Методика компьютерной поддержки начального этапа обучения химии

Сыромятников, Алексей Александрович

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: Методика компьютерной поддержки начального этапа обучения химии

Автореферат

Автор научной работы: Сыромятников, Алексей Александрович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Красноярск
Год защиты: 2003
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методика компьютерной поддержки начального этапа обучения химии"

На правах рукописи

Сыромятников Алексей Александрович

Методика компьютерной поддержки начального этапа обучения химии

Специальность 13.00.02 - «Теория и методика обучения и воспитания (химия)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва - 2003

Работа выполнена на межфакультетской кафедре информационных технологий обучения и математики Красноярского государственного педагогического

университета

Научные руководители:

кандидат химических наук, доцент Безрукова Наталья Петровна

кандидат физико-математических наук, доцент Безруков Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, старший научный сотрудник Оржековский Павел Александрович

кандидат химических наук, доцент Ахлебинин Александр Константинович

Ведущая организация:

Новосибирский государственный педагогический университет.

Защита состоится " " 2003 г. в /г* часов на заседании дис-

сертационного совета К 212.154.04 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119021, Москва, Несвижский пер., д. 3, ауд^^п

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119992, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1

Автореферат разослан

" /7 "а~/^-<.2003 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Пугашова Н.М.

| Общая характеристика работы

Актуальность исследования

Современный этап развития человечества в качестве приоритетной выдвигает гуманистическую (личностно-ориентированную) парадигму образования, которая исходит из того, что максимальное развитие и в дальнейшем использование индивидуальных качеств человека обеспечит процветание общества в целом. Гуманистическая парадигма лежит в основе системы образования всех индустриально развитых стран. Всестороннее и полное развитие личности выдвигается в качестве главной задачи и в отечественном образовании. В практической плоскости идет поиск путей перестройки учебно-воспитательного процесса, обеспечивающих адаптацию его к каждому конкретному обучаемому, поиск новых организационных схем передачи знаний, которая бы была в максимальной степени комфортна для ученика. Фактически речь идет о повышении уровня индивидуализации обучения. Известно, что одним из путей решения этой задачи является широкое внедрение в школьный образовательный процесс современных информационных, в частности, компьютерных, технологий.

Современным информационным технологиям отводится ведущая роль в оптимизации образовательных систем информационного общества, на пороге которого стоит наша страна. Реформирование образования невозможно без использования новых компьютерных и телекоммуникационных технологий. С информатизацией связывается и изменение содержания образования, применение новых методов обучения.

//Значительный вклад в теорию и практику компьютеризации обучения внесли: Б.С.Ервшунский, В.П.Беспалько, Е.И.Машбиц, Н.Ф.Талызина, В.А.Извозчиков, А.П.Ершов, И.В.Роберт и другие. В работах этих авторов рассмотрены вопросы психолого-педагогического обоснования использования компьютеров в учебном процессе.

Вопросами использования персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) в обучении химии посвящены многочисленные труды методистов-химиков: И.Л.Дрижуна, А.Ю.Жегина, Э.Г.Злотникова, Н.Е.Кузнецовой, М.С.Пак, Т.А.Сергеевой, Е.Ю.Зашиваловой и других. Авторы рассматривают применение электронной техники для моделирования химических процессов и явлений (Е.Ю.Зашивалова, А.Н. Левкин), компьютеризации химического эксперимента (А.К. Ахлебинин, Э.Е. Нифантьев), для решения задач и проведения количественных расчетов, для формирования обобщенных умений по химии на основе алгоритмизации и компьютеризации обучения (С.А.Герус, Н.Е.Кузнецова, М.С.Пак), для повышения уровня формирования технологических понятий (А.Ю.Жегин), для формирования компьютерной грамотности учащихся (Р.Г. Андрейчук), осуществления самоконтроля и стандартизированного контроля знаний.^

Необходимо отметить, однако, что вследствие бурногопрогресса средств компьютерной техники и телекоммуникаций и лоддер^адаадицекв \их работу программного обеспечения за последние 5-6 Ье?гио{ц^й»иТ£й&Аые компьютер-

1 ггзЁйи

ные технологии заметно развились и видоизменилисьУновые информационные технологии требуют и дают ответ на совершенно новое восприятие концепции учебной программы, поскольку позволяют представить информацию на различных уровнях в рамках динамической системы взаимоотношений с обучающимся. Технологии гипермедиа, мультимедиа, виртуальной реальности предоставляют широкие возможности многообразного и динамического представления информаций^ 'связи с этим не все вопросы применения современных компьютерных технологий в обучении разработаны достаточно детально.1, В последнее время появляется все большее количество программных средств, предназначенных для изучения химии, но вместе с тем наблюдается ряд противоречий, затрудняющих их широкое внедрение в практику обучения. Данное исследование было направлено на разрешение противоречий:

• между традиционной методикой и необходимостью модернизации обучения химии, реализации принципов личностно-ориентированного обучения;

• между необходимостью повышения эффективности обучения химии с использованием компьютерной поддержки и весьма бедным ассортиментом педагогических программных средств (1111С) для обучения химии и их низкой педагогической эффективностью;

• между необходимостью использования в практике обучения химии компьютерной поддержки начального этапа обучения химии и отсутствием соответствующей методики;

• между необходимостью разработки методики компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе и недостаточной разработанностью теоретико-методических основ создания и применения компьютерных программ^

В соответствии с современными образовательными целями и задачами обучение хиодек должно быть ориентировано на организацию продуктивной, в том числе творческой, деятельности. Творческая деятельность предполагает свободное применение знаний в новых, нестандартных условиях. Однако, в обучении химии это возможно лишь тогда, когда учащиеся владеют прочным запасом базовых знаний - основными химическими понятиями, законами, фактами, которые рассматриваются на первом году изучения химии в средней школе. Первый год обучения химии содержит большой объем теоретического материала, сложного для понимания учащимися, поэтому именно на начальном этапе важно создать положительную мотивацию к изучению химии, сделать доступным содержание предмета для каждого ученика.

Актуальность и неразработанность данного'направления компьютерного обучения химии на начальном этапе в средней школе определило выбор темы исследования.

Цель исследования: разработка методики компьютерной поддержки, повышающей эффективность начального этапа обучения химии.

Объект исследования: процесс обучения химии на начальном этапе с использованием компьютерных программ.

Предмет исследования: компьютерные технологии обучения как фактор, повышающий эффективность процесса обучения химии на начальном этапе.

*Г; ¡\Гипотеза, Компьютерная поддержка начального этапа обучения химии будет обеспечивать повышение качества знаний, умений, навыков, элементов информационной культуры, если:

- научно обосновать и сформулировать теоретико-методические основы разработки и применения компьютерных программ для начального этапа обучения химии;

- разработать эффективную методику использования педагогических программных средств (Ш 1С) для начального этапа обучения химии.4^

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

- на основе анализа литературных источников выявить актуальность проблемы исследования, обосновать, уточнить терминологический аппарат исследования;

- сформулировать исходные теоретико-методические основы исследования;

- разработать общие требования к обучающим программам и их проектированию и проанализировать компьютерные программы по химии, имеющиеся на рынке 1111С, с точки зрения их дидактических возможностей для обучения химии на начальном этапе;

- разработать ППС по отдельным темам начального этапа обучения химии и методики их использования;

- экспериментально проверить эффективность предложенной методики.

В процессе исследования использовался комплекс взаимодополняющих методов. Теоретические методы: анализ методической и психолого-педагогической литературы по проблеме исследования; изучение специальной литературы по способам наработки и структуре ППС; анализ современных отечественных ППС обучающего и контролирующего типов. Экспериментальные методы: наблюдение за ходом учебного процесса; анализ качества усвоения нового материала; анализ результатов компьютерного тестирования, проверочных и контрольных работ учащихся; анкетирование, беседа; поисковый, формирующий эксперимент со статистической обработкой результатов исследования.

На первом этапе исследования (1997 - 2000 гг.) проводился анализ учебно-программной документации, психолого-педагогической и методической литературы. Изучались имеющиеся на рынке ППС программы обучающего и контролирующего типа с точки зрения их дидактических возможностей к обучению химии на начальном этапе и выявлены предъявляемые к ним требования. Обобщен опыт работы сотрудников лаборатории «Мультимедийные технологий в обучении» и преподавателей кафедры химии Красноярского государственного педагогического университета по разработке и внедрению в учебный процесс ППС, определены подходы к решению поставленной пробле-

мы. Полученный материал позволил сформулировать гипотезу исследования, определить основные цели и задачи.

На втором этапе (1998 - 2001 гт.) были разработаны общие требования к обучающим и контролирующим программным средствам и их проектированию, и сформулированы принципы отбора материала для их разработки. Создан и апробирован программно-методический комплекс (ПМК), охватывающий ряд тем курса химии восьмого и девятого классов средней школы. По результатам проведенного педагогического эксперимента получена оценка эффективности разработанных 1111С и методик их применения.

На третьем этапе (2000 - 2003 гг.) завершена экспериментальная работа, проведена обработка и анализ полученных результатов, внесены коррективы в разработанные программные средства, произведено уточнение теоретических положений, оформлена диссертация.

Научная новизна исследования заключается в следующем: Разработаны теоретико-методические основы разработки и применения компьютерных программ для начального этапа обучения химии.

Разработана методика, объединяющая разработку и применение компьютерных программ для начального этапа обучения химии.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что разработаны методические основы и теоретическая модель компьютерной поддержки начального этапа обучения химии. Показана целесообразность использования специализированных сред для разработки ГГПС по химии. Уточнены понятия «компьютерная обучающая программа», «компьютерная поддержка» применительно к обучению химии на начальном этапе; обобщены основные требования, предъявляемые к обучающим программам в соответствии с современным уровнем развития технических средств.

Практическая значимость исследования состоит в том, что теоретико-методические основы компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе реализованы в программно-методическом комплексе, включающем обучающие, тестирующие программы и методические рекомендации для организации компьютерной поддержки обучения химии по темам «Строение атома», «Периодический закон», «Химическая связь», «Водород», «Кислород», «Галогены». Программно-методический комплекс внедрен в образовательный процесс ряда школ г. Красноярска и Красноярского края. На защиту выносятся:

- методика компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе, объединяющая разработку и применение компьютерных программ;

- программно-методический комплекс, включающий обучающие, тестирующие программы по темам «Строение атома», «Периодический закон», «Химическая связь», «Водород», «Кислород», «Галогены» и методические рекомендации для организации компьютерной поддержки обучения химии по этим темам.

Апробация и внедрение результатов исследования

Результаты исследования многократно обсуждались на заседании кафед-

ры Информационных технологий обучения и математики и кафедры химии КГПУ, докладывались на научно-методических конференциях: «Молодежь и химия», (г. Красноярск, 1998г.); "Образование XXI века", (г. Красноярск, 1999, 2000 гг.); Всероссийские Менделеевские чтения (г. Тобольск, 1999 г.); "Актуальные проблемы современного химико-педагогического и химического образования." ХЬУШ Герценовские чтения (г.Санкт-Петербург, 2001 г.); "Современные информационные технологии в обучении естественно-научным дисциплинам. Практический аспект." (г.Красноярск, 2003 г.). Разработанный программно-методический комплекс по химии апробирован и внедрен в образовательный процесс средней школы № 41, лицея № 3 г. Красноярска и средней школы №4 г. Лесосибирска. По результатам исследования опубликовано 12 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, библиографического списка и приложения.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, раскрывается научный аппарат исследования: цель, объект, предмет, гипотеза, задачи, этапы, методы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются положения, выносимые на защиту; характеризуются этапы исследования; приводятся данные об апробации и внедрении результатов исследования в практику.

В первой главе "Роль компьютерных технологий в повышении эффективности обучения химии" проводится анализ научно-методической литературы и учебных пособий по теме исследования, раскрываются особенности процесса обучения с использованием компьютерных технологий. Обсуждается применимость классических дидактических принципов к компьютерному обучению. Приводится обоснование новых принципов, связанных с использованием компьютерных технологий обучения (принципы информационной гуманности, мультимедийности, мета предметности). Рассмотрены и сопоставлены различные классификации ППС, приводится анализ существующих программных средств по химии. Уточняется понятийно-терминологический аппарат исследования, в частности понятия "компьютерная обучающая программа", "компьютерная поддержка обучения".

Анализ литературы позволил выявить положительные стороны и недостатки традиционного обучения и заключить, что при традиционной организации обучения достаточно трудно учесть индивидуальные особенности учащихся. Недостатки традиционного обучения обусловили появление и развитие идеи обучения с использованием компьютера в середине 50-х годов. Первые концепции обучения с использованием компьютерной техники предложили английский кибернетик Г. Паск и американские психологи Н. Краудер и Б. Скиннер. Высказанные ими идеи являются актуальными и поныне и во многом совпадают в оценке главных причин низкой эффективности .традиционного обучения. Они считали, что учебный процесс должен иметь оперативную (гибкую) адаптацию к индивидуальным особенностям учеников при помощи пра-

вильно разработанных программ для компьютеров. В нашей стране исследования по проблемам в обучении с использованием компьютерных средств возглавлял академик А.И. Берг, который полагал, что широкое использование ЭВМ в системе образования позволит реализовать систему обучения, обеспечивающую совершенную методику учебного процесса.

Анализ литературы показал, что в условиях модернизации Российского образования проблема эффективного использования компьютерных технологий в преподавании школьных дисциплин представляется весьма актуальной. Организация продуктивной познавательной деятельности учащихся, развитие их творческих способностей невозможно без привлечения Современных средств обучения, в том числе и компьютера. Программное обеспечение по химии пока не отличается широтой тем, и при его разработке не учитывается возможность его использования в рамках классно-урочной системы. Главной проблемой остается проблема, связанная с тем, чтобы электронные образовательные ресурсы служили логическим дополнением или являлись составной частью учебного материала и реализовывали методики преподавания конкретного курса, урока или занятий в рамках курса. Разработка программного обеспечения данного вида должна носить системный характер и вписываться в общий процесс разработки учебно-методической поддержки учебного процесса, а не являться самоцелью применения компьютера и новых информационных технологий. Таким образом, компьютерную поддержку обучения следует определить как процесс обучения, обеспеченный совокупностью компьютерных программам учебного назначения, индивидуальных дидактических материалов для учащихся и методических указаний для преподавателя, обеспечивающих достижение главной цели образования и интенсификации процесса обучения. О компьютерной поддержке процесса обучения также можно говорить как о взаимосвязанной системе перечисленных компонентов. Поскольку ядром компьютерной поддержки обучения являются обучающие программы, представлялось целесообразным уточнить понятие обучающей компьютерной программы. Обучающая компьютерная программа - система некоторой учебной информации, предъявляемая с помощью комплексного использования возможностей компьютера по организации различных видов учебной деятельности, необходимых для усвоения этой системы^

В теории и методике обучения химии не рассматривались вопросы компьютерной поддержки начального этапа обучения химии. Начальный этап обучения химии является достаточно трудным для учащихся. Он содержит большой объем теоретического материала, сложного для понимания учащимися; наблюдается общая тенденция увеличения объема домашних заданий, что обуславливает слабую мотивацию обучения химии, и, как следствие, незнание предмета. Поэтому актуальной является задача создания новых программных средств и методик их использования именно на начальном этапе обучения химии, которые позволят повысить степень индивидуализации обучения химии в рамках классно-урочной системы обучения, обеспечат повышение мотивации обучения химии и повышение его эффективности.

Теоретическая и практическая неразработанность данного направления и определила выбор темы исследования.

Во второй главе "Методические основы разработки и применения компьютерных программ для начального этапа обучения химии" излагаются теоретические основы разработки компьютерной поддержки обучения химии >/ на начальном этапе. Здесь же описываетс^етодика разработки ППС по химии в специализированной среде ОетоБЫеИ (обучающие программы) и специализированной программе Орговтк (компьютерные тесты)

Для разработки методики компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе использовались интегративно-контекстный подход (М.С. Пак), личностно-ориентированный и деятельностный методологические подходы. Для создания такой методики были разработаны концептуальные основы, которые включают в себя: руководящие идеи исследования, дидактические принципы и теоретико-методические положения. В концепции компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе были заложены следующие идеи:

• интеграции, адаптации индивидуализации и дифференциации обучения химии, которые обеспечивают личностно-ориентированный подход к учащимся с разными способностями и разным уровнем знаний, умений и навыков и содействуют развитию обучаемого как личности;

• открытого и активного информационного взаимодействия между учеником и различными источниками информации;

• активной самостоятельной познавательной деятельности учащихся.

Согласно интегративно-контекстному подходу методическая система представляет собой единство предметно-содержательного и функционального компонентов. Предметно-содержательный компонент реализуется на стадии отбора тем предмета для реализации их в компьютерном варианте. Отбираются основополагающие темы, с учетом разработанных нами принципов из инвариантного содержания химического образования* соответствующего современным образовательным стандартам. В рамках интегративно-контекстного подхода при раскрытии содержания тем - разработке компьютерных обучающих программ, в них присутствует обязательная часть, соответствующая образовательному стандарту. Однако материал тем в программах раскрывается йе-сколько шире. То есть создается вариативная часть программ (дополнительные разделы), которую учитель может использовать для расширения, углубления химических знаний учащихся. Таким образом, осуществляется адаптация содержания предмета к профилю класса или уровню знаний конкретного ученика.

Функциональный компонент включает интеграцию технологий обучения в контексте решаемой задачи повышения эффективности обучения химии.{Для 1' Г/ с решения данной задачи, по нашему мнению, необходима интеграция как межпредметная: химии и информатики, так и интеграция технологий обучения, то есть интеграция традиционного обучения с компьютерными технологиями обучения, а так же другими педагогическими технологиями^]

(Использование компьютера реализует личностно-ориентированный подход в обучении, поскольку учащийся работает с компьютером индивидуально, и в зависимости от формы работы у учащихся проявляется высокая степень самостоятельности. Каждый учащийся активен - включен в учебный процесс. Благодаря интерактивности используемого программного обеспечения осуществляется достаточная обратная связь. Учет индивидуальных особенностей учащихся реализуется в предоставлении ему возможности выбора своего индивидуального темпа освоения материала и уровня его сложности. Использование компьютерных технологий и различного сочетания их с традиционной технологией обучения позволяют создавать более интересные и эффективные уроки, стимулируя познавательную деятельность учащихся^

В процессе восприятия нового учебного материала учащиеся решают познавательную задачу, и её решение зависит от уровня мыслительной активности и степени внимания обучаемых. Благодаря сочетанию традиционных методов и компьютерного обучения, ученики попадают в ситуацию, при которой они вынуждены действовать, проявлять активность в момент объяснения, быть внимательными. В процессе обучения учащимся предлагаются задачи, которые становятся поводом для размышления, учение превращается в активный процесс, и чем больше умственных усилий прилагает ученик, тем продуктивнее становится его деятельность. Согласно пониманию деятельностного подхода (Л.С. Выготский, ПЛ. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльковин) основу процесса усвоения составляют практические и умственные действия самого обучаемого. При таком подходе осмысление химического содержания происходит как результат выполнения и усвоения определенных познавательных действий.

Методика компьютерной поддержки обучения химии базируется на системе дидактических принципов, осуществление которых обеспечивает такие характеристики учебного процесса, которые позволяют наиболее полно самореализовываться каждому обучаемому. Это общедидактические принципы, принципы компьютерного обучения: принцип информационной гуманности, принцип мультимедийности, принцип метапредметности информационных технологий. Кроме этого, нами выделены и обоснованы специфические принципы для компьютерной поддержки обучения химии:

Принцип активизации самостоятельной работы учащихся. Включение в организационную схему урока компьютерных технологий позволяет резко увеличить время самостоятельной работы учащихся. Учение, как один из видов деятельности человека становится преимущественно активной самостоятельной деятельностью.

Принцип открытости предполагает создание условий в разрабатываемой методической системе для включения в учебный процесс передового опыта учителей и результатов теоретических исследований ученых и педагогов-практиков, включения более совершенных организационных форм и методов.

Принцип встраиваемых компьютерных технологий. Компьютерные технологии в учебном процессе школы могут использоваться только наряду с традиционными схемами взаимодействия между преподавателем и учащимися.

Вышеуказанные идеи и принципы явились основой новой методической концепции компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе, которая конкретизируется в следующих положениях:

1. методика компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе реализуется в единстве следующих методологических подходов: интехра-тивно-контекстного, личностно-ориентированного и деятельностного;

2. применение компьютерных программ строится на основе технологий развивающего и личностно-ориентированного обучения, поэтому необходима разработка специальной методики создания и использования компьютерных программ для начального этапа обучения химии;

3. отбор тем для разработки компьютерных программ и обучения на их основе должен осуществляться с учетом дидактических принципов отбора содержания, среди которых следует выделить принцип значимости, системности, необходимости, мультимедийное™, универсальности;

4. компьютерные обучающие программы должны соответствовать требованиям, которые позволят обеспечить их дидактические функции;

5. создание ППС по химии может осуществляться самим преподавателем на основе использования инструментальных сред визуального конструирования без применения языков программирования;

6. внедрение компьютерных программ в учебный процесс должно осуществляться только после апробации данного программного продукта на основе разработанной методики;

7. структура обучающих программ в сочетании с алгоритмом работы с программой, дополнительными вопросами и заданиями, которые выполняют учащиеся при работе с ней, должны быть направлены на адаптацию учеников к новому способу приобретения знаний, формированию навыков поиска информации с помощью компьютера, а также умений выделять главное, обобщать, сравнивать и т.д.

В соответствии с новой методической концепцией была разработана теоретическая модель разработки компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе, (рис. 1)

Целевой компонент отвечает тенденциям развития современного общества. Компьютерная техника сегодня прочно вошла во все сферы жизни нашего общества, то есть культура общения с компьютером становится частью общей культуры человека. А поскольку одной из главных целей химического образования в современной школе является формирование химически грамотной и культурно развитой личности, готовой к жизнедеятельности в меняющейся социально-экономической среде, возникают интегративные цели и задачи обучения химии с использованием компьютерных технологий, которые заключаются в формировании у учащихся основ химических наук, а также развитие информационной культуры учащихся.

Рис. 1. Теоретическая модель разработки компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе

Интегративные цели обучения химии

формирование химических званий и умений, элементы информационной культуры

Принципы компьютерной поддержки обучения химии

Отбор тем предмета для обучения химии с использованием КГ

Принципы отбора Системности, значимости, необходимости, универсальности, мультимедийное™

Выбор ППС для обучения химии

Критерии выбора

Использование готовых ППС

Создание ППС

Этапы:

• Разработка сценария

• Использование инструментальных сред

Разработка методики использования компьютерных программ

Этапы:

• Определение места ППС в организации изучения темы

• Подготовка дидактических материалов для учащихся (разработка разноуровневых заданий к уроку, раздаточного материала и т.д.)

Этапы Методы обучения Средства обучения Формы организации обучения

Ориентировочно-мотивационный Объяснительно-иллюстративные, Частично-поисковые Традиционные: психолого-педагогические средства обучения Специфические: компьютерные программы Под руководством учителя, групповая, диалоговая

Процессуально-деятельностный Частично-поисковые, словесно-наглядно-практические Индивидуальная, самостоятельная,

Рефлексивно-оценочный Частично-поисковые Под руководством учителя, групповая, диалоговая,

Апробации

Л !■

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ Химические знания и умения, сформированное элементов информационной культуры

отладка программ и методики

Содержание обучения химии с использованием компьютерных технологий реализуется в наборе ППС - компьютерных программ различного типа (обучающие, моделирующие, контролирующие и т.д.) для использования на различных этапах учебного процесса. Отбор тем для обучения химии с использованием компьютерных технологий осуществлялся на основе сформулированных в работе принципах отбора содержания. Принцип значимости означает отбор наиболее важных, ключевых элементов знания, основополагающих тем, на которых строится содержание предмета. Системность при отборе тем для компьютеризированного обучения означает, что содержание всех отобранных тем должно быть связанно между собой и с другими темами, имеющими к ним отношение. Принцип необходимости реализуется в том, что выбранная тема 1 включает понятия, явления, факты, которые учащемуся трудно освоить, не используя возможности современного компьютера. Например, процессы, происходящие в микромире, некоторые химические опыты и т.д. В соответствии с принципом мультимедийности содержание темы должно быть таким, чтобы его можно было выгодно представить, используя мультимедийные возможности компьютера. Принцип универсальности — это соответствие общеобразова-I тельным стандартам, т.е. компьютерные программы, могут быть использованы в рамках любой учебной программы.

В соответствии с вышеперечисленными принципами отбора содержания и анализом школьных программ и учебников для компьютерной поддержки начального этапа обучения химии были отобраны следующие темы: "Строение атома", "Периодический закон Д.И. Менделеева", "Химическая связь", "Водород", "Кислород" и "Галогены". По данным темам были разработаны обучающие и тестирующие программы.

В работе обобщены основные требования к обучающим программам для начального этапа обучения химии, обеспечивающие их дидактические функции:

ч - программа должна иметь удобный интерфейс, то есть обучаемый не дол-

жен испытывать затруднений в процессе управления программой;

- программа должна предоставлять обучаемому возможность выбора своего индивидуального темпа освоения материала;

- программа должна быть мультимедийной, поскольку гармоничное сочетание различных типов информации способствует более легкому и глубокому освоению материала;

и С /¡- при разработке программы необходимо учитывать психологические особенности восприятия текстовой информации с экрана компьютера. Желательна широкая замена текстовой информации соответствующими графическими образами. Необходим также учет физиолого-гигиенических требований, предъявляемых к программным продуктам;4

- высокое качество содержательной части и методически грамотное ее структурирование;

- программа должна быть многоуровневой, предоставляя обучаемому возможность выбирать свой объем освоения темы, а также свою разумную по-

следовательность освоения материала;

- программа должна включать тестирующие блоки, предоставляя возможность обучаемому самому оценить усвоение материала, при этом тестирующие блоки должны содержать элементы порицания и похвалы, при разработке которых необходимо проявлять дружелюбие и тактичность;

- в программе целесообразно сочетать два режима управления процессом освоения материала: с одной стороны обучаемый сам управляет программой, с другой - на определенных этапах программа управляет обучаемым.

Поскольку анализ ППС по химии, имеющихся на рынке программного продукта, показал, что ассортимент ППС, удовлетворяющих приведенным выше требованиям, весьма беден, нами исследовался,^нетод создания собственного ППС. Суть такого метода - применение инструментальных сред визуального конструирования без использования программирование Традиционно здесь присутствует этап целеполагания, разработка сценария программы, затем следует выбор "инструмента" для создания программы. В нашем случае - это инструментальные среды визуального конструирования. Применение таких сред позволяет сократить сроки разработки ППС, а также дает возможность непосредственной работы с компьютером учителям химии.

Анализ литературы и педагогического опыта показал, что в настоящее время отсутствуют научные критерии и методы оценки компьютерных обучающих программ. Поэтому процесс апробации является в нашем случае методом оценки, гарантией педагогической эффективности обучающей программы. По результатам апробации делается вывод о качестве данного ППС. В случае использования готового ППС, если апробация показала неудовлетворительный результат, отказываемся от его применения. Если же используется путь создания собственного ППС, то при неудовлетворительной апробации программа корректируется и после успешной апробации внедряется в учебный процесс.

Методика обучения химии с использованием компьютерных программ должна решать задачи повышения эффективности обучения химии, адаптации учащегося к новым способам получения знаний. Мы предлагаем использовать разработанные нами компьютерные программы в рамках аудиторной формы организации обучения, на уроках. Необходимо отметить, однако, что они могут быть эффективно использованы и для организации индивидуальной и самостоятельной работы, и при дистанционном обучении.

Организацию процесса обучения следует проводить, опираясь на следующие положения:

• основной формой организации обучения следует считать работу учителя и учащихся на уроке, обеспеченную компьютерными программами и учебно-методическими материалами для работы с ними;

• на уроке перед учащимися ставится учебная задача или проблема, решая которую с помощью компьютерных обучающих программ учащиеся приобретают новые знания и умения;

• тема урока разбирается таким образом, что часть занятия посвящена приобретению знаний и умений, а другая часть усвоению и закреплению полу-

ченных знаний и умений с использованием химических игр и других методов;

• контроль осуществляется посредством использованием компьютерного тестирования.

Уроки, проводимые с использованием компьютерных программ имеют комбинированный характер, наряду с компьютерными технологиями они строятся на основе технологий уровневой дифференциации обучения. Целесообразно также на начальном этапе обучения химии использовать игровые технологии и элементы проблемного обучения для придания обучению деятельност-ной основы. Необходимым элементом подготовки урока, основанного на применении компьютерных программ, является разработка дидактических материалов для учащихся. Учитель должен подготовить инструкции, содержащие алгоритм работы с программой; разработать разноуровневые задания, которые учащиеся выполняют при работе с программой и вопросы для обсуждения. Затем учитель разрабатывает ход урока, составляет план-конспект. Форма и тип урока могут быть различными, в зависимости от целей и задач урока.

Общая схема урока, построенного на использовании компьютерных программ приведена в табл. 1.

Таблица 1

Схема урока, построенного на использовании компьютерных программ

Этап Действия учителя Действия учащихся

Ориеитировочно-мотявационвый Формулировка цели урока, заданий, которые нужно выполнить в ходе урока. Сообщение алгоритма работы с программой. Принятие цели урока, алгоритма.

Процессуально-деятельностный Наблюдение за работой учащихся, индивидуальная помощь. Самостоятельная работа с компьютерной программой по поиску информации, получению знаний, формирование умений, необходимых для выполнения заданий.

Рефлексивно-оценочный Организация закрепления знаний различными методами Применение полученных знаний

Тестирование с использованием компьютерных тестирующих программ, оценивание работы учащихся, самооценка.

Необходимо отметить, что в соответствии с принципом открытости методической системы предлагаемая схема урока не является жестко установленной. Учитель может строить на основе использования компьютерных программ свой урок, применяя свои методические приемы, используя различные формы организации учебной деятельности в рамках предложенных методологических подходов. В диссертации приводятся описания ряда уроков, построенных на использовании созданных нами компьютерных обучающих и контролирующих программ.

В главе 2 приводится описание созданных обучающих компьютерных

программ. Описываются приемы создания положительной мотивации к изучению химии (что особенно важно на начальном этапе), использованные в программах. Приводятся примеры блоков программ для самооценки обучаемым полученных знаний, умений, навыков (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент программы "Строение атома". Тестирующий блок

Освоение учащимися школьного химического языка - важное условие успешного последующего изучения химии. С помощью химического языка происходит передача и приобретение знаний, формируются химические понятия, устанавливаются внутрипредметные связи. Адаптироваться к химическому языку учащимся помогут элементы тренажа, включенные в программы. Работа с программами осуществляется в интерактивном режиме и предполагает формирование умений как специальных - использование химического языка, так и об-щеразвивающих, таких как наблюдение, обобщение, сравнение. В процессе работы с программами учащиеся знакомятся с символами химических элементов, формируют умения по составлению химических формул соединений, умения по составлению уравнений химических реакций (рис.3).

Рис. 3. Фрагмент программы "Кислород"

В обучающие программы включены видеофрагменты химических опытов (рис. 4). В процессе работы с программами учащиеся визуально знакомятся с техникой химического эксперимента, химической посудой, что помогает им в дальнейшем при выполнении химического эксперимента. Необходимо также учитывать, что далеко не всякий химический опыт, в силу различных причин, может быть показан на уроке, например, опыты с галогенами запрещены в школьном курсе химии из-за высокой токсичности этих веществ.('|Компьютер-ная обучающая программа, с включенными в неё видеофрагментами опытов, позволяет демонстрировать их без вреда для здоровья

Рис. 4. Фрагменты химических опытов, представляемых обучающими программами

Третья глава "Экспериментальная проверка эффективности использования компьютерной поддержки процесса обучения химии на начальном этапе" содержит описание организации, этапов проведения педагогического эксперимента и анализ его результатов.

Педагогический эксперимент по теме исследования проводился в период с 1999 по 2002 годы на базе средней школы № 41 и лицея № 3 г. Красноярска.

В ходе эксперимента были использованы методы сравнения достижений учащихся контрольной и экспериментальной групп, анкетирование учителей и учащихся, методы статистической обработки результатов. Для оценки эффективности разработанной методики использовался уровневый подход к анализу качества знаний и умений в контрольных и экспериментальных классах. Нами использовались как качественные, так и количественные критерии. При оценке знаний и умений нами выделялся коэффициент усвоения (к), средний балл оценок, получаемых по результатам компьютерного тестирования (А"), а также среднеквадратичное отклонение (сг2) и коэффициент вариации (у), характеризующие стабильность процесса обучения. Для доказательства достоверности данных параметров применялся статистический критерий согласия Пирсона %2-

При определении коэффициента усвоения была составлена шкала, границы интервалов которой соответствуют наиболее часто встречающимся вариациям:

0,95-1,00 - очень высокий уровень усвоения;

0,75-0,95 - высокий уровень усвоения;

0,60-0,75 — средний уровень усвоения;

менее 0,60 - низкий уровень усвоения.

Данные параметры рассчитывались для каждого учащегося и по группе в целом в экспериментальной и контрольной группах. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Коэффициент усвоения и уровень усвоения для контрольной и экспериментальной групп

Тема Контрольная группа Экспериментальная группа

коэффициент усвоении уровень усвоения коэффициент усвоения уровень усвоения

Периодический закон 0,68 средний 0,80 высокий

Строение атома 0,67 средний 0,82 высокий

Химическая связь 0,61 средний 0,74 средний

Водород 0,73 средний 0,82 высокий

Кислород 0,76 высокий 0,84 высокий

Галогены 0,64 средний 0,76 высокий

Из данных таблицы видно, что у учащихся экспериментальных классов высокий уровень усвоения знаний и умений практически по всем изучаемым темам. Усвоение знаний и умений по теме "Химическая связь" осталось для контрольной и экспериментальной групп на среднем уровне, что можно объяснить достаточно высокой сложностью данной темы. Но в количественном отношении коэффициент усвоения в экспериментальной группе значительно выше, что говорит о эффективности применяемых методов.

Анализ результатов исследования экспериментальных и контрольных групп включал также сравнение уровня формирования знаний и умений. Используя уровневый подход, мы выделяем три уровня: репродуктивный, продуктивный, творческий. Для сравнения уровней формирования умений учащихся использовалась процентная оценка правильно решенных заданий того или иного уровня в контрольной работе, представленная в табл. 3.

Таблица 3.

Уровневая оценка формирования умений учащихся

Уровень усвоения Контрольная группа Экспериментальная

репродуктивный 79% 82%

продуктивный 62% 71%

творческий 14% 21%

Анализ данных показал, что у учащихся экспериментальных и контрольных классов оценка репродуктивного уровня примерно одинаковая, а оценка продуктивного и творческого уровней заметно отличается. Это может свидетельствовать о том, что данная методика эффективно влияет на развитие творческих способностей учащихся.

- Параллельно с нахождением среднего балла оценок рассчитывались такие параметры, как дисперсия, среднеквадратичное отклонение и коэффициент

вариации, которые характеризуют стабильность процесса обучения. Значения данных параметров для контрольной и экспериментальной групп приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации для контрольной и экспериментальной группы по темам

Коит] рольная группа Экспериментальная группа

Тема средний бал среднеквадратичное отклонение (01) коэффициент вариации (VI) средний бал среднеквадратичное отклонение (стг) коэффициент вариации Ы

Периодический закон ЗД 0,51 16,89 3,7 0,62 16,06

Строение атома 3,3 0,87 27,03 3,8 0,71 18,57

Химическая связь 3,2 0,64 20,13 4,0 0,62' 16,78

Водород 3,5 0,64 18,83 3,7 0,54 13,50

Кислород 3,3 0,69 19,15 4,0 0,71 17,68

Галогены 3,6 0,90 24,91 3,9 0,74 18,40

Сравнивая величины средних оценок и коэффициентов вариации для контрольной и экспериментальной группы по темам, можно сделать вывод о том, что в контрольной группе не только более низкий уровень успеваемости

(*1<Х2), но и процесс обучения менее стабилен (у!>у2).

Кроме этого в конце занятий учащимся предлагалось провести самооценку своей деятельности на уроке по следующим критериям: "степень интереса", "что нового узнал и чему научился", "появлялись ли в ходе работы новые вопросы". Анализ самооценки показал, что около 75% учащихся оценивают свою деятельность по высшему баллу, отметив увлеченность, новые знания и умения, не запланированные учителем (рис 5.). Самооценка этих же учащихся на уроках химии без использования компьютерных технологий оказалась гораздо ниже. Высший балл себе ставят лишь 40% учащихся. Около 10 % учащихся ставят себе низший балл. ("Делал вид, что работал") (рис.6.)

Таким образом, предложенная нами методика компьютерной поддержки обучения химии позволяет повысить эффективность обучения, и, как показывают результаты исследования, повышается внутренняя мотивация, интерес к изучению химии. Использование компьютера при обучении химии способствует формированию информационной культуры учащихся (самостоятельно искать, отбирать нужную информацию, анализировать, организовывать, представлять, передавать ее в другой форме).

■ Работал увлеченно. Узнал много нового. Чему-то научился Появились новые вопросы.

■Работал с интересом. Узнал что-то новое. Чему-то научился. Остались вопросы.

□ Работал, потому что задано. Узнал кое-что новое. Ничему не научился. Вопросов нет.

Рис. 5. Результата самооценки в экспериментальной труппе

□ 10%

□ 35%

40%

■ 25%

Рис. 6. Результаты самооценки в контрольной группе

I Работал увлеченно. Узнал много нового. Чему-то научился. Появились новые вопросы. I Работал с интересом. Узнал что-то новое. Чему-то научился. Остались вопросы. □ Работал, потому что задано Узнал кое-что новое. Ничему не научился. Вопросов нет. □Делал вид, что работал. Ничего не узнал

Для проверки эффективности разработанной методики использования компьютерных технологий нами использовался критерий согласия Пирсона заданный метод показал, что разработанная методика компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе является эффективной.

Анализ результатов, полученных в рамках данного диссертационного исследования, показал, что учащиеся экспериментальных групп:

- допускают существенно меньшее количество ошибок при выполнении теоретических заданий;

- показывают более высокий уровень умений по составлению уравнений хи-

мических реакций, написанию электронных формул атома элемента;

- показывают более высокий уровень прогностических умений (например, предсказание химических свойств на основе положения элемента в периодической системе Д.И.Менделеева);

- успешнее справляются с выполнением практических работ по химии.

Выводы

1. Анализ литературных источников, электронных образовательных ресурсов сети Internet, учебных CD ROM показал, что в настоящее время имеется большое число программных средств, предназначенных для изучения химии. Однако мене разработанными являются вопросы их применения для обучения химии в рамках классно-урочной системы. В связи с этим назрела необходимость разработки научно обоснованной методики компьютерной поддержки обучения химии.

2. На основе проведенного исследования были разработаны теоретико-методические основы и теоретическая модель компьютерной поддержки начального этапа обучения химии.

3. В соответствии с ними были уточнены понятия «компьютерная обучающая программа» и «компьютерная поддержка», разработаны требования к обучающим программам применительно к обучению химии на начальном этапе.

4. На основе теоретико-методических основ и теоретической модели разработана методика компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе, ядром которой является программно-методический комплекс для обучения химии на начальном этапе, содержащий обучающие и контролирующие программы по темам "Строение атома", "Периодический закон Д.И. Менделеева", "Химическая связь", "Водород", "Кислород" и "Галогены", методические рекомендации для учителя и дидактические материалы для обучаемых.

<у5. Результаты педагогического эксперимента подтвердили эффективность предложенной нами методики компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе.

Список публикаций по теме исследования:

1. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П. Автоматизированная учебная программа "Химическая связь"// Молодежь и химия. Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск: Изд-во КГУ, -1998.-С. 137-138. 0,1 п.л. (авт. вклад - 50%)

2. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П., Безруков A.A. и др. Возможности использования современных информационных технологий в преподавании тем "Химическая связь" и "Производство чугуна и стали" школьного курса химии//Информационные технологии в образовании. Материалы VIII Международной конференции-выставки.- Москва: Изд-во «Лаборатория Базовых Знаний», 1998,- С. 18-19 0,1 пл. (авт. вклад- 10%)

3. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П., Безруков A.A. Тестирующие программы для компьютерной поддержки преподавания химии в 8 классе // "Образование XXI века". Материалы Сибирской научно-методич. Конференции. -Красноярск: Изд-воКГПУ, 1999 - С.157-158. 0,1 п.л. (авт. вклад-75%)

4. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П., Реди Е.В. и др. Учебно-методический комплекс для изучения темы "Химическая связь"//Д.И. Менделеев и Сибирь: история и современность. Материалы Всероссийских Менделеевских чтений. - Тобольск: Изд-во ТГПИ. -1999. -С.125 0,1 п.л. (авт. вклад -60 %)

5. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П., Зайцев Е. Н., Байко Е.В. Программы для компьютерной поддержки преподавания тем "Водород", "Кислород" школьного курса химии // "Д.И. Менделеев и Сибирь: история и современность". Материалы Всерос. Менделеевских чтений, Тобольск: Изд-во ТГПИ, 1999 - С. 111 0,1 п.л. (авт. вклад - 30 %)

6. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П., Реди Е.В., Изместьева Н.Д. Использование компьютерных технологий при изучении химической связи // Химия в школе.-2001.- №2,- С.41-45. 0,3 п.л. (авт. вклад - 30 %)

7. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П. Компьютерная поддержка начально- f го этапа обучения химии//Актуальные проблемы современного химико-педагогического и химического образования Материалы XLVIII Герценов-ских чтений. - С.-Пб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена,- 2001 - С.74-77 0,16 п.л.

(авт. вклад - 70 %)

8. Сыромятников A.A., Безруков A.A., Безрукова Н.П., Байко Е.В. Автоматизированная обучающая программа "Кислород" ИнФР №50200100090 // Компьютерные учебные программы и инновации. - 2002. -№2,- С. 28 0,05 п.л. (авт. вклад - 30 %)

9. Сыромятников A.A., Безруков A.A., Безрукова Н.П., Барков Ю.С. и др. Автоматизированная обучающая программа "Строение атома" ИнФР №50200100091 // Компьютерные учебные программы и инновации. - 2002. -№2,- С. 28-29 0,05 п.л. (авт. вклад - 30 %)

10. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П. Автоматизированная обучающая программа "Химическая связь" ИнФР №50200100088 // Компьютерные учебные программы и инновации. - 2002. - №2. -С. 26-27 0,05 п.л. (авт. вклад -70%)

11. Сыромятников A.A., Безруков A.A., Безрукова Н.П., Зайцев E.H. Автоматизированная обучающая программа "Водород" ИнФР №50200100089 // Компьютерные учебные программы и инновации. - 2002. - №2. -С. 27 0,05 п.л. (авт. вклад-30%)

12. Сыромятников A.A., Безрукова Н.П. К вопросу о программном обеспечении обучения химии // "Современные информационные технологии в обучении естественно-научным дисциплинам. Практический аспект". Материалы краевого научно-методического семинара, Красноярск: Изд-во РИО КГПУ, 2003,- С. 9-12 0,15 п.л. (авт. вклад-70%)

Подп. к печ. 14.04.2003 Объем 1,25 п.л. Заказ № 154 Тир. 100

Типография МПГУ

c-je>\

i . 6 7 О 1

í*

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Сыромятников, Алексей Александрович, 2003 год

Введение.

Глава 1. Роль компьютерных технологий в повышений эффективности обучения химии.

1.1. Проблема повышения эффективности обучения химии.

1.2. Особенности процесса обучения с использованием компьютерных технологий.

1.3. Характеристика программ учебного назначения.

1.4. Использование компьютерных технологий в обучении химии.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Методические основы разработки и применения компьютерных программ для начального этапа обучения химии.

2.1. Теоретико-методологические основы исследования.

2.2. Методика разработки ППС по химии в инструментальных средах и программах.

2.2.1. Методика разработки ППС в инструментальной среде ЭетоЗЫеЫ.

2.2.2. Инструментальные среды и программы для разработки компьютерных тестов по химии.

2.3. Обоснование выбора тем и описание программ.

2.4. Методика обучения химии на основе использования компьютерных программ.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Экспериментальная проверка эффективности разработанной методики компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе

3.1. Основные этапы и задачи экспериментальной работы.

3.2. Методы проведения эксперимента. Обработка результатов исследования.

Е> Выводы по главе 3.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методика компьютерной поддержки начального этапа обучения химии"

Значительный вклад в теорию и практику компьютеризации обучения внесли: Б.С.Гершунский, В.П.Беспалько, Е.И.Машбиц, Н.Ф.Талызина, В.А.Извозчиков, А.П.Ершов, И.В.Роберт и другие. В работах этих авторов рассмотрены вопросы психолого-педагогического обоснования использования компьютеров в учебном процессе.

Вопросам использования персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) в обучении химии посвящены многочисленные труды методистов-химиков: И.Л.Дрижуна, А.Ю.Жегина, Э.Г.Злотникова, Н.Е.Кузнецовой, М.С.Пак, Т.А.Сергеевой, Е.Ю.Зашиваловой и других. Авторы рассматривают применение электронной техники для моделирования химических процессов и явлений (Е.Ю.Раткевич, А.Н. Левкин), компьютеризации химического эксперимента (А.К. Ахлебинин, Э.Е. Нифантьев), для решения задач и проведения количественных расчетов, для формирования обобщенных умений по химии на основе алгоритмизации и компьютеризации обучения (С.А.Герус, Н.Е.Кузнецова, М.С.Пак), для повышения уровня сформированное™ технологических понятий (А.Ю.Жегин), для формирования компьютерной грамотности учащихся (Р.Г. Андрейчук), осуществления самоконтроля и стандартизированного контроля знаний.

Необходимо отметить, однако, что вследствие бурного прогресса средств компьютерной техники и телекоммуникаций и поддерживающего их работу программного обеспечения за последние 5-6 лет образовательные компьютерные технологии заметно развились и видоизменились. Новые информационные технологии требуют и дают ответ на совершенно новое восприятие концепции учебной программы, поскольку позволяют представить информацию на различных уровнях в рамках динамической системы взаимоотношений с обучающимся. Технологии гипермедиа, мультимедиа, виртуальной реальности предоставляют широкие возможности многообразного и динамического представления информации. В связи с этим не все вопросы применения современных компьютерных технологий в обучении разработаны достаточно детально. В последнее время появляется все большее количество программных средств, предназначенных для изучения химии, но вместе с тем наблюдается ряд противоречий, затрудняющих их широкое внедрение в практику обучения. Данное исследование было направлено на разрешение противоречий:

• между необходимостью повышения эффективности обучения химии с использованием компьютерной поддержки и весьма бедным ассортиментом педагогических программных средств (ППС) для обучения химии и их низкой педагогической эффективностью;

В соответствии с современными образовательными целями и задачами обучение химии должно быть ориентировано на организацию продуктивной, в том числе творческой, деятельности. Творческая деятельность предполагает свободное применение знаний в новых, нестандартных условиях. Однако, в обучении химии это возможно лишь тогда, когда учащиеся владеют прочным запасом базовых знаний - основными химическими понятиями, законами, фактами, которые рассматриваются на первом году изучения химии в средней школе. Первый год обучения химии содержит большой объем теоретического материала, сложного для понимания учащимися, поэтому именно на начальном этапе важно создать положительную мотивацию к изучению химии, сделать доступным содержание предмета для каждого ученика.

Актуальность и неразработанность данного направления компьютерного обучения химии на начальном этапе в средней школе определило выбор темы исследования.

Цель исследования: разработка методики компьютерной поддержки, повышающую эффективность начального этапа обучения химии.

Объект исследования: процесс обучения химии на начальном этапе с использованием компьютерных программ.

Гипотеза. Компьютерная поддержка начального этапа обучения химии будет обеспечивать повышение качества знаний, умений, навыков, элементов информационной культуры если:

- разработать эффективную методику использования педагогических программных средств (ППС) для начального этапа обучения химии.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

- сформулировать исходные теоретико-методические основы исследования;

- разработать общие требования к обучающим программам и их проектированию и проанализировать компьютерные программы по химии, имеющиеся на рынке ППС, с точки зрения их дидактических возможностей для обучения химии на начальном этапе;

- разработать ППС по отдельным темам начального этапа обучения химии и методики их использования;

- экспериментально проверить эффективность предложенной методики.

В процессе исследования использовались следующие методы:

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

- изучение специальной литературы по способам разработки и структуре ППС;

- анализ современных отечественных 1111С обучающего и контролирующего типов;

- наблюдение за ходом учебного процесса;

- анализ качества усвоения нового материала;

- анализ результатов компьютерного тестирования, проверочных и контрольных работ учащихся;

- анкетирование, беседа;

- статистическая обработка результатов исследования.

На первом этапе исследования (1997 - 2000 гг.) проводился анализ учебно-программной документации, психолого-педагогической и методической литературы. Изучались имеющиеся на рынке 1111С программы обучающего и контролирующего типа с точки зрения их дидактических возможностей для обучения химии на начальном этапе. Выявлены предъявляемые к ним требования, обобщен опыт работы сотрудников лаборатории «Мультимедийные технологий в обучении» и преподавателей кафедры химии Красноярского государственного педагогического университета по разработке и внедрению в учебный процесс ППС, определены подходы к решению поставленной проблемы. Полученный материал позволил сформулировать гипотезу исследования, определить основные цели и задачи.

На втором этапе (1998 - 2001 гг.) были разработаны общие требования к обучающим и контролирующим программным средствам и их проектированию и сформулированы принципы отбора материала для их разработки. Создан и апробирован программно-методический комплекс (ПМК), охватывающий ряд тем курса химии восьмого и девятого классов средней школы. По результатам проведенного педагогического эксперимента получена оценка эффективности разработанных 1111С и методик их применения.

На третьем этапе (2001 - 2002 гг.) завершена экспериментальная работа, проведена обработка и анализ полученных результатов, внесены коррективы в разработанные программные средства, произведено уточнение теоретических положений, оформлена диссертация.

Научная новизна заключается в следующем:

Разработаны теоретико-методические основы разработки и применения компьютерных программ для начального этапа обучения химии.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что разработаны методические основы и теоретическая модель компьютерной поддержки начального этапа обучения химии. Показана целесообразность использования специализированных сред для разработки ППС по химии. Уточнены понятия «компьютерная обучающая программа», «компьютерная поддержка» применительно к обучению химии на начальном этапе; обобщены основные требования, предъявляемые к обучающим программам в соответствии с современным уровнем развития технических средств.

На защиту выносятся:

Апробация и внедрение результатов исследования

Результаты исследования многократно обсуждались на заседании кафедры Информационных технологий обучения и математики и кафедры химии КГПУ, докладывались на научно-методических конференциях: «Молодежь и химия», (г. Красноярск, 1998г.); "Образование XXI века", (г. Красноярск, 1999, 2000 гг.); "Процессы обновления в естественнонаучном образовании", (г. Красноярск, 1999 г.); Всероссийские Менделеевские чтения (г. Тобольск, 1999 г.); "Актуальные проблемы современного химико-педагогического и химического образования." XLVIII Герценовские чтения (г. Санк-Петербург, 2001 г.); "Современные информационные технологии в обучении естественно-научным дисциплинам. Практический аспект." (г.Красноярск, 2003 г.). Разработанный программно-методический комплекс по химии апробирован и внедрен в образовательный процесс средней школы № 41, лицея № 3 г. Красноярска и средней школы №4 г. Лесосибирска. По результатам исследования опубликовано 12 работ.

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

Выводы по главе 3

1. Анализ количественных результатов, полученных в рамках данного диссертационного исследования, показал, что учащиеся экспериментальных групп:

- допускают меньшее количество ошибок при выполнении теоретических заданий;

- показывают более высокий уровень умений по составлению уравнений химических реакций, написанию электронных формул атома элемента;

- успешнее справляются с выполнением практических работ по химии.

2. Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенная нами методика использования компьютерных программ на уроках химии позволяет повысить эффективность обучения, и как показывают результаты исследования повышается внутренняя мотивация, интерес к изучению химии. Использование компьютера при обучении химии способствует формированию информационной культуры учащихся (самостоятельно искать, отбирать нужную информацию, анализировать, организовывать, представлять, передавать ее в другой форме).

Заключение

1. Анализ литературных источников, электронных образовательных ресурсов сети Internet, учебных CD ROM показал, что в настоящее время имеется большое число программных средств, предназначенных для изучения химии. Однако мене разработанными являются вопросы их применения для обучения химии в рамках классно-урочной системы. В связи с о этим назрела необходимость разработки научно обоснованной методики компьютерной поддержки обучения химии.

4. На основе теоретико-методических основ и теоретической модели разработана методика компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе, ядром которой является программно-методический комплекс для обучения химии на начальном этапе, содержащий обучающие и контролирующие программы по темам "Строение атома", "Периодический о закон Д.И. Менделеева", "Химическая связь", "Водород", "Кислород" и

Галогены", методические рекомендации для учителя и дидактические материалы для обучаемых.

5. Результаты педагогического эксперимента подтвердили эффективность предложенной нами методики компьютерной поддержки обучения химии на начальном этапе.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Сыромятников, Алексей Александрович, Красноярск

1. Ахмаметьев, М.А. Технология разработки и использования автоматизированных учебных курсов на основе системы АДОНИС / М.А. Ахмаметьев, М.С. Соппа // Новые информационные технологии в университетском образовании: Сб. тр. Новосибирск: ИДМИ, 1999. - С. 27.

2. Балаховская, Т.Н. Три назначения мультимедиа / Т.Н. Балаховская // Компьютер пресс. 1995. - № 2. - С.37-39.

3. Безруков, A.A. Опыт использования инструментальной среды "DEMOSHIELD" в учебном процессе / A.A. Безруков, Н.П. Безрукова // Информационные технологии в образовании: Тез. докл. VIII междунар. конф. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998 г. С. 66-67.

4. Безручко, В.Т. Комплект компьютерных обучающе-контролирующих программ по теме: "Предельные и непредельные углеводороды" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. — М.: ИНИНФО, 1996. №2(9). - 88 с.

5. Безручко, В.Т. Комплект компьютерных обучающе-контролирующих программ по теме: "Галогенпроизводные углеводороды" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. — М.: ИНИНФО, 1996. — №2(9). 88 с.

6. Безручко, В.Т. Комплект обучающе-контролирующих программ по теме: "Номенклатура органических соединений" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. — М.: ИНИНФО, 1996. — №2(9). -88 с.

7. Безручко, В.Т. Компьютерный обучающе-контролирующий курс "Бензол" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. -М.: ИНИНФО, 1996. №2(9).- 88 с.

8. Безручко, В.Т. Компьютерный обучающе—контролирующий курс "Реакции алканов" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. М.: ИНИНФО, 1996. - №2(9). - 88 с.

9. Безручко, В.Т. Контролирующая программа "Альдегиды" / В.Т. Безручко // Компьютерные учебные программы: Каталог. М.: ИНИНФО, 1996. — №2(9). - 88 с.

10. Борк, А. Компьютеры в обучении чему учит история / А. Борк // Информатика и образование. 1990. - № 5. - С. 110-118.

11. Бузинер, М. Инструментальные средства разработки обучающего программного обеспечения / М. Бузинер, С. Трифонов, М. Алехнович // Новые информационные технологии в университетском образовании: Сб. тр. Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1997. - С. 24-25.

12. Вильяме, Р. Компьютеры в школе: Пер. с англ. / Р. Вильяме, К. Маклин. — М.: Прогресс, 1988. 336 с.

13. Власова, Е.З. Теоретические основы и практика использования адаптивных технологий обучения в профессиональной подготовке студентов педагогического вуза: Дис. на соиск. учен. степ. докт. пед. наук / Е.З. Власова. СПб., 1999.

14. Власова, Е.З. Адаптивное обучение на новом витке развития педагогических идей / Е.З Власова, В.А. Извозчиков // Наука и школа. 1999. - №5.-С. 2-9.

15. Воскобойникова, Н.П. Решение химических задач с использованием компьютера / Н.П. Воскобойникова, Л.В. Галыгина, И.В. Галыгина // Химия в школе. 2000. - № 7. - С. 52-56.

16. Гершунский, Б.С. Компьютеризация в сфере образования: Проблемы и перспективы / Б.С. Гершунский. М: Педагогика, 1987. - 264 с.

17. Гляков, П. Химические шашки на ЭВМ / П. Гляков, Р. Варова // Информатика и образование. — 1991. № 1. - С. 44-47.

18. Границкая, A.C. Научить думать и действовать. Адаптивная система обучения в школе: Кн. для учителя / A.C. Границкая. — М.: Просвещение, 1991.- 175 с.

19. Гребенюкова, Е. Адаптивная школа: цель — самореализация учащегося / Е. Гребенюкова // Экспресс-опыт: Прилож. к журн. «Директор школы». — 2000.-№1.- С. 13-19.

20. Демушкин, A.C. Компьютерные обучающие программы / A.C. Демуш-кин, А.И. Кириллов, H.A. Сливина и др. // Информатика и образование. -1995. -№3.- С. 15-22.

21. Дерябина, Г.И. Введение в органическую химию: 10 класс / Г.И. Дерябина, Г.В. Кантария, A.B. Соловов. Самара: ЦНИТ СГАУ,1998. - 74с.

22. Гласс, Дж. Статистические методы в педагогике и психологии / Дж. Гла-ас, Дж. Стенли; Пер. с англ. Л.И. Хайрусовой. М.: Прогресс, 1976. - 495

23. Добротин, Д.Ю. Интернет в обучении химии / Д.Ю. Добротин, A.A. Жу-рин // Химия в школе. 2001. - № 7. - С. 52-55.

24. Дрижун, И.Л. Теоретические основы применения технических средств в обучении химии / И.Л. Дрижун. Л.: Б.и., 1986. - 283 с.

25. Дубровина, Г.С. Из опыта реализации адаптивной системы обучения / Г.С. Дубровина // Химия в школе. 1998. - №6. - С. 28-33.

26. Зайцева, A.B. Разработка и применение автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ / A.B. Зайцева, Л.П. Новицкий, В.А. Грибкова. Рига: Зинатне, 1989. - 174 с.

27. Земляков, И.Ю. Универсальная обучающе-контролирующая система для медико-биологических дисциплин / И.Ю. Земляков // Новые информационные технологии в университетском образовании: Сб. тр. Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1997. - С. 37.

28. Иванов, Г.Ф. Компьютерные средства для преподавания общей и неорганической химии / Г.Ф. Иванов, В.Н. Лисецкий, Н.Ф. Стась // Проблемы химического образования на пороге XXI века: Тез. регионал. науч.— практ. конф. Красноярск: КГПУ, 1996. - 84 с.

29. Каталог программных средств. Информатика: Инструментально- педагогические средства. Красноярск, 1995.- 30 с.

30. Клейман, Г.М. Школы будущего: компьютеры в процессе обучения: Пер.лс англ. / Г.М. Клейман. — М.: Радио и связь, 1987. — 176 с.

31. Колпаков, О.Л. Оболочка для создания электронного задачника / О.Л, Колпаков, C.B. Прескоков // Новые информационные технологии в университетском образовании: Сб. тр. Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1997.-С 149-150.

32. Кривошеев, А.О. Проблемы развития компьютерных обучающих программ / А.О. Кривошеее // Высшее образование в России. 1994. - N3.1. О С. 12-20.

33. Кудрявцев, А. В. Методика использования ЭВМ для индивидуализации обучения физике: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук / A.B. Кудрявцев. Екатеринбург, 1997.

34. Курдюмова, Т.М. Компьютерная технология обучения химии: достоинства и недостатки / Т.М. Курдюмова // Химия в школе. — 2000. № 8. - С. 35-38.

35. Кыверялг, A.A. Методы исследования в профессиональной педагогике /

36. A.A. Кыверялг. Таллин: Валгус, 1980. - 330 с.

37. Ламакин, А. Ю. Исследование влияния письменных и компьютерных заданий по химии на психоэмоциональное состояние и активность полушарий головного мозга школьников / А.Ю. Ламакин, А.К. Ахлебинин, Э.Е. Нифантьев // Наука и школа. 1999. - №5. - С. 34-38.

38. Ларионов, В.Н. Информатизация профессионального образования: проблемы и перспективы / В.Н. Ларионов // Педагогическая информатика. — 1993.- №1. С. 12-15.

39. Ластушкина, Г.Я. Компьютерный контроль знаний по теме "Углеводороды" / Г.Я. Ластушкина // Химия в школе. 2001. - № 8. - С. 42-44.

40. Лёвкин, А.Н. Технология проектирования и применения компьютерных обучающих программ по химии на основе имитационного моделирования для средней школы: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук / А.Н. Левкин. СПб., 2001.

41. Швебер фон, Линда. Как самому сделать компакт-диск: Авторский инструментарий мультимедиа / Линда фон Шревер, Эрик фон Шревер // PC Magazine. 1996. - № 9. - С. 149.

42. Лихачев, В.Н. Метод валентных связей: гибридизация атомных орбита-лей: Информационная карта РОСФОКОМП № 1801 от 08.04.1998. / В.Н. Лихачев, А.К. Ахлебинин. М.,1998.

43. Лихачев, В.Н. Скорость химических реакций: Информационная карта РОСФОКОМП № 2027 от 03.06.1999. / В.Н. Лихачев, А.К. Ахлебинин,

44. B.М. Ларионова и др. М.,1999.

45. Ловцов, Д.А. Адаптивная система индивидуализации обучения / Д.А. Ловцов, В.В. Богорев // Педагогика. 2001. - №6. - С. 24-28.

46. Математическое обеспечение автоматизированных обучающих систем. ЭВОС: Экспресс информация. М., 1976. - 24 с.

47. Машбиц, Е. И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения /Е.И. Машбиц. М.: Педагогика, 1988.- 192 с.

48. Мащбиц, Е.И. Компьютеризация обучения: проблемы и перспективы / Е.И. Машбиц. М.: Знание, 1986. - 80 с.

49. Михалев, В.И. Технология формирования тестовых заданий при создании электронных учебников в среде Toolbook-II / В.И. Михалев, О.Б. Фофанов // Новые информационные технологии в университетском образовании: Сб. тр. Новосибирск: ИДМИ, 1999. - С. 149-150.

50. Могилев, А. В. Дидактические принципы в компьютерном обучении / A.B. Могилев, С.А. Титоренко // Педагогическая информатика. 1998. -№ 2. - С. 10-16.

51. Морозова, Н.Т. Применение компьютерных лекций при изучении начертательной геометрии / Н.Т. Морозова // Информационные технологии в образовании: Десятая юбилейная конф.-выставка: Сб. тр. участников кон-ф. М.: МИФИ, 2000. - Часть II. - 400 с.

52. Организация и проведение педагогического эксперимента в учебных заведениях профтехобразования: Метод, пособие / Под ред. А.П. Беляевой. СПб.: АПН СССР. НИИ профтехобразования, 1992. - 124 с.

53. Герценовских чтений. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2001. - С. 161-162.

54. Паск, Г. Обучающие машины / Г. Пак // Автоматизация производства и промышленная электроника: Энцикл. М., 1963. - Т.2.

55. Певзнер, H.A. Компьютерная поддержка преподавания темы «Нуклеиновые кислоты» / H.A. Певзнер, Г.И. Золотарева и др. // Процессы обновления естественно-научном образовании: Рос. науч.-пед. конф.: Сб. тез.докл. Красноярск: КГУ, 1999. - 4.2. - С. 14.

56. Попов, С. П. Компьютерный курс общей химии / С.П. Попов, Д.М. Ша-кирова, С.А. Малых // Информационные технологии в образовании: VIII между нар. конф.-выставка: Официальный каталог М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998 - 112 с.

57. Попов, С. П. Неорганическая химия / С.П. Попов, Д.М. Шакирова, А.Ю. Слизкий // Информационные технологии в образовании: VIII междунар.о конф.-выставка: Официальный каталог. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998.-Ч.1.- 112 с.

58. Попов, С. П. Информационные технологии в образовании: VIII междунар. конф.-выставка: Официальный каталог. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998. 4.2. - 112 с.

59. Применение ЭВМ в учебном процессе / Под ред. А. И. Берга. М., 1969. -248 с.

60. Программы для общеобразовательных учреждений: Химия: 8-11 кл. / Сост. Н.И. Габрусева. М.: Дрофа, 2000. - 192 с.

61. Прокопенко, В.Г. Компьютер в кабинете химии / В.Г. Прокопенко, О.М. Плужник // Химия в школе. 2000. - № 8. - С. 31-35.

62. Раткевич, Е.Ю. Повышение эффективности формирования химических знаний школьников при использовании информационной технологии обучения: Дис. на соиск. учен. степ. канд. пед. наук / Е.Ю. Раткевич. -М., 1998.

63. Ретинская, И.В. Отечественные системы для создания компьютерных учебных курсов / И.В. Ретинская, М.В. Шугрина // Мир ПК. 1993. - N7. - С. 55-60.

64. Ротмистров, Н.Ю. Мультимедиа в образовании / Н.Ю. Ротмистров // Информатика и образование. 1994. - № 4. - С. 89-96.

65. Селевко, Г.К. Современные образовательные технологии: Учеб. пособие / Г.К. Селевко. -М.: Народное образование, 1998. -256 с.

66. Селютина, М. Б. О достоинствах и недостатках электронных учебных программ / М.Б. Селютина, С.Б. Энтина // Информационные технологии в образовании: Десятая юбилейная конф.-выставка: Сб. тр. участников конф. М.: МИФИ, 2000. - 4.2. - С. 319-321.

67. Сергеева, Т.А. Новые информационные технологии и содержание обучения / Т.А. Сергеева // Информатика и образование. 1991. - № 1. - С. 310.

68. Сертификат № 0000032. Наименование программы: "1С: Репетитор. Химия" // Компьютерные учебные программы. М.: ИНИНФО, 2001. -№3(26). - 78 с.

69. Советы изучающим иностранные языки // Nachrichten Magazin. 1995. -№ 6. - С. 32.• 90.Соловов, А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учеб пособие / А.В. Соловов. Самара: СГАУ, 1995. - 140 с.

70. Солодкина, Г.М. Из опыта применения обучающих машин ОМ-ЗМ для проверки знаний студентов / Г.М. Солодкина // Химия и методика преподавания химии в педагогическом институте: Науч.-метод. сб. — Д., 1970. — С. 60-69.

71. Стариченко, Б.Е. Новые информационные технологии в вопросах опти-° мизации образовательных систем / Б.Е. Стариченко. Екатеринбург.: Ур1. ГПУ, 1999.-208 с.

72. Столаров, JT. М. Обучение с помощью машин: Пер. с англ. / JT.M. Стола-ров. М., 1965. - 373 с.

73. Талызина, Н.Ф. Теоретические проблемы программированного обучения / Н.Ф. Талызина. М., 1969. - 133 с.

74. Талызина, Н.Ф. Пути и возможности автоматизации учебного процесса / О Н.Ф. Талызина, Т.В. Габай. М., 1977.

75. ТОО "Фирма Бакалавр" Компьютерная поддержка курса химии для 9 класса CHEMISTRY 9 // Каталог "Компьютерные учебные программы". — 1996. №2(9).-М.:ИНИНФО.— 88 с.

76. Человек и вычислительная техника / Под ред. О. К. Тихомирова. -М.,1972. -263 с.

77. Шаповалов, К.А. Компьютерная тестовая оболочка — Q-тест / К.А. Шаповалов и др. // Новые информационные технологии в университето ском образовании: Сборник трудов. Новосибирск: Изд-во НИИ МИОО1. НГУ, 1997. С. 138-139

78. Шоломий, K.M. Когнитивно-психологический подход к компьютеризированному обучению школьным предметам/ K.M. Шоломий // Вопросы психологии. — 1999 № 5. С. 36-42.

79. Шоломий, K.M. О дефиците программных средств для компьютерного обучения школьным предметам /K.M. Шоломий // Информатика иобразование. 1989. № 1. С. 105-109.

80. HyperMethod — hand's on мультимедиа // КомпьютерПресс, 1997,1. О №12, с. 34-39

81. Skinner В. F. Teaching machines Science. 1958. Vol. 128

82. URL: http://cam.psn.ru/conferences/tula99/reports/budantsev.html

83. URL: http://www.vzfei.ru/rus/learn resource/copr.htm