Методы использования информационных технологий при изучении курса «Алгебра и начала анализа»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

МЕТОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА «АЛГЕБРА И НАЧАЛА АНАЛИЗА»

Выполнила: студентка 5 курса специальности «Информатика», в/о Панкова С.В.

Научный руководитель:

к.п.н., доцент Баков А.А.

Москва 2011

Введение

Глава I. Роль информационных технологий в образовании

1.1 Информационные технологии

1.2 Этапы развития информационных технологий

1.3 Проблемы использования информационных технологий

1.4 Линия информационных технологий

1.5 Использование информационных технологий в сфере образования и обучения

1.6 Проблемы применения информационных технологий в процессе обучения

1.7 Основные информационные и управляющие потоки учебного процесса

Глава II. Специфика профильных курсов

2.1 Профильное обучение на старшей ступени общего образования

2.2 Дифференциация обучения математике при интеграции в него информационных технологий

Глава III. Разработка методов использования информационных технологий на примере темы «Производная и ее применение»

3.1 Обзор прикладных математических пакетов

3.2 Краткая характеристика системы

3.3 Использование математического пакета Maple 9 при изучении темы «Производная и ее применение»

3.4 Методические требования к системе задач

3.5 Методика решения типовых задач в Maple 9

Заключение

Библиография

Приложения

Компьютерная технология обучения представляет технологию обучения, основанную на принципах информатики и реализуемую с помощью компьютеров. Применение компьютера в качестве нового и динамичного развивающего средства обучения — главная отличительная особенность компьютерной технологии. Использование компьютера, а значит, программного обеспечения обучающего характера позволяет учителям — предметникам разнообразить и углубить учебный процесс, что благотворно сказывается на эффективности обучения.

В процессе широкой информатизации общества существенное значение приобретает использование информационных технологий в системе образования, развитие которых требует постоянного повышения квалификации учителей — предметников. Взаимосвязанное изучение информатики и математики позволяет познакомить школьников с элементами математической исследовательской деятельности и применить компьютер в качестве рабочего инструмента исследования. Такой подход в изучении способствует развитию творческой активности учащихся, дает возможность осуществить интеграцию учебной и организационной деятельности ученика и учителя, осуществить сочетание индивидуального подхода с различными формами коллективной учебной деятельности, учитывая уровневую дифференциацию.

Также, нельзя не отметить, что при обучении математике дидактические возможности новых информационных технологий можно реализовать более широко, чем при изучении других предметных областей. Одна из причин этого, на наш взгляд, заключается в том, что информационные технологии включают в себя математическую составляющую, максимально заметную для обучаемых именно при изучении математических дисциплин посредством компьютерной техники. Интегрированное обучение математики и информатики в старшей школе позволяет формировать у учащихся определенную систему знаний, умений и навыков; способствует достижению более высокого уровня умственного развития учащихся, развитию у них способности к самообучению. Считается рациональным проводить изучение многих математических тем с использованием информационных технологий. Наиболее наглядно это можно продемонстрировать при изучении темы, где используется графическое толкование: «Использование производной в исследовании функции».

Отметим некоторые варианты использования ПК в учебной деятельности:

· создание дидактического материала для урока;

· наглядность изучаемого материала;

· использование программного обеспечения непосредственно на уроке математики;

· применение готового программного обеспечения по математике, Maple 9.

Выгодные особенности работы с компьютерной поддержкой на уроке:

· сокращается время при выработке технических навыков учащихся;

· увеличивается количество тренировочных заданий;

· достигается оптимальный темп работы ученика;

· легко достигается уровневая дифференциация обучения;

· учащийся становится субъектом обучения, ибо программа требует от него активного управления;

· повышается мотивация учебной деятельности.

Отказываться от компьютера в обучении математики нельзя. Критерий полезности, на наш взгляд, можно сформулировать так: та или иная компьютерная технология целесообразна, если она позволяет получить такие результаты обучения, какие нельзя получить без применения этой технологии. Поэтому без компьютера работа будет перегружена массой дополнительных, рутинных построений, вычислений и простейших действий. И из-за обилия вспомогательных действий трудно сформировать и проконтролировать нужное умение.

Таким образом, актуальность данного исследования определяется низким уровнем знаний учителей — предметников об использовании информационных технологий в качестве инструмента обучения.

Цели дипломной работы:

1. Определить место информационных технологий в процессе обучения;

2. Формирование у учащихся знаний по информационным технологиям в математике, умения правильного выбора инструментария для решения практических задач.

Объектом исследования выступает процесс использования информационных технологий как инструмента обучения в курсе математики при изучении темы «Использование производной в исследовании функции».

Задачи:

1. Изучение учебно-методической литературы по теме Maple 9;

2. Разработка методики решения математических задач с использованием прикладного пакета Maple 9;

3. Обучение учащихся использованию прикладного математического пакета Maple 9;

4. Составление перечня задач для самостоятельной работы.

Глава I. Роль информационных технологий в образовании

1.1 Информационные технологии

1. Определение информационной технологии

Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализоваться с помощью совокупности различных средств и методов.

Под технологией материального производства понимают процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или материала. Технология изменяет качество или первоначальное состояние материи в целях получения материального продукта (рис.1).

Рис. 1. Информационная технология как аналог технологии переработки материальных ресурсов.

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию. Тогда справедливо следующее определение.

Информационная технология Информатика: Учебник. — 3-е перераб. изд. / Под ред. Н. В. Макаровой. — М.: Финансы и статистика, 2004— процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Цель технологии материального производства — выпуск продукции, удовлетворяющей потребности человека или системы.

Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Известно, что, применяя разные технологии к одному и тому же материальному ресурсу, можно получить разные изделия, продукты. То же самое будет справедливо и для технологии переработки информации.

Новая информационная технология

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».

Прилагательное «новая» подчеркивает новаторский, а не эволюционный характер: технологии. Ее внедрение является новаторским актом в том смысле, что она существенно изменяет содержание различных видов дёятельности в организациях. В понятие новой информационной технологии включены также коммуникационные технологии, которые обеспечивают передачу информации разными средствами, а именно — телефон, телеграф, телекоммуникации, факс и др. В табл.1 приведены основные характерные черты новой информационной технологии.

Таблица 1. Основные характеристики новой информационной технологии

Новая информационная технология — информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Прилагатёльное «компьютерная» подчеркивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер.

Три основных принципа новой (компьютерной) информационной технологии:

· интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;

· интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими программными продуктами;

· гибкость процесса изменения, как данных, так и постановок задач.

По-видимому, более точным следует считать все же термин новая, а не компьютерная информационная технология, поскольку он отражает в ее структуре не только технологии, основанные на использовании компьютеров, но и технологии, основанные на других технических средствах, особенно на средствах, обеспечивающих телекоммуникацию.

Появившийся сравнительно недавно термин НИТ постепенно начинает терять слово «новая», а под информационной технологией начинают понимать тот смысл, который вкладывается в НИТ. В дальнейшем изложении мы для простоты опустим прилагательное «новая», придавая ее смысл термину «информационная технология».

3. Инструментарий информационной технологии.

Реализация технологического процесса материального производства осуществляется с помощью различных технических средств, к которым относятся: оборудование, станки, инструменты, конвейерные линии и т. п.

По аналогии и для информационной технологии должно быть нечто подобное. Такими техническими средствами производства информации будет являться аппаратное, программное и математическое обеспечение этого процесса. С их помощью производится переработка первичной информации в информацию нового качества. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной технологии. Определим это понятие.

Инструментарий информационной технологии — один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.

В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), экспертные системы и т. д.

1.2 Этапы развития информационных технологий

Существует несколько точек зрения на развитие информационных технологий с использованием компьютеров, которые определяются различными признаками деления.

Общим для всех изложенных ниже подходов является то, что с появлением персонального компьютера начался новый этап развития информационной технологии. Основной целью становится удовлетворение персональных информационных потребностей человека, как для профессиональной сферы, так и для бытовой.

1. Признак деления — вид задач и процессов обработки информации.

1-й этап (60 — 70-е гг.) — обработка данных в вычислительных центрах в режиме коллективного пользования. Основным направлением развития информационной технологии являлась автоматизация операционных рутинных действий человека.

2-й этап (с 80-х гг.) — создание информационных технологий, направленных на решение стратегических задач.

2. Признак деления — проблемы, стоящие на пути информатизации общества.

1-й этап (до конца 60-х гг.) характеризуется проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств.

2-й этап (до конца 70-х гг.) связывается с распространением ЭВМ серии IBM/360. Проблема этого этапа — отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.

3-й этап (с начала 80-х гг.) — компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а информационные системы — средством поддержки принятия его решений. Проблемы — максимальное удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде.

4-й этап (с начала 90-х гг.) — создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем. Проблемы этого этапа весьма многочисленны. Наиболее существенными из них являются:

· выработка соглашений и установление стандартов, протоколов для компьютерной связи;

· организация доступа к стратегической информации;

· организация защиты и безопасности информации.

3. Признак деления — преимущество, которое приносит компьютерная технология.

1-й этап (с начала 60-х гг.) характеризуется довольно эффективной обработкой информации при выполнении рутинных операций с ориентацией на централизованное коллективное использование ресурсов вычислительных центров. Основным критерием оценки эффективности создаваемых информационных систем была разница между затраченными на разработку и сэкономленными в результате внедрения средствами. Основной проблемой на этом этапе была психологическая — плохое взаимодействие пользователей, для которых создавались информационные системы, и разработчиков из-за различия их взглядов и понимания решаемых проблем. Как следствие этой проблемы, создавались системы, которые пользователи плохо воспринимали и, несмотря на их, достаточно большие возможности, не использовали в полной мере.

2-й этап (с середины 70-х гг.) связан с появлением персональных компьютеров. Изменился подход к созданию информационных систем — ориентация смещается в сторону индивидуального пользователя для поддержки принимаемых им решений. Пользователь заинтересован в проводимой разработке, налаживается контакт с разработчиком, возникает взаимопонимание обеих групп специалистов. На этом этапе используется как централизованная обработка данных, характерная для первого этапа, так и децентрализованная, базирующаяся на решении локальных задач и работе с локальными базами данных на рабочем месте пользователя.

3-й этап (с начала 90-х гг.) связан с понятием анализа стратегических преимуществ в бизнесе и основан на достижениях телекоммуникационной технологии распределенной обработки информации. Информационные системы имеют своей целью не просто увеличение эффективности обработки данных и помощь управленцу. Соответствующие информационные технологии должны помочь организации выстоять в конкурентной борьбе и получить преимущество.

4. Признак деления — виды инструментария технологии.

1-й этап (до второй половины XIX в.) — «ручная» информационная технология, инструментарий которой составляли: перо, чернильница, книга. Коммуникации осуществлялись ручным способом путем переправки через почту писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии — представление информации в нужной форме.

2-й этап (с конца XIX в.) — «механическая» технология, инструментарий которой составляли: пишущая машинка, телефон, диктофон, оснащенная более совершенными средствами доставки почта. Основная цель технологии — представление информации в нужной форме более удобными средствами.

3-й этап (40 — 60-е гг. XX в.) — «электрическая» технология, инструментарий которой составляли: большие ЭВМ и соответствующее программное обеспечение, электрические пишущие машинки, ксероксы, портативные диктофоны.

Изменяется цель технологии. Акцент в информационной технологии начинает перемещаться с формы представления информации на формирование ее содержания.

4-й этап (с начала 70-х гг.) — «электронная» технология, основным инструментарием которой становятся большие ЭВМ и создаваемые на их базе автоматизированные системы управления (АСУ) и информационно-поисковые системы (ИПС), оснащенные широким спектром базовых и специализированных программных комплексов. Центр тяжести технологии еще более смещается на формирование содержательной стороны информации для управленческой среды различных сфер общественной жизни, особенно на организацию аналитической работы. Множество объективных и субъективных факторов не позволили решить стоящие перед новой концепцией информационной технологии поставленные задачи. Однако был приобретен опыт формирования содержательной стороны управленческой информации и подготовлена профессиональная, психологическая и социальная база для перехода на новый этап развития технологии.

5-й этап (с середины 80-х гг.) — «компьютерная» («новая») технология, основным инструментарием которой является персональный компьютер с широким спектром стандартных программных продуктов разного назначения. На этом этапе происходит процесс персонализации АСУ, который проявляется в создании систем поддержки принятия решений определенными специалистами. Подобные системы имеют встроенные элементы анализа и интеллекта для разных уровней управления, реализуются на персональном компьютере и используют телекоммуникации. В связи с переходом на микропроцессорную базу существенным изменениям подвергаются и технические средства бытового, культурного и прочего назначений. Начинают широко использоваться в различных областях глобальные и локальные компьютерные сети.

1.3 Проблемы использования информационных технологий

1. Устаревание информационной технологии.

Для информационных технологий является вполне естественным то, что они устаревают и заменяются новыми.

При внедрении новой информационной технологии в организации необходимо оценить риск отставания от конкурентов в результате ее неизбежного устаревания со временем, так как информационные продукты, как никакие другие виды материальных товаров, имеют чрезвычайно высокую скорость сменяемости новыми видами или версиями. Периоды сменяемости колеблются от нескольких месяцев до одного года.

Если в процессе внедрения новой информационной технологии этому фактору не уделять должного внимания, возможно, что к моменту завершения перевода фирмы на новую информационную технологию она уже устареет и придется принимать меры к ее модернизации. Такие неудачи с внедрением информационной технологии обычно связывают с несовершенством технических средств, тогда как основной причиной неудач является отсутствие или слабая проработанность методологии использования информационной технологии.

2. Методология использования информационной технологии.

Централизованная обработка информации на ЭВМ вычислительных центров была первой исторически сложившейся технологией. Создавались крупные вычислительные центры (ВЦ) коллективного пользования, оснащенные большими ЭВМ (в нашей стране — ЭВМ ЕС). Применение таких ЭВМ позволяло обрабатывать большие массивы входной информации и получать на этой основе различные виды информационной продукции, которая затем передавалась пользователям. Такой технологический процесс был обусловлен недостаточным оснащением вычислительной техникой предприятий и организаций в 60−70-е гг.

Достоинства методологии централизованной технологии:

· возможность обращения пользователя к большим массивам информации в виде баз данных и к информационной продукции широкой номенклатуры;

· сравнительная легкость внедрения методологических решений по развитию и совершенствованию информационной технологии благодаря централизованному их принятию. Недостатки такой методологии очевидны:

· ограниченная ответственность низшего персонала, который не способствует оперативному получению информации пользователем, тем самым, препятствуя правильности выработки управленческих решений;

· ограничение возможностей пользователя в процессе получения и использования информации.

Децентрализованная обработка информации связана с появлением в 80-х гг. персональных компьютеров и развитием средств телекоммуникаций. Она весьма существенно потеснила предыдущую технологию, поскольку дает пользователю широкие возможности в работе с информацией и не ограничивает его инициатив.

Достоинствами такой методологии являются:

· гибкость структуры, обеспечивающая простор инициативам пользователя;

· усиление ответственности низшего звена сотрудников;

· уменьшение потребности в пользовании центральным компьютером и соответственно контроле со стороны вычислительного центра;

· более полная реализация творческого потенциала пользователя благодаря использованию средств компьютерной связи.

Однако эта методология имеет свои недостатки:

· сложность стандартизации из-за большого числа уникальных разработок;

· психологическое неприятие пользователями рекомендуемых вычислительным центром стандартов и готовых программных продуктов;

· неравномерность развития уровня информационной технологии на локальных местах, что в первую очередь определяется уровнем квалификации конкретного работника.

Описанные достоинства и недостатки централизованной и децентрализованной информационной технологии привели к необходимости придерживаться линии разумного применения и того, и другого подхода. Такой подход назовем рациональной методологией и покажем, как в этом случае будут распределяться обязанности:

· вычислительный центр должен отвечать за выработку общей стратегии использования информационной технологии, помогать пользователям, как в работе, так и в обучении, устанавливать стандарты и определять политику применения программных и технических средств;

· персонал, использующий информационную технологию, должен придерживаться указаний вычислительного центра, осуществлять разработку своих локальных систем и технологий в соответствии с общим планом организации.

Рациональная методология использования информационной технологии позволит достичь большей гибкости, поддерживать общие стандарты, осуществить совместимость информационных локальных продуктов, снизить дублирование деятельности и др.

3. Выбор вариантов внедрения информационной технологии в фирме.

При внедрении информационной технологии в фирму необходимо выбрать одну из двух основных концепций, отражающих сложившиеся точки зрения на существующую структуру организации и роль в ней компьютерной обработки информации.

Первая концепция ориентируется на существующую структуру фирмы. Информационная технология приспосабливается к организационной структуре, и происходит лишь модернизация методов работы. Коммуникации развиты слабо, рационализируются только рабочие места. Происходит распределение функций между техническими работниками и специалистами. Степень риска от внедрения новой информационной технологии минимальна, так как затраты незначительны и организационная структура фирмы не меняется.

Основной недостаток такой стратегии — необходимость непрерывных изменений формы представления информации, приспособленной к конкретным технологическим методам и техническим средствам. Любое оперативное решение «вязнет» на различных этапах информационной технологии.

К достоинствам стратегии можно отнести минимальные степень риска и затраты.

Вторая концепция ориентируется на будущую структуру фирмы. Существующая структура будет модернизироваться.

Данная стратегия предполагает максимальное развитие коммуникаций и разработку новых организационных взаимосвязей. Продуктивность организационной структуры фирмы возрастает, так как рационально распределяются архивы данных, снижается объем циркулирующей по системным каналам информации и достигается сбалансированность между решаемыми задачами.

К основным ее недостаткам следует отнести:

· существенные затраты на первом этапе, связанном с разработкой общей концепции и обследованием всех подразделений фирмы;

· наличие психологической напряженности, вызванной предполагаемыми изменениями структуры фирмы и, как следствие, изменениями штатного расписания и должностных обязанностей.

Достоинствами данной стратегии являются:

· рационализация организационной структуры фирмы;

· максимальная занятость всех работников;

· высокий профессиональный уровень;

· интеграция профессиональных функций за счет использования компьютерных сетей.

Новая информационная технология в фирме должна быть такой, чтобы уровни информации и подсистемы, ее обрабатывающие, связывались между собой единым массивом информации. При этом предъявляются два требования. Во-первых, структура системы переработки информации должна соответствовать распределению полномочий в фирме. Во-вторых, информация внутри системы должна функционировать так, чтобы достаточно полно отражать уровни управления.

1.4 Линия информационных технологий

Одной из наиболее заметных тенденций в развитии школьной информатики является увеличение места информационных технологий в ее содержании. В первых школьных учебниках информатики сведения о прикладных средствах современных информационных технологий в основном носили краткий описательный характер. В значительной степени это было связано с тем, что на большинстве доступных школам компьютеров отсутствовало соответствующее программное обеспечение. В учебной литературе третьего поколения компьютерные информационные технологии находят гораздо большее отражение.

В обязательном минимуме содержания школьной информатики в числе изучаемых прикладных средств компьютерных информационных технологий перечислены: текстовые и графические редакторы, базы данных, электронные таблицы, средства компьютерных телекоммуникаций, технологии мультимедиа. Перечисленные средства относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения, являются наиболее распространенными и широко используемыми на практике.

В учебниках по информатике применяются разные подходы к изложению этих вопросов. Первый подход — описание и практическое использование специально созданных учебных прикладных программ (редакторов, СУБД и пр.), включенных в состав учебного ПО для данного курса. Второй подход — описание и использование наиболее популярных программных продуктов для конкретных типов ЭВМ и операционных систем. Здесь рассматривается текстовый редактор Write, графический редактор Paint Brush, табличный процессор Excel. Третий подход — инвариантное описание прикладных программных средств без привязки к конкретной реализации. Предполагается, что такая привязка будет осуществлена учителем на уроках, с ориентацией на имеющееся программное обеспечение, с использованием дополнительной справочной литературы.

В последнее время в содержание образовательной области «Технологии» включается раздел «Информационные технологии». Чем же отличается преподавание информационных технологий в курсе информатики от курса технологий? В курсе информатики в любой технологической теме должны найти место элементы фундаментального образования: вопросы представления информации и информационных процессов, вопросы постановки и решения информационных задач данными технологическими средствами. В курсе информатики изучение средств обеспечения информационных технологий не является самоцелью; к ним надо относиться к инструментальным средствам для определенных видов информационной деятельности человека.

В каждом тематическом разделе содержательной линии — «Информационные технологии» учитель должен четко различать теоретическое и технологическое содержание. Теоретическое содержание включает в себя вопросы представления различных видов информации в памяти ЭВМ, структурирования данных, постановки и методов решения информационных задач с помощью технологических средств данного типа.

К технологическому содержанию относится:

· изучение используемых аппаратных средств: более подробное знакомство с принципами работы отдельных устройств компьютера, используемых в данной технологии, расширяющее представления учащихся об архитектуре ЗВМ;

· изучение и освоение прикладного программного обеспечения редакторов, СУБД, табличных процессоров и пр.

Знакомство учеников с каждым новым для них видом информационных технологий должно начинаться с рассказа об их областях применения. Желательно, чтобы изучение каждого прикладного программного средства затрагивало следующие его стороны: данные, среда (интерфейс), режимы работы, команды управления. Предлагаемая методическая схема отображена на рис. 2.

Рис. 2. Методическая схема изучения информационных технологий.

1.5 Использование информационных технологий в сфере образования и обучения

В процессе широкой информатизации общества существенное значение приобретает использование информационных технологий, которые занимают центральное место в процессе развития системы образования и культуры. С ранних этапов обучения целесообразно ознакомление с информационными технологиями, так как они широко используются в самых различных сферах деятельности человека. Система образования и наука являются одним из объектов процесса информатизации общества. Информатизация образования в силу специфики самого процесса передачи знаний требует тщательного отбора используемых технологий информатизации и возможности их широкого тиражирования. Стремление активно применять современные информационные технологии в сфере образования также должно быть направленно на повышение уровня и качества подготовки специалистов.

Информационные технологии, применяемые в сфере образования должны ставить следующие задачи:

· развитие системного диалектического мышления, гибкости и самостоятельности ума, познавательной активности и интересов учащихся;

· формирование системности знаний на основе развития ведущих общенаучных идей и понятий;

· использование всех видов деятельности человека в приобретении знаний;

· реализацию принципа индивидуализации учебного процесса при сохранении его целостности.

Для того чтобы эти задачи выполнялись недостаточно просто овладеть той или иной информационной технологией. Необходимо выделить и наиболее эффективно использовать возможности данной информационной технологии.

1.6 Проблемы применения информационных технологий в процессе обучения

Компьютерная технология обучения представляет технологию обучения, основанную на принципах информатики и реализуемую с помощью компьютеров. Применение компьютера в качестве нового и динамично развивающегося средства обучения главная отличительная особенность компьютерной технологии. Использование компьютера кардинально меняет систему форм и методов преподавания.

В современном информационном обществе человек не может обойтись без компьютера. Однако для большинства пользователей применение этих технологий требует больших материальных затрат. Возникают вопросы: как реализовать новые возможности, предоставляемые этими технологиями в сфере образования, как новые технологии эффективно использовать в процессе обучения?

Специалисты в области образования развитых стран не могут однозначно ответить на эти вопросы и оценить последствия применения компьютера и информационных технологий в сфере образования, хотя в их системе образования компьютеры используются гораздо дольше и более эффективно, чем у нас. Специалисты всего мира пока единодушно констатируют только одно — применение компьютера в этой сфере человеческой деятельности породило больше проблем, нежели решило. Здесь речь идет о процессе, связанном с применением информационных технологий в обучении как таковом, а не об организации и сопровождении учебного процесса. В данном случае возникают трудности:

· как переработать учебный курс для его компьютеризации;

· как построить учебный процесс с применением компьютера;

· какую долю учебного материала, и в каком виде представить и реализовать с использованием компьютера;

· как и какими средствами осуществлять контроль знаний, оценивать уровень закрепления навыков и умений;

· какие информационные технологии применять для реализации

поставленных педагогических и дидактических задач.

Для того чтобы преподаватель переложил курс на компьютерную технологию обучения, он должен иметь: представление о предметной области; быть хорошим методистом; иметь навыки систематизации знаний; информированным о возможностях информационных технологий; знать какими средствами компьютерной поддержки достигается тот или иной дидактический прием; информирован о тех технических средствах и программном обеспечении, которые будут ему доступны как при создании прикладного программного обеспечения, так и при сопровождении учебного процесса. Очевидно, что одному человеку это не под силу.

Для создания качественного продукта требуется участие специалистов различных отраслей информационных технологий. Применение информационных технологий в образовании и обучении, в конечном счете, заключается в разработке и использовании программного обеспечения учебного назначения. Особенность этого вида программного продукта состоит в том, что он должен содержать в себе, наряду с компьютерной программой как таковой, дидактический и методический опыт преподавателя-предметника, актуальность и правильность информационного наполнения по определенной учебной дисциплине, а также удовлетворять требованиям образовательного стандарта и реализовывать в то же время возможность его применения как для самостоятельной работы обучаемого, так и в учебном процессе.

В системе образования создается огромное количество программного обеспечения для поддержки учебного процесса. Это базы данных, традиционные информационно-справочные системы, компьютерные обучающие программы.

Современный этап применения компьютерной технологии обучения в учебном процессе заключается в использовании компьютера как средства обучения не эпизодически, а систематически с первого до последнего занятия при любом виде обучения. Основная проблема при этом заключается в методике компьютеризации курса, который предстоит освоить обучаемому. Речь идет о форме компьютерной поддержки процесса обучения. В настоящее время практика использования компьютерных технологий в образовании обнаруживает две тенденции:

· применение промышленных универсальных компьютерных программ, предназначенных для решения широкого круга практических и научных задач из различных предметных областей, и адаптированных к учебным дисциплинам;

· применение обучающих программ, специально разработанных для целей обучения и реализующих соответствующие методики, заложенные в них разработчиками.

На сегодняшний день существует широкий спектр программ от простейших контролирующих, до сложных мультимедийных продуктов. Школьники и студенты, приобретая их, могут пользоваться ими. Но соответствует ли такое «компьютерное учебное пособие» программе определенного предмета или курса, а также как применить его в учебном процессе, ведущемся в конкретном учебном заведении, зачастую не знает ни завуч, ни директор, ни учитель. Они пользуются в качестве средств поддержки учебного процесса только тем программным обеспечением учебного назначения, которое разработано ими самими, либо рекомендовано коллегами. Поэтому нужна система разработки компьютеризированных курсов, поддерживаемая государством, для компьютерной технологии обучения и, параллельно с ней, система подготовки и переподготовки преподавательских кадров, умеющих применять информационные технологии для реализации компьютерной технологии обучения.

1.7 Основные информационные и управляющие потоки учебного процесса

При традиционном групповом занятии с преподавателем — преподаватель, используя устную речь, графические изображения и надписи на доске, жесты, традиционные технические средства обучения (диапроектор, видеои кинофильм), тем самым создает интенсивный поток обучающей информации. Однако, без обратной связи с обучаемым, этот поток, как правило, не усваивается. Обратная связь реализуется, прежде всего, в виде вопросов обучаемых к преподавателю и ответов на контрольные вопросы преподавателя учащимися.

При использовании информационных технологий компьютер с соответствующим интерфейсом выдает информацию в виде текста, графиков, таблиц, видео и аудио. Обучаемые с помощью клавиатуры реализуют на компьютере: вопросы и ответы, поиск причин не понимания, повтор, имитацию управления изучаемым объектом. В этом случае у учащихся появляется: умение самостоятельно мыслить, умение самостоятельно добывать знания, «умение учиться» — главная развивающая цель обучения. На процесс получения обучаемыми знаний от обучающей программы, может влиять преподаватель.

Из выше сказанного можно сделать два вывода:

· с использованием компьютерных обучающих программ, с одной

стороны, обучаемые получили возможность работать в своем собственном ритме в соответствии со своим уровнем подготовки. Это оказывает положительное влияние на процесс обучения, так как обучаемый получает большую свободу в выборе решений, в ходе процесса обучения присутствует элемент соревнования с компьютером;

· такая индивидуализация обучения накладывает свой отпечаток на работу преподавателя. Преподаватель рискует оказаться в роли «центра Земли», к которому обучаемые должны подходить по одному или небольшими группами, либо в роли «челнока», бегающего от одного учащегося к другому. При любом из этих вариантов преподаватель лишен, возможности активно влиять на процесс обучения и реально оценивать уровень подготовки обучаемых, так как он не имеет возможности контролировать в процессе обучения хотя бы у большинства обучаемых.

Отсюда возникает проблема организации учебного процесса, которая облегчила бы взаимодействие преподавателя с обучаемым без снижения эффективности процесса обучения. Для ее решения необходимо разбить процесс обучения в компьютерных классах на два этапа: усвоение теоретического материала и применение теоретических знаний на практике.

На первом этапе главным действующим лицом является преподаватель. Традиционными инструментами в процессе передачи знаний от него к обучаемым является доска и мел. Эти инструменты редко позволяют наглядно объяснить действие какого-либо закона, прибора или программы. Кроме того, скорость передачи информации от преподавателя к обучаемым невысока. В этом случае хорошим решением может оказаться применение демонстрационного оборудования, все чаще используемого в настоящее время (речь идет не только о проекционных устройствах, но и о проецировании изображения с компьютера на экран, либо выводить изображения с компьютера на телевизор с большой диагональю). Такое оборудование позволяет не только наглядно объяснить теорию, но и показать практическое ее воплощение в виде обучающей компьютерной программы, что влечет за собой увеличение скорости информационного потока от преподавателя к обучаемому.

Глава II. Специфика профильных курсов

2.1 Профильное обучение на старшей ступени общего образования

Дифференциация обучения — важная задача современной школы. Дифференциация обучения позволяет реализовать разные подходы в обучении, способствует индивидуализации обучения, развитию познавательной активности учащихся, выбору профессии и дальнейшему обучению. Дифференциация образования может осуществляться по разным направлениям — по возрасту, целям и средствам обучения, а также по содержанию обучения. По содержанию обучения различают уровневую и профильную дифференциацию.

Уровневая дифференциация предполагает различие в глубине и сложности изучения материала всего курса. Она ориентирована на школьников с разной подготовкой и способностями, которые осваивают учебный материал на базовом, продвинутом, и углубленном уровнях.

Профильная дифференциация предполагает выделение отдельных вопросов предметного курса для более глубокого изучения. Это связано с задачами предпрофессиональной подготовки школьника, ориентированием на его интересы, склонности и познавательные потребности. Информатика является одним из тех предметов, в которых дифференциация обучения реализуется наиболее естественным образом. Этому способствует сам характер информатики как науки и совокупности множества информационных технологий, история ее появления в школе в те годы, когда многообразию в школьном образовании способствовали внешние условия. Заметим, что даже базовый курс информатики является в некотором смысле дифференцированным.

Базовые общеобразовательные предметы являются обязательными для всех профилей обучения. Профильные общеобразовательные предметы — это предметы повышенного уровня, определяющие направленность каждого конкретного профиля обучения. Базовые и профильные предметы являются обязательными для всех и составляют федеральный компонент государственного стандарта общего образования.

Однако истинная дифференциация курса информатики связана не с методическими различиями в изложении одного и того же материала, как в базовом курсе, а с реальными различиями в содержании дифференцированных курсов. Подобное возможно лишь на старшей ступени школы, после изучения базового курса информатики.

Общие цели и задачи профильно-дифференцированных курсов информатики таковы:

* способствовать учету интересов каждого из учащихся;

* учитывать направленность допрофессиональной подготовки;

* формировать основы научного мировоззрения;

* способствовать развитию мышления учащихся;

* готовить учащихся к практическому труду, продолжению образования;

* развивать и профессионализировать навыки работы с компьютером.

Вопрос о типологии дифференцированных курсов информатики, достаточно важен, поскольку стихийное планирование таких курсов не способствует реализации целей образования и содействует закреплению за информатикой подобающего ей места в школе. Примем за основу типологию, предложенную А. А. Кузнецовым, Л. Е. Самовольновой и Н. М. Угриновичем при обсуждении концепции содержания обучения информатике в 12-летней школе, и опишем ее.

При определении содержания профильных курсов выделяются два типа таких курсов — фундаментальные и прикладные. Для фундаментальных курсов ведущей функцией провозглашается формирование научного мировоззрения, а для прикладных — подготовка к практической деятельности.

Направления дифференциации содержания профильных курсов информатики первого типа определяются применительно к предметным областям, являющимся ведущими для каждого конкретного направления специализации обучения в школе (классе).

Если взять основные направления специализации школы по таким образовательным (предметным) областям, как:

* филология,

* обществознание,

* математика,

* естествознание,

* технология,

то для каждого из них возможен свой набор профильных курсов информатики. В каждом из таких курсов изучается тот раздел информатики, предмет которого пересекается с предметом соответствующей науки.

Основная задача курсов подобного типа — развитие научных представлений, формирование научного мировоззрения (с позиций информатики — «системно-информационной картины мира»), обогащение изучения основ других фундаментальных наук методами научного познания, привнесенными или развитыми информатикой (моделирование, формализация и т. д.).

Профильные курсы информатики второго типа — прикладные — дифференцируются не по предметным областям, а по критерию вида информационной деятельности. Основное назначение таких курсов — формирование (развитие) навыков использования методов и средств научно — информационных технологий (НИТ) в различных областях.

Виды информационной деятельности человека (сбор, обработка, хранение информации) инвариантны конкретным предметным областям, поэтому основным критерием дифференциации содержания обучения является здесь структура и компоненты информационной деятельности табл. 2.

Таблица 2. Профессиональная дифференциация курсов информатики.

Что же касается конкретных курсов, то в принципе их может быть много. В табл. 3 и 4 даны типичные названия возможных профильных курсов для каждой из образовательных областей и видов информационной деятельности.

Таблица 3. Профильные курсы информатики, соотнесенные с предметными областями.

Таблица 4. Профильные курсы информатики, соотнесенные с видами информационной деятельности.

Разумеется, в содержании курсов, указанных в табл. 3 и 4, значительные пересечения. Это вполне естественно, так как в курсах, ориентированных на предметные области, неизбежно присутствует использование основных информационных технологий и видов информационной деятельности; аналогично курсы, ориентированные на виды информационной деятельности, в своей содержательной части используют те или иные сведения из различных предметных областей. Например, курс «Программирование» реализован в вариантах с условными названиями «Программирование на Паскале» (классическое процедурное программирование), «Объектно-ориентированное программирование», «Логическое программирование» и др.

К профильным курсам информатики примыкают интегрированные курсы. Иногда различия между профильными и интегрированными курсами сводятся лишь к названиям, а иногда носят глубокий характер. Всякий профильный курс, ориентированный на конкретную предметную область, можно считать интегрированным, если в процессе его изучения учащиеся получают новые знания и навыки не только по информатике и информационным технологиям, но и по этой предметной области. Уровень интеграции может быть различным; если информатика в курсе отчетливо доминирует, курс лучше называть профильным, а при относительном равенстве нового материала из информатики и предметной области — интегрированным. Из курсов, которые в литературе называют интегрированными по формуле «информатика + X» в качестве «X» чаще всего фигурирует математика. Это объясняется исторической близостью наук, а также особенностью подготовки учителей информатики, многие из которых являются и учителями математики.

При проектировании профильных курсов информатики важен вопрос о нормативной трудоемкости курса. Исходя из возможности 2-летней подготовки при 1 часе в неделю, наиболее вероятный объем профильного курса может составить (и часто составляет на практике) 136 ч. В то же время нельзя отбрасывать и возможности проведения профильного курса меньшего объема (например, годичный курс в 68 ч или полугодовой в 34 ч). В некоторых школах с углубленным изучением информатики объем специализированного курса может быть большим, до 272 ч (т.е. по 2 ч в неделю на протяжении 2 лет).

Отметим и то, что профильная дифференциация часто сочетается с уровневой дифференциацией. Вполне возможной для каждого из отмеченных в табл. 3 и 4 курсов является двухуровневая дифференциация. При этом уровень профильного курса (по объему изучаемого материала и требованиям к его освоению) определяется по сравнению с тем уровнем, который предписывается государственным образовательным стандартом или временно заменяющим его документом.