автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Принципы конструирования дидактического материала и опросных алгоритмов автоматизированных обучающих систем

Автореферат диссертации по теме "Принципы конструирования дидактического материала и опросных алгоритмов автоматизированных обучающих систем"

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. ГЕРЦЕНА

На правах рукописи

Вохмянин Владимир Иванович

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДИДАКТИЧЕСКОГО Л\АТЕРИАЛЛ И ОПРОСНЫХ АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность 13.00.02 Методика преподавания информатики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Санкт-Петербург 1992 г.

Работа выполнена: в Санкт-Петербургской высшей пожарно-

технической школе МВД РФ.

Научный руководитель: доктор технических наук профессор

И. А. Румянцев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор

Р. Н. Ефремов;

кандидат педагогических наук старший преподаватель В. В. Анисимов.

Ведущая организация: Кафедра психологии педагогики Санкт-

Петербургского государственного университета.

Защита состоится я //. х/ 1992 г.

часов на заседании специализированного совета к 113.05,14 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук в Российском педагогическом университете им. А. И. Герцена (191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, ауд. 209).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан „ //■ А 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Е. В. Баранова

ОВЯАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие науки и техники негозможно без использования современных информационных технологий; это в свое очередь требует вполне определённых для каждой отрасли знаний в области информатики. Сло-*имаяся система преподавания курса основ информатики и Еычислительной техники (ОИВТ) требует с каждым гЬдом увеличения часов. Это объективно необходимо с увеличением объема знаний по предмету, но не возможно в ему специфики учебного процесса: существуют и другие дисциплины. Выход в создании структуры, позволявшей управлять процессом обучения. Учитывая, что получение знаний имеет структурный характер: деятельность обучаемого по освоении знаний - результат обучения, необходимо сформулировать требования к системно-структурному подходу при создании модели деятельности обучаемого в процесса получения знаний и их контроля. Здесь имеется возможность направлен-

ного формирования умственной деятельности учащегося и тем самым получения и усвоения определённых знаний. Частью такой структуры является создание системы.охвата всего контингента обучаемых эффективными способами подачи учебной информации. Это, прежде всего, относится, к устройствам вычислительной техники (ВТ >. При использовании ВТ в учебном процессе требуется, создание определённой ,система по её"обучению". Этому посвйцена часть работ.А.Я.Савельева и В.А.Новикова. В трудах В.И.Нашбнца анализируется основные психолого-падагогичаские критерии использования^ в учебном процаоса. В работах Л.А.Растригина и Н.Х.Эран-итайиа используются методы теории управления обучением. Однако вса же в настоящий момент отсутствует чёткая теория применения, технических средств обучения. Особенно это касается проблем формирования у учащихся требуемого характера умственной деятельности в условиях использования алпаратной части и учитывающих психолого-пвдаго-1 гические особенности деятельности преподавателя и

обучаемого на различных этапах. Одним из основополагающих моментов этого вопроса являются требования по предварительной организации дидактического материала согласно определённым принципам. В силу этого, предметом диссертационной работы явилась разработка теоретических принципов конструирования дидактического материала в условиях использования ВТ в учебном процессе.

Исследования проводились на основании следующей гипотезы: формирование определённым образом дидактического материала, применяемого в автоматизированных обучающих системах (AOS), способствует сокращению времени обучения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Цель работы — определение принципов конструирования дидактического материала и систематизация опросных алгоритмов, используемых в АОС. Разработанные принципы лэгли в основу системы организации дидактичэского материала для создания АОС.

Целевая установка конкрэтизироьалась следуюцими задачами.

1_. Анализ современного состояния, использования и внедрения АОС, а также обоснование необходимости системного подхода в организации дидактического материала с использованием ВТ.

2. Разработка элементов теории конструирования дидактического материала для его реализации в АОС.

3. Анализ эффективности полученных результатов на основе экспериментального исследования, разработанных принципов.

Методика исследования. Для

исследования в работе применялись следующие методы:

— на организационном этапе - сочетание сравнительного м.донгитвдного;

— s эмперическоIT части исследования — диагниств-чоский;

— при обработке экспериментальных данных использовался метод качественно-количественного анализа.

Научная, новизна работы заключается- в следующем.

Обоснована необходимость системной организации дидактического материала в условиях использования ВТ.

Разработаны теоретические принципы четырёхуровневой организации дидактического материала и опросных структур, отвечающих требованиям теории поэтапного формирования знаний учащихся.

Определены пути дальнейшего развития диалоговых режимов работы ДОС, а также пути автоматизации конструирования дидактического материала.

Практическая ценность работы состоит в:

1) едином принципе конструирования дидактического материала, учитывающем требовенля как педагогического процесса, так и ВТ;

2) возможности выявления путэй управления учебным процессом о использованием таких параметров, как уровень усвоения знания, объёй усвоенной информации и трудоёмкость изучаемого материала;

3) возможности реализовать элементы индивидуализации о^учвни^ оптимальными путями.

Апробация-- исследования осуществлялась посредством докладов на кафедре автоматики и средств ВТ в-Сашст-Петербургской выслей по-жарно-технической школе и участием в конференциях учебных заведений системы МЦД РФ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов и содержит 10 рисунков, 9 таблиц, список литературы, включающий ЮОнаименова-ний, из них 4 на иностранных языках. Диссертационная работа изложен» на 132 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО введении обосновывается актуальнооть проблемы формирования дидактического материала при решении педагогических задач. Даются задачи исследования.

В первой главе "Современное состояние вопроса использования и внедрения вычислительной техники" затрагиваются педагогические аспекты этой проблемы. Даются, структурные компоненты интенсификации процесса обучения.

При определении теоретических основ применения ВТ а учебном процесса использовались труды: С.И.Архангельского, Б.Г.Ананьева, Ю.К.Бабанского, В.П.Беспалым, П.Я.Гальперина, Т.А.Ильиной, Н.В.Кузькиной, С.1.Рубинатейна, Н.Ф.Талызиной и др. советских учёЬых, а также работа иностранных авто-роа: Г.Саймона, Дх.Линдснэя и др.

Анализ использования. ВТ для реализации педагогических задач акцентирует внимание из том, что долгое время незинныо способы обучэния и контроля рассматривались лишь как способы разрешения. педагоги« схих задач за счёт разкого уменьшения ауди-

I

торного времени. В салу зтого, делались попытки Еычзвнания методических приёмов использования ДОС нз обдай пснхолого-падагогяческоП структуры обучения. Однако бурное развитие икфэрмотики и ВТ, введение соотвотствувэих курсов в сродней пкоде поставит »«а повестку дня необходимость системного подхода в разработке методических приёмов преподавания основ информатики и вычислительной техники (ОИВГ) с использованием ТОО и ВТ в частности. Отмечается, что еозможно развитие ТЕорчзских способ-

ност8й у обучаемых путём привлечения их к разработке новых нестандартных программ. Немаловажную роль играет способность средствами ВТ реализовать наглядность в обучзнии, привлекая графопостроитель-ные возможности этой тзхники.

Далее в разделе "Структура организации и возможности применения ДОС"- раскрывается классификация этих систем и отмечается, что последняя замыкается. на программное обеспечение, как фундамент использования АОС.

Заключение главы определяет необходимость знания основ программирования и отмечает, что примензниз АОС позволяет организовать:

1) обратную связь б лекционных формах обучения;

2) индивидуальную работу учащихся на лабораторно--практичзских и сз:-:инарских занятиях;

3) самостоятельную работу учадихся по углублению полученных знаний и приобретению устойчивых навыков в программировании.

Осноеной ечеод главы заключается в том, что

использование ВТ е педагогической практике должно осуществляться комплексно, а сама система примзнз-ния ВТ требует структурного сочетания с привлекаемыми педагогическими системами. Такой подход рас-крываэт широкие возможности по передаче и переработке информации в учебных целях, а сами средства ВТ могут стать мощным инструментом в руках преподавателя для расширения комплекса методических приёмов.

Во второй г л з в е "Теоретические основы конструирования дидактического материала в целях использования в ДОС" рассматриваются осноьные принципы конструирования дидактического материала и опросных алгоритмов на основе теории поэтапного формирования умственной деятельности учащегося. Вначале определяется понятийная - "первичная" структура. Далее даётся описание построения промежуточных структур, путём анализа и синтеза к« резучьто-та направленного процесса умствднной деятельности, приводящего к законченному конструктиву описания

процессов и явлений. Предлагаемая.теоретическая модель является отправной для.описания принципов конструирования дидактического материала. Указывается, что создаваемый направленный процесс умственной деятельности должен отвечать четырём основным уровням усвоения, учебного материала.

I - формирование у учащихся основных (опорных) определений изучаемого вопроса.

П — получение понятий о взаимосвязи этих определений.

Ш - определение возможности применения выявлен» дых структур изучаемого вопроса к решение учебных задач. 17 -.поиск способов практического использования полученных знаний по данному вопросу. Для Лэрвого уровня даётся.описание принципа построения системы определений. Отмечается, что не всегда иыеется:Возможность дать точные определения тем или иным объектам, процессам и явлениям, которые для простоты изложения далее называются просто объектами. В этом случае предлагается система

остенсивных определений, представляющих собой указание, перечисление и описание. Указывается их строгая ренговая подчинённость.

Процессу создания системы определений даётся термин дефениция, которым в дальнейшем оперируют при описании формирования" семантических полей. -Основой построения семантического поля описания объекта служит ьыявлчние связей между элементами гомологичных и аналогичных рядов, из которые строится данное сэмантичаское поле описания объекта. 3 выявлением связей заканчивается процесс формирования поля и, виеста с ним, системы определений.

Слолулций этап формирования дидактического материала отвечает второму уровню усвоения учебного материала. На этом этапе предлагается использовать определительный метод. Третьему уровню отвечает датерменационный метод конструирования дидактического материала, а четвёртому - поисковый. Вывод по предлагаемым методам базируется на выявлении общего алгоритма работы предлагаемых мето-

- м -

дое, который согласуется с осно£ным алгоритмом работы программы любой АОС.

Продолжением раздела "Организация поиска разрешаю двй процедуры" второй главы является определение мэтодов создания ответной структуры. Это:

- приёмы поэлэментного сравнения;

- поиск максимально-коррелирующего элемента;

- сравнительно-программный приём.

Рассматриваемые приёмы создания отЕетной структуры также увязываются с четырьмя уровнями усвоения программного материала. Но в данном случае эти структуры уже служат целям контроля знаний.

Представленные методы и приёмы конструирования дидактического материала иллюстрируются примерами, раскрывающими пути практической реализации разработанных принципов.

Заканчиваете^ раздел указанием на ту часть математического аппарата, которая, по мнанию автора, в состоянии отвечать задачам реализации матзма-

тического обеспечения разработанных методов.

Следующий раздал второй главы посвящён описанию опросных алгоритмов. Здесь рассмотрено деэять алгоритмов отЕета (АО). Отмечаются возмохности каждого алгоритма и перспектизы развития диалоговых АО. Каждый рассмотренный АО иллюстрируется сзотгет-стгукицим примером его применения. В заключении раздела приведён пример формирования дидактического материала и создания простейшей опросной программы.

Третии раздел главы раскрывает способы представления информационно-опросного материала. Отме-чэ;отся основные приёмы отображения информации с по-мо-дьэ соответствую дих технических средств, Зти приёмы яв.;яотся важным компонентом армирования дидактического материала, .опрздз шит: применение тех иди иных ТЗО как индикаторов ияфегм идиа.

Вопросам сценки ответов и анэгозу результатов контроля в системе формирования дидактического материала писвящён следуггдий рзздел глови. 13 этом раздзлз приводятся формулы для опредзлгкая холл-чзстгенпоЗ и качественном оцен::и на ос но не ерз-

дония. весовых характеристик каждого ответа. Раскрываются моменты анализе результатов опроса, что позволяет предоставить учащимся возможность индивидуальной работы при самостоятельной подготовке а использованием ВТ.

Пятый раздел главы описывает дидактическую структуру машинного контроля. Выделяются критерии использования.БТ на тех или иных видах занятий. Определяются.возможности создания прогностической модели.

Евсто» раздел второй главы, раскричат возможности оптимизации процессов контроля. В этом раздело определяются критерии по переходу с одного уровия. контроля знаний на другой» а такке приводится, формуле результирующей оценки. Отнечветоя, что требования равномерности предъявления вопро-

сов регион сложности необходимо обеспечивать режимом случвЕЕОЙ вкборкн из массива данных.

Зашгсчатольцый раздел глава, посвяцёв структуре учзбвого иатериила по ОЙБТ, прздлагаемого для иколь-

ного курсе. Представленный по этому вопросу материал сформирован согласно разработанным автором принципам конструирования дидактического материала. Содержательная часть представленного материала отражает основные моменты учебного материала по ОИВТ и позволяет получить необходимые сведения для составления простейших программ.

Выводы по второй главе диссертационной работы заключаются в констатации основных принципов формирования дидактического материала, изложенных в этой главе.

Третья глзеэ "Экспериментальные исследования" посЕящена результатам исследования разработанных принципов.

В первом разделе главы описыечэтся Еыбор методов экспериментального исследования и обработки полученных результатов. Анализ и оценка сформированного дидактического материала проводится по следующим критериям:

а) ойщее время усвоения определённого информационного пакета;

б) трудоёмкость темы как отношение общего времени усвоения к числу предъявленных информационных единиц учебного материала;

в),трудоёмкость опросного материала.

Обработку и анализ результатов применения принципов конструирования дидактического материала предлагаюсь проводить по Следующим параметрам: а) абсолютное изменение среднего балла в процессе изучения курса; б) относительное изменение среднего балла по темам курса;

в) устойчивость относительного изменения среднего балла;

г) коэффициент усвоения программного материала;

д) относительное изменение коэффициента усвоения;

в) устойчивость относительного изменения коэффициента усвоения.

В раздэле, посвященном организации и проведению исследования, говорится, что для оценки разработанных принципов была осуществлена реорганизация, учебного материала, излагаемого автором курса.

Курс рассчитан на ЮТ часа и содержит 2 раздела, состоящих из 14 тем. Исследование осуществлялось в тр этапа: отработка методических приёмов, предварительные экспериментальные исследования и проведение основного эксперимента при сравнении результатов с предыдущими этапами.

Весь дидактический матариал по каждой теме курса формировался по следуещим устойчивым признакам: назначение, область применения, устройство и работа. Для выяснения связай между семантическими полями рассматриваемых вопрооов применялись методы» изложенные в теоретической, части диссертации. Фор-иярояаняв подвергался и визуальный (изобразительный) матерная курса по тем жо принципам.

Опросный матерная был организован также в соответствии о разработанными теоретическими положениями. Организация такатичеокого опроса велась по опрооным картам (на первом и Етором этапах исследования) и о помощью ВТ (на заклвчительном).

Третий раздел главы описывает сам процесс конструирования дидактического материала по конкретному курсу. Даётся краткая характеристика излагаемо-

го курса по тэмам. Указываются трудности по формирование дидактического материала, встретившиеся в процессе его конструирования, и пути их разрешения. Приводится, пример опросной карты и фрагмент программы для ПЭВМ, реализующий эту карту машинным способом.

Четвёртый раздел третьей главы иллюстрирует конкретный пример конструирования дидактического материала по седьмой теме излагаемого курса.

В выводах по главе указывается на устойчивое увеличение среднего балла при таком же устойчивом увеличении количества усваиваемого материала. Это видно из приведённой нижа таблицы.

Ш4-Н ! 2Ш-& ! 1В4-47 !>!*<!! | ! ! ! . !

I - 2! - - - - !3,47 0,41 - - !3,3 0,72 - -5 - 4! - - - - 13,13 (,42 8,(3 0,1П!3,33 6,73 6,62 0,01 Я - 4! - - - - <3,33 а,44 0,01 (,М!3,и 1,711,03 0,» 7 • Б!3,57 0,43 0,91 - !3,72 0,47 0,04 0,02!3,И 0,» 0,С2 0,01 » -10!3,33 0,44 0,03 0,0413,74 0,41 0,11 0,03!3,03 0,11 0,04 0,01 11-11!3,37 0,и 3,04 0,»!3,»1 0,31 0,13 0,05!4,62 0,13 0,СЭ 1,03 13-14! .... !],Ц 0,34 0,04 0,07!4,22 0,04 0,47 0,01

КЯ.П,П - - - !4,В - 0,03 0,И!4,М - В,071,00

Итоговая таблица изменения среднего балла коэффициента усвоения и относительного изменения этих величин

В выводах диссертационной работы говорится, что результаты экспериментальных исследований позволяют сделать следующее заключение.

1. Разработанные принципы конструирования дидактического материала открывают возможность:

а) применять их практически при изложении любого предмета;

б) представлять информационный пакет АОС для разных целей, задач и уровней обучения, включая реализацию практичзского обучения;

в) интенсифицировать учебный процесс и использовать элементы индивидуализации при обучении;

2. Предложены пути развития разработанных принципов с учётом возможности автоматизации их применения.

3. Приведены примеры практического использования разработанных принципов, раскрываюдие их возможности.

4. Определена структура программного материала по ОИВТ и представлена её содержательная часть.

По тэме диссертационной работы опубликованы следуюдие работы.

I* Некоторые вопросы использования экрана в контро-лирующе-обучаюцем комплексе-. В кн.: Технические средства в учебном процессе. МГС ЛИСИ, 1986-

2. Основные принципы конструирования дидактического материала для АЭС. Тезисы доклада на Всесоюзной конференции по активизации процессов обучения среди учебных заведений МВД СССР.

3. Теоретические основы конструирования информационного материала при использовании ВТ. В кн.: Технические средства в учебном процессе.

RTC C3IH, 1988.

4. Педагогические информационные структуры. В кн.: Наука и техника, » 6. Рига, 1990.