Построить модель конструирования комплекса электронных учебных материалов с функциями генерации содержания заданий по конкретным предметным областям.
Разработать методику обучения учителей и студентов конструированию электронных учебных материалов, инвариантных к предметному содержанию и модифицирующих практические задания.
Выявить состав профессиональных умений, значимых для педагогической деятельности и формируемых посредством комплекса проектируемых электронных учебных материалов.
Методы исследования:
теоретические: анализ научно-педагогической, методической и специальной литературы в области информационных технологий обучения; психолого-педагогических изысканий по проблеме исследования; сравнение используемых в профессиональном обучении математических инструментальных сред;
практические: наблюдение, анкетирование, педагогический эксперимент, методы математической статистики.
Методологическую основу исследования составили: принцип системного подхода в педагогике (В.И. Загвязинский, В.С. Ильин, В.А. Сластенин и др.), принцип единства сознания и деятельности (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Д.Б. Эльконин и др.),
Теоретической основой исследования являются научные положения о применении информационных технологий в образовании (Б.С. Гершунский, А.П. Ершов, Е.И. Машбиц, В.М. Монахов), концепции организации обучения с применением информационно-дидактических средств (А.И. Архипова, С.П. Грушевский, И.В. Роберт Е.С. Полат и др.), компетентностный подход к подготовке учителя (В.П. Бедерханова, Н.В. Кузьмина, Н.Л. Стефанова, А.В. Хуторской и др.).
Организация исследования. Исследование осуществлено по этапам:
На первом этапе (2000–2002 гг.) – изучение психолого-педагогической, специальной, научной литературы, выявление педагогических, дидактических возможностей математических инструментальных сред, накопление эмпирического материала в процессе преподавания компьютерных наук, изучение опыта применения информационных технологий обучения в сфере профессионального образования. В процессе теоретического анализа определены исходные параметры, понятийный аппарат и методика исследования.
На втором этапе (2002–2004 гг.) были разработаны модель обучения будущих учителей математики, физики и информатики технологии конструирования электронных учебных материалов и программно-методический комплекс для обучения созданию электронных учебных материалов, который включает программу курса обучения; систему электронных учебных материалов; учебно-методическое пособие. Проведены констатирующий и формирующий этапы эксперимента.
На третьем этапе (2005-2006 гг.) была осуществлена качественная и статистическая обработка экспериментальных данных, обобщены полученные результаты, подведены итоги исследования.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Обоснована методическая целесообразность создания комплекса электронных учебных материалов со специфическими педагогическими свойствами: возможностью создания наборов практических заданий по различным предметным областям естественно-математического цикла посредством инвариантного программного компонента с функцией генерации заданий, что обеспечивает условия для дифференциации и индивидуализации обучения студентов и учителей, а также для реализации задачи информатизации педагогического образования, ориентирующей педагогов на создание нового учебно-методического обеспечения с компьютерной поддержкой.
Поставлена и решена проблема дидактической разработки и применения электронных учебных материалов на основе математических инструментальных сред в профессиональной подготовке учителей математики, физики и информатики, предложен и обоснован подход к формированию профессиональных умений студентов, реализуемый в процессе самостоятельной разработки электронных учебных материалов.
Выявлены дидактические возможности использования математической инструментальной среды MathCAD как средства формирования профессиональных умений студентов – будущих учителей математики и информатики.
Теоретически обоснована и разработана дидактическая модель обучения студентов конструированию электронных учебных материалов средствами математических инструментальных сред, позволяющая формировать профессионально значимые умения будущих учителей математики и информатики.
Раскрыты основные дидактические компоненты созданного программно-методического комплекса обучения студентов конструированию электронных учебных материалов, обеспечивающего их профессиональное формирование.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что расширена область использования математических инструментальных сред в процессе профессиональной подготовки учителей математики и информатики за счет того, что:
обобщены и описаны основные научные подходы к рассмотрению возможностей использования математических и информационных продуктов в формировании профессиональных умений студентов;
выявлены основные направления совершенствования профессиональной педагогической подготовки в процессе обучения самостоятельному конструированию электронных учебных материалов;
разработана технология обучения студентов – будущих учителей математики, информатики и физики конструированию электронных учебных материалов с использованием математических инструментальных сред;
изучено влияние дидактического процесса конструирования электронных учебных материалов на формирование профессионально значимых качеств учителей математики, информатики и физики.
Практическая значимость исследования определяется использованием полученных результатов в научно обоснованной организации процесса формирования профессионально-значимых умений студентов – будущих учителей математики, физики и информатики, обеспеченной программой, учебно-практическими и методическими материалами, учебно-методическим пособием по конструированию электронных дидактических материалов в среде MathCAD. Результаты исследования могут быть использованы в профессиональной подготовке, в системе повышения квалификации учителей математики и информатики. Разработанные материалы включены в состав учебно-информационного комплекса по математическому анализу и размещены на сайте http://mschool.kubsu.ru.
Достоверность и надежность полученных результатов исследования обеспечиваются анализом научных работ по проблемам исследования, выбором схемы эксперимента, адекватной его задачам, обоснованностью выбранных методологических позиций, результатами практического использования разработанного дидактического обеспечения в работе со студентами и учителями математики и информатики, положительным итогом проведенного педагогического эксперимента.
На защиту выносятся следующие положения:
Одним из эффективных средств информатизации педагогического образования является комплекс электронных учебных материалов, обеспечивающих возможность создания практических заданий по различным предметным областям, модифицируемых по форме представления дидактической информации и по выполняемым в учебном процессе педагогическим функциям.
Конструирование электронных учебных материалов по математике, физике, информатике осуществляется на основе математических инструментальных сред (MathCAD и др.), характеризующихся необходимыми дидактическими функциями: информативностью – возможностью представления информации в различных формах; динамичностью – демонстрацией анимаций и движений изучаемых объектов; вариативностью – генерацией индивидуальных заданий; интерактивностью – возможностью изменять параметры объекта и оперативно получать результат.
Структура модели конструирования электронных учебных материалов отражает учебные цели, принципы отбора содержания, методы обучения, типы практических заданий и как составляющие включает в себя: типовые структурные элементы комплекса электронных учебных материалов (теоретический, справочный и демонстрационный разделы, тренажеры, блоки генерации параметров и обратной связи); виды программных документов (файлы освоения теории, решения задач, генерации заданий, параметров и ответов). Конкретизация составляющих модели интегративно представлена технологией конструирования электронных учебных материалов для изучения математики, физики, информатики.
Методика обучения педагогов конструированию электронных учебных материалов реализуется двумя этапами: теоретическим – моделированием учебного процесса, практическим – выполнением индивидуальных проектов по созданию ЭУМ. На первом этапе обосновываются цели обучения – формирование знаний о педагогическом проектировании электронных ресурсов и умений создавать новые программные продукты; выполняются трансформация содержания для его представления в электронной форме, выбор частнодидактических методов обучения (открытых программ, проектов, динамических моделей); планируются формы учебной деятельности, традиционные и компьютерные средства обучения.
Обучение студентов конструированию электронных учебных материалов на основе математических инструментальных сред стимулирует формирование дидактической компетентности, что выражается в умениях выполнять педагогическое проектирование; отбирать учебный материал, выбирать формы представления учебного материала; предметной компетентности, что выражается в умениях подготовить учебно-тренировочные задачи, выполнять параметризацию заданий; информационной компетентности, которая проявляется в умениях создавать текстовые, графические области, сохранять параметры и считывать их из внешних файлов, использовать объектную связь MathCAD с офисными приложениями, что в комплексе создает условия для развития профессионально-личностных качеств будущего учителя.