Использование эвристических методов на уроках информатики

Учитель информатики МОУ «Лицей № 000»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВРИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ

Современное информационное общество предъявляет достаточно высокие требования к выпускникам школы: способность к самообразованию в течение всей жизни, умение осуществлять поисковую деятельность, ставить задачи и находить пути решения. Для того чтобы человек смог адаптироваться в новом информационно-коммуникационном пространстве, необходимы коренные изменения в системе образования: направленность на развитие личности, создание условий для саморазвития и самосовершенствования ученика, формирование эвристических качеств, заключающихся в умении самостоятельно добывать знания и применять их в разнообразных ситуациях, развитие творческих способностей учащихся с одновременным освоением культурно-исторических достижений человечества.

Средством развития эвристических, творческих и интеллектуальных способностей является эвристическое обучение. Эвристическое обучение - обучение, ставящее целью конструирование учеником собственного смысла, целей и содержания образования, а также процесса его организации, диагностики и осознания [1, 256-257]. Основной характеристикой эвристического обучения является создание школьниками образовательных продуктов в изучаемых предметах и выстраивание индивидуальных образовательных траекторий в каждой из образовательных областей. Под образовательной продукцией понимается, во-первых, материализованные продукты деятельности ученика в виде суждений, текстов, рисунков, поделок и т. п.; во-вторых, изменения личностных качеств ученика, развивающихся в учебном процессе. «Обе составляющие образовательной продукции - материальная и личностная, создаются одновременно и равны по значимости в конструировании учеником индивидуального образовательного процесса». [4, 2].

Структурно-организационной основой эвристического обучения являются эвристические методы обучения. Учеными отмечаются две основные функциональные харак­теристики эвристических методов: функции «наведения» на пра­вильное решение и функции «сокращения» вариантов при перебо­ре возможных путей решения задач [3,133— 134]. Эвристические методы обучения делятся на: когнитивные, креативные и оргдеятельностные (рис.1).

 

Применение эвристических методов обучения на уроках информатики способствует организации продуктивной деятельности ученика и позволяет учащимся познавать окружающий мир, создавая при этом образовательную продукцию. Учитывая особенность эвристических методов обучения можно сделать вывод, что их целесообразно применять на профильном уровне старшей школе. Такой вывод обосновывается следующим:

§  цели эвристического обучения и профильного обучения совпадают и выражаются в углубленном изучении предмета;

§  углубленное изучение материала соответствует психическим особенностям старшеклассника («учебная работа старшеклассников становится весьма углубленной» [6]);

§  «конструирование собственного смысла, целей и содержания» возможно только при сформированности теоретического мышления, свойственного подростку;

§  одна из особенностей эвристических методов, выраженная в длительности поиска конечного результата, наиболее соответствует волевым качествам старшеклассника: целеустремленности, решительности, настойчивости, самостоятельности, инициативности, умению контролировать свое поведение и владеть собой.

Использование эвристических методов на уроках информатики представлено на примере изучения учебного модуля по теме «Технология обработки звуковой информации». Данный модуль рассчитан на 8 часов. Реализация учебного модуля предполагается в 10 классе в курсе информатики и ИКТ как на базовом уровне, так и на профильном уровне. Учебный модуль состоит из 9 блоков: блок входного контроля, исторический блок, блок актуализации знаний, экспериментальный блок, блок обобщения, теоретический блок, блок применения, блок стыковки, блок выходного контроля. Структурно-логическая схема учебного модуля представлена на рис 2.

 

В поддержку данного модуля разработан учебный сайт (см. приложение «Сайт «Технология обработки звуковой информации»), на котором представлена теоретическая информация по всем темам, а также комплекс вопросов и заданий, способствующий закреплению теоретических знаний и развитию самостоятельности учащихся.

Комплексная дидактическая цель модуля (КЦМ) – изучить технологии обработки звуковой информации, развить самостоятельность и познавательный интерес.

Исходя из КДЦ, определены цели каждого блока и содержание учебных элементов, составляющих модуль. Содержание учебных элементов отражено в тематическом планировании.

Тематическое планирование учебного модуля.

№	Тема	кол-во часов
1	Общие сведения о природе звука и записи	1
2	Представление звуковой информации	1
3	Цифровая звукозапись и цифровая обработка звуков, аналоговые устройства обработки информации	2
4	Форматы звуковых файлов.	1
5	Оцифровка звука и параметры оцифровки звука.	1
6	Акустические системы, наушники, микрофоны.	1
7	Контрольная работа.	1

Описание блоков учебного модуля.

Входной контроль.

Цель - выявить уровень знаний по теме «Обработка звуковой информации».

В данном блоке рекомендуется провести входное тестирование. Тестовые задания содержат 5 вопросов с выбором одного правильного ответа (см. приложение №1). В зависимости от результатов входного тестирования учитель корректирует содержание темы №1,2 (см. тематическое планирование). Если количество положительных оценок составляет 70-100 %, изучение теоретического материала происходит без корректировки, если количество положительных оценок меньше 70 % , то в процессе изучения нового материала делается акцент на тех вопросах, при ответах на которые было сделано больше всего ошибок.

Исторический блок.

Цель - провести исторический экскурс и сформировать представление об эволюции способов обработки звуковой информации, развить познавательный интерес к изучению нового материала.

На освоение данного блока целесообразно отвести немного времени (около 15-20 минут). При изучении материала следует отметить несколько дат:

нач. 80-х – появление первых электронных музыкальных инструментов – синтезаторов;

1983 г. – совместное соглашение производителей электронной музыки с производителями компьютеров о том, какие электрические сигналы будут подаваться персональному компьютеру, о разъемах и кабелях, которые будут соединять компьютеры и синтезаторы. Следует отметить, что данное соглашение получило название стандарт MIDI.

1989 г. – появление звуковых карт, позволило улучшить качество звука и способствовало появлению звуковой подсистемы.

Блок актуализации.

Цель - актуализировать и систематизировать знания по теме «Звук», изучаемой в курсе физики средней общей школы, сформировать позитивный настрой на дальнейшее изучение данной темы.

Данный блок используется при изучении темы «Общие сведения о природе звука и записи». В данном случае отражаются межпредметные связи информатики и физики. В курсе физики средней общей школы учащиеся знакомились с понятием «звуковая волна», а также с характеристиками звука: частота, амплитуда колебаний, скорость звука, диапазон, сила звука. Также из курса физики учащимся должно быть знакомо, что музыкальный звук характеризуется тремя качествами: высотой, громкостью и тембром – окраской звука.

Данный блок сопрягается с блоком входного контроля, т. к. предлагаемый тест (при входном контроле) содержит в себе вопросы, которые ранее уже изучались в курсе физики.

Экспериментальный блок.

Цель – сформировать навыки самостоятельного изучения программных средств для обработки звуковой информации: Cool Edit 2000 и MP3Producer; сформировать навыки преобразования звуковых файлов в WAV и MP3 формат; сформировать навыки редактирования звуковых файлов с помощью звукового редактора Cool Edit 2000.

После изучения теоретического материала по теме «Форматы звуковых файлов» учащимся предлагается самостоятельно изучить программное средство MP3Producer и преобразовать звуковые файлы различных форматов в WAV или MP3 формат. Также после изучения темы «Оцифровка звука. Параметры оцифровки» учащимся необходимо отредактировать ранее записанный с помощью стандартного приложения «Звукозапись» файл, используя при этом звуковой редактор Cool Edit 2000, а после этого определить во сколько раз полученный файл больше исходного.

Блок обобщения

Цель – обобщить и систематизировать полученные знания.

Данный блок используется после изучения всего теоретического материала: учащимся предлагается подготовить опорный конспект и презентацию, а также ответить на проблемный вопрос, используя при этом полученные теоретические знания. Все задания представлены на сайте после теоретического материала.

Теоретический блок

Цель – сформировать представления о цифровой звукозаписи, акустических системах и цифровых устройствах обработки звука; изучить принципы работы аналоговых устройств обработки звука, изучить форматы звуковых файлов; сформировать навыки работы в звуковом редакторе Cool Edit и MP3Producer; сформировать навыки записи звукового файла с помощью стандартного приложения «Звукозапись».

При реализации данного блока происходит постоянное обращение к информации, размещенной на сайте. Теоретическая информация изучается учащимися практически самостоятельно, однако происходит комментирование учителем некоторых тем: «Цифровая звукозапись и цифровая обработка звуков, аналоговые устройства обработки информации», «Оцифровка звука и параметры оцифровки звука», т. к. данные темы, в отличие от других, являются достаточно сложными для самостоятельного изучения.

Блок применения

Цель – сформировать умения применять полученные знания на практике.

Данный блок используется после изучения теоретического материала по теме «Цифровая звукозапись и цифровая обработка звуков. Аналоговые устройства обработки информации». Задание для данного блока размещено на сайте (тема 3). Для формирования навыков цифровой звукозаписи учащимся необходимо записать звуковой файл длительностью 2 минуты с «глубиной» кодирования 16 бит и частотой дискретизации 48 кГц и сохранить его под именем start. wav.

Блок стыковки

Цель – совместить пройденный материал в курсе физики с содержанием учебного материала информатики о природе звука и звукозаписи, выявить межпредметные связи информатики с другими предметами.

Учащимся предлагается заполнить таблицу «Способы записи звука», используя при этом уже имеющиеся знания, полученные в курсе физике основной средней школы, и знания, полученные при самостоятельном изучении материала, размещенного на сайте, и дополнительного материала.

Выходной контроль

Цель – проверить знания и умения, полученные при изучении учебного модуля.

Задания для данного блока размещены на отдельной странице сайта (см. приложение №2). “Задания выходного контроля позволяют определить степень овладения содержанием учебного модуля. Учащийся, не выполнивший то или иное требование блока выходного контроля, возвращается к тому элементу учебного модуля, в котором были допущены ошибки”. [5].

Для более эффективной организации учебно-воспитательного процесса представлено более подробное тематическое планирование с указанием форм, средств, а также результатов обучения для каждой темы.

Вводимые сокращения: ф:- форма обучения, ОрдМ - оргдеятельностные методы, КогМ - когнитивные методы, КрМ – креативные методы.

№	Тема урока	Формы и методы обучения	Результат обучения
1	Общие сведения о природе звука и записи.	ф: индивидуальная; м: ОрдМ - метод самоорганизации обучения.	Знание основных свойств звуковой волны, способов записи звука.
2	Представление звуковой информации.	ф: групповая; м: ОрдМ – метод взаимообучения, метод упражнений.	Знание способов представления звуковой информации, умение оценивать информационный объем стереоаудиофайла.
3	Цифровая звукозапись и цифровая обработка звуков, аналоговые устройства обработки информации.	ф: индивидуальная; м: КогМ – метод смыслового видения.	Знание способов цифровой звукозаписи и цифровой обработки звуков, знание принципов работы АЦП и ЦАП, умение записывать звуковой файл с помощью стандартного приложения «Звукозапись»
4	Форматы звуковых файлов.	ф: индивидуальная; м: КогМ - метод исследования, практический метод.	Знание основных форматов звуковых файлов, умение преобразовывать звуковые файлы различных форматов в формат WAV и MP3.
5	Оцифровка звука и параметры оцифровки звука.	ф: индивидуальная, групповая. м: ОрдМ – метод взаимообучения, практический метод, метод исследования.	Знание основных методов оцифровки звука, а также программных и аппаратных средств обработки звуковой информации, умение редактировать звуковой файл с помощью программного средства Cool Edit 2000.
6	Акустические системы, наушники, микрофоны.	ф: индивидуальная, фронтальная; м: КогМ - метод эмпатии, практический метод, метод самостоятельной работы.	Знание основных параметров и характеристик акустических систем, умение изучать самостоятельно, анализировать и представлять информацию, используя при этом средства информационных технологий.
7	Контрольная работа.	ф: индивидуальная: м: метод контроля.	выявление уровня знаний по теме.

Библиографические примечания

1.  Дидактическая эвристика. Теория и технология креативного обучения. – М: Изд-во МГУ, 2003.

2.  Примерная программа среднего (полного) общего образования по информатике и информационным технологиям. Профильный уровень. Пояснительная записка// Информатика и образование. – 2004. – №4.

3.  , «Эвристические методы в структуре решений», М.: Педагогика, 1970

4.  Хуторской тип образовывания: результаты научно-практического исследования. // http://www. *****/- 8.01.2006.

5.  , , Смолина практика в системе подготовки учителя информатики и математики: Методические рекомендации / Под общей ред. .- Омск: Изд-во ОмГПУ, 2004. – 188с.

6.  Введение в психологию / Под общ. ред. проф. .- Москва: Издательский центр "Ака­демия", 1997

Приложение

Задания блока входного контроля

Тест

1.  Что такое звуковая волна?

a.  волна;

b.  колебания;

c.  частота воздуха;

d.  амплитуда воздуха

2.  Количество колебаний в секунду – это

a.  частота звука;

b.  фаза звука;

c.  амплитуда звука;

d.  длина звука

3.  Разница между самым высоким и самым низким значением плотности называется

a.  частота звука;

b.  фаза звука;

c.  амплитуда звука;

d.  длина звука;

4.  В чем измеряется звуковое давление?

a.  Гц;

b.  Вт;

c.  Па.

5.  Формула N=20 lg P1/P2 используется для

a.  измерение резонанса звука;

b.  измерение звукового давления;

c.  измерения частоты звука.

Приложение

Задания блока выходного контроля

Задание 1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если «глубина» кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:

а) 16 бит и 8кГц;

б) 16 бит и 24 кГц

Задание 2. Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт.

а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8кГц;

б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48кГц.

Задание 3. Аналоговый звуковой сигнал был дискетизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-СD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?

Задание 4. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен:

а) 700 Кбайт;

б) 6300 Кбайт.

Задание 5. Установите однозначное соответствие между элементами двух столбцов.

 

1. Форматные преобразования	а) Вырезание из записи одних участков, вставке других, их замене, размножении, и т. п.
2. Амплитудные преобразования	б) Данный метод позволяет получить эффекты вращающегося звука, движущегося источника звука и им подобные.
3. Частотные преобразования	в) Усиление или ослабление звука.
4. Временные преобразования	г) Усиление или ослабление определенных полос частот.
5. Монтаж	д) Заключается в добавление к основному сигналу его копий, сдвинутых во времени на различные величины.
6. Фазовые преобразования	е) Данный метод работает с характерными полосами частот, встречающимися в звуками, произносимых человеком.