Использование элементов информационной технологии в образовании как средство повышения качества обучения по биологии

Начавшийся еще в 50-е годы процесс повышения теоретического уровня содержания курса биологии поставил перед методистами проблему соотношения в нем теории и фактов. Усиление роли теоретического знания виделось в те годы в перемещении его на более ранние сроки обучения, что позволило использовать не только систематизирующую и объясняющую функции теорий, но и их прогностическую функцию. Этот процесс происходит и в настоящее время. Однако изменение соотношения в школьном курсе биологии фактологического и теоретического материала в пользу последнего приводит к недостаточному обоснованию теорий в сознании учащихся. Постепенное перемещение теоретического материала на начальные этапы обучения биологии существенно уменьшило число фактов, служивших прежде его обоснованием.
Выход из создавшегося положения в настоящее время может быть найден в использовании в процессе преподавания биологии информационной технологии обучения, позволяющей создать методически обоснованный поток информации, включающий, в частности, фактологический материал, который в дальнейшем может стать базой для проявления систематизирующей и объясняющей функций теоретического знания. Информационная технология открывает для учащихся возможность лучше осознать характер самого объекта, активно включиться в процесс его познания, самостоятельно изменяя как его параметры, так и условия функционирования. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.
Однако не все вопросы, стоящие перед компьютеризацией обучения, разработаны достаточно детально, что затрудняет внедрение ее в практику обучения. Так, недостаточно обоснована роль и место компьютера в процессе обучения биологии, его сочетание с традиционными подходами к обучению учащихся; отсутствует единая классификация педагогических программных средств: не разработаны критерии оценки компьютерных программ по биологии и практическая методика применения компьютера в обучении биологии.

В результате возникло несоответствие между потребностями школы в использовании информационной технологии обучения и ограничениями ее, вследствие недоработки отдельных важных сторон использования компьютера в школьной практике. Это несоответствие  и определило актуальность настоящего исследования.

Цель исследования состоит в выявлении взаимосвязи между качеством обучения биологии и использованием элементов информационной технологии.
Объектом исследования является процесс обучения биологии.
Предмет исследования – влияние элементов информационной технологии на качество обучения школьников.
Гипотеза –  если будут использованы элементы информационной технологии и учтены особенности психологического развития личности школьника, то повысится качество обучения биологии.

Апробация осуществлялась на базе МОСШ п.Верхнеказымский. Школа имеет статус экспериментальной площадки по теме: «Информатизация общего среднего образования».

Особенности организации психолого-педагогического мониторинга

Проблему использования информационных педагогических технологий целесообразно рассматривать в контексте решения фундаментальной задачи системы школьного образования на любом историческом этапе ее развития – повышения качества обучения. В настоящее время можно констатировать факт низкой эффективности обучения значительной части школьников. Один из реальных путей повышения качества школьного образования – использование современных педагогических технологий обучения, в том числе и информационных.
Использование электронных средств обучения позволяет учителю простроить индивидуальные образовательные траектории развития учащихся, в зависимости от индивидуальных особенностей и способностей личности, диагностирование которых позволяет психолого-педагогический мониторинг. Его необходимость обосновывается возмож­ностями получения такой информации об ученике, которая требуется учителю для успешной работы.
Первая группа па­раметров, которая с необходимостью включается в мониторинг образовательного процесса, – это группа параметров интеллекта (32). Вторая группа параметров — параметры личности. Интеллект — это специфическая форма организации инди­видуального ментального (умственного) опыта (24). Исходя из этого, и определим круг факторов, необходимых для мо­ниторинга интеллектуальной сферы ребенка.
В экспериментальных иссле­дованиях фактор связанного интеллекта исследуется в зада­ниях вербального и арифметического характера, природный интеллект изучается прежде всего через невербальные за­дания. Пропорциональное соотношение вербальных и не­вербальных заданий в тестах является одним из принципов построения валидной отслеживающей системы. По скорости прироста показателей можно судить о ди­намике развития интеллектуальных функций.
Выбор параметров для отслеживания особенностей личности.
Определенный уровень развития интеллекта является необходимой базой, лежащей в основе способности к обу­чению, а нормальное функционирование личности и харак­теристики межличностных отношений формируют те усло­вия, в которых должен реализоваться имеющийся потенциал (35). В связи с этим определены параметры для отслеживания изменений личности:

• диагностику регулятивной сферы ребенка;
• особенности формирования Я-концепции;
• качество межличностных отношений ребенка со сверст­никами и значимыми взрослыми;
• иерархию мотивов и устойчивость мотивационной сферы.

Методические рекомендации по работе с электронными учебниками

Инструментальное использование компьютера  в учебной деятельности более успешно реализуется в «модели двух учителей», когда учитель информатики работает вместе с учителем предметником, помогая и ему, и ученикам работе в конкретной программной среде.
Руководствуясь учебной программой и методическими указаниями, учитель составляет план обучения с использованием ЭУ.

На первом этапе организации работы с электронным учебником необходимо рассказать и показать ученикам: запуск программы ЭУ, последовательность действий при работе с ним, особенности интерфейса программы.

Вторым этапом становится изучение теоретического материала, изложенного в электронном учебнике.
Выбрав пункт в содержании, необходимо рассмотреть структурную схему параграфа, определить вид каждой структурной единицы и рассмотреть свя­зи между ними внутри параграфа. Учитывая связи между структурными единицами из разных параграфов, необходимо выбрать самые важные структурные единицы и обратить на них особое внимание при изучении.
Если для изучения структурной единицы требуются знания единиц из предыдущих параграфов, необходимо их повторить, после чего можно перейти к изучению содержания структурной единицы.
После освоения содержания каждой структурной единицы целесообразно вновь вернуться к структурной схеме параграфа, для повторения взаимосвязей и систематизации изученного материала.

На третьем этапе работы с темой обучаемый может проверить степень усвоенного материала и выявить пробелы в знаниях с помощью предложенных для самопроверки тестов. Если возникают затруднения при ответах на вопросы теста, необходимо вернуться к изучению соответствующих структурных единиц параграфа.

Последним этапом работы с темой-модулем является контрольное тестирование по всей теме, которое может содержаться в электронном учебнике или быть разработано учителем самостоятельно.
Если количество правильных ответов более 70%, можно считать материал усвоенным. Если же правильных ответов меньше 70%, необходимо выявить отдельные темы, по которым допущено большинство ошибок учащимися, и повторить данный материал.
Построенное таким образом обучение представляет собой ничто иное, как методику использования ЭУ на уроках биологии.

Существуют другие варианты построения уроков с использованием электронного учебника:

• Электронный учебник используется при изучении нового материала и его закреплении (20 мин. работы за компьютером). Учащихся сначала опрашивают по традиционной методике или с помощью печатных текстов. При переходе к изучению нового материала ученики парами садятся у компьютера, включают его и начинают работать со структурной формулой и структурными единицами параграфа под руководством и по плану учителя.
• Электронная модель учебника может использоваться на этапе закрепления материала. На данном уроке новый материал изучается обычным способом, а при закреплении все учащиеся 5-7 мин. под руководством учителя соотносят полученные знания с формулой параграфа.
• В рамках комбинированного урока с помощью электронного учебника осуществляется повторение и обобщение изученного материала (15-17мин.). Такой вариант предпочтительнее для уроков итогового повторения, когда по ходу урока требуется «пролистать» содержание нескольких параграфов, выявить родословную понятий, повторить наиболее важные факты и события, определить причинно следственные связи. На таком уровне учащиеся должны иметь возможность поработать сначала сообща (по ходу объяснения учителя), затем в парах (по заданию учителя), наконец, индивидуально (по очереди).
• Отдельные уроки могут быть посвящены самостоятельному изучению нового материала и составлению по его итогам своей структурной формулы параграфа. Такая работа проводится в группах учащихся (3-4 человека). В заключении урока (10 мин.) учащиеся обращаются к электронной формуле параграфа, сравнивая её со своим вариантом. Тем самым происходит приобщение учащихся к исследовательской работе на уроке.
• ЭУ используется как средство контроля усвоения учащимися понятий. В состав электронного учебника входит система мониторинга. Результаты тестирования учащихся фиксируются и обрабатываются компьютером.

Данные мониторинга могут использоваться учеником, учителем, методическими объединениями и администрацией. Процент правильно решённых вопросов даёт ученику представление о том, как он усвоил учебный материал, при этом он может посмотреть, какие структурные единицы им усвоены не в полной мере, и впоследствии дорабатывать этот материал. Таким образом, ученик в какой-то мере может управлять процессом учения.
Учитель, в свою очередь на основе полученной информации также имеет возможность управлять процессом обучения. Результаты класса по содержанию в целом позволяю учителю увидеть необходимость организации повторения по этой или иной структурной единице для достижения максимального уровня обученности. Рассматривая результаты отдельных учащихся по структурным единицам, можно сделать аналогичные выводы по каждому отдельному учащемуся и принять соответствующие методические решения в плане индивидуальной работы. Наконец, можно проследить динамику обучения ученика по предмету. Стабильные результаты некоторых учеников дают учителю возможность выстроить для них индивидуальную предметную траекторию.

Проверка эффективности предлагаемых методических рекомендаций

Результаты констатирующего этапа эксперимента

Показатели эффективности эксперимента:

• Критерии результативности:
• Результаты обучения должны быть выше прежних результатов учителя
• Результаты обучения должны быть выше результатов, контрольных классов
• Критерии времени:

Сокращение затрат времени по подготовке домашних заданий по биологии.
В ходе эксперимента нами было проведено стартовое психолого-педагогическое тестирование, с целью определения уровня интеллектуального и личностного развития учащихся, качества знаний.

Обобщение результатов по блоку «Интеллект»:

Рис. 1. Результаты по блоку «Интеллект» на начало эксперимента (% учащихся)

Рис. 2. Результаты по блоку «Интеллект» на конец эксперимента (% учащихся)

По блоку «Личность»:

Таблица 1. Результаты по блоку «Личность» на начало эксперимента

Таблица 2. Результаты по блоку «Личность на конец эксперимента»

Качество обучения по курсу биология

На начало эксперимента:

7а класс – 75%
7б класс – 78%

На конец эксперимента:

8а класс – 78%
8б класс – 77%

Обучение классов осуществлялось: 7а с использованием электронных учебников, 7б по традиционной системе.
Электронные учебники использовались на тридцати процентах уроков при изучении определенных тем, которые наиболее полно, содержательно и в соответствии с программой разработаны авторами электронного учебника. Работа с электронными учебниками велась на разных этапах урока: изучение нового материала, актуализация знаний, проверка домашнего задания, закрепление, итоговый контроль знаний.

• Эксперимент проводился в три этапа: Основной (2006–2007 уч. год) – осуществлялась апробация методики использования электронных учебников на разных типах и этапах уроков, анализировались результаты мониторинга.
• Заключительный (2007–2008 уч. год) – проводился итоговый педагогический мониторинг, психологическая диагностика, итоговый мониторинг качества обучения, анализировались полученные результаты.

Результаты эксперимента:

Л.С.Выготский утверждал, что обучение может вести за собой развитие. Отсюда следует, что процесс обучения не только требует некоторого уровня развития ин­теллекта, но и обучение само формирует интеллект ребен­ка. Результаты психолого-педагогического мониторинга по блоку «Интеллект» на начало эксперимента показали, что учащихся с низким уровнем интеллекта в обоих классах нет, большая часть учеников 7а и 7б классов имеет уровень интеллекта  – норма (67%/ 62%), а также с интеллектом выше среднего – 6% и 23%. В контрольном классе есть ученик с высоким уровнем интеллекта.

В результате проведенного эксперимента по применению электронных учебников на уроках биологии показатели уровня интеллекта изменились: сократилось количество учащихся в экспериментальном классе на 15% с интеллектом ниже среднего, вырос процент учащихся на 21% с интеллектом выше среднего. Это объясняется увеличением показателей памяти, внимания, мышления – познавательных процессов, входящих в показатели интеллектуального развития учащихся.  
Мониторинг личности учащихся не менее важен, так как позволяет собрать информацию о тех личностных особенностях, которые в наибольшей степени влияют на учебные результаты.

На момент начала эксперимента структура мотивационной сферы учащихся обоих классов была практически одинакова. Это объясняется тем, что при распределении в первые классы было принято решение сформировать равносильные коллективы. До седьмого класса состав учащихся не менялся.

По результатам входной диагностики по блоку личность ведущими мотивами деятельности являлись мотив общения и внешний мотив. Для данной возрастной группы это вполне допустимо, так как в этот период для подростка очень важна внешняя оценка друзей, одноклассников. Однако вызывает тревогу большой процент рассогласованности мотивов: у 30–40% учащихся. В результате проведенного эксперимента при итоговом тестировании по блоку личности можно говорить о приближении структуры мотивационной сферы личности учащихся экспериментального (8а) класса к идеальному для обучения варианту.

Анализ полученных данных позволяет констатировать следующее:

• Увеличилось количество учащихся у которых сформировался как ведущий мотив познавательный (на13%), достижения (на 20%).
• Мотив общения перестал быть ведущим у 17% учащихся 8а класса, а в 9б сформировался как ведущий еще у 1 учащегося.
• Внешний мотив перестал быть ведущим у 7% учащихся 8а класса, а у 10% учащихся 9б класса сформировался как ведущий.
• Наибольшую тревогу вызвало появление тревожного ведущего мотива у 1 учащегося в обоих классах. Предполагаемая причина – низкий уровень владения компьютером, уровень интеллекта у данных учащихся ниже среднего.
• Рассогласованность мотивов уменьшилась в обоих классах.

Одной из основных задач образования является повышение качества обучения. В ходе эксперимента мы попытались, изменив форму представления учебного материала, решить данную проблему. На начало эксперимента качество обучения по курсу биология в экспериментальном классе было ниже контрольного на 3%, проведенная педагогическая диагностика по качеству изучения основных тем курса на первом этапе эксперимента показала, что лишь одна тема учениками 7а класса была усвоена лучше, чем учащимися контрольного класса. В результате проведенного исследования качество обучения биологии в 8а классе увеличилось на 3%, в 8б классе снизилось на 1%. Результаты тестирования по отдельным темам курса также показали положительную динамику: 8 тем из 13 учениками экспериментального класса усвоены лучше, чем ребятами контрольного класса.
Таким образом, в результате экспериментального исследования доказано, что применение программно-педагогических средств в процессе обучения учащихся является оправданным и способствует развитию интереса к предмету, положительной мотивации к изучению и повышению качества обучения по биологии. Вместе с этим, применение компьютера способствует формированию образовательного мотива во взаимодействии с данным средством обучения и значительно интенсифицирует образовательный процесс.