Департамент образования города Москвы

Самарский филиал

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования города Москвы

«Московский городской педагогический университет»

Факультет информатики

Кафедра высшей математики и информатики

Система математики Maple как мультимедийное средство создания наглядности при обучении стереометрии

Квалификационная работа

Самара

Содержание

Введение

Глава I. Мультимедиа как средство наглядности в обучении

§1. Мультимедиа - основные понятия

§2. Мультимедиа-технологии в различных видах образовательной деятельности

§3. Мультимедиа как средство наглядности в обучении стереометрии

§4.Математические системы: характеристики и возможности

Глава II. Система математики Maple как мультимедийное средство создания наглядности при обучении стереометрии

§1. Математические системы как средства наглядности

§2. Система математики Maple как мультимедийное средство создания наглядности на стереометрии в старшей школе

§3. Методические и дидактические материалы, примерные задания

§ 4. Обоснование эффективности использования наглядности, созданной средствами Maple на уроках стереометрии

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность исследования. Современные тенденции социально- экономического развития России заставляют переосмыслить цели школьного образования, соответственно по-новому сформулировать и планируемые результаты образования. Одним из направлений модернизации является профилизация старшей ступени общеобразовательной школы, реализация которой, в свою очередь, вызвала необходимость введения дополнительных новаций в школьную практику. К числу дополнительных инновационных изменений относится целесообразное сочетание обучения общекультурным знаниям и деятельности, присущей математике, с применением компьютерных информационных технологий [3].

Современное образование направлено на развитие у человека потенциально природных способностей к активному мышлению, формированию у него инновационного, преобразующего интеллекта, реализующегося в такой же деятельностной практике.

Полнота и интенсивность обучения находятся в зависимости от качественного процесса обучения. Природные способности реализуются лишь в процессе «научения» человека использовать их при методической постановке алгоритма его мыслительной и практической деятельности.

За последние несколько лет отечественные и зарубежные авторы все больше сходятся во мнении, что главным назначением информационных технологий является повышение эффективности управления учебно-познавательной деятельностью обучаемых [8, с. 94].

Компьютерные информационные технологии выступают как мощный помощник преподавателю в управлении познавательной деятельностью учащихся, реализации открытого образования и личностной направленностью процесса обучения, позволяющим сделать образование информационно емким, доступным и распределенным [4, с. 94-95].

Массовое внедрение в последние годы компьютерных технологий во все сферы деятельности человека, обусловленное появлением персональных компьютеров нового поколения с качественно новыми мультимедийными возможностями, совершенным интерфейсом, развитие на этой основе компьютерного обучения с использованием мультимедийных средств [1].

В связи с этим, применение информационных технологий и использование компьютерных ресурсов становится неотъемлемой частью современного образования [2, с.58].

Эффект от использования компьютерных средств складывается из сокращения аудиторного времени, затрачиваемого преподавателем на разноуровневую подготовку учащихся, а также из увеличения внеаудиторного времени, затрачиваемого ими для изучения дисциплины за персональным компьютером. При этом в обоих случаях эффект достигается как по содержанию дисциплины, так и по контролю усвоения.

Инновационные педагогические технологии, использующие компьютерные средства, предполагают личностно-ориентированный подход. При таком подходе учащиеся должны демонстрировать свое понимание идей, фактов, концепций, теорий, а не только их запоминание [1].

Повышение качества обучения и применение новых методик обучения могут быть реализованы путем использования информационных телекоммуникационных технологий (мультимедиа, дистанционное обучение на основе электронных средств связи, технологии «виртуальной реальности», программно-тестовое обучение) и др., которые в последнее время стали применяться в учебном процессе образовательных учреждений.

Расширение дидактических возможностей компьютера создают предпосылки для коренного изменения процесса обучения с использованием мультимедийных технологий. Поэтому становится актуальным пересмотр представления и определение роли и места мультимедийных средств в процессе обучения вообще, и в школьном обучении в частности.

Понятно, что за созданием таких интеллектуальных обучающих компьютерных программ - будущее. Но они хороши в тех областях, где знания меняются медленно [1].

Особый практический интерес представляет определение роли и места мультимедийных средств в обучении геометрии. Использование мультимедийных средств в обучении геометрии способно не только повысить эффективность обучения за счет наглядного представления информации, оказывающего положительное влияние на формирование и развитие гибкого геометрического мышления, но и создает представление о профессиональной деятельности, связанной с проектированием, конструированием и другой обработкой визуальной информации в профессионально-ориентированных автоматизированных рабочих местах.

В последние несколько лет в связи с общей компьютеризацией общества и повышением интереса коммерческих и государственных организаций к использованию компьютерных технологий в системе общего образования резко увеличилось количество электронных изданий, предназначенных для школьников [5]. Изменилось и качество образовательных ресурсов на электронных носителях. Большую роль в этом сыграло появление государственного заказа на их создание и разработку методики их использования. Если темпы создания таких ресурсов сохранятся в ближайшие годы, то основной проблемой для учителей и методистов станет не только усвоение методики использования всех этих ресурсов, но и проблема отбора наиболее эффективных в учебном процессе.

Стереометрия, в большей степени, чем другие разделы математики, требует наглядности, что влечет за собой использование большого количества проекционных чертежей и пояснительных рисунков. Уже в силу этого компьютер с его широкими мультимедийными и графическими возможностями может быть вовлечен в процесс обучения для решения ряда проблемных задач современной методики преподавания математики.

Как известно, одной из основных задач при изучении стереометрии в школе является развитие пространственного воображения учащихся. Учителя средней школы должны быть готовы к решению этой задачи на основе современных технологий, в том числе и базирующихся на использовании компьютера [2, с. 61].

Инструментом создания обучающих программ является пакет символьной математики Maple, который также обладает широкими графическими возможностями [7].

Анализ существующих математических информационных систем показал, что система математики Maple может использоваться учителем как мультимедийное средство создания наглядности при обучении геометрии, и в частности стереометрии. Она позволяет учителю составить коллекцию графических файлов и видеоклипов, иллюстрирующих разрабатываемую методическую тему. Обучающие программы, использующие 3D-графику, отличаются ярким иллюстративным материалом, разнообразными формами подачи и оформления учебного материала, исключают фактор примитивного копирования учебника [2, с. 64]. Преимущество их использования состоит в том, что учитель может самостоятельно создавать на их основе систему заданий и демонстрационные материалы, соответствующие целям и задачам конкретного урока. Однако использование в процессе обучения стереометрии требует разработки методического сопровождения и подготовки к их использованию.

Однако, вопрос о возможностях применения новых информационных технологий в обучении стереометрии исследован в настоящее время недостаточно. Современная практика школьного математического образования не отвечает требованиям информационного общества. Все выше сказанное позволяет утверждать, что существует целый комплекс противоречий:

· между возможной и действительной ролью школьного математического образования в развитии личности учащихся;

· между значением стереометрии в школьном преподавании и вниманием к ней в методической литературе и практике работы школы;

· между необходимостью обеспечить эмпирические основы изучения стереометрии в курсе школьной математики и возможностями школьной методики преподавания стереометрии;

· между практикой современной школы и требованиями информационного общества.

На разрешение этих противоречий может повлиять применение мультимедийных средств, позволяющих учесть необходимость и сложность наблюдений в процессе преподавания стереометрии с помощью различного вида моделирования [6].

Необходимость пересмотра содержания компьютерного обучения стереометрии с учетом результатов психологических и педагогических исследований [9, с.13-24; 25-34], расширение дидактических возможностей компьютера [12] и проблема подготовки учителей к применению современных компьютерных технологий в школьном обучении [10; 11] определили актуальность темы исследования «Система математики Maple как мультимедийное средство создания наглядности при обучении стереометрии».

Актуальность выбранной темы предопределила предмет и объект исследования выпускной квалификационной работы.

Объект исследования - обучение стереометрии школьников старших классов.

Предмет исследования - процесс обучения стереометрии с использованием системы математики Maple как средства наглядности.

Цель исследования: определение принципов и способов интеграции математической системы Maple как мультимедийного средства в обучение стереометрии и разработка на этой основе методики его реализации в учебном процессе.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

1) определение роли и места мультимедийных средств в обучении стереометрии;

2) разработка и исследование принципов интеграции компьютерных технологий в процесс обучения стереометрии с учетом современных дидактических возможностей компьютера, психологических и дидактических требований к компьютерному обучению;

3) исследование методических возможностей мультимедийных средств учебного назначения по стереометрии и разработка рекомендаций по их использованию в процессе изучения школьного курса стереометрии;

4) разработка методики применения предметно-ориентированной инструментальной среды «Maple» на профильных этапах школьного обучения стереометрии;

5) практическая проверка сравнительной эффективности разработанных методик.

В ходе исследования использовались следующие методы: анализ психолого-педагогической, методической и учебной литературы по проблеме исследования, методы системного анализа, психолого-педагогический анализ учебного процесса и учебно-познавательной деятельности, педагогические наблюдения, беседы.

На защиту выносятся следующие положения:

- принципы и методы применения компьютерных технологий в обучении стереометрии;

- содержание и методика проведения в курсе стереометрии уроков с использованием инструментальной среды «Maple»;

- разработаны задачи по стереометрии на основе графического пакета «Maple».

Глава I. Мультимедиа как средство наглядности в обучении

§1. Мультимедиа - основные понятия

Многие учителя впервые сталкиваются с понятием мультимедиа, когда в их распоряжении в школе оказывается компьютер, оснащенный специальным оборудованием, позволяющий работать с самой разнообразной информацией, такой как текст, звук, неподвижные и движущиеся изображения. Для большинства людей, имеющих отношение к школе, именно со специального аппаратного обеспечения начинается знакомство и последующее взаимодействие с технологиями мультимедиа.

Действительно, в аппаратном обеспечении особым образом выделяется семейство средств, характерной особенностью которых является возможность обработки и представления информации различных типов, являющихся относительного новыми с точки зрения развития компьютерной техники. За последние годы к числу таких средств, получивших название средств мультимедиа, были отнесены устройства для записи и воспроизведения звука, фото и видео изображений.

Мультимедиа - система, которая использует взаимодействие вычислительной техники и видеосистемы, таким образом, что компьютерная программа может управлять изображением на экране [13].

Специфику средств мультимедиа невозможно понять без знания видов (типов) информации и способов ее представления, что является предметом изучения информатики.

Термин информация уходит корнями к латинскому informatio - разъяснение, изложение. Изначально в это слово вкладывался смысл, соответствующий «сведениям, передаваемым одними людьми другим людям, устным, письменным или другим способом, а также сам процесс передачи или получения этих сведений».

Существует несколько критериев, согласно которым информация может быть классифицирована. В качестве первого критерия может быть использован широко распространенный принцип выделения видов восприятия информации человеком, таких как зрение, слух, обоняние, осязание, вкус. С точки зрения изучения мультимедиа целесообразно рассматривать только те виды информационного воздействия на человека, которые возможны при работе с компьютерной и коммуникационной техникой. Таким образом, всю информацию по видам восприятия можно разделить на три основные группы (рисунок 1):

Все перечисленные виды информации можно классифицировать и по другим критериям. Одним из них является способ восприятия информации человеком. В этой связи всю поступающую обучаемым информацию можно разделить на:

· ассоциативную;

· прямую.

1. Ассоциативная информация - информация, восприятие которой основано на ассоциациях, возникающих у человека под действием раннее усвоенной информации. При таком подходе к классификации к этому виду информации можно отнести текст, речь и, возможно, рисунки и мультфильмы. В качестве примера можно привести текстовое или словесное описание теоремы, с которым школьники знакомятся при изучении треугольников в геометрии. В этом случае чтение текста или прослушивание речи педагога приводит к ассоциации получаемой информации с уже имеющимися у учащихся представлениями о треугольниках.

Важно понимать, что чтение текста или прослушивание речи не приведет к одинаковому восприятию теоремы о треугольниках всеми обучаемыми. Процесс восприятия с психологической точки зрения индивидуален.

2. Прямая информация непосредственно передает важные, в том числе и с точки зрения целей обучения, свойства объектов. К такому виду информации могут быть отнесены фотографии, видеофильмы, произвольный звук, называемый в науке шумом. Одной из существенных отличительных особенностей средств мультимедиа считается возможность представления и обработки прямой информации.

Так, например, использование средств мультимедиа при изучении призмы в курсе стереометрии дает возможность обучаемым увидеть изучаемую призму в пространстве и возможные преобразования с ней. Это позволяет сформировать более корректные образы, наиболее соответствующие реальным объектам и процессам, с которыми человек имеет дело в жизни.

Существует несколько определений мультимедиа и связанных с ним понятий.

1. Мультимедиа (multimedia, от англ. multi - много и media - носитель, среда).

Нетекстовые виды информации - аудио и видео. Большинство сайтов для представления информации используют лишь текст и картинки. Однако существует техническая возможность представлять в Интернете звук и видео. Для просмотра и прослушивания мультимедийного контента могут потребоваться специальные программы или плагины. Поскольку скорость передачи информации в Интернете ограничена, мультимедиа-контент передается по сети в специальном сжатом виде. Как правило, сжатие влечет за собой некоторую потерю качества изображения и звука. Несмотря на сжатие, объем мультимедиа-файлов остается значительным.

Мультимедиа технологии (Мультимедиа средства; Мультимедиа ресурсы) - совокупность современных средств аудио- теле-, визуальных и виртуальных коммуникаций, используемых в процессе организации, планирования и управления деятельностью.

Мультимедиа технологии - способ подготовки электронных документов, включающих визуальные и аудиоэффекты, мультипрограммирование различных ситуаций [22]. 

Мультимедиа-компьютер - компьютер, снабженный аппаратными и программными средствами, реализующими технологию мультимедиа [14].

Мультимедиа презентация - современный способ подачи информации под девизом «максимум информации за минимум времени». Информативность презентации очень высока за счет сочетания текста и графики, видео, анимации и звука. Именно благодаря мультимедийности улучшается восприятие информации [15].

2. Мультимедиа - ее технологии позволяют создавать электронные издания в виде виртуальной реальности в условиях интерактивного режима взаимодействия пользователя с программно-информационной средой.

3. Мультимедиа - это применение двух- и трехмерной анимации, видео, звука, это моделирование различных процессов в условном масштабе времени; создание и воспроизведение динамических изображений в реальном масштабе времени, игры, наконец. Без мультимедиа-технологий уже невозможно представить рекламную деятельность, образование и другие виды деятельности [16].

4. Мультимедиа - совокупность компьютерных технологий, одновременно использующих несколько информационных сред: графику, текст, видео, фотографию, анимацию, звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Технологию мультимедиа составляют специальные аппаратные и программные средства [17].

5. Мультимедиа (лат.Multum + Medium) - одновременное использование различных форм представления информации и ее обработки в едином объекте-контейнере. Например, в одном объекте-контейнере (англ. container) может содержаться текстовая, аудиальная, графическая и видео информация, а также, возможно, способ интерактивного взаимодействия с ней.

6. Термин мультимедиа также, зачастую, используется для обозначения носителей информации, позволяющих хранить значительные объемы данных и обеспечивать достаточно быстрый доступ к ним (первыми носителями такого типа были CD-ROM). В таком случае термин мультимедиа означает, что компьютер может использовать такие носители и предоставлять информацию пользователю через все возможные виды данных, такие как аудио, видео, анимация, изображение и другие в дополнение к традиционным способам предоставления информации, таким как текст [18].

7. В широком смысле термин «мультимедиа» означает спектр информационных технологий, использующих различные программные и технические средства с целью наиболее эффективного воздействия на пользователя (ставшего одновременно и читателем, и слушателем, и зрителем).

Если в ближайшее время появятся и получат распространение устройства для цифровой обработки запахов, то эти устройства также будут отнесены к семейству средств мультимедиа.

Мультимедиа и входящие в это понятие мультимедиа технологии тесно связаны с информационными процессами, происходящими в природе, обществе и технике.

Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия решений на ее основе и их выполнения. Информация содержится в человеческой речи, текстах книг, журналов, газет, сообщениях радио и телевидения, показаниях приборов и т.д. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств, хранит и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы.

Процесс решения в уме математической задачи, процесс перевода текста с одного языка на другой - все это обработка информации. Процессы обработки информации составляют суть умственной деятельности человека. Человек думает, вычисляет, говорит, слушает, читает, пишет. При этом он всегда имеет дело с информацией.

Информационный процесс - это совокупность последовательных действий, производимых над информацией с целью получения результата. Среди всех информационных процессов можно выделить наиболее общие (рисунок 2).

С учетом этого известные мультимедиа ресурсы можно классифицировать так же следующим образом (рисунок 3):

Понятие мультимедиа, вообще, и средств мультимедиа, в частности, с одной стороны тесно связано с компьютерной обработкой и представлением разнотипной информации и, с другой стороны, лежит в основе функционирования средств информатизации, существенно влияющих на эффективность образования. Наличие и внедрение в сферу образования средств мультимедиа способствует появлению соответствующих компьютерных программных средств и их содержательного наполнения, разработке новых методов обучения и технологий информатизации профессиональной деятельности учителей.

Таким образом, мультимедиа - это:

1) технология, описывающая порядок разработки, функционирования и применения средств обработки информации разных типов;

2) информационный ресурс, созданный на основе технологий обработки и представления информации разных типов;

3) компьютерное программное обеспечение, функционирование которого связано с обработкой и представлением информации разных типов;

4) компьютерное аппаратное обеспечение, с помощью которого становится возможной работа с информацией разных типов;

5) особый обобщающий вид информации, которая объединяет в себе как традиционную статическую визуальную (текст, графику), так и динамическую информацию разных типов (речь, музыку, видео фрагменты, анимацию и т.п.).

§2. Мультимедиа-технологии в различных видах образовательной деятельности

Появление систем мультимедиа произвело революцию во многих областях деятельности человека. Одно из самых широких областей применения технология мультимедиа получила в сфере образования, поскольку средства информатизации, основанные на мультимедиа способны, в ряде случаев, существенно повысить эффективность обучения. Экспериментально установлено, что при устном изложении материала обучаемый за минуту воспринимает и способен переработать до одной тысячи условных единиц информации, а при «подключении» органов зрения до 100 тысяч таких единиц.

Первое общепризнанное определение «media education» было выработано на совместном совещании сектора информации ЮНЕСКО и Международного совета по кино и телевидению в 1973 г.:

«Под медиаобразованием следует понимать обучение теории и практическим умениям для овладения современными средствами массовой коммуникации, рассматриваемыми как часть специфической и автономной области знаний в педагогической теории и практике; его следует отличать от использования СМК как вспомогательных средств в преподавании других областей знаний, таких, как например, математика, физика или география»[19, с. 8]

Безусловно, применение компьютерных технологий обучения позволяет видоизменять весь процесс преподавания, реализовывать модель личностно-ориентированного обучения, интенсифицировать занятия, а главное - совершенствовать самоподготовку обучающихся. Безусловно, современный компьютер и интерактивное программно-методическое обеспечение требуют изменения формы общения преподавателя и обучающегося, превращая обучение в деловое сотрудничество, а это усиливает мотивацию обучения, приводит к необходимости поиска новых моделей занятий, проведения итогового контроля (доклады, отчеты, публичные защиты групповых проектных работ), повышает индивидуальность и интенсивность обучения. Но, применение мультимедиа технологий открывает перспективное направление развития современных компьютерных технологий обучения [21].

Средства и технологии мультимедиа обеспечивают возможность интенсификации школьного обучения и повышение мотивации школьников к учению за счет применения современных способов обработки аудиовизуальной информации, таких, как:

· «манипулирование» (наложение, перемещение) визуальной информацией;

· контаминация (смешение) различной аудиовизуальной информации;

· реализация анимационных эффектов;

· деформирование визуальной информации (увеличение или уменьшение определенного линейного параметра, растягивание или сжатие изображения);

· дискретная подача аудиовизуальной информации;

· тонирование изображения;

· фиксирование выбранной части визуальной информации для ее последующего перемещения или рассмотрения «под лупой»;

· многооконное представление аудиовизуальной информации на одном экране с возможностью активизировать любую часть экрана (например, в одном «окне» - видеофильм, в другом - текст);

· демонстрация реально протекающих процессов, событий в реальном времени (видеофильм).

Мультимедиа является эффективной образовательной технологией благодаря присущим ей качествам интерактивности, гибкости и интеграции различных типов учебной информации, а также благодаря возможности учитывать индивидуальные особенности учащихся и способствовать повышению их мотивации.

Технологии мультимедиа позволяют осмысленно и гармонично интегрировать многие виды информации. Это позволяет с помощью компьютера представлять информацию в различных формах, часто используемых в школьном обучении, таких как:

· изображения, включая отсканированные фотографии, чертежи, карты и слайды;

· звукозаписи голоса, звуковые эффекты и музыка;

· видео, сложные видеоэффекты;

· анимации и анимационное имитирование.

За счет этого, большинство педагогов могут использовать мультимедиа как основу своей деятельности по информатизации образования.

Информатизация образования представляет собой область научно-практической деятельности человека, направленной на применение технологий и средств сбора, хранения, обработки и распространения информации, обеспечивающее систематизацию имеющихся и формирование новых знаний в сфере образования для достижения психолого-педагогических целей обучения и воспитания.

В настоящее время практически невозможно найти область знаний, в которой не существовало бы электронных информационных мультимедийных энциклопедий, справочников и учебных пособий. Подавляющее большинство из них является гипермедиа-системой, сочетающей текст, статичные изображения (рисунки, фотографии), аудио и видеофрагменты.

Образовательная деятельность так же тесно связана с использованием всевозможных мультимедийных ресурсов [21, с. 13].

По мнению Г.А. Скидановой применение технологии мультимедиа в сочетании с традиционными средствами обучения подтверждают эффективность использования мультимедийной технологии в учебном процессе. Растет качество знаний, интерес к предмету. Она считает, что изучать и использовать технологию мультимедиа целесообразно при проведении уроков. Эффективность применения мультимедиа основана на трех основных принципах: наглядность, доступность, художественный дизайн программной оболочки [20,с. 129-130].

Г.А. Скиданова считает, что положительные аспекты технологии мультимедиа определяются суммой технологий, позволяющих компьютеру воздействовать на все органы чувств человека и вовлечь его в активные действия в процессе изучения [20,с. 130].

На сегодняшний день информационные и, в частности, мультимедиа технологии в большей или меньшей степени применяются в учебной и организационно-педагогической деятельности практически всех средних учебных заведений.

Но, к сожалению, на сегодняшний день не существует работ, представляющих в обобщенном виде опыт реализации медиаобразовательных ресурсов системой образования.

Например, в Самаре в результате социологических исследований «Медиаресурсы и медиаобразование в учреждениях среднего образования г. Самары» [23] была проведена «инвентаризация» ресурсов медиаобразования, которыми располагает система среднего общего образования в городе.

Исследование проводилось сотрудниками социологической лаборатории «Центр медиаобразования и медиа исследований» Самарского филиала Московского городского педагогического университета под руководством А.В. Шарикова. Опрошены представители администрации 157 образовательных учреждений (93,5% средних школ города) [23, с.2].

Как показало исследование, свободный доступ в Интернет имеют 28,7% школ города (таблица 1).

Таблица 1.

Наличие свободного доступа к ресурсам сети Интернет в школах разного типа

Варианты ответов	Статус ОУ	Всего
	Группа А. «обычные» школы	Группа В. «продвинутые» ОУ
	Кол-во ОУ	%	Кол-во ОУ	%	Кол-во ОУ	%
Есть свободный доступ	25	21,0	20	52,6	45	28,7
Нет	91	76,5	17	44,7	108	68,8
Не дали ответа	3	2,5	1	2,6	4	2,5

Этот показатель различен для «продвинутых» и «обычных» школ. Если среди «продвинутых» ОУ он составляет 52,6%, то среди «обычных» школ всего 21%.

В исследовании был рассмотрен вопрос использования медиаресурсов в учебно-воспитательном процессе. В исследовании выяснялось, с какой регулярностью Медиаресурсы используются на уроках. Ответы рассматривались по отдельности для трех ступеней школьного обучения - начальной школы, среднего звена и старших классов [23,с.31].

Результаты ответов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Использование медиаресурсов при проведении уроков

(в % от общего числа школ, N=157)

Варианты ответов	Доля опрошенных
	В начальной школе	В среднем звене	На старшей ступени обучения
Не используются	16,6	10,8	12,1
Редко используются	54,1	52,2	44,6
Регулярно используются	13,4	25,5	33,1
Нет ответа	15,9	11,5	10,2

Как показало исследование, в среднем, в каждой десятой школе Медиаресурсы не используются вообще (16,6% в начальной школе, 10,8% в среднем звене, 12,1% в старшей школе).

Более чем в половине исследуемых школ (54,1% в начальной школе, 52,2% в среднем звене, 44,6% на старшей ступени обучения) подобные медиаресурсы используются редко. Регулярное использование медиаресурсов в начальной школе характерно лишь для каждого восьмого ОУ, принимавшего участие в опросе (13,4%). В среднем и старшем звене медиаресурсы используются чаще: каждая четвертая школа (25,5%) регулярно использует медиаресурсы на уроках в среднем звене, каждая третья (33,1%) - на старшей ступени обучения [23,с.32].

Как показало исследование коллектива авторов по руководством профессора А.В. Шарикова, набор привлекаемых учителями медиаресурсов отличается в зависимости от ступени обучения. Во всех трех ступенях достаточно широко используются видеофильмы и магнитофонные записи - их использование находится примерно на одно уровне во всех классах. Просматриваются два четких тренда: уменьшение частоты использования диафильмов от начальных к старшим классам и, напротив, увеличение интенсивности использования с возрастом компьютерных продуктов и Интернет-ресурсов [23,с.32].

В исследовании также удалось выявить, на каких предметах чаще всего

используются медиаресурсы. Оказалось, что в начальной школе это уроки музыки (40,7%), иностранного языка (32,6%) и чтения (30,2%), после которых называли «Информационную культуру» (19,8%) и «Изобразительное искусство» (19,8%). На остальных уроках медиаресурсы используются реже.

В среднем звене медиаресурсы чаще всего используются на уроках литературы (54,6%), истории (50,0%) и иностранного языка (49,1%).

Сравнительно часто их используют и преподаватели естественно-научного цикла - биологии, географии, физики, химии (соответственно, 32,4%, 23,1%, 21,3%, 10,2%).

Практически в каждой третьей школе медиаресурсы применяются учителями информатики/информационной культуры (29,6%).

Предметы эстетического цикла также предполагают использование на уроках медиаресурсов, так, например, подобные средства используются учителями музыки (17,6%) и учителями МХК (12,0%).

Учителями старшего звена медиаресурсы используются активнее, чем в начальной школе и среднем звене. Как и в среднем звене, медиаресурсы применяются, прежде всего, на уроках литературы (58,7%), истории (51,0%) и иностранного языка (46,2%).

Достаточно часто медиаресурсы используются учителями информатики и информационной культуры (43,3%) и астрономии (41,3%), а также при преподавании естественно-научных дисциплин (физики -29,8%, биологии - 26,0%, географии - 15,4%, химии - 14,4%).

Таблица 3.

Предметы, на которых используются медиаресурсы учителями старшей школы (в % от числа школ, использующих медиаресурсы на уроках) [23,с.34]

Предметы	Доля школ, %
Литература	58,7
История	51,0
Иностранный язык	46,2
Информационная культура	43,3
Астрономия	41,3
Физика	29,8
Биология	26,0
География	15,4
Химия	14,4
Русский язык	9,6
МХК	8,7
Математика	8,7
Технология	7,7

Таким образом, результаты исследования свидетельствуют, что медиаресурсы используются более всего учителями гуманитарного цикла.

Использование медиаресурсов на уроках математики, к сожалению, имеют незначительную долю, однако имеют тенденцию к незначительному повышению от начальной к высшей школе (таблица 4).

Таблица 4.

Использование средств мультимедиа на уроках математики

Использование медиаресурсов на уроках математики	Начальная школа	Среднее звено школы	Старшая школа
Доля школ, %	4,7	8,3	8,7

Мультимедиа технологии с каждым днем все больше проникают в различные сферы образовательной деятельности. Этому способствуют как внешние факторы, связанные с повсеместной информатизацией общества и необходимостью соответствующей подготовки школьников, так и внутренние факторы, связанные с распространением в общеобразовательных учебных заведениях современной компьютерной техники и программного обеспечения, принятием государственных и межгосударственных программ информатизации образования, появлением необходимого опыта информатизации у все большего количества учителей школ. В большинстве случаев использование мультимедиа-средств оказывает положительное влияние на интенсификацию труда педагогов, а также на эффективность обучения школьников.

В то же время любой опытный школьный учитель подтвердит, что на фоне достаточно частого положительного эффекта от внедрения информационных технологий, во многих случаях использование мультимедиа-средств никак не сказывается на повышении эффективности обучения, а в некоторых случаях такое использование имеет негативный эффект. Очевидно, что решение проблем уместной и оправданной информатизации обучения должно осуществляться комплексно и повсеместно.

Педагоги должны учитывать два возможных направления внедрения средств мультимедиа в учебный процесс. Первое из них связано с тем, что такие средства включаются в учебный процесс в качестве «поддерживающих» средств в рамках традиционных методов исторически сложившейся системы школьного образования. В этом случае мультимедиа-ресурсы выступают как средство интенсификации учебного процесса, индивидуализации обучения и частичной автоматизации рутинной работы учителей, связанной с учетом, измерением и оценкой знаний школьников.

Внедрение мультимедиа-ресурсов в рамках второго направления приводит к изменению содержания образования, пересмотру методов и форм организации учебного процесса в школе, построению целостных курсов, основанных на использовании содержательного наполнения ресурсов в отдельных учебных дисциплинах. Знания, умения и навыки в этом случае рассматриваются не как цель, а как средство развития личности школьника.

Использование мультимедиа технологий будет оправданным и приведет к повышению эффективности обучения в том случае, если такое использование будет отвечать конкретным потребностям системы общего среднего образования, если обучение в полном объеме без использования соответствующих средств информатизации невозможно или затруднительно.

Мультимедиа ресурсы являются необходимыми элементами современной модели обучения. Основными задачами современных информационных технологий обучения с использованием мультимедийных средств являются разработка интерактивных сред управления процессом познавательной деятельности, доступа к современным информационно- образовательным ресурсам (мультимедиа учебникам, различным базам данных, обучающим сайтам и другим источникам).

По мнению Н.В.Беляевой среди медиаресурсов, предназначенных для средней общеобразовательной школы, можно выделить программно-технологические и программно-методические средства обучения [24].

Программно-технологические позволяют осуществить связь «ученик - компьютер» без участия учителя. Они уже содержат необходимые инструктивные указания для учащихся, обеспечивают интерактивный характер работы учащегося в рамках определенного сценария, а также осуществляют проверку результатов учебной работы. При использовании программно-методических средств в учебном процессе реализуется связь «учитель - компьютер - ученик». В этом случае преподавателю необходимо заранее найти необходимые элементы мультимедиа ресурсов, спланировать последовательность их применения на занятии, продумать содержание учебной деятельности школьников при работе с этими объектами.

Как отмечает Н.В.Беляева, значительная часть программных продуктов относится к классу программно-методических средств.

Проблема эффективного использования программно-технологических мультимедиа ресурсов в учебном процессе заключается в отсутствие их учебно-методического сопровождения (инструктивных и дидактических материалов для учащихся и методических указаний для учителя).

Другая проблема лежит в социально-психологической плоскости. Чрезмерное и неоправданное использование компьютерной техники негативно отражается на здоровье всех участников образовательного процесса. Чрезмерное использование на уроках мультимедийных средств приводит к свертыванию социальных контактов, сокращению социального взаимодействия и общения [24].

Применение мультимедиа-средств в школьном обучении по принципу «чем больше, тем лучше» не может привести к реальному повышению эффективности системы общего среднего образования. В использовании мультимедиа-ресурсов необходим взвешенный и четко аргументированный подход.

Анализ мультимедиа ресурсов, представленных на образовательном рынке России в частности показал, что некоторые из них могут быть с успехом включены в систему дидактического обеспечения занятий по математике. Компьютерные анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажеры могут эффективно использоваться для целенаправленной отработки у учащихся практических и экспериментальных действий и операций, формирования общих подходов к планированию и проведению отдельных этапов математического исследования, а также контроля уровня сформированности у школьников умений и навыков в выполнении математических задач.

Внедрение мультимедиа-ресурсов в учебный процесс школы может происходить в соответствии с двумя основными направлениями:

Мультимедиа ресурсы, наиболее часто применяемые в учебном процессе, можно так же разделить на две группы:

1) на основе сетевых технологий, использующих локальные сети и глобальную сеть Internet (электронные вариант методических рекомендаций, пособий, серверы дистанционного обучения, обеспечивающие интерактивную связь с учащимися через Internet, в том числе в режиме реального времени);

2) использующие информационные технологии, ориентированные на локальные компьютеры (обучающие программы, компьютерные модели реальных процессов, демонстрационные программы, электронные задачники, контролирующие программы, дидактические материалы).

Вводить компьютерные компоненты можно в уроки любых предметов. Все дело заключается в целесообразности, наличии соответствующих качественных программ, условиях использования.

Как отмечалось в материалах международной конференции, посвященной проблемам внедрения информационных технологий в образование, урок с применением компьютера будет эффективнее у того учителя, который, среди всего прочего, интеллектуально развит, эрудирован, способен оценивать педагогические возможности компьютерных программ и методически гибок [25].

Среди обучающих программ для математики заместители директоров по УВР [22] отмечают следующие:

1. Графический редактор «Paint» входит в стандартный комплект программных средств компьютера. Он служит для создания , просмотра и редактирования графических изображений . Созданное изображение может быть распечатано на принтере или записано в виде файла для его дальнейшего использования.

2. Графический редактор «Adobe Illustrator» является более мощным средством для создания и обработки рисунков, он имеет дело с так называемым векторным изображением

3. С помощью редактора электронных таблиц Microsoft Excel можно строить графики функций и выполнять несложные вычисления.

4. Программа 3D See Builder поможет выполнить задачи на построение сечений.

5. zadachi.mccme.ru - информационно- поисковая система <Задачи>.

6. matematica.agava.ru - сайт разнообразных математических задач для поступающих в вузы с решениями.

7. school. msu.ru - учебно- консультационный сайт для учащихся и преподавателей средних школ

8. Мультимедийные учебные пособия:

· «Алгебра не для отличников»,

· «Геометрия не для отличников»,

· «Тригонометрия не для отличников»,

· «Teach Pro Математика. Решение уравнений и неравенств»,

· «Teach Pro Математика. Тригонометрия. Функция», 

· «Л.Боревский «Курс математики 2000»,

· «Математика абитуриенту»,

· «Все задачи школьной математики. Алгебра 7-9, Алгебра и начала анализа 10-11, итоговая аттестация выпускников», 

· «Открытая математика. Планиметрия»,

· «Открытая математика. Стереометрия»,

· «Открытая математика. Функции и графики» [22].

Образовательные мультимедиа-ресурсы, внедряемые согласно первому направлению, включаются в учебный процесс в качестве «поддерживающих». В этом случае информационные ресурсы выступают как средство интенсификации учебного процесса, индивидуализации обучения и частичной автоматизации рутинной работы учителей, связанной с учетом, контролем и оценкой знаний школьников.

Второе направление внедрения мультимедиа-ресурсов представляет собой более сложный процесс, приводящий к изменению содержания образования, пересмотру методов и форм организации учебного процесса, построению целостных курсов, основанных на использовании содержательного наполнения информационных источников в отдельных школьных дисциплинах.

Основными видами электронных информационных ресурсов образовательного назначения, которые могут быть основаны на использовании мультимедиа-технологий, являются:

· информационно-поисковые и справочные мультимедиа-системы,

· прикладные мультимедиа-энциклопедии,

· мультимедиа-средства для контроля и измерения уровня знаний, умений и навыков школьников,

· электронные тренажеры,

· мультимедиа-средства для математического и имитационного моделирования,

· мультимедиа-средства лабораторий удаленного доступа и виртуальных лабораторий,

· автоматизированные обучающие системы,

· электронные мультимедиа-учебники,

· экспертные обучающие системы,

· интеллектуальные обучающие системы.

§3. Мультимедиа как средство наглядности в обучении стереометрии

Известно, что способность создавать и свободно оперировать пространственными образами в процессе решения прикладных задач рассматривается сегодня как одна из фундаментальных человеческих способностей, характеризующих уровень общего интеллектуального развития человека. В современных условиях развития науки и техники наблюдается устойчивая тенденция к использованию схематического представления информации, замене реальных пространственных объектов -моделями, наглядных изображений - условными обозначениями [30].

Поэтому для специалистов любого профиля необходимы умения создавать мысленную пространственную конструкцию объекта по его графическому представлению и умения оперировать вторичными образами.

Основной школьной дисциплиной, формирующей эти умения, считается геометрия. Однако ряд исследователей констатирует, что указанная способность формируется недостаточно.

Сократить существующий разрыв между возрастными требованиями к графической культуре человека и реально получаемым в школе уровнем стереометрической подготовки можно при условии формирования основных стереометрических сенсорных эталонов и технологий пространственного восприятия уже в среднем дошкольном возрасте на этапе перехода от практически-действенного к наглядно-образному мышлению.

Стереометрия - раздел геометрии, в котором изучаются свойства фигур в пространстве (пространственных фигур). Слово «стереометрия» состоит из греческих слов «стереос» - телесный, пространственный и «метрео» -измеряю. В стереометрии изучаются свойства фигур в пространстве (т.е. свойства пространственных фигур) [28].

Стереометрия - это раздел геометрии, в котором изучаются фигуры в пространстве. Основными фигурами в пространстве являются точка, прямая и плоскость. В стереометрии появляется новый вид взаимного расположения прямых: скрещивающиеся прямые. Это одно из немногих существенных отличий стереометрии от планиметрии, так как во многих случаях задачи по стереометрии решаются путем рассмотрения различных плоскостей, в которых выполняются планиметрические законы [29].

Одной из основных проблем при изучении стереометрии в школе является проблема наглядности, связанная с тем, что изображения даже простейших геометрических фигур, выполненные в тетрадях или на доске, как правило, содержат большие погрешности. Современные компьютерные средства позволяют решить эту проблему.

Стереометрия - это одна из немногих, если не единственная область школьной математики, в отношении которой не приходится агитировать за мультимедийные технологии.

По мнению Л.А. Савиной собственно - мультимедиа-среды используются только при изучении геометрии в трехмерном пространстве - стереометрии.

Используя известные закономерности перцептивной деятельности (Б.Ананьев [31], И. Якиманская [32] и др.), приводящей к возникновению образа трехмерного объекта, представленного на плоскости и переводу пространственных представлений из мысленной сферы в реальное графическое изображение, осуществляется с помощью мультимедийных средств в стереометрии по этапам:

1) получение простейших трехмерных геометрических эталонов (куб, параллелепипед, треугольная призма, четырехугольная призма, цилиндр) путем динамического линейного преобразования в пространстве соответствующих двумерных геометрических эталонов (квадрат, прямоугольник, треугольник, произвольный четырех угольник, круг);

2) получение простейших трехмерных геометрических эталонов (сфера эллипсоид, полусфера) путем вращения в пространстве соответствующих двумерных геометрических эталонов (круг, эллипс, полукруг);

3) получение простейших трехмерных геометрических эталонов (конус, усеченный конус) путем двойного динамического преобразования: линейного перемещения и шкалирования двумерного геометрического эталона «круг»;

4) восприятие и анализ структуры сложных трехмерных тел. Элементы конструирования;

5) анализ взаиморасположения неподвижных и движущихся тел в пространстве, ориентация в пространстве;

6) восприятие и анализ двумерных моделей геометрических тел;

7) создание пространственных представлений тел по двумерным моделям;

8) оперирование пространственными образами тел: статическими и динамическими;

9) знакомство с методами объемного отображения трехмерных тел;

10) установление взаимосвязи между телами и их графическими изображениями;

11) установление взаимосвязей цепочки: телорисунок- двумерный чертеж- символическое условное обозначение.

Для поэтапного формирования графических образов трехмерного пространства необходимы специальные средства организации познавательной деятельности детей. Набор традиционных средств обучения стереометрии (статические модели, таблицы, слайды и др.) для этой цели не подходят даже потому, что современные школьники слабо владеют навыками элементарного чтения, а также потому, что эти средства предназначены для фронтальной работы и не обеспечивают индивидуализации обучения. Главное же условие - динамические метаморфозы образов тел - не могут адекватно обеспечивать даже стандартные компьютерные средства обучения.

Именно по указанным выше причинам необходимо при обучении стереометрии использовать мультимедиа-среды, с привлечением видео и анимационной оснастки, под управлением компьютера.

Мультимедийные ресурсы реализуют формирование и презентацию звуковых и графических образов на самом компьютере или на интерактивной доске.

Современная трехмерная графика позволяет создавать модели сложных геометрических тел и их комбинаций, вращать их на экране, менять освещенность.

Использование мультимедийных компьютерных программ (продуктов) при изучении стереометрии позволяет разгрузить учителя, увеличить заинтересованность учащихся в предмете, дает возможность решения задач разных циклов, более наглядной подачи материала за счет анимации.

Мультимедийные продукты - это документы, несущие в себе информацию разных типов и предполагающие использование специальных технических устройств для их создания и воспроизведения.

В настоящее время число названий мультимедийных продуктов измеряется тысячами. Отечественный рынок мультимедийных продуктов значительно скромнее западного, хотя он, по данным экспертов, испытывает пик своего развития.

Если в первом издании российского справочника по CD-ROM и мультимедиа 1995 года перечислено всего 34 такого рода продуктов, то в издании 1996 года - уже более 112. В 1997 году появились новые данные - 160. В настоящее время ежегодно появляется не менее 400 мультимедийных отечественных продуктов.

При применении мультимедиа ресурсов благодаря усилению эмоциональной составляющей увеличивается темп урока на 10-15%.

Компьютер - это аудиовизуальный концентратор внимания, используемый для иллюстрации основных идей преподаваемого курса, проверки качества знаний, решения задач. Кроме этого, при работе с мультимедийными программами обеспечивается обратная связь, осуществляется быстрый поиск нужной информации, экономится время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям, наряду с кратким текстом, объяснения сопровождаются демонстрацией анимационных эффектов [27].

Например, благодаря электронному учебнику справочнику «Планиметрия», разработанному образовательным центром КУДИЦ, возможно проведение прямой (луча, отрезка) через две точки, построение окружностей, дуг, углов, векторов, эллипсов, парабол, гипербол и пр. Все создаваемые объекты можно озвучить, окрасить и анимировать.

Программа «Живая Геометрия» - эффективное средство для широкого спектра пользователей от - учеников от 5-го класса до студентов вуза. Хотя в основном она рассчитана на поддержку школьного курса геометрии и алгебры. Живая Геометрия проявляет свою полную мощность при динамической работе с евклидовой и неевклидовой геометрий, алгеброй, тригонометрией, приближенными вычислениями и расчетами.

С помощью программы можно также найти примеры, ручной поиск которых занял бы много времени или же просто невозможен. На экранах компьютеров можно увидеть точно вычерченные чертежи и графики, ручное построение которых немыслимо; построить привлекательные фракталы, заставить вращаться идеально правильные многогранники и т. п.