ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Для современного этапа развития общества характерны следующие факторы: возрастание роли информации в процессе развития природы и общества; создание более совершенных информационных технологий; стремление к интенсификации информационных процессов; усиление значение фактора управления; возрастание в процессе развития роли самосовершенствования, самоорганизации и системного подхода; усиление внимания к процессам управления, эффективности процессов принятия решения.
Факторы нарастания темпов развития, ускорения прогресса, сокращения длительности управленческих циклов вследствие интенсификации информационных процессов являются одними из самых существенных в социальном плане. В этих условиях социум предъявляет высокие требования к индивидууму." гибкость, адаптивность к современным изменяющимся условиям, самосовершенствование, осознание индивидуумом целей развития общества, соотнесение целей развития общества с личными целями.
В эпоху стремительно возрастающей скорости инноваций и технической перестройки необходимо совершенствование системы образования. Об этом указывается не только в исследованиях ученых-педагогов, но и нормативных документах. Актуальна разработка инновационных педагогических технологий, обеспечивающих достижение целей обучения оптимальным образом, с учетом «социального» заказа и профессиональных интересов и личностных особенностей обучаемых (Беляева А.П., Извозчиков В.А., Радионова Н.Ф., Селевко Г.Н., Сластенин В.А., Стефанова Н.Л., Тря-пицьшв А.П. и др.).
Отличительная черта современного этапа - поиск педагогами- исследователями способов применения формальных методов для описания процесса обучения с использованием аппаратов системного анализа, ки-
бернетики, синергетики, с учетом, развитием и расширением понятий, принципов и достижений дидактики.
Во многих педагогических исследованиях рассматриваются вопросы, связанные с проектированием технологии обучения, и подчеркивается значимая роль аппаратов кибернетики и информатики в этом процессе (Боро-ненко ТА., Власова Е.З,, Готская И.Б., Лапчик М.П., Роберт ИЛ, Стефано-ва Н.Л., Швецкий М.В. и др.). Однако отмечается открытость этой проблемы, необходимость дальнейших исследований, которые бы позволили эффективно использовать достижения информационных технологий при проектировании процесса обучения.
Вышесказанное определяет актуальность направления исследования.
В рамках курсов информатики и методики обучения информатике в педвузе предполагается обучение студентов современным технологиям и системам программирования, пользовательским средам и пакетам и методике их обучения. Очевидно, целесообразно при отборе содержания обучения и разработке методики обучения той или иной среде иметь в виду подходы, которые применялись разработчиками при ее создании.
Учебный предмет информатики неразрывно связан с информационными технологиями, наиболее динамично развивающимся ресурсом мирового сообщества. В процессе обучения информатике это проявляется в постоянном обновлении версий изучаемых средств информационных технологий, появлении новых пользовательских сред и систем программирования, неизвестных учителю.
В связи с этим можно определить, с нашей точки, зрения одну из важнейших проблем подготовки специалистов в области обучения информатике: система подготовки должна обеспечивать такой уровень, который позволил бы учителям в своей будущей профессиональной деятельности быстро адаптироваться к инновациям в области информационных техноло-
гий, даже быть всегда готовым вести занятия по программе отличной в корне от той, по которой учили его.
Объектно-ориентированное проектирование - аппарат, позволяющий эффективно структурировать содержание обучения средствам информационных технологий в соответствии с современными тенденциями в их развитии и принципами, положенными в основу преобразований образовательной системы. Вышесказанное определяет актуальность исследования.
Теоретико-методологическая база исследования основана на работах:
- Абдеева Р.Ф., Моисеева Н.Н., Ракитова А.И., Урсул А.Д. и др., в исследованиях которых с философских позиций рассматриваются состояние, противоречия, тенденции развития системы образования в условиях современного информационного общества;
- Бабанского Ю.К., Беспалько В.П., Бордовского Г.А., Гершунского Б.С., С.Г. Григорьева, Извозчикова В.А., Лаптева В.В., Машбица Е.И., Разумовского В.Г., Роберт И.В., Румянцева И.А., Хамова Г.Г. и др., которые заложили теоретические и методологические основы информатизации образования;
- Ершова А.П., Бешенкова С.А., Бороненко Т.А., Гейна А.Г., Готской И.Б., Извозчикова В.А., Кузнецова А.А., Кузнецова Э.И., Лапчика М.П., Пугача В.И., Румянцева И.А., Шапкина В.В., Швецкого М.В. и др, в работах которых исследуются проблемы подготовки учителей информатики;
- Беляевой А.П., Власовой Е.З., Извозчикова В.А., Казаковой Е.И., Радионовой Н.Ф., Роберт И.В., Сластенина В.А., Стефановой Н.Л., Тря-пицыной А.П., посвященных исследованию сущности педагогических технологий;
-Анисимова В.И., Братчикова И.Л., Воробьева В.И., Румянцева И.А., Советова Б.Я. в работах которых рассматриваются проблемы обучения теории и практике современной информатики в высшей школе;
-Буча Г., Рамбо Д., Коада П., заложивших теоретические основы объектно-ориентированного проектирования.
Цель исследования: разработка теоретических основ и технологии объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий.
Объект исследования: обучение средствам информационных технологий в условиях интенсификации информационных процессов.
Предмет исследования: объектно-ориентированное проектирование содержания обучения средствам информационных технологий.
Концепция исследования заключается в использовании объектно-ориентированного проектирования как теоретической основы для разработки методологии и технологии эффективного структурирования содержания обучения средствам информационных технологий в условиях интенсификации информационных процессов. Обоснованность такого подхода определяется
1) основополагающей ролью объектно-ориентированного подхода при разработке современного системного и программного обеспечения, что создает условия для его использования как инструмента структурирования содержания обучения средствами адекватными предметной области обучения в условиях быстрых темпов ее развития;
2) сущностью аппарата объектно-ориентированного проектирования, определяющей возможность представления знаний в форме, характеризующейся признаками обобщенности, однозначности, непротиворечивости, технологичности, модульности.
Теоретические основы объектно-ориентированного подхода используются для разработки методологии и технологии объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий, обеспечивающих структурирование и пред-
ставление содержания обучения адекватно предметной области и в соответствии с требованиями ведущих принципов дидактики.
Данная концепция позволяет построить следующую гипотезу исследования:
если 1) выделить принципы объектно-ориентированного проектирования, создающие объективные предпосылки для его эффективного использования как инструмента структурирования содержания обучения средствам информационных технологий; 2) разработать теоретические основы объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий,
то это позволит разработать технологию объектно-ориентированного проектирования содержания обучения студентов педагогических вузов и учителей информатики средствам информационных технологий, обеспечивающую представление содержания обучения в соответствии с современными принципами дидактики и адекватно предметной области в условиях быстрых темпов ее развития.
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:
1. На основе анализа концепции объектно-ориентированного проектирования сформулировать принципы, создающие объективные предпосылки для его использования как инструмента структурирования содержания обучения средствам информационных технологий.
2. Разработать и обосновать понятийный аппарат объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий.
3. На основе теоретического аппарата разработать технологию объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий:
1). описать этапы процесса проектирования;
8
2) разработать систему стратегий для реализации этапов процесса объектно-ориентированного проектирования содержания обучения;
3) описать способы представления результатов объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средству информационных технологий.
4. Применить разработанную технологию для построения совокупности объектных моделей содержания обучения средствам современных информационных технологий.
5. Апробировать технологию объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий в процессе обучения.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Следующие принципы процесса объектно-ориентированного проектирования, создают объективные условия для его эффективного использования в качестве инструмента проектирования содержания обучения средствам информационных технологий: технологичность; соответствие объектного подхода современным тенденциям в области разработки программных систем и средств; открытость и гибкость модели; естественность объектно-ориентированного подхода.
2. Теоретические основы объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий: основные понятия (объектно-ориентированное проектирование содержания обучения средству информационных технологий; объектная модель содержания обучения средству информационных технологий), система стратегий для реализации процесса проектирования содержания обучения; результаты объектно-ориентированного проектирования содержания обучения.
3. Технология объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средству информационных технологий, определяющая
этапы процесса проектирования: определение значимых функций, предлагаемых к изучению; определение на основе системы стратегий классов, предлагаемых к изучению; определение областей компетенции выделенных классов; представление результатов проектирования в виде диаграмм классов, диаграмм объектов, таблиц компетенций и отношений; сценариев взаимодействия классов объектов; спецификаций. Разработанная технология обеспечивает представление содержания обучения в соответствии с современными принципами дидактики и адекватно предметной области в условиях быстрых темпов ее развития, характеризуется воспроизводимостью и возможностью диагностичной постановки целей обучения и проверки степени их достижения,
4. Совокупность объектных моделей, как результатов объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий, применение которых обеспечит представление содержания обучения в соответствии с современными принципами дидактики и адекватно предметной области в условиях быстрых темпов ее развития.
Научная новизна исследования характеризуется следующими результатами: обоснована целесообразность использования объектно-ориентированного проектирования как эффективного инструмента структурирования содержания обучения средствам современных информационных технологий; теоретические и практические составляющие объектно-ориентированного подхода (процесс объектного проектирования, объектные модели, технология объектно-ориентированного проектирования) применяются в исследовании в новом аспекте - для проектирования процесса обучения информационным технологиям, обеспечивающего представление предметной области обучения в соответствии с современными тенденциями ее развития; на базе объектного подхода
10
разработаны объектные модели содержания обучения средствам информационных технологий.
Теоретическая значимость исследования заключается в разработке теоретических основ объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий (разработке и обосновании понятийного аппарата, описании этапов процесса проектирования, способов представления результатов объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средству информационных технологий). На основе данного аппарата разработана технология объектно-ориентированного проектирования содержания обучения средствам информационных технологий.
Практическая ценность
Технология объектно-ориентированного проектирования содержания обучения основанная на вышеуказанных принципах, позволяет разрабатывать объектные модели, адекватно представляющие содержание обучения средствам информационных технологий в условиях быстрых темпов их развития. Разработанная совокупность объектных моделей содержания обучения различным средствам информационных технологий может служить основой для соответствующих учебных курсов, учебно-методических материалов, учебных пособий. Разработанные примеры объектных моделей используются при автоматизации управления учебным процессом.
Методы исследования
В диссертации использованы методы математического моделирования, теории систем, теории управления, педагогики.
Апробация
Теоретические положения обсуждались на международных, всероссийских, межрегиональных, межвузовских конференциях (Москва, Санкт - Петербург, Воронеж, Тверь), Герценовских чтениях; Международной конференции «Информационные технологии в естественно-
11
научном и математическом образовании»(С.-П.? 2000); научной конференции посвященной 275-летию РАН (С.-П., 1999г.); YII международной конференции-выставки «Информационные технологии в образовании» (М.Д998); международной научной конференции «Информатика - современное состояние и перспективы развития» (1998г.); второй Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы непрерывного педагогического образования» (С.-П., 1996); межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатизации в образовании» (СПб., 1995г.); IV международной конференции «Региональная информатика» (С.-П., 1995); международной конференции «Подготовка преподавателей математики и информатики для высшей и средней школы» (М., 1994г.); межвузовской конференции «Современные проблемы преподавания математики» (СПб., 1993г.); международной конференции молодых ученых и специалистов (Воронеж, 1992г.).
Внедрение результатов осуществлялось в период с 1992-2000 годы.
1). Результаты исследования внедрены в учебный процесс в РГПУ им. А.И. Герцена в рамках курсов и спецкурсов «Языки и методы программирования», «Алгоритмизация и основы программирования», «Программное обеспечение ЭВМ», «Современные информационные технологии», «Объектно-ориентированное проектирование и программирование»; при руководстве аспирантскими и дипломными исследовании по кафедре ИВТ, при обучении информатике школьников старших классов и учителей информатике.
2). Результаты исследования использовались при разработке и внедрении автоматизированных систем управления учебным процессом для различных структурных подразделений РГПУ им. А.И. Герцена (автоматизированные системы «Учебная часть», «Деканат», «Аспирантура» и
др.)-
12
Публикации.
Основные результаты опубликованы в 43 печатных работах.
13
Глава. 1 ИНФОРМАЦИОНЫЕ, СОЦИАЛЬНЫЕ И ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
§ 1.1 Развитие общества в условиях интенсификации информационных процессов
Развитие представлений о роли и значении для современного общества информатики, кибернетики, синергетики, экологии, микроэлектроники и других новых наук - одна из характерных особенностей современной эпохи - эпохи научно-технической революции (НТР).
Это развитие, начавшееся в 50-60 годах ХХ-го столетия, сказалось, как на становлении этих наук, так и на многих сферах деятельности человека: промышленное производство, научные исследования, образование, социальные проблемы и др. Оно привело также к необходимости учитывать такие факторы в этих системах, как самоорганизация, саморазвитие, системность и управление.
Для современного этапа развития общества характерны следующие факторы и задачи: [2,199,200, 217, 232]:
— Компьютеризация процессов в различных областях деятельности человека, ускоряющая принятие решений, оптимизирующая их сущность.
— Возрастание роли информации в процессе развития природы и общества, необходимость усовершенствования средств ее получения (отбора), накопления, обработки и целенаправленного применения.
— Возрастающая роль информации и энтропии как характеристик сущности происходящих процессов.
14
- Создание более совершенных информационных технологий, переход от чисто информационных к компьютерным интегрированным производствам, дальнейшее совершенствование информационной базы.
- Стремление к интенсификации информационных процессов: увеличение скорости передачи сообщений, увеличение объема передаваемой информации, ускорение обработки информации и ее внедрения, более полное использование обратных связей, наглядное отображение информации, рост технической оснащенности управленческого труда.
- Стремление к более эффективному использованию человеческого потенциала, создание соответствующих материальных условий, благоприятного психологического климата.
- Преумножение возможностей умственной деятельности человека путем передачи ряда вычислительных, контрольных и управленческих функции ЭВМ.
- Совершенствование информационных технологий (ИТ), создание компьютерных интегрированных производств (КИП).
- Совершенствование информационных языков, учитывая историю их становления: разговорный язык, речь, письменность -> язык науки (стремление к структуризации и формализации) -» метаязык (использование наиболее общих законов природы и общества).
- Усиление значение фактора управления, путей его совершенствования.
- Возрастание в процессе развития роли самосовершенствования, самоорганизации и системного подхода; значение учета отклонения параметров системы от нормы.
- Усиление внимания к процессам управления, эффективности процессов принятия решения.
Осмыслить с точки зрения философии все рассмотренные процессы, понятия, факторы, в условиях их постоянного изменения; объединить их в
15
систему - необыкновенно сложная задача. Известная монография «Философия информационной цивилизации» академика Р.Ф. Абдеева имеет именно такую направленность.
Мир, в интерпретации Р.Ф. Абдеева, - глобальная самоорганизующаяся система, живущая по нелинейным законам [2, с. 13]. Проявления самоорганизация в человеческом обществе выявляются в: возрастании приоритета общечеловеческих ценностей, природосбережении, разоружении, интеграции государств.
Обобщение достижений философской науки с учетом положений современной информатики позволяет сделать следующие выводы [2]:
- сущность процесса развития заключается в целенаправленном накоплении информации с последующем ее упорядочением, структурализа-цией [2, с. 43];
- процесс развития в человеческом обществе складывается из великого множества контуров управления и (или) самоуправления. Каждый такой контур представляет собой целенаправленный информационно-управленческий процесс, состоящий из управляемого объекта и управляющего субъекта, замкнутых прямой и обратной информационными связями [2, с. 37];
-истоки активности системы связаны с исходными моментами любого управленческого процесса - с целевой функцией и отклонением. Без отклонений нет информации и процесса управления, нет развития. По выражению академика П.К. Анохина «Само отклонение от нормы служит стимулом возвращения к норме» [2, с. 39];
- система вне среды не может быть активной, ибо только взаимодействие со средой, возникающие при этом отклонения, противоречия создают необходимое условие активности системы, ее самодвижение в направлении самосохранения [2, с. 39];
16
- любого типа упорядоченность возникает в результате какого-либо воздействия окружающей среды на систему, которая приспосабливаясь к изменяющимся условиям, накапливает полезную для себя информацию [2, с 39];
- механизм управления есть закономерно возникшая в процессе эволюции специфически организованная форма движения материи, заключающаяся в целенаправленном многоцикличном преобразовании информации в двух взаимосвязанных, замкнутых обратными связями (ОС) контурах и функционально реализующая как сохранение устойчивости управляемого объекта системы (1 контур ОС), так и дальнейшее повышение уровня ее организации (или создания новых структур) путем отбора и накопления информации (во 2 контуре ОС). 47.
Далее Р.Ф. Абдеев подчеркивает сходство процессов управления и познания которые основываются на активном отражении и цикличности:
- первый контур ОС в процессе познания - многократные циклы испытаний, наблюдений, сбора информации, т.е. область эмпирического знания, содержание, которого черпается из опыта;
- второй контур - отбор, обобщение информации, попытки выявить очередную относительную истину.
Другими словами, в 1 контуре ОС воспринимается явление, а в 2 познается его сущность, причем постижение сущности углубляется в ходе осуществления все более целенаправленного воздействия на объект, все более тонких экспериментов [2, с. 54].
Наибольший интерес в контексте данного исследования представляет разработанная Р.Ф. Абдеевым «мысленная модель процесса организации информационных структур» и ее интерпретация на примере развития поколений ЭВМ.
Построение модели опирается на две предпосылки: «понятия системности, организованности и самодвижения, развиваемые ныне на всех
17
|
