Введение
Актуальность исследования. Естественнонаучное образование является частью целостной педагогической системы, включающей в себя процессы обучения, воспитания и развития учащихся средних школ. От качества естественнонаучного образования напрямую зависят сформированность мировоззрения, диалектический взгляд на окружающую действительность, системность знаний школьников.
Однако исследования современного состояния в сфере преподавания естественных наук, проведенные в последнее время [9, 36, 59, 101, 113], показали наличие в данной области комплекса не решаемых уже многие годы проблем, всё чаще обсуждается проблема кризиса системы естественнонаучного образования в средних общеобразовательных учебных заведениях. Особенно остро кризисные явления проявляются в процессе изучения астрономии, завершающей естественнонаучный цикл школьных дисциплин: заметная часть старшеклассников имеет низкую мотивацию учения, рассматривает этот предмет как нечто второстепенное и ненужное.
Указанные тенденции в образовании вступают в прямое противоречие с важной ролью в обществе и высокими темпами развития естественных наук. При этом возникает сложная проблема адаптации содержания образования (с его традиционной классно-урочной системой организации) к стремительно возрастающим объёмам новой научной информации. Одним из способов её решения мы считаем использование в процессе обучения новых информационных технологий. Широкие дидактические возможности компьютерных и телекоммуникационных средств позволят обеспечить высокий уровень наглядности учебного материала, активизацию познавательной деятельности учащихся, повышение мотивации учения, подготовку выпускников к жизни в условиях формирующегося информационного общества.
Указанные дидактические преимущества обусловлены особыми возможностями современной компьютерной техники — мощным
4
вычислительным потенциалом, средствами мультимедиа, универсальностью форм представления информации, доступным в управлении и наглядным интерфейсом. Вместе с тем использование данных средств оказывает значительное влияние и на образовательный процесс как взаимосвязанную деятельность учителя и учащихся, и на составляющие методической системы обучения - методы, формы, средства обучения. Следовательно, требует рассмотрения проблема дидактической специфики (роли, возможностей, особенностей, условий) разработки и использования информационных технологий в образовательном процессе средней школы.
Не менее важно отметить, что положительный эффект (интенсификация обучения, повышение качества знаний, сформированность информационной культуры школьников) возможен только при системном I подходе к информатизации школьного образования, - когда разработка и
использование программно-методических комплексов происходит с учётом традиционных форм и методов обучения, внутри- и межпредметных связей содержания школьных дисциплин; сохраняется общая направленность на гуманизацию и гуманитаризацию образовательного процесса.
В ходе диссертационного исследования автором были проанализированы труды известных в стране и за рубежом психологов и педагогов, в которых разработаны методологические основания информатизации системы школьного образования в целом, а также некоторые аспекты методики использования информационных технологий в преподавании естественнонаучных дисциплин, в том числе и астрономии.
Ряд теоретических вопросов внедрения информационных технологий в обучение разработан в трудах Г.Н.Александрова [1], Ю.К. Бабанского [5], B.C. Гершунекого [20], В.М. Казакевича [42], А.А. Калмыкова и Л.А. Хачатурова [43], К.К. Колина [48, 49], Ю.Г. Мартыненко [65], Е.И. Машбица [67], И.М. Нуркаевой [83], Л.Ф. Плеуховой и Ю.К. Ситникова [87], В.Г. Разумовского [99], И.В. Роберт [100], Г.В. Фроловой [119].
Психолого-педагогические проблемы компьютеризации школьного
5
обучения изучались Т.В. Габай [17, 111], В.Н. Каптелиным [44], Е.И. Машби-цем [69], Н.А. Носовым [82], Н.А. Садовской [103], Н.Ф. Талызиной [97, 111, 112], O.K. Тихомировым [115].
Из близких к нашей проблеме диссертационных исследований можно выделить работы СВ. Гончаровой [24], СВ. Грызлова [27], Г.В. Довги [30], НЛО. Королёвой [53], В.В. Лаптева [55], О.Б. Медведева [70], М.Р. Меламуд [71], В.И. Сельдяева [104], М.Л.Фокина [118], А.О. Чефрановой [125], Р.Ю. Шукюрова [128], направленные на изучение особенностей использования компьютерных средств на уроках физики и естествознания.
Общие вопросы методики применения новых информационных и традиционных технических средств обучения в системе образования подробно рассмотрены Г.М. Коджаспировой и К.В. Петровым [45], Е.А. Локтюшиной и А.В. Петровым [62], Л.П. Прессманом [78, 94, 95], Л.В. Чашко [123], Н.М. Шахмаевым [126]. Методические приёмы использования компьютеров на уроках физико-математического цикла разрабатывали Г.А. Бордовский [11], Е.И. Бутиков [12], И.В. Гребенев [26], В.А. Извозчиков [38], А.Ф. Кавтрев [41], А.С Кондратьев и В.В. Лаптев [51].
Технические и дидактические проблемы создания и методического сопровождения автоматизированных обучающих систем изучались Т. Антоновой и А. Харитоновым [3], В.И. Бабичем [6], Н.Н. Гомулиной [23], Л.В. Зайцевой [34], О.А. Козловым [46, 47], Т.М. Поляковой [90], А. Спиваковским [106], О.Б. Тыщенко [116], С.А. Христочевским [121].
Наиболее полный, на наш взгляд, анализ общедидактических проблем использования в образовании телекоммуникационных компьютерных технологий предпринят группой исследователей ' под руководством профессора Е.С. Полат [29, 81, 88]. Практические вопросы этого направления освещались также А.А. Андреевым [2], С.Г. Никитенко [80], О.П. Околело-вым [84], А.Ю. Уваровым [117].
Базис современной системы преподавания астрономии заложен такими известными учёными, как М.Е. Набоков [79], Б.А. Воронцов-Вельяминов
6
[16], Е.П. Левитан [56, 57, 58, 59, 60]. При этом существует очень небольшое число диссертаций, посвященных различным аспектам преподавания астрономии и использования средств наглядности на уроках астрономии, среди них работы Л. Белоозёровой [10], В.А. Габбасовой [18], В.И. Зинковского [36], Е.П.Левитана [59], О.В. Миленькой [73], Ф.М. Порошина [91], А.Ю. Румянцева [101].
Первые работы по созданию мультимедийного учебника по астрономии в нашей стране, попытки его внедрения в школьный курс проводились московскими педагогами (Н.Н. Гомулина) совместно с сотрудниками Государственного астрономического института им. Штернберга [22]. Практические вопросы реализации телекоммуникационных методов при разработке слайд-фильмов по астрономии студентами вузов развиваются инициативной группой преподавателей РГПУ им. А.И. Герцена (И.И. Соколова) в рамках международного межвузовского проекта «Солнце и звёзды» [32, 105].
Определённый интерес для автора представляли исследования зарубежного опыта компьютеризации образования: Р.Л. Банджерт-Дроунса [130], Р. Вильямса и К. Маклина [15], СВ. Гильберта [131], Б. Хантера [120], В.М. Чаругина и Ю.В. Огурцовой [122] и др.
Проведённый анализ показывает, что основная часть исследований посвящена использованию в учебном процессе персональных ЭВМ первого поколения с текстовым интерфейсом и без каких-либо средств мультимедиа, в то же время дидактические возможности современных мультимедийных компьютеров и телекоммуникаций до сих пор остаются малоизученными.
Таким образом, актуальность проблемы исследования состоит в необходимости на основе накопленного эмпирического опыта и уже имеющихся теоретических исследований в области информатизации зарубежного и отечественного образования изучить дидактическую специфику информационных технологий в образовательном процессе средней школы и скорректировать традиционную методическую систему
7
обучения естественнонаучным дисциплинам (на примере курса астрономии) с учетом информационного этапа развития цивилизации, специфики дисциплин, реальных финансовых возможностей школы и сложного 11 социально-экономического состояния современного российского общества.
Практическая важность информатизации естественнонаучного образования в средней школе, недостаточный теоретический анализ педагогических возможностей современных компьютерных и телекоммуникационных средств обучения определили выбор темы исследования: "Дидактическая специфика информационных технологий в образовательном процессе средней школы (на материале курса астрономии)".
Объект исследования: процесс информатизации естественнонаучного образования в средней школе.
Предмет исследования: дидактическая специфика новых мультимедийных средств обучения астрономии.
Цель исследования: выявить и обосновать дидактическую специфику разработки и использования в образовательном процессе школы новых мультимедийных средств обучения (на примере курса астрономии).
Гипотеза исследования. Повышение качества знаний учащихся при использовании в процессе обучения астрономии новых информационных технологий возможно, если обеспечивается учёт • их дидактической специфики:
- объективно оцениваются и учитываются дидактические возможности аппаратно-программного базиса информационных технологий;
- осуществляется поэтапная технология разработки педагогических программных средств на основе современных дидактических концепций и в соответствии с психолого-педагогическими требованиями к электронным обучающим системам;
- компьютерные и телекоммуникационные средства оптимально сочетаются с традиционными формами и методами обучения в школе.
8
Объект, предмет и цель исследования, выдвинутая гипотеза определили следующие задачи исследования:
1. Раскрыть сущность информатизации образовательного процесса и проанализировать дидактические возможности, особенности и роль информационных технологий в процессе обучения.
2. Выявить основные направления информатизации школьного естественнонаучного образования и определить области применения компьютерных и телекоммуникационных средств обучения в курсе школьной астрономии.
3. Обосновать оптимальную структуру курса астрономии с использованием компьютерных и телекоммуникационных средств обучения.
4. На основе выявленной дидактической специфики информационных технологий создать и экспериментально проверить комплекс педагогических программных средств по школьной астрономии .и соответствующее методическое обеспечение.
5. Разработать практические рекомендации по проектированию и использованию в процессе обучения астрономии компьютерных и телекоммуникационных средств.
База исследования: средняя общеобразовательная школа № 22 г. Вологды, средняя общеобразовательная школа № 5 г. Сокола, компьютерный центр Вологодского государственного педагоги-ческого университета.
Методологическую базу исследования составляют философские концепции становления информационного общества; диалектический метод; системный подход к исследованию педагогических явлений; педагогические теории программированного, компьютерного и дистанционного обучения.
Методы исследования: в работе использовался комплекс разнообразных методов, взаимодополняющих друг друга: теоретический анализ научной литературы, наблюдение, беседа, экспертная оценка разработанных педагогических программных средств по астрономии, опытно-экспериментальная работа, статистический анализ её результатов.
9 Исследование осуществлялось в три этапа:
- на первом этапе (1998-1999 гг.) были определены проблема, объект, предмет, цель, гипотеза и задачи исследования, проанализированы теоретические аспекты использования информационных технологий в современной школе, проводился анализ отечественного и зарубежного опыта информатизации школьного образования;
- в ходе второго этапа (1999-2002 гг.) создавались мультимедийные электронные средства обучения, проводилась опытнЪ-экспериментальная работа, обосновывалась структура курса астрономии с использованием компьютерных и телекоммуникационных средств;
- на третьем этапе (2001-2002 гг.) проводился анализ и обобщение результатов педагогического эксперимента, текстуальное оформление диссертации.
Основные положения, выносимые на защиту:
- дидактическая специфика информационных технологий проявляется в их особом влиянии на образовательный процесс средней школы: в обеспечении благоприятных условий для развития, мотивации учения (расширение кругозора и сферы общения школьников), в совершенствовании методической системы обучения естественнонаучным дисциплинам (структуры содержания образования, форм, методов и средств обучения), в повышении качества знаний, формировании медиаобразовательных умений;
- дидактическая специфика компьютерных и телекоммуникационных средств обучения обусловлена возможностями аппаратно-программного комплекса современных ЭВМ (мощным вычислительным потенциалом, средствами мультимедиа, удобством интерфейса); универсальностью форм представления учебной информации; а также визуальным характером, доступностью в использовании непрофессиональными программистами (учителями, методистами и др.) инструментальных систем для создания эффективных мультимедийных компьютерных средств обучения (электронных учебных пособий и демонстрационных слайдов);
10
- модернизация структуры учебного курса астрономии с использованием информационных технологий заключается в определении места и содержания компьютерных уроков, а также форм и средств обучения с учётом требований существующей классно-урочной системы; подборе и разработке педагогических программных средств, адаптированных учителями или методистами к условиям реального учебного процесса в средней общеобразовательной школе.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивались исходными теоретическими положениями, адекватностью избранных методик целям и задачам работы, системным подходом к изучению процесса обучения, положительными результатами опытно-экспериментальной проверки компьютерных обучающих средств по астрономии в средней общеобразовательной школе.
Теоретическая значимость исследования:
- дан теоретический анализ процесса информатизации школьного естественнонаучного образования: сущности, предпосылок, этапов и проблем;
- включение информационных технологий в курс школьной астрономии (создание электронных учебных пособий, отбор учебного материала, компоновка информационных слайдов, формирование между ними структурных взаимосвязей) рассматривается в аспекте проектировочной деятельности педагога.
Научная новизна заключается в том, что:
- обоснованы положения, характеризующие дидактическую специфику информационных технологий в образовательном процессе средней школы: их роль и возможности, особенности и условия использования;
- доказана обусловленность дидактической специфики информационных технологий в обучении возможностями аппаратно-программного комплекса современных ЭВМ и доступностью инструментальных систем разработки прикладных программ для школьных учителей и методистов;
и
- разработана структура школьного курса астрономии, предусматривающая оптимальное сочетание компьютерных и телекоммуникационных средств с традиционной методической системой обучения.
° Практическая значимость исследования заключается в том, что:
- создан программно-методический комплекс, отражающий основные методы использования современной вычислительной техники и сетевых технологий на уроках астрономии, включающий в себя педагогические программные средства и соответствующее методическое обеспечение;
- сформулированы практические рекомендации по проектированию, созданию и внедрению в учебный процесс компьютерных и телекоммуникационных средств обучения;
- положения и выводы диссертации могут быть использованы в работе школьных учителей, методистов, педагогов дополнительного образования.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись посредством обсуждения на кафедре общей физики и астрономии Вологодского государственного педагогического университета, в докладах на международных, всероссийских и региональных научных, научно-практических и научно-методических конференциях: «Информационные технологии в образовании» (Москва — 2001), «Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании» (Москва — 2001), «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз» (Москва - 2002), «Современная астрономия и методика её преподавания» (С.-Петербург — 2002), «Применение новых технологий в образовании» (Троицк - 2002), в 12 публикациях по теме исследования, в учебном процессе средней школы № 22 г. Вологды и средней школы № 5 г. Сокола Вологодской области.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы (134 источника) и 12 приложений.
12
Глава I. Теоретические аспекты информатизации образовательного процесса в школе
1.1. Информатизация естественнонаучного образования: предпосылки, этапы и проблемы
С 1960-х гг. специалистами за рубежом было признано кризисное состояние естественнонаучного образования [54]. Это. явилось следствием многих факторов, начиная от недостаточного внимания к нуждам фундаментальной науки со стороны государственных структур, до просчетов в организации собственно образовательного процесса. В последнем случае имеется в виду поверхностно-утилитарный подход к отбору содержания школьного образования, когда по вопросу изучать или нет учебный предмет, основным критерием был такой - помогут или нет полученные выпускниками знания заработать им впоследствии на жизнь.
В развитых странах власти давно осознали негативные для социально-экономического развития своих государств последствия столь недальновидного отношения к преподаванию точных наук, и, подключив научную общественность, разработали механизмы выхода из сложившейся ситуации. Достаточно сказать, что на развитие образования, на совершенствование материальной базы и подготовку преподавателей на западе объём выделяемых средств постоянно увеличивается.
В то же самое время в России ситуация с изучением точных наук развивается в прямо противоположном направлении. Если ранее в СССР наука и естественнонаучное образование имели приоритетный характер, и по качеству знаний мы входили в первую пятёрку государств, то, начиная с 1990-х гг., под воздействием множества самых разных политических и социально-экономических факторов по данному показателю российская школа осталась далеко позади развитых стран. Качество образования в нашей стране значительно ухудшилось, и такая тенденция продолжает, к сожалению, сохраняться. Проблема усугубляется неуклюжими попытками
13
реформировать старую советскую школьную систему, что зачастую лишь осложняет общую ситуацию. Например, гуманизация образования — бесспорно необходимая тенденция - в массовой школе выродилась только в уменьшение общего количества часов на естественнонаучные дисциплины (примерно на 20% по сравнению с дореформенным периодом), отчего, опять-таки, серьёзно пострадало качество знаний учащихся.
Девиз чиновников «жить по средствам» в условиях почти полного отсутствия финансирования выливается в недальновидную политику сокращения часов в школе на «ненужные» предметы и темы, что фактически означает снижение уровня научности изучаемых дисциплин. Для школьного курса астрономии такой подход привел к переводу ее в разряд необязательных к изучению предметов. Если ко всему вышеперечисленному добавить полное отсутствие финансирования на учебное астрономическое оборудование, закрытие в педагогических вузах специальности «физика и астрономия», незначительное количество новых методических пособий в помощь учителям, то, по мнению большинства педагогов, астрономия в массовой российской школе фактически на грани исчезновения. В то же время и методисты и учителя-практики знают, что эта учебная дисциплина призвана формировать научное мировоззрение учащихся. Как следствие, пробелы в астрономическом образовании неминуемо становятся почвой для появления у детей разного рода суеверий, связанных с космическими процессами и явлениями, порождают доверие к астрологам и им подобным шарлатанам.
Вместе с тем, есть основания полагать, что при сохранении стабильного социально-экономического развития российского общества ситуация должна измениться к лучшему. Иного пути нет, ибо в условиях ускорения темпов международного научно-технического прогресса отечественная школа не сможет без катастрофических для страны последствий долго находиться в стороне от нарастающих в мире тенденций к
14
усилению естественнонаучной (в том числе астрономической и аэрокосмической) составляющей системы среднего образования. На это указывает и анализ материалов научных конференций, полностью или частично посвященных методике преподавания астрономии. Данная область дидактики развивается, методисты и учителя астрономии продолжают совершенствовать формы и методы учебной деятельности [57, 60, 93, 109]. Результаты их труда должны найти свое воплощение не только в работе учителей-энтузиастов, но и в массовой школе.
Не менее важно отметить, что неблагополучное состояние современной школы во многом обусловлено не только вышеуказанными внешними, независящими от педагогов факторами, но и внутренним кризисом, переживаемым всей современной системой образования.
Действительно, в настоящее время значительная часть трудоспособного населения высокоразвитых стран занята в сфере информации и предоставления информационных услуг, поэтому складывающееся в мире ф постиндустриальное общество учеными провозглашается информационным.
Главный его аспект - приоритет информации (знаний) как объекта и результата общественного производства. Информатизация затрагивает все сферы жизни людей, не только науку и образование, но и искусство, хозяйственную деятельность, досуг.
Характерным признаком перехода нашей " цивилизации на информационный этап развития К.К. Колин считает «беспрецедентный и ускоряющийся рост объемов информации в обществе, который ... получил название «информационного взрыва»» [50, с. 176]. Информационное общество в крайней степени заинтересовано в том, чтобы его граждане были способны самостоятельно, активно действовать, принимать решения, гибко адаптироваться к изменяющимся условиям жизни. Выпускнику школы щ оказываются необходимыми умения быстро воспринимать и применять
15
новую информацию, имеющую, к тому же, свойство быстро устаревать и терять свою актуальность [102].
Вместе с тем, по мнению большинства специалистов, массовая отечественная школа в условиях классической классно-урочной системы с её ориентацией, в основном, на репродуктивную учебную деятельность (запоминание и воспроизведение) снабжает учеников заученной системой фрагментарных, обрывочных, а зачастую и порядком устаревших знаний из различных областей науки и культуры, без навыков ориентации в окружающем человека океане самой разной информации. Это значит, что школа не выполняет своё предназначение готовить подрастающее поколение к условиям реальной жизни. Кризис отечественного естественнонаучного образования во многом обусловлен игнорированием масштабных тенденций развития современной человеческой цивилизации.
Темпы развития астрономической науки за последнее время подтверждают сказанное как нельзя лучше. XX век недаром образно называют «веком астрономии»: самые невероятные, на первый взгляд, гипотезы получили свое наблюдательное подтверждение и сформировались трудами учёных в общепризнанные научные теории. Достаточно упомянуть открытие множественности галактик, развитие теорий Большого Взрыва и «раздувающейся» Вселенной, детальные исследования физической природы планет Солнечной системы и их спутников, открытие планетных систем у других звезд.
Расцвет астрономии сопровождается лавинообразным увеличением информационного потока, включающего в себя массив постоянно уточняемых справочных данных, текстовый и иллюстративный материал. В то же время количество учебных часов, выделяемых в обычной школе на астрономию (там, где её ещё преподают), осталось неизменным — 34 часа, которых и раньше не хватало. В складывающейся ситуации средствами классических форм и методов успешно справиться с обрушившимся
16
информационным валом, по нашему мнению, не представляется возможным. Принимая во внимание, что аналогичным образом дела обстоят и по другим дисциплинам, вполне объяснимым становится появление у школьников учебных перегрузок, отрицательно сказывающихся на их психическом и физическом здоровье.
Следовательно, можно говорить о концептуальном кризисе современной педагогической системы. Известный российский педагог Б.С. Гершунский, определяя приоритеты развития образования на XXI век, подчеркнул необходимость исследования «путей повышения эффективности педагогического процесса на основе принципиальной переориентации: от преимущественно исполнительной, репродуктивной деятельности учащегося - к преобладанию творческого, поискового начала на всех этапах учебного процесса; от жесткой унификации, единообразия целей, содержания, методов, средств и организационных форм воспитания, обучения и развития - к индивидуализации и дифференциации учебно-познавательной деятельности;
» от моноидеологизации всех компонентов образовательного процесса - к
идеологическому плюрализму, свободе выбора жизненной позиции, исходных принципов миропонимания и веры, духовного становления и развития; от систематического дисбаланса технократических и гуманитарных ориентиров и приоритетов - к гармонии природосообразной и учебно-познавательной взаимодеятельности педагогов и учащихся» [21, с. 247].
Одним из путей повышения эффективности педагогического процесса является его информатизация, которая ставит перед формирующим мировоззрение естественнонаучным образованием задачу подготовки выпускников, способных:
- продуктивно работать с информацией (уметь собирать необходимые для решения определенной задачи факты, анализировать их, обобщать,
щ сопоставлять с аналогичными или альтернативными вариантами решения,
17
устанавливать статистические закономерности, делать аргументированные выводы, применять их для решения других проблем);
- генерировать новые идеи, выдвигать гипотезы, творчески мыслить;
- действовать самостоятельно, уметь видеть назревающие проблемы и искать пути рационального их разрешения.
Обобщая всё вышесказанное, можно утверждать — назрела острая необходимость в информатизации системы школьного образования, в адаптации содержания естественнонаучного образования в целом и школьной астрономии в частности, форм и методов преподавания к все увеличивающемуся потоку учебной информации. Цель информатизации, по мнению А.А. Андреева, состоит в «глобальной интенсификации интеллектуальной деятельности за счёт использования новых информационных технологий: компьютерных и телекоммуникационных» [2, с. 155]. Информатизация образовательного процесса является, своего рода, социальным заказом человеческой цивилизации, призванным, во-первых, ^ подготовить молодое поколение к жизни в информационном обществе, и, во-
вторых, повысить эффективность усвоения школьниками учебного материала.
Информатизация, в свою очередь, базируется на внедрении в образовательную систему информационной технологии. Под термином «информационная технология» большинством специалистов понимается система форм и методов сбора, хранения, обработки и передачи информации из предметной области средствами электронно-вычислительной техники, т.е. с помощью компьютеров и телекоммуникационного оборудования (часто термин «информационная технология» в литературе используется во множественном числе).
Не следует полагать, что внедрение информационной технологии в
# сферу образования - явление для последней неестественное.
Образовательный процесс, на самом деле, является процессом |
