Автореферат диссертации по теме "Формирование умений творческой деятельности будущих учителей информатики"
На правах рукописи
Смирнова Елена Евгеньесна
ООЭОВЬиа^
ФОРМИРОВАНИЕ УМЕНИИ ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ
13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (информатика)
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук
Москва - 2007
003069052
Работа выполнена на кафедре информатики и вычислительной техники факультета математики и информатики в ГОУ ВПО «Тульский государственный педагогический университет им Л Н Толстого»
Научный руководитель: доктор физико-математических наук,
профессор
Добровольский Николай Михайлович
Научный консультант: кандидат педагогических наук, профессор
Заёнчик Владимир Михайлович
Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор
Козлов Олег Александрович
кандидат педагогических наук, профессор Жданов Сергей Александрович
Ведущая организация: Московский государственный открытый
педагогический университет им МА Шолохова
Защита состоится « 1а » мая 2007 г в /б22 часов на заседании диссертационного совета К 212 154 11 при Московском педагогическом государственном университете по адресу 107140, г Москва, Краснопрудная ул , д 14, математический факультет МПГУ, ауд 301
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу 119992, г Москва, Малая Пироговская ул , д 1.
Автореферат разослан « н » апреля 2007 г
Ученый секретарь диссертационного совета //
Н.И. Чиканцева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. За последние годы российское образование претерпело ряд существенных изменений, которые определены приоритетными направлениями Концепции его модернизации Разработкой основных положений занимались видные отечественные ученые Д В Аносов, В И Арнольд, И И Баврин, В А Гусев, Я А. Ваграменко, В А Васильев, А А Кузнецов, Я И Кузьминов, В Л Матросов, В С. Михалевич, И В. Роберт, В А Садовничий и др Кардинальные перемены, произошедшие в социально-экономической жизни России, нашли конкретное отражение в изменении содержании образования, в том числе и в методике преподавания информатики, являющейся объектом нашего исследования
Первые учебники по информатике, в которых получили развитие вопросы методики обучения, были разработаны в начале 80-х годов ХХ-го века
В 1985-м году в средние учебные заведения был введен первый учебник «Основы информатики и вычислительной техники» (В М Монахов и А П Ершов), однако обучение информатике в то время не имело достаточного технического обеспечения С начала 90-х гг были предприняты меры по централизованному оснащению образовательных учреждений современными ЭВМ и средствами телекоммуникаций Этим были созданы предпосылки для становления информатики как новой межпредметной интегрированной дисциплины. Ведущими учёными России разработана концепция информатизации образования Достаточно упомянуть таких учёных как Я А Ваграменко, А Р Есаян, В Д Киселёв, А А Кузнецов, М П Лапчик, Н В Макарова, В М Монахов, Д А Поспелов, В А Трайнев, И Г Семакш-, Е.К Хеннер Монографии, учебники и пособия этих авторов являются эталоном и основой для дальнейшего развития методического аппарата и инструментария современной информатики
Большая организаторская работа была выполнена и рамках Международной академии информатизации образования по созданию концепции информатизации высшей и средней школы Проблемы информатизации образования с учетом достижений в области сетевых телекоммуникаций нашли отражение в трудах таких ученых, как Я А Ваграменко, В.Д. Киселёв, О А Козлов, В Н Лазарев и др
Среди известных концепций в области преподав.шия информатики в средней школе выделим объектно-информационную концепцию, разработанную коллективом ученых в составе С А Бешенков, Т А Бороненко, А А Кузнецов, Н В Макарова, Е К Хеннер Предложенная ими концепция школьного курса информатики базируется на идеях системного анализа, лежащих в основе формирования системного мышления обучаемых Обучение школьников строится на задачах из разных предметных областей, которые предполагают освоение необходимых для этого информационных технологий и программного инструментария компьютера
Указанный подход ориентирован на всестороннее развитие интеллектуальных и творческих способностей школьника, на формирование умений логически мыслить и анализировать, на целенаправленное исследование различных явлений и объектов Объектно-информационная концепция отводит информатике ведущую интегрирующую роль среди школьных предметов За счет рациошшьной организации межпредметных связей на уроках информатики появляется возможность закреплять и углублять знания, полученные по другим предметам.
Активными проводниками идей, заложенных в обьекгао-информационной концепции, в средней школе могут стать выпускники педагогических вузов по специальности «Информатика», которые получили глубокие профессиональные знания и навыки и всесторонне подготовлены к инновационным преобразованиям школы Ведущую роль в формировании системного мышления студентов принадлежит инфор-
матике, изучающей законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ Именно информатика позволяет аккумулировать теоретические и прикладные знания из разных предметных областей и применять их для изучения информационных процессов, лежащих в основе природных явлений, экономических и социальных процессов, сложных технических объектов
С позиций изложенной концепции информатика рассматривается как одна из фундаментальных отраслей научного знания, формирующая системно-информационный подход обучаемых к анализу окружающего мира В то же время известно, что системный анализ - это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой обеспечивается представление объекта в виде системы Особенно возрастает роль системного анализа на современном этапе, когда изучение и использование свойств системы становятся определяющими и решающими для успешной практической деятельности
Основы системного мышления будущих учителей информатики формируются в результате целенаправленной творческой деятельности при обучении в педагогическом вузе
В начале XXI века издан ряд фундаментальных работ по методике обучения информатике Отметим работы А Р Есаяна, С А Жданова, О А Козлова, А А Кузнецова, М П Лапчика, А В Смирнова Учебники и пособия этих авторов являются основой для проведения занятий по информатике, и к их методическому опыту мы неод-нократио обращаемся в нашем исследовании
Составной частью методики обучения информатике является решение информационно-вычислительных задач с использованием современных языков программирования Традиционная схема решения задач с применением ЭВМ имеет вид «постановка задачи — разработка алгоритма - программирование —решение на ЭВМ» Признавая значимость программирования в процессе решения задач по информатике, вместе с тем отметим определяющую роль в формировании умений творческой деятельности обучаемых постановки задачи и алгоритмизации Именно на этих этапах исследования в наибольшей степени активизируется творческая деятельность обучаемых, создаются предпосылки для углубления и систематизации знаний и интенсивного освоения методологии системного анализа
Смещение приоритетов в область постановки задач предполагает переход от набора стандартных вычислительных задач, объединенных общей темой, к системе специально подобранных творческих задач Система творческих задач характеризуется расшир гнием предметной области и многообразием моделей решения
Несмотря на наличие большого количества отечественных печатных изданий по информатике, в том числе хорошо структурированных и методически обоснованных сборников задач по программированию, вопросы постановки и решения творческих задач остаются открытыми Успешному решению творческих задач на основе накопленного индивидуального опыта препятствует возрастающий интерес как студентов, так и молодых преподавателей к Интернет-ресурсам и электронным источникам информации Как показывает практика, наиболее привлекательными и доступными для студентов являются сайты с хаотически подобранными задачами и, нередко, с неправильными или некорректными решениями Отсюда следует необходимость разработки научно-обоснованных методик, учебно-методических пособий и соответствующих интернет-проектов, в которых с позиций системного подхода будут отражены вопросы постановки и компьютерного решения творческих задач
Создание и реализацию методологии решения творческих задач в образовательном процессе педагогического вуза сегодня можно рассматривать как перспективное
направление развития творческого потенциала будущих учителей информатики Таким образом, проблема целенаправленного формирования умений творческой деятельности в процессе систематического решения творческих задач имеет важное прикладное значение для подготовки будущих учителей информатики и отвечает требованиям объектно-информационной концепции Тем самым обосновывается актуальность темы нашего исследования
Цель диссертационного исследования - теоретическое обоснование и экспериментальная проверка эффективности методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
Объект исследования - процесс профессиональной подготовки будущих учителей информатики в педагогическом вузе
Предмет исследования - методика формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
Основное направление теоретической и экспериментальной работы по теме нашего исследования определяет следующая гипотеза; уровень сформированности умений творческой деятельности будущих учителей информатики на этапе обучения в педагогическом вузе будет адекватным перспективным потребностям школы, если
• определить место умений творческой деятельности в структуре и содержании предметной подготовки будущих учителей информатики,
• процесс формирования умений творческой деятельности строить на основе личностно-деятельностного подхода в рамках непрерывного профессионального образования,
• содержание предметной подготовки будущих учителей информатики дополнить новыми компонентами, учитывающими задачи управления творческой деятельностью студентов,
• использовать как традиционные учебные дисциплины, так и специальные курсы (курс «Методы математического моделирования») стимулирующие применение полученных студентами знаний, умений, навыков и трансформирующие учебные умения в умения творческой деятельности,
• разработать и внедрить систему творческих задач, обеспечивающих формирование умений творческой деятельности будущих учителей информатики
Исходя из указанной цели и гипотезы исследования, были определены следующие основные задачи исследования
1) уточнить сущность понятия «умения творческой деятельности» будущих учителей информатики, обосновать дидактическую модель процесса формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики на этапе предметного обучения в педагогическом вузе,
2) разработать методику формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики,
3) выявить критерии оценки сформированности умений творческой деятельности будущих учителей информатики,
4) опытно-экспериментальным путем проверить >ффективность методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
Теоретико-методологическую основу исследования составили
• работы по вопросам проблемного обучения и интеллектуального развития (Т В Кудрявцев, И.Я Лернер, А М Матюшкин, М И Махмутов, Н А Менчинская, НФ Талызина),
• труды в области активизации творческой деятельности обучаемых (В Г Разумовский М Н Скаткин, Т И Шамова, Г И Щукина),
• работы, связанные с совершенствованием подготовки учителя информатики (С А Бешенков, С.Г Григорьев, АП Ершов, С А Жданов, В Г Житомирский, А А Кузнецов, Э И. Кузнецов, М П Лапчик, В Л Матросов, А В Могилёв, Е С По-лат, ИВ Роберт, Е К Хеннер),
• исследования по проблемам управления качеством образования (В И Загвя-зинский.АК Маркова, Г К Селевко),
• работы, направленные на информатизацию образования (Я.А Ваграменко, Н М Добровольский, А П Ершов, С А Жданов, В С Леднев, И В Роберт, АЛ Савельев, О К Филатов),
• работы, направленные на совершенствование профессиональной подготовки будущие учителей (В Л Матросов, А А Орлов, В А Сластенин, Н А Шайденко),
• труды, развивающие методологию и отдельные аспекты деятелыюстного подхода к проблемам профессионального обучения (АНЛеонтьев, ИПКалошина, Н Ф Талызина)
Дл1 проверки выдвинутой гипотезы и решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
1 Теоретические изучение и анализ философской, культурологической, психолого-педагогической литературы и математической литературы по проблеме исследования,
2 Эмпирические наблюдение, анкетирование, тестирование, педагогический эксперимент,
3 Статистические статистическая обработка, идентификация и прогнозирование результатов, полученных в процессе педагогического эксперимента
Баш опытно-экспериментальной работы Педагогический эксперимент проводился на факультете математики и информатики Тульского государственного педагогического университета (ТПТУ) им ЛН Толстого
В разработке научной задачи диссертации можно выделить три этапа.
1 Первый этап (2001-2002 гг) - диагностический - изучено состояние вопроса на основе анализа психолого-педагогической, методической, специальной литературы и выполненных ранее диссертационных работ по избранной проблеме, выявлены основные подходы к совершенствованию профессиональной подготовки будущих учителей информатики в аспектах формирования умений творческой деятельности при обучении в педагогическом вузе, определены объект и предмет исследования, сформулирована рабочая гипотеза, изучена сущность умений творческой деятельности будущих зрителей информатики
2 Второй этап (2002-2003 гг) - формирующий - разработана и реализована методика формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики; разработан учебно-методический комплекс курса «Методы математического моделирования» и выполнена оптимизация его основных компонентов, разработаны презентации и компьютерные программы, обеспечивающие практические и лабораторные занятия по курсу «Методы математического моделирования»
3 Третий этап (2003-2005 гг.) - обобщающий - выявлена динамика уровня сформированности умений творческой деятельности обучаемых на основе методики
формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики, обобщены результаты опытно-экспериментальной работы и проведена оценка эффективности методики, подведены итоги исследования и шполнены работы по оформлению текстовой и иллюстративной частей диссертации
Научная новизна исследования определяется следующими положениями
1 Уточнена сущность понятия «умения творческой деятельности будущих учителей информатики» на этапе профессионального обучения в педвузе,
2 Разработана дидактическая модель процесса ф армирования умений творческой деятельности; определены основные компоненты дидактической модели и выявлена их взаимосвязь,
3 Разработана методика формирования умений тнорческой деятельности, учитывающая принципы дифференцированного обучения в рамках деятельностного подхода к проблеме развития творческих способностей буд) щих учителей информатики
4 Выявлены кршерии оценки сформированости умений творческой деятельности на этапе обучения в педагогическом вузе
Теоретическая значимость исследования заключается в приращении знаний в области теории и методики предметного обучения информатике, включая уточнение понятий «умение», «творческая деятельность», «творческая задача», «умения творческой деятельности будущих учителей информатики», в классификации умений творческой деятельности будущих учителей информатики, в обосновании показателей сформированности умений творческой деятельности и показателей оценки решений творческих задач
Практическая значимость работы состоит в то«, что выводы и результаты диссертации могут быть использованы в учебном процессе высших учебных заведений, включены в программу дисциплин «Информатика > вузов и курса «Методы математического моделирования», а также использованы в системе переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров
Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечиваются общим методологическим подходом к разработке теоретической концепции исследования, корректным использованием комплекса апробированных методов, соответствующих предмету и задачам исследования, целенаправленной опытно-экспе-риментальной работой
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты исследования обсуждались на научных семинарах кафедры информатики и вычислительной техники, научно-практических и учебно-методических конференциях преподавателей и аспирантов ТГПУ им Л Н Толстого (2003-2006 гг ), на международной НПК «Современные проблемы преподавания математики и информатики», г Тула (2004 г), на 2-й и 3-й Всероссийской НПК, г Тула (2002 и 2005 гг ), на 11-й международной конференции по технологическому образованию школьников, г Брянск (2005 г.), на международной конференции «Инновационные процессы в образовании», г Кемерово), (2006 г), на III международной НПК «Проблемы экономики и информатизации образования», г. Тула (2006 г.)
Результаты научного исследования апробированы и использованы в ТГПУ им Л Н Толстого, в Тульском институте повышения квалификации и переподготовки работников образования, в МОУ лицей № 2 (г Тула).
По материалам научных исследований автором опубликовано 28 научных статей и тезисов докладов, в том числе 18 ргбот без соавторов.
На защиту выносятся следующие положения:
1 Умения творческой деятельности как одна из составляющих профессиональной подготовки будущих учителей информатики Умения творческой деятельности будущих учителей информатики следует рассматривать как сложное целостное образование из базовых профессиональных знаний и навыков, отражающее способности и готовность обучающегося к самостоятельному и целенаправленному выполнению операций по алгоритмизации и компьютерному решению творческих задач с помощью инструментальных средств информатики
2 Дидактические особенности и механизм формирования умений творческой деятельности студентов в процессе обучения информатике формально могут быть представлены в виде дидактической модели формирования умений творческой деятельности, которая раскрывает системный характер и отношения между компонентами процесса управления творческой деятельностью будущих учителей информатики
3 В основе методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики должен лежать «задачный подход», предполагающий систематическое решение взаимосвязанных творческих задач прикладного характера на заключительном этапе обучения в педагогическом вузе
С груктура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 172 наименований и приложения Объём диссертации без списка литературы и приложения составляет 166 страниц
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность проблемы, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель, гипотеза, поставленные задачи и методы их решения Выявляются новизна, теоретическая и практическая значимость диссертационного исследования Излагаются основные положения, выносимые на защиту, и иедения об апробации диссертации и научных публикациях
Первая глава - «Теоретические и методические основы формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики» посвящена анализу исследуемой проблемы в педагогической теории и практике и теоретическому обоснованию предлагаемого подхода
В данной главе рассмотрены понятия «умение», «творческая деятельность», «умения творческой деятельности будущих учителей информатики», «творческая задача». В нашей работе под творческой деятельностью будем понимать такую деятельность, которая обладает следующими признаками
• направлена на решение нестандартных (творческих) задач, для которых характерно отсутствие в предметной области (или лишь у субъекта) как способа решения задачи так и предметно-специфических знаний и умений, необходимых для его разработки и реализации,
• связана с созданием субъектом на осознаваемом или на неосознаваемом уровнях новых знаний в качестве ориентировочной основы для последующего поиска способа решения задачи,
• характеризуется наличием неопределённости (для субъекта) в отношении разработки новых знаний и на их основе способа решения задачи; неопределенность здесь обусловлена отсутствием каких-либо других знаний, строго детерминирующих указанную разработку
К творческим задачам будем относить группу нестандартных информационных задач, для которых у субъекта отсутствуют способ их решения и специфические методологические знания, на основе которых может быть синтезирован рациональный способ нахождения правильного решения
В нашей работе умения творческой деятельности будущих учителей информатики определены как сложное целостное образование из базовых профессиональных знаний и навыков, отражающее способности и гото вность обучающегося к самостоятельному и целенаправленному выполнению операций по алгоритмизации и компьютерному решению творческих задач с помощью инструментальных средств информатики В составе умений творческой деятельности будущих учителей информатики выделены три группы умений- аналитические, прогностические и исполнительские
Для систематизации полученных результатов на основе деятельностного подхода в исследовании нами предложена дидактическая модель процесса формирования умений творческой деятельности (рис 1), которая позволила выявить причинно-следственные связи между задачами профессиональной деятельности будущих учителей информатики и умениями творческой деятельности, которыми должны овладеть студенты педагогического вуза
Дидактическая модель процесса формирования умений творческой деятельности представлена совокупностью четырёх взаимосвязанных компонентов а) мотиваци-онного, б) когнитивного, в) деятельностного, г) оценочного
В составе мотивационного компонента выделены следующие элементы 1 - создание системы убеждений и установок, 2 - офоргдление профессиональной позиции на развитие творческих способностей (при изучении информатики), 3 - создание педагогических условий для реализации интеллектуального потенциала обучаемого, 4 - вовлечение студентов в активную учебную и практическую деятельность, 5 - создание условий для самоанализа и самооценки обучаемого; 6 - морально-психологическая поддержка активно-позитивной мотиВ|Щии у обучаемых
Когнитивный компонент содержит множество взаимосвязанных элементов. 1 - базовые знания по информатике и вычислительной технике, 2 - знания по методам моделирования систем и вычислительной математики, 3 - методологические знания, 4 - базовые дидактические знания о формах и методах обучения, 5 - специальные знания о природе научного творчества, об умениях творческой деятельности и о культуре интеллектуального труда В составе деятельностного компонента выделены 1 - плановая учебная деятельность, 2 - вне>,чебная научная деятельность, 3 - самостоятельная работа с литературой и ресурсами глобальной вычислительной сети, 4 - обучение в рамках курса «Методы математического моделирования», 5 - выполнение творческих проектов.
В составе оценочного компонента выделены' показатели сформированное™ умений творческой деятельности, показатели эффективности методики формирования умений творческой деятельности, результаты оценки эффективности методики, рекомендации по корректировке методики
Корректировка основных компонентов методики в процессе обучения обеспечивает её эффективность и гибкость в условиях реального образовательного процесса. При этом выделяем три важные составляющие А - поощрение (стимулирование) творческой деятельности обучаемых, В - корректировка компонентов методики с учётом уровня сформированное™ умений творческой деятельности, С - корректировка компонентов с учётом индивидуальных особенностей обучаемых
В дидактической модели нашли отражение существенные связи между компонентами методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики и другими элементами процесса обучения В частности, установлено, что активно-позитивная мотивация обучаемых существенно возрастает при получении положительных результатов в решении прикладных творческих задач на основе математического моделирования
Вторая глава «Методика формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики» раскрывает основные положения предлагаемого нами подхода к формированию умений творческой деятельности будущих учителей информатики
, В качестве методологической основы формирования умений творческой деятельности студентов педагогического вуза нами приняты деятельностный подход, теоретически обоснованный в работах АН Леонтьева, объектно-информационная концепция (Н В Макарова и др ), концепция управления творческой деятельностью на основе методологических знаний, разработанная И П Калошиной.
Основу методики формирования умений творческой деятельности составляют следующие компоненты 1) постановка целей обучения, 2) обоснование содержания, 3) выбор рациональных методов и средств обучения, 4) определение целей этапов обучения и конкретизация набора инструментальных средств, 5) разработка методических материалов и рекомендаций для аудиторных занятий, 6) разработка творческих заданий и рекомендаций для самостоятельной работы студентов, 7) оценка уровня сформированное™ умений творческой деятельности, 8) корректировка методики обучения
В соответствии с изложенными положениями методику можно встроить в структуру замкнутой системы управления процессом формирования умений творческой деятельности На рис 2 показана блок-схема такой системы управления
Предлагаемая методика формирования умений творческой деятельности дополняет существующую методику обучения информатике студентрв педагогического вуза в аспекте целенаправленного формирования умений творческой деятельности на основе систематического решения взаимосвязанных творческих задач с использованием инструментальных средств информатики Этим определяется специфика методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
Одним важнейших компонентов предлагаемой методики является обоснованный выбор рациональных методов и средств обучения Эта задача с учётом дидактических особенностей процесса формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики рассмотрена нами как задача дискретной оптимизации в сетевой постановке Выбор методов обучения осуществлялся с учетом специфики этапа обучения студентов в соответствии с векторным показателем эффективности 2 = (Р,К,(),С), где Р = [Ра] и /? = ] - надежность и качество обучения, 0 = К?„ ] -средние затраты вре-мени, С = [Су] - эквивалентные материальные затраты
В результате решения оптимизационной задачи из исходного набора методов: а) индуктивный (И), б) дедуктивный (Д), в) репродуктивный (Р), г) исследовательский (И), д) самостоятельное обучение (СО), е) самостоятельное обучение под руководством преподавателя (ПРП), - для каждого этапа обучения определены рациональные методы Полученные рекомендации учитывают стартовый уровень знаний и навыков обучаемых, их индивидуальные способности, установочные мотивации к обучению располагаемые информационные и временные ресурсы
Образовательная среда
в 3 ° а
8 | § я
ПРОБЛЕМА
формирования умений творческой деятельности БУИ
Задачи (этапы, уровни) формирования умений творческой деятельности
Методика формированияУТД
Моггиашпояный
4 2 3 4 5 6 —*г—
4--------
КоптлвныА
1 2 3 4 5
Диггельиосгный
1 2 3 4 5 ~7Г\
Умения творческой деятельности: АУ, ПУ, ИУ
Показатели сформированное™ умений творческой деятельности
Ир 1-8.1
Рисунок 1 - Дидактическая модель процесса формирования умений творческой деятельности обучаемых
Принимая во внимание значение математического моделирования как специфического вида человеческой интеллектуальной деятельности, который изучается информатикой, а также ведущую роль математического моделирования в познании окружающей действительности и в формировании системного мышления обучаемых, предлагается разработать и ввести в предметную подготовку будущих учителей информатики курс «Методы математического моделирования»
Рисунок 2 - Блок-схема системы управления формированием умений творческой деятельности (УТД)
Основная задача курса «Методы математического моделирования» заключается в обеспечении углубленного изучения тем «Системный анализ и основы алгоритмизации», «Модели динамических систем», «Игровые модели», «Метод статистических испытаний», «Модели в естественных и технических науках», «Анализ и интерпретация моделей» Освоение указанных тем на высоком качественном уровне способствует трансформации базовых знаний и умений, сформированных у студентов на этапе изучения учебной дисциплины «Компьютерное моделирование», в умения творческой деятельности Не менее значимой является и вспомогательная задача, которая состоит в повышении уровня информационной культуры и в подготовке будущего учителя информатики к инновационным преобразованиям школы при модернизации системы образования
Курс «Методы математического моделирования» предлагается построить по блочно-модульному принципу с поэтапным выполнением индивидуального творческого задания Задание формируется по вариантам для конкретной предметной области (экономика, экология, биология, техническая кибернетика). С переходом от одной темы к другой корректируются условия исследования при неизменной базовой модели объекта Базовая модель в интересах универсальности формального описания и компьютерного решения задаётся системой обыкновенных дифференциальных уравнений
Теоретическая часть курса выполняет несколько задач восстановление и углубление базовых знаний в области системного анализа и математического моделирования сложных систем и ознакомление обучаемых с принципами структуризации и формализации нестандартных информационных задач Практическая часть курса направлена на закрепление теоретического материала и развитие у обучаемых прогностических, аналитических и исполнительских умений в процессе алгоритмизации и компьютерного решения творческих задач прикладного характера
Нами были определены основные компоненты методического сопровождения процесса формирования умений творческой деятельности:
• тесты для оценки уровня остаточных знаний и навыков по базовым разделам информатики, критерии оценки уровня сформированности умений творческой деятельности,
• разноуровневые диагностические и творчески? задания, направленные на выявление уровня усвоения знаний по информатике и формирование умений творческой деятельности,
• тематика рефератов по курсу «Методы математического моделирования»,
• методика выявления и учёта когнитивных стилей обучаемых,
• интернет-ресурсы по информатике (в том числе информация о конференциях, фестивалях и олимпиадах по информатике, публикациях профессионально-педагогической и научно-математической направленности),
• информационно-развивающие (обучающие) системы, ориентированные на активный поиск информации и генерацию новых идеи, на формирование структурированной системы знаний и прикладных навыков
По каждой теме были разработаны дидактичес1лс схемы, мультимедийные презентации и конспекты лекций на типовых и эле»тронных носителях. В ходе проведения практических занятий студенты решали разноуровневые творческие задачи по всем темам курса с использованием унифицированных программных средств При этом широко использовались интернет-ресурсы по информатике
На заключительном этапе обучения использовались творческие проекты, которые, не нарушая целостности педагогического процесса, позволяли ускорить процесс формирования умений творческой деятельности На выбор студентам предлагались следующие виды творческих проектов теоретические, методические, практические По каждому направлению нами разработаны тематика творческих проектов и рекомендации по их выполнению
В нашей работе предложена система творческих задач, которая обеспечивает формирование умений творческой деятельности будущих учителей информатики Как известно, любая система должна удовлетворять требованиям целостности, непротиворечивости, целенаправленности На примере разработанных нами двух творческих задач (ТЗ), связанных с исследованием эофекгивности информационной системы, покажем их преемственность, взаимосвязь и прикладное значение
Пусть заданы архитектура и характеристики корпоративной вычислительной сети (КВС), основные функция которой заключаются в обработке больших массивов экономической информации конфиденциального характера Необходимо на основе моделирования количественно оценить эффективность работы КВС для двух важных случаев
В первой творческой задаче (ТЗ-1) рассматривается работа КВС в условиях пассивных помех Вероятностную модель КВС строят на основе Марковских процессов с конечным числом состояний 5,, г = 1,и и непрерывным временем I перехода Исходная информация о КВС в виде содержательного описания и статистические данные о возмущениях являются основой ддч обоснования размеченного графа состояний В соответствии с известной методикой составляются уравнения Колмогорова, определяющие эволюцию состояний системы В итоге формируется система линейных дифференциальных уравнений п -го порядка в нормальной форме Коши Для решения системы уравнений используется известный метод численного интегрирования с фиксированным шагом Результаты решения задачи пред-
ставляюгся в виде таблицы и графиков, отражающих изменение вероятностей состояний системы с течением времени. На основе полученных данных проводится анализ особенностей функционирования системы в условиях возмущений, оцениваются предельные вероятности состояний и определяются «слабые» звенья, ограничивающие информационную производительность КВС
Вариативность и творческий характер задачи заключаются: в выделении функциональных состояний системы , в построении графа состояний, в определении иитенсивностей переходов, в обосновании начальных условий, процедур численного интегрирования и средств визуализации результатов
Вторая творческая задача (ТЗ-2) заключается в исследовании эффективности КВС при действии активных помех, обусловленных наличием информационных атак со стороны конкурирующих фирм. Предполагается, что организованное противодействие работе КВС, интегрированной в глобальную вычислительную сеть, оказывает некоторый «злоумышленник» Объектами вероятных информационных атак злоумышленника являются- средства программного обеспечения, база данных и подсистема информационной защиты КВС
Учитывая высокую степень неопределенности условий и многоканальностью информационного противоборства КВС и злоумышленника, для построения математической модели конфликтной ситуации используется метод динамики средних. В соответствии с рекомендациями известного метода формальная модель динамической системы «КВС - злоумышленник» представляется в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши. В качестве переменных дифференциальных уравнений используются численности состояний. Для решения системы уравнений применяется один из известных методов численного интегрирования с фиксированным шагом.
Результаты решения задачи, представляющие собой численности состояния системы в функции от времени, отражаются в табличной или 1рафической форме Принципиальным элементом при компьютерной реализации модели является момент выхода из цикла моделирования при выполнении заданных граничных условий По полученным данным на момент окончания информационного противоборства I * вычисляются относительные показатели ущерба для всех численностей состояний Эти показатели позволяют судить об эффективности подсистемы защиты информации КВС и, одновременно, об эффективности информационных атак злоумышленника.
Вариативность и творческий характер второй задачи находят отражение в следующих элементах: в построении операционной схемы информационного противоборства; в обосновании иитенсивностей атак (контратак) и вероятностей поражения единиц средств КВС и злоумышленника, в обосновании начальных условий, в разработке механизма проверки условий выхода из цикла моделирования; в выборе средств графического отображения результатов моделирования.
Рассмотренные информационные задачи ТЗ-1 и ТЗ-2 отвечают установленным признакам творческих задач Для первой и второй задач в качестве объекта исследования выступает КВС - автоматизированная система обработки данных. Предмет исследования связан с постановкой задачи и обусловлен количественной оценкой эффективности системы для различных условий работы Здесь соответственно учитываются факторы пассивного и активного информационного противодействия Иными словами, изучение одного и того же объекта осуществляется в ТЗ-1 и ТЗ-2 на основе разных математических схем с учетом уровня неопределенности относи-
тельно условий работы КВС Методики формирования моделей рассмотренных задач имеют принципиальное различие Однако ди([)ференциальная форма представления моделей позволяет использовать единый алгоритм численного интегрирования и стандартные процедуры программного обеспечения ЭВМ
Для формализации творческих задач используются теория и рекомендации, которые изучаются по темам «Модели динамических систем» и «Игровые модели» в составе предложенного курса Последовательное решение студентами системы задач «ТЗ-1-ТЗ-2» позволяет существенно расширил, их знания об объекте исследования - КВС, а также сделать существенный шаг е, развитии аналитических, исполнительских и прогностических умений творческой деятельности
Для оценки эффективности методики формирования умений творческой деятельности использовался комплекс показателей, отражающих мотивационный компонент (наличие установки на овладение умениями творческой деятельности, понимание необходимости формирование умений творческой деятельности в деятельности учителя, наличие высокой мотивации профессиональной деятельности), когнитивный компонент (степень усвоения знаний, полнота и устойчивость, глубина и прочность знаний по информатике), деятельностный компонент (освоенность умений творческой деятельности, оперирование ими), оценочный компонент (сформированность адекватной самооценки и самоанализа результатов творческой деятельности) Полученные рекомендации используются при переходе к очередному этапу обучения для настройки первых трёх компонентов с учётом накопленного опыта и индивидуальных особенностей обучаемых
В третьей главе «Опытно-экспериментальная работа по проверке эффективности методики формирования умений творческой деятельности» представлены результаты педагогического эксперимента, направленного на оценку уровня сформированное™ умений творческой деятельности и оценку эффективности методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики Опытно-экспериментальная работа проводилась на базе ТГПУ им ЛН Толстого При разработке программы эксперимента были учтены выявленные ранее особенности формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики В эксперименте приняли участие студенты факультета математики и информатики (4 и 5 курсы) в количестве 167 человек
Основная задача констатирующего эксперимента заключалась в анализе уровня сформированности умений творческой деятельности обучаемых на начальном этапе эксперимента Уровень сформированности на констатирующем этапе изучался в мотивационном (осознание необходимости и важности развития творческого потенциала личности), когнитивном (наличие теоретических знаний по информатике), деятелыюстном (освоенность практических действий) и оценочном (самооценка качества выполняемых действий) компонентах В процессе бесед и интервью с выпускниками факультета математики и информатики установлено, что более 50 % обучающихся осознают необходимость формирования умений творческой деятельности, но лишь 42,5 % из них считают, что этой работой надо заниматься целенаправленно и систематически, остальные же считают, что умения (в том числе и творческие) развиваются самостоятельно в процессе обучения
Для определения уровня знаний по информатике студентам были предложены тесты Обработка тестов происходила следующим оэразом Каждый правильный ответ теста оценивался в 1 балл Оценки за отдельные задания обобщались с помощью расчета коэффициента усвоения учебного материала, представляющего
собой среднее арифметическое значение анкетных оценок Численное значение коэффициента свидетельствует об уровне усвоения знаний У большинства участников тестирования значение коэффициента х соответствовало II (среднему) уровню усвоения знаний по информатике, а его значение колебалось от 1,29 до 1,37 балла
Таким образом, данные, полученные в ходе тестирования, свидетельствуют о среднем уровне сформированности базовых знаний по информатике
Для выявления уровня сформированности у выпускников вуза уровня владения умениями творческой деятельности были предложены специальные прикладные задачи, решение которых предусматривало обращение к вопросам творчества Оценивание проводилось по четырем критериям, алгоритмичность действий, полнота выполнения заданий, многовариантность и нестандартность решения. Формирующий эксперимент продолжался в течение трех лет с 2003 по 2005 год Обучение по программе эксперимента проводилось в контрольной и экспериментальной группах При этом обучение контрольной и экспериментальной групп осуществлялось в рамках существующего учебного плана Экспериментальное обучение проходило в четыре этапа на основе разработанной нами методики, встроенной в учебный проиесс университета
На всех этапах обучения вводились следующие факторы психолого-педагогический (формирование мотива, осознание важности работы по формированию умений творческой деятельности), организационно-педагогический (аудиторные занятия, исследовательская деятельность, творческие проекты) и методический (курс «Методы математического моделирования», методы, активизирующие познавательную деятельность - обучение по алгоритму, анализ конкретных ситуаций, решение проблемных задач, система творческих заданий)
На первых трйх этапах со студентами экспериментальной группы были проведены лекционные и практические занятия по курсу «Методы математического моделирования» Курс рассчитан на 80 учебных часов и завершился выполнением творческого проекта и зачетом
По окончании каждого этапа опытно-экспериментальной работы проводились контрольные срезы, позволяющие определить динамику приращения показателей сформированности умений творческой деятельности будущих учителей информатики (в мотивационном, когнитивном, деятельностном и оценочном компонентах) (рис 3-61
Существенный рост мотивации в экспериментальной группе выявлен на первом и четвертом этапе формирования умений творческой деятельности будущих учителе? информатики Это объясняется тем, что на первом этапе вводился психолого-педагогический фактор формирования умений творческой деятельности К четвертому этапу обучения у студентов экспериментальной группы была достигнута относительно высокая мотивация по формированию умений творческой деятельности У студентов контрольной группы динамика мотивации по формированию умений творческой деятельности оказалась ниже
Заметное приращение знаний в экспериментальной группе наблюдалось на первом и четвертом этапе формирования умений творческой деятельности Это объясняется тем, что на первом этапе в экспериментальной группе проводились лекции по методам математического моделирования, а на третьем и четвертом этапах осуществляются творческие проекты и исследовательская деятельность. Задания для них подбирались таким образом, чтобы имеющихся знаний было недостаточно, и поэтому студенты экспериментальной группы самостоятельно изучали дополнительную специальную литературу Кроме того, отметим, что для первого и
последнего этапов у студентов имела место высокая мотивация
У студентов контрольной группы динамика знаний на первых трех этапах незначительная, а на последнем этапе даже снижается Результат можно объяснить традиционным подходом к обучению, в котором недостаточно элементов, стимулирующих углубление теоретических знаний Существенный рост уровня сформи-рованности умений творческой деятельности в экспериментальной группе наблюдается на последних двух этапах Это объясняется тем, что на этих этапах в экспериментальной группе при высоком уровне мотивации и наличии базисных знаний начинает активно работать дидактический фактор У студентов контрольной группы динамика формирования умений творческой деятельности меняется незначительно
^ Экспериментальная
группа А Контрольна» группа
Рисунок 3 -Развитие мотивации к формированию умеяий творческой деятельности
О Экспериментальная
группа ^ Контрольная группа
Рисунок 4 - Изменение уровня знаний в процессе формирующего эксперимента.
•I-1-1- ---
^ Экспериментальная
группа А Контрольная группа
Рисунок 5 - Динамика формирования у студентов умений творческой деятельности в процессе экспериментальной работы
О Экспериментальная
группа А Контрольная группа
ко к1 к2 кз к4
Рисунок 6 - Динамика коэффициента овладения оце ючным компонентом
Результаты контрольных срезов свидетельствуют о том, что студенты, обучавшиеся по экспериментальной программе, которая предусматривала поэтапное включение в учебный процесс экспериментальных факторов, значительно опережают испытуемых из контрольных групп в уровне сформированности умений творческой деятельности по всем показателям - на мотивационном, когнитивном, деятельностном и оценочном уровнях
Таким образом, анализ результатов педагогического эксперимента позволил выявить значение и характер влияния каждого из предложенных экспериментальных факторов на процесс формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
В заключении сформулированы основные теоретические положения и практические результаты диссертации
В приложении представлены основные компоненты учебно-методического комплекса по курсу «Методы математического моделирования»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе решена научная задача расширения возможностей методики обучения информатике студентов педагогического вуза на основе включения в её состав дополнительных компонентов, обеспечивающих управление процессом формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики
К изучению умений как компонента сложной дидактической системы следует подходить с позиций деятельностного подхода Будущий учитель информатики, овладевший умениями творческой деятельности, способен успешно переносить профессиональные знания в новую предметную область или адаптировать их с учетом изменившихся условий учебного процесса Расширение содержания школьной информатики определило необходимость введения понятия «умения творческой деятельности будущего учителя информатики», которое рассматривается нами как сложное целостное образование из базовых профессиональных знаний и навыков, отражающее способности обучающегося к самостоятельному и целенаправленному выполнению алгоритмизации и компьютерного решения творческих задач с помощью инструментальных средств информатики
В основе методики формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики должен лежать «заданный подход», который обеспечивает развитие системного мышления обучаемых с помощью решения комплекса взаимосвязанных творческих (информационных) задач прикладного характера на заключительном этапе обучения в педагогическом вузе
Предложенная нами методика формирования умений творческой деятельности будущих учителей информатики дополняет существующую методику обучения информатике студентов педагогического вуза в аспекте целенаправленного формирования умений творческой деятельности Для передачи студентам общих методологических знаний по основам системного анализа и формализации творческих задач предлагается ввести в учебный план университета инновационный курс «Методы математического моделирования», позволяющий систематизировать и углубить знания и развить умения студентов в области математического моделирования сложных систем
В интересах осуществления управления формированием умений творческой деятельности студентов по замкнутому циклу в процесс обучения информатике предлагается ввести дополнительную обратную связь по степени сформированно-
ста соответствующих умений Для реализации обратной связи на различных этапах обучения предложен комплекс критериев оценки сфориированности умений творческой деятельности
Результаты опытно-экспериментальной работы подтвердили достоверность принятой гипотезы и позволили уточнить психолого-педагогические условия, при которых предложенная система творческих задач будет интегрирована в учебный процесс педагогического вуза В частности, установлено, что создание благоприятной образовательной среды при освоении инновационного курса позволит повысить интенсивность формирования когнитивных умений за счёт усиления активно-позитивной мотивации обучаемых, а использование метода творческих проектов -ускорить формирование аналитических и прогностических умений студентов в области компьютерного моделирования
Перспективы дальнейшей исследовательской ргйоты по теме диссертации мы связываем с решением следующих задач совершенствование содержания курса «Методы математического моделирования» с учётом уровня базовых знаний и навыков студентов в области информатики, создание распределенной компьютерной обучающей системы, разработка системы тестов для текущего контроля знаний и комплексной оценки уровня сформированное™ умений творческой деятельности
Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в следующих публикациях.
1. Смирнова Е.Е. Дидактическая модель процесса формирования умений творческой деятельности учителя информатики // Нестник университета (государственный университет управления).- Москва: ГУУ.- 2006.-№ 9 (25).-С.151-157.-0,4 п.л.
2 Добровольский H M Расчет кулоновских и об менных интегралов методом оптимальных коэффициентов / H M Добровольский, Ю Ф. Головнев, Е.Е. Надеждина (Смирнова)// Известия Тульского госуд ун-та Сер Математика Механика Информатика Том 8. Выпуск 1. Математика - Тула Изд-во Тульского госуд. ун-та, 2002 - С.29-40 -0,6пл (авг вкл 30%)
3 Надеждина (Смирнова) Е.Е. Сетевая модель задачи оптимизации процесса обучения /ЕЕ Надеждина // Современные проблемы преподавания математики и информатики Материалы научно-метод конференции В 3-х частях Часть II -Тула- Изд-во Тульского гос пед ун-та им Л H Толстого, 2004 - С 55-60 - 0,3 п л
4 Надеждина (Смирнова) Е.Е. Классификация обучаемых на основе анализа индивидуальных особенностей /ЕЕ Надеждина // Научно-технический сборник -Тула. Изд-во Тульского АИИ, 2004 -№21 - С 193-194 - 0,1 п л
5 Смирнова Е.Е. Принципы дифференцированного обучения и методика формирования индивидуального творческого опыта / Е Е Смирнова// 14-е Всероссийские студенческие чтения «XXI век Гуманитарные и социально-экономические науки» Тезисы выступлений 20-21 апреля 2005 г. - Тула Тульский госуд ун-т, 2005-С 76-77 - 0,05 п л
6 Смирнова Е.Е. Экспериментальная проверка психолого-педагогических условий формирования умений творческой деятельности/ Е Е Смирнова// Научно-технический сборник -2005 -№22 -Тула Изд-во Тульского АИИ - С 230-233 -0,2 п л
7. Надеждина Н.А. Дифференцированный подход к развитию творческих способностей учащихся при изучении курса математики /НА Надеждина, Е.Е. Смир-нова/Яульский артил инж ин-т- Тула, 2005 - 14 с - Библиогр с 13-14.- Деп в ВИНИТИ 3 10 2005 г, №1266-В2005 -Указатель №2 -2005 - 0,8 п л (авт вкл 50%)
8 Заёнчик В М Формирование умений творческой деятельности будущих учителей информатики/ В М Заёнчик, Е.Е.Смнрнова//Инновационные процессы в образовании Международная конференция (2006 г, Кемерово) Сб статей -Кемерово ГОУ ВПО «Кемеровский госуниверситет», 2006 - С 208-212 - 0,3 п л (авт вкл, 50%)
9 Заёнчик В М Показатели эффективности применения информационных технологий дня формирования умений творческой деятельности/ В М Заёнчик, Е.Е. Смирнова //Сборник докладов 11 -й Международной конференции по технологическому образованию школьников - Брянск Брянский государственный университет, 2005 - С 244-246 - 0,15 п л (авт вкл 50%)
10 Смирнова Е.Е., Смирнов Ю А Сетевая модель процесса обучения в вузе на основе использования формализма теории нечётких множеств /Тульский артил инж ин-т.- Тула, 2005 - 21 с - Библиогр : с 20-21 - Деп в ВИНИТИ 3 10 2005 г, № 1267-В2005 -Указатель №2 -2005 - 1,0пл (авт вкл 70%)
11 Смирнова Е.Е. Проблема формирования умений творческой деятельности учителя информатики /ЕЕ Смирнова //15-е Всероссийские студенческие чтения «XXI век Гуманитарные и социально-экономические науки» Тезисы выступлений 20-21 апреля 2006 г - Тула Тульский госуд ун-т, 2006 -С 164-166 - 0,15 п л
12 Смирнова Е.Е. Методика формирования умений творческой деятельности учителя информатики/Е.Е Смирнова// Проблемы экономики и информатизации образования Материалы III международной научно-практической конференции Тула, 27-28 апреля 2006 г - Тула, ТИЭИ, 2006 - С 176-182 - 0,3 п л
13 Смирнова Е.Е. Формирование интеллектуальных умений специалиста в области инвестиционного менеджмента /Международная очно-заочная научно-практическая конференция «Молодёжь в социально-гуманитарных науках» Тезисы докладов - Тула' Изд-во Тульского государственного ун-та, 2006 - С 180-181 -0,1 п л
14 Смирнова Е.Е. Задача оптимизации методики обучения на примере специализированного учебного курса / Тульский артил инж ин-т - Тула, 2007 - 13 с 5 ил - Библиогр с 11 - Деп в ВИНИТИ 15 01 2007 г, № 34 -В2007 - Указатель №1 -2007 - 0,65 п л
Подл к печ 29 03 2007 Объем 1.25 п л Заказ № 60 Тир 100 экз
Типография Mill У
Содержание диссертации автор научной статьи: кандидат педагогических наук , Смирнова, Елена Евгеньевна, 2007 год
Введение.
1. Теоретичес
