Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования

Как было уже сказано, общество этапа информатизации характеризует процесс активного использования информации в качестве общественного продукта, в связи с чем происходит формирование высокоорганизованной информационной среды, оказывающей влияние на все стороны жизнедеятельности членов этого общества.

Информационная среда включает множество информационных объектов и связей между ними, средства и технологии сбора, накопления, передачи, обработки, продуцирования и распространения информации, собственно знания, а также организационные и юридические структуры, поддерживающие информационные процессы. Общество, создавая информационную среду, функционирует в ней, изменяет, совершенствует ее. Современные научные исследования убеждают в том, что совершенствование информационной среды общества инициирует формирование прогрессивных тенденций развития производительных сил, процессы интеллектуализации деятельности членов общества во всех его сферах, включая и сферу образования, изменение структуры общественных взаимоотношений и взаимосвязей [10]. [12], [18], [41].

1.2 В связи с особой важностью вышеизложенного остановимся на описании основных направлений формирования и становления средств, методов и технологий, которые приводят к перестройке информационной среды, открывая новые возможности прогрессивного общественного развития, находящего свое отражение и в сфере образования.

1.2.1. Математизация и информатизация предметных областей. Использование современных информационных технологий при реализации возможностей аппарата математики, в том числе математической статистики, позволяет автоматизировать процессы обработки информации, результатов научного эксперимента, интенсифицировать применение инструментария математики в социологических исследованиях. Математизация дает возможность повысить качество принимаемых решений на всех стадиях процесса принятия решения человеком или ЭВМ за счет применения современных методов многофакторного анализа, прогнозирования, моделирования и оценки вариантов, оптимального планирования. Это позволяет перейти к разработке научно обоснованных подходов к принятию оптимального решения в конкретной ситуации, использовать методы и средства информатики в процессе решения задач различных предметных областей.

1.2.2 Интеллектуализация деятельности.

Реализация возможностей технических и программных средств современных информационных технологий позволяет: обеспечить управление информационными потоками; общаясь с пользователем на естественном языке, осуществлять распознавание образов и ситуаций, их классификацию; эффективно обучать логике доказательств; накапливать и использовать знания; организовывать разнообразные формы деятельности по самостоятельному извлечению и представлению знаний; осуществлять самостоятельное "микрооткрытие" изучаемой закономерности.

Все вышеперечисленное способствует развитию интеллектуального потенциала индивида, реализует идеи развивающего обучения [4].

1.2.3. Интеграционные процессы.

Интеграция современных информационных технологий с операциональными обеспечивает системный эффект, следствием которого становится "технологический прорыв", имеющий место и в педагогике. Вместе с тем использование современных информационных технологий поддерживает общие интеграционные тенденции процесса познания окружающей информационной, экологической, социальной среды, способствует реализации преимуществ узкой специализации и возможностей индивидуализации процесса обучения, обеспечивая тем самым синергический эффект в педагогике.

1.2.4. Совершенствование инфраструктуры системы образования и механизмов управления.

Возможность легкого доступа к информационным ресурсам, а в сфере образования - к информационно-методическому обеспечению процесса обучения, тиражируемость передовых педагогических технологий на базе использования средств новых информационных технологий обеспечивает расширение и укрепление связей между отдельными структурами системы образования, что приводит к совершенствованию ее инфраструктуры. Автоматизация процессов ведения делопроизводства в учебном заведении, реализуемость управления отдельными этапами учебного процесса приводит к совершенствованию механизмов организационного управления системой образования [14], избавляет от рутинной, "бумажной" работы.

1.3 Естественно предположить, что развитие, совершенствование информационной среды сферы образования зависит от обеспечения системы образования как в целом, так и каждого учебного заведения в отдельности специализированными подразделениями, приспособленными для организации деятельности со средствами новых информационных технологий.

Перейдем к рассмотрению проблем, связанных с созданием средств обучения, функционирующих на базе НИТ, и их применением в специализированных учебных кабинетах.

2. Система средств обучения на базе новых информационных технологий

Изучение отечественного и зарубежного опыта использования СНИТ, в частности компьютера, в целях обучения, а также теоретические исследования в области проблем информатизации образования позволяют констатировать, что включение компьютера в учебный процесс оказывает определенное влияние на роль средств обучения, используемых в процессе преподавания того или иного предмета (курса), а само применение СНИТ деформирует уже традиционно сложившуюся структуру учебного процесса. Отсутствие комплексного подхода к проблеме использования СНИТ в целях образования, недооценка того, что применение компьютера в отрыве от других средств обучения, вне специализированного кабинета, не может привести к позитивным сдвигам в области повышения эффективности процесса обучения, повлекло распространение практики использования компьютера в качестве средства, предназначенного для "латания прорех" традиционной методики обучения. Такое усеченное представление о возможностях использования СНИТ и компьютера, в частности, дискредитирует саму идею информатизации образования. Рассматривая педагогические аспекты проблем информатизации образования и результаты исследований в этой области психологов и методистов [6], [12], [13], [22], [24], [41], [52] и др., следует констатировать, что в процессе общения обучаемого со СНИТ и, в частности, при работе с компьютерной программой, а также в процессе так называемого "экранного творчества" ученик подменяет объекты реального мира либо моделями, изображениями этих объектов, либо символами, обозначающими объекты или отношения между ними, при этом восприятие обучаемым реального мира подменяется опосредованным восприятием последнего, что зачастую приводит к утрате предметности деятельности, к оторванности от действительности. Кроме того, работа за компьютером связана с высоким эмоциональным напряжением, которое не всегда и не каждому может быть полезно.

2.1 Учитывая исключительную важность вышеизложенного, а также некоторые теоретические положения [Глава I, п. 1.2, п. 1.3], можно сделать вывод о том, что СНИТ и компьютер, в частности, следует рассматривать лишь как элемент системы средств обучения (ССО).

При этом под системой средств обучения будем понимать совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих (в рамках методики их использования) элементов и (или) компонентов системы, образующих определенную целостность, единство.

Определяя ССО, уместно остановиться на рассмотрении ее составных частей. Так, составную часть, наполняемую предметным содержанием, назовем компонентом ССО в отличие от элемента ССО инварианта относительно наполнения.

Перечислим характерные черты учебного процесса осуществляемого с применением ССО, в состав которой входят средства обучения, функционирующие на базе НИТ (ССО на базе НИТ). К ним относятся: автоматизация процессов обработки, передачи информации об объектах изучения и управления обучением; организация информационно - учебной (Глава I, п. 1.2.) и экспериментально - исследовательской деятельности (Глава III, п. 4.2.); организация самостоятельной учебной деятельности по представлению и извлечению знаний; обеспечение предметности деятельности со СНИТ, ее практическая направленность.

Вышеперечисленное обеспечивается наличием следующего:

программно - методическое обеспечение, ориентированное на поддержку процесса преподавания определенного учебного предмета (предметов) или курса (курсов), которое должно включать: программные средства поддержки процесса преподавания; инструментальные программные средства, обеспечивающие возможность автоматизации процесса контроля результатов учебной деятельности, разработки ППС, а также управления обучением;

объектно - ориентированные программные системы, в основе которых лежит определенная модель объектного "мира пользователя" (например, система подготовки текстов, база данных, электронные таблицы, различные графические и музыкальные редакторы);

средства обучения, функционирующие на базе НИТ, применение которых обеспечивает предметность деятельности, ее практическую направленность (например, учебные роботы, управляемые ЭВМ; различные электронные конструкторы; устройства, обеспечивающие получение информации об изменяющемся или регулируемом физическом параметре или процессе; модели для демонстрации принципов работы ЭВМ, ее частей, устройств);

системы искусственного интеллекта, используемые в учебных целях (например, учебные базы данных, экспертные обучающие системы, учебные базы знаний);

предметно - ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, возможными вариантами реализации которых могут быть: программная, на базе технологии Мультимедиа, на основе использования системы "Виртуальная реальность"; в современной педагогической практике отечественного образования их создание осуществляется в основном на базе программной реализации, а зарубежные разработки (в развитых странах) основываются главным образом на технологии Мультимедиа [66], [68], [69], [85], [86], [87], [104], [107]; примером экспериментальных разработок предметно - ориентированных сред, реализованных на базе системы "Виртуальная реальность", являются разработки, осуществленные в Великобритании (например, [72], [82]), в США (например, [83]).

Помимо вышеперечисленного в ССО на базе НИТ целесообразно включать и традиционные средства обучения, обеспечивающие поддержку процесса преподавания того или иного учебного предмета. Необходимость этого обусловлена их специфическими функциями, которые передать СНИТ либо невозможно, либо нецелесообразно с психолого - педагогической или гигиенической точки зрения. Например, демонстрацию статической информации, представляемой учащимся для запоминания теоретических положений, а также систематизированные сведения, справочные данные, которые ученик должен запомнить, следует предъявлять в виде учебных таблиц, схем. Систематически, из урока в урок, визуально воспринимая демонстрируемый таблицей материал, ученик непроизвольно запоминает его. При этом использование компьютера даже нецелесообразно. Если же справочный материал не подлежит запоминанию, а нужен лишь для кратковременного использования, его целесообразно выводить на экран с помощью специальной программы или пользоваться информационно - поисковой системой. Аналогичные рассуждения можно отнести к использованию учебных кинофильмов, диафильмов, транспарантов для графопроектора, включение которых в методическую канну учебного процесса должно быть педагогически оправданно.

Подытоживая вышеизложенное, можно предложить следующий состав системы средств обучения нового поколения, и которую входят средства обучения, функционирующие на базе НИТ, отметив при этом назначение составляющих:

средства обучения, предназначенные для поддержки процесса преподавания учебного предмета (курса), включающие программные средства (Глава I, д. 2.1.);

объектно - ориентированные программные системы, предназначенные для формирования информационной культуры и, в частности, культуры учебной деятельности;

учебное, демонстрационное оборудование сопрягаемое с ЭВМ, предназначенное для самостоятельного изучения учебного материала при обеспечении предметности деятельности, ее практической направленности и, кроме того, позволяющее обучаемому реализовывать спектр возможностей СНИТ (управлять реальными объектами, осуществлять ввод и манипулирование текстовой и графической информацией, получать и использовать в учебных целях информацию о регулируемом физическом параметре или процессе);

системы искусственного интеллекта, предназначенные для организации процесса самообучения;

предметно - ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, в том числе одна из возможных реализаций - информационно - предметная среда со встроенными элементами технологии обучения (Глава III п.З.6.).

2.2 Средства обучения, в том числе функционирующие на базе НИТ, в совокупности с учебно - методическими материалами (учебники, учебные пособия для учащихся, методические пособия, рекомендации для учителя) образуют некую целостность, представленную определенным составом и структурой, - Учебно - методический комплекс (УМК) на базе СНИТ. Под структурой УМК на базе СНИТ будем понимать определенную взаимосвязь, взаиморасположение его составных частей.

2.2.1 Ниже представлена Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ, в которой указано назначение основных его составных частей. Состав УМК на базе СНИТ можно варьировать в зависимости от целей, задач и содержания учебного предмета (курса), изучение которого производится с использованием СНИТ. УМК на базе СНИТ можно предложить для использования и процессе преподавания любого общеобразовательного предмета при условии обеспечения возможности и перекомплектации отдельных его блоков (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ) и наполнения компонентов (отдельные средства обучения, программные средства, учебно - наглядные пособия и т. д.) соответствующим предметным содержанием.

2.2.2 Прокомментируем Структуру Учебно - методического комплекса на базе СНИТ, представив основные выводы, вытекающие из рассмотрения места и роли отдельных его компонентов, отметив их назначение в определенных образовательных целях.

В связи с внедрением СНИТ в образовательный процесс значительное место среди средств обучения как в отечественной, так и в зарубежной школе стали занимать принципиально новые (как по формам организации учебной деятельности, так и по своим возможностям) средства и устройства. К ним можно отнести программные средства различных типов (Глава I, и. 2.3., п. 2.4.), предназначенные для поддержки процесса преподавания; объектно - ориентированные программные системы, предназначенные для формирования информационной культуры (например, Глава II, и. 2.1.); учебное, демонстрационное оборудование, сопрягаемое с ЭВМ (Глава III, п. 4.4.), предназначенное для организации учебной деятельности с реальными объектами, управляемыми ЭВМ, или с источниками информации об изменяющемся, регулируемом физическом параметре. Используются также, пока на экспериментальном уровне, предметно - ориентированные среды обучающего и развивающего назначения (например, Глава II, п. 1.9.), системы искусственного интеллекта (Глава III, и. 5.1., п. 5.2, и 5.3), реализованные в виде учебных баз данных, экспертных обучающих систем, учебных баз знаний (например, Глава II, п. 2.1.З.), ориентированные на организацию процесса самообучения.

Таким образом, следует констатировать факт возникновения нового поколения средств обучения реализующих возможности СНИТ (Глава I, п. 1.2 ) цели использования которых помимо традиционно - образовательных определяются задачами информатизации современного общества, а также необходимостью интенсификации процессов интеллектуального развития обучаемых.

Значимость средств обучения нового поколения определяется уровнем реализации возможностей СНИТ (Глава I, п. 1.2.) в каждом конкретном средстве.

Рассмотрение состава и структуры УМК на базе СНИТ позволяет сформулировать некоторые выводы. Представим их.

Применение ССО, в состав которой входят средства обучения, функционирующие на базе НИТ, позволяет расширить спектр видов учебной деятельности и организовать:

информационно - учебную деятельность, например, используя объектно - ориентированные программные системы для формирования информационной культуры или ПС, предназначенные для обучения взаимодействию с ЭВМ (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ);

экспериментально - исследовательскую деятельность, например, используя учебное демонстрационное оборудование, сопрягаемое с ЭВМ различного типа ПС для поддержки процесса преподавания, модели, электронные конструкторы, учебные роботы, имитирующие технические устройства и механизмы, управляемые ЭВМ (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ);

разнообразные виды самостоятельной учебной деятельности, например, используя программно - методическое обеспечение процесса преподавания, предметно - ориентированные среды обучающего и развивающего назначения, различные виды графических, музыкальных редакторов, электронные таблицы, комплект датчиков и устройств, обеспечивающих получение информации о регулируемом физическом параметре или процессе (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ);



деятельность по обработке информации, например, с объектно - ориентированной программной системой, со средствами пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией, с учебными базами данных, с экспертными обучающими системами или с комплектом датчиков и устройств, обеспечивающих получение информации о регулируемом физическом параметре или процессе (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ);

деятельность по представлению и извлечению .знаний, например, используя предметно - ориентированные среды обучающего и развивающего назначения или системы искусственного интеллекта (см.: Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ);

деятельность по созданию прикладных программных средств, например, реализуя возможности инструментальных программных средств.

По количественному составу и разнообразию видов новое поколение средств обучения, функционирующих на базе НИТ, по сравнению с традиционными средствами обучения, несоизмеримо богаче: из Структуры Учебно - методического комплекса видно, что подавляющее большинство средств обучения являются представителями нового поколения.

Возможности нового поколения средств обучения, функционирующих на базе НИТ, позволяют разнообразить виды Учебной деятельности, направленной на развитие творческого потенциала индивида, на формирование информационной культуры - необходимой составляющей культуры члена современного информационного общества.

Уместным будет также отметить необыкновенно высокие темпы развития нового поколения средств обучения, наблюдаемого в последние десятилетия. Эти темпы, несомненно, являются отражением процессов научно - технического прогресса вообще и информатизации современного общества и образования в частности.

2.3 Применение УМК, охарактеризованного выше, возможно в условиях работы специализированного кабинета информатики и вычислительной техники (КИВТ), оснащенного комплектом учебной вычислительной техники (КУВТ), который соответствует психолого - педагогическим и технико - эргономическим требованиям [34]. Кроме того, КИВТ должен быть оснащен и соответствующим периферийным оборудованием, а также учебным, демонстрационным оборудованием, функционирующим на базе СНИТ [41], учебно - наглядными пособиями, специализированной мебелью [З6]. Таким образом, КИВТ выполняется как психологически, гигиенически и эргономически комфортная среда, организованная таким образом, чтобы максимально содействовать успешному преподаванию, умственному развитию учащихся, приобретению ими знаний, умений и навыков учебной и практической деятельности со СНИТ. В КИВТ должны быть созданы условия для проведения теоретических и практических классных, внеклассных занятий по курсу информатики [56] и других общеобразовательных предметов. КИВТ может быть использован также в целях автоматизации процессов информационно - методического обеспечения и управления учебно - воспитательным процессом [14].

Занятия в КИВТ должны формировать у учащихся общие представления: об использовании СНИТ на производстве, в проектно - конструкторских организациях, в научных учреждениях, в учебном процессе, управлении; о возможностях интенсификации учебного процесса; о средствах автоматизации информационно - методического обеспечения и управления учебно - воспитательным процессом. По этой причине оборудование КИВТ должно обеспечивать осуществление деятельности по информационному взаимодействию между обучаемым и программно - техническими средствами сбора, накопления, хранения, обработки и передачи информации обучаемыми и преподавателем; обучаемыми, преподавателем и средствами обучения, включая и средства обучения, функционирующие на базе НИТ.

Реализация вышеперечисленных требований определяет возможность использования КИВТ в процессе преподавания не только курса информатики, но и других общеобразовательных предметов. В связи с этим оборудование КИВТ целесообразно формировать в виде блочной структуры, которая допускает перекомплектацию отдельных блоков оборудования (различные виды учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, или определенные устройства и СНИТ) и "наращивание" других блоков к основному блоку - КУВТ.

3. Информационно-предметная среда со встроенными элементами технологии обучения

3.1 Успешность достижения целей применения СНИТ (Глава I, п. 1.3.) при использовании системы средств обучения нового поколения (Глава III, п. 2.1., п. 2.,2.) в условиях работы КИВТ (Глава III, п. 2.3.) обеспечивается функционированием информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения.

Информационно - предметная среда со встроенными элементами технологии обучения - это совокупность условий, способствующих возникновению и развитию процессов:

активного информационного взаимодействия между преподавателем, обучаемым (обучаемыми) и СНИТ, ориентированного на выполнение раэнообраэных видов самостоятельной деятельности с объектами предметной среды, в том числе информационно - учебной, экспериментально - исследовательской деятельности, и осуществляемого оперированием компонентами ССО;

функционирования организационных структур педагогического воздействия в рамках определенной технологии обучения.

При этом предполагается реализация возможностей СНИТ (Глава I, п. 1.2.) как в процессе осуществления взаимодействия между преподавателем, обучаемыми и СНИТ, так и в процессе функционирования организационных структур педагогического воздействия.

Следует отметить, что развитие и реализация вышеназванных процессов обеспечивают возникновение феномена, который назовем синергизм педагогического воздействия.

Синергизм педагогического воздействия результат комбинированного действия составляющих его факторов и (или) влияний, при котором суммированный эффект превосходит действие, оказываемое каждым из них в отдельности. Результатом этого феномена является оказываемое на обучаемого педагогическое воздействие лонгирующего (от английского слова long - долгое время, долгий срок) характера, которое ориентировано на:

инициирование процессов развития определенных видов мышления (например, наглядно - образного, наглядно - действенного, творческого, интуитивного, теоретического);

развитие памяти, внимания, наблюдательности;

обучение принятию оптимального решения сложной ситуации, формирование реакции на непредвиденные ситуации;

снятие психологических барьеров, (например, боязнь общения с современной техникой), комплексов (например, стеснительность, агрессия);

воспитание качеств лидера, способного к руководящей и организационно - управленческой деятельности;

эстетическое воспитание;

воспитание информационной культуры;

обучение самостоятельному представлению и извлечению знаний;

формирование умений и навыков осуществления экспериментально - исследовательской деятельности.

Естественно предположить, что педагогическое воздействие лонгирующего характера должно быть направлено на достижение вполне определенных целей (Глава I, п. 1.3.) обучения, воспитания.

3.2 Информационно - предметная среда со встроенными элементами технологии обучения включает средства и технологии сбора, накопления, хранения, обработки, передачи учебной информации; средства представления и извлечения знаний; компоненты системы средств обучения, обеспечивая при этом их взаимосвязь и функционирование организационных структур педагогического воздействия.

3.3 Назначение информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения состоит в создании условий, способствующих раскрытию, развитию и реализации интеллектуального потенциала индивида сообразно целям образования. Этими условиями является обеспечение:

средствами представления и извлечения знаний;

компенсации негативных последствий общения обучаемого со СНИТ;

предметности учебной деятельности со СНИТ, ее практической направленности;

автоматизации процессов обработки результатов обучения, в том числе о продвижении в учении.

3.4 Функционирование информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения обеспечивается наличием:

учебно - методического комплекса на базе СНИТ (Глава III, п. 2.2.) и методики его применения в процессе преподавания общеобразовательных предметов;

механизмов взаимодействия информационных и методических систем в рамках определенной технологии обучения;

системы автоматизации процесса управления обучением.

3.5 Более детальное развитие теоретических и методологических проблем разработки и реализации возможностей информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения требует решения следующих задач:

разработка психолого - педагогических аспектов проблемы создания информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения и реализации ее возможностей, включая вопросы целесообразности использования, оптимальности структуры, условий функционирования;

разработка программно - технических аспектов, включая вопросы оптимального состава программно - аппаратного обеспечения, ответственного за функционирование информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения;

разработка прикладных аспектов проблемы создания и использования информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения.

Решение вышеназванных задач определяет перспективы развития как теории создания использования информационно - предметных сред со встроенными элементами технологии обучения, так и реализации этих теоретических положений в процессе создания прикладных разработок. Последнее является наиболее важным для развития информатизации образования, в частности для педагогически обоснованного использования возможностей СНИТ в процессе преподавания общеобразовательных предметов. Например, разработка информационно - предметных сред со встроенными элементами технологии обучения по каждому учебному предмету позволила бы предоставить в распоряжение обучаемого и обучающего инструмент визуализации закономерностей данной предметной области, инструмент исследования этих закономерностей, а также измерения и отображения.

3.6 Приведем пример

Пакет инструментальных программных средств "Инструментарий стереометрии", разработанный для IBM PC XT/AT, IBM PS/2 (ИСО РАО, г. Москва, 1994 г.), предназначен для создании информационно - предметной среды со встроенными элементами технологии обучения.

Одной из возможных реализаций пакета является среда "Многогранники, предназначенная для развития "пространственного видения" трехмерного объекта по его двухмерному изображению; формирования представлений о реальном пространстве по изображению объектов, умений анализировать плоское изображение пространственной фигуры; изучения основных понятий темы "Многогранники" курса стереометрии.

Средства пакета позволяют выводить на экран двухмерные изображения трехмерных фигур на фоне изображения трехмерной системы координат и выполнять все виды геометрических преобразований; осуществлять построение сечений, развертку, тенирование и тонирование поверхностей, "вхождение внутрь фигуры". Причем вывод на экран изображения фигуры можно осуществлять, либо выбирая его из библиотеки графических объектов, либо построением по заданным параметрам. Имеется также возможность изменения цвета фона экрана и цвета рисунков на экране.

Остановимся на описании объектов (двухмерные изображения трехмерных фигур) предметной среды, изображения которых на экране можно продуцировать средствами пакета и о которых можно получать определенную учебную информацию.

Средствами пакета можно:

продуцировать объекты предметной среды, представленные в виде двухмерного стереометрического изображения (чертежа) трехмерной фигуры со штриховыми (невидимыми) линиями; двухмерного фотографического изображения (чертежа) трехмерной фигуры (без штриховых линий); двухмерного стереометрического изображения (чертежа) трехмерной каркасной фигуры;

осуществлять "переход" от двухмерного стереометрического изображения к фотографическому или каркасному и обратно в любой последовательности;

осуществлять "отделение" любой грани и "расположение" ее в плоскости экрана с демонстрацией процесса "разворачивания" грани;

осуществлять выполнение дополнительных построений на изображении трехмерной фигуры, выведенной на экран (построение точки, линии (сплошная, штриховая), прямой, перпендикулярной данной, прямой, параллельной данной прямой или плоскости);

осуществлять тонирование, тенирование, "рисование" на экране линий (сплошных, штриховых), точек, штриховки;

осуществлять построение сечения на двухмерном изображении трехмерной фигуры по заданным трем точкам, заданным точке и прямой, заданным двум пересекающимся прямым, заданным двум параллельным прямым, "нарисованному" на экране контуру сечения;

осуществлять отсечение верхней (нижней) части изображения трехмерной фигуры по селению; при этом возможно "отодвигание" вверх (вниз) отсеченной части изображения трехмерной фигуры по сечению; "исчезновение" отсеченной части изображения трехмерной фигуры по сечению; "приклеивание" отсеченной части изображения трехмерной фигуры по сечению; "вытаскивание" из изображения трехмерной фигуры сечения (многоугольника) и расположение его в плоскости экрана; "возвращение" в изображение трехмерной фигуры сечения (многоугольника);

проведение плоскостей (например, через одну прямую).

Остановимся на описании преобразований, которые можно осуществлять средствами пакета над объектами предметной среды, представляемыми на экране.

Средства пакета позволяют обеспечить перемещение на экране двухмерного стереометрического изображения трехмерной фигуры со штриховыми линиями, двухмерного изображения трехмерной каркасной фигуры, фотографического изображения трехмерной фигуры. Имеется также возможность изменять скорость движения на экране двухмерного изображения трехмерной фигуры, осуществлять непрерывное и дискретное движение изображения, остановку, изменять направление вращения (вокруг выбранной оси). Таким образом, средствами пакета "Инструментарий стереометрии" осуществимы следующие виды геометрических преобразований:

вращение на экране изображения фигуры относительно выбранной оси (воображаемый "обход" наблюдателем вокруг изображения фигуры) при условии наличия "на заднем плане" трехмерной системы координат;

смещение на экране изображения фигуры параллельный перенос изображения фигуры при условии наличия "на заднем плане" трехмерной системы координат; возможно изменение направления смещения изображения фигуры относительно оси 0X, 0Y или 0Z в положительном или отрицательном направлении относительно начала координат;

получение на экране изображения - результата осевой или центральной симметрии данной фигуры;

получение на экране изображения - результата гомотетии данной фигуры.

Помимо этого можно обеспечивать эффект "вхождения внутрь" изображения трехмерной неподвижной фигуры, представленной на экране в виде двухмерного фотографического изображения трехмерной фигуры. Осуществление движения "вглубь" может происходить непрерывно, с из меняющейся скоростью, дискретно.

Средствами пакета можно также обеспечить получение определенной учебной информации об объектах изучения и вывод ее на экран. Например, можно получить на экране пояснение в случае ошибочного построения сечения на стереометрическом чертеже многогранника или пояснение при несанкционированных запросах на построение стереометрического чертежа.

Особый интерес представляет возможность осуществления средствами пакета исследовательской деятельности по определению вида многоугольника в сечении изображения, представленного на экране в виде двухмерного стереометрического чертежа со штриховыми линиями. При этом можно наблюдать, как фигура дискретно поворачивается относительно выбранной оси координат и проходит все стадии вращения (с сохранением штриховых линий) вокруг выбранной оси координат. Можно также наблюдать, как из фигуры "вынимается" сечение, разворачивается и располагается в плоскости экрана.

Кроме того, средствами пакета можно обеспечивать: тонирование - закраска определенным цветом (или цветовым тоном) большей (меньшей) яркости (или насыщенности) видимых (невидимых) частей фигуры и тенирование (наложение тени) - закраска определенным цветом светлого тона (темного тона) той части изображения фигуры, на которую попадает больше (меньше) света от предполагаемого источника.

Взаимодействуя с объектами среды, обучаемый:

осуществляет разнообразные виды учебной деятельности с изучаемыми объектами (поиск и анализ информации, экспериментально - исследовательская и информационно - учебная деятельность);

формирует представление о различных формах предъявления информации о трехмерных объектах, представленных в различном виде: стереометрический чертеж, фотографическое изображение, каркасная модель;

учится анализировать плоское отображение пространственной фигуры, осуществляя переход от трехмерного представления геометрического тела к его двухмерному изображению и обратно;

формирует умения абстрагироваться от несущественных признаков и выделять основополагающие, устанавливая принадлежность изучаемого объекта к определенному виду многогранных форм;

развивает наглядно - образный, наглядно - действенный виды мышления, образное мышление, умение восприятия реального пространства по двухмерному изображению объектов.

Пользование пакетом предоставляет также возможность создания, модификации объектов библиотеки изображений трехмерных геометрических фигур; осуществления поиска необходимого изображения трехмерной фигуры по существенным признакам; проведения классификации изображений трехмерных фигур по визуальным и описательным существенным признакам; архивирования созданной информации; осуществления экспериментально - исследовательской деятельности с изображениями трехмерных фигур; предоставления пояснений к стратегии и тактике решения задач изучаемой предметной области при обеспечении контроля уровня знаний и умений обучаемого; осуществления своевременной коррекции результатов обучения; тестирования уровня овладения сформированными стереометрическими знаниями и умениями.

Подытоживая вышеизложенное, можно утверждать, что средствами пакета "Инструментарий стереометрии обеспечивается осуществление совокупности условий, способствующих возникновению и развитию процессов (Глава III, п. 3.1.):

воздействия обучаемого на изучаемые объекты;

осуществления разнообразных видов самостоятельной деятельности с объектами предметной среды, информационно - учебной, экспериментально - исследовательской деятельности;

функционирования организационных структур педагогического воздействия.

В заключение следует также отметить, что рассматриваемая информационно - предметная среда со встроенными элементами технологии обучения "Многогранник", во - первых, включает как средства продуцирования объектов изучения (двухмерные изображения трехмерных многогранных фигур), так и средства, позволяющие получать учебную информацию о них; во - вторых, обеспечивает обработку информации об объектах изучения; в - третьих, обеспечивает функционирование организационных структур педагогического воздействия, ориентированного на инициирование процессов развития наглядно - образного, наглядно - действенного видов мышления, на обучение самостоятельному извлечению знаний, на формирование умений и навыков осуществления экспериментально - исследовательской деятельности с объектами изучения.

Следует добавить, что Пакет инструментальных программных средств "Инструментарий стереометрии" реализует возможность продуцирования изучаемых объектов и получения информации о них в рамках определенных методических подходов к изучению темы "Многогранники" курса стереометрии. Эти подходы изложены выше (Глава II, п. 1.9.1.).

4. Учебно-материальная база обеспечения процесса информатизации образования

Развитие процесса информатизации образования обусловлено наличием специализированной учебно - материальной базы (УМБ), обеспечивающей педагогически целесообразное (Глава I, п. 1.3.) использование возможностей СНИТ.

Создание УМБ обеспечения процесса информатизации образования (УМБ информатизации образования) предполагает решение ряда комплексных проблем. Перечислим основные:

создание и использование средств информатизации образования, в том числе комплектов вычислительной техники, отвечающих техническим, психолого - педагогическим эргономическим требованиям [34]; под средствами информатизации образования будем понимать средства новых информационных технологий совместно (используемые вместе) с учебно - методическими, нормативно - техническими и организационно - инструктивными материалами, обеспечивающими реализацию оптимальной технологии их педагогического использования;

создание в масштабах страны (региона, района) системы сервисного обслуживания технических и программных средств пользователей комплектов учебной вычислительной техники;

создание распределенной системы государственных и локальных баз данных и (в перспективе) баз знаний учебного назначения;

создание телекоммуникационной сети (в том числе и на основе спутниковой связи) учебного назначения регионального и (в перспективе) глобального масштаба;

интеграция ведомственных, республиканских, территориальных и других информационно - вычислительных систем учебного назначения в единую Государственную информационную сеть, которая ориентирована на использование в сфере образования.

4.1 Остановимся на педагогических аспектах вышеназванных проблем. Исходя из рассмотрения педагогических целей использования СНИТ (Глава I, п. 1.3.) и направлений их внедрения в учебно - воспитательный процесс (Глава I, п. 1.4.), остановимся на рассмотрении возможных вариантов состава УМБ информатизации образования.

4.1.1 I вариант состава УМБ информатизации образования.

4.1.1.1 Кабинет информатики и вычислительной техники для преподавания общеобразовательных предметов с использованием СНИТ, в состав которого входит:

комплект учебной вычислительной техники, имеющий характеристики, удовлетворяющие психолого - педагогическим, эргономическим и техническим требованиям [34];

учебно - методический комплекс на базе СНИТ (Глава III, п. 2.2.), предназначенный для преподавания общеобразовательных предметов; УМК целесообразно формировать в виде блочной структуры, допускающей перекомплектацию отдельных видов учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, сообразно целям, задачам и содержанию изучаемого учебного предмета (курса);

специализированная мебель и оргтехника [36];

устройства и средства, обеспечивающие технику безопасности при работе в кабинете информатики и вычислительной техники [36].

4.1.1.2 Лаборатория, предназначенная для организации экспериментально - исследовательской деятельности с применением СНИТ.

4.1.1.3 Средства и устройства, обеспечивающие функционирование информационной сети учебного заведения и телекоммуникационной сети (Глава III, п. 5.7.) регионального или глобального масштаба.

4.1.1.4 Комплекты вычислительной техники с соответствующим программным обеспечением для осуществления автоматизации процессов ведения делопроизводства директором, заведующим учебной частью, классным руководителем, методистом, школьным психологом, медицинскими работниками учебного заведения.

4.1.2 II вариант состава УМБ информатизации образования предполагает помимо состава, описанного для I варианта, наличие автономных ПЭВМ, распределенных по одной - две по всем предметным кабинетам. При таком оснащении учебного заведения процесс преподавания каждого учебного предмета может сопровождаться (при необходимости на каждом уроке) использованием вычислительных, демонстрационных, информационных и других возможностей ПЭВМ. В случае проведения индивидуальной, групповой, коллективной работы с использованием ПЭВМ, а также в случае необходимости применения учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, учащиеся могут заниматься два или три раза в неделю в КИВТ по расписанию.

Для II варианта состава УМБ обязательно наличие информационной сети учебного заведения, которая обеспечивает, во - первых, связь между КУВТ, расположенным в кабинете информатики и вычислительной техники, и автономными ПЭВМ, распределенными по другим кабинетам учебного заведения; во - вторых, доступ к информационному банку данных центральной ЭВМ, расположенной в региональном (районном) информационном центре. Такой вариант состава УМБ требует больших затрат, но обеспечивает систематическое общение учащихся с ПЭВМ и их повседневной учебной работе.

4.2 Остановимся более подробно на описании лаборатории, предназначенной для организации учебной и экспериментально - исследовательской деятельности с применением СНИТ (лаборатория НИТ).

Это специализированное подразделение учебного заведения, предназначенное как для проведения демонстрационного и лабораторного учебного эксперимента в рамках изучаемых основ наук, так и для углубленного изучения общеобразовательных предметов с использованием учебного, демонстрационного оборудования, функционирующего на базе СНИТ. В лаборатории НИТ должны быть созданы условия для организации учебной экспериментально - исследовательской деятельности, ориентированной на формирование умений осуществлять:

автоматизацию процессов обработки результатов учебного (лабораторного, демонстрационного) эксперимента;

выявление основных элементов и типов функций для моделирования определенного аспекта реальности с целью его исследования, изучения;

создание моделей, адекватно отражающих изучаемые объекты, явления- или процессы и представляющих определенный аспект реальности для изучения его основных структурных или функциональных характеристик с помощью некоторого ограниченного числа параметров;

управление созданными моделями;

обработку получаемой информации о наблюдаемых или изучаемых объектах, явлениях, процессах или их моделях для формулирования гипотезы о выявленной закономерности с последующим прогнозированием результатов эксперимента;

самостоятельное "открытие" изучаемой или исследуемой закономерности для последующего формулирования выводов и обобщений.

Для формирования у обучаемых умений и навыков осуществления учебной экспериментально - исследовательской деятельности оборудование лаборатории НИТ должно:

обеспечивать возможность регистрации, накопления и обработки природной информации, получаемой непосредственно самим учеником, для последующего формулирования им выводов и обобщений;

предоставлять обучаемому инструмент измерения, исследования, позволяющий самостоятельно изучать объекты, взаимоотношения между ними, явления, процессы и их модели, как реальные, так и "виртуальные".

Реализация вышеописанного определяется наличием лаборатории НИТ:

устройств и средств периферийного оборудования ПЭВМ и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, на каждом рабочем месте ученика;

программных средств и систем, обеспечивающих возможность моделирования изучаемых объектов, процессов и выполнение исследовательской деятельности с моделями;

предметно-ориентированных программных сред, обеспечивающих осуществление экспериментально - исследовательской деятельности;

электронных конструкторов, моделей устройств, учебных роботов, имитирующих реальные механизмы или устройства.

Остановимся на более подробном описании назначения оборудования лаборатории НИТ.

4.2.1. Устройства и средства периферийного оборудования ПЭВМ и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ [33], должны обеспечивать:

компьютерную визуализацию (Глава I, п. 2.2.3.) изучаемых объектов, процессов, явлений;

автоматизацию процессов обработки результатов учебного лабораторного или демонстрационного эксперимента;

управление объектами реальной действительности с помощью ЭВМ (например, учебными роботами).

4.2.2. Электронные конструкторы должны обеспечивать возможность:

создания моделей, конструктивные особенности которых отвечают заданным педагогико - эргономическим требованиям;

управления с помощью ПЭВМ моделями, сконструированными пользователем.

4.2.3 Программные системы и средства учебного назначения, реализующие возможности современных ПЭВМ, должны:

выполнять функции инструментария, позволяющего организовывать познавательную, исследовательскую деятельность обучаемых;

являться средством поддержки процесса преподавания учебного предмета (курса);

служить средством формирования культуры учебной деятельности;

обеспечивать автоматизацию процесса контроля результатов учебной деятельности.

4.3 Информационно - методические центры.

4.3.1. Тактика внедрения СНИТ в учебно - воспитательный процесс учебных заведений среднего уровня образования на базе вышеописанного состава УМБ предполагает организацию информационно - методических центров, которые должны служить "опорными точками" информатизации образования в каждом регионе или районе. Целесообразно их объединение в единую (региональную, глобальную) информационную сеть, имеющую выход на банк данных центральной ЭВМ, для того, чтобы они стали центрами внедрения прогрессивных педагогических технологий, основанных на использовании СНИТ. Последнее становится возможным при условии объединения информационно - методических центров в единую сеть с периферийными школами, профессионально - техническими училищами, средними специальными учебными заведениями, имеющими в ограниченном количестве электронно - вычислительную технику или вообще не имеющими ее. В случае, если учебное заведение не имеет вычислительной техники, учащимся необходимо создать условия для эпизодического посещения информационно - методического центра с целью ознакомления с возможностями современных ЭВМ, для приобретения минимальных умений и навыков работы с современной электронно - вычислительной техникой. При этом необходимо функционирование организационных связей между информационно - методическими центрами, которые являются центрами внедрения СНИТ, региональными центрами, имеющими банк данных центральной ЭВМ и выход на телекоммуникационную сеть глобального масштаба, и периферийными учебными заведениями, оснащенными электронно - вычислительной техникой, в том числе и в ограниченных количествах.

4.3.2. Информационно - методические центры имеет смысл организовывать на базе общеобразовательной школы или любого другого учебного заведения среднего уровня образования. Их целесообразно обеспечить УМБ, которая предполагает наличие блока помещений (кабинет информатики и вычислительной техники, лаборатория НИТ, лаборантская), информационной сети учебного назначения, а также телекоммуникационной сети для связи, как минимум с региональным центром.

4.4.Учебно - методический комплекс для изучения информатики:

4.4.1 Реализация возможностей современных ПЭВМ в области управления различными устройствами и механизмами создает предпосылки для разработки качественно новых средств обучения, объединяющих программные средства с техническими устройствами, имитирующими разнообразные промышленные механизмы и приспособления, управляемые ЭВМ. Примером может служить использование учебных роботов, управляемых ЭВМ: робот - манипулятор, робот - подъемник, имитирующие промышленные механизмы, управляемые ЭВМ и осуществляющие погрузочно - разгрузочные работы, или робот - тележка, имитирующий управление с помощью компьютера движущимися объектами.

Цель использования учебных роботов:

демонстрация возможностей современных ПЭВМ в сфере управления объектами реальной действительности;

обучение практике составления программ для управления объектами реальной действительности;

профориентация обучаемых.

4.4.2 Новым компонентом учебной деятельности становится работа со средствами пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией. Использование этих средств позволяет управлять перемещением экранного курсора, что придает работе за экраном манипуляционный характер. К этим средствам относятся, например, устройство "мышь", "джойстик", "световое перо", "графический планшет". Например, устройство "мышь" может использоваться для работы над учебными текстами, выполняемой средствами экранного редактирования. Диджитайзеры, оптические считыватели, системы речевого ввода данных могут использоваться при изучении машинной и инженерной графики, графических методов моделирования. Графопостроитель координатный самописец, управляемый ЭВМ, - обеспечивает ввод (вывод) в ЭВМ графической информации с последующим выводом результата в форме графического документа; он может использоваться в делопроизводстве, при изучении проекционного черчения, стереометрии. Световое перо - штифт, имеющий светочувствительный пункт, сопряженный с терминалом, - может использоваться при модификации информации на экране.

Цель использования средств пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией:

демонстрация возможностей аппаратных и программных средств по обеспечению комфортности работы пользователя в области передачи и обработки информации;

изучение сущности процессов передачи и обработки информации в ЭВМ;

использование разнообразных средств ввода (вывода) информации в ЭВМ при изучении учебных предметов, в частности художественно - графического цикла.

4.4.3 Новое направление использования компьютера в учебном процессе открывает интеграция возможностей сенсорики (техники конструирования и использования датчиков физических параметров) и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ. Датчики физических параметров - это устройства для получения информации о регулируемом физическом параметре или некотором процессе [2], [51]. С помощью датчика можно преобразовать неэлектрическую величину в адекватный ей электрический сигнал. Для того чтобы сигнал датчика (чаще всего аналоговый) можно было обработать на ЭВМ (или микропроцессоре), его представляют в цифровом виде с помощью интерфейсного устройства, которое включает в себя аналого - цифровой преобразователь (АЦП). Использование датчиков и устройств для регистрации и измерения некоторых физических величин (например, величины светового потока, температуры, влажности) и устройств, обеспечивающих ввод и вывод аналоговых и дискретных сигналов, для связи с комплектом оборудования, сопрягаемого к ЭВМ, или оборудования на их базе позволяет визуализировать на экране ЭВМ различные физические закономерности в виде графиков, динамически изменяющихся в зависимости от изменения входных параметров [71], [73], [74], [81]. Реализуется это в виде аппаратно - программных комплектов или комплексов.