Повышение эффективности формирования химических знаний школьников
Тираж 100 экз.
Издательство “Экомир”
Министерство образования Российской Федерации
107005, г.Москва, ул.Радио, дом 10а
На правах рукописи
РАТКЕВИЧ Елена Юрьевна
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ШКОЛЬНИКОВ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ
ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ
13.00.02 - Теория и методика обучения химии
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата
педагогических наук
Москва - 1998
Работа выполнена в Московском педагогическом университете
| Научные руководители: |
- доктор педагогических наук, профессор Е.Е.Минченков |
| - доктор химических наук, профессор Г.Н.Мансуров | |
| Официальные оппоненты: |
- доктор химических наук, профессор В.И.Яшкичев |
|
- кандидат педагогических наук П.А.Оржековский |
Ведущая организация: Московский государственный педагогический
университет
Защита состоится “_22_” _декабря____ 1998 г. в __15__ часов
на заседании диссертационного совета К113.11.13 в Московском педагогическом университете по адресу: 104114, г.Мытищи, ул.Волошиной, д.24,
аудитория 627
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета
Автореферат разослан “____” _______________ 1998 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат биологических наук _______________________________А.П.Коничева
Актуальность исследования. Начавшийся еще в 50-е годы процесс повышения теоретического уровня содержания курса химии поставил перед методистами проблему соотношения в нем теории и фактов. Усиление роли теоретического знания виделось в те годы в перемещении его на более ранние сроки обучения, что позволило использовать не только систематизирующую и объясняющую функции теорий, но и их прогностическую функцию (Ю.В.Ходаков). Этот процесс происходит и в настоящее время. Однако изменение соотношения в школьной химии фактологического и теоретического материала в пользу последнего приводит к недостаточному обоснованию теорий в сознании учащихся. Постепенное перемещение теоретического материала на начальные этапы обучения химии существенно уменьшило число фактов, служивших прежде его обоснованием.
Выход из создавшегося положения в настоящее время может быть найден при использовании в процессе преподавания химии информационной технологии обучения, позволяющей создать методически обоснованный поток информации, включающий, в частности, фактологический материал, который в дальнейшем может стать базой для проявления систематизирующей и объясняющей функций теоретического знания. Понятно, что создание информационного потока невозможно без использования персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ). Информационная технология открывает для учащихся возможность лучше осознать характер самого объекта, активно включиться в процесс его познания, самостоятельно изменяя как его параметры, так и условия функционирования. В связи с этим, информационная технология не только может оказать положительное влияние на понимание школьниками строения и сущности функционирования объекта, но, что более важно, и на их умственное развитие. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.
Значительный вклад в теорию и практику использования информационной технологии обучения (компьютеризации обучения) внесли: А.П.Беляева, В.П.Беспалько, Я.А.Ваграменко, А.П.Ершов, М.И.Жалдак, В.М.Зеленин, В.А.Извозчиков, А.А.Кузнецов, Ю.К.Кузнецов, В.В.Лаптев, М.П.Лапчик, А.Е.Марон, И.В.Марусева, Е.И.Машбиц, А.Г.Мордкович, И.А.Румянцев, М.В. Швецкий и другие ученые. В работах этих авторов рассмотрены пути повышения эффективности обучения с использованием различных технических средств, некоторые способы классификации педагогических программных средств (ППС), проблемы компьютеризации естественных дисциплин и др.
Вопросам использования вычислительной техники в обучении химии посвящены многочисленные труды методистов-химиков: И.Л.Дрижун, А.Ю.Жегин, Э.Г.Злотников, Н.Е.Кузнецова, М.С.Пак, Т.А.Сергеева, M.Bilek, B.Brestenska, A.Burewicz, H.Gulinska, J.Holy, J.Hurek, F.Kappenberg, K.Kolar, I.Moore, K.Nowak, R.Piosik, A.Suchan, A.Sztejnberg и другие. Рассмотрено применение электронной техники для составления контрольных работ, моделирования химических процессов и явлений, компьютеризации химического эксперимента, решения задач и проведения количественных расчетов, разработки учащимися алгоритмов и программ действий на базе компьютеров, осуществления самоконтроля и стандартизированного контроля знаний.
Однако не все вопросы, стоящие перед компьютеризацией обучения, разработаны достаточно детально, что затрудняет внедрение ее в практику обучения. Так, недостаточно обоснована роль и место ПЭВМ в процессе обучения химии, сочетание компьютера с традиционными подходами к обучению учащихся, отсутствует единая классификация педагогических программных средств, не разработаны критерии оценки компьютерных программ по химии и практическая методика применения ПЭВМ в обучении химии.
В результате возникло несоответствие между потребностями школы в использовании компьютерной технологии обучения и ограничениями ее, вследствие недоработки отдельных важных сторон использования ПЭВМ в школьной практике. Это несоответствие и определило актуальность настоящего исследования.
Цель исследования состоит в повышении эффективности обучения химии при использовании информационной технологии.
Объектом исследования является процесс обучения химии.
Предмет исследования - выявление влияния информационной технологии на эффективность обучения.
Гипотеза. Повышение эффективности обучения химии при использовании информационной технологии возможно, если:
- определить роль и место использования информационной технологии в курсе химии;
- сформулировать критерии отбора материала к содержанию ППС;
- разработать общие требования к обучающе-контролирующим программам и их созданию;
- разработать методику сочетания традиционного и информационно-технологического обучения.
Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:
На основе анализа литературных источников уточнить следующие понятия: “поток учебной информации” и “информационная технология обучения”.
Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении химии, с точки зрения их эффективности в обучении и простоты работы с ними.
Разработать общие требования к обучающе-контролирующим программным средствам и их проектированию.
Сформулировать критерии отбора химического материала при разработке компьютерных программ.
Разработать методический подход к применению ПЭВМ при обучении химии.
Разработать компьютерные программы по отдельным вопросам школьного курса химии.
Экспериментально проверить эффективность предложенного методического подхода.
В процессе исследования использовались следующие методы:
- анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования;
- изучение специальной литературы по языкам программирования и структуре компьютерных программ;
- анализ современных отечественных и зарубежных ППС обучающе-контролирующего типа;
- наблюдение за ходом учебного процесса;
- анализ качества усвоения нового материала, изложенного учителем;
- анализ проверочных и контрольных работ учащихся;
- проведение диагностических работ, анкетирование, беседа, тестирование;
- анализ результатов исследования.
На первом этапе исследования (1995 - 1996 гг.) проводился анализ учебно-программной документации, психолого-педагогической и методической литературы. Изучены имеющиеся ППС обучающе-контролирующего типа, выявлены предъявляемые к ним требования. Обобщен опыт работы учителей средних школ города Москвы и преподавателей Московского педагогического университета по разработке и внедрению в учебный процесс контролирующих и моделирующих ППС, найдены подходы к решению поставленной проблемы. Полученный материал позволил сформулировать гипотезу исследования, определить основные цели и задачи.
На втором этапе (1996 - 1997 гг.) был проанализирован пакет программ MultiVision v.4.5. и система обработки математических данных Маthcad; разработана методика их применения при изучении химии, созданы и опробованы обучающе-контролирующие и моделирующие программы по некоторым разделам курса химии средней школы. По результатам проведенного педагогического эксперимента получена оценка эффективности разработанных автоматизированных систем контроля и моделирования химических процессов и методик их применения.
На третьем этапе (1997 - 1998 гг.) завершена экспериментальная работа, проведена обработка и анализ полученных результатов, внесены коррективы в разработанные программные средства, произведено уточнение теоретических положений, оформлена диссертация.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в том, что определены понятия “учебной информации”, “учебного информационного потока” и “информационной технологии обучения”, применяемого в дидактической системе, введена классификация наглядных средств; предложен и реализован целостный программно-методический подход, предназначенный для обучения химии, а также для контроля усвоения получаемых знаний учащимися; уточнено понятие “ППС контролирующего и обучающего типов” и рассмотрены различные подходы к их конструированию; выделены основные требования, предъявляемые к обучающе-контролирующим программам в соответствии с современным уровнем развития технических средств; доказана необходимость разработки нового курса химии для систематического использования информационной технологии и разработаны отдельные его фрагменты.
Практическая значимость исследования состоит в разработке нового компьютерного курса химии и создании автоматизированной системы контроля (обучающе-контролирующих программ) и усвоения знаний на примере некоторых разделов курса химии средней школы, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к ППС на современном этапе; в разработке методических рекомендаций по проведению уроков и индивидуальных занятий с использованием созданных программных продуктов.
На защиту выносятся:
1. Комплекс требований, предъявляемых к ППС контролирующего и моделирующего типов в соответствии с современным уровнем развития компьютерной техники и запросами средней школы.
2. Автоматизированная система контроля и усвоения знаний, обучающие и контролирующие программы с элементами моделирования по некоторым разделам курса химии средней школы.
Разработанные методические рекомендации по созданию и использованию компьютерных программ, предназначенных для обучения и контроля знаний и умений учащихся.
4. Критерии отбора материала курса химии, предназначенного для изучения с применением информационной технологии.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Разработанный применительно к IBM PC обучающе-контролирующий программный продукт создан на базе графической оболочки MV v.4.5 “Протекс” и оболочки Mathcad; апробирован в 854-й средней школе города Москвы (Зеленоград) и в 69–ой средней школе города Москвы (Строгино). Материалы исследования многократно обсуждались на заседаниях кафедры; результаты докладывались на научных студенческих конференциях (МПУ, апрель, 1996, 1997 и 1998 г.г.), а также на XLV Герценовских чтениях (Санкт-Петербург, май, 1998 г.) и в Российском университете дружбы народов (Москва, май, 1998 г.).
По результатам исследования опубликовано 11 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка и приложения. Работа содержит таблицы, иллюстрирована схемами, рисунками и диаграммами.
Основное содержание диссертации
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, раскрывается научный аппарат исследования: цель, объект, предмет, гипотеза, задачи, этапы, методы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертации “Роль ППС в повышении эффективности понимания, усвоения и контроля изучаемого материала” проводится анализ научно-методической литературы и учебных пособий по теме исследования; выделяются проблемы компьютерного (информационного) обучения, обосновывается необходимость автоматизации контроля; рассматриваются методические аспекты использования ППС обучающе-контролирующего типа на уроках химии и их сочетание с традиционной технологией обучения; выделяются основные требования, предъявляемые к обучающе-контролирующим ППС.
В результате анализа методической литературы и передового педагогического опыта сформулированы проблемы компьютерного обучения; их подробному исследованию посвящена настоящая диссертация.
1. Проблема соотношения объема информации (потока информации), который может предоставить компьютер ученику и объема сведений, которые ученик может во-первых, мысленно охватить, во-вторых - осмыслить, а в-третьих - усвоить.
Традиционный путь учебного познания заключается, согласно понятиям диалектической логики, в переходе от явления к сущности, от частного к общему, от простого к сложному и т.д. Такое “пошаговое” обучение позволяет ученику перейти от простого описания конкретных явлений, число которых может быть весьма ограниченным, к формированию понятий, обобщений, систематизации, классификации, а затем и к выявлению сущности разных порядков. Новый путь познания отличается большим информационным потоком, насыщенностью конкретикой (т.е. фактами), позволяет быстрее проходить этапы систематизации и классификации, подводить фактологию под понятия и переходить к выявлению различных сущностей. Однако скорость таких переходов и осмысления фактов, их систематизация и классификация ограничены природными возможностями человека и довольна слабо изучены. В связи с этим, соотношение традиционного и информационного потоков учебной информации не может быть точно определено. Сюда же относится и проблема ориентации учащихся в потоке информации, предоставляемой компьютером.
Ученика не приучили ориентироваться в мощном потоке учебной информации, он не может разделять ее на главное и второстепенное, выделять направленность этой информации, перерабатывать ее для лучшего усвоения, выявлять закономерности и т.п. В сущности, информация (сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах) может рассматриваться как некая многофакторная система, детали которой скрыты от учащихся, а потому и весь этот поток сведений в целом (его основы, направленность, цели, связи между элементами, причинно-следственные зависимости и т.п.) оказывается трудно доступным для восприятия.
2. Проблема темпа усвоения учащимися материала с помощью компьютера (проблема возможной индивидуализации обучения при классно-урочной системе).
В результате использования обучающих ППС происходит индивидуализация процесса обучения. Каждый ученик усваивает материал по своему плану, т.е. в соответствии со своими индивидуальными способностями восприятия. В результате такого обучения уже через 1-2 урока (занятия) учащиеся будут находиться на разных стадиях (уровнях) изучения нового материала. Это приведет к тому, что учитель не сможет продолжать обучение школьников по традиционной классно-урочной системе. Основная задача такого рода обучения состоит в том, чтобы ученики находились на одной стадии перед изучением нового материала и при этом все отведенное время для работы у них было занято. По-видимому, это может быть достигнуто при сочетании различных технологии обучения, причем обучающие ППС должны содержать несколько уровней сложности. В этом случае ученик, который быстро усваивает предлагаемую ему информацию, может просмотреть более сложные разделы данной темы, а также поработать над закреплением изучаемого материала. Слабый же ученик к этому моменту усвоит тот минимальный объем информации, который необходим для изучения последующего материала. При таком подходе к решению проблемы у преподавателя появляется возможность реализовать дифференцированное, а также разноуровневое обучение в условиях традиционного школьного преподавания.
3. Проблема соотношения “компьютерного” и “человеческого” мышления.
“Машинное” и человеческое мышление существенным образом различаются. Если машина “мыслит” только в двоичной системе, то мышление человека значительно многостороннее, шире и богаче. Как использовать компьютер, чтобы развить у учащихся человеческий подход к мышлению, а не привить ему некий жесткий алгоритм мыслительной деятельности?
Процесс внедрения информационной технологии в обучение школьников достаточно сложен и требует фундаментального осмысления. Применяя компьютер в школе, необходимо следить за тем, чтобы ученик не превратился в автомат, который умеет мыслить и работать только по предложенному ему кем-то (в данном случае программистом) алгоритму. Для решения этой проблемы необходимо наряду с информационными методами обучения применять и традиционные. Используя различные технологии обучения, мы приучим учащихся к разным способам восприятия материала: чтение страниц учебника, объяснение учителя, получение информации с экрана монитора и др.. С другой стороны, обучающие и контролирующие программы должны предоставлять пользователю возможность построения своего собственного алгоритма действий, а не навязывать ему готовый, созданный программистом. Благодаря построению собственного алгоритма действий ученик начинает систематизировать и применять имеющиеся у него знания к реальным условиям, что особенно важно для их осмысления.
4.Проблема создания виртуальных образов.
Работая с моделирующими ППС, пользователь может создавать различные объекты, которые по некоторым параметрам могут выходить за грани реальности, задавать такие условия протекания процессов, которые в реальном мире осуществить невозможно. Появляется опасность того, что учащиеся в силу своей неопытности не смогут отличить виртуальный мир от реального. Поэтому, во избежание возможного отрицательного эффекта использования информационной технологии в процессе обучения школьников, при разработке ППС, содержащих элементы моделирования, необходимо накладывать ограничения или вводить соответствующие комментарии (например, “В реальных условиях ваша модель не может существовать” и т.п.), чтобы ученик не мог “уйти” за грани реальности в результате манипулирования химическими явлениями. Виртуальные образы, наряду с опасностью создания нереальных ситуаций, могут сыграть положительную дидактическую роль. Информационная технология позволит учащимся осознать модельные объекты, условия их существования, улучшая, таким образом, понимание изучаемого материала и, что особенно важно, их умственное развитие. Следует отметить, что компьютер, как педагогическое средство, используется в школе, как правило, эпизодически. Это объясняется тем, что при разработке современного курса химии не стоял вопрос о привязке к нему информационной технологии. Применение компьютера, поэтому, оказывается целесообразным лишь при изучении отдельных тем (химическое равновесие, синтез веществ, скорость реакции и др.), где имеется очевидная возможность вариативности. Для систематического использования информационной технологии в процессе обучения необходимо переработать (модернизировать) весь школьный курс химии.
Анализ исследований по проблеме применения информационной технологии в процессе обучения показал, что пока еще мало внимания уделено вопросам рассмотрения основных форм сочетания традиционной и информационной технологий обучения. Именно этому и посвящена первая глава диссертации; сделан вывод, что важным методическим принципом применения компьютерных программ является их совместимость с традиционными формами обучения. При планировании уроков необходимо найти оптимальное сочетание таких программ с другими (традиционными) средствами обучения. Наличие обратной связи с возможностью компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе работы, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся. Контроль одного и того же материала может осуществляться с различной степенью глубины и полноты, в оптимальном темпе, для каждого конкретного человека. Таким образом, мы предполагаем, что информационную технологию наиболее целесообразно применять для осуществления предварительного контроля знаний, где требуется быстрая и точная информация об освоении знаний учащимися, при необходимости создания информационного потока учебного материала или для моделирования различных химических объектов.
Поскольку педагогические программные средства ориентированы на достижение поставленных преподавателем учебных целей, они должны разрабатываться с учетом предъявляемых к ним психолого-педагогических, эргономических, эстетических и конструтивно-технических требований (схема 1). Из перечисленных выше требований мы выбрали те, которые, на наш взгляд, изучены недостаточно полно, но являются весьма существенными: отбор информации и конструирование ППС, организация деятельности учащихся, формы предъявления информации.
Общие
требования
психолого- эргономические эстетические конструктивно-
педагогические технические
отбор расположение выразительность конструктивная
материала информации универсальность
организация
использование
сопроводи-
деятельности текста целостность тельная до-
учащихся кументация
адаптивность представление кадры- эффективность
информации заставки труда препод.
формы
применение
эффективность
предъявления изображений