с одной стороны, широкий спектр использования компьютерной графики, с другой стороны, актуализируют изучение технологий компьютерной графики, а не отдельных графических пакетов. Полезным может быть введение в учебный процесс интегрированных курсов, что будет способствовать формированию информационных умений и перенесению навыков с одной предметной области в другую.

Машинная графика является неотъемлемой частью подготовки студентов технических вузов, в школах и педагогических вузах - знакомство с элементами компьютерной графики осуществляется в рамках одного из разделов курса информатики. Широкое распространение мультимедиа технологий вызывает необходимость усилить подготовку школьников теоретическим основам компьютерной графики и анимации и практическим навыкам по созданию реалистических изображений.

В настоящее время в вузах ведутся активные разработки вариативных программ и методических систем обучения компьютерной графике. Однако в педагогическом образовании нет достаточного опыта постановки подобного курса.

В педагогическом вузе курс компьютерной графики имеет свою специфику, он, с одной стороны, должен быть направлен на изучение информационных технологий компьютерной графики, что даст студентам инструмент и средство познания мира, дидактический инструмент в профессиональной деятельности будущего учителя-предметника, с другой стороны, должен дать студентам материал для обеспечения подготовки их в качестве учителя курса компьютерной графики в школе.

ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ:

- включение в учебный план школ курса кггм позволит усилить систематическую подготовку учащихся по информатике и информационным технологиям;

- для курсов технологической направленности, каким является курс КГГМ, могут оказаться полезными- нелинейные технологии обучения, которые позволят сформировать знания эвристического типа, творческие способности.

В соответствии с целью, проблемой и гипотезой исследования необходимо решить следующие ЗАДАЧИ: провести анализ психолого-педагогической литературы в целях изучения проблемы эффективности использования компьютерной техники в образовании, опшга постановки учебных дисциплин, связанных с использованием информационных технологий, курса компьютерной графики; разработать системный подход к проектированию учебного процесса по предметной области; разработать методическую систему курса

Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для педагогических вузов и общеобразовательных средних школ; осуществить экспериментальную проверку эффективности разработанной методики преподавания КГГМ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. На начальном этапе:

- констатирующий эксперимент;

- анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме исследования;

На втором этапе:

- психолого-педагогический анализ учебного процесса и учебно-познавательной деятельности учащихся;

- подготовительный эксперимент, анализ результата, уточнение методики;

- апробация предлагаемого объема материала, заданий; На третьем этапе:

- моделирование учебного процесса;

- пробный эксперимент, обработка результатов эксперимента, сделаны выводы по проведенному исследованию.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит в разработке системного подхода к проектированию курса компьютерной графики, который можно использовать при проектировании курсов, связанных с использованием информационных технологий; в разработке методической системы курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" для системы педагогического образования, в которой

- разработано содержание нового учебного курса;

- разработаны новые программные средства в поддержку курса;

- предложены эффективные нелинейные технологии обучения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ проведенного исследования заключается в том, что

- разработаны методические материалы, программно-педагогические средства, методика их использования, система контроля за качеством знаний при изучении курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" в школе, педагогических вузах, при использовании дистанционных форм обучения;

- на основе разработанных материалов курс "Компьютерная графика и геометрическое моделирование" внедрен в учебный процесс математического факультета и факультета информатики КГПУ;

- результаты исследования используются при изучении предметов, связанных с компьютерной графикой, компьютерным моделированием в КГПУ на специализированных курсах, в системе дополнительного образования г. Красноярска;

- методический материал может быть использован в базовых и профильных курсах информатики.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ: системный подход к проектированию учебного процесса по предметной области, который включает

- разработку модели знаний учебного курса определяющей его структуру, учебный план, содержание;

- создание обучающей среды, включающей технические и программно-педагогические средства обучения, технологии обучения, учителя, играющего направляющую роль в процессе формирования учениками своих знаний;

- организацию контроля образовательного процесса, включающего различные формы контроля.; методическая система курса "Компьютерная графика и геометрическое моделирование", включающая

- программные средства поддержки курса по некоторым модулям курса и методику его использования,

- систему тренировочных, контрольных и фоновых заданий по данному курсу, систему промежуточных тестовых заданий,

- методическую литературу по одному из разделов курса.

АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Подготовка преподавателя математики и информатики для высшей и средней школы" (г.Москва, МГПУ,1994 г.), "Новые информационные технологии в университетском образовании" (г. Новосибирск, 1997 г.); научных конференциях: "Новые информационные технологии в педагогическом образовании" (г. Магнитогорск, 1995г.), "Информатизация образования-9511 (г. Ставрополь, 1995г.), "Новые информационные технологии в образовании" (г. Воронеж, ВГПУ, 1995 г.); городской конференции, посвященной проблемам информатизации образования и использованию новых информационных технологий (г. Красноярск, КГТА, 1996г.); на городских научно-методических семинарах.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕДРЕНЫ в учебный процесс Красноярского Педагогического университета, а также в ряде учебных центров дополнительного образования г. Красноярска .

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

Результаты исследования могут найти практическое применение при изучении предметов, связанных с компьютерной графикой, геометрией, компьютерным моделированием в школе и педвузе, на факультативных курсах, в рамках дополнительного образования школьников.

Анализ литературы, теоретические исследования и педагогический эксперимент позволяют сделать следующие выводы:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Туранова, Лариса Михайловна, Красноярск

1. 1. Международный конгресс Юнеско. / ИНФО, 1996 №5

2. Активные формы обучения. (Методические рекомендации для учителя) / Ленинград: РГПУ им. Герцена, 1991

3. Александров В.В., Шнейдеров B.C. Рисунок, чертеж, картина на ЭВМ. /Ленинград: Машиностроение,1987

4. Анищенко А.С. Аналитическая геометрия. (часть1)/ М.: Просвещение, 1967

5. Анищенко С.А. Изображение пространственных фигур с помощью ЭВМ. / Красноярск: КГПИ, 1990

6. Анищенко С. А. Лекции по геометрии. / Красноярск: КГПУ, 1995

7. Асарина Е.Ю., Фрид М.Е. Симметрия, орнаменты и мозаики. Красноярск, ТОО ПКП "Контекст", 1995.

8. Астратов Ю. Размышления об использовании компьютера в учебном процессе. / ИНФО, 1987. №5

9. Бабанский Ю.К. Интенсификация процесса обучения./ М.:Знание, 1987 (Новое в жизни, науке и технике. Серия "Педагогика и психология", №6)

10. Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса. / М.: Просвещение, 1982

11. Бабанский Ю.К. Проблемы повышения эффективности педагогических исследований. / М.: Педагогика, 1982

12. Барболин М.Н. Методологические основы развивающего14,15,16,1718,19