CC BY
18
УДК 37.023.3
СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ КОМПЬЮТЕРНОГО СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИКЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗАХ
© 2020 П. В. Бочков1, А. В. Козырева2, И. А. Терновая3
1канд. техн. наук, доцент, e-mail: boch_p@mail.ru 2канд. пед. наук, e-mail: kozyreva85@gmail.com 3 сотрудник e-mail: tia 10@mail.ru
Академия ФСО России
В статье рассматривается один из подходов к проектированию и конструированию компьютерных средств обучения (КСО) математике в технических вузах. На основе накопленного авторами опыта в цифровизации процесса преподавания математических дисциплин разработана структурная модель компьютерного средства обучения, которая включает в себя шесть компонентов: целевой, информационный, обучающий, справочный, коммуникативный, контрольно-оценочный.
Ключевые слова: компьютерные средства обучения математике, структурная модель, подготовка специалистов, готовность к будущей профессиональной деятельности, программный продукт, педагогические условия разработки компьютерных средств обучения.
На современном этапе реформирования высшего образования явно обозначилась проблема поиска разумного компромисса между сторонниками объективных достоинств традиционного подхода к изучению математики и педагогами, вставшими на путь цифровизации учебного процесса как основы создаваемой электронной системы обучения, имеющей очевидные преимущества. По мнению последних серьезным помощником в этом является компьютерное обучение. Его актуальность определяется переходом технических вузов на Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) нового поколения, акцентированные прежде всего на формировании профессионально значимых компетенций у обучающихся и, как следствие, предусматривающие существенное увеличение доли самостоятельной активности в обучении.
Для профессорско-преподавательского состава вырисовывается новая задача -разрабатывать компьютерные средства обучения - сложные системы управления обучением и учебным контентом, поддерживающие возможность удаленной работы в глобальной сети Интернет, с их последующим развертыванием в локальной сети вуза.
Логично предположить, что успешность внедрения каждого такого компьютерного средства обучения в образовательный процесс технического вуза с последующим его результативным применением напрямую зависит от того, как его разработчик, исходя из конкретных требований к подготовке будущих специалистов и задач обучения, определил целевое и содержательное наполнение его структурных компонентов [Козырева, Терновая 2019: 33, Козырева и соавт. 2019: 65].
Приведем пример разработки структурной модели компьютерного средства обучения на примере учебной дисциплины «Математика» (рис. 1).
Структурная модель состоит из шести взаимосвязанных блоков: целевого,
информационного, обучающего, справочного, коммуникативного, контрольно-оценочного.
Целевой блок отвечает за конкретную формулировку целей обучения (образовательных, воспитательных, развивающих) и рассмотрение способов их достижения в порядке соотнесения с исследуемой проблемой - формирование профессиональных компетенций будущего специалиста [Виленский и соавт. 2005: 100].
Реализация образовательных целей предполагает обеспечение уровня подготовки будущих специалистов, соответствующего требованиям ФГОС.
Рис. 1. Структурная модель компьютерного средства обучения математике в технических вузах
В результате обучения будущие специалисты должны знать: математическую символику; основной понятийный аппарат научного исследования; основные способы и методы научного познания и организации учебно-познавательной деятельности; методы построения формальных математических теорий и доказательных рассуждений; основные этапы постановки и решения исследовательских задач; способы критического анализа полученных результатов; прикладное программное обеспечение.
Воспитательные цели предполагают выработку у обучающихся положительных мотивов к овладению математическими дисциплинами, интереса к учебной дисциплине, осмысления значения изучаемых основ математических дисциплин; должны приводить к осознанию потребности в базовых знаниях как инструменте, способствующем качественному раскрытию и восприятию дисциплин учебного плана образовательной программы, и вселять понимание содействия учебному процессу специально разработанных компьютерных средств обучения.
Развивающие цели способствуют формированию гармоничной личности обучающегося технического вуза, которая характеризуется интеллектуальной активностью, инициативой, логическим и критическим мышлением, самостоятельностью, проявлением творческих способностей; активизируют внимание, стремление к познаванию нового.
Состав информационного блока определяется содержанием учебной дисциплины «Математика»: общая информация о компьютерном средстве обучения (название, версия, авторы, задачи, решаемые в процессе использования компьютерного средства обучения на занятиях); теоретический учебный материал; дополнительный теоретический материал.
Информационный блок решает следующие дидактические задачи:
1) помогает обучающимся в систематизации, закреплении и углублении знаний теоретического характера;
2) обучает работе с методической литературой, теоретическим материалом, полученными в ходе учебного занятия;
3) подталкивает к самообучению и проведению самоконтроля.
Формы доведения информации до обучающихся должны выбираться с учетом особенностей их репрезентативной системы. Стратегия подачи учебного материала выстраивается в зависимости от решаемых учебных задач. При этом следует при дизайне информационно-справочного видеоряда, подаваемого на экран монитора, учитывать известные принципы удобочитаемости.
Обучающий блок должен содержать как текстовую информацию, так и графическую (см. рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема обучающего блока
Учебная информация, представленная в обучающем блоке, должна удовлетворять следующим свойствам: актуальность; полезность; целостность; доступность; универсальность (представление учебного материала с применением известных базовых элементов и понятий, а также единожды разработанных для многоразового применения составных частей, фрагментов, блоков); единообразность отображения учебной информации для использования в разных структурных элементах компьютерного средства обучения; соразмерность с умственными возможностями обучающихся и их персональными особенностями; сбалансированность подачи (учебный материал должен транслироваться равномерно) [Красильникова 2009: 150-152].
Для представления учебной информации в обучающем блоке необходимо определиться со структурой и содержанием учебного материала, а именно уяснить, какие математические дидактические единицы подлежат обязательному освещению в процессе обучения, классифицировать математический аппарат по его содержанию, установить междисциплинарные и внутридисциплинарные связи.
При подаче учебного материала следует использовать компьютерную графику. Графическое отображение той или иной информации поможет обучающимся проникнуть вглубь того или иного процесса, обеспечит его понимание.
Для более глубокого усвоения теоретического учебного материала в состав обучающего блока должны быть включены упражнения по всем изучаемым темам с подробным решением, а также задачи для самоконтроля, удовлетворяющие следующим требованиям:
1) наличие четкой цели (изучить, понять, повторить, расширить);
2) направленность на формирование познавательной активности обучающихся, интереса и мотивации к изучению математики;
3) стремление выработать у обучающихся умение правильно и качественно применять изученный математический аппарат для решения прикладных задач;
4) содействие установлению междисциплинарных связей;
5) присутствие последовательности и систематичности упражнений, постепенное усложнение и изменение условий их выполнения.
Обязательным компонентом обучающего блока должны быть ссылки на математические сервисы сети Интернет.
В государственных образовательных программах информатизации образования огромное внимание уделяется не только развитию телекоммуникационной инфраструктуры, но и анализу и систематизации существующих научно-образовательных ресурсов, созданию эффективных средств навигации, разработке и поиску новых образовательных контентов, полезных и преподавателям, и обучающимся.
Существующие интернет-технологии разнообразны и могут быть использованы преподавателями для реализации их собственных педагогических идей по разработке специализированных компьютерных средств обучения. При этом непременным условием реализации таких идей является знание и умелое применение современных компьютерных технологий.
В компьютерном средстве обучения математике в технических вузах необходимо предусмотреть возможность работы с такими интернет-ресурсами, как «Единое окно доступа к образовательным ресурсам», Desmos, Wikipedia, YouTube, учебные блоги, социальные сети: Vkontakte, Одноклассники, WhatsApp, Telegram, телеконференции, GeoGebra.
Активное использование в образовательном процессе сервисов сети Интернет для организации самостоятельной работы обучающихся превращает процесс простой передачи знаний, умений и навыков в совместное творчество, когда взаимное сотрудничество преподавателей и студентов способствует эффективному формированию общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций, предъявляемых государственным образовательным стандартом к подготовке высококвалифицированного специалиста, что является актуальной задачей современной педагогики.
Обязательной частью структурной модели компьютерного средства обучения является контрольно-оценочный блок. Достоверная оценка качества усвоения материала во многом зависит от избранных преподавателем критериев, а также от форм и методов контроля. По ее результатам преподаватель проводит коррекцию результатов учебной деятельности.
Составляющими контрольно-оценочного компонента являются:
- мониторинг уровня сформированности знаний, умений и навыков обучающихся;
- контроль обучающихся;
- критерии, показатели и уровни сформированности знаний, умений и навыков.
Основным структурным элементом контрольно-оценочного блока является
мониторинг уровня сформированности знаний, умений и навыков обучающихся, подразумевающий наблюдение за усвоением учебного материала при движении от простого к сложному в соответствии с учебной программой, и проведение (при необходимости) корректировки подаваемой информации.
Качество знаний обучающихся оценивается преподавателем в процессе проведения следующих работ: самостоятельных, практических, лабораторных, контрольных, исследовательских, а также различных видов тестирования.
При осуществлении мониторинговых исследований преподаватель ставит перед собой следующие задачи: получить информацию о соответствии фактического результата обучения его ожиданиям; оценить соответствующие результаты обучения; разработать и откорректировать способы достижения целей.
Еще одним структурным элементом контрольно-оценочного компонента является контроль результатов обучения, который можно реализовать в компьютерном средстве обучения математике в виде педагогического тестирования [Козырева 2010: 80-81, Образцов 2003: 29].
Неотъемлемой составляющей компьютерного средства обучения математике является справочный блок, который играет роль виртуального партнера для каждого пользователя (обучающегося и преподавателя) [Башмаков 2003: 107; Беляев]. Его можно реализовать как онлайн-справку, выполненную в виде веб-сайта, размещенного в глобальной сети Интернет. Онлайн-справка обладает рядом преимуществ над офлайн-справками: имеет форму для поиска информации; поддерживает поиск информации по ключевым словам; позволяет оперативно обновлять и добавлять разделы справки без необходимости внесения изменений в модули программного продукта; допускает извлечение (копирование) информации для последующего использования. Для доступа к онлайн-справке необходим выход в глобальную сеть Интернет.
В онлайн-справку можно добавить инструкции, составленные по типу «Как сделать?», куда поместить ответы на конкретные вопросы, например «Как решить систему линейных алгебраических уравнений методом Гаусса», с пошаговым описанием действий. Возможна и видео-консультация преподавателя с подробным объяснением решения задачи.
Кроме того, рекомендуется составление информационных справок по аналогии с популярными в сети Интернет FAQ или ЧАВО (часто задаваемые вопросы), с добавлением в них готовых ответов на наиболее распространенные вопросы. Подобные справки рекомендуется периодически обновлять с учетом изменения круга интересов пользователей.
Чтобы в короткие сроки научить пользователей работе, например, с компьютерным средством обучения, следует создать краткие, но доступные для понимания наставления по примеру существующих в сети Интернет Quick start (быстрый старт) или Getting started (с чего начать).
Успех изучения математических дисциплин зависит от инициативы и компетентности преподавателя (в том числе и в области компьютерных технологий) и невозможен без активного взаимодействия педагога и обучающихся. Поэтому важной составляющей компьютерного средства обучения является коммуникативный блок.
Для осуществления действенной обратной связи преподавателю и обучающемуся необходимо соблюдать ряд условий:
1) адекватно воспринимать любые мнения, идеи и точки зрения;
2) внимательно выслушивать всех участников учебного процесса;
3) проявлять внимание, заинтересованность и понимание;
4) уточнять непонятные моменты;
5) активно задавать вопросы с целью более глубокого понимания и осмысления учебного материала;
6) использовать информацию, полученную в результате обратной связи, для решения математических и прикладных задач;
7) сроки оказания консультационной помощи должны быть минимальными.
Один из способов реализации обратной связи - форум, позволяющий проводить
онлайн-консультации по различным вопросам, охватывающий одновременно всех участников учебного процесса. Кроме того, коммуникативный блок компьютерного средства обучения может быть реализован в виде чата, позволяющего многим пользователям одновременно общаться между собой.
Проектирование и конструирование структурной модели компьютерного средства обучения высшей математике в технических вузах осуществлялись с использованием:
- теоретических методов исследования, охватывающих изучение как педагогической и методической литературы, так и нормативной документации - путем сравнения, обобщения, систематизации полученной информации;
- эмпирических методов исследования, включающих анкетирование, беседу, наблюдение, педагогический эксперимент, самооценку, тестирование;
- статистической и математической обработки экспериментальных данных и их интерпретации.
На основе предложенной структурной модели компьютерного средства обучения высшей математике в технических вузах авторами разработана «Программа для информационной поддержки самостоятельной работы студентов технических вузов и мониторинга результатов их обучения по алгебре и геометрии» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018615116 от 26 апреля 2018 года). Эффективность применения данного компьютерного средства обучения в учебном процессе подтвердили результаты контроля остаточных знаний обучающихся [Бочков и соавт. 2018: 126].
Важно отметить, что проектирование и конструирование компьютерного средства обучения математике в техническом вузе на основе предложенной структурной модели будет способствовать реализации государственных образовательных стандартов нового поколения, если выполнен следующий комплекс педагогических условий.
1. Преподаватель высшей математики должен:
- знать подходы и принципы разработки компьютерных средств обучения; методы и приложения для обработки текстовой, числовой, графической, звуковой информации; основы проектирования и конструирования компьютерных средств обучения; языки программирования высокого уровня; системы управления базами данных;
- уметь организовать собственную информационную деятельность и планировать ее результат;
- без затруднений строить алгоритмы различных процессов и реализовывать их с помощью языков программирования;
- активно вводить на занятиях компьютерное представление математических элементов и понятий, использовать графическое представление информации;
- применять алгебру логики;
- создавать базы данных, справочные системы;
- владеть педагогическими приемами применения компьютерных средств обучения высшей математике;
- разрабатывать сценарии учебных занятий, проводимых с использованием компьютерных средств обучения;
- стремиться к выбору образовательной стратегии с учетом мотивации обучающихся к изучению математических дисциплин.
2. Обучающийся должен:
- владеть методами обработки цифровой информации;
- иметь представление о программных продуктах, применяемых в учебном процессе [Бочков и соавт. 2019: 130].
3. В вузе должна быть создана инфотелекоммуникационная среда, объединяющая базы данных, средства доступа к информационным ресурсам, обеспечивающая сбор, обработку, передачу и хранение информации.
На практике невозможно говорить об абсолютной универсальности структурной модели компьютерного средства обучения высшей математике в технических вузах. Однако опора профессорско-преподавательского состава на вышеописанные структурные компоненты позволит рационально подойти к организации процесса обучения.
Библиографический список
Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М.: Информац.-издат. дом «Филинъ», 2003. 616 с.
Беляев М.И. Технология создания электронных средств обучения / М. И. Беляев, В. В. Гриншкун, Г. А. Краснова. URL: http://libed.ru/knigi-nauka/812803-1-tehnologiya-sozdaniya-elektronnih-sredstv-obucheniya-avtori-be lyaev-grinshkun-krasnova-30082007-11-01-nasavchenko.php. (дата обращения: 12.05.2020).
Бочков П.В. Критериальный аппарат для оценки уровня сформированности компетенций обучающихся военного вуза / П.В. Бочков, А.В. Козырева, И.А. Терновая // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия «Лингвистика и педагогика». 2019. Т. 9. № 2 (31). С. 128-133.
Бочков П.В. О применении электронной информационно-справочной системы по алгебре и геометрии в учебном процессе технического вуза / П.В. Бочков,
A.В. Козырева, И.А. Терновая // Там же. 2018. Т. 8. № 3 (28). С. 124-129.
Виленский М.Я. Технологии профессионально-ориентированного обучения в высшей школе: учеб. пособие / М.Я. Виленский, П.И. Образцов, А.И. Уман; под ред.
B. А. Сластенина. М.: Педагогическое общество России, 2005. 192 с.
Козырева А.В., Терновая И.А. Критерии выбора компьютерных средств обучения математике в военном вузе // Теоретический и практический потенциал современной науки: сб. науч. ст. Ч. 3. Т. 1. М.: Перо, 2019. С. 32-36.
Козырева А.В. Проектирование и конструирование компьютерных средств обучения математике в высшей школе / А.В. Козырева, И.А. Терновая, Ю.Э. Орлова // Юность и Знания - Гарантия Успеха - 2019: сб. науч. тр. Т. 2. Курск: Юго-Западный гос. ун-т, 2019. С. 65-67.
Козырева А.В. Педагогические условия формирования информационной компетентности учащихся профильных классов средней школы: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.01. Орёл, 2010. 212 с.
Красильникова В.А. Теория и технологии компьютерного обучения и тестирования. М.: Дом педагогики, ИПК ГОУ ОГУ, 2009. 339 с.
Образцов П.И. Обеспечение учебного процесса в условиях информатизации высшей школы // Педагогика. 2003. № 5. С. 27-33.
