Технология разработки интерактивных средств обучения и методика их использования в курсе геометрии педвузов

Теория программированного обучения была разработана более 30 лет назад на заре развития информационных технологий. Массовое внедрение технологий программированного обучения было невозможно по технологическим и экономическим причинам.

С лавинообразным ростом количества персональных компьютеров появилась возможность использовать ЭВМ как средство обучения. При разработке многочисленных обучающих программ не учитывались открытия и достижения теории программированного обучения, так как в большинстве случаев разработчиками являлись программисты, а не методисты. Программист определял функциональность электронного средства обучения, а методист, педагог составлял содержание. Это рассогласование определило низкое качество существующих обучающих программ, и недостаточную эффективность их внедрения.

Для исключения многозначности, целесообразно определиться в современной неустоявшейся терминологии.

Под компьютерными средствами обучения (КСО) понимают программные средства (программный комплекс) или программно-технический комплекс, предназначенный для решения определенных педагогических задач, имеющий предметное содержание и ориентированный на взаимодействие с учеником. Таким образом, в это определение попадают и аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера.

В нашей работе целесообразно ограничить рассмотрение только программным обеспечением персонального компьютера — программной составляющей КСО, так называемыми электронными средствами обучения. Электронные средства обучения (ЭСО) — это программные средства, предназначенные для решения определенных педагогических задач, имеющие предметное содержание и ориентированные на взаимодействие с учеником.

Однако в исследовании нам потребуется в классе ЭСО выделить те специфические средства обучения, которые способны управлять учебной деятельностью. Интерактивные средства обучения (ИСО) — электронные средства обучения, ориентированные на взаимодействие с учащимся и реализующие управление учебной деятельностью.

Актуальность исследования обусловлена недостаточным качеством обучающих и контролирующих программ по математике для средней школы и отсутствием на рынке таких программ для вузов. Вызвано это, в первую очередь, отсутствием эффективных инструментов и технологии создания интерфейсов обучающих и контролирующих программ по математике. Следствием этого является недостаточно быстрое распространение практики внедрения ЭСО и низкая эффективность такого внедрения. Актуальность исследования также продиктована отсутствием специализированного подхода к созданию ЭСО математике: при разработке средств обучения для разных учебных предметов программистами используются одни и те же интерфейсы, не учитывая специфики содержания предмета, что также ограничивает качество обучающей программы.

Проблема исследования заключается в повышении эффективности использования обучающих и контролирующих программ в процессе обучения. В частности, существует проблема методики использования таких программ в процессе обучения. С другой стороны, существует проблема создания обучающих и контролирующих программ, обладающих возможностями влиять на учебную деятельность. Возможности таких программ во многом определяются возможностями их интерфейса. Качественное решение проблемы создания оптимального интерфейса обучающей программы возможно посредством создания технологии разработки ИСО математике.

Цель исследования заключается в создании технологии разработки ИСО математике, включающей методику их использования, позволяющей:

— повысить эффективность применения ИСО в процессе обучения геометрии;

— проверять не только результат решения задачи, но и правильность рассуждений и вычислений в ходе решения задачи;

— предоставить дополнительные возможности для индивидуализации учебной деятельности студентов за счёт использования интерактивных обучающих и контролирующих программ по математике;

— повысить качество математического образования.

Объект исследования — процесс обучения геометрии студентов педвузов с использованием интерактивных обучающих и контролирующих программ.

Предмет исследования — методика использования ИСО в курсе геометрии педвузов.

Гипотеза исследования: использование интерактивных средств обучения геометрии, разработанных на основе когнитивно-визуального подхода к обучению математике, позволит повысить качество обучения геометрии.

Задачи исследования:

— анализ сложившейся практики внедрения электронных средств обучения математике и геометрии в частности;

— выявление ключевых противоречий в проблеме создания интерфейса обучающей программы;

— поиск наиболее эффективной среды разработки средств обучения геометрии;

— реализация когнитивно-визуального подхода к обучению математике в интерфейсе обучающей программы;

— определение основных принципов разработки ИСО;

— разработка ИСО геометрии и использование их для проведения контрольных работ;

— экспериментальное подтверждение эффективности использования разработанных ИСО.

Теоретическую и методологическую основу исследования составляют основные положения теории программированного обучения (Б. Скиннер, Н. Краудер, В. П. Беспалько), психолого-педагогических основ обучения (И. Я. Лернер, А. Р. Лурия, В. П. Зинченко), когнитивно-визуального подхода к обучению математике (В. А. Далингер, Н. А. Резник, М. И. Башмаков, С. Н. Поздняков), методики преподавания математики (А. Ж. Жафяров, В. А. Далингер, Г. И. Саранцев, В. Г. Болтянский, В. М. Монахов, А. Д. Александров, А. В. Погорелов).

Для решения задач исследования использовались следующие методы:

— анализ психолого-педагогической и методической литературы, посвящённой методике обучения математике, литературы по информационным технологиям;

— системный анализ;

— наблюдение и анкетирование;

— математическое и компьютерное моделирование;

— педагогический эксперимент по внедрению разработанной технологии;

— обработка результатов педагогического эксперимента методами математической статистики.

Этапы исследования. На первом этапе исследования (2003 год) был проведён анализ психолого-педагогической, методической литературы, посвящённой методике обучения математике, литературы по информационным технологиям, сложившейся практики внедрения электронных средств обучения, классификация средств разработки ИСО и анкетирование студентов МФ НГПУ.

На втором этапе исследования (2004 год) был создан опытный набор интерфейсов для контролирующих программ по математике и контролирующий модуль по теме «Прямая на плоскости». На его основе проведены контрольные работы. Затем проведён анализ результатов использования контролирующего модуля «Прямая на плоскости», модификация разработанных интерфейсов и создание новых.

На третьем этапе исследования (2005 — 2006 год) были созданы контролирующие модули по темам «Прямая и плоскость в пространстве», «Построение сечений многогранников», «Преобразование плоскости», «Кривые второго порядка», «Поверхности второго порядка».

На втором и третьем этапах исследования проведены контрольные работы с использованием контролирующих модулей, проведён эксперимент и сформулированы выводы проведённого исследования.

На защиту выносится следующее положение: разработанная технология создания ИСО математике на основе когнитивно-визуального подхода к обучению математике, включающая методику их использования, позволяет эффективно создавать ИСО математике, а использование ИСОповысить качество обучения.

Обоснованность и достоверность результатов и выводов исследования подтверждается результатами обучающего эксперимента, обработанными с использованием методов математической статистики.

Апробация и внедрение результатов. Основные теоретические и практические положения исследования докладывались автором на следующих конференциях:

— Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы качества педагогического образования» (2005, 2006 гг.);

— пятой Всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития» (г. Томск, 2006 г.).

— Международной научно-практической конференции «Педагогический профессионализм в современном образовании» (2006 г.);

— Международной научно-практической конференции «Национальные и этнические приоритеты в решении социально-экономических проблем мировой культуры и цивилизации» (2006 г.).

Разработан и проводится, начиная с 2004 года спецкурс «Разработка интерактивных средств обучения с помощью Macromedia Flash MX 2004» на математическом факультете НГПУ для студентов старших курсов, по содержанию которого в 2005 году в соавторстве с А. И. Петровым подготовлены и опубликованы методические рекомендации «Разработка интерактивных средств обучения с помощью Macromedia Flash MX 2004».

В 2005 году спецкурс адаптирован и проведён с учащимися школы № 185 г. Новосибирска. В 2006 году спецкурс адаптирован и проведён с учителями лицея № 113 г. Новосибирска.

В 2005;2006 учебном году в Институте молодёжной политики и социальной работы (ИМПИСР) НГПУ проводились лекции, практические и самостоятельные работы по информатике с использованием мультимедийных лекций, интерактивных практикумов и электронных тестов со студентами первого курса (группы П-11, CP-12 и ОРМ-13) с использованием интерактивной доски (SmartBoard) и локальной сети.

В апреле 2006 года технология конструирования интерфейса обучающей программы была представлена для участия в открытом конкурсе на грант Администрации Новосибирской области и НГПУ. Грант присужден на поддержку проекта «Технология создания электронных текстовых тестов для педагогического вуза».

30 октября 2006 года два контролирующих модуля по геометрии по темам «Прямая на плоскости» и «Прямая и плоскость в пространстве» зарегистрированы в ФГУП НТЦ «Информрегистр» (практикум «Прямая на плоскости» № 320 601 498, свидетельство № 8794 от 30 октября 2006 г.- практикум «Прямая и плоскость в пространстве» № 320 601 500, свидетельство № 8796 от 30 октября 2006 г.).

Научная новизна исследования заключается в том, что: -предложена технология создания ИСО, включающая методику их использования;

— экспериментально подтверждена эффективность данной технологии при создании ИСО геометрии;

— экспериментально подтверждена эффективность использования разработанных ИСО.

Теоретическая значимость исследования заключается в формировании нового подхода к созданию обучающих программ. Этот подход заключается в расстановке приоритетов между участниками создания ИСО в пользу методиста, как заказчика, определяющего работу программиста. Это значит, что содержание обучающей программы мы считаем первичным относительно формы обучающей программы. Для реализации этого положения на основе расширения когнитивно-визуального подхода нами созданы основные виды интерфейсов, позволяющие повысить уровень интерактивности обучающей или контролирующей программы.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

— разработанные ИСО геометрии внедрены в учебный процесс на математическом факультете НГПУ;

— использование ИСО даёт положительный эффект при обучении студентов геометрии;

— разработанные ИСО являются в значительной мере адаптируемыми к школьному курсу математики;

— студенты математического факультета, обучавшиеся на спецкурсе, смогли разработать и применить на педагогической практике интерактивные средства обучения математике по различным темам школьного курса геометрии.

Заключение

.

На пути массового внедрения электронных (в том числе, интерактивных) средств обучения стоят следующие препятствия: во-первых, низкий уровень технического оснащения средних школ и несвоевременная модернизация оборудованияво-вторых, недостаточная подготовка педагогических кадров к использованию электронных средств обученияв-третьих — малое количество ИСО, учитывающих особенности учебного процесса, и обладающих максимально простым в использовании интерфейсом и широкими возможностями применения в процессе обучения. Первые две проблемы решаются соответствующими ведомствами, но для решения третьей проблемы необходим определённый уровень организации технологии создания обучающих программ, учитывающей ключевые аспекты внедрения.

В процессе теоретического и экспериментального исследования получены следующие основные результаты:

1) исследовано современное состояние средств обучения (электронных в целом и интерактивных в частности) математике для вузов и средней школы. Определено, что качество интерфейса обучающей программы является фактором, определяющим эффективность внедрения ИСО;

2) интерактивный интерфейс обучающей программы реализован с использованием когнитивно-визуального подхода к обучению математике;

3) разработана технология создания ИСО математике;

4) разработаны и апробированы 6 контролирующих модулей по геометрии по темам: «Прямая на плоскости», «Прямая и плоскость в пространстве», «Преобразования плоскости», «Построение сечений», «Кривые второго порядка», «Поверхности второго порядка»;

5) создан и апробирован специальный курс «Разработка интерактивных средств обучения с помощью Macromedia Flash MX»;

6) проведена работа с 14 студентами в последовательности «спецкурскурсовая работа — педагогическая практика — дипломная работа», результатом которой являлись авторские ИСО математике;

7) проведён обучающий эксперимент, результаты которого доказывают эффективность использования ИСО математике.

По результатам исследования сделаны выводы:

1) цель исследования достигнута- 2) данное исследование не является полностью законченным трудом, в силу различных факторов (ограничение по времени, не останавливающееся развитие современных средств обучения, трудоёмкость освоения средств создания ИСО и т. п.). 3) перспективы развития данной темы предполагают как углубление (усложнение ИСО), так и расширение (создание ИСО по школьному курсу геометрии и других математических дисциплин) исследовательской работы.

На основании всего перечисленного можно сделать вывод, что цель исследования достигнута.

Предложенная тема исследования содержит в себе большие возможности как для её расширения, так и для углубления. Понятно, что содержательно-методические линии курса геометрии педагогического вуза являются естественным расширением соответствующих линий курса геометрии школы, а это значит, что адаптация разработанных модулей будет проще разработки «с нуля» аналогичных программ для школы. В силу существенных временных ограничений нами не были проведены эксперименты со школьниками, хотя очевидно, что такой опыт позволил бы сделать выводы относительно «совместимости», «сочетаемости» ИСО математике для вузов и для школ.

С другой стороны, проведение всего курса геометрии (а не эпизодических занятий) на основе ИСО математике, позволило бы лучше изучить возможности ИСО по развитию познавательного интереса, мотивации ученика, развитию пространственных представлений и т. д. Задача по созданию такого курса (посредством предлагаемой технологии разработки.

ИСО математике) в перспективе выполнима в относительно небольшие сроки.

В литературе, посвященной современным формам получения образования [50] упоминаются программно-методические комплексы (ПМК). ПМК включают:

— обучающие программы по всему курсу;

— методические рекомендации для преподавателя по использованию обучающих программ;

— руководство по инсталляции и эксплуатации обучающих и контролирующих программ для учащегося;

— печатный учебник, содержание которого соответствует содержанию обучающих программ.

Понятно, что в перспективе на основе разработанных модулей возможно создание программно-методического комплекса по геометрии для педвуза. А предлагаемая технология разработки ИСО математике может стать частью технологии разработки ПМК, но это — уже тема для другой научной работы.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях автора:

1) Рыжков, А. И. Возможности Macromedia Flash MX 2004 при реализации когнитивно-визуального подхода к обучению геометрии / А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Актуальные проблемы качества педагогического образования: материалы Всероссийской науч.-практич. конф. — Новосибирск: Изд. НГПУ, 2005. — Ч. 2. — 270 с.

2) Рыжков, А. И. Разработка интерактивных средств обучения с помощью Macromedia Flash MX 2004: методические рекомендации / А. И. Рыжков, А. И. Петров. — Новосибирск: Изд. НГПУ, 2005. — 48 с.: ил.

3) Рыжков, А. И. Технологические аспекты обучения математике, обеспечивающие развитие профессионализма в образовательном комплексе педагогический колледж — педагогический вуз / А. И. Кузьмичев,.

Ф. JI. Осипов, А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Педагогический профессионализм в современном образовании: материалы Международной науч.-практич. конф. — Новосибирск: Изд. НГПУ, 2006. — Ч. 1. — 467 с.

4) Петров, А. И. Интерфейс интерактивных контролирующих программ по геометрии, разработанных с помощью Macromedia Flash 2004 / А. И. Петров, А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Национальные и этнические приоритеты в решении социально-экономических проблем мировой культуры и цивилизации: материалы Международной науч.-практич. конф. (Новосибирск, 10−12 марта 2006 г.). — Новосибирск: Архивариус-Н, 2006. -335 с.

5) Рыжков, А. И. Образовательный комплекс педагогический колледжпедагогический вуз как фактор развития профессионализма будущих учителей / А. И. Кузьмичев, Ф. JI. Осипов, А. И. Петров, А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Актуальные проблемы качества профессионального образования: материалы Всероссийской науч.-практич. конф. -Новосибирск: Изд. НГПУ, 2006.

6) Рыжков, А. И. Использование интерактивных контролирующих программ по геометрии, разработанных с помощью Macromedia Flash 2004 / А. И. Петров, А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Актуальные проблемы качества профессионального образования: материалы Всероссийской науч.-практич. конф. — Новосибирск: НГПУ, 2006.

7) Рыжков, А. И. Возможности Macromedia Flash MX при реализации типовых задач по математическому анализу / Е. В. Лежнев, А. И. Рыжков // Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития: материалы V Всероссийской науч.-практич. конф. (Томск, 21−23 сентября 2006 г.). — Томск: Графика, 2006. — 144 с. — С. 74−76.

8) Рыжков, А. И. Технология конструирования интерактивных контролирующих программ по геометрии с помощью Macromedia Flash MX 2004 / А. И. Петров, А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития: материалы.

V Всероссийской науч.-практич. конф. (Томск, 21−23 сентября 2006 г.). -Томск: Графика, 2006. — 144 с. — С. 67−68.

9) Рыжков, А. И. Решение проблемы интерфейса обучающей программы по математике на основе когнитивно-визуального подхода / А. И. Рыжков // Философия образования. — 2006. — Специальный выпуск. — С. 276−287.

10) Рыжков, А. И. Анализ результатов использования контролирующих программ по геометрии в педагогическом колледже / А. А. Козлов,.

А. И. Рыжков, А. Н. Яруткин // Аспирантский сборник НГПУ — 2006: по материалам науч. исследований аспирантов, соискателей, докторантов: в 4 ч. — Новосибирск: Изд. НГПУ, 2006. — Ч. 3. — С. 27−37.