Модель обучения математике студентов с использованием компьютерных технологий

Последнее десятилетие выявило в образовании несколько четко обозначившихся линий инновационного развития. Мощный инновационный стимул возникает при проявлении в результате цивилизационного развития общества новых научных достижений или технических средств, способных поднять педагогическую деятельность на качественно новую ступень. Такими достижениями являются интерактивные информационные образовательные технологии, которые можно рассматривать как способ изменения качества образования. В последние годы в образование стремительно врываются коммуникационные технологии, которые являются составной и важнейшей частью новых информационных технологий.

Основная задача высшего учебного заведения - подготовка компетентных специалистов, умеющих на практике применять те знания и навыки, которые они получили в процессе обучения в вузе, способных творчески подходить к решению все более сложных проблем и в кратчайшие сроки находить их оптимальные решения, а также способных к постоянному самообразованию.

В то же время существует противоречие между широким спектром качества знаний абитуриентов (по математике), их физических и психологических возможностей усвоения новых знаний в качестве студентов во время их обучения в вузе и достаточно жесткими требованиями стандартов специалиста. Наиболее распространенные образовательные технологии, методы преподавания (лекции, семинары, лабораторные работы) рассчитаны на некоего «среднего» студента и не учитывают психологических возможностей конкретного обучаемого, его базовую подготовку, к восприятию и пониманию соответствующих предметных знаний.

Противоречие между всевозрастающим потоком информации и ограниченностью возможностей студента к ее усвоению пытаются решить тем, что периодически вводят изменения в учебные планы вузов, не пытаясь изменить коренным образом методы и методику преподавания, которую необходимо менять в сторону все большей индивидуализации процесса обучения. Тем более, что технические возможности для этого уже есть.

Широкое распространение персональных компьютеров и наличие многообразного программного обеспечения позволяет надеяться на то, что в недалеком будущем обучение студентов будет происходить индивидуально, т.е. с учетом конкретной базовой подготовки обучающегося, индивидуальных способностей по изучению каждого предмета, а так же развития тех навыков, которые необходимы для конкретной, выбранной студентом, будущей специальности.

Для решения этой задачи необходимо создание специализированных обучающих программ, которые могли бы приспосабливаться к способностям студента, который ими пользуется, помогать ему систематизировать знания и в короткие сроки усваивать объем информации, предусмотренный программой обучения.

Образование как одна из важнейших сфер человеческой деятельности, обеспечивающая формирование интеллектуального потенциала общества, в настоящее время в России находится в сложном положении. Оно определяется рядом противоречий, среди которых существенное место занимает противоречие между традиционным темпом обучения человека и постоянно ускоряющейся скоростью появления новых знаний и новых форм их передачи. По этой причине в систему образования привлекают современные коммуникационные технологии, основанные на компьютерных сетях. Появление компьютерных сетей заставляет образование критически пересмотреть свое положение, так как коммуникационные технологии развиваются гораздо быстрее, чем возможности их использования в образовательных целях. Такие технологии позволяют создавать и развивать как локальные и региональные единые информационные пространства, так и единое интерактивное информационное мировое пространство. Отметим тот факт, что Правительство Российской Федерации постановлением от 28 августа 2001 года №630 утвердило федеральную целевую программу «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2006 годы)».

Заметим, что новые результаты в исследованиях могут быть получены, если рассматривается новая, ранее не изученная предметная область, либо к ранее исследованной предметной области применены новые технологии, либо одновременно исследуется новая предметная область с использованием новых технологий. Как раз последний случай относится к вопросу нашего исследования.

В государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования нового поколения большое внимание уделяется интеграции общих математических и естественно-научных дисциплин, в частности, математики и информатики. Это инициирует проектирование теоретических и практических основ моделирования соответствующего дидактического процесса в компьютерной среде. Широкое использование Internet-технологий во многих областях человеческой деятельности, в том числе, и в образовании стимулирует исследования о влиянии коммуникационных технологий на совершенствование методических систем обучения различным учебным дисциплинам. Поэтому проблема обучения математике и информатике студентов гуманитарных факультетов высших учебных заведений на основе их интеграции с использованием Internet-технологий является актуальной.

Интернет представляет собой удобный и почти всегда доступный источник разнообразных сведений, качественно меняющий всю систему накопления, хранения, распространения и использования коллективного человеческого опыта. Это новое средство удовлетворения познавательной (информационной) потребности в поиске готовых сведений (знаний).

Освоение Интернета - это освоение его как новой информационной среды со специфическими средствами деятельности в ней. Для Интернета характерен осознанный поиск с формулированием целей, выбором конкретных средств и критериев. При неудачном поиске происходит либо изменение критериев и средств поиска, либо изменение самих целей. Мышление в этом случае направлено на осознание как самого процесса поиска, так и текущего содержания Интернета. Возрастает осознанность, рефлексия деятельности, повышается общая осведомленность пользователя, уточняется ориентировочный образ как самой предметной (содержательной) области, так и самого Интернета (если поиск проходил среди различных Web-страниц). В случае научного поиска с помощью терминов происходит рефлексия и освоение понятийного аппарата науки, реального употребления терминов.

Информационное богатство Интернета поразительно и не имеет аналогов. Интернет отличается от библиотек разнообразием содержания, динамичностью и хаотичностью формирования. Поэтому особое значение имеет поиск требуемой информации. Именно в поиске, в поисковых и указующих сервисах Интернет имеет организующее, системообразующее, структурирующее начало. Однако никакие указатели, перечни не могут охватить все многообразие познавательных потребностей человека. Этот поиск субъект должен и может - в Интернете есть множество средств для этого - осуществить сам. Между тем самостоятельный информационный поиск является составной частью творческого процесса, активизирующий мыслительную деятельность субъекта. В Интернете самостоятельный поиск информации становится рутинным делом в отличие от специально организованного поиска в неэлектронных библиотечных каталогах или других источниках информации (надо выделить время, прийти в специальную библиотеку, перемещаться от одного ящика к другому, перелистывать карточки в разделе и т.п.). Поиск в момент возникновения идеи приводит к дальнейшему развитию мысли, не дает ей погаснуть, что могло бы произойти в случае возможности посещения библиотеки или другого источника информации только через несколько дней.

Освоение новых средств приводит к психологическим изменениям (новообразованиям) как в самой мыслительной деятельности, так и в мотивационно-ценностной регуляции мышления, проявляющейся в выборе и оценке применимости других средств деятельности, отношении пользователя к другим людям и продуктам их труда. Средства изменяют и развивают мышление, дают человеку возможность по-новому решать творческие задачи, изменять сложившийся стиль мыслительной деятельности. Приведем близкий пример из автоматизации библиотечного поиска. По имеющимся данным применение диалоговых информационных систем приводит к формированию у рядовых пользователей такого стиля информационно-поисковой деятельности, который обычно свойственен наиболее выдающимся ученым.

Поэтому важно включение в образовательный процесс не только освоение Интернета как современного средства автоматизации, но и применение его при решении творческих задач, которые, конечно, специфичны по своему содержанию, однако имеют много общего с типовыми задачами на нешаблонное мышление.

Анализ основных направлений развития образования в современном мире показывает, что решение проблем, которые возникли перед традиционным, классическим университетским образованием, с учетом вышеназванных ориентиров, возможно только на пути широкого использования новых информационных технологий Интернет, которые позволят радикально изменить сущности и организацию процессов обучения и развития человека. Использование компьютерных и коммуникационных технологий в учебном процессе, развитие на их основе непрерывного, дистанционного, открытого образования предстают не как методические и организационные усовершенствования, а как поиски принципиально новой модели образования, соответствующей современной информационной цивилизации.

Революционные изменения в системе университетского образования связываются главным образом с тем, что Интернет-технологии изменяют саму природу мышления, а значит и суть процесса образования. Радикально изменяются способы осуществления ментальных операций. Во-первых, они изменяют способы представления информации, а значит и восприятие проблемы; во-вторых, они изменяют способы анализа, исследования проблем; в-третьих, они могут изменить способы принятия решения.

До сих пор традиционные формы обучения математике и информатике оставались неизменными. Компьютерные технологии в этом плане предоставляют несравненно большие возможности. Однако для повышения качества и эффективности образовательного процесса, основанного на широком соответствующее научно-методическое обеспечение.

В своей статье М.Л. Гуриев отмечает, что с приходом индустрии информационных технологий, можно сказать, появились экскаваторы для переработки информации с целью более эффективной аккумуляции передачи знаний. Цивилизация уже вошла в Интернет-переход, но прошла 5-6% пути и по этим результатам трудно строить прогнозы эффективности использования коммуникационных технологий в образовании, но в то же время рискованно недооценивать значение информационных технологий, онлайнового образования, дистанционного обучения и т.д. Именно использование коммуникационных технологий позволит решить проблему человека в быстро меняющемся мире, обрести новую целостность, сформировать новый образ науки, преодолевая ставшей традиционной разобщенность естественных и гуманитарных наук, осуществить поиск новых взаимоотношений человеческой цивилизации и природы, создать основу новой инфраструктуры планеты - инфосферу, когда персональные компьютеры и информационные технологии выступают не просто как умножители интеллекта, а открывают новые измерения сознания, связывая их в единое целое, образуя упорядоченную систему новой культуры.

Наиболее значимыми отличительными чертами формирующейся новой системы образования являются:

- Переход от «обучения» к «образованию».

- Непрерывное и опережающее образование, его фундаментализация, направленность на личностно-ориентированное обучение и развитие творческих способностей обучаемых.

- Широкое и непрерывное применение информационных и коммуникационных технологий в образовательном процессе.

- Создание единого интерактивного образовательного информационного пространства и переход к открытому образованию.

- Обучение математике гуманитариев всегда вызывало определенную трудность. Существует определенная пропасть между естественно-научными и гуманитарными знаниями, которую можно преодолеть за счет использования коммуникационных технологий.

При проектировании модели обучения мы использовали положение, согласно которому основу проектирования дидактических процессов личностно-развивающего компьютерного образования составляют представления о целостности дидактической системы, основным системообразующим фактором которой является цель - развитие личности, а основным принципом функционирования - единство социальных, информационных и личностных задач образования.

В исследовании проектируется теоретическая модель обучения математике студентов гуманитарных специальностей вузов на основе использования информационных и коммуникационных технологий, практическое применение которой неизбежно включает познавательную деятельность студентов, обеспечивающую не только определенную систему знаний, но и необходимый развивающий эффект, а также способствующую общекультурной подготовке студентов, формированию их математической и информационной культуры студентов, личностно ориентированному развитию будущего специалиста. В качестве исходного положения выбрано следующее: Обучение математике в гуманитарном вузе есть дидактическое целесообразное сочетание обучения общекультурным знаниям и деятельности, присущей математике и информатике, с применением компьютерных коммуникационных технологий, которые выступают как мощный помощник преподавателю в управлении познавательной деятельностью студентов, реализации открытого образования и личностной направленности процесса обучения, позволяющими сделать образование информационно емким, доступным и распределенным.

При этом можно исходить из модели, выделяющей три основные аспекта математической деятельности, применяемой в любом предмете:

- Математическое описание конкретных ситуаций или математизация эмпирического материала с использованием средств информационных и коммуникационных технологий.

- Логическая организация математического материала, полученного в результате математизации эмпирического материала.

- Применение математической теории, полученной в результате логической организации математического материала.

Кратко рассмотрим педагогические возможности коммуникационных технологий, использование которых может значительно повысить эффективность основных аспектов математической деятельности и логических приемов мышления, наиболее часто применяемых при реализации математизации эмпирического материла, его логической организации и применении математической теории при изучении математики в вузе.

Во все времена образовательный процесс был связан с проблемой поиска нужной информации и передачей ее обучаемому. Использование компьютерных коммуникаций, Internet-технологий открывает возможность быстрого поиска информации - доступной в любое время и в любом месте. Рассматриваемая технология совершенствует методическую систему обучения математике, причем изменяет облик не только средств и организационных форм обучения, но формирует новые методы обучения, в конечном итоге изменяя цели и содержания обучения.

Прежде всего, возможность доступа к удаленным информационным ресурсам образовательных и научных центров, что приведет к изменению форм обучения, смещение акцентов в сторону самостоятельной работы, ориентации на персонифицированную модель обучаемого, на самостоятельное добывание знаний. Постепенно образовательный процесс перестроится в сторону расширения самостоятельной и внеаудиторной работы, отказа от классно-урочной системы и массового образования, индивидуализации обучения, оптимального сочетания методов коллективного и индивидуального обучения за счет создания и использования электронных гипертекстовых учебников, баз знаний и педагогической информации, различного информационного обеспечения образовательного процесса и авторских инструментальных средств. По этой причине актуально создание классов и залов открытого доступа с выходом в локальные, региональные и глобальные сети, интеграция всех компьютеров, расположенных в учебных аудиториях, лабораториях, библиотеках и общежитиях в единую учебно-информационную сеть учебного заведения, российские и мировые глобальные сети.

Коммуникационные технологии будут способствовать гуманизации среды образования, за счет возможности обмениваться информацией. Возможность получения учебной информации в различных формах пробудит любопытство и фантазию. Степень образования будет зависеть только от желания его получить. Доступность образования будет обеспечена на протяжении всей жизни. В некоторых самых передовых образовательных центрах мира компьютеры и коммуникационные сети уже влияют на традиционные отношения обучаемых между собой и с преподавателями, способствуя развитию навыков коллективной работы.

Доступ преподавателей к методическим информационным ресурсам на различных серверах ведущих образовательных центов, а в дальнейшем к узлам информационной магистрали позволит корректировать учебные планы и программы, исходя из запросов общества и обучаемых. Используя заготовки мультимедийных программ учебного назначения и авторские инструментальные средства, разработанные в ведущих центрах образования, каждый преподаватель получает возможность спроектировать необходимую компьютерную учебную программу или электронный учебник, отвечающих всем современным дидактическим требованиям.

Использование коммуникационных технологий не заменит и не обесценит таланта преподавателей, а наоборот объединит труды лучших педагогов и авторов, которые будут храниться в узлах информационной магистрали, их можно будет изучать в интерактивном режиме, тиражировать, адаптировать под свои условия. Все это позволит со временем сделать доступным получение элитарного образования даже тем, кому не выпало счастье обучаться в престижных учебных заведениях или родиться в состоятельной семье. Коммуникационные технологии будут способствовать повышению творческого начала (креативности) в образовании и его качества.

Использование коммуникационных технологий позволить усовершенствовать различные принципы дидактики, например, наглядности. Преподаватель, готовясь к занятиям, может вызвать с сервера необходимую иллюстрацию в виде слайда, снимка, видеозаписи и т.д., а затем, используя инструментальные программы, создать за несколько минут иллюстративный ролик, причем к этой работы он может привлекать своих учеников.

Компьютеры, подключенные к сети, помогут преподавателям отслеживать и оценивать успехи обучаемых, а при необходимости и корректировать их обучение. Появляется возможность в задания для самостоятельной работы включать гипертекстовые ссылки на электронные источники. Студенты смогут создавать собственные гиперсвязи и использовать мультимедийные элементы в своих заданиях для самостоятельной работы, курсовых и дипломных работах, передавать преподавателю в электронной форме по сети.

Еще одним преимуществом использования коммуникационных технологий станет совсем другое отношение обучаемых к экзаменам. Не секрет, что сегодня они оказываются для студентов тяжелым испытанием, нередко вызывая панический ужас. В итоге развивается негативное отношение к учебе вообще. Интерактивная сеть позволит обучаемым экзаменовать самих себя постоянно и в спокойной обстановке. Только так можно изменить отношение к экзаменам. Ошибка не повлечет за собой наказания; напротив, она заставит систему помочь обучаемому восполнить пробел в какой-то теме. Если же кто-то зайдет в окончательный тупик, система предложит обсудить проблему с преподавателем. Систематически контролируя себя, обучаемый будет чувствовать степень своей подготовки, и тогда официальные экзамены перестанут навевать столько опасений и приносить столько сюрпризов.

Многое измениться в организации и содержание аудиторных занятий, на которых будут практиковать мультимедийные презентации, в домашние задания, помимо чтения учебников, включать просмотр электронных документов. Студентов станут поощрять к углубленному изучению наиболее интересных для них предметов, и определиться в своем выборе будет совсем несложно. Часть дня они проведут за персональным компьютером, исследуя информацию самостоятельно или группой. Накопившиеся мысли и вопросы они выскажут своему преподавателю, а тот решит, какие из них заслуживают внимания всей аудитории. Пока студенты сидят за компьютерами, преподаватель может спокойно поработать с отдельными обучаемыми или с небольшими группами и сосредоточиться на решении конкретных проблем и задач.

Сеть позволит совместно использовать учебные материалы и таким образом распространять достижения лучших педагогов. Чаще всего смотреть лекции в видеозаписях не так интересно, как слушать их из уст самого преподавателя. Но иногда возможность просмотра видеозаписи лекций конкретного преподавателя, иным образом не доступного, перевешивает потерю живого диалога. Коммуникационные технологии позволяют реализовать чтение лекций в реальном времени и в режиме удаленного доступа.

Преподавателю в условиях информационной пресыщенности непросто подготовить занятие, который был бы интересен всей группе студентов. Коммуникационные технологии позволяют эффективно подготовиться и провести занятие по математике, используя необходимую иллюстрацию: слайд или видеозапись, снимок или портрет великого ученого. Информационная магистраль предоставит ему внушительный каталог разнообразных изображений. В его распоряжении окажутся фрагменты видеозаписей и озвученные анимации из бесчисленных источников. Понадобится всего лишь несколько минут, чтобы отобрать и составить из них иллюстративный ролик.

Большие возможности - открывает использование коммуникационных технологий в учебном моделировании. Компьютерные сети смогут моделировать мир, равно как и объяснять его. В этом плане открываются большие перспективы в проведении работ по математическому, компьютерному и информационному моделированию. Когда смоделированные ситуации приблизятся к жизненным, наступит царство виртуальной реальности.

Университеты всегда были центрами информатизации. Сегодня самые интересные страницы во «всемирной паутине», в том числе и по математике, создаются именно университетами.

Однако мы никогда не придем к подобным достижениям, если нам не удастся изменить нынешнюю ситуацию с основными факторами, определяющими информатизацию: совместное использование ресурсов, т.е. создание компьютерных сетей, формирование информационной культуры преподавателей, преодоление консерватизмом педагогического истэблишмента, а также дискомфорта и даже страха, которые вызывают компьютеры у иных преподавателей и администраторов, проектирование методик использования коммуникационных технологий в образовательном процессе.

Таким образом, под влиянием коммуникационных технологий процесс обучения становится более динамичным, информационно емким, а все возрастающие скорости средств доставки информации делает его распределенным. Образование становится более доступным и однородным, обеспечивая выход университетов и знаний, накопленных в них, на более широкую образовательную аудиторию, которой практически становится весь мир.

На современном этапе отличительной особенностью развития личности является потребность в информации. В связи с этим, приоритетное направление в высшем образовании получают новые информационные технологии, которые пронизывают все основные учебные курсы, курсы специализации.

В курсе обучения за основу взят исследовательский аспект, то есть формирование навыков работы в среде WWW идет через решение конкретной задачи. Кроме того, интегрируются основные дисциплины специальности с информационными технологиями. Учебный процесс включает в себя несколько последовательных этапов.

Первый этап. Студент получает задание, анализирует его, консультируется с преподавателем. Задание связано с разделом общеобразовательной или специальной дисциплины согласно учебному плану подготовки студентов, либо с курсовым проектом.

Второй этап. Поиск и анализ информации. В ходе работы студенты осваивают методы поиска тематической информации, способы навигации по сетям с использованием различных протоколов, знакомятся с основными поисковыми системами, принципами сбора и классификации информации. На этом этапе большое значение имеет приобретение навыков ориентироваться в информационном пространстве. Студент должен уметь «отсекать» косвенную информацию, то есть использовать лишь те данные, которые непосредственно связаны с его темой. В этом случае обучаемый максимально ясно понимает поставленную задачу, так как самостоятельно характеризует ее ключевыми словами и анализирует с точки зрения мировых достижений и результатов, полученных в данной области исследований. Internet открывает новые неожиданные перспективы развития и создает неповторимое ощущение «переднего края» современной науки.

Третий этап. Изучение языка HTML. Создание в этом аспекте домашних студенческих страниц, сайтов с тематическими задачами и исследовательскими проектами, связанных с будущей профессиональной деятельностью, рассматривается как способ самовыражения, умения работать с информацией. Здесь творческий элемент проявляется в синтезе полученной и переработанной информации. Студент не только использует информацию ресурсов Интернет, он учится представлять ее в виде максимально удобной для восприятия, классифицировать ее, снабжать краткими аннотациями и т.д. На данном этапе особенно ярко проявляется взаимообратное влияние Интернет и личности, а результат выливается в творчество. На страничке отражается личностные особенности, профессиональные интересы и возможности. Четвертый этап. Это заключительный этап. Использование полученной и обработанной информации в учебном процессе, в работе над курсовыми и дипломными проектами. На данном этапе сотрудничество студента и преподавателя становится более тесным, тогда как на втором и третьем этапах в решении поставленной задачи предполагается «отпустить» студентов в свободное творчество, контролируя его работу лишь изредка и издалека. Результатом такого сотрудничества является разработка информационного сайта по тематике дипломной работы.

Учебный процесс в условиях применения информационных ресурсов Интернет имеет свои психологические особенности:

- Студент, имея доступ к мировым достижениям в любой области творческой деятельности человечества посредством Интернет, может ставить и решать более оригинальные и глубокие по содержанию задачи.

- Индивидуальная, свободная от влияния различных внешних психологических факторов, работа в сети усиливает стремление к самореализации и саморазвитию.

Таким образом, использование Интернет-технологий в обучении активизирует мотивацию обучения, внося в работу студента исследовательский аспект, позволяет оценить интегративный характер новых информационных технологий с конкретными учебными дисциплинами, с темой курсового проекта, а в дальнейшем и дипломного проекта, способствует преодолению психологического барьера в освоении компьютерных технологий. И, что особенно важно, процесс обучения с использованием Internet становится увлекательным, развивается творческое начало, заложенное в каждой личности.

В течение последних нескольких лет в процессе информатизации образования наметились два принципиально новых подхода. Первый из них хорошо известен и ориентирован на применение в сфере образования обучающих систем, то есть программных средств, в которые разработчикам частично или полностью встроена та или иная технология обучения.

Другой подход к информатизации образования предложен группой американских исследователей Д.Х. Джонассеном, Б.Г. Вильсоном, Т.М. Даффи и другими. В течение последних нескольких лет ими успешно разрабатываются такие компьютерные технологии обучения, в которых существенно повышается роль учащегося в процессе обучения, в том числе и контролирующая.

Многие студенты плохо представляют себе роль компьютерных средств, в том числе и Интернет-технологий, в обучении различным предметам, как, например математика. Уровень математической подготовки студентов гуманитарных специальностей очень разный, систематическое применение в основном курсе изучения математики-информатики компьютерных коммуникаций может исправить это положение. Различный спектр, предлагаемых электронных продуктов позволяет студенту корректировать свои знания, контролировать процесс их усвоения, обращаться к помощи квалифицированных специалистов для разъяснения, передачи знаний доступным для него образом и проверки выполненного им задания.

В последние время положение передачи преподавателем знаний студентам осложняется наметившейся тенденцией на сокращение количества часов, выделяемых на изучение курса математики в вузе, за счет новых предметных курсов, появление которых связано с развитием вузовского образования. Компьютер в этом отношении предоставляет педагогу, да и самому учащемуся, больше возможностей противостоять этому процессу.

АВТОР: Потехина Е.В.