Филимонова Е. В., ст преподаватель кафедры информатики кгпу о содержании и итогах предварительной апробации ум «методика обчения школьников компьютерному моделированию»

Вид материала

Подобный материал:

Филимонова Е. В.,

ст. преподаватель кафедры информатики КГПУ

О СОДЕРЖАНИИ И ИТОГАХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АПРОБАЦИИ УМ «МЕТОДИКА ОБЧЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ КОМПЬЮТЕРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ»

Основная цель реализации Проекта НФПК «Разработка программ и учебно-методических материалов для подготовки студентов педагогических вузов в области использования ЦОР» направлена на изменение практики методической подготовки студентов, будущих учителей, формирование их готовности использовать цифровые образовательные ресурсы (ЦОР) в учебном процессе, освоение новых методов и форм обучения в условиях ИКТ насыщенной среды.

Для образовательной области информатика характерно систематическое применение на уроках ИКТ. Учащиеся осваивают методы и технологии создания и обработки разнообразных информационных объектов на основе применения информационно коммуникационных технологий. Однако формы и методы обучения на уроках информатики во многом традиционны. За исключением большого количества практических работ и работ компьютерного практикума, направленных, как правило, на изучение технологии работы с программными средствами общего назначения и освоение основ программирования, использование компьютерных средств обучения при освоении теоретических основ информатики имеет значительный неиспользованный потенциал. В практике обучения на уроках информатики при объяснении нового материала ведущим методом остается объяснительно-иллюстративный, использование наглядных форм в обучении зачастую сводится к созданию и применению учителем презентации к уроку.

Дидактические возможности коллекции разнообразных цифровых образовательных ресурсов по информатике во многом не раскрыты и не востребованы в должной мере в практике обучения школы. Причинами сложившегося положения могут служить разные проблемы. Перечислим некоторые из них:

недостаточное количество цифровых образовательных ресурсов, отражающих все содержательные линии информатики,
низкий уровень исполнения отдельных ресурсов,
недостаточный уровень осведомленности учителей о возможностях ЦОР,
недостаток времени на освоение ЦОР и овладение методикой его применения,
существенные различия в подходах, реализованных авторами учебных программ и учебников и авторами цифровых образовательных ресурсов.

Целесообразное и систематическое применение цифровых образовательных ресурсов открывает возможности использования новых форм наглядности и активизации различных видов деятельности учащихся на уроке, основными их которых являются самостоятельная и исследовательская деятельность.

В этом смысле изучение учащимися компьютерного моделирования с применением ЦОР, несмотря на существующую методику построения компьютерных моделей из различных предметных областей и проведения их исследований, позволяет по-новому организовать процесс обучения.

В рамках выполнения проектного задания по разработке программ и учебно-методических материалов для студентов педагогических вузов в области использования цифровых образовательных ресурсов на кафедре информатики КГПУ был разработан учебный модуль «Методика обучения школьников компьютерному моделированию», ориентированный для включения в учебный курс «Теория и методика обучения информатике» (ТМОИ).

Актуальность проблемы обучения студентов использованию ЦОР в курсе ТМОИ обусловлена следующими факторами:

знания студентами коллекций ЦОР по информатике носят случайный, разрозненный и несистематизированный характер;
отсутствует целостное представление студентов о содержании обучения школьников компьютерному моделированию (и информатике вцелом): система понятий, взаимосвязь между понятиями, уровень усвоения понятий школьниками ;

отсутствует целостное представление студентов об авторских подходах к обучению школьников компьютерному моделированию:

цель, задачи обучения, авторские программы обучения, содержание учебника, тематическое и поурочное планирование, методика обучения;

в авторских методиках обучения компьютерному моделированию не предусмотрено применение конкретных видов ЦОР (Семакин И. Г., выбор на усмотрение учителя);
в авторских методиках содержатся авторские ЦОР, но отсутствуют методические рекомендации по их применению (Угринович Н. Д., CD содержит готовые компьютерные модели из различных предметных областей).

Определенную трудность в освоении студентами методики обучения школьников компьютерному моделированию представляют и значительные различия в выборе математических моделей различными авторскими методиками. Например, для одной предметной области биология-экология:

Семакин И. Г. Базовый курс информатики 7-9: закон Мальтуса (рекуррентное соотношение) на примере разведения карпов в пруду;
Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ. Базовый курс – 9: биологическая модель развития популяций «Жертва-хищник», практическая работа №11;
Угринович Н. Д. Исследование информационных моделей. Элективный курс – 10-11: модель неограниченного роста, модель ограниченного роста, модель ограниченного роста с отловом, модель «хищник-жертва»;

Гейн А. Г. Информатика 10-11: модель неограниченного роста, модель ограниченного роста, модель ограниченного роста с отловом

Макарова Н. В. Задачник по моделированию. Базовый курс 7-9: модель роста численности популяции от рождаемости, модель изменения численности популяции от рождаемости и смертности, модель рождаемости и смертности с учетом роста численности, модель сосуществования двух соперничающих видов, модель враждующие популяции.

Ведущим методом обучения компьютерному моделированию, реализуемым большинством из перечисленных авторских методик, является метод «открытых программ - открытых моделей» (по Бочкину А. И.), как открытый для учащихся по всем этапам процесс построения модели: от объекта моделирования до компьютерной модели и проведения исследования. При этом сущность модельного отношения перекрывается сложностью применения среды реализации компьютерной модели в процессе ее построения школьниками (программирование на языке Visual Basic, реализация в электронных таблицах Excel).

Основной подход к построению содержания учебного модуля «Методика обучения школьников компьютерному моделированию» и выбор методов, используемых при обучении студентов, основывался на следующих положениях:

Учет разнообразия авторских методик обучения компьютерному моделированию:

определений основных понятий компьютерного моделирования
определения этапов моделирования
изучаемые виды компьютерных математических моделей

средства реализации компьютерных моделей;

Изучение и анализ дидактических возможностей готовых компьютерных моделей (учебные компьютерные модели - УКМ), их использование в процессе обучения компьютерному моделированию.

«УКМ представляют собой программную среду, объединяющую в себе на основе математической модели явления или процесса средства интерактивного взаимодействия с объектом исследования и развитые средства отображения информации. УКМ реализуются с помощью педагогических инструментальных программных средств» (Лаптев В., Немцев Л.).

Самостоятельное изучение и анализ студентами по предложенной схеме различных источников информации (стандарт и обязательный минимум образования, учебники, программы, электронные материалы статей), обсуждение полученных результатов анализа и выводов, формирование рекомендаций;
Применение проектного метода при разработке варианта поурочного планирования учебного процесса и разработке плана-конспекта урока
Выполнение студентами практической работы по построению и исследованию объектов на их моделях (моделированию) на компьютере:

моделирование в электронных таблицах (с целью освоение метода «открытых моделей» и изучения математической модели)
проведение численного эксперимента с готовой моделью «Эко», как примера средства специального назначения – учебной компьютерной моделью (УКМ) в коллекции ЦОР диск «Информатика», разработчик Федерация Интернет Образования;

Рефлексия студентами практической деятельности и самостоятельная разработка дидактического материала

описание этапов и технологии компьютерного моделирования в электронных таблицах (для модели «хищник-жертва» на примере карасей-щук из материалов ЦОР);
описание проведения беседы с учащимися при проведении численного эксперимента с готовой моделью «Эко» (ЦОР, ФИО «Информатика»);

Систематическое использование «Инструментальной компьютерной среды 5-9» (ЦОР, разработчик «Физикон») для организации деятельности студентов на практических и лабораторных занятиях:

включение всех электронных материалов модуля в раздел «Публикации»
изучение примеров тематического и поурочного планирования, конспектов уроков (включены в ИКС)
включение разрабатываемых студентами конспектов уроков и планирования в соответствующие разделы ИКС.

Цель изучения модуля «Методика обучения школьников компьютерному моделированию» заключается в формировании у студентов готовности проектировать процесс обучения школьников компьютерному моделированию с применением цифровых образовательных ресурсов, программ общего и специального назначения как средства обучения на уроке, готовности систематически использовать инструментальные программы как средства организации деятельности учителя.

Задачи модуля «Методика обучения школьников компьютерному моделированию»:

формирование системы знаний содержания основных понятий по теме «Компьютерное моделирование», методов обучения моделированию (метод «Открытых программ-моделей»), форм организации занятий по изучению компьютерных моделей; об основных средствах для создания компьютерных моделей и о специальных моделирующих программах в цифровых образовательных ресурсах;

развитие умений осуществлять сравнительный и комплексный анализ авторских учебно-методических комплексов, цифровых образовательных ресурсов, специальных программных средств обучения; решать практико-ориентированные задачи создания тематического, поурочного планирования и проектирования уроков различного типа по теме “Компьютерное моделирование” с использованием электронных таблиц и ЦОР;

организация деятельности, направленной на систематическое применение инструментальной компьютерной среды (ЦОР) как средства организации профессиональной деятельности будущего учителя информатики;

мотивация деятельности исследовательского характера для развития творческих способностей студентов;

инициирование самообразовательной деятельности студентов в освоении предметной области информатика, в разделе ТМОИ.

При разработке материалов учебного модуля использовались цифровые образовательные ресурсы из коллекции, поставляемой НФПК.

Материалы диска «Информатика», 1-й CD, в разделе «Моделирование и формализация» (разработчик Федерация Интернет Образования): описание понятий «моделирование», «вычислительный эксперимент», классификация моделей, описание математической модели экологической системы, тексты задач, описание работы с программой «Эко», учебные задачи, варианты заданий-исследований для учащихся, программа «Эко». Основное назначение материалов ЦОР - включение теоретического содержания, вариантов заданий-исследований для учащихся и программной среды «Эко» в деятельность учащихся на уроке.

В материалах диска «Инструментальная компьютерная среда 5-9», (разработчик «Физикон») использовались разделы: «Планирование. Список поурочных планирований»; «Планирование. Создание нового поурочного планирования»; «Список уроков»; «Кабинет. Публикации. Классификация уроков по цели организации занятия»; «Кабинет. Публикации» (включались материалы статей и теоретический материал модуля). Основное назначение ИКС на занятиях при обучении студентов: знакомство со способом представления поурочного планирования и конспектами уроков; создание варианта поурочного планирования; изучение примеров уроков с использованием ЦОР: структура урока, тип урока; создание плана-конспекта урока по теме «Компьютерное моделирование».

Освоение содержания учебного модуля «Методика обучения школьников компьютерному моделированию» предусматривает общее количество учебных часов – 10, в том числе аудиторных занятий – 6 часов и 4 часа самостоятельная работа. Модуль включается в курс «Теория и методика обучения информатике» в 8 или 9 семестре (на 4 или 5 курсе), в зависимости от рабочей программы преподавателя.

Тематический план содержание модуля:

Изучение и анализ дидактических возможностей учебников и ЦОР по теме «Компьютерное моделирование». Практикум (2 ч)
Программные средства общего и специального назначения при решении задач компьютерного моделирования. Лабораторная работа (2 ч)
Планирование учебного процесса по теме “Компьютерное моделирование”. Практикум (2 ч)
Защита итогового проекта - конспект урока. Конференция.

Апробация модуля проводилась при обучении студентов 551 и 553 групп физико-математического факультета, обучающихся по специальностям «математика-информатика» и «физика-информатика», в курсе ТМОИ в апреле-мае 2007. Обучение проводилось автором-разработчиком модуля Филимоновой Е. В. в 551 группе и ассистентом преподавателя кафедры информатики Кузнецовой М. А.

Студентами выполнялись разнообразные задания, разработаны дидактические материалы к урокам: оформлены таблицы с результатами анализа учебников и материалов ЦОР, разработана компьютерная математическая модель системы «Пруд» (по материалам заданий ЦОР) в электронных таблицах Excel, выполнены численные эксперименты с компьютерной моделью в Excel и с использованием программы “Эко”, разработаны дидактические материалы (план беседы, план построения компьютерной модели в электронных таблицах) для учащихся, выполнен дидактический анализ программы “Эко”, сравнительный анализ применения электронных таблиц и специальной компьютерной программы «Эко» для решения задач компьютерного моделирования, а также комплексный анализ программного средства «Информатика»+«Эко» как компьютерного средства обучения (КСО).

В результате студенты обосновывали возможности использования ЦОР при изучении различных тем уроков, а также на уроках различного типа, на разных этапах урока, в сочетании с разными методами обучения, в деятельности учителя и ученика. Использование ЦОР на уроках информатики при изучении компьютерного моделирования позволяет расширить представления учащихся о роли и значении моделирования, сместить акценты с технологии построения учащимися компьютерной модели в сторону проведения исследования учащимися и овладения ими сущностью модельного отношения, овладения основными теоретическими понятиями по теме.

В качестве определенного итога разнообразной деятельности студенты выполняли проектное задание: разрабатывали на основе тематического планирования (по одной из авторских методик) вариант поурочного планирования и план-конспект урока (с включением элементов исследовательской деятельности учащихся на уроке и с использованием ЦОР).

Основная проблема, с которой сталкивались студенты и преподаватель при освоении содержания модуля, заключались в явном дефиците учебного времени. Самостоятельный анализ и последующее обсуждение, формулирование выводов, оформление результатов во многом для студентов носит творческий характер и требует самостоятельных усилий, что не всегда соответствовало запланированному времени.

Со стороны студентов и преподавателей высказывались критические замечания в адрес изучаемых ЦОР: ошибки в тексте материалов диска «Информатика» (ФИО), а также нестабильная работа ИКС. Работа в «Инструментальной компьютерной среде 5-9» предполагает раздельный вход в систему для разных групп пользователей, однако установка программы осуществляется на локальный компьютер. Клиент-серверный режим установки и объединение ресурсов на сервере позволит сделать доступными в сетевом режиме как материалы, используемые при изучении модуля, так и результаты работы студентов.

Определенную сложность для преподавателя представляет оценивание качества выполненных заданий: результаты анализа ЦОР и разработанные материалы. Кроме того, проектное задание представляло для студентов проблему, с которой не все успешно справились, часть работ, выполненных по проектному заданию, не удовлетворяли предъявляемым требованиям.

Кабинет информатики и наличие в нем разнообразного мультимедийного оборудования, как необходимое условие организации процесса обучения информатике, создают все условия и для использования на уроке самых разных цифровых образовательных ресурсов, однако в списке поставляемых ЦОР в рамках проекта НФПК отсутствует необходимый выбор учебных материалов. По теме «Компьютерное моделирование» отсутствует возможность как разнообразить количество учебных компьютерных моделей (УКМ), так и материалов для усвоения теоретического содержания по теме, контрольно-измерительных материалов, видеоматериалов и т.д.

Blog