Теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла

Филатова, Лариса Федоровна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика профессионального образования

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.08 для написания научной статьи или работы на тему: Теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла

Автореферат

Автор научной работы: Филатова, Лариса Федоровна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Томск
Год защиты: 2002
Специальность ВАК РФ: 13.00.08

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла"

На правах рукописи

РГБ ОД

Филатова Лариса Федоровна

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММАХ ПО ПРЕДМЕТАМ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ЦИКЛА (на примере химии)

13.00.08. Теория и методика профессионального образования

Автореферат диссертации на соискаиие ученой степени кандидата педагогических наук

Томск - 2002

Работа выполнена в Томском государственном педагогическом университете на кафедре неорганическом .химии

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Минин Михаил Григорьевич

Официальные оппоненты:

- доктор психологических наук, профессор

Алексеева Людмила Фоминична

- доктор педагогических наук, профессор

Кривых Сергей Викторович

Ведущая организация - Сибирский институт образовательных технологий

Российской академии образования (СИОТ РАО)

Защита состоится 20 декабря 2002г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д212.266.01 при Томском государственном педагогическом университете по адресу: 634041, г.Томск, пр. Комсомольский, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан // 2002г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ¿/^ттЛ, Вторина Е.В.

Общая характеристика исследования

Актуальность исследования. В условиях становления информационного общества система профессионального образования требует внесения существенных изменений, касающихся содержания, методов и форм организации обучения и путей получения профессиональных знаний. Это связано с тем, что во всех отраслях промышленности все более сокращается удельный вес затрат физического труда, от специалистов требуется использование широкого круга знаний, творческое отношение к своему труду.

Произвести такие изменения можно лишь на основе и с использованием современных информационных технологий в качестве основного образовательного и воспитательного средства.

Вопросы разработки и применения новых информационных технологий находятся в поле зрения многих ученых (Бобко И.М., Воронина Т.Л., Кашицин В.П., Кузнецов A.A., Лапчик М.П., Машбиц Е.И., Б.С.Гершунский, Полат Е.С., Роберт И.В., Скибицкий Э.Г., Пак Н.И., Зиновкина М.М., Гузеев В.В., Зайнутдинова Л.Х.). Отмечаются неограниченные возможности информационных технологий для активизации процесса обучения, повышения наглядности, научности, для обеспечения индивидуальности обучения.

В связи с этим, перед профессиональным образованием стоят следующие задачи:

1) создание компьютерных обучающих программ, предназначенных для формирования теоретических и практических знаний, практических навыков и умений, необходимых для работы по определенной профессии;

2) оснащение образовательных учреждений компьютерными классами;

3) ликвидация компьютерной безграмотности среди учителей и преподавателей.

Как показывает практика, решение этих задач весьма проблематично. Зачастую наличие в образовательных учреждениях мощных компьютеров и высокого уровня программного обеспечения не имеет достаточного педагогического обоснования. Компьютерные классы используются, в основном, для проведения занятий по информатике, использование компьютеров для преподавания других дисциплин ограничено либо дефицитом учебного времени, либо низкой компьютерной квалификацией преподавателей, ведущих эти дисциплины, а иногда отсутствием программных средств хорошего уровня по данной дисциплине.

результату. Процессы восприятия и понимания информации с учебника и дисплея компьютера имеют существенные различия и не могут рассматриваться как просто технические средства обучения. То есть возникает необходимость разработки теорий и методик создания программных средств обучающего характера.

Таким образом, все вышеперечисленные факты говорят о том, что в сфере профессионального образования сложился ряд противоречии:

- с одной стороны идет процесс оснащения образовательных учреждений вычислительной техникой, с другой стороны ла техника используется не в целях обучения, часто просто простаивает;

- с одной стороны образовательные учреждения имеют компьютерные классы, с другой стороны эти классы используются только для уроков информатики;

- с одной стороны существует необходимость применения педагогических программных средств по предметам, с другой стороны преподаватели этих предметов не умеют пользоваться компьютером;

- с одной стороны необходимы компьютерные обучающие программы по предметам, с другой стороны недостаточное качество и.количество имеющихся обучающих средств, либо полное отсутствие таковых по некоторым дисциплинам;

На наш взгляд, решение всех этих проблем зависит все-таки от наличия высококачественных компьютерных обучающих программ, таких, при создании которых бы были учтены дидактические и психологические принципы построения учебного материала. Именно тогда появится объективная потребность в приобретении дополнительных компьютерных классов, а у преподавателей - желание научиться пользоваться компьютером.

В связи с этим считаем, что богатейшие возможности компьютера должны быть проанализированы с точки зрения психологии и дидактики и использованы тогда, когда это необходимо с педагогической точки зрения. Обучающая программа должна быть эффективной, а не эффектной. Компьютер, являясь важным источником чувственного наглядного материала, предоставляет большие возможности по динамическому моделированию различных объектов и явлений, позволяя объединить два уровня познания, чувственное и логическое, а также демонстрировать действие в перцептивной форме. Это значит, что информация на экране монитора, определенным образом организованная, может способствовать развитию теоретического и практического мышления учащихся. А это является особенно актуальными для

предметов естественно-научного цикла. Объектами изучения этих предметов часто оказываются явления, скрытые от непосредственного наблюдения, тик называемые явления микромира. Причем эти явления изучаются не отдельно, не изолированно, а для объяснения причин других явлений, установления тех или иных зависимостей, закономерностей, законов. Для этого изучение предметов естественно-научного цикла происходит в строгой логической последовательности, отражающей логику соответствующей науки. Следовательно, для того, чтобы быть эффективной, организация учебной информации в компьютерных обучающих программах должна соответствовать логике изучаемой науки.

Анализ исследований в области создания программных средств обучающего характера позволил сделать вывод о том, что если раньше исследования в области информатизации образования касались в основном общих вопросов, связанных с индивидуализацией процесса обучения, организацией дистанционного обучения, созданием различных тестовых программ, разработкой методик по встраиванию программных средств учебного назначения в учебный процесс (Н.В.Софронова, В.В.Давыдков, Г.С.Русланова, Г.А.Сапрыкина и др.), то сейчас наиболее актуальным является решение вопроса о структуре обучающих программ (В.В.Наумов, О.А.Козлов, Е.В.Пастухова, Е.А.Солодова, Е.Н.Холодов, Д.Ш.Матрос, И.Р.Высоцкий, Л.Ф.Плеухова, Ю.К.Ситников, М.М.Прокопьева, А.К.Ахлебинин, Э.Е.Нифантьев, Л.Г.Лызыкина, В.Н.Лихачев и др.). Так как именно в структурной организации информации видится возможность решения многих дидактических и методических задач. Однако решение проблемы структурирования информации в обучающих программах предлагается только в организации крупных блоков, таких как «обучение», «контроль», «справочные данные», или структурная связь между разделами, темами и т.д. Вопрос же, касающийся организации учебной информации в обучающих программах, то есть методического решения внутри тем, является мало изученным, а потому актуальным.

Решение этого вопроса на примере такого предмета как химия, позволит перейти к обобщениям, представляющим ценность для дидактики в целом, и разрабатывать компьютерные обучающие программы по другим предметам естественно-научного цикла.

Проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями образовательного процесса в использовании компьютерных обучающих программ по предметам естественно-научного цикла, и существующим недостаточно высоким педагогическим уровнем разработки учебных программ для естественных дисциплин.

Объект исследования - процесс обучения естественным дисциплинам в условиях применения средств новых информационных технологий.

Предлог исследования - теоретическое обоснование организации информации в компьютерных обучающих программах но предметам естественно-научного цикла.

Цель исследования - выявить теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла на основе анализа педагогической психологии и специфических особенностей обучения химии и создать программно-методический комплекс по курсу химии.

Гипотеза исследования. Применение компьютерных обучающих программ, построенных с учетом теоретических оснований, включающих психолого-педагогические и методические требования к организации информации в компьютерных технологиях, будет способствовать повышению качества общеобразовательной подготовки учащихся и повышению профессионального уровня преподавателей.

Задачи исследования. В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:

1) на основе анализа научных данных по теории информации и философии выявить сущность информации и ее значение в процессах развития. Обосновать цель данного исследования на основе анализа процесса информатизации образования, как необходимой составляющей информатизации общества;

2) выявить психолого-педагогические требования к организации информации в компьютерных обучающих программах, проанализировать специфические особенности обучения химии и на основе проведенного исследования сформировать общую схему определения структуры компьютерных обучающих программ по предметам естественно-научного цикла;

3) разработать методику проектирования компьютерных обучающих программ с учетом разработанной структуры и на ее основе создать программно-методический комплекс (ПМК) по химии и подтвердить экспериментально влияние компьютерных обучающих программ на повышение качества знаний по химии учащихся 8-х классов.

Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области педагогики и педагогической психологии (Гальперин П.Я., Талызина Н.Ф., Зуева М.В., Николаенко В.М., Шадриков В.Д., Соколова И.Ю.), в области методики обучения химии (Кузнецова Н.Е., Кирюшкин Д.М., Зайцев О.С., Макареня A.A..), в области создания средств обучения (Зазнобина Л.С., Шаповаленко С.Г., Суртаева H.H., Назарова Т.С.), в области теории и практики информатизации образования (Машбии H.A., Роберт И.В., Пак H.H., Скибицкий Э.Г., Молоков Ю.Г., Бобко И.М., Монахов В.М.).

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теоретического уровня: теоретический анализ положений педагогической психологии по вопросам теории познания и управления процессом усвоения знаний, теоретический анализ научно-педагогической литературы по вопросам разработки и применения информационных технологий в образовании; экспериментальная работа по созданию и апробации разработанных обучающих программ в учебном процессе, педагогический эксперимент.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Разработаны теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла, включающие:

1) комплекс психолого-педагогических требований к организации информации в компьютерных обучающих программах:

комплекс психолого-педагогических требований когнитивной психологии по представлению информации, направленный на создание оптимальных условий для ее восприятия органами зрения;

- требование согласно деятельностной теории учения включения в компьютерные обучающие программы действия в перцептивной форме, тем самым осуществления деятельностного подхода к формированию знаний;

2) методические требования, учитывающие специфику обучения химии и возможность их реализации на ПК IBM с помощью:

метода моделирования - для отражения содержательной стороны обучения химии в виде трех видов моделей (макро-, микромоделей и абстрактных моделей), в том числе динамических; метода алгоритма для отражения динамической структуры обучения химии, которая осуществляется в определенных методикой логических отношениях (индукция, дедукция, аналогия) с применением определенного логического приема (сравнение, абстрагирование, обобщение);

3) общую схему определения структуры компьютерных оиуч'ающих программ, выведенную в соответствии с выявленными психолого-педагогическими и методическими требованиями.

Практическая значимость исследования заключается в следующем: I) предложена методика проектирования компьютерных обучающих программ, включающая следующие этапы:

выбор структуры компьютерной обучающей программы на основе общей схемы в зависимости от вида специфического зиаиия и

определенных методикой его изучения логических отношений и логического приема умственного действия;

разработка в соответствии с выбранной структурой гюнхолого-педагсгического сценария;

2) разработан программно-методический комплекс по всему курсу химии, включающий:

пакет компьютерных обучающих программ по темам; инструкцию для пользователя пакетом компьютерных обучающих программ;

методические рекомендации по использованию компьютерных обучающих программ.

3) внедрены в процесс обучения компьютерные обучающие программы по отдельным темам из курса химии;

4) полученные результаты могут быть перенесены на другие предметы естественно-научного цикла.

Этапы исследования.

1. Изучение и теоретический анализ научной литературы (1994 -1996 гг.).

2. Разработка теоретических предпосылок организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественнонаучного цикла (1996 -1997 гг.).

3. Разработка компьютерных обучающих программ по химии и апробация их в учебном процессе (1997 -1999 гг.).

4. Оформление текста диссертации (2000 -2001 гг.).

Апробация результатов исследования. Теоретические положения и результаты исследований излагались и были одобрены на следующих всероссийских, научно-практических, межвузовских конференциях и семинарах: на Третьей всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: экспертиза как способ развития образовательных практик». - ¡5-16 октября 1998г., г.'Гомск; на научно-практической конференции «Общероссийская школа молодого ученого» в секции естественных наук, ТГПУ, 21-23 декабря 1998г., г.Томск; на III Межвузовской..научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -13-24 апреля 1999г., г.Томск; на заседании круглою стола «Формирование конкурентноспособности выпускников школы» -5 ноября 1999г., г.Томск; на Международной научно-нракгпческой конференции «Па пороге нового тысячелетия: образование, карьера, региональные проблемы управления». - 4-5 ноября 1999г., г.Томск; на Четвертой Всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: проблемы управления». - 2-4 ноября 1999г.; на Международном конгрессе «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г.,

г.Томск; на семинаре кафедры неорганической химии ТГГ1У, март 1999г., г.Томск;'на семинаре кафедры химии и технологии материалов современной энергетики Северского государственного технологического института (СП И), Ноябрь 2000г., г.Северск, а также отражены в шести публикациях и реализованы в конкретных компьютерных программно-методических разработках по предметам естественно-научного цикла (химии и биологин) - в программном комплексе.

Разработанный программный комплекс экспонировался на международных и межрегиональных выставках: на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку». - 23-26 марта 1999г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г.; на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку. Дни карьеры в Сибири». - 21-24 марта 2000г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Образование. Карьера. Занятость». - 21-23 февраля 2001г.

За разработку программного комплекса получена малая золотая медаль (на Международной выставке-ярмарке, г.Новосибирск, 1999г.).

За проведенную работу по разработке и апробации комплекса выиграны гранты Минобразования и Минатома Российской Федерации. Внедрение результатов исследования.

Программный комплекс внедрен в образовательные учреждения г.Северска: в школах (№ 76, 81, 86, 88, 90, 197, 198), в Северском государственном технологическом институте (СГТИ), в Северском промышленном колледже, а также в школах города Томска, Томской, Кемеровской и Иркутской областей, Красноярского края. Положения, выносимые на защиту:

1) компьютерная обучающая программа, построенная с учетом теоретических оснований, включающих психолого-педагогические и методические требования к организации информации, обеспечивает повышение качества усвоения знаний и повышение мотивации к изучаемому предмету;

2) повышение профессионального уровня преподавателей происходи г более эффективно с применением компьютерных обучающих прог рамм, построенных с учетом теоретических оснований, включающих психолого-педагогические и методические требования к организации информации;

3) психолого-педагогические и методические требования к организации информации в компьютерных обучающих программах по химии могут

быть предложены для создания компьютерных обучающих программ но

другим предметам естественно-научного цикла.

Ст руктура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность проблемы исследования, сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза и задачи исследования, показаны его методологические основы, раскрыты теоретическая и практическая значимости исследования и его научная новизна, представлены результаты апробации работы.

Первая глава «Информатизация общества и образования» состоит из двух параграфов.

В §1 «Проблемы становления информационного общества» для

понимания глубины и актуальности исследования раскрыта сущность информации и ее значение в процессах развития, перечислены информационные революции как этапы развития общества, дано понятие информатизации общества.

Выявлены негативные последствия информатизации общества, доказана необходимость управления процессом информатизации для сохранения цивилизации и указан путь решения возникших проблем, который заключается в гуманизации общества.

Показано, что для гуманистической перестройки общества необходима информатизация культуры, в том числе образования, причем в рамках сохраняющегося для России культурного ядра.

В результате проведенного анализа проблем информатизации общества показана необходимость информатизации образования как средства для его гуманизации, выражающейся в изменении педагогической парадигмы.

В §2 «Информатизация образования в России» для понимания сущности определения «Информатизации образования» дана расшифровка термина «новые информационные технологии». Раскрыто понятие «средств новых информационных технологий» (СНИТ). Применительно к обучению перечислены педагогические цели использования СНИТ, основные направления внедрения СНИТ в образование.

Дано определение программного средства учебного назначения (ИС). Приведены классификации ПС по функциональному и методическому назначению.

Приведен анализ процессов внедрения вычислительной техники (ВТ) и программных средств (ПС) учебного назначения в России.

Подтверждено фактически, что массовая разработка программных средств учебного назначения началась в России с появлением первых персональных компьютеров (1985г.): в Казани, Омске, Москве, Новосибирске - стали

создаваться обучающие и контролирующие программы, предназначенные для обучения различным предметам. Отмечено начало работы коллектива кафедры неорганической химии ТГГГУ над проблемой разработки комплекса обучающе-контролирующих программ по химии.

Показано, что массовое распространение ПС сдерживалось с одной стороны, несовместимостью персональных компьютеров разного вида (YAMAHA, УКНЦ, Корвет, APPLE COMPUTER), с другой стороны, - низким качеством с педагогической точки зрения программных средств учебного назначения.

И если проблема несовместимости компьютеров в настоящее время отпала в связи с появлением современных персональных компьютеров фирмы ЮМ, то проблема качества ПС оставляет желать лучшего.

Причиной этого является как неразработанность теоретических основ, раскрывающих целесообразность создания и применения ПС в целях обучения, так и отсутствие четкой классификации или типологии, комплекса требований, предъявляемых к ним.

В связи с этим, в главе приводится перечень требований к ПС учебною назначения: дидактические, методические, эргономические, технические.

В то же время согласно Российской Программы информатизации образования в стране с одной стороны назрела необходимость в использовании программных средств в процессе обучения общеобразовательным предметам, с другой стороны, недостаточно высокое качество таких программных средств или их отсутствие.

В результате проведенного анализа процесса информатизации в России сделан вывод о том, что проблема разработки теоретических предпосылок организации информации в программных средствах обучающего характера для преподавания общеобразовательных предметов остается актуальной.

Вторая глава «Формирование теоретических предпосылок организации информации в компьютерных обучающих программах» состоит из двух параграфов.

В §1 «Психолого-педагогические требования к педагогическим программным средствам» приведен анализ достижений педагогической психологии (когнитивной и деятельностной теорий учения) с точки зрения возможности реализации требований этой науки с помощью компьютера.

Показана необходимость опоры при разработке ПС учебного назначения на психологические знания.

Рассмотрен процесс усвоения знаний в области когнитивной психологии. Сделан вывод о значении организации информации на экране монитора, предназначенной для зрительного восприятия, и о возможности объединения двух уровней познания (чувственного и логического) с помощью

компьютера. Выявлены и приведены требования к представлению информации на экране монитора в ПС:

- замена описаний объектов изучения их изображениями (моделями), сведение текстовой информации к минимуму и оформление ее в виде образов;

- учет возрастных особенностей учеников относительно перцептивной деятельности при выборе способов изображения информации на экране монитора;

- соответствие числа информационных объектов на экранной странице нормальному объему восприятия и появление этих объектов порциями;

- выделение объектов на экранной странице, предназначенных для восприятия;

- управление процессом восприятия учебного материала путем показа процесса структурирования информационных объектов, появляющихся в определенной логической последовательности;

Рассмотрено влияние соблюдения выявленных требований к представлению информации на экране монитора на другие психические познавательные процессы: внимание, память, представление, мышление.

Рассмотрен процесс усвоения знаний в области деятельностной теории учения. Показана необходимость учета при построении содержания обучения и определении последовательности его изучения связи и взаимоотношений по трем линиям: а) предметные, специфические, знания (СЗ); б) специфические виды деятельности (СД); в) логические приемы мышления и входящие в них логические знания (ЛП). То есть, определенная тема представляет определенные специфические знания, для усвоения которых должны быть совершены определенные специфические действия, включающие определенный логический прием (рисунок I).

СЗ

СД

ЛП

Рисунок 1 теории учения.

Процесс усвоения знаний с точки зрения деятельностной

Приведены примеры различных соотношений между этими тремя элементами.

Сделан вывод о том, что в компьютерных обучающих программах специфические знания с помощью моделирования могут быть представлены в виде статических и динамических информационных моделей, а специфические виды деятельности (физические или умственные) могут быть представлены с помощью алгоритма в виде порционной подачи материала в соответствии с тем или иным логическим приемом. Отражая логику современного состояния

соответствующей отрасли научного знания, показ процесса формирования того или иного знания (структуры) создает условия для постепенного, последовательного уяснения смыслового назначения элементов этого знания (структуры), образования связей в коре головного мозга, причем с той скоростью, которая необходима для отдельного индивида.

Таким образом, анализ процесса усвоения с точки зрения деятельностной теории учения привел к выводу о необходимости включения в компьютерные обучающие программы действия в перцептивной форме. В совокупности с требованиями когнитивной психологии требование включения перцептивного действия в компьютерные обучающие программы образует комплекс психолого-педагогических требований к организации информации в программных средствах обучающего характера.

Ход и результаты проведенных в области педагогической психологии исследования изображены на рисунке 2 (верхняя часть).

На рисунке показано, что реализация в обучающих программах (ОП) требований когнитивной психологии будет способствовать дидактическом;, принципу наглядности, включение в ОП перцептивного действия будет способствовать дидактическому принципу развития теоретического мышления.

В §2 «Методические требования к педагогическим программным средствам» представлен анализ методики обучения химии с целью выявления специфических знаний, действий и логических приемов для использования их в обучающих программах по химии и обеспечения тем самым деятельностного подхода к разработке программных средств.

Анализ специфических особенностей науки химии показал, что химия -это наука о веществах и их превращениях. Для ее изучения используют химические эксперименты; понятия и явления микро- и макромира; абстрактные понятия (схемы, таблицы, графики).

Эти три компонента, отражающие содержательную сторону обучения, в ОП с помощью моделирования могут быть представлены в виде статических и динамических информационных моделей.

Анализ специфических закономерностей химического познания показал, что познание в химии идет от предметного рассмотрения веществ и явлений в их статике к изучению динамики процессов, от представлений о дискретности веществ и процессов к представлению о единстве дискретности и непрерывности. Для этого трансляция знаний (содержания) по химии осуществляется в определенных логических отношениях (индукция, дедукция, аналогия), отражающих динамическую структуру процесса обучения. При этом на фоне определенных логических отношений разворачиваются определенные логические приемы умственных действий (сравнение, абстрагирование, обобщение). Реализация такой динамической структуры в обучающих

Рисунок 2 - Формирование комплекса психолого-педагогических и методических требований организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла.

программах возможна с помощью логических методой и алгоритмизированного метода.

Таким образом, среди многообразия методов, используемых в обучении химии, для создания ОП, учитывая возможности компьютера, выбраны метод моделирования, логические методы и алгоритмизированный метод. В главе приведена характеристика каждого метода.

С учетом сделанных в результате анализа методики обучения химии выводов представлена схема, отражающая ход и результат исследований в области педагогической психологии и методики обучения, который и будем являться теоретическими основаниями организации информации в компьютерных обучающих программах (рисунок 2).

На рисунке 2 видно, что использование метода моделирования будет соотноситься с дидактическим принципом наглядности в химии, а использование логических методов и алгоритмизированного метода будет соотноситься с дидактическим принципом развития теоретического мышления.

Таким образом, на стыке двух наук - психологии и педагогики -сформированы теоретические основания к организации информации в компьютерных обучающих программах - психолого-педагогические и методические требования (см. рисунок 2) с точки зрения возможностей компьютера по реализации требований этих наук.

Два дидактических принципа - принцип наглядности и принцип развития теоретического мышления - являются связующими компонентами между психологией и методикой обучения предмету.

Отмечено, что, учитывая схожесть методов (моделирование, логические методы и алгоритмизированный метод), используемых для преподавания предметов естественно-научного цикла, выработанные нами психолого-педагогические требования могут быть предложены для организации информации в обучающих программах по другим предметам этого цикла.

На основе разработанных психолого-педагогических и методических требований представлен вывод схемы определения структуры обучающих программ по химии в соответствии с деятельностным подходом к обучению и сама схема (рисунок 3).

За основу была взята последовательность процесса усвоения знании с точки зрения деятельностной теории учения (рисунок 1).

Показано, что предметные специфические знания в обучающей программе, как уже было сказано, могут быть представлены с помощью моделирования в виде статических и динамических информационных моделей, которые можно разделить в соответствии с выявленными содержательными компонентами на 3 группы: !) модели макромира (Макро-М), 2) модели микромира (Микро-М), 3) абстрактные модели (АМ) (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Общая схема определения структуры обучающих программ и соответствии с деятельностным подходом к обучению.

Специфические виды деятельности (физические и умственные) в обучающей программе будут иметь перцептивную форму и осуществляться в определенных логических отношениях (индукция, дедукция, аналогия).

Определенный логический прием в обучающей программе можо бы и. представлен с помощью алгоритмизированного метода в той логической последовательности, которая ему соответствует с помощью появления порций учебной информации в обучающих программах в строгой логической последовательности (алгоритме), такой, которая соответствует папам формирования того или иного логического приема или этапам проведения химического эксперимента.

Таким образом, структура обучающих программ определяется различными сочетаниями моделей, логических отношений и логических приемов, - такими, которые используются методикой обучения, в нашем случае, химии. При этом структура программы усложняется, если она предназначена для изучения не одного вида специфического знания, а нескольких.

В заключении представлена теория поэтапного формирования умственных действий. Сделан вывод о возможности использования компьютерных обучающих программ, созданных в соответствии с разработанными теоретическими предпосылками, на II и III этапах формирования умственных действий, то есть в качестве ориентировочной основы действия (II этап) и в качестве выполнения действия в перцептивной форме (Ш этап).

В третьей главе «Методика проектирования компьютерных обучающих программ и проверка их эффективности» представлена методика проектирования обучающих программ в соответствии в разработанной структурой и с соблюдением выявленных требований педагогической психологии на примере двух тем: «Демонстрационный эксперимент» и «Периодический закон».

Для этого представлен анализ каждой темы с точки зрения ее назначения (дидактические и методические функции); трудностей в процессе ее изучения и возможностей компьютера по их уменьшению. Далее произведен выбор моделей, логических отношений и перцептивного действия - методического решения внутри обучающей программы. В конце предложены методические рекомендации по использованию ОП при изучении данного вида тем.

Представлены схематически структуры выбранных обучающих программ (рисунки 4 и 5) и способы реализации этих структур.

Для реализации приведенной на рисунке 4 структуры в обучающей программе по «Демонстрационному эксперименту» выбраны из класса шаковых информационных моделей статические и динамические макро- и микромодели. Функция макромоделей в данном случае состой г в воспроизведении предметов реального мира - приборов для проведения опытов, химической посуды, химических реактивов (используется на этапе

сборки н соответствует первому виду специфического знания, практическом) ). Микромодели предназначены для демонстрации невидимых физических реальностей (молекул, атомов, электронов) и происходящих с ними процессов (соответствуют второму виду специфического знания, теоретическому). Модели разработаны в соответствии с выявленными требованиями когнитивной психологии.

Для совершения перцептивных действий с моделями выбран иллюстративный метод сочетания слова (текста на экране) и показа опыта, которому соответствует дедуктивная форма умозаключения. Это значит, что перцептивные действия, совершаемые с выбранными нами моделями, демонстрируются после объяснения в виде текстовых сообщений.

Рисунок 4 - Схема структуры обучающей программы по демонстрационному эксперименту.

Демонстрация сборки прибора совершается в таком порядке: сначала анализ (выбор химической посуды и химических реактивов), затем синтез (сборка установки). Для этого используется поэтапная (порционная) подача материала.

В результате учащиеся приобретают знания для формирования навыков • по технике химического эксперимента.

Демонстрация химических процессов (изменение цвета, обьема, количества веществ, выделение газа, выпадеиие осадка и т.д.) осуществляется с помощью анимации и масштабирования (используется известный и кинематографе прием - наезд, увеличивающий изображение).

В результате учащиеся на основе наблюдений конкретных предметов или процессов на основе сравнения приобретают возможность установить связи между наблюдаемыми явлениями и свойствами веществ.

Способствуя формированию двух видов специфических знаний, обучающие программы по «Демонстрационному эксперименту» могут быть использованы в качестве ориентировочной основы действия (ООД) для формирования приема мышления - сравнения. Дано определение логического приема сравнения в краткой и полной формах.

Для реализации приведенной на рисунке 5 структуры обучающей программы по «Периодическому закону» выбраны абстрактные модели (различные статические и динамические схемы, графики, цифровые таблицы, таблицы (старая и новая) периодической системы Д.И.Менделеева).

С моделями совершаются перцептивные действия, представляющие собой приемы умственных действий: абстрагирование и обобщение. Даны определения логических приемов в краткой и полной формах. Перцептивные действия совершаются в определенных методикой логических отношениях.

Всего в методической литературе выделено три этапа изучения периодического закона. В соответствии с ними нами разработаны три обучающие программы, отражающие три вида специфического знания (указаны на рисунке 5).

Демонстрация умственных действий (абстрагирования и обобщения) осуществляется с помощью поэтапной подачи материала в соответствии с алгоритмом. При этом использованы приемы вычленения изучаемых объектов, выделение объектов с помощью цвета и мерцания, следующими за текстовым пояснением или появляющимися вместе с ним, прием плавного превращения. Это позволяет наглядно продемонстрировать выявление существенных признаков и привести примеры, подтверждающие сформулированные обобщения, что соответствует II и IV этапам логических приемов мышления (абстрагированию и обобщению) - выявлению существенных признаков веществ или явлений и их отвлечению (П этап) и конкретизации сделанных на их основе обобщений новыми примерами (IV этап).

В результате учащиеся приобретают образные представления о систематической периодичности свойств веществ. Способствуя формированию трех видов специфических знаний, обучающие программы ио «Периодическому закону» могут быть использованы в качестве

ориентировочной основы действия (ООД) для формирования приемов мышления - абстрагирования и обобщения.

Рисунок 5 - Схема структуры обучающей программы по периодическом} закону.

Таким образом, в ходе анализа научной литературы в области педагогической психологии и методики обучения химии разработаны теоретические основания организации информации в обучающих программах, представляющие определенный подход, который выражается в моделировании реальных и нереальных объектов (объекты макромира, микромира и абстрактные модели), встраивании этих моделей в определенные логические отношения с помощью демонстрации физических и умственных перцептивных действий, определенных тем или иным логическим приемом.

Главное назначение обучающих программ, созданных в соответствии с таким подходом, состоит в дополнительном к традиционному изучении отдельных тем с помощью усиления чувственной составляющей познавательного процесса и образовании на их основе понятийных образных структур в сознании учащихся. В дополнение к этому обучающая программа

может быть использована в качестве инструмента для формирования того пли иного приема умственного действия на втором и третьем его этапах.

Далее в параграфе представлены этапы разработки комплекса обучающих программ, списки которых с рекомендациями по их применению приведены в приложениях 1 и 2.

Сделан вывод о том, что методику применения разработанных обучающих программ будет определять варьирование целей и форм обучения.

Далее в параграфе рассмотрены результаты экспериментальной проверки эффективности разработанных обучающих программ. Целью эксперимента была проверка влияния применения разработанного ПМК на повышение качества знаний учащихся по химии. В качестве критериев для проверки эффективности использовались среднее арифметическое значение коэффициента усвоения знаний и гистограммы значений коэффициента усвоения знаний.

Эксперимент проводился в три этапа (констатирующий, лабораторный и полевой) на базе образовательных учреждений г.Северска. В ходе первого этапа проводилось первичное апробирование, корректировка компьютерных обучающих программ, анкетирование учителей и преподавателей. В ходе второго этапа был проведен лабораторный эксперимент на базе 198 школы г.Северска в 8-х классах (всего охвачено 60 человек), который показал лучшее усвоение знаний учащимися экспериментальных групп по сравнению с контрольными. На третьем этапе экспериментальной работы был проведен полевой эксперимент на базе семи школ г.Северска при участии 220 учащихся. Результаты эксперимента подтвердили эффективность разработанных обучающих средств, показав более высокое значение коэффициента усвоения знаний в экспериментальных группах.

В заключении излагаются основные выводы по результатам проведенного исследования.

I. В результате анализа научной литературы по теории информации и философии для выявления сущности информации и ее значения в процессах развития сделаны следующие выводы': 1) информация - это передающаяся часть отражения, которая ведет любую систему в направлении упорядочивания (отрицания энтропии), обеспечивая развитие этой системы и сохранение ее целостности; 2) условием самосохранения и развития общества на современном этапе является его информатизация при одновременной гуманизации; 3) синтез гуманитарного и технического аспектов является проникающим для образования; 4) в ряду проблем, связанных с информатизацией образования, на первый план выдвигается разработка программно-методических комплексов для преподавания общеобразовательных предметов; 5) мало изученным является вопрос, касающийся организации учебной информации в обучающих программах, то есть методического решения внутри программ. В связи с этим

задача педагогики состоит в изыскании таких средств и методов, котрые создавали бы условия для возможно более полного отражения органами ч\вст транслируемых знаний (информации, или негэнтронии), связывания лих знаний в определенные структуры. То есть, необходим анализ психологии и .методики для выявления требований к организации информации в компьютерных обучающих программах.

. 2. В результате анализа научной литературы в области педагогической психологии и методики обучения химии сформированы теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах, предназначенных для обучения химии, которые могут быть применимы для разработки обучающих программ по другим предметам естественно-научного цикла. Данные теоретические основания включают в себя комплекс психолого-педагогических и методических требований и общую схему определения структуры обучающих программ.

Комплекс психолого-педагогических требований представляет собой требования когнитивной психологии и деятельностной теории учения к организации информации в компьютерных обучающих программах с точки зрения возможности их реализации с помощью компьютера.

Методические требования направлены на учет при организации информации в обучающих программах специфики обучения химии и представляют собой комплекс, включающий три вида моделей (макро-, микромодели и абстрактные модели), три вида логических отношении (индукция, дедукция, аналогия) и три вида логических приемов (сравнение, абстрагирование, обобщение).

Разработанная в соответствии с выявленными требованиями схема определения структуры обучающих программ создает условия для показа процесса формирования того или иного знания (структуры) с помощью постепенного, последовательного уяснения смыслового назначения элементов этого знания (структуры), образования связей в коре головного мозга, причем с той скоростью, которая необходима для отдельного индивида.

Главное назначение обучающих программ, созданных в соответствии с таким подходом, состоит в дополнительном к традиционному изучении отдельных тем с помощью усиления чувственной составляющей познавательного процесса и образовании на их основе понятийных обрашых структур в сознании учащихся. В дополнение к этому обучающая программа может быть использована в качестве инструмента для формирования того или иного приема умственного действия на втором и третьем его этапах.

логические отношения с помощью демонстрации физических и умственных перцептивных действий, определенных тем или иным логическим приемом.

С помощью этой методики разработаны компьютерные обучающие программы по курсу химии - программно-методический комплекс. В результате эксперимента было показано, что использование обучающих программ разработанного комплекса повышает качество знаний но химии, о чем свидетельствует более высокое значение коэффициента усвоения знаний у учащихся экспериментальных групп по сравнению с'контрольными группами.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях.

1. Филатова Л.Ф., Минин М.Г. Современные подходы к подготовке учителей химии на базе новых информационных технологий // Информатизация образования Сибири: Материалы семинара-совещания 21-24 декабря 1998г. - Томск, 1998. - С. 54-60.

2. Минин М.Г., Филатова Л.Ф. Использование новейших информационных технологий при дифференцировании образования // Современное образование: тенденции и перспективы: Материалы научной программы I Всекузбасской образовательной выставки-ярмарки 13-16 октября 1998г.- Новокузнецк, 1999.-С. 168-172.

3. Филатова Л.Ф. Новые информационные технологии как средство для совершенствования преподавания химии // Проблемы учебно-методической работы и воспитательной работы в школе и вузе: Материалы региональной научно-методической конференции 22-26 февраля 1999г. (том 3). - Томск, 1999. - С. 86-89.

4. Филатова Л.Ф., Минин М.Г. Новые информационные технологии как объект и как средство для экспертно-аналитической деятельности // Молодежь и наука: проблемы и перспективы: Доклады III Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 13-24 апреля 1999г. -Томск, 1999.-С. 207-210.

5. Филатова Л.Ф., Минин М.Г., Буйновский A.C. Использование новейших информационных технологий в преподавании химии на примере проведения уроков по теме «Классы неорганических веществ» // На пороге нового тысячелетия: Образование. Карьера. Региональные проблемы управления. Международная научно-практическая конференция: Тезисы выступлений на заседании круглого стола «Формирование конкурентоспособности выпускников школы» 4-5 ноября 1999г. - Томск, 1499. -С. 15-16.

6. Филатова Л.Ф., Минин М.Г. Психолого-педагогические условия создания и использования компьютерных средств в обучении химии Инженерная педагогика: Сборник статей (вып. 3) / Центр инженерной педагогики МАДИ (ГТУ). - М„ 2002. - С. 234-247.

Подписано к печати 13.11.02 г. Формат бумаги 60x84/16. Бумага ксероксная. Печать ШО.Тираж ЮОэкз. Заказ № 123. ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ №1 от 18.07.94г.

Отпечатано в СГТИ. 636070, г. Северск, пр. Коммунистичекий, 65

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Филатова, Лариса Федоровна, 2002 год

rbfj^lch и к-------t-r-----------------—.—--------——------—.—---------------——.—-----————----------.

ГЛАВА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВА И ОБРАЗОВАНИЯ

§ 1 Проблемы становления информационного общества.

1.1. Сущность информации и ее значение в процессах развития.

1.2. Информационные революции как этапы развития общества.

1.3. Информатизация общества.

1.4. Негативные последствия информатизации.

1.5. Информатизация культуры - средство гуманистической перестройки общества.

§2 Информатизация образования в России.

2.1. Понятие информатизации образования.

2.2. Эволюция вычислительной техники в образовательных учреждениях.

2.3. Проблемы разработки педагогических программных средств.

ВЫВОДЫ НО ГЛАВЕ.М****»***»»*»»***.

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПОСЫЛОК ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММАХ.

§ 1 Психолого-педагогические требования к компьютерным обучающим программам.

1.1. Психология познавательных процессов.

1.2. Деятельностная теория учения.

§2 Методические требования к компьютерным обучающим программам.

2.1. Специфические особенности химической науки.

2.2. Закономерности процесса обучения химии.

2.3. Структура обучающих программ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ—.~.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

§ 1 Методика проектирования компьютерных обучающих программ.

1.1. Методика проектирования компьютерной обучающей программы по теме «Демонстрационный эксперимент».

1.2. Методика проектирования компьютерной обучающей программы по теме «Периодический закон»

§2 Разработка программного комплекса и проверка его эффективности.

2.1. Этапы разработки программного комплекса.

2.2. Рекомендации по методике использования обучающих программ.

2.3. Апробация программного комплекса.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.м.».п<.м«и.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла"

Вопросы разработки и применения новых информационных технологий находятся в поле зрения многих ученых (Бобко И.М., Воронина Т.Д., Кашицин В.П., Кузнецов А.А., Лапчик М.П., Машбиц Е.И., Б.С.Гершунский, Полат Е.С., Роберт И.В., Скибицкий Э.Г., Пак Н.И., Зиновкина М.М., Гузеев В.В., Зайнутдинова Л.Х.). Отмечаются неограниченные возможности информационных технологий для активизации процесса обучения, повышения наглядности, научности, для обеспечения индивидуальности обучения.

В связи с этим, перед профессиональным образованием стоят следующие задачи: 1) создание компьютерных обучающих программ, предназначенных для формирования теоретических и практических знаний, практических навыков и умений, необходимых для работы по определенной профессии; 2) оснащение образовательных учреждений компьютерными классами; 3) ликвидация компьютерной безграмотности среди учителей и преподавателей.

В большинстве своем появляющиеся обучающие программные средства представляют собой копии учебников, справочников, страницы содержат избыточную текстовую информацию, которая трудно воспринимается с экрана монитора. Передача учебного материала с монитора компьютера еще не решает педагогических проблем, а иногда может даже приводить к отрицательному результату. Процессы восприятия и понимания информации с учебника и дисплея компьютера имеют существенные различия и не могут рассматриваться как просто технические средства обучения. То есть возникает необходимость разработки теорий и методик создания программных средств обучающего характера.

Таким образом, все вышеперечисленные факты говорят о том, что в сфере профессионального образования сложился ряд противоречий:

- с одной стороны идет процесс оснащения образовательных учреждений вычислительной техникой, с другой стороны эта техника используется не в целях обучения, часто просто простаивает;

- с одной стороны существует необходимость применения компьютерных обучающих программ по предметам, с другой стороны преподаватели этих предметов не умеют пользоваться компьютером;

- с одной стороны необходимы компьютерные обучающие программы по предметам, с другой стороны недостаточное качество и количество имеющихся обучающих средств, либо полное отсутствие таковых по некоторым дисциплинам;

- с одной стороны необходима разработка компьютерных обучающих программ с учетом дидактических и психологических требований, с другой стороны программисты-разработчики обучающих программных средств не имеют соответствующего образования. На наш взгляд, решение всех этих проблем зависит все-таки от наличия высококачественных компьютерных обучающих программ, таких, при создании которых бы были учтены дидактические и психологические принципы построения учебного материала. Именно тогда появится объективная потребность в приобретении дополнительных компьютерных классов, а у преподавателей - желание научиться пользоваться компьютером.

Компьютер, являясь важным источником чувственного наглядного материала, предоставляет большие возможности по динамическому моделированию различных объектов и явлений, позволяя объединить два уровня познания, чувственное и логическое, а также демонстрировать действие в перцептивной форме. Это значит, что информация на экране монитора, определенным образом организованная, может способствовать развитию теоретического и практического мышления учащихся. А это является особенно актуальными для предметов естественно-научного цикла. Объектами изучения этих предметов часто оказываются явления, скрытые от непосредственного наблюдения, так называемые явления микромира. Причем эти явления изучаются не отдельно, не изолированно, а для объяснения причин других явлений, установления тех или иных зависимостей, закономерностей, законов. Для этого изучение предметов естественно-научного цикла происходит в строгой логической последовательности, отражающей логику соответствующей науки. Следовательно, для того, чтобы быть эффективной, организация учебной информации в компьютерных обучающих программах должна соответствовать логике изучаемой науки.

Решение этого вопроса на примере такого предмета как химия, позволит перейти к обобщениям, представляющим ценность для дидактики в целом, и разрабатывать педагогические программные средства по другим предметам естественно-научного цикла.

Проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями профессионального образования в использовании компьютерных обучающих программ по предметам естественно-научного цикла, и существующим недостаточно высоким педагогическим уровнем разработки учебных программ для естественных дисциплин.

Предмет исследования - теоретическое обоснование организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла.

Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области педагогики и педагогической психологии (Гальперин П.Я., Талызина Н.Ф., Зуева М.В., Николаенко В.М., Шадриков В.Д., Соколова И.Ю.), в области методики обучения химии (Кузнецова Н.Е., Кирюшкин Д.М., Зайцев О.С., Макареня А.А.), в области создания средств обучения (Зазнобина JI.C., Шаповаленко С.Г., Суртаева Н.Н., Назарова Т.С.), в области теории и практики информатизации образования (Машбиц Е.А., Роберт И.В., Пак Н.И., Скибицкий Э.Г., Молоков Ю.Г., Бобко И.М., Монахов В.М.).

Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Разработаны теоретические предпосылки организации информации в компьютерных обучающих программах по предметам естественно-научного цикла, включающие:

1) комплекс психолого-педагогических требований к организации информации в компьютерных обучающих программах: комплекс психолого-педагогических требований когнитивной психологии по представлению информации, направленный на создание оптимальных условий для ее восприятия органами зрения; требование согласно деятельностной теории учения включения в компьютерные обучающие программы действия в перцептивной форме, тем самым осуществления деятельностного подхода к формированию знаний;

2) методические требования, учитывающие специфику обучения химии и возможность их реализации на ПК ШМ с помощью: метода моделирования - для отражения содержательной стороны обучения химии в виде трех видов моделей (макро-, микромоделей и абстрактных моделей), в том числе динамических; - метода алгоритма для отражения динамической структуры обучения химии, которая осуществляется в определенных методикой логических отношениях (индукция, дедукция, аналогия) с применением определенного логического приема (сравнение, абстрагирование, обобщение);

3) общую схему определения структуры компьютерных обучающих программ, выведенную в соответствии с выявленными психолого-педагогическими и методическими требованиями.

Практическая значимость исследования заключается в следующем: 1) предложена методика проектирования компьютерных обучающих программ, включающая следующие этапы: выбор структуры компьютерной обучающей программы на основе общей схемы в зависимости от вида специфического знания и определенных методикой его изучения логических отношений и логического приема умственного действия; разработка в соответствии с выбранной структурой психолого-педагогического сценария;

2) разработан программно-методический комплекс по всему курсу химии, включающий: пакет компьютерных обучающих программ по темам; инструкцию для пользователя пакетом компьютерных обучающих программ; методические рекомендации по использованию компьютерных обучающих программ;

3) внедрены в процесс обучения компьютерные обучающие программы по отдельным темам из курса химии;

4) полученные результаты могут быть перенесены на другие предметы естественно-научного цикла.

Этапы исследования.

1. Изучение и теоретический анализ научной литературы (1994 -1996 гг.).

3. Разработка компьютерных обучающих программ по химии и апробация их в учебном процессе (1997 -1999 гг.).

4. Оформление текста диссертации (2000 -2001 гг.).

Апробация результатов исследования. Теоретические положения и результаты исследований излагались и были одобрены на следующих всероссийских, научно-практических, межвузовских конференциях и семинарах: на Третьей всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: экспертиза как способ развития образовательных практик». - 15-16 октября 1998г., г.Томск; на научно-практической конференции «Общероссийская школа молодого ученого» в секции естественных наук, Till У, 21-23 декабря 1998г., г.Томск; на Ш Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -13-24 апреля 1999г., Томск; на заседании круглого стола «Формирование конкурентноспособности выпускников школы» -5 ноября 1999г., г.Томск; на Международной научно-практической конференции «На пороге нового тысячелетия: образование, карьера, региональные проблемы управления». - 4-5 ноября 1999г., г.Томск; на Четвертой Всероссийской конференции «Традиционные и инновационные процессы в образовании: проблемы управления». - 2-4 ноября 1999г.; на Международном конгрессе «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г., г.Томск; на семинаре кафедры неорганической химии 1111 У, март 1999г.; на семинаре кафедры X и ТМСЭ СТИ ГНУ, Ноябрь 2000г., а также отражены в семи публикациях и реализованы в конкретных компьютерных программно-методических разработках по предметам естественно-научного цикла (химии и биологии) - в программном комплексе.

Разработанный программный комплекс экспонировался на международных и межрегиональных выставках: на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку». — 23-26 марта 1999г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Наука, образование, культура на рубеже тысячелетий». -20-25 декабря 1999г.; на Международной выставке-ярмарке в выставочном комплексе г.Новосибирска «Образование Сибири - XXI веку. Дни карьеры в Сибири». - 21-24 марта 2000г.; на Межрегиональной выставке-ярмарке в технопарке г.Томска «Образование. Карьера. Занятость». - 21-23 февраля 2001г.

За разработку программного комплекса получена малая золотая медаль (на Международной выставке-ярмарке, г.Новосибирска, 1999г.).

За проведенную работу по разработке и апробации комплекса выиграны гранты Минобразования и Минатома Российской Федерации.

Внедрение результатов исследования.

Задачи исследования и последовательность их решения определили структуру диссертации: введение, три главы, заключение, библиография, приложения.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика профессионального образования"

Выводы по главе

В главе представлена разработанная на основе сформированных теоретических оснований организации информации в компьютерных обучающих программах методика их проектирования, которая включает следующие этапы:

1) выбор структуры компьютерной обучающей программы на основе общей схемы в зависимости от вида специфического знания и определенных методикой его изучения логических отношений и логического приема умственного действия;

2) разработка в соответствии с выбранной структурой психолого-педагогического сценария;

3) перевод разработанного сценария с помощью инструментального программного средства (системы «Дизайн+») в обучающую программу на компьютере.

На примере двух тем «Демонстрационный эксперимент» и «Периодический закон» рассмотрен процесс реализации этой методики в виде компьютерных обучающих программ.

В обучающей программе по «Демонстрационному эксперименту» из класса знаковых информационных моделей выбраны статические и динамические макро- и микромодели. Функция макромоделей в данном случае состоит в воспроизведении предметов реального мира - приборов для проведения опытов, химической посуды, химических реактивов (используется на этапе сборки и соответствует первому виду специфического знания, практическому). Микромодели предназначены для демонстрации невидимых физических реальностей (молекул, атомов, электронов) и происходящих с ними процессов (соответствуют второму виду специфического знания, теоретическому). Модели разработаны в соответствии с выявленными требованиями когнитивной психологии.

В результате учащиеся приобретают знания для формирования навыков по технике химического эксперимента.

Демонстрация химических процессов (изменение цвета, объема, количества веществ, выделение газа, выпадение осадка и т.д.) осуществляется с помощью анимации и масштабирования (используется известный в кинематографе прием - наезд, увеличивающий изображение).

В обучающей программе по «Периодическому закону» выбраны абстрактные модели (различные статические и динамические схемы, графики, цифровые таблицы, таблицы (старая и новая) периодической системы Д.И.Менделеева).

С моделями совершаются перцептивные действия, представляющие собой приемы умственных действий: абстрагирование и обобщение. Перцептивные действия совершаются в определенных методикой логических отношениях.

Всего в методической литературе выделено три этапа изучения периодического закона В соответствии с ними нами разработаны три обучающие программы, отражающие три вида специфического знания.

Демонстрация умственных действий (абстрагирования и обобщения) осуществляется с помощью поэтапной подачи материала в соответствии с алгоритмом. При этом использованы приемы вычленения изучаемых объектов, выделение объектов с помощью цвета и мерцания, следующими за текстовым пояснением или появляющимися вместе с ним, прием плавного превращения. Это позволяет наглядно продемонстрировать выявление существенных признаков и привести примеры, подтверждающие сформулированные обобщения, что соответствует П и IV этапам логических приемов мышления (абстрагированию и обобщению) — выявлению существенных признаков веществ или явлений и их отвлечению (П этап) и конкретизации сделанных на их основе обобщений новыми примерами (IV этап).

В результате учащиеся приобретают образные представления о систематической периодичности свойств веществ. Способствуя формированию трех видов специфических знаний, обучающие программы по «Периодическому закону» могут быть использованы в качестве ориентировочной основы действия (ООД) для формирования приемов мышления - абстрагирования и обобщения.

Таким образом, разработанная на основе общей схемы методика проектирования компьютерных обучающих программ заключается в моделировании реальных и нереальных объектов (объекты макромира, микромира и абстрактные модели), встраивании этих моделей в определенные логические отношения с помощью демонстрации физических и умственных перцептивных действий, определенных тем или иным логическим приемом.

С помощью этой методики разработаны компьютерные обучающие программы по курсу химии - программно-методический комплекс.

Экспериментальная проверка эффективности разработанных обучающих программ проводилась с целью доказать влияние применения разработанного ПМК на повышение качества знаний учащихся по химии.

В качестве критериев для проверки эффективности использовались среднее арифметическое значение коэффициента усвоения знаний и гистограммы значений коэффициента усвоения знаний.

В ходе второго этапа был проведен лабораторный эксперимент на базе 198 школы г.Северска в 8-х классах (всего охвачено 60 человек), который показал лучшее усвоение знаний учащихся экспериментальных групп по сравнению с учащимися в контрольных группах.

На третьем этапе экспериментальной работы был проведен полевой эксперимент на базе семи школ г.Северска при участии 220 учащихся. Результаты эксперимента подтвердили эффективность разработанных обучающих средств, показав более высокое значение коэффициента усвоения знаний в экспериментальных группах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведения исследования по указанной теме сделано следующее:

1. Проведен анализ научной литературы по теории информации и философии для выявления сущности информации и ее значения в процессах развития, который привел к следующим выводам: 1) информация - это передающаяся часть отражения, которая ведет любую систему в направлении упорядочивания (отрицания энтропии), обеспечивая развитие этой системы и сохранение ее целостности; 2) условием самосохранения и развития общества на современном этапе является его информатизация при одновременной гуманизации; 3) синтез гуманитарного и технического аспектов является проникающим для образования; 4) в ряду проблем, связанных с информатизацией образования, на первый план выдвигается разработка программно-методических комплексов для преподавания общеобразовательных предметов; 5) мало изученным является вопрос, касающийся организации учебной информации в обучающих программах, то есть методического решения внутри тем. Ответом на этот вопрос должен быть поиск создания условий для возможно более полного отражения органами чувств транслируемых знаний (информации, или негэнтропии), связывания этих знаний в определенные структуры, что будет приводить к развитию обучаемого, его дальнейшему совершенствованию и, в конечном счете, к обеспечению сохранения целостности индивида и окружающей среды.

2. В результате исследований в области педагогической психологии и методики обучения химии сформированы теоретические основания организации информации в компьютерных обучающих программах, предназначенных для обучения химии, которые могут быть применимы для других предметов естественно-научного цикла. Данные теоретические основания включают в себя комплекс психолого-педагогических и методических требований и общую схему определения структуры обучающих программ.

3. Разработанная на основе вышеуказанных теоретических оснований методика проектирования компьютерных обучающих программ заключается в моделировании реальных и нереальных объектов (объекты макромира, микромира и абстрактные модели), встраивании этих моделей в определенные логические отношения с помощью демонстрации физических и умственных перцептивных действий, определенных тем или иным логическим приемом. С помощью этой методики разработаны компьютерные обучающие программы по курсу химии - программно-методический комплекс. Эффективность методики проверена в ходе мероприятий по апробации ПМК. В результате экспериментов было показано, что использование обучающих программ разработанного комплекса повышает качество знаний по химии, о чем свидетельствует более высокое значение коэффициента усвоения знаний у учащихся экспериментальных групп по сравнению с контрольными группами.

Недостаточная техническая оснащенность образовательных школ персональными компьютерами ЮМ явилась сдерживающим фактором для проведения экспериментальной работы в различных условиях (при апробации программного комплекса нам удалось применить обучающие программы только с целью обобщения знаний и с использованием фронтальной формы организации уроков). Поэтому ближайшей задачей продолжения данного диссертационного исследования является разработка оптимальных форм применения разработанных программных средств, как отдельных программ, так и всего комплекса.

Обучающие программы разработанного ПМК могут быть рекомендованы в качестве информационных единиц для создания структурно-логических схем более высокого уровня - между темами, разделами, предметами. Создание таких схем на ПК ЮМ очень актуально в связи с необходимостью системного построения курсов предметов естественно-научного цикла и может быть предложено в качестве еще одной темы исследования.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Филатова, Лариса Федоровна, Томск

1. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. - М, 1994. -634с.

2. Агапов В.Ю., Мишакова Л.В. Алгоритмы целеполагания в современных педагогических технологиях. Рязань, 1994. - 85с.

3. Алгинин Е.Е., Рубцов В.В. и др. Концепция информатизации образования // Информатика и образование. 1990. - №1. - С. 3-9.

4. Ахлебинин А.К., Нифантьев Э Е. Какие компьютерные программы нужны учителю химии? // Педагогическая информатика. 1997. - №1. -С. 63-70.

5. Ахлебинин А.К., Нифантьев Э.Е. Структура современной компьютерной обучающей программы по химии // Наука и школа. 1998. - №2. - С. 3337.

6. Ахлебинин А.К., Лызыкина Л.Г., Лихачев В.Н., Нифантьев Э.Е. Демонстрационный эксперимент на мультимедийном компьютере // Химия в школе. 1999. - №5. - С. 56-60.

7. Барабанщиков В.А. (отв. редактор Ломов) Динамика зрительного восприятия. М.: Наука. - 1990. - 239с.

8. Белл Д. Новая технократическая волна на западе // Социальные рамки информационного общества М.: Прогресс, 1986. - С. 330-342.

9. Бобко И.М., Молокова А.В., Молоков Ю.Г. Тенденции развития информатизации общеобразовательной школы. Новосибирск: РАО СИОТ, 1996г.-123с.

10. Богоявленский Д.Н., Менчинская Н.А. Психология усвоения знаний в школе. М.: Изд-во Академии пед. наук РСФСР, 1959. - 346с.

11. Болотник Л.В., Соколова М.А. Тематическая модель структуры учебного материала / Проблемы педагогических измерений: Сборник научных трудов. -М.: МГПИ им. В.И.Ленина, 1984. С. 12-19.

12. Бондаренко С.М. Учите детей сравнивать // Серия: Педагогика и психология. М.: Знание, 1981. - №9. - 43с.

13. Бруновт Е.П., Бровкина Е.Т. Формирование приемов умственной деятельности учащихся: На материале учебного предмета биологии. М.: Педагогика, 1981. - 92с.

14. Венгер A.JI., Поливанова К.Н. Обучение шестилетних детей с различным уровнем готовности к школе / Рекомендации для учителя. М., 1989. -44с.

15. Возрастная и педагогическая психология: Хрестоматия: Учеб. пособие для студ. сред. пед. учеб. заведений / Сост. И.В.Дубровина, А.М.Прихожан, В.В.Зацепин. М.: Издательский центр «Академия», 1999.-320с.

16. Выготский JI.C. Педагогическая психология / Под ред. В.В.Давыдова. -М.: Педагогика, 1991. 479с.

17. Высоцкий И.Р. Компьютер на уроке // Информатика и образование. -1999. -№7.-С. 81-84.

18. Гальперин П.Я. Методы обучения и умственное развитие. М.: Педагогика, 1985. - 212с.

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

20. Гиббсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. М.: Прогресс, 1988. - 462с.

21. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении. (Логико-психологические проблемы построения учебных предметов) М.: Просвещение, 1072. — 423с.

22. Демидов В.Е. Как мы видим то, что видим. М.: Знание, 1987 (Наука и прогресс). - 240с.

23. Ершов А.П. Концепция информатизации образования // Информатика и образование. 1988. -№6. - С. 16-17.

24. Зазнобина JI.C. Экранные пособия на уроках химии. М.: Просвещение. -1977.-176с.

25. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. - 384с.

26. Запорожец А.В., Эльконин Д.Б. Предисловие к кн.: Психология детей дошкольного возраста. -М., 1964.

27. Запорожец А.В. Избранные психологические труды: В 2-х т. т.1. -Психическое развитие ребенка. -М.: Педагогика, 1986. — 320с.

28. Зуева М.В. Развитие учащихся при обучении химии / Пособие для учителей. -М.: Просвещение, 1978. 190с.

29. Иванов B.JI. Структура электронного учебника // Информатика и образование. 2001. - №6. - С. 63-71.

30. Ильясов И.И., Галатенко Н.А. Проектирование курса обучения по учебной дисциплине. М.: Логос, 1994. - 208с.

31. Кабанова-Меллер Е.Н. Формирование приемов умственной деятельности и умственное развитие учащихся. М.: Просвещение, 1968. - 288с.

32. Каймин В., Рудаков Э., Тимошенков А., Щеголев А Технология разработки учебных программных средств // Информатика и образование. 1987. -№6.-С. 63-65.

33. Кирюшкин Д.М., Полосин B.C. Методика обучения химии / Учеб. пособие для пед. институтов. М.: Просвещение, 1970. - 495с.

34. Козлов О.А., Пастухова Е.В., Солодова Е.А., Холодов Е.Н. Роль структурно-логической схемы при написании компьютеризированного учебника // Информатика и образование. 1998. - №4. - С. 44-48.

35. Колин К.К. Информационные технологии катализатор процесса развития современного общества // Информационные технологии. - 1995. -№10.-С. 15.

36. Кривых С.В. Методы приобщения учащихся к методам научного познания как средство формирования рефлексивных умений при изучении химии в современной школе. Новокузнецк: ИПК, 1998. - 152с.

37. Ксензова Г.Ю. Перспективные школьные технологии: Учебно-методическое пособие. М.: Педагогическое общество России, 2000. -224с.

38. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация: Методика написания, правила оформления и порядок защиты. М.: Ось-89, 1999. - 110с.

39. Кузнецов А., Сергеева Т. Обучающие программы и дидактика // Информатика и образование. 1986. - №2. - С. 87-90.

40. Кузнецова Н.Е. (J1111И им. А.И.Герцена), Пилипко Н.И. (Псковский пединститут) Виды моделей и их функции при формировании структурных представлений учащихся в курсе химии средней школы / Сборник научных трудов. Л., 1979. - 72с.

41. Куприенко В.Д., Мещерин И.В. Педагогические программные средства: методич. рекомендации для разработчиков ППС. П.П. / Омский гос. пед. ин-т. - Омск: Республиканский центр НИТО, 1991. - 202с.

42. Ленин В.И. Полн. собр. соч., т. 38. С. 359.

43. Леонтьев А.Н. Избранные психологические произведения: В 2-х т., Т.П. -М.: Педагогика, 1983. 320с.

44. Макареня А.А., Обухов В.Л. Методология химии: Пособие для учителя. -М.: Просвещение, 1985. 160с.

45. Матрос Д.Ш. Внедрение информационных и коммуникационных технологий в школу // Информатика и образование. 2000. - №8. - С. 9-11.

46. Матрос Д.Ш. Электронная модель школьного учебника // Информатика и образование. 2000. - №8. - С. 40-43.

47. Машбиц Е.И. Психологические основы управления учебной деятельностью. К.: В ища школа, 1987. - 224с.

48. Методика преподавания химии / Под ред. Н.Е. Кузнецовой. М., 1984. -415с.

49. Моисеев Н.Н. Компьютеризация, ее социальные последствия // Вопросы философии. 1987. - № 9. - С. 17-28.

50. Наумов В.В. Разработка программных педагогических средств // Информатика и образование. 1999. - №3. - С. 36-40.

51. Научные работы: Методика подготовки и оформления. /Авт-сост. И.Н.Кузнецов. 2-е изд., перераб. и доп. - Минск.: Амалфея, 2000. - 544с.

52. Мальцев А.А., Петухова Н.В. О принципах разработки программно-методических комплексов / Проблемы специализированного образования. 1998. - Вып. 1.-С. 208-218.

53. Маркс К. и Энгельс Ф. Полн. Собр. Соч. - т. 20. - С. 387.

54. Могилев А.В., Хеннер Е.К. О понятии "Информационное моделирование" // Информатика и образование. 1997. - №8. - С. 3-8.

55. Молева Г.А. Принципы обучения и их развитие // Актуальные проблемы педагогики. 1998. - Вып.2. - С.34-43.

56. Особенности обучения и психического развития школьников 13-17 лет / Под ред. И.В.Дубровиной, Б.С.Круглова; Науч.-исслед. ин-т общей и педагогической психологии Акад. Пед. наук СССР. М.: Педагогика, 1988. - 192с.

57. Пак М. Алгоритмы в обучении химии: Кн. Для учителя. М.: Просвещение, 1993.-64с.

58. Педагогика /Под ред. Ю.К.Бабанского. -М., 1983. С. 177.

59. Плетнер Ю.В. и Полосин B.C. Практикум по методике обучения химии. Учеб. пособие для пед ин-тов / Под общ ред. В.С.Полосина. Изд. 3-е. -М.: Просвещение, 1971. 264с.

60. Плеухова Л.Ф., Ситников Ю.К. Познавательная деятельность студентов в условиях компьютерного обучения // Педагогика. 1999. - №7. - С. 34-37.

61. Познавательные процессы и способности в обучении / Под ред. В.Д.Шадрикова. М.: Просвещение, 1990. - 142с.

62. Полосин B.C. Самодельные динамические пособия по химии. Пособие для учителей. М. : Просвещение, 1973. - 103с.

63. Поспелов Н.Н., Поспелов И.Н. Формирование мыслительных операций у школьников. -М.: Педагогика, 1989. 45с.

64. Проблема цвета в психологии / Отв.ред. А.А.Митькин, Н.Н.Корж. М.: Наука, 1993. - 205с.

65. Программа информатизации образования в Российской Федерации на 1994-95 гг. // Информатика и образование.^ 1993.

66. Прокопьева М.М. Обучающие программы как фактор совершенствования образовтельного процесса И Информатика и образование. 2000. -№9 - С. 39-40.

67. Психология и педагогика / Отв. ред. В.М.Николаенко. М.: ИНФРА-М; Новосибирск: НГАЭиУ, 2000. - 175с.

68. Пуляев В.Т. Новая парадигма развития образования и основные контуры ее реализации в России //Социально-политический журнал. 1998. - №8. -С. 1-20.

69. Ракитов А.И. Новый подход к взаимосвязи истории, информации и культуры // Вопросы философии. 1994. - № 4. - С. 25-28.

70. Роберт И. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования. М.: «Школа-Пресс», 1994г. - 205с.

71. Рубинштейн C.JI. О мышлении и путях его использования. М.: АН СССР, 1958.- 147с.

72. Саранцев Г. И. Теория, методика и технология обучения // Педагогика. -1999. -№1. с. 19-22.

73. Селевко Г.К Совремнные образовательные технологии: Учебное пособие. М.: Народное образование, 1998. - 256с.

74. Сергеева Т.А. Об использовании персональных ЭВМ в обучении химии //Химия в школе. 1986. - №6. - С. 45-48.

75. Сергеева Т.А., Мирская А.В., Андреева И.В. Сценарий компьютерной программы по химии: функции, структура, содержание //Химия в школе. 1991. -№2. - С.33-36.

76. Советский энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М.Прохоров. М.: Сов. энциклопедия, 1983.

77. Талызина Н.Ф. Педагогическая психология. М.: Издательский центр «Академия», 1999 г. - 288с.

78. Тихомиров O.K. Психология мышления: Учебное пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 272с.

79. Урсул А.Д. Информатизация общества и безопасность развития цивилизации // Социально-политический журнал. 1998. - № 10. - С. 2838.

80. Ушинский К.Д. Избранные педагогические сочинения. т. П, 1939. - С. 436.

81. Философский словарь // Издательство политической литературы, 1991.

82. Чекалева Н.В. Педагогические условия эффективного внедрения компьютеров в учебный процесс //Тез. Докл. VII респуб. науч.-практ. конф. «Новые информационные технологии в педагогическом образованию), май 1990г. Омск: Изд-во ОмПИ, 1990. - С. 26.

83. Чунихина JI.JI. О применении компьютерных программ по химии //Химия в школе. 1989. - №2. - С.46.

84. Шаповаленко С.Г. О программированном обучении //Химия в школе. -1963. -№5. -С. 18.

85. Шлык В.А. Взгляд на информатизацию обучения // Информатика и образование. 1996. - №6. - С. 140-142.

86. Шоломий К.М. Психология и компьютер // Информатика и образование. 1999.-№ 6.-С. 92.

87. Хрестоматия по общей психологии. Психология мышления / Под ред. Ю.Б.Гиппенрейтер, В.В.Петухова. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. 400с.

88. Heeb D.O. The problem of Conscionousness / Edided by J.F.Delabresnaye. Springfield: C.Thomas, 1995.