Експертні системи як засіб формування якісних знань учнів 7-8 класів з предметів природничого циклу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. Г.С. СКОВОРОДИ

УДК 371.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата педагогічних наук

ЕКСПЕРТНІ СИСТЕМИ ЯК ЗАСІБ ФОРМУВАННЯ ЯКІСНИХ ЗНАНЬ УЧНІВ 7-8 КЛАСІВ З ПРЕДМЕТІВ ПРИРОДНИЧОГО ЦИКЛУ

13.00.09 - теорія навчання

АНТОНЧЕНКО МАРІЯ ОЛЕКСІЇВНА

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Сумському державному педагогічному університеті ім. А.С. Макаренка, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

Білоусова Людмила Іванівна, кандидат фізико-математичних наук, професор, Харківський державний педагогічний університет ім. Г.С. Сковороди, завідувач кафедри інформатики.

Офіційні опоненти:

Буряк Володимир Костянтинович, доктор педагогічних наук, професор, Криворізький державний педагогічний університет, ректор;

Ричкова Лариса Володимирівна, кандидат педагогічних наук, загальноосвітня школа №16 м. Харкова, директор.

Провідна установа: Полтавський державний педагогічний університет ім. В.Г. Короленка, кафедра педагогіки, Міністерство освіти і науки України, м. Полтава.

Захист відбудеться "26" вересня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 053. 04 у Харківському державному педагогічному університеті ім. Г.С. Сковороди за адресою: 61078, м. Харків, вул. Артема, 29, ауд. № 216.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного педагогічного університету ім. Г.С. Сковороди за адресою: 61168, м. Харків, вул. Блюхера, 2, ауд. № 214 Б.

Автореферат розісланий "25" серпня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради C.Т. Золотухіна.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. На початку третього тисячоліття школа України переживає процес перетворення, розробки нових концепцій навчання. Ці процеси зумовлені переходом нашої держави від індустріального до інформаційного суспільства, в якому вирішальним чинником, що визначає розвиток суспільства в цілому, є інформація та її вища форма - знання. В умовах постійно зростаючого обсягу інформації школа покликана забезпечити учнів цілісними знаннями, що відбивають сучасний рівень науки і культури, навчити використовувати інформаційні технології для вдосконалення своєї практичної діяльності та орієнтації в інформаційному просторі. Так, у Державній національній програмі "Освіта" (Україна XXI століття) підкреслюється, що одним із шляхів реформування освіти є широке використання сучасних інформаційних технологій з метою виховання творчої, самостійної особистості, всебічного розвитку здібностей учнів. У цих умовах доцільною виявляється розробка питань формування якісних знань, що складають основу цілісного наукового світогляду, творчості суб'єктів навчання.

У педагогічній та психологічній науках ця проблема розглядалася у багатьох ґрунтовних дослідженнях (Ю.К. Бабанський, Б.С. Гершунський, З.Г. Григор'єва, І.А. Зязюн, Р.І. Капацина, В.В. Краєвський, І.Я. Лернер, В.А. Онищук, Т.Д. Пускаєва, М.М. Скаткін, В.А. Сластьонін та ін.). Вивчення проблеми здійснювалося за такими напрямами:

філософський аналіз категорії "знання" (В.І. Генецинський, В.В. Орлов, В.А. Чечнєв та ін.);

визначення ролі діяльності і реалізація діяльнісного підходу в процесі формування якісних знань учнів (Є.П. Бруновт, В.К. Буряк, В.В. Давидов, Т.О. Дмитренко, П.Я. Гальперін, Є.М. Кабанова-Меллер, Л.В. Ричкова, В.С. Стьопін, Н.Ф. Тализіна, І.Ф. Харламов, Г.І. Щукіна та ін.);

визначення особливостей формування знань при використанні різних педагогічних технологій (О.С. Андрієнко, В.П. Беспалько, В.І Євдокимов, М.В. Кларін, І.Ф. Прокопенко, Н.Є. Щуркова та ін.);

характеристика окремих якостей знань, умов і засобів їх формування (І.Я. Бесонова, А.Н. Зв'ягін, С.К. Золотарьова, Л.Я. Зоріна, В.П. Іржавцева, А.В. Усова, Л.А. Федченко, В.В. Черніков, Н.Р. Шило та ін.);

розгляд основних аспектів дослідження формування цілісної системи якостей знань (Т.М. Давиденко, Т.Л. Коган, Є.А. Красновський, І.І. Кулібаба, І.Я. Лернер, М.Н. Скаткін, Т.І. Шамова та ін.);

застосування нових інформаційних технологій навчання для формування якісних знань учнів (Н.В. Апатова, Л.І. Білоусова, В.Г. Болтянський, Е.П. Веліхов, Б.С. Гершунський, М.С. Головань, М.І. Жалдак, Ю.І. Машбиць, І.І. Мархель, Н.Ф. Тализіна та ін.).

У той же час у педагогічній науці залишаються недостатньо розглянутими проблеми теоретичного обґрунтування і впровадження технології організації навчально-пізнавальної діяльності учнів в умовах інформатизації освіти, зокрема з використанням засобів нових інформаційних технологій навчання. Ці засоби нині розвиваються за двома основними напрямами:

удосконалення якості навчальних та тренувальних комп'ютерних програм, призначених для передачі певного обсягу знань і для набуття визначеного набору вмінь і навичок (Г.П. Галузинський, М. Лебедєва, В.Р. Лещінер, Є.С. Полат, Н. Роберт, В.В. Рубцов, М.Л. Смульсон та ін.);

створення принципово нових інтелектуальних навчальних систем, що мають різні способи представлення знань і відповідають сучасним вимогам інформаційного суспільства - практично необмеженого поповнення знань (С.В. Гризлов, А.М. Довгялло, В.Н. Смирнов, М.Д. Шапота та ін.).

У зв'язку з реалізацією другого напряму актуальним стає оволодіння інтелектуальними засобами інформаційних технологій, зокрема експертними системами як для засвоєння знань, так і для напрацювання вмінь і навичок дослідження інформації, одержання нових знань, використання нових способів і методів пізнавальної діяльності та формування світогляду.

У науковій літературі виділяються такі аспекти розгляду експертних систем:

експертні системи як один із напрямів досліджень у галузі штучного інтелекту (О.О. Молокова, К. Нейлор, С. Осуга, Е.В. Попов, Н.П. Рязанов, Д. Уотерман, Р. Форсайт та ін.);

теоретичні питання розробки експертних систем (В.А. Петрушин, К. Таунсед, Д. Фокст та ін.);

дослідження психолого-педагогічних аспектів використання експертних систем у процесі навчання (Н.Р. Балик, І. Бєлая, Н. Білак, В. Буцик, С.В. Гризлов, Л. Добровська, С.А. Раков, Ю.С. Рамський, С.Н. Саутін, Н.Ф. Тализіна, Ю.А. Шрейдер та ін.).

Аналіз досвіду навчального використання експертних систем в Україні та за кордоном дозволяє зробити висновок, що вони є перспективним сучасним дидактичним засобом, проте в практиці навчання (зокрема природничих дисциплін) ці системи використовуються мало, що в деякій мірі зумовлено недостатньою розробленістю педагогічних і методичних аспектів їх упровадження у навчальний процес.

Вивчення досвіду роботи загальноосвітніх шкіл показало, що вчителі-предметники використовують різні засоби для формування знань учнів, але вони здебільшого застосовуються ними емпірично, на основі інтуїтивних уявлень, без належного наукового обґрунтування. Серед вживаних засобів практично відсутні експертні системи, хоча у психолого-педагогічній літературі наголошується на їх дидактичній значущості. Вказані недоліки педагогічної теорії та практики створюють протиріччя: між необхідністю формування знань учнів згідно до вимог сучасного суспільства і незавершеністю досліджень щодо змісту знань, які відповідають критерію якості; між соціальним запитом суспільства на використання в практичній діяльності нових інформаційних технологій і недостатньою готовністю вчителів застосовувати їх у своїй практиці, а також між дидактичним потенціалом використання експертних систем у навчальній діяльності і реальною педагогічною практикою. Зазначені вище протиріччя зумовлюють необхідність дослідження таких проблем:

формування якісних знань учнів в умовах інформатизації навчання;

обґрунтування доцільності використання експертних систем для формування якісних знань;

визначення дидактичних умов використання експертних систем у пізнавальній діяльності учнів.

Необхідність вирішення вказаних проблем зумовлює актуальність вибору теми дисертаційного дослідження.

Об'єкт дослідження - процес навчання у загальноосвітній школі в умовах інформатизації освіти.

Предмет дослідження - використання експертних систем для формування якісних знань учнів.

Мета дослідження полягає в теоретичному обґрунтуванні доцільності застосування експертних систем для формування якісних знань учнів та експериментальній перевірці впливу використання експертних систем на рівень сформованості системності, дієвості і міцності знань учнів у вивченні дисциплін природничого циклу.

Гіпотеза дослідження: застосування експертних систем забезпечує формування якісних знань учнів, якщо організовані спеціальні види їх навчально-пізнавальної діяльності: інформаційно-пошукова; вивчення логічних кроків роботи експертної системи з базою знань; розробка інформаційних моделей навчального матеріалу.

Мета та гіпотеза зумовили такі завдання дослідження:

На основі аналізу наукової літератури визначити сутність поняття "якісні знання учнів" у сучасних умовах інформатизації суспільства та освіти.

Теоретично обґрунтувати доцільність використання експертних систем для формування якісних знань учнів.

Здійснити інтерпретацію поняття "якісні знання учнів", зокрема уточнити показники і рівні сформованості системності, дієвості і міцності знань.

Експериментально перевірити вплив використання експертних систем у вивченні дисциплін природничого циклу на рівень сформованості системності, дієвості і міцності знань учнів.

Методологічну і теоретичну основу дисертаційного дослідження складають положення теорії пізнання, системно-структурний підхід до аналізу навчальної діяльності, психолого-педагогічні концепції засвоєння знань, загальні питання теорії систем, теорія діяльності і діяльнісний підхід до навчання, основні положення теорії активізації пізнавальної діяльності учнів, концепція інформатизації навчання і формування інформаційної культури.

Методи дослідження. У роботі використано такі методи: теоретичний аналіз проблеми на основі вивчення наукової літератури з філософії, педагогіки, психології, інформатики, штучного інтелекту - для узагальнення теоретичних питань щодо формування якісних знань учнів в умовах інформатизації суспільства та освіти; аналіз педагогічної практики, різні види та форми бесід, опитувань, анкетувань, спостережень - для виявлення практичного стану досліджуваної проблеми; педагогічний експеримент, якісний і кількісний аналіз його результатів із застосуванням методів математичної статистики - для експериментальної перевірки гіпотези дослідження.

Наукова новизна та теоретичне значення одержаних результатів дослідження полягають у тому, що вперше теоретично обґрунтовано та експериментально доведено доцільність застосування експертних систем як засобу формування якісних знань учнів; визначено види навчально-пізнавальної діяльності з використанням експертних систем, спрямованої на формування системності, дієвості та міцності знань; виявлено дидактичні умови ефективного використання експертних систем у навчальному процесі.

Подальшої розробки набули питання уточнення та розкриття сутності поняття "якісні знання учнів" у сучасних умовах інформатизації суспільства й освіти.

Особистий внесок здобувача. У працях, опублікованих у співавторстві, авторові належать такі результати: реалізація інтегративного підходу до аналізу якостей знань, уточнення та розкриття сутності поняття "якісні знання учнів", обґрунтування, проектування та розробка питань практичної організації навчально-пізнавальної діяльності учнів з використанням експертних систем, програмно-методичне забезпечення цієї діяльності.

Практичне значення одержаних результатів дослідження визначається розробкою змісту навчально-пізнавальної діяльності, яка базується на використанні експертних систем, а також програмно-методичних засобів підтримки цієї діяльності; результатами експериментального дослідження питання впливу використання експертних систем на рівень сформованості системності, дієвості і міцності знань учнів, об'єктивність яких засвідчено наявними актами впровадження матеріалів дослідження в практику навчання. За результатами дослідження розроблено спецкурс "Використання експертних систем у процесі навчання хімії і біології" та цикл лекцій для вчителів загальноосвітніх шкіл, викладачів і студентів вищих педагогічних закладів щодо впровадження експертних систем у навчальний процес з біології та хімії.

Вірогідність та обґрунтованість отриманих результатів забезпечено відповідністю методів дослідження його меті, предмету та завданням; репрезентативністю педагогічного експерименту; результатами статистичного опрацювання даних, отриманих у ході його проведення; апробацією одержаних результатів.

Апробація і впровадження результатів дослідження здійснювалися:

у виступах на республіканській науково-методичній конференції "Методичні і технічні проблеми використання ТЗН у навчальному процесі" (Київ, 1989), Українській науково-методичній конференції "Комп'ютерні програми навчального призначення в хімії" (Донецьк, 1995), міжвузівській науково-практичній конференції "Формування інтелектуальних умінь учнів у процесі вивчення математики та інформатики" (Суми, 1995), другій міжнародній науково-практичній конференції "Досвід і проблеми організації самостійної роботи і контролю знань студентів" (Суми, 1995), міжрегіональній науковій конференції "Культура педагогічного спілкування як фактор гуманітаризації сучасної освіти" (Суми, 1996), міжнародній науково-методичній конференції "Гуманізація вищої освіти і виховної роботи" (Харків, 1998), звітних наукових конференціях кафедр Сумського педагогічного університету ім. А.С. Макаренка (1991-2000 рр.);

у виступах на методичних семінарах кафедри інформатики ХДПУ ім. Г.С. Сковороди (1992-1995 рр.), на курсах підвищення кваліфікації в обласному інституті післядипломної педагогічної освіти (Суми, 1996-1999 рр.).

Основні положення дисертаційного дослідження викладено в 14 публікаціях, з них 4 статті у наукових фахових виданнях.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, двох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг дисертації 192 сторінки, обсяг таблиць - 9,5 сторінок (загальна кількість 18), рисунків - 5 сторінок (загальна кількість 11), список використаної літератури складає 18 сторінок (203 джерела).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі розкрито актуальність і ступінь вивчення обраної проблеми; визначено мету, об'єкт, предмет, гіпотезу та завдання, методологічні та теоретичні основи, методи дослідження, розкрито його наукову новизну, теоретичне і практичне значення, особистий внесок автора, вірогідність та обґрунтованість здобутих результатів.

У першому розділі "Теоретичні основи формування якісних знань учнів з використанням експертних систем" подано аналіз та уточнення понять "знання учнів", "система якостей знань"; розкрито сутність поняття "якісні знання учнів"; висвітлено особливості експертних систем, які дозволяють організувати спеціальну діяльність учнів, спрямовану на формування більш якісних знань; здійснено інтерпретацію поняття "якісні знання учнів"; обґрунтовано вибір якостей знань учнів (системності, дієвості та міцності), які є найбільш суттєвими для характеристики знань учнів; розроблено емпіричні індикатори та рівні сформованості цих якостей.

У дослідження проблеми формування якісних знань учнів в умовах традиційного навчання значний внесок зробили А.М. Алексюк, Т.М. Давиденко, Л.Я. Зоріна, Т.Л. Коган, Є.А. Красновський, І.І. Кулібаба, І.Я. Лернер, В.А. Онищук, М.Н. Скаткін, Т.І. Шамова та ін. Вони наголошують, що такі знання повинні мати певні характеристики: повноту, дієвість, гнучкість, міцність, системність, систематичність та ін.

Процес систематичного наукового пізнання навколишнього світу сприяє накопиченню інформації у вигляді різних форм знання (фактів, наукових теорій тощо). Змістовна навчальна інформація стає результатом відбору матеріалу, що повинен засвоїти учень. Вона включає основні наукові положення й актуальну поточну інформацію, яка в сучасних умовах наближує зміст навчання до потреб суспільства й особистості.

Проте обсяг засвоєної змістовної навчальної інформації не є головним критерієм при визначенні рівня досягнень учнів у навчанні і такі знання ще не можна вважати якісними. Повноцінні знання учнів можуть сформуватися лише в результаті усвідомлення зв'язків між елементами знань на основі оволодіння таким змістом загальної середньої освіти, який включає досвід творчої діяльності і закладає фундамент цілісного світосприйняття.

Сучасні уявлення про якісні знання передбачають також сформованість певних компетенцій (соціальних, полікультурних, комунікативних, інформаційних, саморозвитку та самоосвіти ("Критерії оцінювання навчальних досягнень учнів у системі загальної середньої освіти")) і таких якостей особистості, як ініціативність та творчість. Прагнення до саморозвитку і самоосвіти, творча ініціатива, наполегливість притаманні тільки тим учням, у яких достатньо розвинені пізнавальні інтереси. Соціальні, полікультурні, комунікативні компетенції, психоемоційний досвід і ставлення до себе, оточуючого світу можна віднести до світоглядних позицій учнів. Вимога наявності інформаційних компетенцій учнів обумовлена зростанням ролі інформації в сучасному суспільстві. Ці компетенції включають уміння застосовувати інформаційні технології в практичній діяльності, відшукувати, критично осмислювати, опрацьовувати і використовувати різноманітну інформацію. Вони виявляють себе через зміну характеру та способів практичної діяльності учнів.

З огляду на вище зазначене можна стверджувати, що учні оволодівають якісними знаннями лише тоді, коли вони не тільки засвоїли певний обсяг змістовної навчальної інформації, але й у них сформована цілісна сукупність характеристик, які описують результат засвоєння знань (система якостей знань учнів), пізнавальні інтереси та світоглядні позиції.

Отже, на підставі проведеного аналізу та узагальнення психолого-педагогічних досліджень висунутої проблеми обґрунтовано наше розуміння сутності визначення поняття "якісні знання учнів".

Якісні знання учнів - це інтегративний результат засвоєння учнями змістовної навчальної інформації, характерними рисами якого є: усвідомлення учнями зв'язків між елементами знань; уміння відтворювати елементи знань залежно від необхідності їх використання в практичній діяльності; сформованість в учнів пізнавальних інтересів та основ наукового світогляду.

У дисертації також проаналізовано особливості та дидактичні можливості одного з потужних засобів нових інформаційних технологій - експертних систем. Під експертною системою (ЕС) ми розуміємо програмний комплекс, який акумулює знання спеціалістів з конкретних предметних галузей і дозволяє на основі введених користувачем вхідних даних здійснювати діагностику, формулювати рішення або пропонувати рекомендації для вибору дії. Головними структурними компонентами ЕС є база знань і механізм логічного виведення (механізм прийняття рішень).

У дослідженні розглянуто теоретичні основи організації спеціальних видів навчально-пізнавальної діяльності з предметів природничого циклу, зокрема з хімії та біології, з використанням ЕС. До таких видів у роботі віднесено: інформаційно-пошукову діяльність, що розширює обсяг знань про об'єкти, які вивчаються; діяльність з вивчення логічних кроків роботи експертної системи з базою знань, що сприяє розвитку вмінь послідовно застосовувати потрібні знання для прийняття рішень; діяльність з розробки інформаційних моделей навчального матеріалу, що формує вміння виявляти внутрішні зв'язки, ієрархічні рівні елементів знань, класифікувати, структурувати та систематизувати навчальну інформацію.

На основі аналізу запропонованих видів діяльності суб'єктів навчання теоретично обґрунтовано доцільність використання ЕС для формування системності, дієвості і міцності знань учнів.

Таким чином, результати теоретичного дослідження проблеми формування якісних знань та аналіз дидактичних можливостей експертних систем, на основі яких проектується спеціальна навчально-пізнавальна діяльність учнів, дають вагомі підстави вважати, що використання експертних систем у процесі навчання предметів природничого циклу сприяє формуванню якісних знань.

У зв'язку зі складністю діагностичної оцінки якості знань школярів проведено інтерпретацію поняття "якісні знання учнів" з наступною статистичною операціоналізацією. Для цього здійснено виділення емпіричних індикаторів; категорій аналізу, до яких входять системність, дієвість та міцність знань учнів; одиниць аналізу у вигляді показників, за якими можна характеризувати засвоєні учнями знання; одиниць вимірювання у вигляді шкали балів та рівнів. Показники відбивають ступінь відтворення розуміння та усвідомлення фактів, понять, подій, різноманітних зв'язків між ними і використовуються для експериментального оцінювання (у балах) системності, дієвості і міцності знань учнів. Для спрощення процедури оцінювання виділено три рівні сформованості зазначених якостей знань: високий, середній і низький, що в основному відповідають вимогам критеріїв оцінювання навчальних досягнень учнів у системі загальної середньої освіти.

У другому розділі дисертації "Експериментальне дослідження формування якісних знань учнів з використанням експертних систем" викладено організацію та результати педагогічного експерименту.

Перевірка впливу застосування експертних систем на підвищення рівня сформованості якостей знань з дисциплін природничого циклу була основною метою педагогічного експерименту, який проводився протягом 1997-2000 рр. на базі середніх шкіл № 17, 25 м. Сум у процесі навчання хімії та біології учнів 7-8 класів. В експерименті взяло участь понад 400 учнів.

Експериментальна оцінка сформованості якісних знань здійснювалася експертною комісією з учителів високої кваліфікації на основі емпіричної діагностики показників, що характеризують міцність, дієвість та системність знань учнів.

На етапі констатуючого експерименту було виявлено, що сформованість системності знань на низькому рівні мали 49,5 % учнів в експериментальних класах (ЕК) і 49,8 % - у контрольних класах (КК); на середньому рівні - 43 % в експериментальних і 42,4 % - у контрольних класах; на високому рівні - 7,5 % в експериментальних і 7,8 % - у контрольних класах; сформованість дієвості знань на низькому рівні мали 48,6 % учнів експериментальних класів і 49,3 % - всіх учасників експерименту в контрольних класах; на середньому рівні - 43 % в експериментальних класах і 42,9 % - у контрольних класах; на високому рівні - 8,4 % - в експериментальних і 7,8 % у контрольних класах; сформованість міцності знань на низькому рівні мали 46,3 % учнів в експериментальних класах і 47 % - у контрольних класах; на середньому рівні - 44,4 % в експериментальних і 44,7 % - у контрольних класах; на високому рівні - 9,3 % в експериментальних і 8,3 % - у контрольних класах.

Таким чином, дані контрольного зрізу в констатуючому експерименті показали недостатній рівень сформованості системності, дієвості, міцності знань учнів і те, що відмінності між рівнями сформованості вказаних якостей у контрольних та експериментальних класах не є суттєвими.

На етапі формуючого експерименту в експериментальних класах було організовано спеціальну навчально-пізнавальну діяльність учнів на основі використання експертних систем з урахуванням змісту і структури навчального матеріалу, ступеня його складності і наявності технічних можливостей. У дослідженні детально розглянуто види спільної діяльності учителя та учнів на всіх рівнях формування якісних знань учнів: низькому, середньому та високому. Розроблено методичні прийоми підвищення рівня сформованості дієвості, системності і міцності знань учнів шляхом розробки завдань, спрямованих на встановлення та осмислення зв'язків між поняттями та їх властивостями, розвиток логічного мислення, добиралися завдання для застосування знань у стандартних і видозмінених ситуаціях, варіювалась їх послідовність і складність. Раціональне застосування різних методів і організаційних форм навчання дало змогу здійснити диференціацію й індивідуальний підхід до учнів залежно від їхніх здібностей та рівня навчальних можливостей.

У ході контрольного етапу дослідження були отримані такі результати сформованості окремих якостей знань учнів: високий рівень сформованості системності знань виявлено у 13,1 % учнів ЕК проти 9,2 % учнів КК; середній рівень - 58,4 % учнів ЕК проти 47 % учнів КК і низький рівень - 28,5 % учнів ЕК проти 43,8 % учнів КК. Високий рівень сформованості дієвості знань продемонструвало 15,9 % учнів ЕК проти 8,8 % учнів КК; середній рівень - 55,1 % учнів ЕК проти 45,2 % учнів КК; низький рівень - 29 % проти 46 % учнів КК. Високий рівень сформованості міцності знань виявило 15,9 % учнів ЕК проти 10,1 % учнів КК; середній рівень - 53,3 % учнів ЕК проти 45,6 % учнів КК; низький рівень - 30,8 % учнів ЕК проти 44,3 % учнів КК.

Результати контрольного експерименту подані на рис. 1-3.



Рис. 1. Гістограма сформованості системності знань

Рис. 2. Гістограма сформованості дієвості знань

На основі аналізу результатів педагогічного експерименту з використання експертних систем у процесі навчання предметів природничого циклу було виявлено дидактичні умови застосування експертних систем для формування системності, дієвості і міцності знань. Ці умови можна розподілити на чотири групи.

Рис. 3. Гістограма сформованості міцності знань

Перша група умов пов'язана з вибором експертних систем. Варто застосовувати ЕС, які відповідають структурі навчального предмета і дидактичній меті конкретного уроку.

Друга група умов стосується підготовки вчителів. Використання ЕС у навчанні спирається на зацікавленість учителів у пошуку нових підходів до вивчення навчального матеріалу, на достатній рівень володіння засобами нових інформаційних технологій навчання.

Третя група умов пов'язана з підготовкою учнів і передбачає формування позитивної мотивації використання ЕС у навчально-пізнавальній діяльності; проведення пропедевтичної роботи з учнями щодо ознайомлення з ЕС; послідовність і поступовість включення учнів в роботу з ЕС.

Четверту групу складають умови, які стосуються методів і організаційних форм навчання. Вибір і раціональне поєднання різноманітних методів навчання залежить від складності матеріалу, що вивчається, етапу дидактичного циклу, рівня підготовленості учнів і спирається на переважне застосування проблемних методів навчання, диференціацію й індивідуалізацію навчання. експертна система природничий пізнавальна

Аналіз отриманих даних і використання методів перевірки статистичних гіпотез за критерієм Пірсона і критерієм Колмогорова-Смирнова підтвердили на репрезентативній вибірці гіпотезу дослідження про те, що спеціально організована навчально-пізнавальна діяльність на основі використання ЕС сприяє формуванню якісних знань учнів.

ВИСНОВКИ

Результати проведеного дослідження дають підстави зробити такі висновки:

На основі аналізу наукової літератури уточнено зміст поняття "якісні знання учнів" у сучасних умовах. Вони визначаються як результат інтегративного засвоєння учнями змістовної навчальної інформації. Характерними ознаками якісних знань учнів є: усвідомлення зв'язків між елементами знань, які відповідають структурі наукової теорії; відтворення елементів знань залежно від необхідності їх використання у практичній діяльності; сформованість пізнавальних інтересів і світоглядних позицій учнів. В умовах інформатизації суспільства та освіти якісним знанням притаманні також інформаційні компетенції. Аналіз різних характеристик знань, які розглядаються в психолого-педагогічній літературі, дозволив виділити на основі інтегративної ознаки ті з них, які є найбільш суттєвими для визначення якісних знань учнів: системність, дієвість і міцність.

Теоретично обґрунтовано що з метою формування якісних знань учнів доцільно застосовувати експертні системи. Для цього на їх основі необхідно організовувати спеціальні види навчально-пізнавальної діяльності (інформаційно-пошукової, діяльність з вивчення логічних кроків роботи експертної системи з базою знань, з розробки інформаційних моделей навчального матеріалу).

Експериментально підтверджено позитивний вплив використання експертних систем на підвищення рівня сформованості системності, дієвості та міцності знань учнів.

Виявлено дидактичні умови застосування ЕС для формування системності, дієвості і міцності знань. Вони пов'язані з вибором експертних систем, попередньою підготовкою вчителів та учнів, раціональним використанням методів і організаційних форм навчальної діяльності.

Матеріали проведеного дослідження можуть бути використані вчителями біології, хімії загальноосвітніх шкіл, а також викладачами та студентами педагогічних ВНЗ-ів у курсі методики викладання природничих дисциплін.

Виконане дослідження не вичерпує всіх аспектів поставленої проблеми. Актуальним та перспективним є питання впровадження експертних систем для діагностики результатів навчальної діяльності учнів, зокрема в умовах дистанційного навчання; застосування експертних систем у процесі навчання дисциплін гуманітарного циклу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДБИТО У ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Антонченко М.О. Розвиток критичного мислення учнів при побудові інформаційних моделей з предметів природничого циклу // Засоби навчальної та науково-дослідної роботи: Збірник наукових праць / За ред. В.І. Євдокимова, О.М. Микитюка. - Харків: ХДПУ, 2000. - Вип. 13. - С. 108-113.

2. Антонченко М.О. Означення поняття "система якостей знань учнів" // Педагогіка та психологія: Збірник наукових праць ХДПУ. - Харків: Медіа Група, 2000. - Вип. 14. - С. 22-26.

3. Антонченко М.О. Кваліметрія поняття "система якостей знань учнів" // Педагогічні науки: Збірник наукових праць. - Суми: СДПУ, 2000. - С. 345-350.

4. Антонченко М.А. Активизация познавательной деятельности учащихся в процессе изучения экспертных систем // Педагогічні науки: Збірник наукових праць. - Суми: СДПІ, 1998. - С. 191-195.

5. Головань Н.С., Антонченко М.А., Литвинова Л.И. Практикум на ЭВМ: Методические рекомендации учителям информатики средней школы. - Сумы, 1991. - 39 с.

6. Антонченко М.О. Формування творчої особистості на основі НІТ // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. трудов ХГПУ. - Харков: ХГПУ, 1998. - Вып. 6 в 4 частях. - Ч. 4. - С. 389-392.

7. Дмитренко Т.О., Антонченко М.О. Управління навчальною діяльністю учнів у процесі навчання на основі експертних систем // Вестник ХГПУ: Сб. научн. трудов. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып. 16 - С. 140-142.

8. Белоусова Л.И., Антонченко М.А., Дидактические условия эффективности применения экспертных оболочек в обучении дисциплинам естественного цикла // Вестник ХГПУ: Сб. научн. трудов. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып. 25. - С. 142-144.

9. Антонченко М.А., Головань Н.С. Экспертные оболочки как средство повышения уровня сформированности системы качеств знаний учащихся // Педагогічні науки: Збірник наукових праць. - Суми: СДПІ, 1998. - С. 106-110.

10. Головань Н.С., Антонченко М.А. Использование ЭВМ в курсе вычислительной математики // Методические и технические проблемы использования ТСО в учебном процессе: Тезисы докл. республ. научно-методической конф. - 16-18 октября 1989 г. - К., 1989. - С. 25.

11. Антонченко М.О., Білоусова Л.І. Експертні навчальні системи на уроках інформатики // Міжвузівська науково-практ. конф. "Формування інтелектуальних умінь учнів у процесі вивчення математики та інформатики". - 13-14 квітня 1995 р.: Тези доповідей. - Суми, 1995. - С. 111-112.

12. Белоусова Л.И., Антонченко М.А. Применение учебных экспертных оболочек в химии: Тезисы Украинской научно-метод. конф. "Компьютерные программы учебного назначения в химии". - 19-21 апреля 1995 г. - Донецк, 1995. - С. 80.

13. Раков С. А., Водолаженко А.В., Антонченко М.А. Организация самостоятельной работы студентов при изучении экспертных систем // Збірник матеріалів другої міжнародної науково-метод. конф. "Досвід і проблеми організації самостійної роботи і контролю знань студентів" - Суми, 1995. - С. 52.

14. Антонченко М.О. Формування якостей знань у процесі спілкування учнів з комп'ютером // Культура педагогічного спілкування як фактор гуманітаризації сучасної освіти: Матеріали міжрегіон. наук. конф. - Березень 1996. - Суми, 1996. - С. 244-245.

АНОТАЦІЇ

Антонченко М.О. Експертні системи як засіб формування якісних знань учнів 7-8 класів з предметів природничого циклу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.09 - теорія навчання. - Харківський державний педагогічний університет ім. Г.С. Сковороди, Харків, 2001.

У дисертації теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено доцільність впровадження експертних систем у навчально-пізнавальну діяльність учнів 7-8-х класів загальноосвітніх шкіл з предметів природничого циклу. У дослідженні виявлені дидактичні умови ефективного використання експертних систем для формування якісних знань учнів.

Ключові слова: знання, нові інформаційні технології навчання, інформаційна модель, експертні системи.

Антонченко М.А. Экспертные системы как средство формирования качественных знаний учащихся 7-8 классов по предметам естественного цикла. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.09 - теория обучения. - Харьковский государственный педагогический университет им. Г.С. Сковороды, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена рассмотрению актуальной проблемы использования экспертных систем для формирования качественных знаний в учебно-познавательной деятельности учащихся 7-8 классов общеобразовательных школ.

В работе представлен анализ психолого-педагогических исследований по теме диссертации. Раскрыто содержание и сущность понятия "качественные знания учащихся", которое определено как интегративный результат усвоения учеником содержательной учебной информации. Выделены отличительные свойства качественных знаний: осознанность связей между элементами знаний; воспроизводимость элементов знаний по мере необходимости их использования в практической деятельности; сформированность познавательных интересов и основ научного мировоззрения школьников. В современных условиях информатизации общества и образования качественные знания характеризуются также информационными компетенциями, которые включают в себя умения использовать информационные технологии в практической деятельности, отыс. кивать, критически осмысливать, обрабатывать и использовать разнообразную информацию.

Осуществлена интерпретация понятия "качественные знания учащихся" и на основе интегративного признака обоснован выбор характеристик (системность, действенность и прочность), которые являются наиболее существенными при диагностической оценке знаний субъектов обучения.

Обосновано использование экспертных систем как средства организации учебно-познавательной деятельности учащихся по предметам естественного цикла, направленное на формирование качественных знаний. Разработано и экспериментально проверено содержание специальных видов учебно-познавательной деятельности учащихся с использованием экспертных систем. К этим видам относится информационно-поисковая деятельность, которая расширяет объем знаний об изучаемых объектах; изучение логических шагов работы экспертной системы с базой знаний, способствующая развитию умений последовательно использовать необходимые знания для принятия решения; разработка информационных моделей учебного материала, в процессе которой формируются умения структурировать содержательную учебную информацию. Созданы программно-методические средства поддержки этих видов деятельности. Данный комплекс внедрен в учебно-познавательную деятельность по химии и биологии учащихся 7-8 классов общеобразовательных школ.

Путем экспериментального исследования выявлено положительное влияние использования экспертных систем на уровень сформированности системности, действенности и прочности знаний учащихся. Введены уровни сформированности данных качеств; на каждом уровне установлена сущность деятельности и умения, которые формируются в результате выполнения предложенных заданий.

Осуществление теоретико-экспериментального исследования позволило определить дидактические условия использования экспертных систем для формирования качественных знаний учащихся. Эти условия связаны с выбором экспертных систем, подготовкой учителей и учащихся, рациональным использованием методов и организационных форм обучения.

Анализ полученных результатов и использование методов проверки статистических гипотез по критерию Пирсона и критерию Колмогорова-Смирнова подтвердили на репрезентативной выборке, что внедрение в учебно-познавательную деятельность учащихся экспертных систем способствует формированию качественных знаний.

Ключевые слова: знание, новые информационные технологии обучения, информационная модель, экспертные системы.

Antonchenko M.A. Expert systems as a means of forming efficient knowledge of natural sciences subjects of the pupils of 7-8 forms. - Manuscript.

The dissertation for the scientific degree of candidate of pedagogical speciality 13.00.09 - theory of leaning. Kharkiv State Pedagogical University named after G.S. Scovoroda, Kharkiv, 2001.

The introduction of expert systems to the educational-cognitive activity in natural sciences subjects of the 7-8 form pupils of the general education schools is scientifically grounded in the dissertation.

The didactic facilities for effective utilization of expert systems to form efficient knowledge of pupils are revealed.

Key words: knowledge, new information technologies of learning, information model, expert systems.

Размещено на Allbest.ru