НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Національний педагогічний університет
імені М. П. Драгоманова
Красножон Олексій Борисович
УДК 378.011.31:004:371.13:372.853
Система математичної підготовки майбутніх
учителів фізики в умовах використання
інформаційно-комунікаційних технологій
13.00.02 – теорія і методика навчання математики
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата педагогічних наук
Київ – 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Бердянському державному педагогічному університеті, Міністерство освіти і науки України.
Науковий керівник: | кандидат педагогічних наук, доцент
Шавальова Валентина Іванівна,
Республіканський вищий навчальний заклад “Кримський гуманітарний університет” (м. Ялта), проректор з наукової роботи.
Офіційні опоненти: | доктор педагогічних наук, доцент
Михалін Геннадій Олександрович,
Білоцерківська філія Міжрегіональної академії управління персоналом,
професор кафедри математики;
кандидат педагогічних наук
Семеніхіна Олена Володимирівна,
Сумський державний педагогічний університет
імені А.С.Макаренка,
доцент кафедри математики.
Провідна установа: | Херсонський державний університет,
кафедра алгебри, геометрії та математичного аналізу,
Міністерство освіти і науки України, м. Херсон.
Захист відбудеться “24” січня 2006 року о 15.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.053.03 у Національному педагогічному університеті імені М.П.Драгоманова, 01601, м. Київ, вул. Пирогова, .
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова, 01601, м. Київ, вул. Пирогова, .
Автореферат розісланий “13” грудня 2005 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.О. Швець
Загальна характеристика роботи
Актуальність дослідження. Зміни, які відбуваються в Україні, зумовлюють створення адекватних соціально-педагогічних умов, викликають необхідність проектування і впровадження нової моделі навчання, розробки і практичної реалізації інноваційних технологій навчання. Сьогодні випускник педагогічного вищого навчального закладу повинен мати не тільки професійні знання, навички і уміння в обраній ним галузі діяльності, а й мати достатню фундаментальну освіту, бути здатним самостійно будувати на цьому фундаменті нове конкретне знання відповідно до нових умов. Україні необхідні вчителі з аналітичним стилем мислення, націленістю на вдосконалення навчального процесу, використання сучасних педагогічних технологій та впровадження комп’ютерних технологій навчання.
Впровадження в систему освіти України засад Болонської угоди зумовлює необхідність активізації навчального процесу, яка передбачає перегляд цілей і завдань навчання, змісту навчальних дисциплін, добір адекватних їм методів, організаційних форм та засобів навчання. Одним із шляхів інтенсифікації навчально-виховного процесу виступає використання інформаційно-комунікаційних технологій у процесі підготовки майбутніх вчителів.
Широке коло питань і проблем підготовки вчителів висвітлено у працях А.М.Алексюка, Ю.К.Бабанського, М.І.Жалдака, І.А.Зязюна, Г.О.Михаліна, Н.В.Морзе, З.І.Слєпкань, М.І.Шкіля та інших вчених.
Питання впровадження інформаційно-комунікаційних технологій в навчальний процес досліджувались у працях Ю.В.Горошка, В.В.Дровозюк, М.І.Жалдака, О.Б.Жильцова, Ю.О.Жука, І.М.Забари, В.І.Клочка, О.А.Кузнєцова, С.І.Кузнєцова, В.М.Монахова, Н.В.Морзе, Т.О.Олійник, А.В.Пенькова, С.А.Ракова, Ю.С.Рамського, В.Г.Розумовського, Є.М.Смірнова, О.В.Співаковського, Г.М.Торбіна, Т.І.Чепрасова, В.І.Шавальової та ін.
Психологічні аспекти застосування інформаційних технологій навчання знайшли відображення у працях В.П.Безпалька, В.П.Зінченка, В.С.Ледньова, О.Н.Леонтьєва, В.Я.Ляудіс, Ю.І.Машбиця, А.М.Пишкала, Л.М.Проколієнка, В.В.Рубцова, І.В.Синельник, Н.Ф.Тализіної, О.К.Тихомирова та ін.
Питання використання сучасних інформаційних технологій у процесі математичної підготовки учнів та студентів розглядались у працях Т.Л.Архіпової, О.В.Вітюка, М.С.Голованя, Ю.В.Горошка, Ю.Г.Гузуна, І.В.Дробишевої, В.В.Дровозюк, Т.В.Дубової, Т.В.Зайцевої, М.І.Жалдака, А.В.Пенькова, Є.М.Смирнової, О.В.Співаковського, Т.І.Чепрасової, В.І.Шавальвої та ін.
Завдяки дослідженням О.І.Бугайова, С.У.Гончаренка, Є.В.Коршака, О.І.Ляшенка, Ю.А.Пасічника, О.В.Сергєєва, І.І.Тичини, М.І.Шута розроблено цілі, структура та зміст підготовки майбутнього вчителя фізики, удосконалено навчальні плани і програми, введено ступеневу систему підготовки. Разом з тим проблема створення і впровадження комп’ютерно-орієнтованих методичних систем навчання математики майбутніх учителів фізики залишається однією з найактуальніших проблем.
Досвід роботи у педагогічному вищому навчальному закладі, спілкування з викладачами провідних педагогічних університетів України на всеукраїнських і міжнародних науково-практичних конференціях, відвідування уроків з математики та фізики в середніх навчальних закладах обумовили формулювання наступного висновку: необхідна систематична робота по удосконаленню методичної системи математичної підготовки майбутніх вчителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій.
Вищезазначене обумовило констатацію наступних фактів:
§
необхідне удосконалення традиційної методичної системи математичної підготовки майбутніх учителів фізики у педагогічному вищому навчальному закладі. Одним із напрямів цієї роботи є впровадження інформаційно-комунікаційних технологій у процес математичної підготовки майбутніх учителів фізики;
§
впровадження інформаційних технологій в навчальний процес досить часто трактується на рівні формування у студентів первинних прийомів та навичок програмування на найбільш поширених мовах програмування при наявності в Україні цілком адаптованих до роботи в умовах середніх і вищих навчальних закладах програмних продуктів;
§
існуючий рівень підготовки педагогічних кадрів обмежує і значно звужує сферу застосування комп'ютерно-орієнтованих методичних систем навчання в закладах середньої освіти;
§
не викликає сумніву необхідність продовження і поглиблення науково-педагогічних досліджень в напрямі підвищення ефективності математичної підготовки майбутніх учителів фізики, визначення доцільності і ефективності впровадження інформаційно-комунікаційних технологій в навчально-виховний процес педагогічного вищого навчального закладу.
Вищезазначені чинники зумовили вибір теми дослідження “Система математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій”.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження виконано відповідно до тематичного плану наукових досліджень кафедри математики, методики викладання математики Бердянського державного педагогічного університету.
Тему дисертаційного дослідження затверджено на засіданні вченої ради Бердянського державного педагогічного університету (протокол № від 30 листопада 2004 року) і узгоджено рішенням бюро Ради з координації наукових досліджень в галузі педагогіки і психології в Україні (протокол № від 22 лютого 2005 року).
Об’єкт дослідження – процес навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів.
Предмет дослідження – методична система математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій.
Мета дослідження – побудова та наукове обґрунтування комп'ютерно-орієнтованої методичної системи навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів (на прикладі курсу “Лінійна алгебра і аналітична геометрія”).
Гіпотеза дослідження – впровадження інформаційно-комунікаційних технологій у систему математичної підготовки майбутніх учителів фізики здатне позитивно вплинути на: 1) якість навчання та інтелектуальний розвиток студентів; 2) підготовленість студентів до професійної діяльності; 3) здатність студентів використовувати математичні методи і інформаційно-комунікаційні технології у наукових дослідженнях та при розв’язуванні практичних задач; 4) процес інтенсифікації навчання.
Виходячи з мети і гіпотези дослідження поставлено такі завдання:
§
проаналізувати методичну, навчальну, психолого-педагогічну літературу з проблеми дослідження та стан математичної підготовки студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів;
§
вивчити і узагальнити передовий педагогічний досвід впровадження інформаційно-комунікаційних технологій в процес математичної підготовки майбутніх вчителів у педагогічних вищих навчальних закладах;
§
визначити психолого-педагогічні та методичні умови, які забезпечують підвищення рівня математичної підготовки та інтенсифікацію процесу навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів;
§
розробити методичну систему математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій на прикладі навчальної дисципліни “Лінійна алгебра і аналітична геометрія”;
§
експериментально перевірити доцільність та ефективність впровадження в навчальний процес запропонованої методичної системи математичної підготовки майбутніх учителів фізики.
Для розв'язання поставлених завдань і перевірки гіпотези дослідження використовувався комплекс теоретичних та експериментальних методів:
§
теоретичний аналіз науково-методичної i психолого-педагoгічної літератури з проблеми дослідження;
§
вивчення програмної та iнструктивної методичної документації педагогічних вищих навчальних закладів;
§
вивчення та узагальнення досвіду роботи викладачів педагогічних вищих навчальних закладів;
§
діагностика стану знань студентів, педагогічні спостереження, бесіди, тестування;
§
педагогічний експеримент з подальшою якісною та кількісною обробкою його результатів.
Методологічну основу дослідження складають: теорія діяльності і теорія мотивації діяльності (Л.І.Божович, О.М.Леонтьєв, С.Л.Рубінштейн, П.М.Якобсон); теорія навчальної діяльності (В.В.Давидов, Д.Б.Ельконін, В.Я.Ляудіс, Н.Ф.Тализіна,); теорія професійно-педагогічної діяльності (Н.В.Кузьміна, Н.А.Половнікова, Н.А.Риков, В.А.Сластьонін); теорія розвиваючого навчання (В.В.Давидов, Л.В.Занков, І.С.Якиманська); теорія проблемного навчання (Т.В.Кудрявцев, І.Я.Лернер, О.М.Матюшкін, М.М.Скаткін); системний і комплексний підхід до розвитку особистості (І.Д.Бех, С.П.Подмазін, О.Я.Савченко, І.С.Якиманська), особистісно-орієнтований підхід до організації навчально-виховного процесу; основні положення концепцій базової математичної освіти в Україні, гуманізації навчально-виховного процесу та гуманітаризації його змісту.
Наукова новизна дослідження полягає в обґрунтуванні необхідності удосконалення існуючої системи математичної підготовки майбутніх учителів фізики, доцільності впровадження в методичну систему навчання інформаційно-комунікаційних технологій; розробці та обґрунтуванні методичної системи математичної підготовки студентів фізичних спеціальностей в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій у педагогічних вищих навчальних закладах, яка спрямована на підвищення рівня математичної та професійної підготовки майбутніх учителів, активізацію їхньої навчально-пізнавальної діяльності.
Теоретичне значення дослідження: доведено необхідність і з’ясовано можливості удосконалення системи математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій; обґрунтовано доцільність впровадження комп'ютерно-орієнтованих методик навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів; запропоновано елементи механізму комп’ютерного моніторингу знань, навичок і умінь студентів фізичних спеціальностей педагогічного вищого навчального закладу.
Практичне значення дослідження: створена та впроваджена в навчальний процес методична система математичної підготовки майбутніх учителів фізики з використанням інформаційно-комунікаційних технологій; створено методичні рекомендації і навчальні посібники, якими можуть скористатися викладачі математики, студенти та магістранти як педагогічних вищих навчальних закладів, так і технічних закладів освіти, класичних університетів, учителі математики загальноосвітніх шкіл, методисти інститутів післядипломної педагогічної освіти.
Особистий внесок автора. Всі основні результати дисертації автором здобуті самостійно, всі публікації, крім однієї, без співавторів.
Вірогідність результатів і обґрунтованість висновків дослідження забезпечується використанням комплексу теоретичних та експериментальних методів, адекватних предмету, меті і завданням дослідження; якісним і кількісним опрацюванням одержаного емпіричного матеріалу.
Апробація і впровадження результатів дослідження здійснювались в ході експериментальної роботи на фізико-математичному факультеті Бердянського державного педагогічного університету (довідка №57/817-08 від 19 травня 2004 року), фізичному факультеті Запорізького державного університету (відзив №01-09/1002 від 30 серпня 2004 року), факультеті інформатики та математики Мелітопольського державного педагогічного університету (довідка №837 від 14 травня 2004 року) та економічному факультеті Кримського державного гуманітарного інституту (довідка №175/01-26 від 11 травня 2004 року). Основні положення та результати дослідження обговорювалися та отримали схвалення на засіданні кафедри математики, методики викладання математики Бердянського державного педагогічного університету (протокол №9 від 8 квітня 2004 року), а також на наукових конференціях: Міжнародній науково-методичній конференції “Евристика та дидактика точних наук” (3-5 жовтня 2000 року, м. Донецьк), науково-практичній конференції “Інформаційні технології в освіті” (16-18 травня 2001 року, м. Бердянськ), Всеукраїнській науково-методичній конференції “Методологія проведення моніторингових досліджень та створення стандартизованих вимірників рівня навчальних досягнень з математики” (2-3 жовтня 2002 року, м. Донецьк), Регіональній науково-практичній конференції “Другий всеукраїнський з'їзд працівників освіти і питання підготовки вчителя сучасної школи” (2002 рік, м. Бердянськ), Всеукраїнській науково-методичній конференції “Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищий технічній школі” (14-15 березня 2003 року, м. Кривий Ріг), Міжвузівській науковій сесії “Вчитель сучасної школи: досягнення, проблеми та перспективи його підготовки” (14 травня 2003 року, м. Бердянськ), V-й Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Системний аналіз та інформаційні технології” (1-3 липня 2003 року, м. Київ) (диплом Інституту прикладного системного налізу за участь та високий рівень представленої роботи), Міжнародній науково-практичній конференції “Викладач і студент у системі вищої освіти: проблеми діалогу, співпраці, взаємодії” (25-26 вересня 2003 року, м. Львів), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Підготовка вчителя до роботи в умовах використання комп'ютерно-орієнтованих систем навчання” (14 травня 2004 року, м. Мелітополь), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Інформатика та комп'ютерна підтримка навчальних дисциплін у середній і вищий школі” (23-26 червня 2004 року, м. Бердянськ).
Публікації. Основні результати дисертаційного дослідження опубліковані у п'ятнадцяти наукових працях, з яких дев'ять опубліковано у фахових збірниках наукових праць, одна – у науково-методичному журналі “Математика в школі”. Усі наукові праці автора дисертації, крім однієї, опубліковані одноосібно, без співавторів. Результати дисертаційного дослідження знайшли своє відображення у двох навчальних посібниках, а також у тезах доповідей на всеукраїнських та міжнародних наукових конференціях.
Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, двох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Обсяг дисертації – 225 сторінок, з яких 187 сторінок складає основний текст, 28 сторінок – список використаних джерел з 301 найменування та 10 сторінок додатків. В основному тексті 15 рисунків і одна таблиця.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, визначено його об'єкт, предмет, мету, завдання, методологічну основу і методи, наукову новизну, теоретичне і практичне значення, охарактеризовані впровадження та апробація результатів дослідження.
У першому розділі дисертації “Теоретичні основи проблеми дослідження” розкриті зміст понять інформаційно-комунікаційні технології, методична система навчання, інформаційна культура, диференціація навчання, міжпредметні зв'язки, активізація навчально-пізнавальної діяльності студентів, а також охарактеризовані мета і зміст математичної підготовки студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів, найважливіші компоненти інформаційної культури, напрями використання технічних засобів в навчальному процесі.
У підрозділі 1.1 визначено мету та завдання математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій. Мета математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій передбачає:
§
оволодіння студентами системою математичних знань, навичок і умінь, необхідних у майбутній професійній діяльності та повсякденному житті, достатніх для оволодіння іншими освітніми галузями знань і забезпечення неперервної освіти;
§
формування у студентів наукового світогляду, уявлень про ідеї та методи математики, її роль у пізнанні дійсності;
§
інтелектуальний розвиток студентів, передусім розвиток логічного мислення і просторової уяви, алгоритмічної, інформаційної та графічної культур, пам'яті, уваги, інтуїції.
Основними завданнями математичної підготовки майбутніх учителів фізики є:
§
засвоєння студентами теоретичного змісту математичних дисциплін;
§
формування уміння розв'язувати типові задачі на рівні основних програмних вимог, а також на підвищеному і поглибленому рівнях;
§
формування уміння використовувати математичний апарат для розв'язування професійних задач (наприклад, апарат векторної алгебри для обчислення роботи сили, моменту сили відносно точки, визначення напрямку дії і величини сили Лоренца тощо);
§
формування уміння використовувати інформаційно-комунікаційні технології (ППЗ GRAN, програмний засіб DERIVE, математичний пакет MAPLE та інші) для розв'язування суто математичних задач і задач професійного спрямовання.
У підрозділі 1.2 визначені вимоги до інформаційно-комунікаційних технологій, які використовуються в процесі математичної підготовки майбутніх учителів фізики:
§
комплексність та універсальність;
§
простий, люб'язний, україномовний інтерфейс;
§
адекватність математичного програмного забезпечення змісту та специфіці математичної підготовки учителів фізики у педагогічному вищому навчальному закладі;
§
простота і надійність у використанні, сумісність з периферійними пристроями з метою надання звукового супроводу, можливості друку тощо;
§
компонентність у реалізації основних функцій;
§
наявність усього спектру понять, операцій і функцій, вільне оперування якими передбачено змістом навчальної дисципліни;
§
використання програмного продукту не повинне передбачати наявності у користувача ґрунтовних знань з програмування та володіння ним термінологією, нехарактерною для педагогічної сфери діяльності людини.
Підрозділ 1.3 містить, зокрема, вимоги до математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій:
1)
розгляду змісту теми математичної дисципліни має передувати мотивація навчально-пізнавальної діяльності студентів, одним із способів досягнення якої може бути окреслення кола задач споріднених дисциплін, розв'язання яких стане доступним для студентів за умови опанування навчального матеріалу теми;
2)
спрямування навчального процесу на активізацію пізнавальної діяльності студентів шляхом правильного визначення змісту навчального матеріалу, методів навчання, організацій форм і засобів навчання, включаючи до числа останніх інформаційно-комунікаційні технології;
3)
здійснення стимулювання активної пізнавальної діяльності студентів, важливою передумовою досягнення якого є виділення у змісті навчальної дисципліни головного, найбільш значущого, обов'язкового для засвоєння;
4)
забезпечення професійної спрямованості навчання математичних дисциплін, урахування педагогом специфіки обраної студентами спеціальності;
5)
урахування педагогом у своїй діяльності ідей диференціації, індивідуалізації і гуманізації навчального процесу;
6)
урахування і реалізація міжпредметних зв'язків при навчанні математики майбутніх учителів фізики;
7)
широко використовувати засоби унаочнення навчального матеріалу, одним із яких виступають інформаційно-комунікаційні технології;
8)
урахування необхідності формування інформаційної культури студентів-фізиків шляхом обґрунтованого і педагогічно доцільного використання ІКТ;
9)
використання інформаційно-комунікаційних технологій як одного із шляхів інтенсифікації навчання математики студентів-фізиків, запобігаючи при цьому зниження рівня засвоєння знань студентами і сформованості професійних умінь;
10)
студентами-фізиками мають бути усвідомлені роль і місце математичних дисциплін у їхній загальній професійно-педагогічній підготовці.
Зазначимо, що вимоги 8, 9 і 2, 7 в частині використання інформаційно-комунікаційних технологій не характерні для традиційних методичних систем навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів і тому є специфічними для комп'ютерно-орієнтованих методичних систем навчання математики.
Другий розділ “Методична система математичної підготовки майбутніх вчителів фізики” присвячено удосконаленню основних компонентів методичної системи навчання математики майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій.
У підрозділі 2.1 визначено структуру та зміст робочої програми в умовах використання ІКТ. Наведемо основні структурні компоненти робочої програми:
·
мета і завдання навчання дисципліни в цілому, її місце в системі підготовки фахівців;
·
задачі вивчення розділів і тем дисципліни, які відображають її роль у професійній підготовці майбутнього учителя, формування його особистості;
·
зміст розділів і тем дисципліни для кожного заняття. Розділи формуються за видами навчальних занять. Кожна тема повинна мати найменування і супроводжуватись стислим перерахуванням питань, які входять до неї;
·
зміст видів діяльності, якими повинен опанувати майбутній фахівець протягом засвоєння навчального предмета;
·
самостійна робота: подаються конкретні завдання для самостійного виконання студентами з кожної теми дисципліни, вказується зміст питань і тем, за якими не проводяться аудиторні заняття, контрольні роботи і заходи щодо організації самоперевірки та формування навичок та умінь студентів, зазначених у розділі “задачі”;
·
наочні посібники, технічні засоби навчання, теле-, відео- та кінофільми, діафільми, контролюючі програми;
·
засоби інформаційно-комунікаційних технологій;
·
основна та додаткова література.
У підрозділі 2.2 визначено особливості вивчення теоретичного матеріалу в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій:
§
використання допомоги комп'ютера при вивченні теоретичного матеріалу має бути педагогічно виправданим і спрямованим на реалізацію конкретних дидактичних завдань;
§
надання переваг комп'ютеру у порівнянні з традиційними засобами унаочнення повинне мати місце лише у випадках, коли використання інформаційно-комунікаційних технологій має незаперечний педагогічний ефект, досягнення якого засобами традиційних підходів до навчання утруднено чи потребує більших часових витрат;
§
перевірка правильності виконання обчислень “вручну” ускладнена через їх рутинність та громіздкість;
§
якщо специфіка матеріалу передбачає виконання складних побудов та креслень, якість і точність виконання яких впливають на засвоєння та розуміння змісту теми, то переадресування цих функцій комп'ютеру є виправданим і педагогічно доцільним;
§
використання комп'ютера є доцільним, коли виконання деяких операцій над певними геометричними образами потребує додаткового інструментарію і точність виконання таких операцій за допомогою цього інструментарію в аудиторних умовах є сумнівною (наприклад, виконання таких геометричних перетворень площини, як поворот площини навколо даної точки на величину заданого орієнтованого кута, осьова симетрія площини, паралельне перенесення площини на ненульовий вектор тощо). Зазначимо, що ППЗ GRAN-2D дозволяє виконати зазначені операції якісно і швидко;
§
текстова або графічна інформація, подана педагогом за допомогою комп'ютера, не завжди потребує від студентів переписування, а дозволяє здійснити копіювання з подальшим зберіганням на магнітних носіях;
§
студент має можливість достатньо якісно відтворити лекцію, пропущену з певних причин або знаходячись на відстані від навчального закладу, за допомогою аудіовізуальних пристроїв, що дозволяє впроваджувати у навчальний процес елементи дистанційної освіти та підвищити якість навчання студентів заочних відділень;
§
зміст лекції, адаптованої до умов використання інформаційно-комунікаційних технологій, може бути швидко відтворений у вигляді друкованого видання або шляхом електронних комунікацій розповсюджений на як завгодно віддалену територію;
§
лекційні курси, відтворені на електронних носіях, припускають формування систематизованих електронних банків даних з оперативним пошуком та доступом.
У підрозділі 2.3 визначено вимоги до системи задач в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій. Так, особливу увагу слід приділяти:
§
як формальним задачам, так і задачам професійної спрямованості;
§
задачам, які потребують для свого розв'язання знань з різних розділів курсу математики;
§
ситуаційним задачам різного характеру;
§
здачам, у яких аналітичні залежності між вихідними величинами не встановлені і їх встановлення потребує отримання математичної формули чи формулювання закону;
§
формуванню уміння побудови і аналізу адекватної математичної моделі і розгляду її в динаміці і русі;
§
добору попередньо невизначеного методу дослідження;
§
засобам контролю правильності отриманого розв'язку, висновку чи твердження;
§
уникненню задач нереальних, нежиттєвих за ситуацією та за взаємозв'язками між величинами;
§
математичний зміст має бути посильним для усвідомлення, усвідомленими мають бути також взаємозв'язки між величинами;
§
формуванню уміння відокремлювати в змісті задачі дані і параметри; серед усіх можливих значень параметра студент повинен уміти відокремлювати контрольні значення параметра, при переході через які зміст задачі зазнає принципових якісних змін;
§
добір задач має проектуватись на доцільність використання інформаційно-комунікаційних технологій для їх розв'язання або можливості самостійної перевірки відповіді студентом засобами ІКТ;
§
обов'язкова попередня диференціація задач за рівнем складності; особливо складні задачі доцільно супроводжувати вказівками чи примітками або (та) наведенням правильної відповіді;
§
на стандартні задачі основного рівня складності бажано навести зразки їх розв'язування;
§
недоцільне розв'язання засобами інформаційно-комунікаційних технологій стандартних задач основного рівня складності без усвідомлення і засвоєння студентами внутрішньої логічної структури методу їх розв'язання;
§
формуванню у студентів умінь користуватись довідковою літературою, математичними таблицями, вимірювальними приладами та засобами побудови.
У підрозділі 2.4 визначена специфіка організації та проведення самостійної роботи з математичних дисциплін студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій, яка полягає в:
§
прикладній та професійній спрямованості самостійної роботи (мета організації та проведення самостійної роботи передбачає не стільки поглиблення математичної підготовки, скільки встановлення значимості набутих математичних знань та умінь для розв'язання професійних завдань);
§
можливості розв'язання задачі не лише завдяки виконанню розумових дій, а й шляхом автоматизації розв'язання задачі за допомогою інформаційно-комунікаційних технологій;
§
можливості надання процесу розв'язання задач творчого та дослідницького характеру;
§
можливості широкого використання проблемного навчання, у процесі якого висунуті студентами попередні гіпотези розв'язання проблеми можуть бути перевірені в автоматичному режимі;
§
наданні за допомогою інформаційно-комунікаційних технологій можливості студентам проектувати і модулювати фізичні процеси та явища з метою більш глибокого розуміння та засвоєння математичної сутності останніх.
Крім цього, сформульовано вимоги до добору матеріалу для самостійного опрацювання студентами в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій:
§
зміст матеріалу не повинен містити складних означень понять, міркувань, аргументацій, тверджень, формул, доведень теорем тощо;
§
завдання не повинні містити терміни, зміст яких незрозумілий для студентів або такі, що вимагають детальних пояснень педагога підчас пред'явлення завдань;
§
завдання не повинні містити скорочень та позначень, які не є загальноприйнятими і зміст яких не розшифровується в самостійній роботі;
§
матеріали, винесені на самостійне опрацювання, мають бути супроводжені вказівками або інструкціями щодо їх виконання;
§
завдання самостійних робіт мають вимагати від студентів не тільки засвоєння змісту діючого підручника, а й матеріалу, який містить додаткова література з навчальної дисципліни, з переліком якої педагогу необхідно ознайомити студентів підчас ввідної лекції;
§
зміст самостійних робіт повинен містити рекомендації педагога щодо добору адаптованих програмних продуктів, специфіка використання яких відповідає особливостям змісту завдань самостійної роботи;
§
педагог повинен заздалегідь визначитись і ознайомити студентів з формами й термінами контролю їх знань і умінь з кожного виду самостійної роботи;
§
по закінченню вивчення змістового розділу навчальної дисципліни слід надавати перевагу комплексним завданням, виконання яких дозволило б охопити зміст розділу в цілому, сформувати і надати педагогу об'єктивну інформацію щодо рівня засвоєння змісту розділу студентами.
Підкреслено, що система завдань для самостійної роботи студентів фізичних спеціальностей в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій повинна задовольняти таким вимогам:
§
зміст завдань повинен відповідати наперед визначеним розвиваючим, навчальним та виховним цілям аудиторного заняття та поточному програмному матеріалу;
§
враховувати вікові особливості розвитку студентів, їх індивідуальні нахили, здібності та уподобання;
§
забезпечувати наступність вивчення теоретичного матеріалу;
§
ураховувати надання певної допомоги студентам, які її потребують (рекомендації педагога щодо використання тих чи інших програмних продуктів, виконання за допомогою комп'ютера рисунків, графіків функцій тощо);
§
варіативність завдань повинна забезпечувати засвоєння змісту курсу на обов'язковому, підвищеному та поглибленому рівнях;
§
забезпечувати прикладну спрямованість навчання шляхом включення завдань з фізичним змістом.
У підрозділі 2.5, зокрема, сформульовані критерії оцінювання знань і умінь студентів в умовах впровадження модульно-рейтингової системи.
Підрозділ 2.6 присвячено аналізу результатів педагогічного експерименту, який тривав протягом 2000 – 2004 років та поділявся на три етапи.
На першому етапі (2000-2001 рр.) проведено аналіз наявної науково-методичної літератури з проблеми дослідження, вивчено досвід роботи викладачів провідних вищих педагогічних закладів України, визначено рівень математичної підготовки студентів фізичних спеціальностей вищого педагогічного навчального закладу. У результаті констатуючого експерименту встановлено:
§
студенти недостатньо володіють навчальним матеріалом шкільного курсу математики;
§
вміння розв’язувати математичні задачі у більшості студентів сформовано на рівні уміння розв’язувати стандартні задачі;
§
необхідна цілеспрямована математична підготовка майбутніх учителів фізики в процесі навчання математики.
Другий етап (2001-2002 рр.) носив пошуковий характер. На цьому етапі проведено роботу, спрямовану на пошук шляхів вдосконалення всіх компонентів методичної системи математичної підготовки майбутніх вчителів фізики (цілей навчання, змісту навчання, методів навчання, організаційних форм і засобів навчання).
На основі результатів пошукового експерименту було сплановано і проведено формуючий експеримент, який становив третій етап дослідження (2002-2004 рр.).
До експериментальних та контрольних груп увійшли студенти першого та другого курсів фізико-математичного факультету Бердянського державного педагогічного університету за спеціальністю “фізика”, студенти Мелітопольського державного педагогічного університету, студенти першого та другого курсів Запорізького державного університету та Кримського державного гуманітарного інституту. Чисельність експериментальної групи склала 161 студент, чисельність контрольної групи – 169 студентів.
Протягом формуючого експерименту здійснювалось коригування дидактичних матеріалів, вдосконалювалась методика математичної підготовки, формувались професійні знань і уміння студентів, опрацьовувались і аналізувались результати навчаючого експерименту. Порівняння розподілів студентів експериментальних і контрольних груп за рівнями оволодіння професійними знаннями та уміннями здійснювалося за допомогою статистичних критеріїв. Одержані результати підтвердили правильність висунутої гіпотези.
Для визначення рівня володіння питаннями шкільного курсу математики студентам було запропоновано контрольну роботу. Всього перевіркою було охоплено 330 студентів. Варіанти контрольної роботи містили запитання теоретичного характеру з тем “Розв'язування тригонометричних рівнянь та нерівностей”, “Скалярний добуток векторів”, “Область визначення та область значень функції”, “Обчислення кута та відстані між мимобіжними прямими”, “Геометричні перетворення площини”. Теоретичний матеріал зазначених тем розглядається в шкільному курсі математики, але в рамках шкільної програми йому властивий поверховий розгляд.
Навчання з основних тем курсу лінійної алгебри і аналітичної геометрії в експериментальних групах здійснювалося у відповідності із розробленою програмою за методикою, основні положення якої подані в пп. 2.1 – 2.5 дисертаційного дослідження. У контрольних групах навчання здійснювалося за традиційною методикою.
Навчання в експериментальних і контрольних групах здійснювалося в одних і тих самих умовах, але за різними методиками. Статистичне опрацювання результатів навчання дає достатні підстави вважати, що відмінності у рівнях засвоєння студентами експериментальних і контрольних груп навчального матеріалу (рис.1) зумовлені відмінностями відповідних методичних систем, а запропонована нова методична система навчання математики студентів фізичних спеціальностей є більш ефективною, ніж традиційна.
Рис.1
Висновки
1. У дисертації здійснено обґрунтування створеної автором системи математичної підготовки майбутніх вчителів фізики з використанням інформаційно-комунікаційних технологій навчання і на практиці доведено її ефективність.
2. У процесі дисертаційного дослідження була досягнута мета дослідження: запропоновано удосконалення усіх компонентів методичної системи навчання математики студентів фізичних спеціальностей вищих педагогічних навчальних закладів, а саме: цілей, змісту, організаційних форм, методів і засобів навчання.
Цілі математичної підготовки майбутніх учителів фізики доповнені формуванням уміння використовувати інформаційно-комунікаційні технології (зокрема, ППЗ GRAN, програмний засіб DERIVE, математичний пакет MAPLE та інші) для розв'язання суто математичних задач і задач професійного спрямування.
Зміст математичної підготовки доповнено прикладними задачами, для розв’язання яких необхідні уміння використовувати засоби інформаційно-комунікаційних технологій. Використання інформаційно-комунікаційних технологій дозволяє поглибити професійну спрямованість змісту математичної підготовки майбутніх учителів фізики завдяки елементам математичного моделювання фізичних явищ та процесів.
Обґрунтовано доцільність органічного поєднання методів навчання, охоплених класифікацією І.Я.Лернера та М.М.Скаткіна, із домінуючою роллю у цьому поєднанні методів проблемного навчання та дослідницького методу.
Підтверджено, що використання інформаційно-комунікаційних технологій сприяє розкриттю дидактичного потенціалу усіх організаційних форм навчання студентів, зокрема, групових та індивідуальних форм навчання на практичних аудиторних заняттях і фронтальної форми роботи студентів на лекціях.
Засоби навчання математики студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій доповнено двома посібниками автора.
Результатом такого удосконалення є нова комп’ютерно-орієнтована система математичної підготовки майбутніх вчителів фізики.
3. Результати навчаючого експерименту підтвердили припущення про те, що впровадження методичної системи навчання алгебри і геометрії, яка ґрунтується на засадах науково-обґрунтованого використання інформаційних технологій в навчально-виховному процесі вищого педагогічного навчального закладу, дозволяє значно підвищити рівень математичної підготовки майбутніх учителів фізики.
Дані статистичної обробки результатів дисертаційного дослідження дають усі підстави для підтвердження гіпотези, сформульованої на початку дослідження: впровадження інформаційно-комунікаційних технологій у систему математичної підготовки майбутніх учителів фізики позитивно впливає на якість навчання та інтелектуальний розвиток студентів, їх підготовленість до професійної діяльності і здатність використовувати математичні методи і інформаційно-комунікаційні технології у наукових дослідженнях та при розв’язанні практичних задач, сприяє процесу інтенсифікації навчання.
4. Результати проведеного дослідження підтверджують, що:
§
одним із результативних шляхів удосконалення математичної підготовки майбутніх учителів фізики є впровадження у навчальний процес інформаційно-комунікаційних технологій, яке вимагає удосконалення усіх компонентів методичної системи навчання (мети навчання, змісту навчання, методів навчання, організаційних форм і засобів навчання);
§
впровадження у навчальний процес інформаційно-комунікаційних технологій сприяє зростанню рівня не тільки математичної, а й фізичної, методичної, інформаційної, педагогічної підготовки майбутніх учителів фізики і тому має багатоаспектний характер і для успішної реалізації потребує узгодженості дій викладачів математичних, фізичних, методичних, педагогічних та інших дисциплін;
§
впровадження ІКТ у процес математичної підготовки учителів фізики сприяє більш глибокому урахуванню міжпредметних зв'язків, професійній спрямованості навчання, особистісно-орієнтованому підходу до організації навчально-виховного процесу та реалізації ідей диференціації та індивідуалізації навчання;
§
врахування результатів дисертаційного дослідження сприяє підвищенню рівня професійної підготовки майбутніх учителів фізики, істотно вплине на їхню мотиваційну сферу, зумовить формування і переведення в ранг домінуючих професійних і учбово-пізнавальних мотивів вивчення математики, які забезпечать успішність оволодіння професійними знаннями і вміннями.
5. Дисертаційне дослідження не претендує на остаточне розв’язання проблеми створення і впровадження результативних систем математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій. Його результати дозволяють визначити наступні напрями подальших досліджень:
§
систематизація і узагальнення зауважень і пропозицій викладачів дисциплін природничого циклу провідних педагогічних вищих навчальних закладів України, які працюють в умовах комп'ютерно-орієнтованого навчання, щодо педагогічних програмних засобів, використаних в процесі дисертаційного дослідження, з метою їх подальшого удосконалення;
§
подальше удосконалення системи математичної підготовки вчителів природничих дисциплін з урахуванням новітніх сучасних розробок на ринку програмних продуктів як вітчизняного, так і закордонного виробництва;
§
створення нових навчально-методичних посібників для освітніх закладів України, присвячених впровадженню інформаційно-комунікаційних технологій у процес навчання математики.
Основні положення дисертації висвітлено в таких публікаціях:
1.
Красножон О.Б. Системи диференційованих завдань з теорії комплексних чисел для студентів-фізиків вищих педагогічних навчальних закладів //Збірник наукових праць Херсонського державного педагогічного університету. Педагогічні науки. Випуск 21.–Херсон: Айлант, 2001.–С.24-31.
2.
Красножон О.Б. Інтенсифікація навчального процесу вивчення алгебри та геометрії у вищому педагогічному навчальному закладі //Дидактика математики: проблеми і дослідження: Міжнародний збірник наукових робіт.–Вип.15.–Донецьк: Фірма ТЕАН, 2001.–С.25-35.
3.
Красножон О.Б. Про використання персонального комп’ютера у навчанні алгебри та геометрії майбутніх вчителів фізики //Комп’ютерно-орієнтовані системи навчання: Зб. наук. праць.–К.: НПУ імені М.П.Драгоманова.–Випуск 3.–2001.–С.116-121.
4.
Красножон О.Б. Стимулювання інтересу до вивчення математики студентів-фізиків за допомогою міжпредметних зв’язків //Збірник наукових праць Херсонського державного педагогічного університету. Педагогічні науки. Випуск 27.–Херсон: Видавництво ХДПУ, 2002.–С.162-168.
5.
Красножон О.Б. Підготовка майбутнього вчителя фізики до роботи в умовах використання персонального комп'ютера //Збірник наукових праць Бердянського державного педагогічного університету. Серія “Педагогічні науки”.–№2.–Бердянськ: БДПУ, 2002.–С.181-192.
6.
Красножон О.Б. Персональний комп'ютер як засіб самоконтролю при вивченні розділу “Квадратичні форми в евклідовому просторі” //Дидактика математики: проблеми і дослідження: Міжнародний збірник наукових робіт.–Вип. 18.–Донецьк: Фірма ТЕАН, 2002.–С.130-139.
7.
Красножон О.Б. Рівняння та нерівності з параметрами у підготовці вчителів //Математика в школі.–2002.–№6.–С.21-23.
8.
Красножон О.Б. Комп'ютерно-орієнтовані системи навчання математики у вищому педагогічному навчальному закладі //Комп'ютерно-орієнтовані системи навчання: Зб. наук. праць.–К.: НПУ імені М.П.Драгоманова.–Випуск 6.–2003.–С.48-62.
9.
Красножон О.Б. Використання нових інформаційних технологій у навчанні математичного аналізу //Збірник наукових праць Бердянського державного педагогічного університету. Серія “Педагогічні науки”.–№1.–Бердянськ: БДПУ, 2003.–С.60-67.
10.
Красножон О.Б., Шавальова В.І. Використання персонального комп'ютера при вивченні кривих 2-го порядку //Проблеми сучасного підручника: Зб. наук. праць.–К.: Педагогічна думка, 2004.–Вип.5. Ч.ІІ.–С.86-92. (Автором розкриті науково-методичні аспекти проблеми інтенсифікації навчально-виховного процесу за допомогою інформаційних технологій на прикладі навчальної дисципліни “Лінійна алгебра і аналітична геометрія”, яка вивчається студентами фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів).
Анотація
Красножон О.Б. Система математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 – теорія і методика навчання математики. – Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова. Київ, 2005 р.
У дисертації визначено психолого-педагогічні умови підвищення якості математичної підготовки студентів фізичних спеціальностей педагогічних вищих навчальних закладів в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій; запропоновано удосконалення усіх компонентів методичної системи навчання математики майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій: цілей, змісту, методів, організаційних форм і засобів навчання математики; наведено результати експерименту щодо встановлення ефективності та доцільності впровадження запропонованої системи математичної підготовки майбутніх учителів фізики в умовах використання інформаційно-комунікаційних технологій.
Ключові слова: методична система навчання; математична підготовка; вчитель фізики; інформаційно-комунікаційні технології у навчанні математики, інтенсифікація процесу навчання математики, професійна спрямованість математичних курсів.
Аннотация
Красножон А.Б. Система математической подготовки будущих учителей физики в условиях использования информационно-коммуникационных технологий. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 – теория и методика обучения математике. – Национальный педагогический университет имени М. П. Драгоманова. Киев, 2005 г.
В процессе диссертационного исследования проанализировано методическую, учебную, психолого-педагогическую литературу с проблемы исследования и состояние математической подготовки студентов физических специальностей педагогических высших учебных заведений.
Изучено и обобщено передовой педагогический опыт внедрения информационно-коммуникационных технологий в процесс математической подготовки будущих учителей в высших педагогических учебных заведениях.
Определены психолого-педагогические и методические условия, которые обеспечивают повышение уровня математической подготовки та интенсификацию процесса обучения математике студентов физических специальностей педагогических высших учебных заведений.
Создано методическую систему математической подготовки будущих учителей физики в условиях использования информационно-коммуникационных технологий на примере учебной дисциплины “Линейная алгебра и аналитическая геометрия”.
Экспериментально проверены целесообразность и эффективность внедрения в учебный процесс предложенной методической системы математической подготовки будущих учителей физики.
В результате проведенного исследования установлено, что одним из результативных путей повышения уровня математической подготовки будущих учителей физики является внедрение в учебный процесс информационно-коммуникационных технологий. Такое внедрение требует усовершенствования всех компонент методической системы обучения (целей обучения, содержания обучения, методов обучения, организационных форм и средств обучения).
Цели математической подготовки дополнены формированием умений использовать информационно-коммуникационные технологии (в частности, педагогическое программное средство GRAN, программное средство DERIVE, математический пакет MAPLE) для решения сугубо математических задач и профессионально значимых задач.
Содержание математической подготовки дополнено прикладными задачами, для решения которых необходимы профессиональные умения использовать информационно-коммуникационные технологии.
Обоснована целесообразность органичного совмещения традиционных методов обучения с проблемным и исследовательским методами, которые должны доминировать в процессе обучения математике.
Подтверждено, что информационно-коммуникационные технологии способствуют раскрытию дидактического потенциала всех организационных форм обучения студентов, в частности, групповых и индивидуальных форм работы на практических занятиях и лекциях.
Средства обучения математике будущих учителей физики дополнены созданными автором исследования двумя учебными пособиями.
Результатом таких усовершенствований стала новая компьютерно-ориентированная система математической подготовки будущих учителей физики.
Осуществлена экспериментальная проверка эффективности созданной системы математической подготовки будущих учителей физики в условиях использования информационно-коммуникационных технологий. Экспериментальная проверка подтвердила, что внедрение в учебный процесс информационно-коммуникационных технологий способствует повышению уровня не только математической, а и физической, методической, информационной, педагогической подготовки будущих учителей физики, поэтому имеет многоаспектный характер и для успешной реализации требует согласованности действий преподавателей математических, физических, методических, педагогических и других дисциплин.
Использование информационно-коммуникационных технологий в процессе математической подготовки будущих учителей физики способствует более глубокому установлению межпредметных связей, личностно-ориентированному подходу к организации учебно-воспитательного процесса, профессиональной направленности обучения, реализации идей дифференциации и индивидуализации обучения.
Использование результатов диссертационного исследования может способствовать повышению уровня профессиональной подготовки будущих учителей физики, существенно повлиять на их мотивационную сферу, переводу в ранг доминирующих профессиональных и учебно-познавательных мотивов изучения математики, что обеспечит успешное овладение студентами профессиональными знаниями и умениями.
Ключевые слова: методическая система обучения; математическая подготовка; учитель физики; информационно-коммуникационные технологии в обучении математике; интенсификация процесса обучения математике; профессиональная направленность математических курсов.
Summary
Krasnozhon O.B. System of mathematical training of future physics teacher in the conditions of using of information-communication technologies. – Manuscript.
The thesis for a degree of candidate of Pedagogical Science. Speciality 13.00.02 – theory and method of teaching of mathematics. – National Pedagogical university M.P.Dragomanov. Kyiv, 2005.
Psychological-pedagogical conditions of improving of the quality of mathematical training of students of physics specialities of pedagogical higher educational establishments in the conditions of using of information-communication technologies are define in dissertation. Improving all components of methodical system of teaching of mathematics of future teachers of physics in the conditions of using of information-communicative technologies: aims, context, methods, organizational forms and ways of teaching of mathematics are suggested in the dissertation. Results of the experiment concerning of effectivity of inculcation of suggested system of mathematical training of future physics teachers in the conditions of using of information-communication technologies are given in the thesis.
Key words: methodical system of teaching; mathematical training; physics teacher; information-communication technologies in studying of mathematics, intensification of process of studying of mathematics, professional direction of mathematical courses.
