Использование новых информационных технологий в процессе преподавания биологии в школе (из опыта работы)

Если ты не можешь быть
широкой дорогой,
будь узенькой тропинкой.
Если ты не можешь быть солнцем,
будь звездой на небе.
Только найди свое дело и старайся
стать самым лучшим.

Введение

Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования - процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования современных или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ), ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения, воспитания. Этот процесс инициирует:

• совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно-педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей;
• совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, воспитания, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества;
• создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно-учебную, экспериментально-исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации;
• создание и использование компьютерных тестирующих; диагностирующих методик контроля и оценки уровня знаний обучаемых.

Информатизация образования как процесс интеллектуализации деятельности обучающего и обучаемого, развивающийся на основе реализации возможностей средств новых информационных технологий, поддерживает интеграционные тенденции процесса познания закономерностей предметных областей и окружающей среды (социальной, экологической, информационной и др.), сочетая их с преимуществами индивидуализации и дифференциации обучения, обеспечивая том самый синергизм педагогического воздействия.

Информатизация образования - часть информатизации общества, процесса, который принял характер информационного взрыва или революции с середины XX века, что дает основание характеризовать современное общество как информационное. Это значит, что во всех сферах человеческой деятельности возрастает роль информационных процессов, повышается потребность в информации и в средствах для ее производства, обработки, хранения и использования. Информация становится научной и философской категорией наравне с такими категориями, как время, энергия, материя.

Информатизация образования затрагивает такие важные компоненты образования, как цели и содержание. Одним из главных компонентов, составляющих модель выпускника школы, становится информационная культура. Это требует не только введение специальных предметов в школе, но и пересмотра содержания традиционных школьных дисциплин; и характер этих изменений пока еще не изучен.

Выход из создавшегося положения в настоящее время может быть найден при использовании в процессе преподавания биологии информационной технологии обучения, позволяющей создать методически обоснованный поток информации. Понятно, что создание информационного потока невозможно без использования персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ). 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. В связи с этим, информационная технология не только может оказать положительное влияние на понимание школьниками строения и сущности функционирования объекта, но, что более важно, и на их умственное развитие. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.

Значительный вклад в теорию и практику использования информационной технологии обучения (компьютеризации обучения) внесли: А.П.Беляева, В.П.Беспалько, Я.А.Ваграменко, А.П.Ершов, М.И.Жалдак, В.М.Зеленин, В.А.Извозчиков, А.А.Кузнецов, Ю.К.Кузнецов, В.В.Лаптев, М.П.Лапчик, А.Е.Марон, И.В.Марусева, Е.И.Машбиц, А.Г.Мордкович, И.А.Румянцев, М.В.Швецкий и другие ученые. В работах этих авторов рассмотрены пути повышения эффективности обучения с использованием различных технических средств, некоторые способы классификации педагогических программных средств (ППС), проблемы компьютеризации естественных дисциплин и др.

Однако не все вопросы, стоящие перед компьютеризацией обучения, разработаны достаточно детально, что затрудняет внедрение ее в практику обучения. Педагогическое осмысление проблемы применения компьютерной технологии в обучении биологии позволило выявить ряд противоречий:

• между необходимостью использования новых информационных технологий в преподавании биологии и недостаточной разработанностью данной проблемы в педагогической науке;
• между стремлением учащихся и отсутствием целенаправленной работы над этой проблемой;
• между необходимостью организации такой работы и недостаточным уровнем обеспечения педагогических условий.

Так, недостаточно обоснована роль и место ПЭВМ в процессе обучения биологии, сочетание компьютера с традиционными подходами к обучению учащихся, отсутствует единая классификация педагогических программных средств, не разработаны критерии оценки компьютерных программ по биологии и практическая методика применения ПЭВМ в обучении биологии.

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

Цель исследования состоит в повышении эффективности обучения биологии в школе при использовании информационной технологии.

Объектом исследования является процесс обучения биологии в школе №8.

Предмет исследования: влияние информационной технологии на эффективность обучения.

Гипотеза:

если:

• определить роль и место использования информационной технологии в курсе биологии;
• сформулировать критерии отбора материала к содержанию ППС;
• разработать общие требования к обучающе- контролирующим программам и их созданию;
• разработать методику сочетания традиционного и информационно-технологического обучения,

то возможно повышение эффективности обучения биологии в школе.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении биологии, с точки зрения их эффективности в обучении и простоты работы с ними.
2. Разработать общие требования к обучающе-контролирующим программным средствам и их проектированию.
3. Сформулировать критерии отбора биологического материала при разработке компьютерных программ.
4. Разработать методический подход к применению компьютера при обучении биологии.
5. Разработать компьютерные программы по отдельным вопросам школьного кура биологии.
6. Экспериментально проверить эффективность предложенного методического подхода.

В процессе исследования использовались следующие методы:

• анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования;
• анализ современных педагогических программных средств обучающе-контролирующего типа;
• наблюдение за ходом учебного процесса;
• анализ качества усвоения нового материала, изложенного учителем;
• анализ проверочных и контрольных работ учащихся;
• проведение диагностических работ, анкетирование, беседа, тестирование;
• анализ результатов исследования.

Для реализации поставленных задач необходимо создание условий:

• Кабинета - творческой лаборатории,
• АРМ учителя,
• Профессиональная подготовка учителя (курсы повышения квалификации по ИКТ-компетенции).

Новизна и теоретическая значимость заключается в том, что введена классификация наглядных средств; предложен и реализован целостный программно-методический подход, предназначенный для обучения биологии, а также для контроля усвоения получаемых знаний учащимися; уточнено понятие «ППС контролирующего и обучающего типов» и рассмотрены различные подходы к их конструированию. Выделены основные требования, предъявляемые к обучающе-контролирующим программам в соответствии с современным уровнем развития технических средств. Доказана необходимость разработки нового курса биологии для систематического использования информационной технологии и разработаны отдельные его фрагменты.

Практическая значимость исследования состоит в разработке методических рекомендаций по созданию и использованию компьютерных программ, предназначенных для обучения и контроля знаний и умений учащихся. В выявлении критериев отбора материала биологии, предназначенного для изучения с применением новой информационной технологии; в создании системы контроля и усвоения знаний, обучающие и моделирующие программы с элементами моделирования по некоторым разделам курса биологии средней школы.

Глава 1. Теоретические основы информатизации образования

1.1 Этапы информатизации предмета

Процесс компьютеризации учебного процесса - сложное педагогическое явление, существенно изменяющее сложившиеся стереотипы. В целом путь движения идеи компьютеризации от возникновения до внедрения в учебный процесс можно представить в виде последовательности мероприятий:

• разработка теоретических основ компьютеризации;
• научно-исследовательская работа по созданию, оценке эффективности компьютерных средств;
• определение целевого, содержательного и технологического аспектов внедрения компьютерных средств в учебный процесс;
• материализация аспектов внедрения КСО в учебно-методическом комплексе (учебный план и программа, учебное пособие, методическое пособие);
• внедрение компьютерных средств обучения в учебный процесс.

Исходя из принципа этапности построения автоматизированной системы подготовки специалистов и тенденций формирования учебно-научной материальной базы компьютерного обучения следует, что процесс перевода традиционно сложившейся педагогической системы на автоматизированную должен происходить постепенно. В течение определенного времени должна действовать своеобразная система, которая, с одной стороны, сохраняет существующие формы организации учебного процесса (учебная группа, занятие, дисциплина), а с другой - опирается на растущее присутствие компьютерных технологий.

Целесообразно разделить этот период времени на этапы:

• Этап традиционной педагогической системы учебной дисциплины.
• Переходный этап.
• Этап автоматизированной педагогической системы учебной дисциплины.

С течением времени, каждый из этапов будет характеризоваться соответствующим состоянием элементов педагогической системы: преподаватель, обучающийся, содержание обучения, цель обучения, методы, средства, формы обучения, учебно-научная материальная база.

Начало второго этапа характеризуется разработкой теоретических основ автоматизации педагогической деятельности на основе ее компьютеризации, обоснованием направлений внедрения информационных технологий в учебный процесс.

В результате насыщения учебных организаций компьютерной техникой происходит изменение одного из элементов педагогической системы - учебно-научной материальной базы. Наиболее целесообразным ее вариантом на переходном этапе, является создание компьютерного класса, обеспечение автоматизированных рабочих мест обучающих и разработчиков компьютерных средств обучения.

Такие изменения вызывают необходимость приведения других элементов системы в соответствие с новыми требованиями. В первую очередь, это касается субъектов учебного процесса: обучающих и обучающихся. Для них собственно компьютер на переходном этапе, наряду с выполнением основных функций как элемента АСПС, превращается в объект познания.

Границы применения АСПС в учебном процессе, в первую очередь, будут определяться уровнем компьютерной грамотности учителя и обучающихся.

Наряду с оснащением учебных подразделений компьютерами, информационной подготовкой субъектов учебного процесса, важнейшими задачами переходного периода необходимо считать:

• формирование электронной информационной среды учебных дисциплин;
• разработка компьютерных средств обучения, отвечающих современным дидактическим требованиям;
• создание локальных вычислительных сетей учебных дисциплин. Выполнение первой задачи обеспечит на переходном этапе:
• в подсистеме управления учебным процессом его совершенствование, резкое сокращение количества отрабатываемых вручную документов, автоматизацию учета результатов итогового и текущего контроля;
• в подсистеме научных исследований - использование АСПС для научных исследований, выполнения расчетов, получения дополнительных для исследований данных в результате использования компьютерного моделирования.

Решение второй задачи обеспечит автоматизацию познавательной деятельности обучающихся.

Решение третьей задачи создаст предпосылки формирования единой учебной информационной среды, дальнейшую интеграцию локальных сетей в глобальные информационные сети.

1.2. Проблемы компьютерного обучения

В результате анализа методической литературы и передового педагогического опыта сформулированы проблемы компьютерного обучения.

Первая проблема - это проблема соотношения объема информации (потока информации), который может предоставить компьютер ученику и объема сведений, которые ученик может, во-первых, мысленно охватить, во-вторых - осмыслить, а в-третьих - усвоить.

Традиционный путь учебного познания заключается, согласно понятиям диалектической логики, в переходе от явления к сущности, от частного к общему, от простого к сложному и т.д. Такое «пошаговое» обучение позволяет ученику перейти от простого описания конкретных явлений, число которых может быть весьма ограниченным, к формированию понятий, обобщений, систематизации, классификации, а затеи и к выявлению сущности разных порядков. Новый путь познания отличается большим информационным потоком, насыщенностью, конкретикой (т.е. фактами), позволяет быстрее проходить этапы систематизации и классификации, подводить фактологию под понятия и переходить к выявлению различных сущностей. Однако скорость таких переходов и осмысления фактов, их систематизация и классификация ограничены природными возможностями человека и довольно слабо изучены. В связи с этим, соотношение традиционного и информационного потоков учебной информации не может быть точно определено. Сюда же относится и проблема ориентации учащихся в потоке информации, предоставляемой компьютером.

Ученика не приучили ориентироваться в мощном потоке учебной информации, он не может разделять ее на главное и второстепенное, выделять направленность этой информации, перерабатывать ее для лучшего усвоения, выявлять закономерности и т.п. В сущности, информация (сведения об окружающем мире и протекающих в ней процессах) может рассматриваться как некая многофакторная система, детали которой скрыты от учащихся, а потому и весь этот поток сведений в целом (его основы, направленность, цели, связи между элементами, причинно-следственные зависимости и т.п.) оказывается трудно доступным для восприятия.

Вторая проблема - это темп усвоения учащимися материала с помощью компьютера (проблема возможной индивидуализации обучения при классно-урочной системе).

Еще одна проблема соотношения «компьютерного» и «человеческого» мышления. «Машинное» и человеческое мышление существенным образом различаются. Если машина «мыслит» только в двоичной системе, то мышление человека значительно многостороннее, шире и богаче. Как использовать компьютер, чтобы развить у учащихся человеческий подход к мышлению, а не привить ему некий жесткий алгоритм мыслительной деятельности?

Процесс внедрения информационной технологии в обучение школьников достаточно сложен и требует фундаментального осмысления. Применяя компьютер в школе, необходимо следить за тем, чтобы ученик не превратился в автомат, который умеет мыслить и работать только по предложенному ему кем-то (в данном случае программистом) алгоритму. Для решения этой проблемы необходимо наряду с информационными методами обучения применять и традиционные. Используя различные технологии обучения, мы приучим учащихся к разным способам восприятия материала: чтение страниц учебника, объяснение учителя, получение информации с экрана монитора и др. С другой стороны, обучающие и контролирующие программы должны предоставлять пользователю возможность построения своего собственного алгоритма действий, а не навязывать ему готовый, созданный программистом. Благодаря построению собственного алгоритма действий ученик начинает систематизировать и применять имеющиеся у него знания к реальным условиям, что особенно важно для их осмысления.

Следует отметить, что компьютер, как педагогическое средство, используется в школе, как правило, эпизодически. Это объясняется тем, что при разработке современного курса биологии не стоял вопрос о привязке к нему информационной технологии. Применение компьютера, поэтому, оказывается целесообразным лишь при изучении отдельных тем, где имеется очевидная возможность вариативности,

Анализ исследований по проблеме применения информационной технологии в процессе обучения показал, что пока еще, мало внимания уделено вопросам рассмотрения основных форм сочетания традиционной и информационной технологий обучения. Важным методическим принципом применения компьютерных программ является их совместимость с традиционными формами обучения. При планировании уроков необходимо найти оптимальное сочетание таких программ с другими (традиционными) средствами обучения. Наличие обратной связи с возможностью компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе работы, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся. Контроль одного и того же материала может осуществляться с различной степенью глубины и полноты, в оптимальном темпе, для каждого конкретного человека. Таким образом, я предполагаю, что информационную технологию наиболее целесообразно принять для осуществления предварительного контроля знаний, где требуется быстрая и точная информация об освоении знаний учащимися, при необходимости создания информационного потока учебного материала или для моделирования различных биологических объектов.

Поскольку педагогические программные средства ориентированы на достижение поставленных преподавателем учебных целей, они должны разрабатываться с учетом предъявляемых к ним требований.

Изучая научно-методическую литературу по данной теме исследования, я пришла к выводу: для повышения качества обучения при использовании информационной технологии необходимо учитывать возникающие при этом психолого-педагогические и методические проблемы.

1.3. Типы педагогических программных средств

Поскольку педагогические программные средства ориентированы на достижение поставленных преподавателем учебных целей, они должны разрабатываться с учетом предъявляемых к ним требований.

Изучая научно-методическую литературу по данной теме исследования, я пришла к выводу: для повышения качества обучения при использовании информационной технологии необходимо учитывать возникающие при этом психолого-педагогические и методические проблемы.

При выборе ППС для реализации различных учебных задач необходимо учитывать их тип и структуру. Известно, что структура ППС зависит от его назначения. Так, основной функцией обучающей программы является обучение, контролирующей - контроль.

Обучающие ППС предполагают наличие двух составляющих: демонстрационной, выводящей на экран информацию согласно заранее разработанного сценария и имитационно-моделирующей, позволяющей пользователю управлять динамикой изучаемого процесса. Демонстрационная часть программы предполагает, что все числовые данные и варианты ответов, а также художественные образы и графики, заложены разработчиками в компьютерную программу, Работая с этой частью программы, пользователь (учитель, ученик) в процессе демонстрации уже не имеет возможности включаться в технологический процесс и управлять им.

В результате использования обучающих ППС происходит индивидуализация процесса обучения. Каждый ученик усваивает материал по своему плану, т.е. в соответствии со своими индивидуальными способностями восприятия. В результате такого обучения уже через 1-2 урока (занятия) учащиеся будут находиться на разных стадиях (уровнях) изучения нового материала. Это приведет к тому, что учитель не сможет продолжать обучение школьников по традиционной классно-урочной системе. Основная задача такого рода обучения состоит в том, чтобы ученики находились на одной стадии перед изучением нового материала, и при этом все отведенное время для работы у них было занято. По-видимому, это может быть достигнуто при сочетании различных технологии обучения, причем обучающие ППС должны содержать несколько уровней сложности. В этом случае ученик, который быстро усваивает предлагаемую ему информацию, может просмотреть более сложные разделы данной темы, а также поработать над закреплением изучаемого материала. Слабый же ученик к этому моменту усвоит тот минимальный объем информации, который необходим для изучения последующего материала. При таком подходе к решению проблемы у преподавателя появляется возможность реализовать дифференцированное, а также разноуровневое обучение в условиях традиционного школьного преподавания.

С методической точки зрения наибольший интерес представляет имитационно-моделирующая составляющая часть программы, которая позволяет ученику как бы «погрузиться» в изучаемый процесс, меняя те или иные его параметры, управлять этим процессом и достигать желаемые результаты. Здесь наиболее ярко проявляется присущая исключительно компьютеру обучающая функция программы,

Анализ отечественных и зарубежных ППС обучающе-контролирующего типа позволил выявить имеющиеся в них положительные и отрицательные моменты.

К основным недостаткам можно отнести следующие: большинство разработанных ППС предназначены для изучения отдельных тем или разделов учебника. В них не учтены общедидактические и общепедагогические задачи, слабо развиты эффективные системы самоконтроля, отсутствует информационный поток знаний.

К достоинствам следует отнести наличие редактора справочной информации, открытой (сопряженной с графическим редактором) библиотеки графических фрагментов, режима произвольной регулировки и корректировки деталей изображения и др.

Таким образом, можно сделать вывод, что для успешной реализации различных учебных задач необходимо учитывать структуру и тип ППС; задания для компьютерных программ контролирующего типа должны отличаться четкостью и конкретностью, исключающими ошибочные представления о знаниях контролируемого ученика.

1.4. Методические аспекты сочетания традиционной и новой информационной технологии в обучении

Целесообразность применения информационной технологии в обучении биологии не вызывает сомнений, но эффективность этого технического средства значительно повышается, если его использование будет не эпизодическим, а систематическим, на протяжении всего курса. К сожалению, при разработке традиционного курса биологии не предполагалось использование информационной технологии, в связи с чем необходимо было разработать критерии отбора учебных тем, которые целесообразно изучать с применением информационной технологии.

Критерии отбора содержания можно свести к следующим положениям:

1. отбираемое содержание должно способствовать созданию потока информации;
2. отбираемый материал должен быть адаптирован для учащихся соответствующего возраста;
3. отбираемый материал должен включать различные виды наглядности;
4. отбираемое практическое содержание должно способствовать построению моделей объектов разного рода и выявлению закономерностей их функционирования;
5. конструкция содержания должна способствовать классификации и систематизации потока информации, предъявляемой учащимся,

Под термином «информация» мы подразумеваем:

• учебное сообщение; осведомление о различных явлениях, условиях их протекания, закономерностях и т.п., воспринимаемое и осознаваемое учащимися.

Понятие «информация» мы отличаем от понятия «информационный поток». При этом мы различаем два вида информационного потока:

• первый вид - это совокупность материальных объектов (явлений, процессов), которые необходимо проанализировать и систематизировать ученику для уяснения изучаемого материала.
• второй вид - это набор различных условий и параметров, которые подбираются (задаются, вводятся учеником или учителем, программистом) с целью получения определенного результата (выполнения задания) компьютерного эксперимента.

Под информационной технологией обучения следует понимать такую технологию, при которой учащиеся должны работать с мощным специализированным потоком учебной информации, получаемой с помощью компьютерной технологии.

При изучении биологии используются различные наглядные средства, но с внедрением компьютерной технологии представляло интерес произвести классификацию этих средств обучения и дать их подробную характеристику,

• Наглядность I рода - это все то, что учащиеся видят на экране, работая с компьютерными программами (таблицы, схемы, рисунки, фотографии).
• Наглядность II рода - это символьная (модельная) запись, опорные схемы, выполненные учащимися.
• Наглядность III рода - это мультимедийная наглядность, которая позволяет не только сочетать в динамике наглядности I и II рода, но и значительно расширить и обогатить их возможности введением фрагментов мультимедиа благодаря использованию информационной технологии, уровнях. Наряду с этим компьютер предоставляет возможность пользователю (ученику или учителю) активно подключаться к демонстрациям, ускоряя, замедляя или повторяя, по мере необходимости, изучаемый материал, управлять и моделировать сложными процессами, систематизировать, классифицировать и фиксировать на экране монитора необходимую информацию и т.п.

Из классификации наглядных средств и предложенных выше определений видно, что наглядность III рода позволяет с высокой эффективностью изучать и моделировать объект и условия его существования, способствует повышению умственного развития учащихся,

Таким образом, очевидно, что применение информационной технологии в процессе обучения биологии по традиционным программам возможно лишь эпизодически, при изучении отдельных тем. Для более полного и систематического применения информационной технологии в процессе обучения биологии необходимо переработать школьные программы в соответствии с учетом возможностей компьютера и разработанных нами критериев отбора и структурирования содержания. При работе с компьютерными программами следует различать термины «информация» и «поток информации». Обучение учащихся в среде потока учебной информации и является информационной технологией обучения.

Цель исследования состояла в выявлении возможности восприятия учащимися потока учебной информации (в условиях информационной технологии обучения) и его эффективности в процессе обучения биологии. Очевидно, что успешность использования информационной технологии во многом зависит от того, насколько свободно учащиеся владеют компьютером. Поэтому первой задачей эксперимента учитель считает оперативное обучение учащихся использовать его в своей учебной деятельности, Вторая задача эксперимента состояла в изучении возможностей усвоения учащимися материала в условиях использования информационной технологии обучения. В ходе проведенного эксперимента было выявлено, что первый сеанс работы с обучающее-контролирующей программой является для большинства учащихся довольно тяжелым. Напряжение первого общения с обучающе-контролирующей программой в значительной степени снимается при последующих контактах. У учащихся лучше регулируется внимание, стабилизируется время отработки вопроса, уменьшается число механических ошибок при использовании клавиатуры,

Систематическое применение компьютера в учебном процессе является первоочередной задачей эффективного использования ИКТ в обучении.

См. продолжение статьи