Лекция "Применение информационных технологий при изучении математики"

Современное информационное общество требует серьёзнейших изменений в деятельности по производству знаний, их передаче и усвоению, принципиально меняющих роль и место образования в обществе.

Учебная дисциплина математика является одним из основных направлений подготовки инженера, в какой бы области затем он не трудился. Значение этой дисциплины трудно переоценить. От того, как в средней школе обучающийся осваивал математику и продолжает изучать дисциплину в высшей школе, зависит его будущность. Это требует построения процесса обучения как творческого процесса, может ли обучающийся в результате применить свои «знания-инструменты» в новой, меняющейся обстановке. Перестройка системы образования требуют создания новых условий и методик обучения, которые и являются основой новых образовательных технологий.

Создание новых образовательных технологий предполагает создание новых форм представления учебного материала, технологий и методик работы с новыми средствами обучения и способов управления самостоятельной познавательной деятельностью обучающегося, т.к. каждый человек по-разному воспринимает и анализирует информацию, а стремительный ритм жизни современного человека требует от него постоянного самообразования.

Появление революционных новинок на рынке компьютерной и оргтехники, новейших информационных технологий неизбежно изменяет взаимоотношения между обучающимся и учителем, и вообще всю систему образования. Учащиеся школ (а тем более студенты) зачастую владеют достаточно мощными компьютерами (ноутбуками, нетбуками), планшетами, ридерами, высокоскоростным выходом в интернет. Дополнительно к обязательным занятиям в школе многие учащиеся занимаются информатикой в кружках, на курсах и т.п., повышая свой уровень знаний, умений и навыков в области информационных технологий. К тому же у большинства учащихся школ и студентов имеются «продвинутые» сотовые телефоны (к примеру, смартфоны), что помогает обучающимся осваивать беспроводные сетевые информационные технологии. Освоение техники и информационных и сетевых технологий происходит практически в игре, с элементами соревновательности. Кроме того, компьютер и соответствующее программное обеспечение дают возможность обучающимся заниматься моделированием, конструированием, развивать свой интеллект. Над обучающимися не довлеет груз получения низкой или вообще какой-либо оценки. Совсем другая ситуация в преподавательской среде. При этом, чем старше преподаватель, тем меньше шансов встретить в соответствующей возрастной группе преподавателей имеющих требуемый временем уровень умений и навыков владения компьютерной техникой и знаний в области информационных и сетевых коммуникационных технологий. Вследствие этого неизбежно возникает перекос в том смысле, что обучающиеся зачастую лучше преподавателей разбираются в применении компьютерной техники, организации и представлении информации, подготовленной в электронном виде, управлении ходом занятия с применением мультимедиа или соответствующего программного обеспечения.

В этой ситуации преподавателю уже недостаточно быть только очень хорошим преподавателем, прекрасно знающим свой предмет, владеющим методикой обучения. Преподаватель должен быть компетентным во всём, что касается области его профессиональной деятельности. Кроме всего прочего это включает в себя уже упомянутые умения и навыки владения компьютерной техникой и знания в области информационных и сетевых коммуникационных технологий. Указанные ЗУН-ы (или, как сейчас стало модно говорить, компетенции) являются важнейшими условиями и повышения квалификации педагогических работников, и прохождения ими аттестации.

Психологом и педагогом Н.Ф. Талызиной ([5]) в 1986 году отмечалось, что применение автоматизированных систем в обучении оправдано лишь тогда, когда это приводит к повышению эффективности обучения, хотя бы по одному из следующих критериев:

1. повышение мотивационно-эмоциональной стороны обучения;
2. повышение качества обучения;
3. сокращение затрат времени обучаемого и обучающего для изучения данного предмета (вопроса);
4. уменьшение финансовых затрат на обучение.

По прошествии четверти века можем заметить актуальность этих слов с той лишь разницей, что информационно-образовательная среда основывается на современных информационных и сетевых коммуникационных технологиях.

Нужно понимать, что применение современных информационных технологий не является самоцелью. На текущий момент – это одна из важнейших составляющих организации учебного процесса как в средней школе, так и вузе. Известно, что целью организации учебного процесса является максимальная интенсивность работы каждого студента в течение всего занятия. Применение мультимедиа оборудования способствует такой интенсификации учебной деятельности. При этом преподаватель сможет больше уделять внимание (но, ни в коем случае не опекать) одному или нескольким обучающимся, проявляющим достаточно высокие способности, да и остальные обучающиеся не будут упущены из вида – для них на экране будет выведена либо справочная информация, либо ход решения аналогичного примера (или план решения). В противном случае занятие не может быть признано полноценным.

Сказанное выше предполагает, что для проведения занятия (как лекционного, так и практического или лабораторного) преподаватель должен ясно понимать дидактические возможности имеющегося у него мультимедиа оборудования и уметь применять современные информационные технологии. Занятие должно быть тщательно проработанным и подготовленным. При этом возникают вопросы отбора и подготовки нового учебного материала, определения форм и методов его представления, организация обратной связи между обучающимся и преподавателем, что даёт возможность своевременно корректировать процесс обучения, качественно им управлять.

Автор настоящей статьи использует интерактивный подход в проведении каждого занятия по математике. Это предполагает применение на занятии (лекционном, практическом или лабораторном) мультимедийного оборудования: проектор и экран, компьютер (нетбук), графические планшеты (проводной и беспроводной), специальное программное обеспечение, поддерживающее графические планшеты и математический редактор MathCAD. Конечно, эффективность применения мультимедийного оборудования в учебном процессе зависит от возможностей этого оборудования, но наиболее важными и определяющими здесь являются педагогические принципы и требования, предъявляемые к применению указанного оборудования.

На занятии с графическими планшетами работает не только преподаватель, но и обучающиеся. Во время проведения лекции у автора практически нет необходимости стоять у доски – беспроводной графический планшет позволяет преподавателю находиться в любом месте аудитории (правда, не более 10 м от компьютера с Bluetooth приёмником). Это позволяет следить за тем, как обучающиеся конспектируют учебный материал, за поведением обучающихся на последних рядах аудитории. Кроме того при возникновении у обучающихся вопросов по ходу лекции (автор придерживается того, что вопросы должны задаваться сразу, как только у обучающихся возникает в этом необходимость), связанных с необходимостью записей на доске, им передаётся беспроводной графический планшет, с помощью которого и задаётся вопрос. При этом автор статьи корректирует возможные неточности в задаваемом вопросе и отвечает на него с помощью проводного планшета, подключённого к компьютеру с медиапроектором.

Практические занятия также проходят с применением указанных графических планшетов. Преподаватель находится за своим рабочим местом с проводным графическим планшетом, беспроводной передаётся по аудитории отвечающим: решающим соответствующую задачу или доказывающим теорему или воспроизводящим учебный материал, заданные к занятию.

Опыт применения уже упомянутых мультимедиа устройств в течение двух лет убедил автора в правильности принятой методики и технологии обучения математике. Необходимо отметить, что применяются различные технологические приёмы и программные средства:

• слайды PowerPoint;
• слайды, подготовленные на экране в рабочем окне графического планшета под управлением программы Power Presenter RE, позволяющей вводить информацию рукописно с помощью специальной ручки – стилуса;
• решение примеров лекций не только обычным образом (в рабочем окне графического планшета), но и большинства из них с помощью математического редактора MathCAD;

Указанные выше технологические приёмы, применяемые автором, составляют понятие мультимедийных технологий, которое дал М.Кирмаер [3]: Мультимедийные технологии (МТ) – способ подготовки электронных документов, включающих визуальные, аудиоэффекты и мультипрограммирование различных ситуаций под единым управлением интерактивного программного обеспечения.

Рассмотрим применение мультимедийных технологий на следующем примере проведения автором лекции со студентами 1-го курса направления 230100 на тему «Числовые ряды. сходимость» (рисунки 1 и 2).

 
Рисунок 1 – Титульный слайд

Рисунок 2 – Слайд с планом лекции.

Следующие три слайда (рисунки 3¸5) статически показывают изменение информации на демонстрационном экране в третьем слайде презентации.

 
Рисунок 3 – Начало слайда № 3

 
Рисунок 4 – Ход изложения

Рисунок 5 – Окончание.

Отметим, что на рисунках 1 и 2 слайды статические, при этом на втором слайде имеется 9 гиперссылок на соответствующий пункт (на слайд с нужным номером) изучения учебного материала лекции. Все остальные слайды (с третьего) динамические, т.е. видеофрагменты, снятые с экрана компьютера (они же демонстрировались во время лекции на демонстрационный экран посредством мультимедиа проектора) на котором в режиме реального времени автором записывалась соответствующая учебная информация. Запись указанных видеофрагментов осуществляется с помощью программы Camtasia Studio v 3.0.1 c рабочего окна программы Power Presenter RE, в котором информация вводится рукописно с помощью стилуса.

Рисунок 6 – Слайд № 4.

  
Рисунок 7 – Слайд № 5. 

Рисунок 8 – Слайд № 6.

На рисунках с третьего по двенадцатый продемонстрированы слайды, соответствующие пунктам лекций, за исключением слайдов 5 и 6, представляющих один из пунктов (Свойства числовых рядов) и записанных в двух видеофрагментах; слайдов 8 и 9, также записанных в двух видеофрагментах, причём в девятом слайде продолжение рассуждений о гармоническом ряде.

Рисунок 9 – Слайд № 7. 

  
Рисунок 10 – Слайд № 8.

Рисунок 11 – Слайд № 9.

Необходимо отметить ещё то, что расположение учебной информации на экране – экранный блок – своего рода квант учебной информации, предназначенный для быстрого усвоения обучающимся. Переход от одной порции материала к другой способствует постоянному поддержанию внимания и интереса у обучаемого ([7], стр. 124-125). Поэтому на экранах слайдов можно увидеть и малое количество информации, и достаточно плотное расположение информации, действительно воспринимаемое обучающимися как неделимое целое.

Рисунок 12 – слайд № 10.

Обучающиеся с удивлением встречают такой технологический подход к проведению лекций и практических занятий по математике, какой практикует автор с первых занятий в институте. Это даёт возможность утверждать, что в школах Армавира ( да и в школах близлежащих населённых пунктов), несмотря на наличие интерактивных досок (чего так не хватает автору), учебный материал подаётся только либо в виде презентаций PowerPoint, либо специального программного обеспечения для подготовки и проведения презентаций, идущего вместе с интерактивными досками, либо учебных видеофильмов, не всегда адаптированных под нужды того или иного учителя. Но ещё больше удивляет обучающихся тот факт, что учебный материал, записанный автором на экране во время занятия, может быть проигран неоднократно. При этом если велась запись звука, то можно услышать и голос лектора (автора), как в этом можно убедиться, просмотрев предлагаемую в статье (в отдельной папке) презентацию.

На рисунках 13¸15 представлен слайд № 11, который при проигрывании в режиме реального времени обучает студентов простейшим правилам работы с математическим редактором MathCAD. В окне программы демонстрируется решение примера, рассмотренного автором на лекции в рабочем окне программы Power Presenter RE, а затем решённого в MathCAD.

 
Рисунок 13 – Начало слайда № 11. 

Рисунок 14 –Изложение.  

Рисунок 15 – Окончание.

Кроме уже указанной программы Camtasia Studio запись лекции можно вести с помощью самой программы Power Presenter RE, но в своём внутреннем формате. В этом случае соответствующий видеофрагмент не может быть воспроизведён на любом другом компьютере, на котором нет указанной программы. Это имеет существенное значение, т.к. на кафедре, на которой трудится автор, планируется создание электронных учебных пособий с использованием указанных выше возможностей не только по математике, но и по другим дисциплинам, ведомым преподавателями кафедры.

Подготовка таких пособий несомненно способствует повышению интерактивности занятий, развитию творческой учебной деятельности обучающихся, их самостоятельности. Обучающиеся активно включаются в работу над записью отдельных видеофрагментов на практических занятиях. Некоторые из их решений могут быть включены в интерактивное учебное пособие.

Указанное выше созвучно с утверждением В.В. Краевского, что в учебнике опредмечена, запрограммирована не только деятельность ученика, но и предполагаемая деятельность учителя. М. Краликова и М.Н. Скаткин считают учебник прообразом (сценарием, проектом) реального учебного процесса [1, стр.7–13]. А.Д. Король и И.С. Маслов называют учебник «частью образовательной среды». [2, 1]

Тем самым, только через деятельность обучающийся способен сформировать самого себя, но здесь важно ещё и направляющее воздействие преподавателя, т.к. без сотрудничества обучающегося и преподавателя довольно трудно добиться какого-либо успеха. (отмечалось автором в [6]) При этом происходит изменение роли учителя и обучающегося в процессе обучения, связанное на современном этапе с развитием новых информационных или образовательных технологий, когда учитель выступает организатором деятельности обучающегося, постановщиком задач, а обучающиеся – активными конструкторами собственных знаний [4].

Подводя итог вышесказанному, можем отметить, что знания, умения и навыки обучающихся формируются и развиваются лучше всего через собственные размышления, собственную творческую деятельность над учебным материалом вместе с преподавателем посредством совместного проведения учебных занятий, создания видеофрагментов своих опытов и решений. Тем самым, обучение станет творческим процессом и для студентов, и для преподавателя. Несомненно, что такое сотрудничество будет положительно влиять на мотивацию обучающихся продолжать работать над учебным материалом творчески.

Использованная литература:

1. Беспалько В. Теория учебника: дидактический аспект. М., 1988.
2. Король А., Маслов И. Диалогические принципы проектирования учебника // Интернет-журнал «Эйдос». 2004. 18 апреля: http://www.eidos.ru/journal/2004/0418.htm.
3. Кирмайер М. Мультимедиа: Пер. с нем. - СПБ.: BHV - Санкт-Петербург, 1994.
4. Recker M. Appropriate Use of Educational Technologies: A Layered Approach // Educational Technology Review, AACE. Summer 1997. № 7.
5. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний.2-е издание. – М.: МГУ, 1984.
6. Часов К.В., Часова В.К. Активизация творческой самостоятельности студентов. Информационно-вычислительные технологии и их приложения. IX Международная научно–техническая конференция: сборник статей.– Пенза. РИО ПГСХА, 2008. с. 300-303.
7. Часов К.В., Мягкова Э.С. Квантование учебного материала электронного пособия как средство повышения познавательной активности студента. 61-я Международная студенческая научно-практическая конференция Астраханского государственного технического университета: электронный сборник тезисов докладов [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые., граф. (5,7 Мб). – Астрахань:Издательство АГТУ, 2011. Режим доступа: http://www.astu.org/Content/UserImages/file /изд-во/ЭЛЕКТРОННЫЙ %20СБОРНИК%20ТЕЗИСОВ%20%2061%20студенческая.pdf .