Подготовка будущих учителей информатики к применению технологий компьютерной визуализации на основе кластерного подхода (стр. 1 )

На правах рукописи

БАЛАНДИНА Ирина Викторовна

подготовка будущих учителей ИНФОРМАТИКИ
к применению технологий компьютерной
визуализации на основе кластерного подхода

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания
(информатика, уровень профессионального образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Екатеринбург – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Шадринский государственный педагогический институт»

Научный руководитель – доктор педагогических наук, профессор

Официальные оппоненты:

, доктор педагогических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет», профессор кафедры алгебры и дискретной математики

, доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный педагогический университет», заведующий кафедрой мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный педагогический университет»

Защита состоится «20» апреля 2012 года в 1700 на заседании диссертационного совета Д 212.283.04 на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», адрес: г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, 9 а, ауд. I.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале информационно-интеллектуального центра научной библиотеки ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет».

Автореферат разослан «19» марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА исследования

Актуальность исследования

Одним из приоритетных направлений процесса модернизации современного общества является информатизация образования, которая заключается в обеспечении сферы образования методологией, практикой разработки и оптимального использования современных информационно-коммуникационных технологий, обеспечивающих достижение поставленных целей обучения и воспитания. Этот обусловило необходимость совершенствования стратегии отбора содержания, методов и организационных форм образовательной деятельности, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества.

Важнейшим фактором, позволяющим значительно повысить эффективность процесса обучения, следует считать обеспечение его наглядными материалами, разработанными с помощью современных компьютерных технологий. Значение совершенствования материалов и средств наглядности проявляется не только в том, что они способствуют лучшему усвоению новой информации, но и в активизации учебно-познавательной деятельности ученика и повышении ее результативности.

С учетом оснащенности школ компьютерной и проекционной техникой реализация принципа наглядности в настоящее время может быть усилена посредством визуальных электронных учебных материалов. На рынке учебных материалов имеется большое количество подобных продуктов, рекомендованных к использованию в школе. Помимо этого, современное программное обеспечение, доступное учителю, позволяет ему достаточно легко самостоятельно создавать качественные средства наглядности, содержащие, в том числе, объекты мультимедиа и интерактивные элементы управления. Вместе с тем, многими исследователями и практиками отмечается крайне слабое использование учителями и имеющихся продуктов, и собственных разработок. Это объясняется, в первую очередь, недостаточной готовностью учителей к созданию и применению компьютерных визуальных учебных материалов в профессиональной деятельности. В связи со сказанным представляется весьма важной задача осуществление такой подготовки в педагогических вузах.

Изучению проблем, связанных с подготовкой педагогических кадров к применению технологий компьютерной визуализации в профессиональной деятельности, посвящены фундаментальные и прикладные исследования многих авторов. Оптимальные способы организации учебного процесса с использованием компьютерных визуальных учебных материалов предложены , , . Психолого-педагогические аспекты применения компьютерной визуализации в учебном процессе нашли отражение в работах , , . Созданию оригинальных приемов компьютерной визуализации учебного материала, разработке новых методик его наглядно-образной интерпретации для конкретных дисциплин посвящены работы , , . было осуществлено исследование процесса информационно-технологической подготовки будущих инженеров в области профессионального применения компьютерной графики. В работах , , рассмотрены вопросы обучения будущих педагогов разработке мультимедийных учебных материалов средствами языка VBA, мультимедийных презентаций, гипертекстовых документов.

Следует, однако, отметить, что развитие технологий компьютерной визуализации привело к тому, что, помимо уже ставших традиционными мультимедийных презентаций и гипертекстовых учебников, в настоящее время для использования школьными педагогами оказываются доступными статическая и динамическая графика, flash-анимация, звук, цифровое видео. Новые возможности обусловливают необходимость их комплексного освоения в процессе формирования компетенции компьютерной визуализации у будущих учителей информатики. Вместе с тем, целенаправленная технологическая и методическая подготовка в вопросах создания и применения современных средств компьютерной визуализации в учебном процессе не являлась предметом научно-педагогических исследований.

Для отражения особенностей применения технологий компьютерной визуализации в учебном процессе в нашей работе выделяется понятие дидактической компьютерной визуализации, под которой понимается процесс преобразования информации из абстрактно-логического представления в наглядно-образное и аудиовизуальное, осуществляемый средствами информационно-коммуникационных технологий, результатом которого является интерактивный учебный визуальный продукт, соответствующий требованиям, предъявляемым к образовательным материалам.

В связи с внедрением современных федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) вузы получили значительную самостоятельность в формировании учебных планов и программ изучения отдельных дисциплин даже для одинаковых профилей обучения. Вместе с тем, сопоставление учебных планов в различных вузах для направления «Педагогическое образование», профиль «Информатика», позволяет констатировать, что при достаточно большом разнообразии дисциплин вариативной части профессиональной подготовки в них отсутствует учебная дисциплина, освоение которой обеспечивало бы формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации. Различается также перечень и объем дисциплин, в которых рассматриваются отдельные вопросы и технологий визуализации. В связи с этим возникает проблема формирования требуемой компетенции у будущих учителей информатики в условиях различия учебных планов подготовки. Возможным решением рассматриваемой ситуации могла бы стать организация необходимой подготовки на основании кластерного подхода.

В нашем исследовании под учебно-технологическим кластером (УТК) понимается структурированный и законченный в логическом отношении информационный и технологический фрагмент методической системы, включающий базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.

Суть кластерного подхода состоит в том, что варьируя учебно-технологические кластеры по объему, содержанию и решаемым задачам, можно включать их в отдельные (наиболее подходящие по содержанию) учебные дисциплины с тем, чтобы применение их в совокупности обеспечивало бы формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации. Таким образом, кластерный подход позволяет реализовать универсальность и унификацию освоения технологий визуализации на основе относительно небольшого числа кластеров.

Необходимо подчеркнуть отличие предлагаемого кластерного подхода от ставшего уже традиционным в обучении подхода модульного: модуль, как правило, охватывает содержательный фрагмент учебного материала определенного объема с входными и выходными требованиями; при этом модуль не описывает методы обучения, а также возможности изменения содержания (ввиду фиксированности выходных требований).

Анализ современных требований к подготовке учителя информатики в области информационных и коммуникационных технологий, в частности, компьютерной визуализации, а также литературы и результатов исследований по данному направлению, позволяют обозначить следующие противоречия:

· на социально-педагогическом уровне: между необходимостью повышения качества школьного учебного процесса путем применения современных технических средств и технологий и недостаточной готовностью к их использованию педагогических кадров;

· на научно-педагогическом уровне: между необходимостью формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики и недостаточной разработанностью теоретических основ организации соответствующей подготовки;

· на научно-методическом уровне: между необходимостью обучения будущих учителей информатики технологиям компьютерной визуализации в условиях значительного различия учебных планов и отсутствием унифицированной методики практической реализации соответствующей подготовки.

Необходимость разрешения приведенных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как подготовить будущих учителей информатики к созданию и применению компьютерных визуальных учебных материалов в будущей профессиональной деятельности? Актуальность, недостаточная теоретическая и методическая разработанность сформулированной проблемы обусловили выбор темы диссертационного исследования: «Подготовка будущих учителей информатики к применению технологий компьютерной визуализации на основе кластерного подхода».

Объект исследования: процесс формирования информационно-технологической компетентности будущих учителей при обучении информатике.

Предмет исследования: формирование компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики.

Цель исследования: разработать и научно обосновать построенную на кластерном подходе методику формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации в условиях обучения будущих учителей информатики по различным учебным планам подготовки.

Для достижения поставленной цели мы руководствовались следующей гипотезой: компетенция будущих учителей информатики в области создания и применения интерактивных аудиовизуальных продуктов в учебной деятельности будет сформирована, если

· на основании анализа современных технологий визуализации выделить учебно-технологические кластеры, объединяющие содержание и методы обучения, комбинируя которые можно было бы реализовать различные планы подготовки будущих учителей информатики в области дидактической компьютерной визуализации;

· в основу методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации будет положен кластерный подход, и ее построение будет осуществляться в соответствии со следующими принципами: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования;

· при проектировании методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации в рамках заданного учебного плана для каждого кластера выделить уровни его освоения (базовый, технологический, дидактический), которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля.

В соответствии с обозначенной целью и выдвинутой гипотезой в исследовании были поставлены следующие задачи исследования:

1. Произвести анализ научной литературы с целью выявления существующих противоречий в организации подготовки будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации в учебном процессе и обоснования целесообразности использования для их разрешения кластерного подхода.

2. Выделить и обосновать перечень и содержание учебно-технологических кластеров, освоение которых позволит обеспечить формирование компетенции будущих учителей информатики в области создания и применения интерактивных визуальных продуктов в учебной деятельности.

3. На основе выделенных УТК разработать методику формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики, обучающихся по различным учебным планам.

4. Произвести отбор и обосновать комплекс показателей и критериев результативности применения кластерного подхода, который позволил бы оценить сформированность компонентов компетенции дидактической компьютерной визуализации (знания, умения, владение).

5. Осуществить опытно-поисковую работу по проверке результативности применения основанной на кластерном подходе методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики.

Методологическую основу исследования составляют работы по методологии и организации педагогического исследования (, , ), концепции компетентностного подхода в образовании (, , ), концептуальные положения в области методологии и технологии применения наглядных материалов в учебном процессе (, , ), исследования в области информатизации педагогического образования (, , ).

Теоретическую основу исследования составили работы в области:

· теории зрительного восприятия информации (Р. Арнхейм, , );

· теории педагогического проектирования (, , );

· теории и методики обучения дисциплинам, связанным с информационными технологиями (, , );

· использования кластерного подхода в профессиональном образовании (Е. А. Корчагин, Г. В. Мухаметзянова, Н. Б. Пугачева, );

· организации педагогических исследований и статистической обработки их результатов (Л. М. Кустов, ).

Методы исследования: изучение и анализ философской, научно-методической, психолого-педагогической и технической литературы по проблеме исследования; анализ ГОС ВПО и ФГОС ВПО, рабочих программ, учебных пособий и методических материалов; обобщение и систематизация научных положений по теме исследования; проектирование учебных курсов, обеспечивающих достижение заданной цели; теоретическое проектирование и моделирование; методы педагогических измерений и диагностики; педагогическое наблюдение, беседа, анкетирование; поэлементный анализ; метод экспертных оценок; методы математической статистики.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

· в отличие от работ , , в которых обсуждаются вопросы обучения студентов созданию статических профессионально-ориентированных графических продуктов, в настоящем исследовании обоснована и построена методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики, предусматривающая освоение комплекса основных современных технологий визуализации (статическая и динамическая графика, flash-анимация, звук, цифровое видео) и методов их применения в учебном процессе;

· выделены уровни освоения учебно-технологического кластера: базовый, технологический, дидактический, выбор которых зависит от программы учебной дисциплины и которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля и объем изучаемого материала;

· разработана методика формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе кластерного подхода.

Теоретическая значимость исследования:

1. Определено понятие «дидактическая компьютерная визуализация», под которой понимается процесс преобразования информации из абстрактно-логического представления в наглядно-образное и аудиовизуальное, осуществляемый средствами информационно-коммуникационных технологий, результатом которого является интерактивный учебный визуальный продукт, соответствующий требованиям, предъявляемым к образовательным материалам.

2. Определено понятие «учебно-технологический кластер», – структурированный и законченный в логическом отношении информационный и технологический фрагмент методической системы, включающий базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.

3. Определено понятие «компетенция дидактической компьютерной визуализации» как «способность будущего учителя информатики строить процесс обучения, используя самостоятельно созданные с помощью средств ИКТ и в соответствии с существующими эргономическими, дидактическими, техническими требованиями наглядные материалы, определять целесообразность их включения в различные этапы урока, уметь использовать имеющиеся в школе технические средства для их предъявления»

4. Выделены и обоснованы принципы проектирования методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации на основе кластерного подхода: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования.

5. Выделены и обоснованы показатели, отражающие доли сформированности у студентов компонентов компетенции (знания, умения, владение) и интегральный показатель сформированности компетенции дидактической компьютерной визуализации.

Практическая значимость исследования заключается в том, что в образовательную практику преподавания дисциплин, связанных с информационно-технологической подготовкой будущих учителей информатики в вузах, в программы дополнительного профессионального образования, курсы подготовки и переподготовки педагогических кадров могут быть включены следующие полученные в ходе диссертационного исследования результаты:

1. Кластерно-дисциплинарные матрицы, построенные с наполнением конкретным дидактическим материалом каждой ее ячейки для различных учебных планов подготовки.

2. Система тестов по определению усвоения теоретических знаний и организации текущего контроля по изучаемым дисциплинам.

3. Тематика профессионально-ориентированных проектов и методические рекомендации по их выполнению.

4. Методические рекомендации для преподавателей по проектированию и применению методики формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики на основе кластерного подхода.

Достоверность результатов, полученных в исследовании, и обоснованность сформулированных на их основе выводов обеспечиваются опорой на основополагающие теоретические положения в области педагогики и методики преподавания информатики, логической непротиворечивостью теоретических построений работы, выбором взаимодополняющих методов педагогического исследования, применением математических методов обработки результатов эксперимента, методической доказательностью сделанных выводов, признанием педагогической научной общественностью и практиками образования базовых идей и результатов исследования.

Апробация и внедрение. Исследование производилось на факультете информатики ФГБОУ ВПО «Шадринского государственного педагогического института» со студентами 1-5 курса очного и заочного отделений, обучающихся по специальности: 050202 – «Информатика». Помимо этого, методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации у будущих учителей информатики в учебном процессе применялась при работе со студентами физико-математического факультета, обучающимся по специальности 050201 – «Математика с дополнительной специальностью «Информатика», 050203 – «Физика с дополнительной специальностью «Информатика»; педагогического факультета, обучающимся по специальности 050708 – «Педагогика и методика начального образования с дополнительной специальностью «Информатика».

Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях различного уровня: на научно-практической конференции «Информационные технологии в образовательном процессе» в 2003 году (г. Шадринск); на VII Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы непрерывного технологического образовании» в 2003 году (г. Шадринск); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение качества профессиональной подготовки будущего специалиста в области прикладной информатики» в 2008 году (г. Шадринск); на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение качества профессиональной подготовки будущего специалиста в области прикладной информатики» в 2009 году (г. Шадринск); на XII Международной научно-практической конференции «Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения» в 2010 году (г. Новосибирск); на X Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития образования в России» в 2011 году (г. Новосибирск); на XXI Международной научно-практической конференции «Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения» в 2011 году (г. Новосибирск); на V Международной научно-практической дистанционной конференции «Теоретические и методологические проблемы современного образования» в 2011 году (г. Москва), а также нашли отражение в межвузовских сборниках научных трудов в 2007 году (г. Шадринск) и 2009 году (г. Екатеринбург) и журнальных публикациях в 2010 году (г. Москва), в 2011 году (г. Горно-Алтайск, г. Ростов на Дону, г. Чита, ). По теме исследования имеется 16 публикаций, в том числе 3 в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых изданий.

Логика и этапы проведения исследования. Исследование проводилось с 2004 по 2011 гг. в три этапа.

Первый этап ( гг.) был связан с выбором и теоретическим осмыслением проблемы и темы исследования, определением ее методологических основ. На данном этапе был проведен анализ психолого-педагогической, научно-методической, научно-технической литературы и материалов глобальной сети по теме исследования, сформулирована гипотеза, составлен план и проведен констатирующий этап опытно-экспериментальной работы.

Второй этап ( гг.) был посвящен выявлению методологических и технологических подходов к проектированию методики изучения отдельных учебных дисциплин и подготовки в целом будущих учителей информатики; были обоснованы и сформулированы принципы ее проектирования, разработаны ее компоненты; произведена апробация отдельных компонентов методики.

На третьем этапе ( гг.) разработанная методика на основе кластерного подхода использовалась в процессе подготовки будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации. В ходе исследования производились необходимые наблюдения и педагогические измерения, обработка и анализ результатов, необходимая коррекция учебных материалов и методов обучения. В конце данного этапа в ФГБОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт» была проведена опытно-поисковая работа с целью проверки результативности применения разработанной методики.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации в условиях подготовки по различным учебным планам должна строиться на основе кластерного подхода, в котором выделяются учебно-технологических кластеры, представляющие собой структурированные и законченные в логическом отношении информационные и технологические фрагменты методической системы, включающие базовое содержание, методы обучения, расширяемый комплекс учебных задач и методы их решения.

2. Выделение учебно-технологических кластеров («Статическая графика», «Динамическая графика», «Flash-анимация», «Мультимедиа презентация», «Гипермедиа», «Цифровое видео и звук», «Видеоурок», «Средства предъявления наглядных материалов») определяется, с одной стороны, дидактической ценностью получаемых с их помощью наглядных учебных продуктов, и, с другой стороны, доступностью для учителя положенных в их основу технологий компьютерной визуализации. В каждом кластере выделяются уровни его освоения (базовый, технологический, дидактический).

3. Проектирование методики формирования у будущих учителей информатики компетенции дидактической компьютерной визуализации при кластерном подходе должно осуществляться на основе следующих принципов: базового функционала, обобщенного освоения технологий, профессиональной направленности учебных заданий, вариативности заданий, дидактической расширяемости задач, кластерного проектирования. Разработка конкретной методики требует построения кластерно-дисциплинарной матрицы и наполнения ее содержанием, соответствующим конкретному учебному плану.

4. Уровни освоения кластера (базовый, технологический, дидактический), которые определяют содержание и методы обучения, набор и последовательность решаемых задач, методы контроля, объем изучаемого материала выбираются при проектировании методики формирования компетенции в зависимости от предусмотренного учебным планом количества учебного времени.

5. Готовность будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации может быть оценена по долям сформированности у студентов компонентов компетенции (знания, умения, владение) и интегрального показателя сформированности компетенции дидактической компьютерной визуализации.

Структура и объем диссертации. Построение диссертации и логика ее изложения отражает последовательность решения основных задач исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложений.

основное содержание ИССЛЕДОВАНИЯ

Во введении обосновывается актуальность, определяются цель, объект и предмет, формулируются задачи исследования, его методологические и психолого-педагогические основы, раскрываются методы и этапы работы, выделяется научная новизна, теоретическая, практическая значимость, представляются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Теоретические основы использования технологии компьютерной визуализации в образовании» приводится теоретическое обоснование необходимости целенаправленной подготовки будущих учителей информатики к применению технологий дидактической компьютерной визуализации в учебном процессе, формируется терминологический аппарат исследования, излагается методика формирования компетенции дидактической компьютерной визуализации с использованием кластерного подхода.

В исследованиях многих авторов (, , ) обозначены проблемы применения традиционных наглядных средств в обучении: пассивный характер усвоения информации; ограничения в изучении учебного материала в связи с невозможностью наглядного отображения некоторых явлений, процессов, свойств; устаревание и отсутствие материальной базы наглядных пособий.

Сложившаяся ситуация вынуждает учителя осуществлять поиск наглядных материалов или самостоятельно их разрабатывать. Это становится возможным благодаря доступности информационных компьютерных технологий, литературы по их изучению и интенсивному развитию компьютерных сетей, в том числе и глобальной сети Интернет. Использование компьютера для предъявления учебной информации позволяет параллельно воздействовать на несколько органов чувств, что обеспечивает более полное представление объекта, явления, процесса, а также дает возможность использования элементов интерактивности, повышая тем самым мотивацию обучаемых и активизируя их учебно-познавательную деятельность. Как показывают психолого-педагогические исследования , , за счет указанных факторов улучшается понимание и усвоение учебного материала учащимися.