Электронный научный журнал

Информационно-коммуникационные технологии
в педагогическом образовании

12+

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИКЕ В ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ И КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Авторы: Б. Б. Азизов, Ч. Н. Гасимова, Н. Ф. Гафарова
Раздел: Использование информационно-коммуникационных технологий в общем, дополнительном, среднем профессиональном и высшем образовании

УДК 378.016:51:004

Б. Б. Азизов, Н. Ф. Гафарова, Ч. Н. Гасимова

B. B. Azizov, N. F. Gafarova, C. N. Gasimova

Азизов Бахрам Бахлул оглы, к. физ.-мат. н.. доцент, кафедры математики и информатики ФИКТ, Университет Азербайджан, г. Баку.

Гафарова Нигяр Фаиг кызы, ст. преподаватель кафедры математики и информатики ФИКТ, Университет Азербайджан, г. Баку.

Гасимова Чинара Натиг кызы, магистрант, Университет Азербайджан, г. Баку.

Azizov Bakhram, candidate of physics-mathematical Sciences, associate Professor, Azerbaijan University, Baku.

Gafarova Nigar, senior teacher, Azerbaijan University, Baku.

Gasimova Cinara, master degree, Azerbaijan University, Baku.

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИКЕ В ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ И КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

COMPLEX APPROACH TO STUDYING MATHEMATICS IN THE HIGHER INSTITUTES OF LEARNING WITH USING INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES

Аннотация. Сфера применения информационно-компьютерных технологий (ИКТ) в образовании постоянно расширяется. Эти изменения не могли не повлиять на образовательную сферу как с точки зрения содержания задач образования, так и в отношении использования открывшихся технологических возможностей для достижения целей образования. Несмотря на эти достоинства, стремление повысить качество образования путем внедрения инновационных преобразований на основе повсеместного применения ИКТ пока остается нереализованным. В связи с этим, в статье предлагается необходимость выработать комплексный подход и практическую направленность к применению ИКТ с целью повышения эффективности и качества учебного процесса и его результатов на всех уровнях образования на основе интеграции ИКТ и педагогики.

Annotation. The sphere of applying information and communication technologies are constantly extending. These changes of course did have an influence as from view of solving educational tasks as to the reference to using new discovered technological possibilities in order to approach the results. Despite of all benefits, aspiration to increase the quality of education system by means of inculcation of innovations on the base of occurring everywhere information technologies is still has not realized. Therefore, in this article is offering the necessity to produce the complex approach and practical direction for using information and communication technologies with the aim of increasing the efficiency and quality of education process and its goals on the all levels of education on the base of ICT and pedagogics.

Ключевые слова: образование, ИКТ, система, модель, педагогическая коммуникация, задача, электронный учебный курс, МАТЛАБ.

Keywords: education, ICT, system, model, communication studies, problem, electronic learning course, MATLAB.

В связи с происходящими в последнее время социально-экономическими изменениями в обществе, развитием науки и техники, внедрением компьютерных технологий практически во всех областях человеческой деятельности перед высшим образованием были поставлены новые задачи. Высшая школа должна, прежде всего, давать целостные представления о естественнонаучной картине мира, заложить научный фундамент для оценки профессиональной деятельности, способствовать творческому развитию личности и верному выбору индивидуальной программы жизни.

Следует отметить, что одним из ключевых приоритетов ЮНЕСКО в области образования является оказание содействия государствам-членам ЮНЕСКО в выработке стратегии и реализации политики информатизации образования: модернизации национальных систем образования на основе внедрения инновационных моделей управления образовательными учреждениями, а также стратегии решения проблем повышения качества образования через внедрение современных ИКТ и передовых педагогических методов в повседневную учебную практику. Азербайджан как один из государств участников проекта считает, что образование является ключевым элементом в их культурном, экономическом и социальном развитии [1].

В соответствии с этим в государственных стандартах первого и второго поколения в учебные программы факультетов вузов Республики введен блок естественнонаучных дисциплин, одной из составных частей которого является блок «Математика и информатика».

Развитие компьютерной техники и технологии за последнее время привело к значительным изменениям в понимании роли информационных процессов в жизни общества и возможностей применения средств вычислительной техники в обучении.

Сфера применения информационно-компьютерных технологий (ИКТ) в образовании постоянно расширяется: так от использования компьютера и сопутствующих ему информационных технологий как объекта изучения предмета информатики акценты переносятся к широкому использованию его как средства для интенсификации учебного процесса по общеобразовательным дисциплинам.

Эти изменения не могли не повлиять на образовательную сферу как с точки зрения содержания задач образования, так и в отношении использования открывшихся технологических возможностей для достижения целей образования.

Несмотря на значительные изменения, стремление повысить качество образования путем внедрения инновационных преобразований на основе повсеместного применения ИКТ пока остается нереализованным.

В этой связи, возникает необходимость выработать комплексный подход и практическую направленность к применению ИКТ с целью повышения эффективности и качества учебного процесса и его результатов на всех уровнях образования на основе интеграции ИКТ и педагогики.

Следовательно, можно прийти к умозаключению что, правильно подобранные компьютерные технологии, в совокупности с правильно подобранными технологиями обучения, могут создать необходимый уровень качества, вариативности, дифференциации и индивидуализации обучения.

Важно также отметить, что действующая система образования существенно отстаёт от процессов, происходящих в обществе. Дело в том, что техника и технология сейчас меняются настолько быстро, что не успевает сформироваться технология обучения, опыт и практика у людей, умеющих разумно управлять ими. Сейчас действующая система образования и традиции просто не успевают сформироваться на протяжении одной человеческой жизни окружающая среда, требования и навыки успевают смениться не один раз.

В этой связи, на современном этапе развития общества характерными чертами производственной деятельности человека становятся быстро изменяющиеся условия труда, появление новых видов занятости, связанных с использование разнообразных средств вычислительной техники. Эти особенности определяют новые требования к уровню подготовки будущих специалистов в учебных учреждениях высшего профессионального образования. В условиях рыночной экономики, конкурсного приема на работу профессиональное образование, профессиональная квалификация становятся личным капиталом человека, во многом определяющим его дальнейший жизненный путь.

Выпускаемый высшим учебным заведением специалист должен уметь решать задачи из области его практической работы, используя необходимый математический аппарат и вычислительные средства при их решении. Поэтому курс математики должен стать основой для получения профессионального образования студентом, полноценного изучения цикл общетехнических и специальных дисциплин с использованием ЭВМ.

Традиционно реализация прикладной направленности обучения математике осуществляется посредством решения задач с межпредметным содержанием, показа применения математических методов в различных областях профессиональной деятельности, иллюстрации предметной сущности математических объектов. Надо отметить, что идея интеграции стала в последнее время предметом интенсивных теоретических и практических исследований в связи с начинающимися процессами дифференциации в обучении. Методической основой интегрированного подхода к обучению являются формирование знаний об окружающем мире и его закономерностей в целом, а так же установление внутрипредметных и межпредметных связей в усвоении основ наук.

Можно дать следующее определение интегрированного урока.

Интегрированным уроком называется любой урок со своей структурой по определённой предметной области, если для его проведения привлекаются знания, умения и результаты анализа изучаемого материала методами других наук, других учебных дисциплин. Интегрированные уроки называют еще межпредметными, а формы их проведения могут быть самые разные: семинары, конференции, презентации, дискуссии, диспуты и другие.

В настоящее время ИКТ представляют собой объект исследований междисциплинарных направлений и создались предпосылки для существенной интенсификации применений этих исследований в учебной деятельности.

К междисциплинарным областям, исследующим проблемы ИКТ, относится область знания, изучающая явление человеческой коммуникации, именуемая в американском варианте как Communication Science (Communication, Communication Studies).

Благодаря возможностям, предоставляемыми компьютерными технологиями вычислительного, графического, визуализационного, справочно-информационного характера становится реальным формирование общего подхода к решению прикладных задач, относящихся к различным областям профессиональной деятельности что, позволяет заметно повысить качество усвоения курса математики.

Вместе с тем вопросы, связанные с применением компьютера при реализации прикладной направленности обучение математике на основе общеобразовательного курса математики, исследованы недостаточно и требует комплексного подхода в изучении стоящих перед исследователем задач с учётом практической направленности в обучении естественнонаучных дисциплин.

Применение столь разнопланового математического аппарата при изучении цикла общетехнических и специальных дисциплин требует формирования особых умений и навыков у педагогов (новаторов) преподающих в вузах. Противоречие между возможностями реализации прикладной направленности обучения математике, появившимися благодаря развитию компьютерных технологий, и отсутствием необходимого методического обеспечения по их использованию, с учетом специфики обучения в высшем учебном заведении, обусловливает актуальность исследуемой тематики.

Используя требования государственного стандарта высшего профессионального образования, можно выделить специфику прикладной направленности обучения математике в вузе, определяемую, во-первых, ориентацией содержания и методов обучения на применение математики в общетехнических и специальных дисциплинах с учетом требований к профессиональной подготовке студентов, во-вторых, особенностями содержания и структуры математического курса. Конечной целью реализации прикладной направленности обучения математике в высших учебных заведениях является формирование у студентов умений и навыков использования математических методов при изучении общетехнических и специальных дисциплин.

В методической литературе рассматривает способы реализации прикладной направленности обучения математике посредством использования задач с межпредметным содержанием, но существуют и другие названия подобных задач – задачи с производственным, профессиональным, физическим и т.п. содержанием.

Учитывая цели использования задач при обучении математике в высших учебных заведениях, можно дать следующие определения. Задача с межпредметным содержанием это задача, предназначенная для актуализации, усвоения и применения изучаемого математического аппарата. Прикладная задача – это задача, предназначенная для обучения применению изученного математического аппарата в прикладных дисциплинах.

Отбор содержания межпредметного характера определяет выбор форм организации учебно-воспитательного процесса, которые способствуют обобщению, синтезу знаний, комплексному раскрытию учебных проблем.

На основе комплексной формы обучения происходит активизация методов и приемов обучения, обеспечивающих перенос знаний и умений учащихся из различных предметов и их обобщение.

Используются специальные средства обучения по осуществлению межпредметных связей (межпредметные познавательные и практические задачи, проблемные вопросы, задания, комплексные наглядные пособия, приборы, используемые при изучении других предметов, учебники по другим предметам и т.п.) для организации учебно-познавательной деятельности учащихся. Такая перестройка процесса обучения под влиянием целенаправленно осуществляемых межпредметных связей сказывается на его результативности: знания приобретают качества системности, умения становятся обобщенными, комплексными, усиливается мировоззренческая направленность познавательных интересов учащихся, более эффективно формируются их убеждения и достигается всестороннее развитие личности.

Таким образом, межпредметные связи при их систематическом осуществлении перестраивают весь процесс обучения, т.е. выступают как современный дидактический принцип. Умение комплексного применения знаний, их синтеза, переноса идей и методов из одной науки в другую лежит в основе творческого подхода к научной, инженерной, художественной деятельности человека в современных условиях научно-технического прогресса.

Для успешного профессионального роста специалист должен иметь не только глубокие фундаментальные знания и хорошую подготовку по специальным дисциплинам, но и уметь пользоваться современной информационной и управляющей компьютерной техникой. Следовательно, одним из приоритетных направлений информатизации общества становится процесс информатизации образования, предполагающий использование возможностей новых информационных технологий, методов и средств информатики для реализации идей развивающего обучения, интенсификации всего учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности и качества

В этой связи, в современном обществе наиболее важным и значительным товаром становится информация, и высшие учебные заведения имеют уникальную возможность предоставлять значительный объём информации всем участникам образовательного процесса.

Информатизация – процесс повышения значимости информации и знаний, широкое распространение информационных методов во всех сферах жизни.

Информатизация образования – массовое внедрение в педагогическую практику методов и средств сбора, обработки, передачи и хранения информации на базе микропроцессорной техники и средств передачи информации, а также педагогических технологий, основанных на этих средствах, с целью создания условий для перестройки познавательной деятельности и усиления интеллектуальных возможностей обучаемых.

Информатизация образовательного процесса представляется как комплекс мероприятий, связанных с насыщением образовательной системы информационными средствами, информационными технологиями и информационной продукцией.

Характерной особенностью применения информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в современной педагогической науке является их многоаспектность, что обусловлено многогранностью программно-технических решений, дидактических характеристик этих технологий, поэтому не удивительно наличие широкого спектра точек зрения на проблему их использования в образовании.

Степень достижения планируемых результатов от внедрения ИКТ характеризуется средой, в которой реализуется информационная технология, и компонентами, которые она содержит:

  • технологическая среда (вид используемых технических средств, их состояние, количество и область применения);
  • программная среда (набор программных средств, их качество, широта использования и доступность);
  • предметная среда (содержание конкретной предметной области науки, техники, знания);
  • методическая среда (инструкции, порядок пользования, оценка эффективности, мониторинг результативности и др.).

В настоящее время существует достаточно большое количество разнообразных компьютерных средств обучения. Для эффективного использования современных средств обучения и коммуникаций педагогу необходимо ориентироваться в том многообразии прикладного программного обеспечения (ППО), которое может существенно видоизменить вид, формы организации и повысить качество образовательного процесса. Для ориентации в многообразии компьютерных средств обучения (КСО) и для грамотного применения последних необходимо рассмотреть подходы к классификации компьютерных средств обучения.

Систематизации программного обеспечения образовательного процесса, предложенная В. А. Красильниковой [3]:

  • контрольно-обучающие, тренировочные и контролирующие компьютерные программы;
  • системы для поиска и передачи информации;
  • демонстрационно-моделирующие и исследовательские программы;
  • электронные гиперссылочные обучающие материалы;
  • инструментальные системы создания компьютерных сред обучения;
  • инструментальные средства обеспечения коммуникаций;
  • базы данных и экспертно-аналитические системы.

Наиболее полная с нашей точки зрения классификация компьютерных средств обучения предложена А. И. Башмаковым и И. А. Башмаковым [2].

Предлагаем рассмотреть наиболее значимый, с нашей точки зрения тип демонстрационно-обучающие программы.

Имеющийся опыт разработки и использования пакетов прикладных программ для компьютерного обучения свидетельствует о том, что они представляют собой эффективное средство обучения. Одной из наиболее актуальных проблем компьютерного обучения является проблема создания дидактически целесообразных демонстрационно-обучающих программ. Демонстрационно-обучающая программа – это программное средство, позволяющее представлять любую сложную информацию о моделируемом предмете или явлении в наглядной форме. Демонстрационно-обучающие программы – прикладные программные средства, которые могут быть использованы на разных этапах организации учебной деятельности учеников как на аудиторных занятиях, так при самостоятельной работе. Как правило, работа с такими программами строится на основе диалога с пользователем (обучающимся) и не требует вмешательства преподавателя. Основными достоинствами моделей исследуемых объектов или явлений, реализуемых с помощью ЭВМ, является гибкость и вариативность, возможность управления их поведением, реализация интерактивного режима работы. Если пользователь ЭВМ – преподаватель, то он может использовать учебную компьютерную модель (УКМ) в демонстрационных целях и перед ним открывается широкое поле для педагогического творчества.

Проведение уроков с использованием информационных технологий – это мощный стимул в обучении. Посредством таких уроков активизируются психические процессы учащихся: восприятие, внимание, память, мышление; гораздо активнее и быстрее происходит возбуждение познавательного интереса. Эксперты по маркетингу выявили зависимость между методом усвоения материала и способностью восстановить полученные знания некоторое время спустя. Если материал был звуковым, то человек запоминал около 1/4. Если информация была представлена визуально – около 1/3. При комбинировании воздействия (зрительного и слухового) запоминание повышалось до половины, а если человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалась до 75 %.

Таким образом, можно надеяться, что применение технологии мультимедиа способно значительно повысить эффективность обучения.

Можно практиковать в своей работе для оптимизации образовательного процесса объяснение нового материала с использованием компьютерной презентации как источника учебной информации и наглядного пособия. Визуальное представление определений, формул, теорем и их доказательств, качественных чертежей к геометрическим задачам, предъявление подвижных зрительных образов в качестве основы для осознанного овладения научными фактами обеспечивает эффективное усвоение учащимися новых знаний и умений.

Демонстрируя модель, он может по своему усмотрению выбирать режим работы, в той или иной последовательности менять параметры исследуемого объекта, регулировать темп работы, при необходимости повторять элементы демонстрации и одновременно вести беседу с аудиторией.

Если пользователем ЭВМ является обучающийся, то учебная компьютерная модель может выступать как объект исследования (например, при выполнении лабораторной работы на базе ЭВМ). При этом студент имеет большие возможности для исследовательской, творческой деятельности, что стимулирует развитие его умственных способностей, делает усваиваемые им знания глубже и прочнее, повышает интерес к изучаемому предмету. Одновременно студент формирует элементарные умения работы с ЭВМ: запуск и остановка программы, ввод данных, проведение несложных вычислений и подготовка презентаций. С другой стороны, демонстрационно-обучающая программа может выступать как чисто иллюстративное средство, повышающее наглядность изучаемого материала.

Демонстрационно-обучающие программы предназначены для изучения явлений и экспериментов, которые практически невозможно поставить в вузовской лаборатории, но которые могут быть показаны с помощью ЭВМ, управляющей математическими операциями и изображающей на экране дисплея ход явления или эксперимента. Демонстрационно-обучающие программы, моделирующие какой-то объект, позволяют «увидеть» его как бы изнутри.

Математическое и компьютерное моделирование являются мощными и эффективными инструментом исследования разнообразных объектов, систем и процессов в различных областях человеческой деятельности.

Многообразие процессов, протекающих в исследуемых системах и объектах, обусловливает и многообразие математических методов и вычислительных средств, используемых в теории моделирования. Математическое моделирование (логико-математическое), осуществляется средствами математики и логики. Компьютерное моделирование (вычислительное), производиться средствами компьютерных технологий. Моделирование обеспечивает интеграцию теории и эмпирических данных.

Моделирование – сложнейший многоэтапный процесс исследования систем, направленный на выявление свойств и закономерностей, присущих исследуемым системам, с целью их создания или модернизации. В процессе моделирования решается множество взаимосвязанных задач, основными среди которых являются разработка модели, анализ свойств и выработка рекомендаций по модернизации существующей или проектированию новой системы.

Развитие методов и средств компьютерного моделирования всегда происходило в направлении упрощения диалога человека с вычислительной (моделирующей) системой, приближения языка программирования задачи к инженерному. В последнее время широкое распространение получил визуальный или графический подход к программированию. Средства графического (визуального) программирования позволяют вводить описание моделируемой системы в естественной для пользователя, преимущественно графической форме, автоматически переводить это описание на язык компьютера и представлять результаты моделирования опять же в графической форме, например в виде временных или фазовых диаграмм и анимированных картинок. Трудоемкость и время разработки модели и проведения вычислительных экспериментов в таких средах сокращаются в десятки раз по сравнению с традиционным способом, когда для каждой новой разработки создается индивидуальная программа. Относительная дешевизна графических сред визуального моделирования и простота их эксплуатации делают компьютерное моделирование доступным для каждого студента будущего инженера, технолога и менеджера.

Приведём решение задачи о материальном теле, брошенном вверх, из кинематики – раздела теоретической механики, изучающей способы описания механического движения независимо от вызывающих его причин.

1.     Задача: Тело, брошенное вертикальное вверх, вернулось на землю через t = 3 c.  Найти высоту подъёма тела и его начальную скорость.

Рассмотрим аналитическое решение задачи.

Движение тела вверх является равнозамедленном с ускорением -g и происходит в течение времени t1, а движение вниз равноускоренным с ускорением g и происходит в течение времени t2 (рис. 1). Уравнения, описывающие движение на участках AB и BA, образуют систему:

Поскольку VB = 0, то из уравнения (2) находим V0 = g•t1. Подставив V0 в уравнение (1) системы, получим . Если сравнить это выражение с уравнением (3), то можно сделать вывод о том, что время подъёма равно времени спуска . Начальная скорость и скорость при приземлении равны друг другу и составляют .

Высота подъема тела .

2.     Численное решение задачи – о теле брошенном вверх в среде MATLAB.

Распространённым методом описание поведения динамической системы является система дифференциальных уравнений. Уравнения движения траектории полёта тела брошенного вверх, имеет следующий вид:

Начальные условия:

Задав числовые значения параметров: , реализуем численное решение задачи в среде MATLAB (рис. 2).

3.      Реализация задачи с использование методов графического (визуального) программирования в среде системы MATLAB/SIMULINK. Структурная схема модели динамической системы движения тела брошенного вертикально вверх представленная системой дифференциального уравнения (6) и начального условия (7) и отображенного на рисунке 3.

Компьютерное моделирование является решением задачи анализа и синтеза на основе использования компьютерных моделей сложных процессов. Здесь, приведены разные методы решения задачи о теле, брошенном вверх, и получены идентичные решения. Тем не менее, каждый из приведённых в отдельности методов решения задачи позволяет проанализировать свою специфику количественных и качественных характеристик для конкретной модели. Вместе с тем, синтез методов исследования задач позволяет в комплексе рассмотреть полученные результаты, оценить старые и сравнить новые свойства и характеристики.

Среда MATLAB является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных. Она также широко используется и в образовании, в частности, для преподавания, как классических дисциплин математики, так и разделов прикладной математики с использованием ИКТ [4].

Таким образом, применение ИКТ, оснащённых всеми необходимыми компонентами, в совокупности с правильно отобранными (или спроектированными) педагогическими технологиями, использованием активных методов обучения станет базой современного образования, гарантирующего необходимый уровень качества, вариативности, дифференциации и индивидуализации обучения.

Список литературы

  1. Информационные и коммуникационные технологии в образовании [Текст]. / И. В. Роберт [и др.]. – М. : Дрофа, 2008. – 313 с. – ISBN 978-5358-02633-9.2
  2. Башмаков, А. И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем [Текст]. / А. И. Башмаков, И. А. Башмаков. – М. : Филинъ, 2003. – 616 с.
  3. Красильникова, В. А. Использование информационных и коммуникационных технологий в образовании: учебное пособие [Текст]. / В. А. Красильникова; Оренбургский гос. ун-т. – 2-е изд. перераб. и дополн. – Оренбург : ОГУ,2012. – 291 с.
  4. Azizov, B. B. Compleks approach to the use of the specialized applied program packages the education of the mathematical sciences in the higher scholis [Текст]. / B. B. Azizov, R. R. Manafov, Z. K, Alagozova. // İnternational Conference on «SUSTAINABLE DEVELOPMENT AND ACTUAL PROBLEMS OF HUMANITARIAN SCIENCES» dedicated to the 95th anniversary of the National Leader HAYDAR ALIYEV/ Azerbaijan University: may 14-15; 2018. Baku, Azerbaijan.p. 633-636.
Теги: образование, ИКТ, система, модель, педагогическая коммуникация, задача, электронный учебный курс, МАТЛАБ, education, ICT, system, model, communication studies, problem, electronic learning course, MATLAB

Оставить комментарий







Авторизация
E-mail

Пароль  


Регистрация