Электронное учебное пособие как средство повышения эффективности обучения дискретной математике Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

УДК 378+519.1

Прусова Наталия Александровна

Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского

e-mail: [email protected]

ЭЛЕКТРОННОЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ

В статье обосновывается актуальность использования информационных технологий и степень разработанности проблемы в научных исследованиях. Рассмотрены принципы педагогической целесообразности применения информационных технологий в процессе обучения. Выделены три направления использования информационных технологий в образовании, каждое направление реализовано в процессе обучения дискретной математике в военном вузе. Особое внимание уделяется таким информационным технологиям как демонстрации, тесты, интерактивная доска и электронное учебное пособие. В работе рассмотрены и адаптированы требования для создания указанных информационных технологий. На основании этих требований автором разработаны тесты для рубежного контроля и электронное учебное пособие «Дискретная математика». Приведена структура учебного пособия. В статье отражены положительные результаты использования информационных технологий в учебном процессе.

Ключевые слова: информационные технологии, тест, электронное учебное пособие, дискретная математика.

Современный военный специалист немыслим без активного владения методами и средствами информатики и такой специалист не может быть подготовлен без систематического использования информационных технологий в учебном процессе.

«Под средствами информационных технологий понимаются программно-аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современные средства и системы информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации» [5].

Вопросам использования информационных технологий в среднем и высшем образовании посвящены работы таких ученых, как Н.С. Аниси-мова, С.А. Бешенков, О.В. Виштак, С.Г. Григорьев, С.А. Жданов, С.В. Зенкина, О.В. Зимина,

A.Ю. Кравцова, А.А. Кузнецов, С.И. Макаров,

B.Л. Матросов, Е.И. Машбиц, И.В. Роберт, В.А. Трайнёв и др. В исследованиях показана эффективность применения информационных технологий в организации самостоятельной работы учащихся, в обеспечение дифференциации обучения и повышении его качества.

Проблеме компьютеризации математических курсов посвящены работы Е.Ю. Жоховой, Р.А. Майера, В.Р. Майера, Д.В. Майера и др. В этих работах рассмотрены вопросы применения компьютерных технологий в курсах алгебры и геометрии.

Использование математических пакетов в процессе преподавания теории вероятностей и математической статистики посвящены работы А.М. Андронова, А.В. Ванюрина, Л.Я. Гринглаз, Е.А. Копытова, А.А. Макарова, С.А. Самсоновой, М.А. Суворовой, Ю.Н. Тюрина.

Значительно меньше исследований, посвященных проблеме использования информационных технологий в курсе дискретной математики. Так А.С. Алфимова в своей работе исследовала аспек-

ты использования информационных технологий в рамках элективного курса дискретной математики в школе. В результате этого исследования автором создано электронное учебное пособие «Элементы дискретной математики» для школьников и разработана методика преподавания элективного курса «Элементы дискретной математики» с применением созданного электронного учебного пособия, экспериментально проверена её эффективность.

М.Е. Иванюк в своей работе рассматривает возможность использования систем компьютерной математики для актуализации межпредметных связей математических дисциплин на примере курса дискретной математики специальности «Информатика» педагогического вуза. При этом практически отсутствует методика использования совокупности различных информационных технологий при обучении дискретной математике курсантов военного вуза.

В основу выбора соответствующих информационных технологий взяты разработанные И.Е. Вострокнуровым [2] принципы педагогической целесообразности применения информационных технологий, которые видоизменены и адаптированы для обучения дискретной математике в военном вузе:

1) применение информационных технологий должно обеспечивать достижение учебных целей и задач дисциплины и органично вписываться в процесс обучения;

2) применение информационных технологий должно обеспечивать интенсификацию обучения;

3) разному содержанию должны соответствовать разные информационные технологии, используемые в обучении;

4) информационные технологии, используемые в обучении, должны соответствовать требованиям информационной безопасности военного вуза.

Целью использования информационных технологий в обучении дискретной математике является усиление интеллектуальных возможностей кур-

© Прусова Н.А., 2016

Педагогика. Психология. Социальная работа. Ювенология. Социокинетика М- № 1

171

сантов, а также индивидуализация, интенсификация процесса обучения, повышение его качества, усиление учебной и формирование профессиональной мотивации курсантов.

И.В. Роберт определила целесообразность применения информационных технологий их использованием в качестве средства визуализации учебной информации, средства формализации знаний о предметном мире, инструмента измерения, отображения и воздействия на предметный мир [5].

В результате вышесказанного нами было выделено три направления использования информационных технологий в обучении дискретной математике курсантов военного вуза:

1) в качестве совершенствования процесса преподавания, повышающего его эффективность и качество. При этом обеспечивается реализация возможностей программно-методического обеспечения современных ПЭВМ в целях сообщения знаний, моделирования учебных ситуаций, осуществления тренировки, обеспечения наглядности и интерактивности обучения и использование объектно-ориентированных программных средств или систем (например, системы подготовки текстов, электронных таблиц) в целях формирования культуры учебной деятельности;

2) в качестве средства автоматизации процессов контроля, коррекции результатов учебной деятельности;

3) в качестве средства информационно-методического обеспечения и управления учебным процессом.

Первое направление реализуется на различных этапах обучения дискретной математике, это может быть использование мультимедийных презентаций (MS Power Point), электронных таблиц (MS Exsel), а также интерактивной доски.

Мультимедийные презентации реализуют принцип наглядности обучения. MS PowerPoint -это одно из самых популярных программных средств, используемых в обучении. Оно обладает рядом достоинств, таких как простота, доступность, функциональность. «Под понятием мультимедиа понимается взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного программного обеспечения с использованием современных технических и программных средств, они объединяют текст, звук, графику, фото, видео в одном цифровом представлении» [3].

Мультимедийные презентации активно используются на лекционных и практических занятиях по дискретной математике. Каждая презентация содержит тему и цель занятия, контрольные вопросы, основные формулы необходимые для решения задач, схемы, рисунки, демонстрацию последовательности действий алгоритма или решения задач. Использование мультимедийных презентаций на лекционных и практических занятиях компенсиру-

ет наглядность, обеспечивает интерактивность обучения, способствует повышению мотивации.

Поскольку в дискретной математике содержится большое количество графического материала, целесообразно использование интерактивной доски. Интерактивная доска выполняет не только функции проектора (показ презентаций, текстов, видео или аудио), но и дает ряд дополнительных возможностей. Она позволяет обогащать математический язык не только цифрами и формулами, но и таблицами, графиками, иллюстрациями, ани-мированными моделями. Это особенно актуально при изучении темы «Теория графов». Есть возможность использовать готовые графы или нарисовать их во время занятия. Панель инструментов интерактивной доски позволяет выделять текст, дополнить рисунок, подчеркивать не только в слайдовых презентациях, но и в готовых электронных пособиях. Использование интерактивной доски позволяет легко переходить от режима демонстрации к режиму записей на доске, сохраняя при этом и тот и другой материал. Имеется возможность сохранять и распечатывать изображения на доске, включая любые записи, сделанные во время занятия, а также сохранять в памяти индивидуальную работу курсантов для последующей проверки или анализа.

Программное обеспечение интерактивной доски позволяет вовлечь всех учащихся в активную работу. Совместное использование единого гиперпространства обеспечивает возможность творческого сотрудничества преподавателя и курсанта при обучении практическим навыкам. Важное место при этом отводится возможности обмена информацией между курсантами в контексте изучаемого курса. Отмечается значительный рост эффективности обучения, когда курсант в процессе получения знаний, взаимодействует с другими курсантами, которые в свою очередь взаимодействует с определённым материалом курса.

Второе направление - использование в обучении дискретной математике тестирующей программы. Различные формы контроля с помощью специальных программ, которые позволяют сразу видеть результат - это одно из основных преимуществ информационных технологий.

«Тест - это инструмент, состоящий из статистически выверенной системы заданий, стандартизированной процедуры проведения и заранее спроектированной технологии обработки и анализа результатов, предназначенных для измерения качеств и свойств личности, изменение которых возможно в результате систематического обучения» [4].

Тестовые формы контроля знаний являются одним из наиболее перспективных средств повышения эффективности процесса обучения в вузе. К достоинствам тестов относятся объективность,

172

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова «¿j- 2016, Том 22

независимость, оперативность контроля большого количества курсантов и наиболее полный охват тестовыми заданиями изученного курса. Тесты удобно использовать при организации самостоятельной работы учащихся в режиме самоконтроля, при повторении учебного материала, а также в качестве рубежного контроля по теме. Введение тестового контроля существенно повышает учебную и профессиональную мотивацию обучения.

Тесты должны удовлетворять определенным требованиям, так как случайно подобранный набор заданий нельзя назвать тестом. Основными требованиями, которые предъявляют к контролирующим заданиям компьютерного тестирования, являются следующие:

- Валидность - это адекватность. Различают содержательную валидность (соответствие теста содержанию контролируемого учебного материала) и функциональную валидность (соответствие теста оцениваемому уровню деятельности).

- Определенность - однозначное понимания курсантами того, что они должны выполнить.

- Однозначность - единство правил оценки ответов в рамках принятой формы.

- Доступность - понятный язык изложения. Тестовое задание должно иметь ясный смысл, исключающий какие-либо другие толкования или интерпретации.

- Надежность - вероятность правильного измерения величины. Требование надежности заключается в обеспечении устойчивости результатов многократного тестирования одного и того же испытуемого. Надежность теста или блока тестов растет с увеличением количества осуществляемых операций. Правила оценки выполнения задания определяются заранее и абсолютно одинаково должны применяться ко всем курсантам [4].

В соответствии с этими требованиями в курсе дискретной математики были разработаны тесты с помощью программы MyTest X. Данная программа позволяет создавать тесты с разными типами заданий. Имеется возможность настраивать процесс тестирования: порядок заданий и вариантов, ограничение времени, шкалу оценивания. При невозможности провести компьютерное тестирование из электронного теста можно быстро сформировать и распечатать «бумажный» тест.

Нами были разработаны тесты по каждой теме дискретной математики. Тест состоит из десяти вопросов, указано время на выполнение, четко определены правила и критерия оценивания. Все вопросы разбиты по разделам темы, при каждом запуске программы вопросы выбираются случайным образом из каждого раздела. Тесты систематизируют, обобщают учебный материал, проверяют сформированные знания и умения. Такие тесты целесообразно проводить в рамках рубежного контроля по теме.

Третье направление подразумевает использование или разработку электронного учебного пособия.

«Электронное учебное пособие» - электронное издание, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник или учебное пособие, которое не может быть сведено к бумажному варианту без потери дидактических свойств» [1].

Пособие предназначено для наглядной демонстрации объяснения нового материала, закрепления пройденного, обобщения и систематизации знаний. В структуре каждого такого пособия имеется теоретический материал, примеры решения задач. Так, например, это может быть готовое электронное учебное пособие, такие как электронные учебники «Дискретная математика» [6] и «Основы теории графов» [7].

В военном вузе существует ряд ограничений: в связи с секретностью отсутствует глобальная сеть интернет, соответственно нет доступа к библиотекам, справочной информации, электронным учебным пособиям, отсутствует возможность использования виртуальных образовательных сред, таких как Moodk и др. В результате ограничений нами были определены требования, которым должно удовлетворять электронное учебное пособие по дискретной математике в военном вузе:

- простота и доступность в использовании курсантами, в том числе и самостоятельно без помощи преподавателя;

- обеспечение необходимых возможностей представления информации в виде математических формул, графики, создания интерактивных элементов, организации контроля знаний учащихся;

- стандартность, свободная распространяемость, отсутствие необходимости технической поддержки третьими лицами;

- отсутствия необходимости использования глобальной сети интернет.

Исходя из этих требований, на основе языка HTML разработано электронное учебное пособие для работы в локальной сети. Материал электронного учебного пособия разбит на 4 блока: теоретический, практический, демонстрационный, справочный. Каждый блок включает в себя несколько разделов (рис. 1).

На странице Учебник предложен теоретический материал по всем темам дискретной математики с примерами решения задач. Материал разбит в соответствии с тематическим планом дисциплины.

Задачник включает в себя комплекс задач по всем темам дискретной математики, имеются задачи для самостоятельного решения и задачи повышенной сложности.

На странице Демонстрации также предложен теоретический материал по каждой лекции дискретной математики, оформленный в виде демонстрационной программы, рассмотрены основные

Педагогика. Психология. Социальная работа. Ювенология. Социокинетика М- № 1

173

х

1С

о

о с

U

0

1

(С

0

1

г о о,

5

Теоретический блок

Учебник

Тема 1

Тема 5

Исторические сведения Практические приложения

Практический блок

Задачник

\

Задачи к теме 1 Задачи к теме 5

Дополнительные задачи

Демонстрационный блок

Демонстрации

Планирован!! е

Демонстрация к теме 1 Демонстрация к теме 5

Справочный блок

Проектная работа

Рекомендации Примеры

Литература.

Рисунок 1. Структура электронного учебного пособия

определения, теоремы и формулы каждой темы, пошагово разобрано решение задач. Данный раздел предназначен для самостоятельного работы курсанта, в случае отработки пропущенного занятия или консультации перед практическим занятием.

На странице Проекты выложен текущий список тем для военно-научной работы курсантов по данной дисциплине, а также ссылки на уже готовые проекты. Также указаны правило оформления проектов и критерии отбора работ на научные конференции и конкурсы.

На странице Планирование выложен тематический план дискретной математики, план проведение самостоятельных работ и контролирующих тестов, список вопросов и задач для подготовки к экзамену.

На странице Литература размещен перечень учебной литературы.

Данное пособие может быть использовано на занятие в качестве информационно-поискового, справочного или в качестве задачника. Курсанты имеют возможность работать с электронным учебным пособием как самостоятельно в группе, так и индивидуально. Такая работа особенно актуальна для тех курсантов, которые желают отработать пропущенные темы, подготовиться к занятию, повторить необходимый учебный материал. Электронное учебное пособие «Дискретная математика» обеспечивает не только освоение базовых понятий и конструкций дискретной математики, но и способствует усилению самостоятельности, формированию и развитию профессиональной мотивации, контролю и самоконтролю учебной деятельности.

Использование информационных технологий на лекционных и практических занятиях по дискретной математике позволяет достигать учебные цели с наименьшими затратами сил и времени,

организовывать благоприятные условия для самостоятельной работы, контролировать и корректировать уровень знаний и качество самостоятельной работы курсантов, повышать мотивацию курсантов.

Библиографический список

1. Алфимова А.С. Методика преподавания элективного курса «Элементы дискретной математики» с использованием информационно-коммуникационных технологий для учащихся естественно-математического профиля обучения: дис. ... канд. пед. наук. - Махачкала, 2009. - 158 с.

2. Вострокнутов И.Е. Компьютерная программа и ее педагогическая эффективность // Компьютерные учебные программы. - 1998. - № 1. -С. 25-34.

3. Миндеева С.В. Некоторые аспекты применения мультимедийной презентации на занятиях по математике в вузе // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6.

4. Моркин С.А., Соколова Г.Ю., Саукова Н.М. Использование систем автоматизированного контроля знаний в профессиональной деятельности педагога. - М.: МГПУ 2013. - 126 с.

5. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования. - М.: ИИО РАО, 2010. - 140 с.

6. Электронный учебник «Дискретная математика» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lvf2004.com/dop_t3.html (дата обращения: 14.12.2015).

7. Электронный учебник «Теория графов» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// vladimir-proff.narod.ru/Works/Diplom/index.html (дата обращения: 14.12.2015).

Вестник КГУ им. H.A. Некрасова «ij- 2016, Том 22

174