автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике в физико-математических классах

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Фалина, Ирина Николаевна, 2000 год

Введение.•:.

Глава 1. Процесс обучения информатике в школе: цели, содержание, проблемы и особенности.

1.1. Место и роль школьной информатики в системе общего образования

1.2. Обучение информатике в свете современных педагогических тенденций.

1.3. Цели и проблемы обучения информатике в физико-математического классах

Выводы по главе 1.

Глава 2. Описание методики выравнивающего и развивающего обучения информатике в физико-математических классах

2.1. Дидактические основы построения методики

2.2. Структура методики.

2.3. Организационные требования методики.

2.4. Цели и содержание профильного курса информатики для физико-математических классов

2.5. Организация и основные результаты педагогического эксперимента.

Выводы по главе 2.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике в физико-математических классах"

Компьютеризация всех сфер общественной жизни на рубеже XX и XXI столетия стала реальностью, с которой вынуждены считаться прогрессивно развивающиеся государства. Начиная с последней трети XX века в России, как и во всех развитых странах мира, начался постепенный переход к постиндустриальному, информационному обществу. Этот переход характеризуется сменой доминирующего вида деятельности человека, переносом центра тяжести в общественном разделении труда в область информационных процессов и технологий, возрастающей потребностью в квалифицированных специалистах, использующих в своей деятельности современные достижения в области развития компьютеров и компьютерных технологий. В национальном докладе Российской Федерации на II Международном конгрессе ЮНЕСКО отмечалось, что России необходимо на деле осуществить интенсивную, согласованную, реально выполнимую информатизацию общества [96]. Достижение этой цели требует особой государственной политики, одним из приоритетных направлений которой является совершенствование базовой подготовки по информатике и новым информационным технологиям.

Отличительной особенностью современной концепции преподавания информатики в школе является признание высокого развивающего потенциала информатики и придание ей статуса фундаментальной дисциплины. В значительной мере этому способствовали работы А.П. Ершова, A.A. Кузнецова, В.А. Монахова, B.C. Лед-нева, А.Г. Кушниренко, И.Г. Семакина, А.Г. Гейна, А.И. Сенокосо-ва, A.C. Бешенкова и др.

Формирование и внедрение государственной программы в СССР по школьной информатике относится к 1984-1985 гг., этому предшествовал примерно 30-летний период становления. Введение нового школьного курса, несомненно, было политическим решением, за которым последовали: разработка программ, учебников, методического и программного обеспечения; формирование кабинетов информатики на основе отечественных ПЭВМ "Агат" и КУВТ-86; закупка японских ПЭВМ "Ямаха" и их распределение по школам страны; курсовая (36 часов) подготовка 100 тыс. учителей по информатике в мае-июне 1985 и 1986 гт. (50% - учителя математики, 30% - учителя физики, 20% - специалисты, приглашенные с производства) [25].

Школьный курс информатики призван был решать проблему овладения всеми учащимися компьютерной грамотностью [26]. В условиях нехватки компьютеров и хорошо поставленном преподавании математики и других естественных дисциплин в нашей политехнической средней школе основной упор в программе курса информатики был сделан на алгоритмизацию. Ершов писал, что им в 1982 году сознательно была пущена в оборот метафора о программировании как второй грамотности человека. Являясь скорее риторической формулой, нежели научным понятием, эта метафора, однако, содействовала внедрению идей и понятий информатики в общественное сознание [32].

По мере оснащения школ компьютерами и накопления методического опыта расширялось представление о целях и задачах обучения информатике, формировались различные подходы к преподаванию этой дисциплины ([7], [12], [18], [26], [30], [41], [47], [55], [68], [73], [84], [99]).

Одновременно с развитием и становлением школьной информатики возникла необходимость разработки методической системы обучения этому предмету. В развитие методической системы большой вклад внесли работы А.П. Ершова [26], В.М. Монахова [63],

A.A. Кузнецова [40, 43, 44], Э.Й. Кузнецова [45], B.JT. Матросова [60], М.П. Лапчика [49], И.В. Роберт [69], Г.А. Звенигородского t73], G.A. Жданова [28], С.А. Бешенкова [11], A.C. Лесневского [54, 55] и др.

Становление методической системы обучения основам информатики не закончено, поскольку идет постоянное развитие как самой науки, так и ее школьного аспекта. При этом число проблем, связанных с обучением информатике, не только не уменьшается, но и растет. Многие так и не решенные ранее проблемы становятся все более актуальными.

К проблемам, требующим решения в первую очередь, следует отнести проблему содержания обучения информатике в общеобразовательной школе в целом [42, 47, 50] и в профильных классах в частности; отсутствие методик обучения информатике в старшем звене школы детей, проявивших способности к изучению естественных наук, например, учащихся физико-математических школ и классов; необходимость систематизации особенностей обучения информатике, обусловленных как спецификой самого предмета, так и взаимосвязью с быстро меняющимися запросами практической деятельности общества.

В проекте федерального компонента государственного образовательного стандарта по информатике [79], разработанного творческим коллективом под руководством A.A. Кузнецова, дана характеристика образовательной области "информатика" и ее места в учебном плане школы, сформулированы цели изучения информатики, выделены основные содержательные линии базового курса. В стандарте подчеркивается теоретическая и прикладная значимость информатики, которая, с одной стороны, должна способствовать формированию научного мировоззрения, развитию мышления школьников, а с другой стороны, готовить школьников к практической деятельности, продолжению образования.

К сожалению, для физико-математических классов (старшее звено школы) аналогичного стандарта не существует, что вызывает и проблемы с выбором содержания, и проблемы с формированием требований к уровню подготовки выпускников этих классов, и проблемы формирования вузами требований к знаниям абитуриентов по информатике.

В настоящее время число специализированных школ и классов, в которых осуществляется допрофессиональная подготовка учащихся, растет. Как правило, преподавание в этих учебных заведениях опирается на концепцию развивающего обучения [22, 29, 90, 98]. В учебных программах таких школ и гимназий школьной информатике придается большое значение как школьному предмету, максимально влияющему на формирование научного мировоззрения и развитие творческих способностей учащихся. Но при этом, теоретические и прикладные исследования в области разработки методик обучения информатике на основе принципов развивающего обучения для старшего звена средней школы практически не ведутся, хотя, по оценкам исследователей [24, 87, 15], в настоящее время около 15% общеобразовательных учреждений страны работают в условиях профильной ориентации, и профильными, как правило, являются 10-11-е классы.

Обучению информатике в физико-математических классах свойственны все проблемы обучения информатике в средней школе в целом, но при этом ему присуща специфическая особенность, связанная со способом формирования профильных классов. По сложившейся практике в профильные школы и классы школьники поступают на основе конкурсных экзаменов. Формирование этих классов таково, что школьники с одинаковым, достаточно высоким уровнем знаний, например, по физике и математике имеют разный уровень подготовки по информатике, а также обладают различными навыками работы на ЭВМ. Эта специфическая особенность является отражением сегодняшнего состояния обучения информатике в целом. В качестве главных причин разного уровня знаний и умений по информатике достаточно талантливых детей, поступивших в физико-математический класс старшего звена школы, можно назвать следующие причины:

- разные программы по информатике в среднем звене школы;

- различие в уровне преподавания информатики;

- различие в материально-техническом оснащении школ;

- различный материальный и культурный уровень семей школьников.

При этом именно от выпускников физико-математических классов общество ожидает высоких теоретических знаний по информатике, овладения в полном объеме компьютерной грамотностью и основами информационной культуры.

Реально существующие особенности и проблемы обучения информатике, недостаточно исследованные в научно-методических работах, обуславливают актуальность исследования, посвященного изучению процесса обучения информатике в физико-математических классах.

Проблема исследования определяется, с одной стороны, необходимостью обеспечить в рамках существующих профильных образовательных учреждений эффективное обучение информатике в физико-математических классах, а с другой стороны, отсутствием методик обучения информатике в старшем звене школы, основанных на принципах развивающего обучения и позволяющих учитывать специфические особенности обучения информатике в физико-математических классах.

В исследовании вводится понятие "входного уровня" учащихся по информатике, который отражает уровень знаний и умений учащихся на момент, когда школьники поступили в профильный класс. Понятие "входной уровень" основано на понятии "входная точка", введенном Н.Д. Есиповой [27]: входная точка - момент, когда ребенок приступает к изучению предмета, в данном случае информатики. С использованием понятия входного уровня строится модель ученика, поступившего в физико-математический класс старшего звена школы с точки зрения его знаний и умений по информатике.

В физико-математических классах курс информатики должен соответствовать потенциальным возможностям учеников, и различие во входном уровне не должно являться препятствием для достижения целей профильного обучения. Поэтому одной из задач совершенствования процесса обучения информатике в физико-математических классах является разработка и внедрение такой методики, которая создавала бы условия для творческого развития учащихся, поддержания постоянного интереса к предмету и стремлению к самостоятельной работе и при этом позволяла бы ликвидировать пробелы в знаниях и умениях школьников одновременно с изучением нового программного материала. Методика должна учитывать тенденции эволюционного процесса, начавшегося в современной педагогике, суть которого состоит в смене приоритетов — с усвоения готовых знаний в ходе классных занятий на самостоятельную активную познавательную деятельность каждого ученика с учетом его особенностей и возможностей [65].

Методика обучения должна обладать двумя целевыми функциями: выравнивающей и развивающей. Цели развивающей функции:

• научить школьников самостоятельно критически мыслить; уметь видеть проблемы и искать пути их решения, используя

1 современньш технологии; четко осознавать, гдеякаким обра->1 чзом приобретенные ими знания, могут быть применены; быть . : способным генерировать новые идеи, творчески мыслить;

• научить школьников воспринимать процесс обучения в каче-; .1 стве исследовательской работы;

• 'воспитывать стремление к самообучению; формировать адекватную систему самооценки; 4 постоянно поддерживать высокий уровень мотивации к учению.

Цель выравнивающей функции — ликвидировать пробелы в знаниях и умениях учащихся за счет специальной организации учебного процесса одновременно с изучением нового материала, а часто и благодаря ему. Методика должна позволять организовать индивидуальную работу с каждым учащимся, т.е. термин "выравнивающая" не является синонимом термина "уравнивающая". Развивающая функция должна быть ведущей по отношению к выравнивающей.

В прямой взаимосвязи с проблемой разработки методики обучения находится и проблема отбора содержания курса информатики для физико-математических классов. Исследования отечественных психологов показывают» что обучение информатике способствует наиболее полному развитию творческих способностей учащихся по сравнению с такими классическими школьными дисциплинами, как математика и физика. Ряд авторов (И.Я. Лернер, С.М. Годник, Т. Сергеева) утверждают, что развивать творческие способности необходимо через систему дисциплин, составляющих основу предметной специализации. Учитывая это, можно сделать вывод, что информатика приобретает особо важное значение не только как самостоятельный школьный предмет, но и как общеразвивающая дисциплина, обучение которой в полной мере соответствует целям и задачам профильного образования в целом.

Критерием эффективности обучения является степень достижения целей и выполнения задач обучения в целом и профильного в частности [66, 72].

В соответствии с гипотезой и целью исследования были поставлены следующие задачи диссертационного исследования: изучить состояние преподавания информатики в физико-математических классах; систематизировать особенности и проблемы обучения информатике в физико-математических классах; разработать методику обучения информатике в физико-математических классах с различным входным уровнем учащихся по информатике на основе принципов развивающего обучения и когнитивной психологии; сформулировать условия, активизирующие развивающую функцию в каждом элементе -учебного процесса; разработать структуру курса информатики для физико-математических классов старшего звена школы, провести отбор содержания профильного курса; экспериментально проверить эффективность авторской методики.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ психолого-педагогической, научно-методической и учебной литературы, нормативной документации по теме исследования; изучение и анализ учебных программ по информатике для физико-математических классов и учебных программ аналогичных курсов вузов; изучение опыта преподавания информатики в профильных классах; анализ успеваемости студентов младших курсов — выпускников СУНЦ МГУ по дисциплинам, связанным с информатикой, прежде всего на естественных факультетах МГУ: ВМиК, механико-математическом, физическом, географическом; анализ и обобщение личного опыта работы преподавателем информатики в СУНЦ МГУ и средней школе № 37 г. Москвы; наблюдения и беседы с учителями; анкетирование студентов и школьников; проведение педагогического эксперимента и анализ его результатов.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

Введено понятие "входной уровень" знаний и умений учащихся по информатике и предложена методика его определения для учащихся физико-математических классов.

Уточнены и систематизированы проблемы и особенности обучения информатике в физико-математических классах.

Конкретизированы цели и особенности обучения информатике в физико-математических классах с различным входным уровнем учащихся по информатике.

Предложены и обоснованы концептуальные положения методики обучения информатике в физико-математических классах (старшее звено школы) на основе принципов развивающего обучения и положений когнитивной психологии.

Выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о том, что любой элемент учебного процесса обладает развивающей функцией.

Сформулированы условия, позволяющие выделить в каждом элементе учебного процесса (лекции, практические занятия, система контроля знаний и умений учащихся) развивающую функцию.

Предложены структура курса информатики для физико-математических классов и критерий отбора содержания.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

Разработана методика выравнивающего и развивающего обучения информатике в физико-математических классах с разным входным уровнем учащихся по информатике.

Предложены с обоснованием выбора основные содержательные линии профильного курса информатики для физико-математических классов.

Разработан курс информатики "Структуры данных и алгоритмы" для физико-математических классов.

Разработана методическая поддержка курса, в том числе разработаны к изданы 5 учебно-методических пособий, разработана система компьютерных тестов ко всем учебным блокам курса.

Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике внедрена в Специализированном учебно-научном центре МГУ (школа-интернат им. А.Н. Колмогорова).

Сформулированы рекомендации по использованию полученных результатов в практической деятельности учителей.

Основные положения, которые выносятся на защиту:

1. Построение методики обучения информатике на принципах развивающего обучения и когнитивной психологии позволяет организовать эффективное обучение во вновь сформированных физико-математических классах и разрешить специфические для этих классов проблемы, в частности проблему обучения учащихся с разным "входным уровнем" по информатике.

2. Любой элемент учебного процесса (лекция, практические занятия, система контроля) обладает развивающей функцией; реализация основных концептуальных положений методики выравнивающего и развивающего обучения информатике позволяет актавйзироватьразвивающий потенциал каждого элемента учебного процесса.

3. Для реализации основных целей и задач методики выравнивающего и развивающего обучения информатике отбор содержания профильного курса для вновь сформированных физико-математических классов необходимо вести в соответствии с принципами ведущей роли теоретических знаний и обучения на высоком уровне трудности.

Апробация работы. Результаты исследования обсуждались на заседаниях кафедры информатики СУНЦ МГУ (зав. кафедрой профессор Ю.В. Шестопалов), кафедры образовательных технологий факультета педагогического образования МГУ им. М.В. Ломоносова (зав. кафедрой профессор Н.Х. Розов). Основные положения и результаты исследования были опубликованы в открытой печати, неоднократно излагались на конференциях: VII и IX Международные конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 1998г., 1999г.); научные конференции МГУ «Ломоносовские чтения» (Москва, 1997г., 1999г.); научно-практическая конференция "Структура и содержание образования в специализированных школах и классах" (Санкт-Петербург, 2000г.), обсуждались на специальном заседании секции средней школы Московского математического общества (Москва, 2000г.), на курсах повышения квалификации учителей при Государственном координационном центре информационных технологий Министерства образования России в 1998-2000 гг. Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике внедрена в СУНЦ МГУ.

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

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

Выводы по главе 2

Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике относится к технологиям развивающего обучения. Идею развивающего обучения выдвинул Л.С. Выготский в начале 30-х годов, основная гипотеза - знания являются не конечной целью обучения, а всего лишь средство развития учащихся. В основу методики положены принципы развивающего обучения и концептуальные положения когнитивной психологии.

Акцент на изучение фундаментальных понятий информатики (принцип ведущей роли теоретических знаний) способствует формированию у учащихся когнитивных структур, вследствие чего процесс изучения базового курса занимает меньше времени, а высвобождающееся время можно использовать для овладения информационными технологиями.

В отличие от традиционных технологий методика выравнивающего и развивающего обучения информатике предполагает иной характер оценки учебной деятельности. Качество и объем выполненной учеником работы оценивается не с точки зрения ее соответствия субъективному представлению учителя о посильности, доступности знания абстрактному, усредненному ученику, а с точки зрения субъективной возможности ученика. В каждый конкретный момент оценка отражает персональное развитие ученика, качество его учебной деятельности. Поэтому, если ученик работает на пределе своих возможностей, он обязательно заслуживает высшей оценки, даже если с точки зрения возможностей другого ученика это посредственный результат.

В методике выравнивающего и развивающего обучения информатике также как и в технологии развивающего обучения "важны не пятерки сами по себе, а пятерки как средство, стимулирующее исполнение учебной деятельности, как доказательство, убеждающее "слабого" ученика в том, что он способен развиваться. Темпы развития личности глубоко индивидуальны, и задача учителя вывести личность каждого ученика в режим развития" [83}.

Применение описываемой методики позволяет за достаточно короткое время (1 семестр) выровнять уровни знаний и навыков по предмету фи одновременном изучении нового программного материала.

Методика выравнивающего и развивающего обучения информатике позволяет учителю работать с каждым учеником в индивидуальном режиме, но при этом сократить время на подготовку индивидуальных заданий. Это достигается, в частности, за счет применения системы задач концентрической структуры.

Применение методики выравнивающего и развивающего обучения информатике требует от преподавателя большой подготовительной работы. Например, надо не только подобрать задачи концентрической структуры, но и для каждой задачи подготовить систему проверочных тестов, что занимает существенно больше времени, чем подготовка самих заданий. Кроме того, успешное применение методики зависит от уровня творческих способностей учителя, так например, применение принципа "двуплановости цели" — один из наиболее творческих этапов работы учителя.

Эффективность применения методики выравнивающего и развивающего обучения информатике зависит от условий организации учебного процесса — администрация школы должна организовать работу школьников в компьютерных классах во внеурочное время, зависит от успешного сотрудничества преподавателя со школьным психологом. Психолог должен оказать помощь в разработке содержания анкет и принципах обработки полученной информации.

В результате педагогического эксперимента выработана структура курса информатики для физико-математических классов. Разработан профильный курс информатики для физико-математических классов "Структура данных и алгоритмы". Предложены методические рекомендации по преподаванию курса "Структуры данных и алгоритмы": дается тематическое планирование по блокам, для каждого блока указывается цель изучения, даютея требования к входному уровню знаний на момент начала изучения блока, по каждому блоку излагаются основные теоретические сведения, варианты практических заданий, указываются методические приемы и организационные формы работы учащихся в ходе изучения конкретного блока курса.

Во 2-ой главе описан педагогический эксперимент — условия, ход проведения и его результаты. В ходе эксперимента проверялась эффективность методики выравнивающего и развивающего обучения информатике в физико-математических классах. Проведенный педагогический эксперимент подтвердил эффективность разработанной методики. Кроме того, в ходе проведения эксперимента была подтверждена выдвинутая гипотеза о том, что каждый элемент процесса обучения обладает развивающей функцией.