CC BY
18
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии. Том XVII, ISSN 1311 -9419 (Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv. Series C. Technics and Technologies. Vol. XVII., ISSN 1311 -9419 (Print); ISSN 2534-9384 (Online), 2019
АКТИВИЗИРАНЕ НА ПОЗНАВАТЕЛНАТА МОТИВАЦИЯ ЧРЕЗ ПРАКТИЧЕСКИ ЗАДАЧИ Тодорка Терзиевт, АсенРахнев, ПетьоПавлов ПУ „Паисий Хилендарски", Факултетпо математика и информатика
ACTIVATING KNOWLEDGE MOTIVATIONTHROUGH PRACTICAL TASKS Todorka Terzieva, Asen Rahnev ,Petyo Pavlov Plovdiv University Paisii HilenOareki, Faculty of Mathematics
and informatics
Abstract
In recent years, it has been stressed the need to optimally combine different means that allow the new knowledge to be presented to the student as a problem. To the extent that the pupil participates in solving problems and seeking new paths to achieve a result, learning-cognitive motives are also improved. In this report, we present some methodological approaches for activating the cognitive motivation of students to study computer disciplines by solving practical problems of interdisciplinary nature. They aim to stimulate interest in knowledge and learning process. Students are offered tasks from other school disciplines and their solution is done using the methods and tools of informatics and information technologies. The aim of the study is to increase motivation to study programming and to develop integrative competencies through tasks of interdisciplinary nature.
Key words: Motivation, knowledge motivation, interdisciplinary teaching, motivation for training informatics
Въведение
Познавателните мотиви се формират с всички средства в хода на учебния процес. Те имат за цел да подбуждат интерес към знанието и процеса на учене. През последните години се подчертава необходимостта от оптималното съчетаване на различни средства, които позволяват новото знание да се представи на ученика във вид на проблем. С формирането на мотивация за учене се създава положително емоционално отношение към процесa на обучение и по-високо ниво на удовлетвореност от постигнатите резултати.
Пренебрегването на стимула за учене обаче може да се превърне в сериозен проблем. Вследствие на липсата на мотивация ученикът спира да учи качествено, развива негативно отношение към училището, учителите и ученето по принцип. Ето защо е изключително важно интересът на учениците да бъде стимулиран активно и да се поддържа и развива мотивация за учене. С понятието мотивация се изразява най-общо „насочена активност" на личността. Мотивацията се разглежда като йерархична система на много равнища, в която
различни мотиви се намират в единство и взаимодействие (Stirling, 2013). Всяка дейност и в частност - ученето се подбужда от дадени мотиви.
Познавателната мотивация при изучаване на информатични дисциплини
Правилното организиране и ръководене на учебния процес благоприятства за развитието на познавателни интереси, изграждането на положителни мотиви за учебната дейност, които веднъж формирани, сами стават действени вътрешни фактори за подобряване на нейното качество и повишаване на ефективността й (Patrick, 2011). Мотивите за учене са вътрешни подбуди, главно осъзнати, по силата на които учащият усвоява знания, формира умения и навици, изпълнява свои училищни задължения и извършва различни учебни извънкласни дейности. Характерно за мотивите за учебната дейност са насоченост на знанието като непосредствен подбудител за активност; удовлетвореност от участието в познавателните дейности и неудовлетвореност от постигнатото (Schunk, 2012). От друга страна създаването на условия за положително емоционално отношение към училището и свързаните с него дейности, провокиране на стремеж за проникване в същността на изучаваните предмети и явления и преодоляването на напрежението и трудностите при решаване на учебно-познавателни задачи развива желание за усъвършенстване на собствените интелектуални възможности. Според Брофи мотивацията за учене се придобива от цялостния опит и бива стимулирана най-директно чрез моделиране, комуникиране на очакванията и директни инструкции и социализирането от значимите други (особено родителите и учителите). Тук се подчертава значението на ролевите модели, на ясните цели и очаквания, и учителят като социализиращ агент на промяната (Brophy, 1987).
Основен педагогически ефективен инструмент за организация на учебната дейност на учениците при изучаване на информатични дисциплини е създаването на проблемна ситуация. Поради факта, че методите и средствата на информатиката са получили широко разпространение в много области на човешката дейност, задачите решавани в часовете по информатика имат ярко изразен междупредметен характер (Pavlov, 2017b).
Една условна класификация на междупредметните връзки може да е:
• теоретична връзка - когато за по-добро разбиране на учебния материал по информатика се използват аналогии и примери от други области;
• практическа връзка - когато на учениците се предлагат задачи от други училищни предмети, но тяхното решаване се осъществява с помощта на методите и средствата на информатиката.
Когато се изучават общите принципи на построяване на информационни модели, като примери се разглеждат информационни модели от различни предметни области -математика, физика, екология, икономика, биология и т.н. Това води до задълбочаване на знанията на учениците по информатика и повишаване на мотивацията към програмиране и работа с компютър. Този вид връзка демонстрира ролята и значението на науката информатика за другите области на човешкото познание.
Според Брунер най-добрият начин да се създаде интерес към предмета е да се счита той за ценен, полезен, годен за употреба, особено в ситуации, които са извън контекста на обучението (Bruner, 1976). Върху развитието на познавателната мотивация на учениците оказват влияние най-различни фактори, в това число и особеностите на различните учебни предмети. Познавателните мотиви се формират с различни средства в хода на учебния процес. Те имат за цел да подбуждат интерес към знанието и процеса на учене.
В изследванията на редица автори се представят различни възможности за повишаване на ефективността на обучението по програмиране и информационни технологии (Rahnev, 2009; Garov, 2015; Angelova, 2010) на всички нива от процеса на обучение. Методите на обучение са този компонент на обучението, който е в състояние да го направи привлекателно за учениците, а привлекателността на обучението е основателна причина за
учебна активност. Мощен мотивиращ потенциал в това отношение притежава самото разнообразие от прилагани методи на обучение. При изучаване на информатични дисциплини е необходимо да се изходи от проблемна ситуация, възникваща извън предметната област на програмирането - в областта на естествените науки, техниката, икономиката или във всяка друга практическа сфера, и формулиране на съответни задачи. След това се поставя цел да се решат тези задачи чрез средствата на информационното моделиране, т.е. да се състави програма и да се проведе експеримент на компютър (Pavlov, 2017а). В процеса на решаване на задачата обучаемите самостоятелно затвърждават наученото, а също така откриват нови характеристики на изучаваните елементи чрез целенасочена активност от тяхна страна. Една от целите на обучението по програмиране е студентите да усвоят теорията и да я прилагат като решават практически проблеми.
Новата учебна програма по информационни технологии за VII клас1 влиза в сила от учебната 2018/2019 година. В нея една от основните теми е „Обработка на таблични данни", като една от петте подтеми е „Основни типове диаграми. Графична интерпретация на данните. Копиране на диаграма в отделен лист". Тези подтеми са особено подходящи за създаване на междупредметни връзки между трите дисциплини: математика, информатика и информационни технологии, защото се предполага, че учениците притежават необходимите знания и умения за решаване на поставените задачи. Ще разгледаме някои задачи от други учебни предмети, които се моделират със система от две линейни уравнения с две неизвестни, като показваме графичното й решение в MS Excel, след това ще напишем програма на C#.
Примерите в статията са направени в средата MS Office 2016. За илюстриране на интердисциплинарен подход в обучението по информатика и информационни технологии в тази статия предлагаме един тип задачи по математика от движение, а другият е от предмета „химия и опазване на околната среда" - намиране на количествата на две вещества, участващи в химична реакция. Ms Excel разполага с необходимия инструментариум за онагледяване на графики на функции чрез неговите разнообразни диаграми. Подходящото им използване може да доведе до добри и лесно постижими резултати, които мотивират учениците и създават позитивно отношение.
Базова задача е построяване на графиката на линейната функция ax+by=c, с помощта на линейна диаграма в MS Excel. За целта отваряме нова празна книга и въвеждаме в клетка A1: x, a в клетка B1: y. Под клетка A1 въвеждаме няколко (например 20, а може и 2 - защо?) независими стойности на променливата x, а в съответните клетки на колона B съответните стойности на
, с-а*х
променливата y, получени по формулата y = —-—, (b Ф 0). При b = 0 се получава тривиалната графика на функция х = ~, която е права, успоредна на ординатата. След това от раздела Insert, вмъкваме точкова X-Y диаграма. На Фиг.1 е показана графиката на функцията -x+2y=4. Предоставяме на учениците време сами или по двойки да построят диаграми с различни уравнения на прави: 2x+y=7, 12x+3y=4, и др. Както и с такива „особени случаи", при които ax=c, by=c, или ax+by=0.
Следващата стъпка е да покажем взаимно положение на две графики на линейни функции и от там да преминем към графичното решаване на система от две уравнения с две неизвестни. Добавяме в колона C, в клетка C1: y1, а в клетките под тази клетка стойностите
1 https://www.mon.bg/?go=page&pageId=1&subpageId=1690
Графика а функцлптэ -«»/* Л
" Л 5 IP IS
Фиг. 1. Линейна функция
на y1 получени от уравнението x+3y=1. След това от раздела Insert, вмъкваме точкова X-Y диаграма (фиг.2). Ms Excel автоматично подразбира, че в най-лявата колона е стойността на независимата променлива, а в следващите са зависимите променливи. Непосредствено се забелязва решението на системата от двете уравнения, в случая точката (-2; 1).
Ще разгледаме подтемата - Решения на система от две линейни уравнения с две неизвестни, чрез метода на Крамер и ще напишем програма на C#. При такава система трябва да се пресметнат три детерминанти:
А =
Ъг
а =
Ъг Ь
4 =
I a-i |а,
Фиг. 2. Система от две линейни уравнения с две неизвестни
2 2
За тази цел ще създадем метод determmanta, който връща пресметнатата детерминанта на четирите й елемента. Тук учениците разбират и нуждата от обособяване на определен програмен код в отделен метод. Анализира се възможността за многократно изпълнение на един и същ алгоритъм, но с различни
параметри. След това лесно изчисляваме X и Y, защото при А ФО, X = -j, Y = -j.
class Program {
static double determinanta(double a00, double a01, double a10, double a11)
{
double a1, b1, c1, a2, b2, c2; Console.WriteLine("Въведете коефициентите");
Console.Write("a1= ") a1 = double.Parse(Console.ReadLine());
Console.Write("b1= ") b1 = double.Parse(Console.ReadLine());
Console.Write("c1= ") c1 = double.Parse(Console.ReadLine());
Console.Write("a2= ") a2 = double.Parse(Console.ReadLine());
Console.Write("b2= ") b2 = double.Parse(Console.ReadLine());
Console.Write("c2= ") c2 = double.Parse(Console.ReadLine());
double delta = determinanta(a1, b1, a2, b2); double delta1 = determinanta(c1, b1, c2, b2); double delta2 = determinanta(a1, c1, a2, c2);
Console.WriteLine("x = {0} ; y={1}", delta1 / delta, delta2 / delta); }
те коеФициентите
у=1
Сравняваме резултатите от графичното решение (фиг. 2) и изпълнението на посочения програмен код на С# (фиг. 3).
Едно от честите приложения на системите от две уравнения с две неизвестни са задачи от движение в математиката, които се изучават в VII клас и по-точно в задачите за движение по течението и срещу течението на река или в задачите за летене по пътя на вятъра или срещу вятъра. Ако се търси скоростта на превозното средство и скоростта на течението/вятъра е подходящо те да бъдат означени с X и У.
Задача 1: Летящ с вятъра самолет изминава 750 км за 3 часа, а в обратна посока разстоянието е пропътувано за 5 часа. Намерете скоростта на самолета без вятър и скоростта на вятъра.
Фиг. 3. Решение на (- х + 2у = 4 х + 3у = 1
Означаваме с x - скоростта без вятър, а с y - скоростта на вятъра. Попълваме познатата таблица от часовете по математика:
С вятъра (x+y) km/h 3 h 750 km
Срещу вятъра (x-y) km/h 5 h 750 km
Откъдето получаваме система от две уравнения с две неизвестни:
Г (х + у) .3 = 75 О I (х-у) .5 = 75 О
3 + 3 75 5 - 5 75
Фиг. 4. Решение на зад. 1
Стартираме приложението на С#, намиращо решенията на системата (Фиг. 4).
Второто примерно приложение на интердисциплинарен подход в обучението е една типична задача, която се решава в часовете по химия и опазване на околната среда. Създаденият информационен модел се свежда до графично решаване на система от две линейни уравнения с две неизвестни:
Задача 2: При разтваряне в солна киселина на 2,33 гр. смес от желязо и цинк е получено 896 т1 водород. Колко грама желязо и колко грама цинк са участвали в реакцията?
Подходящи въпроси към учениците са: „Как ще решим тази задача? Колко неизвестни са в нея? С помощта на кой метод?". Един от възможните начини за намиране на неизвестните е системата с две уравнения с две неизвестни, като обикновено в химията се търси не масата, а количеството вещество - мол.
Нека в сместа имаме х мола желязо и у мола цинка, тогава т^е)=55,845^то1, а m(Zn)=65,38g/mol. Получаваме първото уравнение: (1) 55.845х+65.38у=2,33 g. Като съобразим, че в химичната реакцията от х мола Fe се получават х мола водород, а от у мола Zn се получават у мола водород получаваме и второто уравнение: (2) 22,4х+22.4у=0.896. От (1) и (2) получаваме:
|55.845х + 65.38у = 2,33
22,4х + 22. 4у = 0 . 896
Учениците виждат, че решаването на тази система на лист е доста трудоемка задача. Затова стартираме приложението на C#, което написахме по-горе и получаваме решението (фиг. 5). X ~ 0. 03, у ~ 0. 01 Фиг. 5. Решение на зад. 2.
т(Fe ) = 55,845 * 0.03 = 1.68 g, т(Zn) = 2.33 - 1.68 = 0.65 g
Начертаваме графиките на функциите, получени от двете уравнения в MS Excel по познатия ни вече начин, като получаваме и графичното решение на задачата (фиг. 6).
Чрез представеният дидактически подход се реализира междупредметна интеграция. Целта е провокиране на интерес и повишаване на мотивацията на учениците за изучаване на програмиране. От друга страна чрез предложените задачи се демонстрира практическия смисъл и приложността на знанията и уменията по информатика.
Взаимно положение на графики на линейни функции
55 845Х+65 38у=2 33 —•—22 4х+22 4у=0 896
Фиг. 6. Графичнорешение на зад. 2
Заключение
Характерно за мотивите за учебната дейност са насоченост на знанието като непосредствен подбудител за активност и удовлетвореност от участието в познавателните дейности и постигнатото. От друга страна създаването на условия за положително емоционално отношение към обучението и свързаните с него дейности, провокиране на стремеж за проникване в същността на изучаваните предмети и явления, и преодоляването на напрежението и трудностите при решаване на учебно-познавателни задачи развива желание за усъвършенстване на собствените интелектуални възможности. Методите на обучение са този компонент на обучението, който е в състояние да го направи привлекателно за учениците, а привлекателността на обучението е основателна причина за учебна активност.
Силен мотивиращ фактор за ученика са постигнатите от него успехи в учебната дейност както като резултат, така и като преживяване. Основните цели са насочени към индивидуалното усъвършенстване и убеждението, че положените усилия са свързани с повишена компетентност. Безспорен е фактът, че успешните действия стимулират интереса на учениците, повишават тяхната увереност и активност в обучението. Мотивиращото въздействие на успеха поставя учителите пред трудната задача да конструират ситуации на успех, използвайки разнообразни способи - усвояване на учебния материал на малки стъпки, достъпност при преподаването, практическа приложимост и интердисциплинарен подход в обучението, съобразяване на учебните изисквания с възможностите на всеки ученик, използване на съвременни дидактически технологии и др.
Благодарности
Настоящата разработка е частично финансирана от научен проект СП17-ФМИ-011 към Фонд „Научни изследвания" на ПУ „Паисий Хилендарски".
Литература
Angelova E., I. Staribratov. (2010) On a Virtual Learning Environment, Research and Education in Mathematics, Informatics and Their Applications. REMIA 2010, Proceedings of the Anniversary International Conference, 10-12 December 2010, Plovdiv, 403-410.
Brophy, J. (1987) Synthesis of Research on Strategies for Motivating Students to Learn. Educational Leadership, v.45 №2 p. 40-48.
Garov, K., St. Aneva, E. Todorova. (2015) Content of Information Technology Tasks in Elementary School, Annually Scientific and Methodological Journal "Education and Technologies", Vol. 6/2015, p. 409-419.
Patrick, P., Kaplan, A., & Ryan, A. M. (2011) Positive classroom motivational environments: Convergence between mastery goal structure and classroom social climate. Journal of Educational Psychology, 103, 367-382.
Pavlov, P., T. Terzieva, A. Rahnev. (2017a) Interdisciplinary teaching between Computer science, Mathematics and IT, Annually Scientific and Methodological Journal "Education and Technologies", VOL. 8/2017, ISSUE 1, 102-114.
Pavlov, P., T. Terzieva, A. Rahnev. (2017b) Pedagogical Strategies for increasing the Motivation in the training in Informatics and IT, Proceedings of the National Scientific Conference "Education and Science - for Personal and Public Development", 27-28 October 2017, Smolyan, Book 1, Section C: Education in Mathematics, Informatics and Information Technologies, 221-230.
Rahnev, A., E. Angelova. (2009) Training Teachers of Mathematics in the use of Modern Information Technologies for Teaching, Proc. of the 6th Mediterranean Conference on Mathematics Education, Plovdiv, Bulgaria, 22-26 April 2009, p. 79-83.
Schunk, D., Barry J. Zimmerman. (2012) Motivation and Self-Regulated Learning: Theory, Research, and Applications, Routledge, 2012, 432 p.
Stirling, D. (2013) Motivation in Education, Aichi Universities English Education Research Journal. 29 (2013), Trans. Mitsuo Kondo, p. 51-72.
For Authors
Assoc. Prof. Todorka Terzieva, PhD, Department of Software Technologies, Faculty of Mathematics and Informatics, Plovdiv University "Paisii Hilendarski" e-mail: dora@uni-plovdiv.bg
Prof. Asen Rahnev, PhD, Department of Computer Technologies,
Faculty of Mathematics and Informatics, Plovdiv University "Paisii Hilendarski"
e-mail: assen@uni-plovdiv.bg
Petio Pavlov, PhD student, Department of Computer Technologies,
Faculty of Mathematics and Informatics, Plovdiv University "Paisii Hilendarski"
e-mail: petyo_pavlov@abv.bg
, Bulgaria , Bulgaria , Bulgaria
