В структуре подготовки студентов-бакалавров профиля «Математика и информатика» направления подготовки «Педагогическое образование» предусмотрены два вида учебных практик. В учебный план включены педагогическая и вычислительная практики. Этот вид учебной деятельности позволяет студентам продемонстрировать в реальных условиях навыки профессиональной деятельности. Остановимся более подробно на особенностях вычислительной практики студентов-бакалавров.
Бакалавриат физико-математического профиля «Математика и информатика» направления подготовки «Педагогическое образование» относится к двунаправленным программам обучения. Срок обучения составляет 5 лет. В связи с этим по информатике в учебном плане предусмотрены две учебные вычислительные практики. Обе эти вычислительные практики связаны с применением полученных знаний и умений в области программирования. Студенты во время практик разрабатывают программные продукты, содержание которых относится к предметной области математики. Данный факт отражает специфику получения знаний в смежных областях науки – информатики и математики.
Время первой вычислительной практики относится к концу 6 семестра на 3 курсе. К этому моменту студенты на первом курсе освоили программу учебной дисциплины «Алгоритмы и структуры данных», на втором – получили знания по машинной графике на курсе по выбору из блока дисциплин предметной подготовки, на третьем – овладели навыками программирования в визуальной объектно-ориентированной среде. Таким образом, они к вычислительной практике обладают всеми необходимыми знаниями и умениями для реализации своих профессиональных навыков. Задача вычислительной практики заключается в создании среды программной оболочки, включающей методические материалы по одному из разделов школьного курса математики.
Вторая вычислительная практика проводится на 4 курсе после завершения изучения базового курса программирования и освоения программы дисциплины «Информационные системы». Студенты разрабатывают средствами языка объектно-ориентированного программирования программную оболочку информационной системы поддержки работы учителя математики и информатики. Система включает базу данных организационных материалов, таких как расписание уроков, список класса, предметные нормативные документы, методическая копилка. Материалы методической копилки встраиваются в информационную систему из программной оболочки, созданной на предыдущей вычислительной практике, в расширенном и доработанном виде.
На примере первой вычислительной практики опишем основные особенности структуры и содержания учебной деятельности студентов.
В начале вычислительной практики студентам сообщаются цели и задачи их работы. Основной целью практики является формирование общекультурных и профессиональных компетенций студента, а именно создание необходимой основы для использования современных средств инструментальных систем при изучении студентами естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин в течение всего периода обучения и в будущей профессиональной деятельности. Задачами практики выступают подготовка студентов к осознанному использованию методов программирования при решении прикладных задач, а также использование с применением технологий программирования возможностей образовательной среды [1] для обеспечения качества образования.
Затем во время ознакомительной лекции студентам излагаются подходы к выбору тематики проекта, демонстрируются программные продукты прошлых лет. На примере методических программных разработок обсуждаются достоинства и недостатки, выбранных методов программной реализации. Дискуссия со студентами направлена на выявление оптимальной методологии программной реализации того или иного элемента разрабатываемой системы. Это позволяет осознанно подойти к использованию методов программирования при решении поставленных задач вычислительной практики.
После проведения инструктажа по технике безопасности студенты приступают непосредственно к исследовательской работе. Они выбирают тематику проекта, определяют, будет ли проект индивидуальным или групповым, очерчивают его содержание. Затем приступают к проектированию программной оболочки, составлению ее модели. Как правило, на данном этапе студенты строят UML-диаграммы проекта.
Собственно основной этап заключается в разработке и наполнении учебно-методическим материалом программной оболочки. Выбор темы по курсу школьной математики варьируется в широких пределах – от младших до старших классов, от базового до углубленного изучения материала. При этом студентами примерно в равных долях освещаются вопросы алгебры и геометрии.
Так, например, рассматривается следующая тематика:
- натуральные числа;
- простые числа;
- действия с обыкновенными дробями;
- решение линейных уравнений;
- решение квадратных уравнений;
- логарифм и его свойства;
- треугольники;
- четырехугольники;
- вычисление площадей многоугольников;
- построения в полярной системе координат;
- векторы;
- производная;
- теория вероятностей.
Проект в виде программного продукта, как правило, включает:
- теоретический и практический материал для проведения уроков по теме;
- задания для самостоятельной работы учеников;
- контрольные и диагностирующие материалы;
- конспекты отдельных уроков и внеурочных мероприятий;
- методические рекомендации учителю;
- исторические интересные факты;
- справочные материалы;
- рекомендации по работе с программой.
Теоретический материал, как правило, реализован в виде компактных взаимосвязанных блоков системы уроков. Он представляет собой электронный мультимедийный вариант школьного учебника. Практические материалы для проведения уроков содержат примеры выполнения заданий по теме, решения типовых задач. В данном разделе приведены задания для отработки базовых умений и навыков изучаемой темы. В зависимости от сложности они могут быть сгруппированы по уровням освоения учебного материала. Для всех приведенных заданий система содержит ответы, а для некоторых особо сложных заданий рекомендации к решению.
Раздел «Самостоятельная работа» предназначен для выполнения школьниками домашних заданий. Он включает систему вариативных заданий для закрепления полученных знаний во внеучебное время. Данный раздел также как и разделы «Теория» и «Практика» содержит учебный материал для разного уровня подготовки. К заданиям раздела в конце приводятся ответы.
При проектировании данных разделов студенты нередко используют в качестве подключаемых модулей инновационные образовательные автоматизированные системы построения оптимальной траектории обучения [2, 3]. Подобного рода системы [4, 5] используют математические алгоритмы [6, 7], которые позволяют наиболее рационально организовать совместную учебную деятельность педагога и школьников [8].
Раздел материалов для контроля и диагностики наиболее часто бывает представлен в виде системы тестов или подключаемой автономной тестовой оболочки. Как правило, в большинстве случаев студенты разрабатывают несколько вариантов тестов, содержащих задания в закрытой форме с выбором вариантов ответов и в открытой форме на дополнение. Задания теста параллельных форм теста загружаются в программу из текстовых файлов. При использовании автономной тестовой оболочки у разработчиков появляются дополнительные возможности в виде готовых инструментов для работы с разнообразными тестовыми формами [9, 10].
Раздел «Конспекты уроков и мероприятий» содержит оформленные в контексте парадигмы личностно-ориентированного обучения дидактические материалы конспектов учебных и внеучебных занятий. Конспекты служат образцом учителю использования теоретического материала, практических заданий и заданий для самостоятельной работы программной оболочки при подготовке к занятиям. Раздел «Методические рекомендации» включает описание методологии изучения рассматриваемой тематики. Он описывает ряд вопросов методики подготовки к урокам, подходы к изложению материала по данной теме, методические способы и приемы приобретения практических умений и навыков выполнения тематических заданий.
Раздел «История» включает краткую историческую справку по изучаемой теме – основные даты, фамилии ученых и их вклад, интересные факты и события. Раздел «Справочные материалы» содержит формулы и теоремы. Также в этот раздел включены ссылки на литературные источники, в которых можно найти дополнительные сведения по данной тематике.
В заключительном разделе содержатся рекомендации по работе с программной оболочкой. В нем описаны требования к компьютеру, особенности навигации в системе, конфигурация диалоговых окон, полей для ввода данных и других элементов, специфика организации обратной связи с пользователем. Также в данном разделе приведены сведения об авторах-разработчиках программы.
Данные модули программы реализованы либо в виде меню, либо набором соответствующих кнопок на форме проекта. При этом первый вариант выглядит предпочтительнее в случае большого количества разделов на главной форме. С помощью кнопок более рационально организовать навигационную систему переходов при открытии материалов внутри каждого раздела. Учебно-методические материалы программной оболочки можно внедрить как в саму программу, так и открывать в специализированных для данного вида файловых документов программах. Например, сравнительно небольшие текстовые документы можно загрузить в специальное поле, в то время как документы большого объема целесообразно открывать в текстовом редакторе. Презентации и видеоматериалы, как правило, открывают в соответствующих программных средах. В то время как для контроля знаний и умений по теме чаще разрабатывают собственные тестовые оболочки, а не универсальные, что определено широтой охвата тематики исследовательского проекта.
Применение программных продуктов данного вида актуально при обучении школьников в условиях информатизации системы образования [11]. Подобного рода программные оболочки позволяют сопровождать обучение, их объединение в программные комплексы открывает возможности автоматизировать отдельные этапы процесса [12]. Первое в настоящих условиях стало на сегодняшний день обязательным элементом образовательного процесса, второе – модернизирует весь процесс обучения, значительно высвобождает и перераспределяет учебное время для углубленного изучения предмета одним из наиболее оптимальных способов. Объединение таких программных оболочек в единую систему с реализацией обратной связи и адаптивных алгоритмов обучения раскрывает широкие перспективы использования данного рода программных комплексов [13].
Обучение студентов-бакалавров основам проектирования и разработки программных оболочек также востребовано в будущей практике профессиональной работы в области информатики. При создании такого рода программных продуктов необходимы комплексные знания по визуальному объектно-ориентированному программированию, которое в настоящее время все активнее внедряется в изучение школьной программы по информатике [14]. Создание программных оболочек является определенным стандартом разработки программных продуктов. Получение навыков их программирования помогает школьникам реализовывать свои проекты в виде завершенных продуктов при обучении в профильной школе [15]. Демонстрация проектов, оформленных подобным образом, выгодно отличает их среди множества других программ-оболочек на различных конкурсах IT-технологий [16].
Таким образом, профессиональная подготовка студента-бакалавра должна обеспечивать получение фундаментальных навыков построения таких систем, что и отражено в задачах вычислительной практики.
Библиографический список
- Емельченков Е. П., Бояринов Д. А., Козлов С. В. Информационное образовательное пространство: модели и технологии: монография / Е. П. Емельченков, Д. А. Бояринов, С. В. Козлов, З. А. Нырцова, А. П. Борисов. – Смоленск, 2010. – 216 с.
- Емельченков Е. П., Бояринов Д. А., Козлов С. В. Информационные системы автоматизированной поддержки инновационной деятельности: модели, проектирование и реализация. – Смоленск: Изд-во СмолГУ, 2011. – 164 с.
- Козлов С. В. Основы применения педагогической технологии индивидуального тестирования для формирования оптимальной траектории обучения // Современные научные исследования и инновации. – 2014. – № 4 (36). – С. 76.
- Козлов С. В. Система индивидуального тестирования «Комплекс измерения обученности» // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 8. – Смоленск: СмолГУ, 2007.
- С. 223-225.
- Козлов С. В. Электронный информационно-образовательный ресурс «Advanced Tester» // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов «Наука и образование». – 2011. – №11 (30). – URL: http://ofernio.ru/portal/newspaper/ofernio/2011/11.doc.
- Козлов С. В., Емельченков Е. П. Оптимизация процесса подбора тестовых заданий // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 6. – Смоленск: СГПУ, 2005. С. 182-183.
- Козлов С. В., Емельченков Е. П. Соответствия Галуа. САПР учителя // Системы компьютерной математики и их приложения. Вып. 7. – Смоленск: СмолГУ, 2006. С. 100-102.
- Киселева О. М. Применение методов математического моделирования в обучении: дис. … канд. пед. наук / Киселева Ольга Михайловна. – Смоленск, 2007. – 180 с.
- Козлов С. В. Педагогическое проектирование индивидуального тестирования в личностно ориентированной обучающей системе: дис. … канд. пед. наук: 13.00.01 и 13.00.02: защищена 24.05.06: утв. 20.11.06 / Козлов Сергей Валерьевич. – Смоленск, 2006. – 204 с.
- Козлов С. В. Педагогическое проектирование индивидуального тестирования в личностно ориентированной обучающей системе: автореферат дис. … канд. пед. наук. – Смоленск, 2006. – 18 с.
- Козлов С. В. Актуальные вопросы развития инновационных информационных технологий и систем в образовании // Проблемы и перспективы инновационного развития территорий: материалы международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. – Ч.1. – Коломна: МГОСГИ, 2013. – С.173-176.
- Козлов С. В. Возможности и особенности построения автоматизированных дидактических систем // Математическая морфология: электронный математический и медико-биологический журнал. – Т. 10. – Вып. 3. – Смоленск: СГМА, 2011. – URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-31-html/kozlov/kozlov.htm
- Козлов С. В. Актуальные вопросы использования адаптивных информационно-образовательных систем в профильной школе // Наука и образование в XXI веке: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции 30 сентября2013 г.: в 34 частях. – Ч. 21. – Тамбов: Бизнес-Наука-Общество, 2013. – С. 48-51.
- Козлов С. В. Анализ результатов экспериментальной деятельности по изучению основ объектно-ориентированного программирования в школьном курсе информатики // Современные научные исследования и инновации. – 2014. – № 7 (39).
- Козлов С. В. Особенности обучения школьников информатике в профильной школе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2014. – № 1. – С. 31-35. ART 14006. – URL: http://e-koncept.ru/2014/14006.htm.
- Козлов С. В. Анализ результатов участия учащихся в дне науки по информатике в контексте организации профильного обучения // Гуманитарные научные исследования. – 2014. – № 4 (32). – С. 16.