Совершенствование процесса обучения информатике на основе технологии управления качеством предметной подготовки учащихся

Исследуются возможности использования технологического подхода в процессе управления качеством обучения циклу дисциплин теоретической информатики на основе выделения в содержании обучения концептуальных содержательно-методических линий: метаязыков, формального синтаксиса, комбина- торных схем, рекурсивных функций, систем счисления, формальной дедуктивной семантики, информации. Рассматривая вопросы совершенствования качества обучения в целом, необходимо иметь в виду взаимосвязь целей, процесса и результата обучения. Качество обучения как процесса составляет качество взаимосвязанных деятельностей преподавания и учения, протекающих в рамках организованного учебного процесса. Качество обучения определя- ется прежде всего его способностью обеспечить формирование у обучаемых системы та- ких свойств знаний, как полнота, глубина, оперативность, гибкость, конкретность, обоб- щенность, свернутость, развернутость, систематичность, системность, осознанность, прочность.

Таким образом, качество обучения – это определенный уровень знаний и умений, умственного, нравственного и физического развития, которого достигают обучаемые на определенном этапе в соответствии с планируемыми целями. Иначе говоря, образование, полученное учащимся, признается качественным, если его результаты соответствуют опе- рационально заданным целям и спрогнозированы в зоне потенциального развития учаще- гося. Цель считается операционально заданной, если при ее формировании всегда сущест- вует механизм (средство), позволяющий проверить соответствие результата поставленной цели.

В научной литературе качество образования (обучения) всё больше связывают с его управлением. Под управлением вообще понимается деятельность, направленная на выра- ботку решений, организацию, контроль, регулирование объекта управления в соответст- вии с заданной целью, анализ и подведение итогов на основе достоверной информации. [7, с. 420–421]. Существует достаточно большое количество определений понятия «управле- ние». Однако, несмотря на достаточно большой разброс определений, учёные склонны под управлением понимать воздействие на управляемую систему с целью максимального её функционирования с тем, чтобы эффективно совершать переходы в качественно новое состояние, способствующее достижению поставленных целей (А.П. Иванов, В.Ф. Лехт- ман, В.С. Пикельная, П.И. Щедровицкий и др.).

Выделим узловые моменты построения и реализации процесса управления качест- вом обучения:

1. 1. 1. 1. цель процесса обучения должна быть максимальна, технологична – для этого ес- тественно использовать педагогические технологии;
         2. для установления исходного состояния учащихся (психологическое развитие и конкретные знания) необходимо обосновать и разработать соответствующую технологию;
         3. количественный и качественный анализ содержания учебного материала должен выделить основные факторы, влияющие на качество образования, что, в свою очередь, по- зволит прогнозировать результаты процесса обучения и постепенно перейти к первым двум путям коррекции этого процесса;

1. 1. 1. 1. для обеспечения систематической обратной связи должно быть организовано непрерывное, длительное наблюдение за состоянием образовательной среды высшей школы и её воздействием на личность учащегося, что, кроме прочего, также позволит дос- товерно прогнозировать результаты процесса обучения.

Таким образом, мы пришли к выводу о необходимости использования технологи- ческого подхода в процессе управления качеством обучения. Специфика технологии управления качеством обучения состоит в том, что учебный процесс должен гарантиро- вать достижение поставленных целей. В соответствии с этим в технологическом подходе к управлению качеством обучения можно выделить следующие этапы:

• постановка целей и их максимальное уточнение, формулировка учебных целей с ориентацией на повышение качества обучения;
• анализ структуры содержания обучения, ориентированного на повышение каче- ства предметной подготовки учащихся;
• анализ традиционных и нетрадиционных форм организации обучения, с целью выявления форм организации обучения, направленных на повышение качества предмет- ной подготовки учащихся;
• выявление новых учебных средств управления обучением, направленных на по- вышение качества представления традиционных учебных материалов;
• выявление методов обучения информатике, направленных на повышение качест- ва предметной подготовки учащихся;
• оценка текущих результатов и коррекция определённых выше целей, средств, форм и методов обучения в направлении повышения качества обучения;
• заключительная оценка результатов.

В своём исследовании мы решили применить технологию управления качеством обучения в процессе изучения курса дисциплин теоретической информатики.

Рассмотрим этапы проектирования учебного процесса по дисциплине «Теоретиче-

ская информатика» в условиях применения технологии управления качеством обучения.

В соответствии с этапами построения технологии на первом этапе необходимо вы- явить цели, ориентированные на повышение качества обучения данной дисциплине.

Образовательная цель обучения теоретической информатике в педагогическом вузе: формирование представлений об информатике как особом способе познания мира, об её идеях и методах, об общности её понятий и представлений. Конкретизируем постав- ленную цель:

• овладение главными понятиями и конструкциями теоретической информатики с акцентом на математические модели дискретных систем (графы, формальные грамматики и автоматы);
• овладение конкретными математическими понятиями («формальный язык»,

«формальное доказательство», «формальная теория», «формализация», «исчисление»,

«алгоритм», «формальная грамматика», «конечная функция», «конечный автомат»,

«код»), необходимыми специалисту в области информатики для применения их в практи- ческой деятельности, а также для изучения смежных с информатикой учебных дисциплин и для продолжения образования;

• методологическое обеспечение математической подготовки будущего учителя на основе обобщения математических знаний студентов, полученных ими при изучении школьного курса математики, а также курсов «Введение в математику» и «Алгебра».

Развивающая цель обучения теоретической информатике: развитие мышления студентов на основе решения логических, комбинаторных задач, задач повышенной сложности, а также при изучении формальных языков и грамматик.

Воспитательная цель обучения дискретной математике: подготовка к продолже- нию образования, воспитание навыков самостоятельной деятельности, развитие творче- ского подхода к решению нестандартных задач.

На следующем этапе построения технологии управления качеством обучения про- ведём анализ структуры содержания обучения дисциплины «теоретическая информати- ка», с ориентацией на повышение качества предметной подготовки учащихся.

Одним из возможных путей построения курса теоретической информатики может являться выделение в содержании обучения теоретической информатике концептуальных линий. Используя результаты анализа научно-методической литературы, а также предло- женные Н.И. Рыжовой [10] концептуальные линии обучения математическим основаниям информатики и учитывая образовательный стандарт по дисциплинам теоретической ин- форматики по специальности «математика и физика», мы выделили следующий состав содержательно-методических линий.

Приведенный состав содержательно-методических линий

1. отвечает действительному характеру проблем, рассматриваемых в курсе теоре- тической информатики, и отражает фундаментальность содержания курса;
2. является сквозным для всех вопросов курса теоретической информатики, т. е. каждый конкретный вопрос, изучаемый в педвузовской теоретической информатике, впи- сывается в состав содержательно-методических линий;
3. является достаточно полным, чтобы обеспечить необходимый уровень матема- тической подготовки учителя математики и информатики.

Проведем анализ традиционных и нетрадиционных форм организации обучения, направленного на повышение качества предметной подготовки учащихся.

В дидактике формы организации обучения (или просто формы обучения) тракту- ются как способы управления познавательной деятельностью студентов для решения оп- ределённых дидактических задач.

Преобладающими формами обучения теоретической информатике являются раз- личного типа лекции и практические занятия. Из всех форм, для которых термин «прак- тическое занятие» является родовым [6], эффективными при обучении теоретической информатике, на наш взгляд, будут упражнения и лабораторные работы.

Основа в упражнениях по теоретической информатике – задача, решение которой разбирается с помощью теории, изложенной в лекции. Как правило, основное внимание уделяется формированию конкретных умений и навыков, что и определяет содержание деятельности студентов. Основное профессионально-педагогическое назначение упраж- нений состоит в том, чтобы будущий учитель информатики, понимая роль и место задач

при обучении математике и информатике, научился решать их сам и учился обучать этому других. Система задач должна давать целостное представление обо всех пяти функциях задач [2]: обучающей, развивающей, воспитывающей, контролирующей и методической. Необходимо стремиться к тому, чтобы методическая функция была выражена в боль- шинстве задач, решаемых во время упражнений. При решении задач используются ин- дивидуальная, коллективная и групповая формы работы студентов.

В ряде случаев фрагменты занятий в форме упражнений можно заменить такими формами обучения, как микролекиия [4] (в решение задач «встраивается» теоретический материал для решения конкретной задачи) или минилекиия (лекционный материал

«встраивается» перед решением определённого класса задач, например перед решением задач на перевод чисел из одной системы счисления в другую (раздел «Теория кодиро- вания») излагаются общие сведения о системах счисления и способах перевода чисел из одной системы счисления в другую). При обучении алгоритмам дискретной математики и их реализации на компьютере основной организационной формой обучения будет яв- ляться лабораторная работа (лабораторный практикум).

Во время обучения в педагогическом вузе у студента необходимо сформировать стойкую потребность в самостоятельном изучении научной, учебной и методической ли- тературы. Для этого студент должен быть поставлен в ситуацию необходимости собст- венной познавательной активности, и в процессе обучения важно организовать эффек- тивную самостоятельную работу студентов. Применяются самостоятельные работы по образцу, реконструктивные и вариативные (классификация П.И. Пидкасистого [8]). Са- мостоятельные работы по образцу строятся на основе известного алгоритма деятельно- сти, например: исследование выводимости цепочки в данной грамматике реконструктив- ные самостоятельные работы опираются на преобразование имеющегося опыта решения задач, например установление свойств блочного кодирования на основе имеющегося опыта по изучению свойств алфавитного кодирования. В вариативных самостоятельных работах исходят из анализа незнакомых студенту ситуаций и получают на его основе но- вую информацию, например, решение рекуррентных соотношений и исчисление конеч- ных и бесконечных сумм, а также при изучении формальных языков и грамматик.

Обратная связь может осуществляться с помощью текущего и периодического контроля, проводимых в форме выборочного контроля, письменной проверки опреде- ленных умений и навыков студентов, тематической зачетной работы. В конце изуче- ния каждого раздела предполагается итоговый контроль усвоенных студентами знаний и умений – тесты практического или теоретического характера, контрольные работы.

На следующем этапе выделим средства обучения теоретической информатике, способствующие повышению качества обучения:

• технологические карты;
• образовательный сайт в Internet, содержащий опорные конспекты лекций, вопро- сы к коллоквиумам, вопросы к зачету, материал, вынесенный на самостоятельное изуче- ние, тестовые задания для самопроверки, список рекоендуемой литературы, примеры ре- шения задач;
• видеолекция для обучения решению задач по дискретной математике;
• рабочие тетради по дисциплинам теоретической информатики для студентов;
• комплект слайд-лекций;
• решение комбинаторных задач и задач по теории графов с использованием ком- пьютерной графики (3D Студио);
• методическое пособие по теоретической информатике;
• использование ТСО на базе аудитории НИТ.

Далее рассмотрим методы обучения теоретической информатике, направленные на повышение качества обучения, которые будут использоваться при изучении содержания предмета.

При обучении теоретической информатике помимо общедидактических методов будут использоваться частнодидактические и специальные методы обучения математи- ке и информатике. Среди частнодидактических методов математики и информатики, ис- пользующихся при обучении теоретической информатике, особо выделим следующие три: генетический (индуктивный), аксиоматический и метод целесообразно подобран- ных задач.

Генетический (индуктивный) метод обучения используется при обучении фор- мальной теоретической информатике (формальным языкам, алгебраическим системам) [10]. При использовании генетического метода деятельностью студента является реше- ние целесообразно отобранных (неявно присутствуют результаты деятельности препо- давателя) задач с помощью целесообразно структурированного (деятельность препода- вателя) теоретического материала, опирающегося на типологию индуктивных определе- ний [10], а взаимодействие преподавателя и студента осуществляется в процессе пере- хода от этапа к этапу процесса доказательства индукционных предложений.

Что же касается аксиоматического метода как метода обучения фундаменталь- ным вопросам информатики, то отметим [5, с. 145–147], что, исходя из функций аксио- матического метода в самой математике как метода построения математических теорий, можно заключить о возможности его использования в качестве метода обучения, если в процессе обучения привлекать самих учащихся к построению «маленьких теорий», посте- пенно расширяющих изучаемую теорию, в которую они включаются. Аксиоматический метод как метод обучения служит для систематизации знаний учащихся, выяснения того,

«что из чего следует», для установления истинности предложений специфическим для ма- тематики способом, для вывода новых знаний из уже имеющихся.

Для мотивации деятельности учащихся, для закрепления теоретического материа- ла, а также для изучения нового теоретического материала по теоретической информатике используется метод целесообразно подобранных задач. Суть данного метода в следую- щем: (а) деятельность преподавателя заключается в построении системы задач, причем выполнение каждой задачи системы основывается на выполнении предыдущей задачи и направлено на разрешение сформулированной проблемной ситуации; (б) деятельность обучаемых заключается в разрешении некоторой проблемной ситуации, сформулирован- ной преподавателем; (в) взаимодействие преподавателя с обучаемым заключается в том, что обучающий может «вмешиваться» в деятельность обучаемого (если это необходимо) при формулировании каждой задачи или в ходе её решения. На наш взгляд, метод целе- сообразно подобранных задач превращается в метод обучения через задачи, если в про- цессе обучения обучаемые получают новые теоретические знания в ходе решения задач (т.е. задачи являются средством для овладения новым теоретическим материалом).

Остановимся теперь на специальных методах обучения информатике, обоснование и классификация которых приведены в работе [1]. При обучении реализации алгоритмов дискретной математики и информатики (алгоритмов теории кодирования, теории графов, теории алгоритмов и т. д.) на компьютере из специальных методов обучения информати- ке мы предлагаем использовать два основных метода: метод учебных информационных моделей (демонстрационных примеров) [11] (а также его модификацию – метод вер- бальных демонстрационных примеров) и программирование на языке высокого уровня (например, на языке Тurbо Раsсаl). При этом, на наш взгляд, целесообразно использо- вать учебные информационные модели первой и третьей групп классификации В.В. Лап- тева и М. В. Швецкого [3] (модели алгоритмов хранения, передачи и обработки информа- ции, модели виртуальных машин (по Т. Пратту [9])).

В заключение отметим, что процесс обучения теоретической информатике будет более эффективным, если преподаватель использует для обучения комбинацию методов обучения, например частнодидактических методов обучения (метода целесообразно по- добранных задач в совокупности с генетическим методом).

Библиография

1. Бороненко Т.А., Рыжова Н.И. Методика обучения информатике. Специальная методика: Учеб. по- собие для студентов. – СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 1997. – 134 с.
2. Колягин Ю.М. Задачи в обучении математике. Ч. 1. Математические задачи как средство обучения и развития учащихся. – М.: Просвещение, 1977. – 110 с.
3. Лаптев В.В., Швецкий М.В. Методическая система фундаментальной подготовки в области инфор- матики: теория и практика многоуровневого педагогического университетского образования. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. – 508 с.
4. Лебедева И.А. Методика отбора содержания обучения будущих учителей информатики конструи- рованию компиляторов: Автореф. дис. … канд. пед. наук. – СПб., 1996. – 19 с.
5. Методика преподавания математики в средней школе: Общая методика: Учеб. пособие для студен- тов пед. ин-тов по спец. 2104 «Математика» и 2105 «Физика»/ А.Я. Блох, Е.С. Канин, Н.Г. Килина и др.; Сост. Р.С. Черкасов, А.А. Столяр. – М.: Просвещение, 1985. – 336 с.
6. Педагогика: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов / Под ред. Ю.К. Бабанского. – М.: Прсве- щение, 1983. – 608 с.
7. Педагогика: Учебное пособие для студентов педагогических учебных заведений. 4-е изд. / В.А. Сла- стенин, И.Ф. Исаев, А.И. Мищенко, Е.Н. Шлянов. – М.: Школьная Пресса, 2002. – 512 с.
8. Пидкасистый П.И. Самостоятельная деятельность учащихся. – М.: Педагогика, 1972. – 184 с.
9. Пратт Т. Языки программирования: разработка и реализация. – М.: Мир, 1979. – 576 с.
10. Рыжова Н.И. Развитие методической системы фундаментальной подготовки будущих учителей ин- форматики в предметной области: Автореф. дис. … д-ра пед. наук. – СПб., 2000. – 43 с.
11. Швецкий М.В. Методическая система фундаментальной подготовки будущих учителей информати- ки в пед. вузе в условиях двухступенчатого образования: Автореф. дис. … д-ра пед. наук. – СПб., 1994. – 36 с.