CC BY
26
ПИФОИМЛШЮИМ ТШОАОГПП Ь ИРОФ!СС ПОИЛАЫ1 О П ШЮ
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ В УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРЕПОДАВАНИЯ МАТЕМАТИКИ
Н.И. Попов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического анализа и теории функций, В.И. Токтарова, кандидат педагогических наук, старший преподаватель ГОУВПО «Марийский государственным университет», г.Йошкар-Ола
Информатизация как процесс перехода к информационному обществу сопровождается интенсивным развитием существующих и возникновением новых информационных технологий. Информационные технологии приобретают в подготовке специалистов разных уровней фундаментальный характер, являясь основой изучения ряда естественно-научных, профессиональных и специальных дисциплин [1], [2].
В современном образовательном процессе трудно представить преподавание многих учебных дисциплин без применения компьютеров. Как известно, одним из принципов профессионально-педагогической направленности обучения является принцип информатизации, который требует широкого использования новых информационных технологий на разных этапах обучения. Использование информационно-коммуникационных технологий предполагает создание новых методик обучения с целью повышения эффективности учебного процесса.
Процесс формирования информационной культуры будущего учителя математики должен охватывать все циклы дисциплин основной образовательной программы подготовки математика-педагога:
- общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины, где может найти свое отражение социальная информатика;
- общие математические и естественно-научные дисциплины, где недостаточно ограничиваться одним лишь предметом «Компьютерные науки», а необходимо использовать информационно-коммуникационные технологии при изучении всех курсов этого цикла, особенно разделов «Теория вероятностей и математическая статистика», «Численные методы», «Методы оптимизации»;
- общепрофессиональные дисциплины, где в рамках данного цикла целесообразно рассмотреть общие вопросы разработки и использования мультимедийных обучающих систем, образовательные возможности компьютерных сетей;
69
Казанский педагогический журнал
9'2006
- дисциплины предметной подготовки.
В условиях современной информационной среды специалист должен не только уметь решать производственные и организационно-управленческие задачи, принимать обоснованные решения, но и использовать в профессиональной деятельности новые информационные технологии (НИТ).
Для этого можно использовать следующие пути:
- совершенствование методик преподавания всех видов дисциплин на основе использования НИТ;
- совершенствование тематики и содержания курсовых, дипломных проектов и учет при их оценке эффективного и грамотного использования компьютерных технологий;
- расширение спектра применения информационных технологий на лабо-раторно-практических занятиях;
- введение дополнительных дисциплин, направленных на формирование информационной компетентности, использование НИТ.
В качестве обобщенных показателей информационной культуры можно выделить: информационный стиль мышления и способность регулировать поведение в инфосреде на основе выработанных обществом нравственных и правовых норм; информационный подход к рассматриваемым проблемам; творческое отношение к любому виду деятельности и др.
Система информационной подготовки будущих учителей математики должна отвечать следующим принципам: непрерывность информационной подготовки в течение всего периода обучения; охват всех циклов
дисциплин основной образовательной программы подготовки педагога-математика; возможность дифференциации обучения на основе системы спецкурсов и спецсеминаров.
Определенные в данной статье пути и средства совершенствования математической подготовки студентов с использованием информационных технологий были положены в основу проведения экспериментальной работы, целью которой явилось подтверждение эффективности использования компьютерной обучающей системы [3], построенной с учетом принципов психолого-педагогического обеспечения, в учебном процессе при изучении курса «Методы оптимизации». Исследования осуществлялись на базе Марийского государственного университета (МарГУ) на специальностях «математика» и «прикладная математика» физико-математического факультета.
В процессе проведения констатирующего эксперимента использовались дидактические материалы для контрольных работ, проводилась специальная диагностика для выявления уровня сформированности знаний и умений обучаемых. В ходе эксперимента использовались анкетирование студентов и педагогические наблюдения.
В проведенном анкетировании участвовали 146 респондентов из числа аспирантов и студентов физико-математического факультета МарГУ, которым было предложено ответить на вопросы о роли компьютерных обучающих систем в процессе изучения математики. Результаты опроса приведены в таблице 1.
90
Таблица 1
А (негативно) Б (безразлично) В (позитивно)
1 2 3 4 5 6 Ср.знач. % 22 36 16 22 20 30 24.2 16.6 30 24 38 42 48 12 32.2 22.2 94 86 92 82 78 104 89.4 61.2
Выяснилось, что 61.2% опрошенных считает, что использование информационных технологий в учебном процессе независимо от математической конкретной дисциплины приносит несомненную пользу.
22.2%
16.6%
61.2%
Рис.1. Результаты анкетирования
Далее, при проведении формирующего эксперимента происходило внедрение созданной компьютерной обучающей системы по методам оптимизации в учебный процесс. Экспериментальные группы состояли из студентов четвертого курса: 28 человек (2004 /05 учебный год) и 25 человек (2005/06 учебный год). Контрольные группы - студенты четвертого курса: 29 человек (2004/ 05 учебный год), 23 человека (2005 /06 учебный год) специальностей «Математика» и «Прикладная математика»
физико-математического факультета МарГУ. Однородность и представительность этих групп обеспечивалась тем, что выбор был произведен с учетом интеллектуальных способностей студентов, установленных в результате ранее проведенных исследований с использованием контрольного среза по остаточным знаниям и среднему баллу успеваемости студентов по математическим дисциплинам за предыдущие годы обучения.
Уравновешенность групп подтверждается результатом контрольного среза в экспериментальной и контрольной выборках.
Главной задачей эксперимента была оценка эффективности компьютерной обучающей системы на основе психолого-педагогического ее обеспечения в экспериментальной группе и без введения экспериментального фактора в контрольной группе. Эксперимент проводился в рамках учебного времени. В экспериментальной группе студенты использовали компьютерную обучающую систему по методам оптимизации, а студенты контрольной группы обучались без нее. Кроме того, наряду с традиционными
Казанский педагогический журнал
9'2006
формами контроля в учебном процессе активно использовались компьютерные тесты. Такой метод контроля и самоконтроля способствует сознательному изучению методов оптимизации, исключает в значительной степени формальный подход к усвоению математических понятий.
Прогнозируемые результаты: использование компьютерной обучающей системы по методам оптимизации, построенной с учетом педагогического обеспечения, усиливает математическую и информационную подготовку; способствует развитию
различных форм мыслительной деятельности, общих интеллектуальных умений и творческих способностей студентов; способствует развитию самостоятельного обучения.
После проведения занятий по методам оптимизации с использованием компьютерной обучающей системы (экспериментальные группы) был проведен опрос 53 студентов (28 человек - 2004/05 учебный год, 25 человек - 2005 / 06 учебный год), которым предложили ответить на ряд анкетных вопросов. Результаты проведенного опроса приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты опроса
Содержание вопроса Количество ответов
2004/ '05 учеб.год 2005/06 учеб. год
Да Нет Да Нет
Нужно ли использовать компьютерные обучающие системы при изучении методов оптимизации? 27 1 25 —
Практические занятия в компьютерном
классе помогли:
- преодолеть психологический барьер 21 7 17 8
- привить навыки самостоятельной
работы 24 4 19 6
- систематизировать свои знания 21 7 21 4
- более наглядно представить
математические объекты 25 3 24 1
Можно констатировать, опираясь на таблицу 2, что показатели положительной мотивации при проведении практических занятий с использованием компьютерной обучающей системы достаточно высокие. Так, 81.13% опрошенных студентов счи-
92
тают, что практические занятия с использованием обучающей системы позволили привить навыки самостоятельной работы, 92.45% респондентов отметили высокий уровень наглядности изучаемого материала.
Поэтому можно считать, что применение компьютерной обучающей системы поддерживает интерес обучаемых к изучению методов оптимизации. Кроме того, по мере адаптации студентов к оптимальному режиму управления обучением, возрастает роль индивидуализации в процессе обучения, развивается пространственное воображение и реализуется принцип наглядности.
Проведенный эксперимент показал, что если студент замыкается только на компьютере при изучении соответствующего материала, а преподаватель лишь пассивно наблюдает за процессом обучения, то система «преподаватель - группа студентов» перестает существовать и переходит в систему «программа - студент». Поэтому необходимо расширение учебной среды методически оправданными действиями преподавателя, а компьютер должен выступать посредником между обучающей деятельностью преподавателя и учебной деятельностью студентов.
Эффективность компьютерного обучения оценивалась путем сравнения результатов проведенной работы со студентами экспериментальных групп (28 человек - 2004/05 учебный год, 25 человек - 2005/06 учебный год) и контрольных групп
(29 человек - 2004/05 учебный год, 23 человека - 2005/06 учебный год).
Основным показателем овладения содержанием курса «Методы оптимизации» был выбран как объем усвоенных знаний, так и уровень использования компьютерной обучающей системы как средства реализации принципов наглядности и индивидуализации обучения.
Количественной характеристикой уровня использования обучающей системы выступал коэффициент усвоения знаний, вычисляемый по формуле К = — , (I = 1,2), где а - число Р
правильно выполненных студентами шагов, р - число существующих шагов (операций), необходимых для решения задачи. Средний коэффициент качества усвоения знаний оценивался по результатам самостоятельных работ.
Для оценки действенности знаний по рассматриваемым разделам методов оптимизации использовался обобщенный показатель, расчет которого
производился по формуле Б = М ,
п ■ р
где М - суммарное число верно выполненных заданий, р - число запланированных заданий, п - число студентов (см. табл. 3).
Казанский педагогический журнал 9'2006
Таблица 3
Общая характеристика результатов самостоятельных работ
2004/05 учебный год 2005/06 учебный год
п Р М Р (%) п Р М Р (%)
Экспериментальная группа
Контрольная работа по
разделу «Одномерная
минимизация» 28 10 231 280 82.50 25 10 213 250 85.20
Контрольная работа по
разделу «Минимизация в
конечномерном
пространстве» 28 10 206 280 73.57 25 10 196 250 78.40
Контрольная группа
Контрольная работа по
разделу «Одномерная
минимизация» 29 10 213 290 73.44 23 10 179 230 77.82
Контрольная работа по
разделу «Минимизация в
конечномерном
пространстве» 29 10 191 290 65.86 23 10 157 230 68.26
Сравнения результатов в экспериментальной и контрольной группах студентов позволяют констатировать, что предложенные в исследовании условия использования компьютерной обучающей системы с учетом принципов педагогического обеспечения способствуют повышению качества математической подготовки.
Рассмотрим ключевые вопросы экспериментального исследования по использованию компьютерной обучающей системы по методам оптимизации, построенной с учетом рассмотренных принципов педагогического обеспечения.
Для оценки эффективности компьютерного контроля знаний использовалась относительная эффективность объема усвоенного материа-
94
ла, представленная следующей формулой: 0= Пкрт ~иШ • 100% [6], где
- относительная эффективность объема усвоенного материала; Пкр -объем знаний, усвоенных с использованием компьютерной обучающей системы; и ш - объем знаний, усвоенных с использованием традиционных методов. Отметим, что величины икр, и необходимо рассматривать за одинаковый промежуток учебного времени.
Анализ выполнения контрольных мероприятий с помощью дидактического обучения позволил сделать вывод о том, что студенты экспериментальных групп достигли лучших результатов по сравнению со студентами контрольных групп. По оценкам
полученных результатов уровень знаний и умений экспериментальных групп в среднем на 8.32% выше по сравнению со студентами контрольных групп. Средняя относительная эффективность по объему усвоенного материала (0С) составила в первый год эксперимента 9.21%, во второй год - 10.42%.
Анализ выполненных студентами заданий контрольных работ, данные опроса, полученные в результате использования метода групповых экспертных оценок, позволяют сделать вывод о готовности студентов к использованию компьютерных обучающих систем в процессе обучения и в дальнейшей профессиональной деятельности.
Таким образом, педагогический эксперимент показал:
- использование в учебном процессе компьютерных обучающих систем, реализованных на основе вышеизложенных аспектов педагогического обеспечения, является эффективным средством индивидуализации процесса обучения;
- изучение учебного материала с помощью компьютерной обучающей системы усиливает математическую и информационную подготовку; способствует развитию различных форм мыслительной деятельности, общих интеллектуальных умений и творческих способностей студентов; развивает пространственное мышление.
Компьютерное тестирование для контроля знаний студентов дало возможность:
- повысить объективность результатов тестирования;
- увеличить объем контролируемого материала;
- сократить время тестирования.
Использование компьютерной
обучающей системы по методам оптимизации в учебном процессе не только помогло студентам систематизировать и контролировать свои знания, но и позволило самостоятельно совершенствовать и углублять их, что в свою очередь способствовало развитию интереса к этому предмету, к использованию полученных знаний при изучении других математических дисциплин.
Литература:
1. Роберт И. В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы, перспективы использования / И.В. Роберт,- М.: Школа-Пресс, 1994.- 205 с.
2. Садовничий В.А. Математическое образование: настоящее и будущее // Доклад на Всероссийской конференции «Математика и общество. Математическое образование на рубеже веков» / В.А. Садовничий.- Дубна, 2000.
3. Ижуткин В.С., Токтарова В.И. Принципы построения и реализации обучающих систем по численным методам // Educational Technology & Society / В.С. Ижуткин, В.И. Токтарова.- 9(1).-2006.- ISSN 1436-4522.- С. 397-410.
4. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман.- М.: Высшая школа, 2000.- 479 с.
5. Попов Н.И. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике для психологов: Учеб. пособие / Мар. гос. ун-т; Н.И. Попов.-Йошкар-Ола, 2006.- 76 с.
6. Майер Р.А., Колмакова Н.Р. Статистические методы в психолого-педагогических и социологических исследованиях: Учеб. пособие. / Р.А.Майер, Н.Р. Кол-макова.- Часть 1.- Красноярск: Изд-во КГПУ, 1997.- 149 с.
