Научно-методическое обеспечение и методика преподавания естественно-научных дисциплин с применением технологий дистанционного обучения

Актуальность исследования. Дистанционное обучение (ДО) в России утвердило себя как прогрессивная образовательная технология XXI века, которая наиболее гибко и адекватно отвечает потребностям общества в обеспечении доступного, качественного образования и предоставляет возможность достаточно быстрой профессиональной переориентации, повышения квалификации, саморазвития на любом уровне профессиональной компетенции человека, обучения его без отрыва от основной деятельности и места жительства (Воронина Т.П. и др., 2001; Дистанционное обучение, 1998; Зайнутдинова Л. Х., 1999; Овсянников В. И. и др., 1998, 2001; Основы открытого образования, 2002 а, бПименова Н.Ю., 2000; Старов М. И. и др., 1999; Тихонов А. Н. и др., 1998; Чернилевский Д. В., 2002).

Повышенный интерес к дистанционному образованию как альтернативному способу получения высшего образования обусловлен потребностями современного информационного общества. Сегодня в обществе информация играет важную роль как фактор научно-технического и социально-экономического развития страны, определяет ее могущество и рейтинг в мировом сообществе (Григорьева Ю.Ю. и др., 2002; Коджаспирова Г. М. и др., 2001; Овсянников В. И., 2001 а, бТихонов А.Н. и др., 1998). В дополнение к этому информация продолжает играть значительную роль в процессах воспитания, образования, культурного общения между людьми. Поэтому сейчас на первом месте в системе общественных ценностей стоят информация, знания и навыки, а их приобретение стало основной задачей общественного развития.

Изменение условий и переориентация общества на новую систему ценностей вызвали бурный рост образования, а вместе с ним, и становление новых требований к системе образования в целом (Воронина Т.П. и др., 1995; Педагогика и психология высшей школы, 1998).

В современных экономических условиях традиционная система образования оказалась неспособной уследить за столь стремительными изменениями в общественной жизни. Сегодня для системы образования характерны следующие проблемы: резкое увеличение спроса на образование, значительно превосходящее возможности образовательных учрежденийсохранение качества образования при возрастающем объеме и усложнении знанийдифференциация образования из-за технократических тенденций в разработке и осуществлении образовательных программ подготовки специалистов.

Необходимость модернизации системы образования, пересмотра ее структуры, содержания образовательных программ способствовала поиску новых путей и форм обучения. Одним из эффективных путей решения проблем стала информатизация образования — внедрение новых информационных технологий (НИТ), связанных с развитием компьютерных средств и сетей телекоммуникаций, в систему образования, что привело к возникновению новой образовательной технологии — дистанционного обучения (Воронина Т.П. и др., 1995; Концепция создания и развития системы дистанционного образования в России, 1995; Проблемы информатизации высшей школы, 1995; Майер Г. В. и др., 2001).

В последние 10 лет, благодаря техническому прогрессу в области компьютерной техники и телекоммуникаций, наблюдается интенсивное развитие дистанционного обучения.

Число студентов, обучающихся по технологиям ДО, увеличивается, и эта тенденция постоянно растет. По оценкам российских специалистов, потребность в дистанционном высшем образовании испытывают 1.5 млн. человек в год, в дистанционном дополнительном образовании — 2 млн. человек в год (Бондарева С.Г. и др., 2002; Джусубалиева Д. М., 1997 а, б;

Новые информационные технологии в образовании, 1995; Тихонов А. Н. и др., 2001; Щеткин И. М., 2002).

За рубежом дистанционное обучение является широко используемой формой получения знаний на разных уровнях образования (Rowntree D., 1991; Toffler А., 1983; Thomas R., 1994).

Отличительной особенностью дистанционного обучения является организация учебного процесса с помощью средств, методов и технологий опосредованного педагогического общения обучающего и обучающегося с максимальным нормативно установленным количеством обязательных аудиторных занятий. Таким образом, по технологии педагогического общения дистанционное обучение совпадает с технологиями заочной формы обучения, по насыщенности и интенсивности учебного процесса — с технологиями очной формы обучения.

Опосредованность обучения создает проблемы создания средств, методов и технологий обучения. Увеличение доли самостоятельной работы обучающихся требует создания специфичного учебно-методического обеспечения. Обычные учебники сложно использовать при дистанционном обучении, так как они не эффективны для самостоятельного изучения дисциплины. Учебные материалы, представляемые с помощью компьютера, должны иметь иную организацию и структуру. Среди множества электронных форм представления учебных материалов, основанных на компьютерных средствах, наиболее важными являются интерактивные мультимедиа курсы.

Мультимедиа курсы рассматриваются как комплексные средства, сочетающие в себе теоретическую, практическую и контролирующую части, позволяющие осуществлять непрерывный дидактический цикл, а также как целостные средства обучения, интегрирующие дидактические, методические, эргономические, психолого-педагогические особенности обучения.

Специфичными являются методы и технологии дистанционного обучения. Минимальные очные контакты или полное их отсутствие требуют использования в учебном процессе личностно-ориентированных педагогических технологий и активных методов обучения. Они применяются в разных формах учебно-познавательной деятельности и направлены не только на реализацию обучающей функции, но и на раскрытие внутренних резервов обучающихся, их творческих способностей.

В настоящее время развитие дистанционного образования в России связано с рядом проблем. С одной стороны, технический прогресс в средствах коммуникаций позволяет создать технологическую основу обучения на расстоянии. Имеется многолетняя практика образовательных учреждений в осуществлении программ дистанционного обучения по модели заочного обучения.

С другой стороны, наблюдается дефицит теоретических исследований в области дистанционного образования. Существует неопределенность в методологии дистанционного образования, построении дидактических моделей обучения на расстоянии, концепции электронных обучающих средств. До сих пор не разработаны методики дистанционного обучения.

Таким образом, дистанционное образование сегодня необходимо рассматривать как проблему современной системы образования, решение которой возможно только с использованием системного подхода к рассмотрению статуса дистанционного обучения и его роли в современном образовании, учитывающего все компоненты новой образовательной системы в их единстве и взаимосвязи с педагогической наукой.

Перечисленные проблемы актуализируют разработку методики дистанционного обучения и исследование возможностей ее применения в различных областях знания. В данном диссертационном исследовании предлагается методика преподавания естественнонаучных дисциплин биологии и экологии) с использованием технологий дистанционного обучения.

Актуальность выбранной темы подтверждается и недостаточностью исследований в плане создания мультимедиа курсов для естественнонаучных дисциплин, основанных на дидактических принципах и удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к электронным средствам учебного назначения.

Создание мультимедиа курсов позволяет решить ряд проблем, возникающих при преподавании естественнонаучных дисциплин с применением технологий дистанционного обучения. Так, преподавание естественнонаучных дисциплин невозможно без использования наглядного материала. Средства наглядности являются обязательными элементами в учебном процессе. Дополняя теоретическую информацию и раскрывая ее содержание, они помогают обеспечить углубленное, расширенное понимание и усвоение информации. Лабораторный практикум также не обходится без средств наглядности, способствующих непосредственному закреплению теоретического материала и приобретению практических навыков.

Применение наглядного материала при преподавании естественнонаучных дисциплин позволяет наиболее полно показать разнообразие живого мира, особенности строения и развития его представителей, свойства живых организмов, механизмы протекания разнообразных внутриклеточных и внеклеточных процессов, взаимосвязь между организмами и природой, воссоздать облик вымерших организмов и показать пути эволюционного развития органического мира.

Использование в учебном процессе интерактивных мультимедиа обучающих программ с применением имитационного и математического моделирования позволяет лучшим образом представить содержание изучаемого материала и осуществить лабораторные эксперименты, что является немаловажным фактором для обеспечения понимания сущности биологических процессов и явлений, которые невозможно показать традиционными способами.

Еще одной важной особенностью естественнонаучных дисциплин является наличие большого объема учебного практикума. Увеличение доли самостоятельной работы требует создания специализированного учебно-методического обеспечения: виртуальные лаборатории, экспериментальные и вычислительные комплексы удаленного доступа, компьютерные тренажеры, которые позволяют осуществлять учебный практикум на расстоянии.

К особенностям преподавания естественнонаучных дисциплин следует добавить общие особенности дистанционного обучения, обусловленные коммуникационными факторами и опосредованным характером педагогического общения, которые играют определяющую роль в достижении образовательных целей. Это выдвигает определенные требования к изменению учебной модели, формированию качественно новой системы управления образовательным процессом, построения новой модели личности, существующей в условиях информационного общества. Отличительные свойства и технологии дистанционного обучения проявляются в вариативности образовательных программ, гибкости учебных планов, распределенности учебного процесса. Это задает определенные требования к технологиям обучения, учебно-методическому обеспечению образовательных программ, организационно-правовым формам новых образовательных структур.

Таким образом, специфика естественнонаучных дисциплин предъявляет особые требования к методике их представления по дистанционной технологии.

В основу диссертационной работы положены исследования, проводимые автором совместно с сотрудниками Института дистанционного образования ТГУ за период с 1997 по 2002 год.

Целью исследования является разработка и создание методической основы дистанционного обучения по естественнонаучным дисциплинам, включающей в себя:

— электронные дидактические средства по естественнонаучным дисциплинам (биология, экология);

— технологии обучения;

— организационное и кадровое обеспечение учебного процесса.

Объектом исследования в данной работе является система дистанционного образования.

Предметом исследования является методика дистанционного обучения по естественнонаучным дисциплинам.

Гипотеза исследования. Обязательными элементами в методике преподавания естественнонаучных дисциплин с использованием технологий дистанционного обучения являются:

1) мультимедиа интерактивные обучающие программы;

2) самостоятельная учебно-познавательная деятельность;

3) распределенный характер обучения;

4) участие автора курса в учебном процессе.

В соответствии с целью и гипотезой определены следующие задачи исследования. На основе анализа современного состояния системы дистанционного образования:

1 — проанализировать традиционные образовательные формы учебно-познавательной деятельности с целью возможности адаптации их для дистанционного обучения;

2 — построить дидактическую модель дистанционного обучения;

3 — разработать принципы и технологии создания электронных обучающих средств;

4 — разработать структуру мультимедиа курса и осуществить его программную реализацию;

5 — разработать методику дистанционного обучения по естественнонаучным дисциплинам;

6 — апробировать методику в системе дистанционного образования и оценить ее эффективность.

Методы исследования. В работе использован системный подход к решению поставленных задач, заключающийся в исследовании и анализе современного развития дистанционного образования, формулировке проблем и определении способов их решения, экспериментального подтверждения полученных результатов.

Для разработки дидактических средств были использованы современные информационные технологии и их программно-аппаратное обеспечение.

В основу дидактической модели и методики дистанционного обучения положены методы, основанные на самостоятельной работе с интерактивными обучающими средствами.

Для оценки эффективности разработанной методики использовались педагогический эксперимент, анкетирование, наблюдение за обучающимися в ходе учебного процесса.

Теоретико-методологическую основу диссертации составили исследования в области педагогики (Ю.К. Бабанский, В. П. Беспалько, И .Я. Лернер, Е. С. Полат, Д. В. Чернилевский, А. А. Андреев, П. И. Пидкасистый и др.), философии образования (Б.С. Гершунский, Н. С. Розов и др.), информационных технологий в образовании (Т.П. Воронина, В. П. Демкин, В. И. Овсянников, В. В. Солдаткин, А. Н. Романов, А. Н. Тихонов и др.), психологии образования (В.Н. Андреев, Г. Б. Скок, Э. Г. Скибицкий, А. Е. Сережкина и др.), эргономики образования (А.А. Гречихин, Г. А. Краснова, В. М. Мунипов и др).

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в разработке и реализации научно-методических принципов, определяющих структуру и содержание дидактических средств, организационные формы учебно-познавательной деятельности и позволяющих построить дидактическую модель обучения с максимальным учетом образовательных интересов личности и ее психофизиологических особенностей.

Практическая значимость исследования заключается во внедрении результатов работы в практику образовательных учреждений и использовании их в учебном процессе. Разработанная методика дистанционного обучения была внедрена в учебный процесс Новокузнецкого периферийного центра дистанционного обучения Томского государственного университета, а также филиалов ТГУ, расположенных на базах Казахского государственного женского педагогического института (г. Алматы) и Восточно-Казахстанского государственного университета (г. Усть-Каменогорск). Полученные результаты могут быть использованы при разработке и создании дидактических средств учебного назначения, предназначенных для системы дистанционного образования.

На электронные обучающие программы «Клеточная биология» и «Основы классической экологии» получены авторские свидетельства Российского Агентства по патентам и товарным знакам (Роспатент) об официальной регистрации программы для ЭВМ за номерами 2 002 611 499, 2 002 611 985.

Положения, выдвигаемые на защиту.

1. Дидактические принципы дистанционного обучения основаны на мультимедиа представлении учебной информации, распределенном характере обучения и авторском участии в учебном процессе.

2. В основе дидактических средств дистанционного обучения лежат мультимедиа курсы как интерактивные обучающие средства, адаптированные к индивидуальным способностям обучаемого и учитывающие его психофизиологические особенности.

3. Дидактическая модель дистанционного обучения основана на опосредованном педагогическом общении между субъектами учебного процесса.

4. Методика дистанционного обучения основана на применении комбинированной технологии обучения, включающей самостоятельную работу обучающегося, непосредственное участие преподавателя в учебном процессе и обязательные групповые занятия.

Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования обеспечивается: исходными методологическими и теоретическими позициями исследования, апробацией результатов исследования, репрезентативностью педагогического эксперимента по оценке эффективности методики преподавания по естественнонаучным дисциплинам с использованием технологий дистанционного обучения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на семинарах, симпозиумах, конференциях регионального и международного значения.

1. Психологический универсум образования человека ноэтического: Международный симпозиум. Томск, 1998 г.

2. Электронные университеты в системе образования: II научно-практический семинар Ассоциации «Открытый университет Западной Сибири». Томск, 1999 г.

3. Новые информационные технологии в университетском образовании: Международная научно-практическая конференция. Новосибирск, 1999 г.

4. Training of specialists for further development of the ODL system: II международный семинар (Подготовка специалистов для развития системы открытого и дистанционного образования) Tacis EDRUS 9706 (Проект ДЕЛФИ, компонента 4 «Открытое и дистанционное образование». Санкт-Петербург, 1999 г.

5. Проблемы и перспективы развития дистанционного образования: Ежемесячный научно-практический семинар ТГУ. Томск, 2000 г.

6. Интеграция учебного процесса и фундаментальных исследований в университетах: инновационные стратегии и технологии: Всероссийская научно-практическая конференция. Томск, 2000 г.

7. Научное и методическое обеспечение системы дистанционного образования: III международная научно-практическая конференция ТГУ в рамках Ассоциации «Сибирский открытый университет Томск, 2000 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований было опубликовано 15 научно-методических работ, в том числе 5 статей и 10 тезисов докладов в отечественной и зарубежной печати.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка использованной литературы, приложений. Объем диссертации составляет 265 страниц текста (включая 9 таблиц, 43 рисунка), список использованных источников и литературы из 227 наименований, в том числе 21 на иностранных языках.

1. Текстовые учебные материалы, входящие в комплект мультимедиаучебника, представляют материал курса в электронном и печатном текстовом виде. Обучающиеся могут распечатать их и использовать в обучении одновременно с интерактивным учебником.

2. Удачным для курса будет тот дизайн, который обеспечит пользователюкомфортную интерактивную обучающую среду. Комфортность достигается учетом физических, психологических возможностей обучающихся и.

3. Hi определяется отсутствием напряжения, утомления, стрессовых ситуаций приработе с курсом.

4. В определении дизайна мультимедийного курса «Клеточная биология"большую роль сыграли возможности используемой программной среды и особенности изучаемого предмета, которые проявились через используемые демонстрационные материалы.

5. Информацию о главе и рекомендации по ее изучению можно получить иззвукового комментария, запускаемого нажатием мышью на иллюстрирующем главу рисунке.

6. Информационный кадр представляет собой экран, представленный всветлых пастельных тонах. Цвет букв текста подобран под цвет фона.

7. Например, голубому фону соответствует темно-синий цвет основного текста, бежевому — коричневый. Первые кадры во всех параграфах оформлены контрастно по отношению к другим, с использованием фонового рисунка.

8. Для основного текста использован шрифт M.S. Sans Serif, 12 пунктов, жирный, для комментариев — M.S. San Serif, 12 пунктов, обычный.

9. Кнопка с изображением раскрытой книги «В оглавление курса» возвращаетпользователя в оглавление курса. 1. faaei 2, Xi" шпеааЛевхя&в кдегкй ' <

11. Н'^:-'^*-?>-" :-^^'.-:п^У''г—''''1, Общая характеристика «1мической оргш4иза101и клетки. 2, Иеоргаиич (c)<�жив вещества клетки.

12. Органически©вещества клетки4. Проверь себя, •^ |ЕЭ| !Ч>! |.

13. Рисунок 3.2 — Содержание второй главы.

14. Для выделения определений и выводов используется кратковременноемерцание, обозначенное контрастным по отношению к фону цветом.

15. Заметим, что разработанный дизайн мультимедиа курса позволяеткомфортно чувствовать себя при изучении учебного материала, облегчает восприятие, понимание и усвоение материала. _>.-г._>. XАсдагогическки и технологический сценарии Kypi-ct.

16. Разработка педагогического сценария предполагает четкое видениеавтором образовательного пространства учебной дисциплины, определение технологий педагогического общения с обучающимися, способов организации их деятельности. 'iA.

17. Все 5 глав мультимедиа курса имеют гипертекстовую структуру.

18. Активация гиперссылок приводит к открытию нового кадра, уровня или кпоявлению краткого комментария. Гиперссылки позволяют устанавливать ассоциативные связи (гиперсвязи) между отдельными терминами, фрагментами текста, схемами.

19. Гипертекстовая структура дает возможность размещать учебныйматериал в соответствии с его сложностью. В курсе встречается до 4-х уровней сложности. Однако последний уровень не является самым сложным.

22. CoopoftOMttaa гоория • ••—••.

23. Клетка является наммеиьвей1. Клеткм- 3 чв€Кио Of Теоаор Шввнм (1810−18*5 зв.

24. Кпетк кмналея исспедовакием клатохгонопагм< змвотнъм. Он оФобз^ мл все nomf иеннив к. 1ому8рекен"1 змвмкм о клетке м сф"р"1ч)<�в4р08ал два теэиса, лепаие 8 oofoetj систенылр"Астеапем1<�й о клетка, гю* - РазяигиА луиива) во иоэев"ие *кпвточнвя георяя" ,.

25. Каясда Шввкм отл^пнковвл свою рарШи^йв клеткм 1. Z. Орпом ботуе 1839 г Он также овнвру.

26. ЖИЛ0ТПИЧ1151 жиеотнык и рвсти (кдвтйчн (|, ельмых клеток. 3. Кявтк ца строе"' 8 0СОЯоставу. отся S 1. ЮАНОЙ 1. те Грицая иэ (ИКЦИО.

27. Рисунок 3.3 — Пример кадра с одновременным показом 2 и 3-го уровня.

28. Hetjwttnrai’bte к и с п о г ы.

29. Рисунок 3.4 — Пример блокировки изучения материала темы.

30. Неотъемлемой частью теоретического материала данного курса являетсяпредставленный в большом количестве иллюстративный материал.

31. Фатосмнгез — это прочесе оброзоввния органических веществ из yrtieiutcfloroгаза и валы за счет энергии солмечмого света.

32. Осиоенвя роль фотосммт038 состоит в топчто ом Лвпввг ЭмергюО и yrnepoxiiWCTynMtiMM.

33. АЛЯ оргеимэмов «ооесп^чивеет еьшепениекнслороаа в атмосф-еру. 80% еткосферного кислорода выделяется иорскими водоросмки и 20% - наэемныни рвстомияли. Поэт оку окоем иногаа иазьвоют 'пвгкипя ппонвтм». 34. ФОТОСИНТЕЗ с у м е л ИЗМЕНИТЬ1. ОБЛИК НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ! fam /pctpciiHTetpi'.

35. Рисунок 3.5 — Пример иллюстрированного кадра.

36. Схематически представлены разнообразные клеточные ивнутриклеточные процессы, например, митотическое и мейотическое деления клетки, биосинтез белков и др.

37. Помимо статических иллюстраций в курсе используются идинамические иллюстрации. Как правило, они располагаются в центре кадра.

38. Однако на препарате клетки, происхождение которого вой неизвестно, всегда очонь быстро иожно отличить растительную клотку от жиоотмой по ряду признаков.

39. Харакгормыми «собснностяни растительной клетки яоляотся наличие:<* клопымоа сгенхп' •вакуоли —— п/гастлоч уvs.

40. Рис. 3.6 — Динамическая иллюстрация строения растительной клетки.

41. Интерактивным рисунком, например, является рисунок, отражающийэтап трансляции синтеза белка у прокариотических организмов (рисунок 3.7).

42. Трансляция — сложный многоступенчатый процесс, который невозможнообъяснить без иллюстративного материала. Интерактивность позволяет разложить данный процесс на этапы и отразить их на отдельных рисунках.

43. Последовательный показ рисунков обеспечивает целостность процесса ипомогает разобраться в сложных моментах.

44. Симгвэ белка npexofiMT в Ц14твпл11энв клетка*, куаа поетуппюг мРНК с пер"писаниой с ДНК мнфоришдиеЯ и тРНК с присоедннемной ояикокнслотой. ь^=""к .•l/.t-1.

45. При некжотин нп каждую мэ трах рибосом Выполучите отовршквнкв огдвл1>мых atonoe синтезе 6efl"coei<'.V''- -1″ 46. Рисунок 3.7 — Динамические иллюстрации, моделирующие процесссинтеза белковых молекул.

47. Следует отметить, что именно динамические иллюстрации позволяютсформировать у обучающихся представление о целостности процессов, протекающих в организме.

48. В данном курсе встречаются задания следующих типов: тестымножественного выбора, тесты альтернативного выбора, тесты на восстановление соответствия, тесты на восстановление ^ последовательности, тесты открытого типа и тесты-конструкторы.

49. Выв^иггв органы, харакгвриью лля лягучаоика.1. Г" одноканерное сердце- 1. Г" двухканермое сердце;

50. Г один кр"{г кроовобраценмя;

51. Г" доа круге кровообращения-1. Г хвост- 1. Г жабры: 1. Г жабериыо щоли- 1. Г коивчиосш- 1. Г боковая пиммя: 1. Г легкие. -.f:OTOBot isu-:.

52. Рисунок 3.8 — Пример тестового задания множественного выбора1. ПвЕшсрь d e e s I.

53. Рисунок 3.9 — Кадр с тестовым заданием множественного выбора.

54. В заданиях, предполагающих альтернативные ответы необходимо кпреложенным альтернативам подобрать варианты ответов (рисунок 3.10).

55. Выбор осуществляется путем нажатия на иллюстрированные вариантыответов. После нажатия фон выбранного рисунка начинает подсвечиваться аналогично предложенной альтернативе.

56. Выполнение таких заданий всегда начинается с первого элементапервого столбца. Данный элемент является ярким, активным по отношению к другим — серым неактивным. К нему необходимо подобрать вариант ответа.

57. ИЗ второго столбца. Подбор осуществляется путем нажатия на предложенныеварианты ответов. Восстановление соответствия между двумя множествами обозначается линиями. 1. Певверь-ссеа-" автотрод}ов и rer^forpoipoB. аото^рофм I.

58. Рисунок 3.10 — Задания альтернативного выбора (выбор альтернативосуществлен) 1. П: бк>в8(«ь с"<»": пояиае и рвв"10нерное дровяемно поо8|"хиостиоа лцюйяанмв попиое и иеровиоиярнаа драйпенма.

59. Рисунок 3.11 — Пример тестового задания на восстановление соответствия.

60. Задания на восстановление последовательности осуществляютсяпутем перемещения рисунков и расстановки их в правильном порядке.

61. HapHqwK0 азображвмы структуры молшсу/ш бетса.

62. Посг"шьг0pu<^wstв ГО0/юсп0хншаг0льн0сгк вканойпроисжо/ттycjjoMHmifte белка. М^титтв название структур бвтса. 63. Рисунок 3.12 — Пример тестового задания на восстановлениепоследовательности ^ (lMt"cpt> С’гбя.

64. Лостзвь гв картинки о нужном порялке. киш • •1MW •аЯмаВмЛвкаЛмНм шшшлщт.шлшл.щ жжижв1жмаимйм^ТППГ 1. О 1. Ш.