Введение
Актуальность темы исследования. Современная армия имеет на вооружении новейшие военные технологии, основанные на использовании электронной вычислительной техники и информационных технологий. Сегодня невозможно быть высококвалифицированным специалистом и не уметь использовать современные информационные технологии. Базовую и специальную подготовку по применению электронной вычислительной техники и информационных технологий в сфере своей деятельности будущие офицеры получают в процессе изучения дисциплин, относящихся к науке «Информатика».
Изучение курса информатики в высших и средних учебных заведениях страны было начато в 1985 году. Основной задачей курса в то время было определено обеспечение компьютерной грамотности.
Дальнейшее развитие курса информатики проходило по двум взаимосвязанным направлениям:
1. совершенствование содержания и методики преподавания курса информатики, так как базовые знания по информатике служат целям интенсификации учебного процесса по изучению естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин при подготовке военных специалистов;
2. исследование возможностей и эффективности применения информатики в изучении различных учебных дисциплин.
Оба направления должны являться компонентами единой методической системы обучения. Однако в настоящее время эти компоненты находятся в различной стадии научного обоснования и действуют в реальной практике обучения разрозненно. Если базовое содержание обучения информатике разработано достаточно полно, а его инвариантная часть во многом регламентируется Государственным образовательным стандартом высшего профессионального обра-
зования, то относительно содержания второго компонента в настоящее время единый, научно обоснованный подход разработан недостаточно. В теории и практике превалирует односторонний подход, проявляющийся в основном в анализе дидактических возможностей средств компьютеризации обучения.
Сегодня ни у кого не вызывает сомнения, что информатика — мировоззренческая учебная дисциплина, т. к. призвана формировать в сознании обучаемых системно-информационную картину мира.
Проблемам информатизации образования посвящены работы С. А. Бешенкова, А. А. Кузнецова, М. П. Лапчик, И. В. Роберт, и др.
Психолого-педагогические и методологические аспекты компьютеризации в сфере образования рассматриваются в работах С. И. Архангельского, В. П. Беспалько, В. В. Давыдова, И. Я. Лернера, Е. И. Машбица и др.
Проблемы информатизации образования обсуждаются на многочисленных представительных научно-практических конференциях и в периодической печати. Но в большинстве публикаций авторы предлагают лишь простейшие способы использования компьютеров на занятиях, тогда как настоятельно требуется научно обоснованная и воспроизводимая методика разработки и проведения практических занятий, интенсифицирующая учебный процесс и позволяющая реализовать требования образовательного стандарта.
Требования образовательного стандарта к уровню обученности относятся к каждому обучаемому, следовательно, преподаватель должен разрабатывать практические занятия таким образом, чтобы каждый обучаемый на каждом занятии воспринял новые понятия, осознал их, обобщил и применил и был бы опрошен преподавателем устно. Практически реализовать это чрезвычайно трудно из-за возрастающего дефицита времени на занятии, потому что сложность и объ-
емы изучаемого материала, а также требования к знаниям, умениям и навыкам обучаемого с развитием информационных технологий непрерывно возрастают, а в аудитории, как правило, не менее 12-30 обучаемых.
Налицо противоречия:
1. между перенесенной в дисциплину «Информатика» из других дисциплин малоэффективной традиционной методики проведения практических занятий, ориентированной на несуществующего в природе «среднего обучаемого», и необходимостью индивидуального подхода, учитывающего особенности личности обучаемого;
2. между сложностью, большим объемом изучаемого материала и ограниченным временем на его изучение, что приводит к уменьшению времени на индивидуальную работу преподавателя с каждым курсантом на практическом занятии и, как следствие, к снижению положительной мотивации к обучению;
3. между потенциальными возможностями персональных компьютеров для интенсификации учебного процесса и существующим на практике использованием компьютеров в традиционной структуре (опрос — объяснение нового материала — закрепление) практического занятия по информатике.
Выявленные противоречия и незначительное число исследований по разработке методики проведения практических занятий, опирающихся на математику и информатику, определили актуальность задачи исследования: каким образом за счет использования теории управления и теории массового обслуживания добиться высокого уровня индивидуализации обучения и интенсифицировать учебный процесс на практическом занятии?
Объект исследования: структура практического занятия по информатике в военном вузе.
6
Предмет исследования: влияние структуры практического занятия по информатике на индивидуализацию обучения и интенсивность учебного процесса.
Цель исследования: разработка структуры практического занятия по информатике на основе теории массового обслуживания.
Гипотеза исследования: индивидуализация обучения в структуре практического занятия приведет к повышению интенсивности учебного процесса, если структура будет разработана на основе теории управления и теории массового обслуживания.
Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы были поставлены следующие частные задачи исследования:
1. на основе анализа психологической и педагогической литературы выявить дидактическую структуру практического занятия и определить место и роль персонального компьютера в структуре практического занятия;
2. разработать структуру практического занятия, используя теорию управления и теорию массового обслуживания;
3. разработать и апробировать обучающе-контролирующие программы и методические материалы, поддерживающие предлагаемую структуру практического занятия.
Методологическую основу исследования составили следующие философские и педагогические теории:
- учение о рефлекторной деятельности мозга, созданное трудами ученых И.М. Сеченова и И.П. Павлова и разработанное исследованиями известных психологов: СП. Рубинштейна, Н.А. Менчин-ской, Е.Н. Кабановой-Меллер и др.;
- теория поэтапного формирования умственных действий психологов Л.С. Выготского и А.Н. Леонтьева и доведенная до
практического использования П.Я. Гальпериным, Н.Ф. Талызиной, В.А. Решетовой, Н.Г Салминой;
- системный подход к исследованию и организации учебного процесса, разработанный трудами СИ. Архангельского, В.И. Загвя-зинского, B.C. Леднева, И.Я. Лернера, М.Н. Скаткина и др.;
- труды советских и российских ученых по проблемам дидактики: Ю.К. Бабанского, Б.П. Есипова, П.И. Пидкасистого, A.M. Пышкало и
др-;
- труды советских и российских ученых по проблемам изучения информатики и внедрения информационных технологий в отечественную школу: С.А. Бешенкова, Я.А. Ваграменко, А.Г. Гейна, А.П. Ершова, А.А. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, М.П. Лапчика, А.С. Лесневско-го, В.М. Монахова, Ю.А. Первина, И.В. Роберт, В.Ф. Шолоховича и
ДР-
Методы исследования:
1. теоретические:
- изучение философской, психолого-педагогической, методической и дидактической литературы по проблемам обучения и воспитания;
- изучение образовательного стандарта, содержания обучения и действующих программ по информатике;
- анализ существующих методик обучения и управления обучением на практическом занятии;
- построение формальной математической модели структуры практического занятия по информатике;
2. эмпирические:
- педагогический эксперимент.
Научная новизна выполненного исследования заключается:
8
- в теоретическом обосновании возможности разработки интенсивного учебного процесса практического занятия на основе научного анализа практики обучения;
- в теоретическом обосновании структуры практического занятия по информатике на основе теории массового обслуживания;
- в обосновании методических рекомендаций для проведения практического занятия, позволяющих интенсифицировать учебный процесс за счет индивидуализации, значительно увеличить объем прорабатываемого на занятии материала каждым обучаемым в удобном для него темпе и достичь уровня обученное™ близкого к текущему уровню развития обучаемого, создав тем самым условия для формирования у него положительной мотивации к обучению и предпосылки для дальнейшего развития.
Практическая значимость исследования состоит в создании и апробировании дидактических материалов и программно-методического комплекса, интенсифицирующих учебный процесс практических занятий по информатике.
Материалы выполненного исследования могут быть использованы при разработке практических занятий и по другим дисциплинам.
На защиту выносятся:
1. теоретическое обоснование индивидуализации в структуре практического занятия по информатике как средства интенсификации учебного процесса;
2. теоретико-вероятностная модель структуры практического занятия по информатике как средства интенсификации учебного процесса, разработанная с использованием теории массового обслуживания;
3. методические рекомендации по разработке и проведению практического занятия предлагаемой структуры.
Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием проверенных многолетней педагогической практикой психологических и педагогических теорий и результатами проведенных педагогических экспериментов.
Апробация исследования осуществлялась в процессе проведения экспериментальной педагогической работы по разработке и внедрению предлагаемой структуры практических занятий в Пермском военном институте ракетных войск, в Пермском химико-технологическом техникуме и средней школе №65 г. Перми.
Результаты исследования обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы информатизации образования» (6-8 апреля 1999 г, г. Пермь), на IX международной конференции-выставке ИТО-99, на IV научно-методической конференции «Рождественские чтения» из цикла «Информатика в школе» (ПГУ г. Пермь, январь 2000 г.), на X международной конференции-выставке ИТО-2000; а также представлены в сборниках научных трудов ПВИ РВ и в отчете о НИР.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка использованной литературы.
10
ГЛАВА 1.
ИНФОРМАТИКА, ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ И ЕГО ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
1.1. Место и роль информатики в учебном процессе военного вуза.
В современных условиях непрерывного усложнения организационных сторон общественной жизни, сопровождающегося появлением все возрастающего количества информации и необходимостью ее оперативной обработки, одной из важнейших проблем, стоящих перед обществом, является проблема использования новых информационных технологий. От использования новых информационных технологий все больше зависит эффективность функционирования жизненно важных сфер общественной практики. В этом плане сфера образования не является исключением. Объем знаний, необходимых специалисту непрерывно возрастает, а время на подготовку специалиста увеличивать уже невозможно; это время приходится делить между имеющимися в учебном плане дисциплинами и вновь вводимыми, необходимость изучения которых диктует объективная реальность; по некоторым учебным дисциплинам нет смысла издавать учебники, потому что они устаревают еще до выхода в свет; в обществе сформировалась потребность дистанционного образования; темпы развития областей знаний, связанных с информационными технологиями, настолько высоки, что общественное сознание не всегда успевает им соответствовать и т. д. Вопросы, составляющие суть проблемы использования новых информационных технологий в образовании, требуют тщательного анализа, а их решение необходимо доводить до уровня инженерных расчетов.
«Уникальность вида Homo sapiens, — пишет академик Н. П. Дубинин, — обусловлена тем, что в отличие от животных этот вид наряду с генетической программой имеет благодаря наличию сознания
11
вторую программу, определяющую его развитие в каждом последующем поколении. Эту программу можно назвать программой социального наследования» [ 32, с. 36].
Объектом «социального наследования» является прежде всего информация, воплощенная в орудия труда и других предметах второй природы, запечатленная в документальной, художественно - образной и устной форме. Именно потому, что каждое новое поколение людей благодаря информации наследует достижения производства, социально-политической и духовной жизни предшествующих поколений, оно избавлено от необходимости заново начинать все в познании и на практике. Сформировалась специфическая система накопления, хранения и передачи существенно важной информации от поколения к поколению (вертикаль) и обмена информацией между людьми одного поколения (горизонталь). Очевидно, что в наше время все эти процессы должны поддерживаться соответствующими информационными технологиями, которые должны осваиваться с раннего возраста. Особую значимость в настоящее время приобретают новые информационные технологии, обеспечивающие доступ неквалифицированного в вычислительной технике пользователя в вычислительную среду.
Новые информационные технологии создает наука информатика как ответ на возрастающие потребности общества в накоплении, хранении, обработке, передаче и использовании информации.
Академик Андрей Петрович Ершов, очень много сделавший для того, чтобы информатика как учебная дисциплина появилась в учебном процессе образовательных учреждений, писал: «...мы должны составить достаточно четкое представление о содержании, информатики и ее месте в развитии общества. Не пытаясь сказать последнего слова в освещении этого важного вопроса, попробуем в сжатой форме дать «рабочее» толкование информатики и назвать ее важнейшие
12
разделы и понятия.
Прежде всего, следует различать информатику как науку, как «сумму технологий» и как область человеческой деятельности.
Предметом информатики как науки является изучение законов, методов и способов накопления, передачи и обработки информации -прежде всего, с помощью электронных вычислительных машин. Общенаучное понятие информации, отражающее структуру материи, конкретизируется в информатике как данные и знания в частности, в виде моделей, алгоритмов и программ.» [33, с. 2].
В тексте цитаты мы находим определение понятий информации и информатики как науки. Заметим, что в литературе встречаются и другие определения информации и информатики. Так, например, Математический энциклопедический словарь определяет термин информатика следующим образом:
ИНФОРМАТИКА — 1) находящаяся в становлении наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ. 2) Родовое понятие, охватывающее все виды человеческой деятельности, связанные с применением ЭВМ [67, с. 244].
Обратившись к Советскому энциклопедическому словарю, находим:
ИНФОРМАТИКА, отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах деятельности
[109, с. 498].
ИНФОРМАЦИЯ (от лат. informatio — разъяснение, изложение), первоначально — сведения, передаваемые людьми устным, письменным, или другим способом (с помощью условных сигналов, техниче-
13
ских средств и т. д.); с сер. 20 века общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном, мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму; одно из основных понятий кибернетики [109, с. 498].
Наконец, Международная организация по стандартизации своим стандартом СТ ИСО 2382/1-84 формализует определение термина информация [28, с. 42]:
ИНФОРМАЦИЯ (для процесса обработки данных) - INFORMATION
содержание, присваиваемое данным, посредством соглашений, распространяющихся на эти данные.
Продолжая анализ цитаты из работы А. П. Ершова, мы видим в последнем предложении не только обоснование применения моделей, алгоритмов и программ для формализации процесса подготовки учебного материала, автоматизации его подачи обучаемому, но и возможность системного подхода к организационно-методической структуре занятия с применением ЭВМ.
Далее А. П. Ершов продолжает: "Материнскими науками для информатики стали математика, кибернетика, системотехника, электроника, логика и лингвистика. Основными научными направлениями информатики в настоящее время являются теоретические основы вычислительной техники, статистическая теория информации, теория математического моделирования и вычислительного эксперимента, алгоритмизация, программирование, искусственный интеллект и ин-формология, изучающая процессы коммуникации и распространения информации в социальных системах.
Прикладная информатика обслуживает науку, технику, произ-
14
водство и другие виды человеческой деятельности путем создания и передачи в общество новых информационных технологий. Такие технологии всегда являлись неотъемлемой и существенной частью человеческой цивилизации и привели к созданию огромных социально-технических структур, удовлетворяющих информационные потребности общества. В настоящее время создание новых информационных технологий происходит на основе компьютеризации. Ее основными формами являются встраивание ЭВМ в существующие и новые машины и системы, создание автоматизированных рабочих мест, конструирование роботов, построение автоматических систем управления работой машин и производств, создание автоматизированных систем организационного управления и принятия решений, переход к безбумажному документообороту, создание автоматизированных информационных систем и вычислительных центров коллективного пользования, построение автоматических систем наблюдения за природными явлениями естественного и антропогенного происхождения, создание глобальных, систем связи и распространения массовой информации» [там же].
Процитированные положения дают нам ключ к пониманию принципов применения моделей, алгоритмов и программ для формализации процесса подготовки учебного материала, автоматизации его подачи обучаемому и указывают пути реализации системного подхода к организационно-методической структуре занятия с применением ЭВМ.
Информатика, как фундаментальная наука, связана с философией через учение об информации как общенаучной категории и теорию познания; с математикой — через понятие математической модели, математическую логику и теорию алгоритмов; с лингвистикой — через учение о формальном языке и о знаковых системах. Информа-
15
тика тесно связана с такими более специальными науками, как теория информации, кибернетика, системотехника [1,16, 21, 49, 51,118,127, 131,89,48,112].
Важнейшими методологическими принципами информатики являются изучение природного явления или поведения объекта как процесса обработки информации, а также признание единства законов обработки информации в искусственных, биологических и социальных системах [10,11, 72, 24, 34, 50,133].
Основными видами человеческой интеллектуальной деятельности, изучаемыми в информатике, являются: математическое моделирование (фиксация результатов познавательного процесса в виде математической модели); алгоритмизация (реализация причинно-следственных связей и других закономерностей в виде направленного процесса обработки информации по формальным правилам); программирование (реализация алгоритма на ЭВМ); выполнение вычислительного эксперимента (получение нового знания об изучаемом явлении или объекте с помощью вычислений на ЭВМ); наконец, решение конкретных задач, относящихся к объектам и явлениям, описанных исходной моделью [63, 56, 2, 31].
В связи с массовым применением персональных компьютеров предметом информатики становится изучение закономерностей взаимодействия человека с ЭВМ во всех видах его деятельности. Результаты этого изучения воплощаются в систематических методах и приёмах применения ЭВМ в производственных процессах, управлении, образовании, научной работе, проектировании, сфере обслуживания и т. д. [25, 29, 45, 73, 135, 61, 64, 46, 52, 63, 87, 114, 125, 136].
Главная функция информатики заключается в качественной перестройке информационно-коммуникативных процессов на базе элек-
16
тронно-вычислительной техники, математического моделирования и программного управления [98].
Важнейшие задачи информатики состоят в том, чтобы четко выявлять границы дополнения и замещения человека кибернетическими машинами, определять роль и место компьютерной техники, условия ее эффективного применения в социальной среде, устанавливать те стороны социально - коммуникативных процессов, которые можно формализовать, алгоритмизировать, чтобы поставить их на компьютерную технику [20, 27, 60, 69, 108, 134, 70].
Таким образом, предпринятый нами очень краткий обзор источников свидетельствует о том, что:
1. наука информатика и, следовательно, учебная дисциплина «Информатика» находятся в стадии становления, поэтому идет объективный процесс совершенствования содержания и методики преподавания дисциплины, а так же поиск новых организационно-методических форм проведения занятий, опирающихся на информационные технологии [38];
2. наука информатика и, следовательно, учебная дисциплина «Информатика» — необходимый и важнейший элемент подготовки высококвалифицированного военного специалиста, поскольку формирует в его сознании системно-информационную картину мира и вооружает знаниями законов, методов и способов накопления, передачи и обработки информации, а также умениями и навыками их применения в своей профессиональной деятельности.
Уровень подготовки инженера - выпускника военного вуза определяет Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Каждая дисциплина, изучаемая в вузе,
17
вносит свой вклад в дело подготовки высококвалифицированного специалиста.
Однако, любой современный высококвалифицированный специалист должен знать базовые понятия фундаментальной информатики, на которые опираются компьютерные технологии: основы баз данных, принципы моделирования и т. д. Он должен уметь использовать промышленные информационные технологии в своей профессиональной деятельности. Выпускник военного вуза должен уметь работать с компьютером в среде современных операционных систем и приложений, потому что владение компьютером стало частью общей культуры современного человека [57, 85,122,123].
Базовую подготовку и формирование умений и навыков использования информационных технологий обеспечивает дисциплина информатика [93, 95]. Она:
- работает на решение общеучебных задач;
- дает возможность вывести обучаемых с разным уровнем подготовки в группе на определенный уровень понимания, создавая дополнительную мотивацию их деятельности;
- позволяет проводить обучение быстрым темпом на высоком уровне трудности с подготовленными обучаемыми;
- создает условия для формирования приемов умственной деятельности (анализ, синтез, обобщение);
- создает условия для развития и структурирования мышления обучаемых, что позволяет им обучаться по всем дисциплинам быстрее и качественнее;
- эффективно применяет принцип ведущей роли опережающего обучения в развитии (Л. С. Выготский);
- осуществляет переход от реальных объектов к их моделям (абстракция); |
