ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВО РЕАЛИЗАЦИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ И МОТИВАЦИОННОЙ ОБОСНОВАННОСТИ СИСТЕМЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Иванов Игорь Анатольевич, Иванова Светлана Игоревна, Корниенко Надежда Андреевна, Бочаров Александр Васильевич
Сочинский государственный университет
Кубанский государственный университет
Аннотация
В современных условиях применение информационных технологий в профессиональной подготовке бакалавров педагогического образования по направлению «Математика и информатика» является одной из важнейших составляющих процесса обучения в вузе. Современное состояние методической подготовки бакалавров и магистров характеризуется достаточным количеством и соответствующим качеством средств информатизации процесса обучения различной направленности как для решения математических задач, так и для разрешения учебно-методических проблем (например, Wolfram Alpha, GeoGebra, GeoKone.NET и т.д.). Вместе с этим, безусловно, присутствует понимание того, что эти средства соответствуют современному уровню развития информационных технологий. Процесс же совершенствования и качественного развития информационных технологий принимает статус перманентного. Именно поэтому различные аспекты применения информационных технологий в подготовке бакалавров являются актуальными и требуют внимательного обращения с ними. В частности, речь идёт о новых программных продуктах, которые находят применение как в подготовке студентов, так и в обучении школьников в средних образовательных учреждениях. Весьма примечательной тенденцией современного этапа подготовки студентов-математиков является появление программных продуктов, разработанных самими студентами. Возможность такой ситуации существует в силу достаточно высокого уровня алгоритмической культуры и культуры программирования современных студентов (среди них - победители и призёры всероссийских и международных олимпиад по информатике и программированию).
В статье рассмотрены некоторые дидактические и психолого-педагогические аспекты применения информационных технологий в процессе обучения на примере разработанного студентом нового программного продукта «3Ds-Geometry» для формирования профессионально значимых качеств личности будущего педагога в контексте реализации профессиональной и мотивационной обоснованности системы профессиональной подготовки бакалавров физико-математического направления. Достаточно подробно описана концептуальная основа разработки программного продукта, классифицированы цели (основная, образовательные, дидактические) и задачи применения программного продукта в учебном процессе в вузе и в школе.
Ключевые слова: образование, высшее образование, высшее профессиональное образование, цифровизация, профессиональная подготовка, информационные технологии, язык программирования, обучение математике, обучение геометрии, стереометрия.
Abstract
INFORMATION TECHNOLOGIES AS A MEANS TO IMPLEMENT THE PROFESSIONAL AND MOTIVATIONAL VALIDITY OF THE SYSTEM OF PROFESSIONAL TRAINING OF BACHELORS IN PHYSICS AND MATHEMATICS
Igor A. Ivanov, Svetlana I. Ivanova, Nadezhda A. Kornienko, Alexandr V. Bocharov
Sochi State University, Sochi, Russia
Kuban State University, Krasnodar, Russia
In modern conditions, the use of information technologies in the professional training of bachelors of pedagogical education in Mathematics and Informatics is one of the most important components of the university's educational process. The current state of methodological training of bachelors and masters is characterized by a sufficient number and corresponding quality of means of informatization of the learning process of various directions for solving both mathematical problems, educational and methodological problems (for example, Wolfram Alpha, GeoGebra, GeoKone.NET, etc.). At the same time, of course, there is an understanding that these funds correspond to the modern level of development of information technologies. The process of improvement and qualitative development of information technologies assumes permanent status. That is why various aspects of the application of information technologies in the preparation of bachelor's degrees are relevant and require careful treatment. In particular, we are talking about new software products that are used in the training of both students in universities and schoolchildren in secondary educational institutions. A very remarkable trend in the modern stage of training mathematical students is the emergence of software products developed by students themselves. The possibility of such a situation exists due to the high level of algorithmic culture and programming culture of modern students (among them are winners and prize-winners of the All-Russian and international Olympiads in informatics and programming).
The article considers some didactic, psychological and pedagogical aspects of the application of information technologies in the learning process based on the example of the new software product “3Ds-Geometry” developed by the student. This software product was elaborated to form professionally significant personality qualities of the future teacher in the context of the realization of the professional and motivational validity of the system of professional training of bachelors in Physics and Mathematics. The conceptual basis for the development of a software product is described in sufficient detail, and the goals (basic, educational, didactic) and the tasks of applying the software product in the educational process at the university and at school are classified.
Keywords: education, higher education, higher vocational education, digitalization, professional training, information technology, programming language, training in mathematics, training in geometry and stereometry
В организации и функционировании современной системы профессионального образования информационные технологии имеют важное значение. Они влияют на все элементы системы подготовки будущих педагогов. Рассмотрим влияние информационных технологий на профессиональную и мотивационную обоснованность образовательной системы профессиональной подготовки бакалавров физико-математического направления.
Под профессиональной обоснованностью образовательной системы будем понимать обеспечение продуктивного использования знаний, умений и навыков обучающегося при решении профессионально-ориентированных учебных задач с учётом уровня его знаний, типа его мыслительных способностей, способности обучающегося к восприятию информации. Основой профессиональной обоснованности системы является, прежде всего, система знаний, получаемая обучающимся в процессе обучения, и наличный субъектный опыт их применения в практической деятельности. Таким образом, профессиональная обоснованность образовательной системы связана с реализацией компетентностного подхода в обучении.
Мотивационная обоснованность системы подготовки связывается с возможностью системы обучения предоставления студенту условий удовлетворения потребности личностного и профессионального роста и самовыражения. Конкретизация психологического контекста мотивационной обоснованности системы подготовки обучающегося включает такие психологические потребности личности, как потребность успеха, власти, сопричастности. Учёт отношений между основными видами множества психологических потребностей (вторичных, высших и т.д. или, по крайней мере, наиболее важных с точки зрения организации учебного процесса и его результатов) обучающегося, как показывает практика, ведёт к повышению качества процесса обучения и его результатов. Действительно, если предусмотрены условия включения в систему обучения возможности удовлетворения, например, таких психологических потребностей личности, как «положение в обществе» и «социальный успех», вместе с такими традиционными потребностями личности, как «тяга к знаниям» и «самовыражение», то у обучающегося появляются дополнительные психологические мотивы интереса к процессу и результатам обучения, что может сделать с точки зрения обучающегося процесс обучения более устойчивым и обоснованным, а результаты обучения более значимыми для него.
Очевидно, что осмысленное применение информационных технологий ведёт к иному качеству профессиональной и мотивационной обоснованности процесса обучения. Более того, современная система обучения уже не мыслима вне информационных технологий. Рассмотрим, например, программное обеспечение, используемое при подготовке будущих учителей математики. Конкретизируем предметную область подготовки - обучение геометрии. В настоящее время существует весьма внушительный набор различного программного обеспечения как 2D, так и 3D формата (^D-формат: Карметалл, Доктор Гений, Доктор Гео, GeoGebra, GeoKone.NET, Gёoplan-Gёospace, GeoProof, Живая геометрия и т.д.; 3D-формат: Архимед Geo3D, Эйлер 3D, Geomview и т.д.). Далее сосредоточимся на программах, используемых при подготовке бакалавров по дисциплине «Теория и методика обучения математике», раздел - «Методика обучения стереометрии».
Как известно, одна из основных проблем изучения геометрии связана со специфическим пониманием роли наглядности в обучении и психологии восприятия. Вся история методики обучения стереометрии изобилует примерами разработки различных «подручных» средств наглядности - проволочные (стержневые) модели, картонные модели, изготавливаемые самостоятельно преподавателем/студентом (учителем и(или) учениками). В обозримой ретроспективе мы наблюдаем компьютерные геометрические модели. Как правило, эти модели номинативно предоставлялись разработчиком пользователю - преподавателю/студенту (учителю, ученику) в его распоряжение. При этом разработчики в подавляющем числе случаев не оставляли пользователю средств для самостоятельной разработки моделей геометрических объектов (конструкций). Вместе с тем в настоящее время появляются программные средства, позволяющие преподавателю/студенту (учителю/ ученику) самостоятельно разрабатывать наглядные компьютерные средства обучения стереометрии.
Как показано выше, в настоящее время предложено достаточно большое количество программных продуктов, используемых в процессе обучения математике в школе и, в частности, стереометрии. В этих продуктах реализован «классический» вариант представления геометрических конструкций в так называемом формате 3D (формат изображения объёмных геометрических структур на плоскости). При этом «картинку» можно масштабировать, вращать, изменять ракурс для получения наилучшего представления об «объёмной» фигуре. Все предлагаемые компьютерные инструменты позволяют разрабатывать геометрические конструкции только в формате 3D - традиционные изображения объёмных фигур на плоскости. Вместе с тем предлагаемые программные средства не снимают главного противоречия - изучения объёмных фигур через их двумерные интерпретации, называемые 3D-моделями.
Отметим, что осознание и понимание необходимости преодоления этого противоречия возникло достаточно давно. Укажем на наличие первого опыта преодоления указанного выше противоречия в форме вышедшего в 1963 г. альбома стереоскопических чертежей по геометрии Г.А. Владимирского [1]. В альбоме представлены стереоскопические чертежи по учебным материалам, представленным в учебниках А.П. Киселева и Н. Рыбкина. Следует заметить, что в этот период использование альбома стереоскопических чертежей не оказало ожидаемого методического эффекта при обучении стереометрии. Основные причины неудачи связывались, во- первых, с весьма сложной технологией метода анаглифической печати офсетным способом и, во-вторых, с возникновением дополнительных сложностей при подготовке дидактических материалов в условиях динамически изменяющихся условий обучения стереометрии.
Вместе с тем развитие информационных технологий позволяет получить качественно иные компьютерные средства обучения стереометрии, например, так называемые ЗБэ-изображения геометрических структур, т.е. стереоскопические объекты, просматриваемые через анаглифические очки. К таким средствам относится программный инструмент 3Ds-Geometry, предназначенный для построения 3Ds- изображений геометрических структур с применением входного языка LSDSS (Language for Searching and Developing Stereoscopic Structures) [2]. Этот продукт - первый программный продукт, позволяющий решить фундаментальное противоречие обучения стереометрии, а также получить возможность его применения в профессиональной подготовке студентов, например, при изучении дисциплин «Теория и методика обучения математике», «Теория и методика обучения информатике», «Начертательная геометрия» и разделов школьной математики. Некоторые дидактические возможности полученных с помощью программы 3Ds геометрических структур в обучении стереометрии в школьном курсе математики рассмотрены в [3], [4]. О разнице в подходах к определению понятий 3D и 3Ds геометрических структур в историческом и содержательном контекстах подробно говорится в [5].
Программный инструмент 3Ds- Geometry значительно расширяет профессиональные и творческие возможности студента, будущего учителя математики, по самостоятельной разработке компьютерных дидактических средств обучения «доступными средствами программирования для пользователя», т.е. такими средствами с соответствующим интерфейсом, которые максимально приближены к «естественному» математическому языку. Как известно, разработка интерфейсов, повышающих эффективность использования программных продуктов для решения профессиональных задач, - одна из основных задач, которая стоит перед разработчиками узкопрофессионального программного обеспечения.
Предлагаемый программный продукт позволяет строить 3Ds-изображения геометрических структур с использованием понятного для любого обучающегося (студента, школьника), преподавателя, учителя и конечного пользователя входного языка программирования LSDSS. Основы языка LSDSS описаны в [6].
Концептуальный подход построения и применения в учебном процессе программного продукта 3Ds-Geometry реализуется через следующую систему принципов [7]:
- принцип доступности предполагает возможность использования продукта неспециалистами в области программирования (прежде всего, студентами, учителями и учениками, а также любым желающим);
- принцип открытости заключается в предоставлении программного кода пользователю для возможной его модификации с целью решения поставленных пользователем дополнительных задач;
- принцип автономности - предоставление пользователю возможности индивидуального использования программного продукта в формате free software;
- принцип педагогического сотрудничества предполагает взаимодействие преподавателя и студента (учителя и ученика) при создании BDs-объектов для использования их в учебном процессе, в организации творческих мероприятий, в иных видах деятельности обучающихся. В рамках этого принципа предусматривается реализация традиционных дидактических принципов обучения в образовательном учреждении: 1) развивающее и воспитывающее обучение; 2) научность и доступность; 3) сознательность и творческая активность обучающихся при руководящей роли преподавателя; 4) наглядность и развитие теоретического мышления; 5) системность и систематичность об - учения; 6) переход от обучения к самообразованию; 7) связь обучения с практикой профессиональной деятельности; 8) прочность результатов обучения и развитие познавательных способностей обучающихся; 9) положительный эмоциональный фон обучения; 10) коллективный характер обучения и учёт индивидуальных способностей обучающихся.