WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Развитие обобщенных приемов умственной деятельности у учащихся старшей школы в процессе обучения кибернетическим основам информатики

На правах рукописи

АСАИНОВА Алмагуль Жаяковна

РАЗВИТИЕ ОБОБЩЕННЫХ ПРИЕМОВ
УМСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У УЧАЩИХСЯ СТАРШЕЙ
ШКОЛЫ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ КИБЕРНЕТИЧЕСКИМ
ОСНОВАМ ИНФОРМАТИКИ

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Омск–2006

Работа выполнена на кафедре теории
и методики обучения информатике ГОУ ВПО
«Омский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: кандидат педагогических наук, доцент

Марина Ивановна Рагулина

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, доцент

Ирина Ивановна Раскина;

кандидат педагогических наук, доцент

Лариса Александровна Усольцева

Ведущая организация: Красноярский государственный

педагогический университет

Защита состоится 12 января 2007 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.177.01 по защите диссертаций на соискание
ученой степени доктора педагогических наук при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, г. Омск, наб. Тухачевского, 14, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского
государственного педагогического университета.

Автореферат разослан « » декабря 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М. И. Рагулина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из важнейших тенденций современного образования является направленность на фундаментализацию. Фундаментальность образования связана с необходимостью формирования личности, которая умеет создавать, а не только пользоваться уже готовыми продуктами. Особенно этот процесс касается информатики, которую в силу специфичности предметной области можно причислить и к фундаментальным, и к технологическим дисциплинам.

На II Международном конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика» (Москва, 1996 г.) Россия предложила концепцию информатики как фундаментальной науки и общеобразовательной дисциплины. При этом была разработана новая структура предметной области «Информатика» для системы образования и показано, что переход к этой структуре может стать важным шагом на пути интеграции фундаментальной науки и образования.

На сегодняшний день в нашей стране сформированы представления об информатике как о фундаментальной науке, имеющей важное междисциплинарное, научно-методологическое и мировоззренческое значение. Согласно исследованиям ряда ученых (А. П. Ершов, К. К. Колин, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, В. С. Леднев и др.), в настоящее время информатика определяется как одна из фундаментальных отраслей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации.

Согласно принципу фундаментализации общего образования, в содержании школьного образования должны найти отражение только те стороны научного знания, которые имеют мировоззренческое значение, доступны для понимания учащихся и складываются в единую систему знаний – основу мировоззрения.

Кибернетика занимает особое место в структуре научного знания. Выполняя роль метанауки, она привнесла в информатику целый ряд уже ставших общенаучными понятий и информационное моделирование как метод научного познания.

Проблеме обучения основам кибернетики в школе посвящены исследования В. В. Касаткина, А. А. Кузнецова, В. С. Леднева. Именно они обосновали необходимость изучения кибернетики как общеобразовательного предмета, определили роль и значение в формировании мировоззрения учащихся. Новый этап в исследовании кибернетики как учебного компонента начался с разработок группы ученых (С. А. Бешенков, А. А. Кузнецов, А. Ю. Кравцова, Н. В. Матвеева, Е. А. Ракитина и др.), предпринятых в связи со стандартизацией содержания обучения информатике.

Кибернетический компонент в большей степени призван формировать общенаучные знания в области управления, автоматизации систем и процессов, то есть обеспечить общее кибернетическое образование, становление мировоззренческого потенциала личности. Данный вывод подтверждается и исследованиями В. С. Леднева, который рассматривает общее кибернетическое образование как более широкую систему, чем образовательная область «Информатика». По его мнению, мировоззрение современного человека не будет достаточно полным без формирования системы знания о самоуправляемых системах и об информационных процессах.

Усвоение фундаментальных (кибернетических) знаний характеризуется следующими признаками: целостное восприятие научной картины мира; раскрытие сущности фактов и явлений в области профессии и специальности; способность к синтезу со знаниями из других областей, к формированию междисциплинарного знания; высокая степень универсальности, способствующей пониманию и объяснению сути, взаимосвязи фактов и явлений из различных областей науки и практики; высокая степень обобщенности структурных единиц знания, явлений действительности, по отношению к которым все другие варианты структурных единиц знания являются специальными (или частными случаями) при определенных ограничениях исходных структурных единиц.

По мнению академика Ю. И. Журавлева, современный человек должен пользоваться понятиями «сигнал», «система», «объект и его состояние», «переход в новое состояние», «компонент, элемент системы», «управление», «обратная связь». Но ни одно из этих понятий не разъясняется в «обычных» школьных предметах, хотя иногда там и используются.

В усвоении фундаментальных знаний большая роль отводится мыслительной деятельности школьника, поскольку для их восприятия учащийся должен использовать приемы абстракции и обобщения с тем, чтобы сформировать целостную научную картину мира, научиться устанавливать причинно-следственные связи между отдельными явлениями действительности и выявлять закономерности.

Различные аспекты проблем формирования приемов умственной деятельности раскрыты в исследованиях психологов Л. С. Выготского, А. Н. Леонтьева, П. Я. Гальперина, С. Л. Рубинштейна, Н. Ф. Талызиной и др.; дидактов Ю. К. Бабанского, И. Я. Лернера, М. Н. Скаткина, Л. В. Занкова, М. И. Махмутова, А. В. Усовой и др. Проблема обобщения приемов умственной деятельности и их переноса рассматривалась в работах Д. Н. Богоявленского, Е. Н. Кабановой-Меллер, Н. А. Менчинской, В. В. Давыдова, С. Л. Рубинштейна, Д. Брунера, З. И. Калмыковой и др.

Формирование и развитие обобщенных приемов умственной деятельности (под ними понимается сформированный/обобщенный прием умственной деятельности, позволяющий использовать его в различных ситуациях и деятельностях, сознательно выбирать различный тип приема и способ его использования для решения конкретной задачи), по мнению многих ученых (П. И. Пидкасистый, Е. Н. Кабанова-Меллер, И. Я. Лернер, М. Н. Скаткин, Г. Г. Граник, З. И. Калмыкова и др.), происходит в процессе учебной деятельности посредством выполнения учащимися приемов учебной работы. В связи с этим большое значение уделяется содержанию учебного предмета. В качестве основных приемов, достаточных для организации успешной учебной деятельности, Е. Н. Кабанова-Меллер выделила приемы абстракции, обобщения и разностороннего рассмотрения объекта.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена, с одной стороны, необходимостью усиления фундаментальных основ общего среднего образования в области информатики путем исследования интегративных компонентов кибернетики и информатики, с другой – потребностью развития у учащихся обобщенных приемов умственной деятельности.

Проблема исследования заключается в разрешении противоречия между потенциалом кибернетической содержательной линии курса информатики и ИТ в старшей школе как средстве фундаментализации знаний по информатике и недостаточностью уровня развития у учащихся обобщенных приемов умственной деятельности, который требуется для усвоения кибернетических основ информатики.

Объектом исследования является процесс обучения информатике и информационным технологиям в старшей школе.

Предмет исследования – развитие обобщенных приемов умственной деятельности учащихся в условиях фундаментализации информатического образования в старшей школе путем усиления кибернетической содержательно-методической линии курса информатики.

Цель исследования – повышение уровня фундаментализации знаний по информатике у учащихся старшей школы на основе развития обобщенных приемов умственной деятельности.

В соответствии с проблемой была выдвинута гипотеза исследования: изучение курса информатики и ИТ в старшей школе обеспечит формирование у учащихся кибернетических (фундаментальных) основ информатики, если:

  • выявить кибернетические основы предметной области «Информатика» и адаптировать их в качестве фундаментального компонента учебного курса «Информатика и ИТ» для старшей школы;
  • усилить кибернетическую содержательно-методическую линию курса информатики и ИТ в старшей школе;
  • дополнить учебно-методическое обеспечение курса информатики и ИТ комплексом развивающих учебных задач с кибернетическим содержанием;
  • в основу учебного процесса по информатике положить развитие обобщенных приемов умственной деятельности у учащихся.

Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи:

    1. Выявить содержание кибернетических основ информатики как фундаментального компонента учебного курса информатики и ИТ.
    2. Определить психолого-педагогические условия формирования кибернетических основ информатики у школьников.
    3. Построить модель развития обобщенных приемов умственной деятельности у учащихся в процессе обучения кибернетическим основам информатики в старшей школе.
    4. Разработать комплекс развивающих задач по информатике с кибернетическим содержанием, способствующим поэтапному развитию обобщенных приемов умственной деятельности.
    5. Разработать методику обучения кибернетическим основам информатики и проверить ее эффективность в условиях опытно-экспериментальной работы.

Методологической основой исследования являются работы по кибернетическому подходу к исследованию объектов (А. И. Берг,
Н. Винер, М. Г. Гаазе-Рапопорт, В. М. Глушков, А. Тьюринг, У. Р. Эшби и др.); деятельностному подходу в обучении (Л. С. Выготский,
В. В. Давыдов, О. Б. Епишева, А. Н. Леонтьев, Е. Н. Ракитина, С. Л. Рубинштейн, О. К. Тихомиров и др.); личностно-ориентированному подходу (Е. Н. Бондаревская, В. В. Сериков, Л. М. Фридман, И. С. Якиманская и др.).

Теоретической основой исследования выступают: теория проектирования содержания образования (В. С. Леднев, И. Я. Лернер,
М. Н. Скаткин, В. И. Загвязинский и др.); теория поэтапного формирования умственных действий (П. Я. Гальперин, Е. Н. Кабанова-Меллер, Н. Ф. Талызина и др.); теория развивающего обучения (Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, Д. Б. Эльконин); теория и практика обучения информатике в школе (С. А. Бешенков, А. П. Ершов, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, Н. И. Пак, И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер и др.).

Для решения поставленных в исследовании задач использовались следующие методы:

  • теоретические: анализ и обобщение философской, психологической, педагогической и методической литературы по проблеме исследования; изучение современных нормативных документов по информатике; анализ программ, учебных пособий по информатике и ИТ для старшей школы; изучение и обобщение опыта преподавания элементов кибернетических знаний на старшей ступени средней общеобразовательной школы;
  • эмпирические: наблюдение за ходом учебно-воспитательного процесса, педагогический эксперимент (констатирующий, уточняющий и формирующий этапы) с целью выявления уровня овладения материалом по кибернетическим основам информатики и развития обобщенных приемов умственной деятельности у учащихся старшей школы; статистическая обработка данных педагогического эксперимента и обоснование выводов.

Научная новизна исследования: впервые теоретически обосновано и практически подтверждено, что проблема фундаментализации информатического образования в старшей школе посредством усиления кибернетических основ информатики может быть эффективно решена в условиях построения методической системы, основанной на ведущей идее развития обобщенных приемов умственной деятельности учащихся.



Теоретическая значимость исследования: теория и методика обучения информатике обогащена знаниями о том, что усиление кибернетической линии в курсе информатики и ИТ на старшей ступени общеобразовательной школы, способствующее углублению знаний учащихся в области информатики и реализации кибернетической направленности обучения информатике в школе возможно в условиях параллельного развития обобщенных приемов умственной деятельности учащихся.

Диссертационное исследование имеет также практическую значимость:

  • разработанная и апробированная методика обучения кибернетическим основам информатики, а также комплекс развивающих учебных задач, способствующих поэтапному развитию обобщенных приемов умственной деятельности, могут быть рекомендованы для практического использования на уроках информатики и ИТ;
  • подготовленные для учащихся 10–11 классов учебно-методи­ческие пособия и компьютерный учебно-методический комплекс «Элементы кибернетики» могут быть использованы в старшей школе при обучении элективным курсам, на факультативных занятиях по информатике и ИТ, а также студентами педагогических вузов на занятиях по теории и методике обучения информатике;
  • телекоммуникационный учебный проект «Информация и управление» может быть использован для организации проектной деятельности учащихся по информатике и ИТ в старшей школе на базовом и профильном уровнях.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечиваются опорой на фундаментальные работы в области кибернетики, теории и методики обучения информатике; использованием достижений психологии; научной обоснованностью исходных теоретических положений; использованием методов, адекватных целям и задачам исследования; совпадением выводов теоретического анализа проблемы исследования с результатами педагогического эксперимента; внедрением результатов исследования в процесс обучения информатике и ИТ в старшей школе.

Организация и этапы педагогического эксперимента. Исследование по данной проблеме проводилось в период с 2002 по 2006 гг. На первом этапе (2002–2003 гг.) происходили изучение и теоретический анализ философской, психолого-педагогической, научной литературы, постановка и уточнение цели и задач, выдвижение гипотезы исследования. Уточняющий этап эксперимента (2003–2004 гг.) был посвящен разработке теоретической модели и методики обучения кибернетическим основам информатики в старшей школе, способствующей фундаментализации курса информатики и развитию у учащихся обобщенных приемов умственной деятельности. На заключительном этапе эксперимента (2004–2006 гг.) осуществлялось внедрение методики в практику преподавания информатики и ИТ, а также диагностика уровня усвоения фундаментальных знаний в области информатики с последующим обобщением и систематизацией полученных результатов статистическими методами.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Фундаментальные основы содержания образовательной области «Информатика» формируются преимущественно на основе двух компонентов – математического и кибернетического. При этом кибернетический компонент относится к мировоззренческой, общеобразовательной сфере знания, наиболее доступной (и по этой причине предпочтительной) для реализации в структуре общего школьного образования.
  2. Процесс изучения кибернетических основ информатики в старшей школе требует повышенного уровня обобщения и абстракции, что приводит к необходимости углубленного развития у учащихся обобщенных приемов умственной деятельности.
  3. Основу логико-структурной модели развития у учащихся обобщенных приемов умственной деятельности в процессе формирования общекибернетических понятий курса информатики в старшей школе составляют: комплекс развивающих учебных задач по информатике с кибернетическим содержанием, теоретический материал по кибернетическим основам информатики и кибернетические идеи.
  4. Разработанная на основе кибернетического подхода методика обучения информатике и ИТ в старшей школе способствует развитию обобщенных приемов умственной деятельности и фундаментализации знаний учащихся в области информатики.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр теории и методики обучения информатике ОмГПУ (Омск, 2002–2006), информатики Павлодарского государственного педагогического института (Павлодар, 2004–2006); во время участия в международных научно-практических конференциях: «Валихановские чтения-X» (Кокшетау, 2005), «Проблемы взаимодействия школы и вуза» (Семипалатинск, 2005), «Сатпаевские чтения-VI» (Павлодар, 2006); на региональных научно-практи­чес­ких семинарах и конференциях: «Применение современных информационных технологий в образовании» (Омск, 2003).

По теме исследования автором опубликовано 7 научных трудов, из них 2 учебно-методических пособия и 5 статей.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка использованной литературы (200 наименований) и четырех приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, выявлена проблема исследования, определены объект и предмет, сформулирована цель, выдвинута гипотеза, определены задачи исследования; раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы; сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена выявлению сущности, структуры и содержания кибернетических основ информатики как фундаментального компонента учебного курса «Информатика и ИТ», теоретическому обоснованию возможности формирования у учащихся старшей школы фундаментальных знаний в области информатики посредством развития обобщенных приемов умственной деятельности.

Согласно принципам фундаментального образования, фундаментальность курса информатики объясняется фундаментальностью базовой для него науки и может обеспечиваться включением таких ее компонентов, которые способствуют фундаментализации содержания учебного курса либо усилению основ науки.

По мнению Н. И. Рыжовой, фундаментальные знания отражают в учебном предмете основания предметной области и составляют теоретические основания учебного предмета, которые складываются, в свою очередь, из философских, мировоззренческих и математических оснований. Это справедливо и для информатики как учебного предмета.

Математические основания, согласно модульной программе обучения компьютерной науке, подготовленной рабочей группой IFIP под эгидой ЮНЕСКО (1994 г.), включают в себя такие разделы, как «дискретные структуры», «логика для компьютерной науки», «математическая логика и формальная семантика», «формальные языки и теория автоматов», «формальная спецификация и верификация», «вычислимость и вычислительная сложность».

Цель обучения математическим основаниям информатики заключается в выработке «строгого» толкования природы информационных процессов, формальном определении (представлении) информационных процессов с помощью математических объектов. Применение математических средств для описания информационных процессов требует от учащегося максимальной «оторванности» от объекта исследования, поскольку используются абстракции высокого уровня для конструирования существующих на данный момент состояний объективной реальности.

Математика занимается изучением особой стороны любых предметов, явлений или процессов окружающего мира, а именно количественных отношений и пространственных форм, поэтому освоение этого компонента формирует одностороннее представление об информационных процессах (окружающей действительности), что не способствуют пониманию учащимися системно-информационной картины мира, лежащей в основе формирования научного мировоззрения.

Мировоззренческий аспект учебного курса информатики связан также с формированием представлений о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы. В работах А. А. Кузнецова, В. С. Леднева, диссертационном исследовании О. Б. Перфиловой отражено влияние кибернетического компонента содержания обучения информатике на формирование мировоззрения и общенаучных знаний учащихся.

Таким образом, фундаментальные основы информатики образуют, преимущественно математический и кибернетический компоненты (рис. 1).

 Содержание фундаментальных основ информатики -0

Рис. 1. Содержание фундаментальных основ информатики

Кибернетика демонстрирует общую модель управления для всех систем, определяет возможность описания процессов функционирования различных систем едиными формальными средствами. При этом она активно пользуется математическим аппаратом, методом компьютерного моделирования как частным случаем общенаучного метода моделирования.

Кибернетические основы информатики составляет система знаний соответствующей предметной области, которая определяется предметом исследования кибернетики.

1) Предметная часть включает основные элементы содержания: общие идеи, понятия, законы, принципы;

Эти компоненты позволяют выстроить систему знаний, которой обладает базовая наука. Идеи, или исходные теоретические положения, в теории выполняют двойную функцию: с одной стороны, служат фундаментом, с позиции которого описываются и объясняются объекты, явления; с другой – являются руководством, ориентиром в практической деятельности. Каждая идея находит свое конкретное выражение в содержании понятий, законов, принципов, правил. Выделение таких структурных элементов, как идеи, понятия, законы, принципы позволяет не только связать воедино систему знаний по кибернетическим основам информатики, но и сформировать обобщенный, кибернетический взгляд на мир и тем самым способствует фундаментализации информатических знаний.

Опираясь на научные труды основоположников кибернетики
(А. И. Берг, Н. Винер, В. М. Глушков, А. Н. Колмогоров, У. Р. Эшби и др.), мы выделили такие элементы системы знаний по кибернетическим основам информатики: идеи (идея детерминированности структуры системы и функции; идея общности процессов управления для всех систем; идея взаимосвязи процессов управления и информации); понятия (выделяются метапонятия, которые не связаны с какими-либо определенными предметными областями, а приложимы к ним, и на основе которых выстраивается методология человеческого мышления, т. е. осознание объективной реальности); принципы (управления, передачи информации в кибернетической системе, «черного ящика», взаимосвязи информации и управления, оптимизации кибернетических систем, самоорганизации систем); законы (регулирования системы при изменении ее гомеостатичного состояния, изменения выходных сигналов при изменении входных, создания системой управляющего компонента, возникновения информационных процессов при наличии двусторонних процессов в системе управления).

2) В гносеологическую часть входят основные методы кибернетики: системный анализ, функциональный анализ, математическое моделирование. Эти методы присущи не только кибернетике, но и информатике. Так, Е. Н. Ракитина в качестве обобщенных методов информатики называет системно-информационный анализ, информационное моделирование и вычислительный эксперимент.

3) Деятельностная часть включает технологию реализации моделей управления средствами различных языков программирования.

Для эффективного усвоения учащимся кибернетических основ информатики необходима опора на обобщенные приемы умственной деятельности (ОПУД) с тем, чтобы уметь выявлять закономерности в окружающей действительности, видеть целостную научную картину мира.

Структуру ОПУД образуют когнитивный, технологический и мотивационно-рефлексивный компоненты. Когнитивный компонент означает знание приема умственной деятельности, способов его переноса с целью решения стандартных и нестандартных учебных и жизненных задач. Технологический компонент – это умения выполнить прием умственной деятельности, умение осуществить его перенос на решение стандартных и нестандартных задач с использованием различных способов переноса приема. Мотивационно-рефлексивный компонент направлен на осуществление ориентации школьника в учебно-познавательной деятельности, распознавании в учебной задаче аналогичных ситуаций, потребности осуществлять обобщение приема, оценивание собственной деятельности, характеризует способность осуществить выбор приема и способа его переноса в конкретную ситуацию, сознательность в выборе видов приема и способов переноса для решения творческих задач.

Формирование и развитие ОПУД происходит в процессе учебной деятельности, поэтому к содержательному наполнению учебного предмета предъявляются определенные требования. Во-первых, учебный материал должен актуализировать приемы умственной деятельности. Во-вторых, он должен учитывать перенос приема умственной деятельности на внутри- и межпредметные ситуации. В-третьих, содержание должно способствовать формированию и развитию способности обобщать знания, приемы учебной и умственной деятельности.

В процессе реализации методов компьютерного информационного моделирования, системного и функционального анализа актуализируются следующие приемы умственной деятельности (таблица 1).

Для формирования и обобщения приема умственной деятельности очень важен перенос приема в различные ситуации, в процессе которого учащиеся усваивают способы переноса и особенности выполнения самого приема. Компьютерное информационное моделирование, системный и функциональный анализ как общенаучные методы познания применяются для решения самых различных задач, следовательно, обладают свойством широкого переноса на решение учебных и жизненных задач, что позволяет совершенствовать знания о способах переноса приема. Таким образом, системный и функциональный анализ, компьютерное моделирование позволяют развивать когнитивный и технологический компоненты ОПУД.

К основным условиям, способствующим обобщению приемов и формирующим способность к обобщению, зависящим от характера обучения, психологи Д. Брунер, С. Л. Рубинштейн и др. относят обучение учащихся умению видеть общее в частном, обобщенному подходу к рассмотрению объектов и явлений окружающей действительности, обобщенным способам мышления. При этом важно выделять те понятия, которые одновременно относятся к разным учебным предметам. Кибернетические основы информатики имеют в своем составе понятия, идеи, принципы и законы, относящиеся к мировоззренческому компоненту, используемые практически в каждом учебном предмете. Таким образом, мировоззренческий компонент кибернетических основ воздействует на мотивационно-рефлексивный компонент ОПУД.

Описанный механизм лег в основу теоретической модели развития обобщенных приемов умственной деятельности у старшеклассников (рис. 2).

Таблица 1

№ п/п Этапы Приемы
умственной
деятельности
Компьютерное моделирование
1 Построение описательной информационной модели Разностороннего рассмотрения объекта, абстракция
2 Создание формализованной модели Абстракция, обобщение
3 Преобразование формализованной информационной модели в компьютерную модель Обобщение, конкретизация
4 Проведение компьютерного эксперимента, анализ полученных результатов и корректировка данных и модели Обобщение
Системный анализ
1 Определение цели исследования Абстракция
2 Выделение основных элементов и подсистем Абстракция
3 Определение и моделирование структуры системы Обобщение, абстракция
4 Выявление функций основных подсистем и системы в целом Абстракция, сравнение
5 Определение входов и выходов системы, а также способов взаимодействия с окружающей средой Абстракция, обобщение
6 Моделирование процесса функционирования системы Абстракция, обобщение,
7 Выявление системообразующих факторов, обуславливающих сохранение и / или развитие объекта как единого целого Абстракция
Функциональный анализ
1 Определение входов и выходов системы Абстракция, обобщение
2 Определение типа входных и выходных данных Абстракция, обобщение, конкретизация
3 Определение зависимости между входными и выходными данными; представление в виде информационной модели Абстракция, обобщение, прием разностороннего рассмотрения объекта
4 Формулирование цели управления в системе Абстракция, обобщение

 Развитие ОПУД при реализации кибернетической-1

Рис. 2. Развитие ОПУД при реализации кибернетической линии курса информатики

Кибернетические основы информатики обладают свойством имплицитности, т. е. они присутствуют во всех содержательных линиях курса информатики в виде кибернетических идей, реализация которых требует соответствующей методической деятельности учителя. Методика обучения должна быть направлена на активизацию деятельности учащихся путем создания учебных ситуаций, требующих анализа систем, выработки управляющих воздействий. Возникает подобная учебная ситуация в процессе решения задач с кибернетическим содержанием. При этом предполагается обязательная мотивация ученика (внешняя) со стороны учителя (при соответствующей предварительной подготовке мотивация может быть и внутренней).

В процессе обучения информатике и ИТ возможно также реализовать в явном виде содержательно-методическую линию кибернетических основ информатики. Это показал анализ учебников, учебно-методических пособий, нормативных документов по информатике для старшей школы. Теоретический материал по кибернетическим основам информатики должен отражать содержание фундаментального компонента и обусловливает комплекс учебных задач. Учебные задачи с кибернетическим содержанием должны предполагать развитие ОПУД у школьников: актуализировать приемы, осуществлять их перенос в новые учебные ситуации.

Таким образом, при организации обучения кибернетическим основам информатики важно создать дидактические условия в процессе обучения информатике. Во-первых, преподавание информатики должно учитывать включение основных системообразующих элементов содержания кибернетических основ информатики: идей, понятий, принципов и законов. Во-вторых, методика обучения должна учитывать потенциальные возможности компьютерного моделирования, системного и функционального анализа в развитии ОПУД. Способом осуществления этих видов деятельности в информатике является комплекс развивающих задач с кибернетическим содержанием. В-третьих, в процессе компьютерного информационного моделирования, системного и функционального анализа необходимо указывать на приемы умственной деятельности, осознанно выделять их, осуществлять выбор способов переноса приемов умственной деятельности при решении различных учебных задач, осуществляя тем самым рефлексию учебной деятельности.

Во второй главе диссертационного исследования представлена методика обучения кибернетическим основам информатики в старшей школе, способствующая развитию обобщенных приемов умственной деятельности.

Выделение и реализация содержательно-методической линии кибернетических основ информатики в курсе информатики и ИТ на базовом уровне потребовало использования методов проблемного обучения, предполагающих осуществление переноса приемов учебной и умственной деятельности на внутрипредметную и межпредметную ситуации. В качестве средства организации учебно-познавательной деятельности, реализующей эвристические и исследовательские методы, выступает разработанный нами телекоммуникационный проект «Информация и управление». Для эффективного обучения кибернетическим основам информатики нами разработан и применяется компьютерный учебно-методический комплекс «Элементы кибернетики», позволяющий организовать изучение учащимися теоретического материала, выполнение практических заданий, осуществлять контроль усвоения основ кибернетики.

Содержание обучения кибернетическим основам информатики наиболее полно реализуется в профильном курсе информатики, где возможно организовать решение учебных задач с кибернетическим содержанием (таблица 2), способствующих развитию кибернетических представлений о мире и ОПУД.

Таблица 2

Типология учебных задач по информатике
с кибернетическим содержанием

Типы учебных задач Виды учебных задач
1) на применение системного анализа
  • на распознавание систем;
  • на осуществление системного анализа объекта: системно-элементного, системно-струк­турного, системно-функционального, системно-коммуникационного, системно-интегративного
2) на применение функционального анализа
  • на определение зависимости между входными и выходными данными;
  • на определение структуры черного ящика;
  • на выделение цели (функции) системы;
  • на распознавание информационных процессов и процессов управления в системе
3) на применение компьютерного моделирования
  • на построение компьютерной модели кибернетической системы-автомата;
  • на построение компьютерной модели системы управления

Логика построения задач основана на последовательности применяемых учебных приемов, которые должны постепенно совершенствоваться и включаться в систему других приемов, осуществляя тем самым поэтапное развитие приемов умственной деятельности.

Поскольку данный комплекс учебных задач должен обеспечивать поэтапное развитие ОПУД, необходимо, чтобы он удовлетворял следующим требованиям: обеспечение направленности деятельности, характерной для кибернетических основ информатики; построение последовательности учебных задач в соответствии с формируемым учебным приемом и с учетом его переноса в различные ситуации, усложнением видов деятельности; углубление знаний в области информатики; совершенствование информатических умений, навыков, способов деятельности.

Основная цель проведенного нами педагогического эксперимента с целью апробации и внедрения результатов исследования заключалась в практической проверке научной гипотезы и оценке эффективности разработанной методики обучения кибернетическим основам информатики. Экспериментальная работа осуществлялась в естественных условиях педагогического процесса, при обучения учащихся 10–11-х классов информатике на базовом и профильном уровнях (контрольная группа – традиционная методика, экспериментальная группа – экспериментальная методика). В общей сложности в эксперименте было задействовано около 100 старшеклассников школ Омской области (МОУ «Николаевская СОШ», МОУ «Курумбельская СОШ» Черлакского района).

Диагностика уровня усвоения кибернетических основ информатики осуществлялась по специальным тестам, результаты выполнения которых представлены в таблице 3. Выделены такие уровни усвоения знаний: «высокий» – соответствует оценка «5» в традиционной системе обучения, средний – «4», низкий – «3»/«2».

Таблица 3

Выборки, подлежащие сравнению и оцениванию

Уровень К
до экс-та
Э
до экс-та
К
после экс-та
Э
после экс-та
высокий 1 0 1 7
средний 12 15 15 19
низкий 16 16 13 5

Полученные данные были использованы для их графического представления (рис. 3).

Для проверки эффективности разработанной методики проводилась статистическая обработка результатной информации с применением критерия хи-квадрат. Показатель эмп для экспериментальной и контрольной групп после окончания эксперимента составил 8,46, что больше критического значения 2крит = 5,99. Это означает, что достоверность различий и характеристик экспериментальной и контрольной групп по завершению эксперимента составила 95 %.

Рис. 3. Распределение учащихся по уровням усвоения
фундаментальных знаний

Диагностику уровней развития ОПУД у учащихся мы проводили по методике Е. Н. Кабановой-Меллер. Каждый из показателей ОПУД мог проявиться на одном из трех уровней: высоком, среднем, низком. Результаты по развитию приемов абстракции, обобщения и разностороннего рассмотрения объекта для представителей контрольных и экспериментальных групп представлены в табличной (таблица 4) и графической (рис. 4) формах.

Таблица 4

Выборки, подлежащие сравнению и оцениванию

Уровень Прием
абстракции
Прием
обобщения
Прием разносто­роннего рассмот­рения объекта
К после
экс-та
Э после экс-та К после экс-та Э после экс-та К после экс-та Э после экс-та
высокий 3 8 1 8 3 9
средний 12 17 15 16 12 16
низкий 14 6 13 7 14 6

С целью проверки эффективности разработанной методики проводилась статистическая обработка данных: числовые показатели для экспериментальной и контрольной групп на момент завершения эксперимента составили:

для приемов абстракции, обобщения и разностороннего рассмотрения объекта соответственно. Достоверность различий и характеристик экспериментальной и контрольной групп после окончания эксперимента составляет также 95 %.

Рис. 4. Распределение учащихся по уровням обобщенного приема
абстракции, обобщения и разностороннего рассмотрения объекта

Полученные данные подтверждают эффективность обучения по предложенной методике и полностью подтверждают гипотезу исследования.

В заключении приведены результаты, достигнутые в ходе работы над диссертацией:

1. Выделены кибернетические основы информатики как фундаментальный компонент образовательной области «Информатика». Определено содержание кибернетических основ информатики: выявлены основные идеи кибернетики, определяющие ведущую роль кибернетики в информатике и находящие конкретное выражение в содержании понятий, законов, принципов.

2. Определены дидактические условия развития обобщенных приемов умственной деятельности у старшеклассников в процессе обучения кибернетическим основам информатики: преподавание информатики должно учитывать включение основных системообразующих элементов содержания кибернетических основ информатики – идей, понятий, принципов и законов; методика обучения информатике должна учитывать потенциальные возможности компьютерного моделирования, системного и функционального анализа в развитии ОПУД школьников; в процессе компьютерного информационного моделирования, системного и функционального анализа необходимо указывать на приемы умственной деятельности, осознанно их выделять, осуществлять выбор способов переноса приемов умственной деятельности при решении различных учебных задач, т. е. осуществлять рефлексию учебной деятельности.

3. Выявлен механизм влияния обучения кибернетическим основам информатики на развитие обобщенных приемов умственной деятельности школьников, заключающийся в том, что мировоззренческий компонент кибернетических основ информатики способствует развитию мотивационно-рефлексивного компонента ОПУД, осуществление системного, функционального анализа, компьютерного информационного моделирования позволяет развивать когнитивный и технологический компоненты ОПУД и построена модель развития ОПУД.

4. Разработан комплекс развивающих учебных задач с кибернетическим содержанием, способствующий поэтапному развитию обобщенных приемов умственной деятельности. Основные требования к комплексу задач: обеспечение направленности деятельности, характерной для кибернетических основ информатики; последовательность учебных задач строится в соответствии с формируемым учебным приемом, с учетом его переноса в различные ситуации, усложнением видов деятельности; углубление знаний по информатике; совершенствование умений, навыков, способов деятельности в области информатике.

5. Разработана методика обучения кибернетическим основам информатики в старшей школе, способствующая развитию обобщенных приемов умственной деятельности у старшеклассников. Подтверждена эффективность разработанной методики обучения кибернетическим основам информатики, позволяющей развивать обобщенные приемы умственной деятельности в процессе обучения информатике.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

  1. Асаинова, А. Ж. Учебно-методический проект «Информация и управление» [Текст] / А. Ж. Асаинова // Применение современных информационных технологий в образовании: Сб. трудов 4-го учебно-методического семинара. – Омск: Изд-во ОмГПУ, 2003. – С. 37–40.
  2. Асаинова, А. Ж. Формирование учебно-познавательной компетентности школьников в процессе обучения информатике [Текст] / А. Ж. Асаинова // Математика и информатика: наука и образование: Межвузовский сб. науч. трудов. Ежегодник. – Омск: Изд-во ОмГПУ, 2003. – Вып. 3. – С. 169–171.
  3. Асаинова, А. Ж. Кибернетический компонент содержания современного курса информатики и учебно-познавательная компетенция: специфика науки кибернетики и познавательная деятельность школьников [Текст] / А. Ж. Асаинова // Валихановские чтения-10:
    Сб. материалов международной науч.-практ. конф. – Кокшетау: Изд-во РИО КГУ, 2005. – Т. 4. – С. 326–329.
  4. Асаинова, А. Ж. Кибернетика и информатика: проблема соотношения наук [Текст] / О. А. Щеголькова, А. Ж. Асаинова // Материалы науч. конф. молодых ученых «VI Сатпаевские чтения». – Павлодар: Изд-во ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – Т. 20. – С. 274–280 (авт. 50 %).
  5. Асаинова, А. Ж. Обучение кибернетическим основам информатики в старшей школе: Методические рекомендации [Текст] /
    А. Ж. Асаинова. – Павлодар: Изд-во РИО ПГПИ, 2006. – 38 с.
  6. Асаинова, А. Ж. Кибернетические основы информатики. Задачник-практикум: Учебно-методическое пособие [Текст] / А. Ж. Асаинова. – Павлодар: Изд-во РИО ПГПИ, 2006. – 109 с.
  7. Асаинова, А. Ж. Особенности формирования обобщенных приемов умственной деятельности учащихся в процессе обучения
    кибернетическим основам информатики [Текст] / А. Ж. Асаинова // Омский научный вестник. – 2006. – Вып. 5(39). – С. 289–290.

Лицензия ЛР № 020074

Подписано в печать 10.12.06 Формат 6084/16

Бумага офсетная Ризография

Печ. л. 1,5 Уч. изд. л. 1,5

Тираж 100 экз. Заказ Ya-283-06

______________________________________________

Издательство ОмГПУ: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.