Статья: Конструирование электронных учебных материалов в профессиональной подготовке учителей
Личный вклад автора определяется самостоятельным теоретическим анализом общих позиций по проблемам использования информационных программных средств в обучении студентов – будущих учителей математики, физики и информатики, разработкой новых приемов конструирования электронных учебных материалов, созданием технологии, программ и методики обучения студентов самостоятельному конструированию электронных материалов, непосредственным осуществлением эксперимента, формированием у студентов нового самооценочного представления о важных в педагогической деятельности профессиональных умениях.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования апробированы на кафедре информационных образовательных технологий Кубанского государственного университета, на международных научных конференциях «Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2006 гг.), на пятой Международной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» (Смоленск, 2004 г.), на шестой Международной научно-методической конференции «Проектирование инновационных процессов в социокультурной и образовательной сферах» (Сочи, 2003 г.).
Разработанная система учебных лабораторных работ и учебно-методическое пособие внедрены в учебный процесс на математическом и физико-техническом факультетах Кубанского государственного университета, на математическом факультете Армавирского государственного педагогического университета, на курсах повышения квалификации учителей математики и информатики Краснодарского края, проводимых институтом переподготовки и повышения квалификации Кубанского государственного университета.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и шести приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснован выбор темы исследования, его актуальность, определены цель, предмет и объект, гипотеза, задачи, методологическая основа, этапы и методы исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, научная новизна исследования, теоретическая и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации ее результатов.
В первой главе «Теоретические аспекты использования математических инструментальных сред в процессе подготовки учителей физико-математических специальностей» рассмотрены общие вопросы информатизации высшей школы на современном этапе, проанализированы существующие определения информационных технологий обучения, приведена классификация педагогических программных средств на основе различных признаков. Исследуется роль и место математических инструментальных сред (Derive, Maple, MathCAD, Mathematica) в учебном процессе, а также проблема формирования профессионально значимых качеств учителя при применении таких сред.
Использование математических пакетов в профессиональном обучении как одно из направлений информатизации образования находится в центре внимания таких современных педагогов, как В.П. Дьяконов, А.И. Плис, Н.А. Сливина, Т.В. Капустина, Т.Г. Везиров и определяется изначальным предназначением в качестве средств для выполнения математических расчетов, обладающих мощными вычислительными и графическими возможностями. В этом направлении выполнены диссертационные исследования А.Ш. Бакмаева, С.А. Дьяченко, Т.K. Ниренбург, У.В. Плясуновой, А.А. Смирнова.
Проблема использования МИС как эффективного средства обучения требует выявления их дидактических свойств и функций. Под дидактическими понимаются такие свойства средства обучения, которые могут оказать влияние на цели, возможности и варианты их применения в процессе обучения (Е.С. Полат). Описанные в нашей работе современные подходы к использованию математических инструментальных сред в рамках концепции компьютерной поддержки процесса обучения математике, физике, информатике позволили выявить ещё одно важное направление применения таких компьютерных систем, как эффективного инструментального средства для создания электронных образовательных продуктов.
Особое значение в предложенном нами направлении приобретает система MathCAD. Это обусловлено конструктивными особенности MathCAD: естественная математическая нотация, простой входной язык, возможность вставки формул, текста, графиков в любое место документа, вследствие чего он выглядит как страница математического текста, высокая степень интеграции с MS Office. Благодаря этим особенностям пользователи могут быстро и эффективно приобретать навыки работы в MathCAD. Кроме того, MatCAD обладает обширным спектром встроенных программных инструментов, позволяющих реализовывать необходимые дидактические свойства и функции создаваемых учебных материалов, а, следовательно, эффективных при трансформации учебного материала по математике, физике, информатике в электронные ресурсы. Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности использования универсального пакета MathCAD для создания электронных учебных материалов.
Укажем на те конструктивные и программные особенности системы MathCAD, с помощью которых реализуются дидактические свойства и функции в его документах.
Информативность, позволяющая осуществлять передачу необходимой для обучения информации, обеспечивается возможностью встраивания в документ блоков различных видов: текста, формул, графиков, анимации.
Наглядность поддерживается развитыми графическими возможностями, а также возможностями визуализации, в том числе и с использованием анимации.
Динамичность реализуется в системе MathCAD на основе создания и интеграции в документ компьютерных моделей различных процессов, анимационных клипов, видеодемонстрации исследования свойств математических объектов, например, исследования свойств графиков функций в движении.
Вариативность, позволяющая автоматизировать процесс генерирования вариантов индивидуальных заданий, осуществляется на основе конструирования для генерационных процессов программных модулей с использованием датчиков случайных чисел.
Уплотнение учебной информации, обеспечивающееся использованием блочной структуры документа MathCAD на основе встраиваемых областей (Area), которые позволяют варьировать вид документа – в более подробном виде – с открытыми областями или в более кратком – с закрытыми; использованием гиперссылок.
Простота управления средой MathCAD опирается на дружественный интерфейс, близость входного языка к естественному математическому, а также на использование наборных панелей, гиперссылок.
Цикличность применения обучающей программы или ее частей в учебном процессе. Система MathCAD допускает изменение параметров, что позволяет многократно использовать тренажеры и задания с автоматическим изменением параметров, повторять процедуру решения учебного задания до получения желаемой оценки.
Интеграция MathCAD с приложениями MS Office – MS Word, MS Excel – позволяет создавать информационную среду, включающую систему взаимосвязанных файлов.
Интерактивность. Система MathCAD позволяет изменять параметры изучаемого объекта и сразу наблюдать результат.
Под электронными учебными материалами (ЭУМ) в работе понимается достаточно широкий класс электронных ресурсов, выполняющих задачи дидактического компьютерного обеспечения учебного процесса. К таким ресурсам относятся и отдельные файлы, например, файлы-решатели учебных заданий, файлы генерации параметров задач, карточки учебных заданий, интерактивные тесты, а также файловые системы, объединенные с помощью гиперссылок и объектных связей, представляющие собой единые дидактические ресурсы, реализующие поставленные учебные задачи (предъявление нового материала, тренажерные, демонстрационные, контролирующие функции, автоматизированную генерацию заданий). Такие файловые системы могут представлять собой электронные уроки или фрагменты урока, электронные пособия, электронные лабораторные работы (локальные сетевые или дистанционные), системы генерации параметров, которые могут быть интегрированы в гипертекстовую дидактическую систему.
На основе проведенного анализа применения математических пакетов в процессе обучения и выявленных дидактических свойств пакета MathCAD, выделяющих его из ряда математических инструментальных сред, в работе сделан вывод о педагогической целесообразности использования MathCAD как инструментального средства для конструирования электронных учебных материалов. В связи с этим возникает важная педагогическая задача обучения такому конструированию в процессе подготовки будущих учителей математики, физики и информатики и формирования на этой основе у студентов профессионально значимых качеств.
Вторая глава, «Конструирование электронных учебных материалов с использованием математических инструментальных сред» посвящена описанию технологии конструирования ЭУМ на основе дидактических возможностей среды MathCAD. Рассмотрены вопросы обучения этой технологии будущих учителей математики, физики и информатики. Описан процесс формирования их профессионально значимых умений и навыков при освоении и применении предложенной технологии.
В настоящей работе исследуется процесс создания основных типов гипертекстовых дидактических систем (ГДС). Структуру такой системы условно можно представить в виде нескольких компонентов:
справочно-информационная подсистема, содержащая документы учебно-методической информации, ответы к заданиям, mcd-документы дидактического сопровождения (решатели, документы для преподавателей);
задачный дидактический блок, в котором представлены условия учебных заданий разнообразных форм, а также модуль компьютерных лабораторных работ;
интерактивная подсистема, включающая подсистемы тестирования и интерактивных дидактических модулей;
подсистема обратной связи, включающая блоки оценивания ответа, подсказок, консультаций.
Важным технологическим компонентом ГДС является система генерации параметров, с помощью которой в индивидуальных заданиях могут генерироваться числовые, логические, графические параметры. В такую систему включены mcd-файлы генерации параметров учебных заданий, модули сохранения параметров и вычислители ответов. Файл-генератор – это документ, в котором реализованы алгоритмы генерации параметров заданий (обычно для каждой учебной задачи свой). В зависимости от вида задач параметры могут быть числовыми, графическими, логическими, символьными или функциональными.