Использование информационных технологий в обучении математике и информатике студентов средних специальных учебных заведений технического профиля 13. 00. 08 теория и методика профессионального образования

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Научный руководитель Гоу впо инэка) Общая характеристика работы Объектом исследования Предметом исследования Гипотеза исследования Методологическую и теоретическую основу исследования Основные этапы исследования. Базой исследования Научная новизна Теоретическая значимость Практическая значимость Достоверность и обоснованность Апробация результатов исследования. Структура и объём диссертации. Основное содержание работы Во введении Первая глава Зависимость пути от времени при прямолинейном движении точки задана уравнением: . Основные результаты работы и выводы ... Полное содержание

Подобный материал:

• Социальное партнерство средних Специальных Учебных Заведений с предприятиями-работодателями, 412.09kb.
• А. М. Гаджинский Логистика Учебник, 2628.02kb.
• А. М. Гаджинский Логистика Учебник, 2626.94kb.
• А. М. Гаджинский Логистика Учебник, 2627.26kb.
• Рабочая учебная программа предмета налоговое право по специальности 030503 Правоведение, 130.56kb.
• Формирование готовности к функционально-математическому моделированию при обучении, 556.32kb.
• Учебная программа теория и методика обучения в избранном виде спорта для студентов, 150.04kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов заочников средних специальных, 854.52kb.
• Курс лекций по организации производства на предприятиях отрасли, 1731.03kb.
• О проведении зональной Олимпиады по физике среди студентов средних специальных учебных, 64.23kb.

На правах рукописи


ИВАНОВА Татьяна Александровна


Использование

информационных технологий

в обучении математике и информатике

студентов средних специальных учебных заведений технического профиля


13.00.08 – теория и методика профессионального образования


Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата педагогических наук


Елабуга – 2008

Работа выполнена на кафедре алгебры и геометрии

ГОУ ВПО «Елабужский государственный педагогический университет»


Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Капустина Татьяна Васильевна

(ГОУ ВПО ЕГПУ)


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бугримов Анатолий Львович

(ГОУ ВПО МГОУ)


кандидат педагогических наук, доцент

Зайцева Жанна Ильинична

(ГОУ ВПО ИНЭКА)


Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный

гуманитарный университет

им. М. А. Шолохова»


Защита состоится «23» декабря 2008 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.155.09 по защите докторских диссертаций по специальностям:

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (физика),

13.00.08 – теория и методика профессионального образования

в ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет»

по адресу: 105005, г. Москва, ул. Радио, д. 10 а, корп. 2, ауд. 10.


С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет».


Автореферат разослан « 18 » ноября 2008 г.





Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат педагогических наук, доцент С. А. Кордышева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность исследования. Информатизация – основа реформирования системы образования в современный период и должна развиваться опережающими темпами. Определяющая роль в реформировании системы образования общества отводится новым информационным технологиям (НИТ). Это инструмент, с помощью которого педагоги смогут качественно изменить методы и организационные формы своей работы, полнее развивать индивидуальные особенности обучаемых, осуществлять постоянное динамичное обновление организации учебного процесса.

Использование НИТ в образовании предъявляет определённые требования к формированию новой модели среднего профессионального образования, призванной научить студента самостоятельно приобретать и актуализировать знания, обеспечивать сочетание достаточно обширной общеобразовательной подготовки с возможностью глубокого постижения дисциплин на основе компьютерных средств обучения.

В последние годы особенно усилилось стремление молодёжи к получению высококачественного среднего профессионального образования. Одной из причин является ориентация работодателей на профессионализм и компетентность работника, обязательно владеющего навыками использования НИТ.

В диссертации рассмотрена одна из сторон процесса информатизации образования – методика создания и использования информационных технологий обучения студентов технических специальностей на основе компьютерной математической системы Mathematica в преподавании курсов математики и информатики с выявлением межпредметных связей данных дисциплин в средних специальных учебных заведениях технического профиля.

Анализ целей и задач преподавания курсов математики и информатики в средних специальных учебных заведениях (ССУЗ) технического профиля и определение роли информационных технологий в повышении профессиональной компетентности специалистов среднего звена приводит к идее модернизации методических основ обучения и методологии преподавания математики и информатики в средних специальных учебных заведениях технического профиля.

Вопросам создания и использования новых информационных технологий, научное обоснование педагогической целесообразности их применения, дидактическим условиям компьютеризации обучения посвящены многочисленные труды исследователей: Н. В. Апатовой, Ю. С. Брановского, Я. А. Ваграменко, С. М. Вишняковой, Б. С. Гершунского, А. П. Ершова, Т. В. Капустиной, М. П. Лапчика, Е. И. Машбица, В. М. Монахова, Е. С. Полат, Ю. А. Первина, И. В. Роберт, С. С. Свириденко и др.

На интеграционный характер применения информационных технологий в профессиональном образовании указывают И. Н. Антипов, И. И. Баврин, С. А. Бешенков, А. Л. Бугримов, Г. Д. Глейзер, А. В. Латышев, И. В. Роберт и другие исследователи, отмечая их специфические свойства, важнейшим из которых является усиление деятельностного подхода при использовании НИТ.

Новым и перспективным направлением осуществления профессиональной подготовки студентов технических специальностей в области информатизации математического образования является использование в процессе обучения математике и информатике компьютерных математических систем (КМС).

Накоплен определённый опыт применения КМС в сфере образования. Комплексное использование компьютерной математической системы Mathematica в качестве базовой в учебном процессе высших учебных заведений предлагают Ю. И. Воротницкий, Л. В. Городняя, С. В. Земсков, Ю. В. Позняк, Н. А. Калинина, А. А. Кулешов. Наряду с данными авторами весьма интересными представляются исследования В. М. Волчкова, В. П. Дьяконова, C. A. Дьяченко, H. A. Зюбан, Т. А. Матвеевой, С. И. Машарова, О. Б. Крючкова, Т. В. Капустиной, О. В. Мантурова, S. Wagon, E. Kamerich, в которых рассматривается использование компьютерных математических систем в сфере среднего и высшего образования применительно к процессу обучения математике.

Анализ работ по проблеме использования КМС Mathematica в сфере среднего профессионального образования позволяет сделать вывод, что на сегодняшний день нет исследований, рассматривающих проблемы использования системы Mathematica в профессиональной подготовке студентов технических специальностей в области информатизации математического образования, тем более, в обучении математике и информатике на основе одной универсальной математической среды.

Психолого-педагогические проблемы использования межпредметных связей математики и информатики в средних специальных учебных заведениях, влияющих на профессиональную компетентность специалистов среднего звена, рассмотрены в работах В. С. Былкова, А. Б. Горстко, Л. А. Жуковой, Л. П. Крившенко, М. В. Крутихиной, В. М. Кузьменко, Т. Н. Мираковой, В. М. Монахова, А. А. Михно, Л. М. Фридман, С. И. Шапиро, А. Н. Шарипова, В. А. Штоффа и других исследователей.

Несмотря на большое количество работ, посвящённых проблемам реализации идей межпредметных связей математики и информатики, нет исследований, посвящённых использованию новых информационных технологий (на примере КМС Mathematica) в обучении математике и информатике в качестве средства осуществления межпредметных связей данных дисциплин в профессиональной подготовке студентов технических специальностей.

Для комплексного использования системы Mathematica в учебном процессе преподавания математики и информатики необходимо, прежде всего, решить ряд методических вопросов, связанных с созданием учебно-методических материалов, учебных пособий для работы с компьютерной математической системой Mathematica, компьютерных учебников, созданных в среде Mathematica, учитывающих систематическое применение компьютерной математической системы.

Вопросы разработки и использования компьютерных учебников в процессе обучения обсуждаются в работах Е. Л. Абдуллиной, Н. В. Агеева, Ю. Ю. Барановой, А. И. Башмакова, А. К. Волкова, А. Ю. Деревниной, Ж. И. Зайцевой, О. В. Зиминой, В. Л. Иванова, М. Р. Меламуд, К. П. Ядрова, С. А. Христочевского и других. В работах рассмотрены аспекты, связанные с функциями компьютерного учебника, его структурой, требованиями к форме преставления данных. Анализ возможностей компьютерных математических систем и системы Mathematica, в частности, приводит к выводу, что именно компьютерная математическая система Mathematica может служить в полной мере основой для построения компьютерного учебника.

Таким образом, актуальность темы исследования подтверждается следующими факторами:

• малой эффективностью всех видов учебных занятий по математике и информатике (лекционных, практических, лабораторных, факультативных), самостоятельной и исследовательской работы студентов при традиционной форме обучения и возможностью изменить это положение с помощью комплексного использования компьютерных математических систем в курсах математики и информатики при обучении студентов технических специальностей;
  
• недостаточными знаниями возможностей компьютерных математических систем, необходимыми в профессиональной деятельности студентов технических ССУЗов;
  
• необходимостью вооружить выпускников технических ССУЗов умениями применять в своей профессиональной деятельности информационные технологии и быть современными высококвалифицированными специалистами среднего звена.
  

Общая проблема исследования: выявить информационные технологии, необходимые и достаточные для комплексного использования в процессе обучения математике и информатике студентов технических специальностей, обеспечивающие качественную профессиональную подготовку в среднем специальном учебном заведении будущих специалистов среднего звена.

Определение темы настоящего исследования обусловлено следующими противоречиями:

• между социальным заказом общества на высококвалифицированных специалистов среднего звена и недостаточным уровнем информационной культуры выпускников технических ССУЗов;
  
• между наличием в настоящее время компьютерных математических систем, обладающих широчайшими возможностями для использования в обучении математике и информатике, и недостаточной проработанностью теоретических и практических основ их комплексного использования в учебном процессе средних специальных учебных заведений технического профиля;
  
• между потребностью применения компьютерных математических систем в профессиональной подготовке студентов технических специальностей и недостаточным их использованием в методике преподавания математики и информатики;
  
• между современными требованиями к уровню профессиональной подготовки студентов технических специальностей и традиционной методикой, не учитывающей многообразие новых методов, форм и средств обучения математике и информатике;
  
• между традиционной методикой обучения профессиональному владению информационными технологиями студентов технических специальностей и современными требованиями к их уровню знаний, интегративных умений и информационной культуре.
  

Актуальность и неразработанность указанных выше проблем определяют выбор темы исследования: «Использование информационных технологий в обучении математике и информатике студентов средних специальных учебных заведений технического профиля».

Объектом исследования является процесс профессиональной подготовки студентов технических специальностей с использованием новых информационных технологий.

Предметом исследования является комплексное использование новых информационных технологий в курсах математики и информатики в профессиональной подготовке студентов технических специальностей.

Целью диссертационного исследования является разработка, научное обоснование и апробация форм, методов и средств комплексного использования новых информационных технологий в курсах математики и информатики в процессе профессиональной подготовки студентов технических специальностей.

Гипотеза исследования содержит предположения, что

• уровень профессиональной подготовки студентов технических специальностей и их интерес к математике и информатике повысится в условиях комплексного использования новых информационных технологий на основе компьютерных математических систем;
  
• процесс профессиональной подготовки студентов технических специальностей в области математики и информатики может быть интенсифицирован и приобретёт качественно иной характер при внедрении авторской информационной технологии.
  

Для достижения цели исследования поставлены задачи:

1. Проанализировать педагогическую и методическую литературу на предмет комплексного использования информационных технологий в процессе обучения математике и информатике студентов технических специальностей.
   
2. Обосновать выбор компьютерной системы Mathematica в качестве средства новых информационных технологий и средства осуществления межпредметных связей дисциплин в обучении математике и информатике.
   
3. Разработать методику комплексного использования компьютерной математической системы Mathematica в курсах математики и информатики, в самостоятельной и исследовательской работе студентов средних специальных учебных заведений технического профиля.
   
4. Разработать средства интенсификации профессиональной подготовки студентов технических специальностей, в частности, создать элементы учебно-методического комплекса обучения математике и информатике с использованием КМС Mathematica, включающие: примерные и тематические планы обучения дисциплинам с использованием системы Mathematica, описание методики использования системы в курсе информатики в качестве базового программного продукта при изучении основных понятий программирования, учебное пособие по дисциплине «Математика» для работы с компьютерной математической системой Mathematica и компьютерный учебник, выполненный в среде Mathematica, описание методики их использования в процессе обучения математике.
   
5. Экспериментально проверить эффективность разработанного методического обеспечения по использованию компьютерной математической системы Mathematica в курсах «Математика» и «Информатика» будущих специалистов среднего звена.
   

Методологическую и теоретическую основу исследования составили:

• положения общей теории обучения (Б. С. Гершунский, Э. Д. Новожилов, М. Н. Скаткин и др.);
  
• концепция системного подхода к анализу проблемы оптимизации педагогического процесса (П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, Н. В. Кузьмина, Н. А. Мечинская, В. Н. Садовский, Д. Б. Эльконин и др.);
  
• теория развивающего обучения (Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн, Д. Б. Эльконин, И. С. Якиманская и др.);
  
• деятельностный подход к развитию личности (Б. Г. Ананьев, В. Г. Афанасьев, Л. С. Выготский, А. Н. Леонтьев, А. В. Петровский, Н. Ф. Талызина и др.);
  
• личностно-ориентированный подход к процессу обучения (Ю. С. Брановский, Е. В. Бондаревская, В. В. Сериков, В. А. Сластёнин, В. В. Полукаров и др.);
  
• теория поэтапного формирования умственных действий (И. А. Володарская, П. Я. Гальперин, А. М. Коротков, Н. Ф. Талызина и др.);
  
• концептуальные положения методики обучения математике (М. И. Башмаков, В. А. Гусев, Г. В. Дорофеев, Ю. М. Колягин, Г. И. Саранцев и др.);
  
• концептуальные положения теории новых информационных технологий обучения (Н. В. Апатова, А. Я. Ваграменко, А. П. Ершов, В. А. Извозчиков, М. П. Лапчик, Е. И. Машбиц, В. М. Монахов, И. В. Роберт, Н. Ф. Талызина, О. К. Тихомиров и др.);
  
• логический анализ содержания курса математики для средних специальных учебных заведений технического профиля (Н. В. Богомолов, И. В. Виленкин, И. Г. Истомина, П. И. Самойленко и др.);
  
• учебники и учебно-методические пособия по информатике (П. П. Беленький, В. Т. Безручко, С. А. Бешенков, С. А. Канцедал, Н. В. Макарова, А. В. Могилёв, Н. И. Пак, И. Г. Семакин, Н. И. Хеннер и др.);
  
• руководства и указания по применению компьютерной математической системы Mathematica (С. Вольфрам, Е. М. Воробьёв, В. П. Дьяконов, Т. В. Капустина, Я. К. Шмидский и др.).
  

Решение поставленных в работе задач и проверка гипотезы обеспечивались комплексом взаимодополняющих методов исследования:

• анализ и систематизация данных психолого-педагогической, научно-методической и учебной литературы по теме исследования;
  
• наблюдение учебного процесса преподавания математики и информатики в средних специальных учебных заведениях;
  
• теоретическое моделирование использования компьютерной системы Mathematica в процессе обучения математике и информатике;
  
• теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности разработанной методики;
  
• экспериментальное обучение, анкетирование, опросы, контрольные срезы с целью сбора эмпирических данных;
  
• количественная и качественная обработка экспериментальных данных на основе использования методов математической статистики.
  

Основные этапы исследования. Указанные выше методы были использованы в 2002 – 2008 гг. в ходе проводимого автором исследования.

На первом этапе (2002-2004 гг.) осуществлялся анализ психолого-педагогической, научно-методической и учебной литературы, результатом которого явилось уточнение проблемы исследования и разработка его основных теоретических положений, был проведен констатирующий эксперимент.

На втором этапе (2004-2007 гг.) разрабатывалась методика использования компьютерной системы Mathematica при изучении математики и информатики в среднем специальном учебном заведении технического профиля, проведён поисковый эксперимент с целью корректировки теоретически разработанной методики.

На третьем этапе (2007-2008 гг.) проводилась проверка эффективности разработанной методики в ходе формирующего эксперимента, количественная и качественная обработка результатов эксперимента, сформулированы общие выводы по проведенному исследованию.

Базой исследования были государственные образовательные учреждения среднего профессионального образования «Нижнекамский нефтехимический колледж» и «Нижнекамский политехнический колледж имени Е. Н. Королёва». В опытно-экспериментальной работе принимали участие 420 студентов технических факультетов данных средних специальных учебных заведений.

Научная новизна заключается в следующем: разработаны, теоретически обоснованы и внедрены формы, методы и средства комплексного использования новых информационных технологий в обучении математике и информатике студентов средних специальных учебных заведений технического профиля; разработаны и методологически обоснованы элементы технологии создания компьютерных учебников в среде Mathematica.

• создана концепция комплексного использования компьютерной математической системы Mathematica в курсах «Математика» и «Информатика», позволяющая осуществить профессиональную подготовку студентов технических специальностей в области математики и информатики;
  
• разработана и внедрена усовершенствованная методика профессиональной подготовки будущих специалистов технического профиля, предполагающая комплексное использование системы Mathematica при обучении математике и информатике;
  
• разработаны и внедрены элементы учебно-методического комплекса обучения математике и информатике с использованием КМС Mathematica для формирования и развития профессиональных качеств будущих специалистов среднего звена.
  

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

• решена научная задача разработки методов и новых форм комплексного использования компьютерной системы Mathematica в процессе обучения математике и информатике студентов технических специальностей в ССУЗе, имеющая большое значение для теории и методики профессионального образования;
  
• разработана методика комплексного использования компьютерной математической системы Mathematica при обучении математике и информатике, позволяющая совершенствовать профессиональную подготовку будущих специалистов среднего звена.
  

Практическая значимость исследования определяется тем, что методическое обеспечение по использованию системы Mathematica в процессе обучения математике и информатике студентов технических специальностей может применяться преподавателями технических ССУЗов, а также студентами для подготовки к лекционным и практическим занятиям, зачётам и экзаменам, для проведения учебных исследований и для самообразования.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены:

• опорой основных положений и научных выводов на достижения педагогики, психологии, математики, информатики, теории и методики обучения математике и информатике;
  
• соответствием используемых методов целям и задачам исследования;
  
• корректным проведением экспериментального исследования;
  
• рациональным сочетанием теоретических и эмпирических методов исследования;
  
• применением методов математической статистики для обработки экспериментальных данных.
  

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новые направления использования средств и методов информационных технологий в процессе обучения математике и информатике студентов средних специальных учебных заведений технического профиля.
   
2. Методика комплексного применения КМС Mathematica в курсах математики и информатики, включающая использование системы Mathematica во всех видах учебных занятий данных дисциплин (лекционных, практических, лабораторных, факультативных), в самостоятельной и исследовательской работе студентов средних специальных учебных заведений технического профиля.
   
3. Разработанные элементы учебно-методического комплекса обучения математике и информатике с использованием КМС Mathematica, включающие: примерные и тематические планы обучения дисциплинам с использованием системы Mathematica, описание методики использования системы в курсе информатики в качестве базового программного продукта при изучении основных понятий программирования, учебное пособие по дисциплине «Математика» для работы с компьютерной математической системой Mathematica и компьютерный учебник, выполненный в среде Mathematica, описание методики их использования в процессе обучения математике.
   
4. Результаты педагогического эксперимента по оценке эффективности предлагаемого методического обеспечения.
   

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры алгебры и геометрии Елабужского государственного педагогического университета, на заседаниях предметно-цикловой комиссии естественнонаучных дисциплин Нижнекамского нефтехимического колледжа, на заседаниях предметно-цикловой комиссии математики и информатики Нижнекамского политехнического колледжа имени Е. Н. Королёва, на Республиканской научно-практической конференции «Рынок труда и профессиональное образование» (Казань, 2004 г.), на международной научно-практической конференции «Образование и воспитание социально-ориентированной личности студента: отечественный и зарубежный опыт» (Казань, 2005 г.), на Республиканской научно-практической конференции «Информатизация образования в Республике Татарстан: опыт, проблемы, перспективы» (Казань, 2006 г.), на региональной научно-практической конференции «Наука и профессиональное образование» (Казань, 2007 г.), на XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-20» (Ярославль, 2007 г.), на Республиканском научно-практическом семинаре «Инновации в преподавании информационных технологий в ССУЗах РТ» (Нижнекамск, 2008 г.). Результаты изложены в 10 публикациях общим объёмом 10,54 п. л.

Результаты исследования внедрены в практику обучения государственных образовательных учреждений среднего профессионального образования «Нижнекамский нефтехимический колледж» и «Нижнекамский политехнический колледж имени Е. Н. Королёва».

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 175 страницах машинописного текста (не считая библиографического списка и приложений), включает 2 рисунка, 2 диаграммы, 9 таблиц и список литературы из 260 наименований.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ