Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский педагогический государственный университет

Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания

Гомулина Наталия Николаевна

Москва 2003

Введение

В современных условиях интенсивного развития информационных технологий возникает необходимость в создании иной образовательной среды. В настоящее время актуальным является вопрос использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в учебном процессе школы и, в частности, при обучении физике и астрономии.

Современные мультимедийные компьютерные программы и телекоммуникационные технологии открывают учащимся доступ к нетрадиционным источникам информации - электронным гипертекстовым учебникам, образовательным сайтам, системам дистанционного обучения и т.п., это призвано повысить эффективность развития познавательной самостоятельности и дать новые возможности для творческого роста школьников.

Развитие информационных и телекоммуникационных технологий идет настолько быстро, что существующие педагогические исследования не успевают проанализировать новые методы, формы и средства обучения физике и астрономии.

Наибольшее количество диссертационных исследований по внедрению информационных и телекоммуникационных технологий посвящено вопросам методики преподавания информатики в средней и высшей школе (Андреев А.А., Апатова Н.В., Бурнусова О.В, Шелухина А.В.). Ряд исследований был посвящен вопросам формирования профессиональной компетентности учителя информатики в условиях информатизации образования (Добудько Т.В.); системе подготовки учителя к использованию информационных технологий в учебном процессе (Жалдак М.И.); дидактическим основам формирования готовности будущего учителя информатики к использованию новых информационных технологий (Кручинина Г.А.); методическим основам подготовки будущего учителя информатики к использованию технологий компьютерного обучения (Марусева И.В.); методике формирования информационно-технологической составляющей профессиональной культуры учителя (Молоткова Н.В.); информационно-динамической обучающей среде как фактору развития информационной культуры будущего учителя (Сизинцева Н.А.). Теоретические основы разработки и использования средств информационных и коммуникационных технологий в личностно ориентированном обучении рассматриваются в исследовании Панюковой С.В. Теоретические основы создания и использования средств информатизации образования рассматриваются в исследовании Роберт И.В.

Многие диссертационные исследования затрагивают различные аспекты информатизации процесса обучения астрономии и физике.

Вопросам теории и методики применения компьютеров в обучении физике посвящены исследования Анциферова Л.И., Извозчикова В.А., Кондратьева А.С., Лаптева В.В., Смирнова А.В. и др. Частным вопросам методики преподавания физики с использованием информационных технологий посвящены исследования Абросимова П.В. и Светлицкого С.Л. Методике организации учебного физического эксперимента с использованием компьютера как средство индивидуализации обучения в школе посвящено исследование Клевицкого В.В., методике использования ЭВМ как средства развития мышления учащихся при обучении физике - исследование Чекулаевой М.Е. Исследование Нуркаевой И.М. посвящено методике организации самостоятельной работы учащихся с компьютерными моделирующими программами на занятиях по физике. Вопросы использования компьютерных физических датчиков в школьном лабораторном эксперименте и методика организации различных видов учебной деятельности при изучении физики рассматривалась в исследовании Ездова А.А. В исследовании Медведева О.Б. рассматриваются глобальные компьютерные телекоммуникации в работе учителей физики и естествознания.

В исследовании Горбуновой И.Б. рассмотрены вопросы повышения операционности знаний по физике с использованием новых компьютерных технологий. Есть и исследования, затрагивающие вопросы формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике (Харитонов А.Ю.), развития исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики (Сельдяев В.П.). В диссертационном исследовании Жукова Л.В. рассматриваются теоретические основы методики астрономической подготовки учителя физики. Вопросы применения информационных технологий рассматриваются в диссертационных исследованиях Паболкова И.В. и Белоозеров Л.

Однако, вопросы подготовленности учителей физики и астрономии к применению новых современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении практически не рассматривались. Также нет исследований, посвященных современным проблемам применения новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании.

Анализ научно-методических исследований и современного состояния школьного физического и астрономического образования позволяет говорить о существовании целого комплекса противоречий:

между требованиями современной педагогической парадигмы, выдвигающей на первый план идею развития личности и рассматривающей учебные предметы (физику и астрономию) как средство развития учащихся, и ориентацией учителей на формирование у учащихся, в основном, знаний и умений;

между возможностями компьютерного обучения и отсутствием системы применения современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии;

между значительным количеством работ в области информационных технологий и практическим отсутствием методики применения совокупности различных средств новых информационных технологий в обучении физике и астрономии в школе.

Это делает актуальной тему исследования «Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании».

Цель исследования состоит в решении вопроса, какой должна быть совокупность современных информационных и телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии и физики, которая бы обеспечивала повышение качества физического и астрономического образования на основе создания и внедрения комплекса программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по астрономии и физике.

Объектом исследования является процесс обучения астрономии и физике в средней школе.

Предметом исследования является применение современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии в средней школе.

В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза исследования: если разработать программно-педагогические средства (ППС) по астрономии и физике, удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, а также соответствующие телекоммуникационные средства и методику их применения, то комплексное применение совокупности программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике повысит интерес учащихся к науке, будет способствовать развитию познавательной самостоятельности, улучшит качество знаний учащихся.

Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

провести анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований, посвященных проблеме использования новых компьютерных технологий в образовании в целом, а также вопросам применения компьютерных программных и телекоммуникационных средств в преподавании астрономии и физики;

провести анализ современных ППС по астрономии и физике;

определить дидактические требования к программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физики;

разработать комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике;

определить наиболее целесообразные методы применения и разработать учебно-методические материалы по использованию создаваемых ППС и современных телекоммуникационных средств по астрономии и физике;

разработать модели учебной деятельности, использующие информационные и коммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования;

разработать и внедрить соответствующую программу повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленную на подготовку к комплексному применению в процессе обучения ППС и телекоммуникационных средств;

экспериментально проверить эффективность методики применения разработанного комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике.

Методологической основой исследования стали философские представления о современном информационном обществе, основные положения парадигмы личностно-ориентированного обучения, работы, посвященные вопросам теории, методологии и практике обучения астрономии и физике.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности:

изучение философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой проблеме;

изучение и анализ передового педагогического опыта;

изучение содержания учебных планов, программ, учебников, дидактических пособий по астрономии и физике;

конструирование комплекса программно-педагогических и учебных телекоммуникационных средств по астрономии и физике, направленных не только на улучшение качества знаний, но и на формирование информационной культуры учащихся, развитие познавательной самостоятельности учащихся;

моделирование учебной деятельности на основе информационных и коммуникационных технологий с учетом вариативности и индивидуализации общего образования;

моделирование методики применения в учебных целях компьютерных дидактических средств;

беседы, анкетирование, опрос и экспертная оценка;

экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса компьютерных программ и телекоммуникационных средств;

анализ научно-исследовательских и поисковых работ учащихся по астрономии с применением комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии.

педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью проверки гипотезы исследования и статистическая обработка данных педагогического эксперимента.

Базой исследования являлись гимназии №№ 1541, 1543, 1567 г. Москвы, средние общеобразовательные школы №№ 659, 1304, 1216, 591, 65, 637, 56, 1131 г. Москвы, Центр образования г. Зеленогорска Красноярской области.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

* определены дидактические требования к современным программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физике (соответствие обязательному минимуму физического образования, интерактивность компьютерных моделей, обратная связь, обеспечение условий для формирования исследовательских умений, единство обучающей и контролирующей функций, разнообразие видов и дифференцированность заданий, соответствие возможностям учащихся и наличие условий для индивидуального роста);

разработана и внедрена структура комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике (электронный учебник, содержащий интерактивные модели, электронный учебник, размещенный в ИНТЕРНЕТ в свободном доступе, методическая поддержка с помощью страниц «Учителю», система дистанционного обучения учащихся, поиск информации и обзор ресурсов в ИНТЕРНЕТ, дистанционные конкурсы и олимпиады);

созданы программно-педагогические средства и телекоммуникационные средства по астрономии (мультимедийный курс «Открытая Астрономия», дистанционная олимпиада по астрономии и др.) и физике (компьютерные лабораторные работы по электродинамике, оптике, модели «On-line лаборатории по физике» и др.);

предложены модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности учащихся;

разработана и внедрена система повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленная на комплексное применение ППС и телекоммуникационных средств в процессе обучения астрономии и физике и включающая обучение методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, работе с интерактивными моделями и телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, разработке моделей уроков с применением ППС и телекоммуникационных средств обучения, поиску информации в ИНТЕРНЕТ.

Теоретическая значимость исследования определяется тем, что:

обоснована особая роль применения ППС и телекоммуникационных средств в обучении астрономии и физике, рассматривающих модели непосредственно не воспринимаемых объектов и явлений мега- и микромасштабов;

доказана необходимость и целесообразность применения при обучении астрономии и физике ППС и телекоммуникационных средств в единстве;

выявлено положительное влияние комплексного применения ПП и телекоммуникационных средств на развитие познавательной самостоятельности учащихся.

Практическое значение исследования заключается в разработке:

плана компьютерного курса, текста электронного учебника, структуры компьютерных анимационных и интерактивных моделей мультимедийного курса «Открытая Астрономия»;

методики проведения дистанционных уроков по астрономии и физике;

практических рекомендаций по использованию телекоммуникационной виртуальной «on-line лаборатории» по физике и компьютерных лабораторных работ по физике;

компьютерных лабораторных работ по электродинамике, оптике и квантовой физике;

системы телекоммуникационных технологий обучения астрономии и физике со структурой обратной связи;

комплекса учебных телекоммуникационных средств, в создании в создании специального учебного сайта по астрономии;

методических рекомендаций по применению комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике в основной и полной (старшей) школе;

программы и методических рекомендаций курсов повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленной на применение в обучении системы компьютерных технологий; научно-методического сайта для учителей физики и астрономии.

На защиту выносятся следующие положения:

В преподавании астрономии и физики целесообразно применение ППС и телекоммуникационных средств в единстве. Применение ППС и телекоммуникационных средств целесообразно реализовывать в рамках таких моделей учебной деятельности, как 1) интерактивное моделирование, 2) «On-line лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок.

ППС и телекоммуникационные средства должны удовлетворять требованиям: 1) соответствия обязательному минимуму физического образования и одновременного превышения этого минимума, 2) интерактивности компьютерных моделей, 3) обратной связи, 4) обеспечения условий для формирования исследовательских умений, 5) единства обучающей и контролирующей функций, 6) разнообразия видов и дифференцированности заданий, 7) соответствия возможностям учащихся и создание условий для индивидуального роста.

Комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике должен включать: 1) электронный учебник, содержащий интерактивные модели, 2) электронный учебник, размещенный в Интернет в свободном доступе, 3) обеспечение методической поддержки и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю», систему дистанционного обучения учащихся, 4) систему дистанционного обучения учащихся, 5) поиск информации и обзор ресурсов в Интернет, 6) дистанционные конкурсы и олимпиады.

Повышение познавательной самостоятельности учащихся при применении современных информационных технологий в обучении астрономии и физике достигается при комплексном применении современных ППС и телекоммуникационных средств обучения.

Для подготовки учителя физики и астрономии комплексному применению ППС и телекоммуникационных средств в обучении в систему повышения квалификации целесообразно включить обучение: 1) методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, 2) работе с интерактивными моделями, 3) работе с телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, 4) разработке моделей уроков с применением ППС и телекоммуникационных средств обучения, 5) поиску информации в Интернете.

физика астрономия технология информационная

Структура диссертации

Диссертационное исследование объемом 239 страниц основного текста (всего 332 страницы) состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 411 наименований, 15 приложений. Содержит 34 таблицы, 13 диаграмм, 39 рисунков.

В первой главе «Новые информационные и телекоммуникационные технологии и их использование в преподавании физики и астрономии» рассматриваются современные аспекты использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в обучении.

В результате проведенного теоретического анализа психолого-педагогической литературы выявлено, что исследования влияния новых информационных технологий на процесс обучения достаточно разнообразны и многочисленны, однако, исследований целесообразности установления взаимосвязей программно-педагогических средств и поддержки ППС через Интернет не проводились. Не исследовались вопросы повышения продуктивности применения современных информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе для повышения познавательной самостоятельности учащихся.

Не рассмотрены также и более частные вопросы методики использования телекоммуникационных средств в обучении физике и астрономии: общение с помощью электронной почты, участие в телеконференциях и учебных форумах, участие в дистанционных олимпиадах. Не исследованы в достаточной мере вопросы сотрудничества между учителями и учащимися разных учебных заведений и разных регионов по достижению общей цели в решении телекоммуникационных учебно-исследовательских проектов.

Не рассмотрены методические особенности организации дистанционного обучения как учащихся, так и учителей, дистанционного повышения квалификации учителей, на базе компьютерных телекоммуникаций в физике и астрономии.

Анализ научно-методических исследований по проблеме познавательной самостоятельности выявил, что уровни познавательной самостоятельности (репродуктивный, частично-поисковый и исследовательский) соответствуют характеру познавательной деятельности учащихся. Было выдвинуто предположение о том, что комплексное применение новых информационных и телекоммуникационных технологий может влиять на повышение познавательной самостоятельности учащихся.

Во второй главе «Совершенствование методики преподавания астрономии и физики на основе комплексного использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств» рассматриваются цели и методы применения информационных и телекоммуникационных технологий. Анализируются методические возможности применения современных ППС и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике.

Определены дидактические требования к современные ППС и телекоммуникационным средствам обучения. Анализ имеющихся программно-педагогических средств по астрономии позволил сделать вывод о том, что создание мультимедийного курса по астрономии, содержащего учебные интерактивные модели, тренирующе-тестирующий блок, интегрированный с базой задач, ориентированный не только на работу на локальном компьютере, но и в локальных сетях, и в Интернет, является актуальной задачей.

Определены наиболее целесообразные методы применения и разработаны учебно-методические материалы по использованию создаваемых ППС по физике. Проанализированы дидактические возможности имеющихся программно-педагогических средств по физике, разработана структура, тесты и задания, проверяемые интерактивным экспериментом, методика проведения 14 компьютерных лабораторных работ по физике для мультимедийного курса «Открытая Физика 2.5».

Разработаны модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности: 1) интерактивное моделирование, 2) «On-line лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок.

Разработаны методические рекомендации по самостоятельному конструированию компьютерных лабораторных работ с помощью интерактивных моделей. Составлены методические рекомендации по составлению индивидуальных тестовых заданий по физике с использованием образовательного портала «Открытый Колледж» (ФИЗИКОН) http://www.college.ru. Выявлены методические возможности виртуальной моделирующей среды «On-line лаборатории» по физике, созданы примеры интерактивных моделей и методические рекомендации по их использованию. Анализ телекоммуникационных ресурсов показал, что практически отсутствуют учебно-методические сайты по астрономии с размещением информации, предназначенной для учащихся и учителей. Поэтому задача разработки структуры комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии явилась актуальной.

Разработана и внедрена соответствующая система повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленная на подготовку к комплексному применению в процессе обучения ППС и телекоммуникационных средств. При обучении методам анализа и оценки программно-педагогических средств анализировались особенности образовательного процесса с применением информационных и телекоммуникационных технологий. Рассмотрена система применения телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии, дистанционного обучения учащихся, предложена система дистанционного повышения квалификации учителей физики.

В третьей главе «Методика учебной работы с комплексами программно-педагогических и телекоммуникационных средств на примере комплекса по астрономии» проанализирована методическая литература по астрономии. Анализ методической литературы по астрономии (Шишаков В.А., Набоков М.Е., Левитан Е.П., Воронцов-Вельяминов Б.А., Дагаев М.М., Засов А.В., Кононович Э.В. и др.) [389, 201, 203, 227] позволяет сделать вывод, что существующие методические пособия по астрономии не соответствуют современным целям образования, написаны задолго до начала использования современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении астрономии. Анализ имеющихся программно-педагогических средств по астрономии обосновывает необходимость создания современного мультимедийного курса и соответствующей методики его применения, а также создания соответствующих телекоммуникационных средств обучения. Таким образом, обосновывается необходимость создания комплекса ППС и телекоммуникационных средств обучения астрономии. В главе рассмотрены требования к содержанию и структуре комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по физике и астрономии. Подробно рассмотрено содержание и дидактические возможности созданного мультимедийного курса «Открытая Астрономия» и телекоммуникационных средств по астрономии.

В четвертой главе «Экспериментальное обоснование применения комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств в преподавании физики и астрономии» описывается проведение констатирующего, поискового и обучающего этапов эксперимента по проблеме исследования. Констатирующий эксперимент показал целесообразность создания соответствующих ППС и телекоммуникационных средств, разработку соответствующей методики работы с ними, разработку соответствующей системы повышения квалификации учителей.

Анализ результатов педагогического эксперимента в целом подтверждают гипотезу с достоверностью не ниже 95% о том, что существует связь между разработанной методикой применения новых информационных и телекоммуникационных технологий и улучшением качества знаний, достижением исследовательского уровня познавательной самостоятельности учащихся.

В заключении сформулированы итоги проведенного исследования и обозначены пути дальнейших исследований.

В приложениях приведены модели дистанционных уроков, методика проведения компьютерных лабораторных работ, методические рекомендации по поиску информации в Интернете, программа курсов повышения квалификации учителей физики, методика самостоятельного конструирования интерактивных экспериментов по физике с использованием телекоммуникационных средств обучения.

Психолого-педагогические основы использования информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе

Анализ современной научно-методической литературы свидетельствует о тенденции все более широкого использования информационных технологий в учебном процессе. Образование - это такая сфера деятельности человека, которая всегда чутко реагирует на различные способы подачи информации. Именно так в сферу образования вошли кинофильмы, видеофильмы, кассеты с магнитофонными записями, а в настоящее время активно внедряются новые компьютерные технологии. Вопросам информатизации современного учебного процесса и основам использования информационных технологий при обучении различным предметам посвящено большое количество исследований.

Наибольшее количество диссертационных исследований по внедрению информационных и телекоммуникационных технологий посвящено вопросам методики преподавания информатики в средней школе. Например, исследованы вопросы дистанционного обучения в высших учебных заведениях (Андреев А.А.) [8]; влияния информационных технологий на содержание и методы обучения в средней школе (Апатова Н.В.) [12]; методики использования учебных телеконференций в обучении учителя информатики (Бурнусова О.В.) [51]; основ внедрения телекоммуникационных технологий в обучении информатике в средней школе (Шелухина А.В. [388]. Вопросам формирования профессиональной компетентности учителя информатики в условиях информатизации образования (Добудько Т.В.) [118]; системе подготовки учителя к использованию информационных технологий в учебном процессе (Жалдак М.И.) [139]; дидактическим основам формирования готовности будущего учителя к использованию новых информационных технологий (Кручинина Г.А.) [187]; методическим основам подготовки будущего учителя информатики к использованию технологий компьютерного обучения (Марусева И.В.) [220]; методике формирования информационно-технологической составляющей профессиональной культуры учителя (Молоткова Н.В.) [242]; информационно-динамической обучающей среде как фактору развития информационной культуры будущего учителя (Сизинцева Н.А.) [333]. Теоретические основы разработки и использования средств информационных и коммуникационных технологий в личностно ориентированном обучении рассматриваются в исследовании Панюковой С.В. [266], теоретические основы создания и использования средств информатизации образования рассматриваются в исследовании Роберт И.В. [305].

Ряд диссертационных исследований затрагивает различные аспекты информатизации процесса обучения физике и астрономии. Вопросам теории и методики применения компьютеров в обучении физике посвящены исследования Анциферова Л.И., Извозчикова В.А., Кондратьева А.С., Лаптева В.В., Смирнова А.В. и др. [11, 154, 155, 156, 183, 195, 337 и др.]. Частным вопросам методики преподавания физики с использованием информационных технологий посвящены исследования Абросимова П.В. [1]; Светлицкого С.Л. [324]. Методике организации учебного физического эксперимента с использованием компьютера как средство индивидуализации обучения в школе посвящено исследование Клевицкого В.В. [173]; методике использования ЭВМ как средства развития мышления учащихся при обучении физике - исследование Чекулаевой М.Е. [379]; методике организации самостоятельной работы учащихся с компьютерными моделирующими программами на занятиях по физике - исследование Нуркаевой И.М. [254]. Вопросы использования компьютерных физических датчиков в школьном лабораторном эксперименте и методика организации различных видов учебной деятельности при изучении физики рассматривалась в исследовании Ездова А.А. [124]. В исследовании Медведева О.Б. рассматриваются глобальные компьютерные телекоммуникации в работе учителей физики и естествознания [225].

В исследовании Горбуновой И.Б. рассмотрены вопросы повышения операционности знаний по физике с использованием новых компьютерных технологий [95]. Есть и исследования, затрагивающие вопросы формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике Харитонов А.Ю. [375]; развития исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики (Сельдяев В.П.) [328]. В диссертационном исследовании Жукова Л.В. рассматриваются теоретическое основы методики астрономической подготовки учителя физики [142].

В исследованиях по теории и методике обучения астрономии вопросы применения информационных технологий рассматриваются в диссертационных исследованиях Паболкова И.В. (применение компьютерного моделирования в школьном астрономическом образовании, методика применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ») [260]; Белоозеров Л. (методика изучения астрономических понятий курса физики и астрономии в современной школе на базе новых технологий обучения) [29].

Новые информационные технологии в образовании - это образовательные технологии с использованием компьютеров. По определению Смирнова А.В. «… новая информационная технология (НИТ) - технология обработки, передачи, распространения и представления информации с помощью ЭВМ, создание вычислительных и программных средств» [337, С. 59].

Аппаратные и программные средства, необходимые для реализации информационных технологий, называют средствами новых информационных технологий СНИТ. В исследовании Смирнова А.В. дано следующее определение средств новых информационных технологий: «…аппаратные и программные средства учебного назначения, необходимые для реализации новых информационных технологий обучения» [337, С. 46]. Под средствами информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) Панюкова С.В. понимает «комплекс технических, программно-аппаратных, программных средств, систем и устройств, функционирующих на базе средств вычислительной техники; современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающих автоматизацию ввода, накопления, хранения, обработки, передачи и оперативного управления информацией» [265, С.7]. К средствам информационных и телекоммуникационных технологий относятся: ПЭВМ, перефирийное оборудование, средства технологии мультимедиа и систем «виртуальная реальность», системы машинной графики и искусственного интеллекта; средства коммуникации (сетевое оборудование, программные комплексы, телефонные линии, волоконно-оптические и спутниковые каналы связи и пр.) и их инструментарий [266].

Наиболее общая работа, в которой рассматривается классификация средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) по способу их использования в образовательных целях, является работа Роберт И.В. и Самойленко П.И. «Информационные технологии в науке и образовании» [306], в которой предлагается следующая классификация использования ИКТ. ИКТ можно применять в качестве:

средств обучения;

средств, совершенствующих процесс преподавания;

инструмента познания окружающей действительности и самопознания;

средств развития личности обучаемого;

объекта изучения в рамках освоения курса информатики;

информационно-методического обеспечения и управления учебно-воспитательным процессом;

средства коммуникаций;

средства автоматизации процесса обработки результатов эксперимента и управления;

средства автоматизации процессов контроля и коррекции результатов учебной деятельности, тестирования и психодиагностики;

средств организации интеллектуального досуга.

В данной работе мы будем различать информационные и телекоммуникационные технологии. Новые информационные (компьютерные технологии по классификации Г.К. Селевко [327]) наиболее часто применяются в учебном процессе. Информационные (компьютерные) технологии развивают идеи программированного обучения, ориентированы на локальные компьютеры. По организационным формам преобладают индивидуальная работа учащихся или работа в малых группах. При этом используются готовые программы (обучающие и демонстрационные), компьютерные проектные среды, например «Живая физика», готовые компьютерные лабораторные комплексы для проведения экспериментов, электронные задачники, интерактивные анимационные компьютерные модели физических процессов. К аппаратным средствам новых информационных (или компьютерных) технологий относится персональный компьютер с периферийными устройствами, к программным средствам относятся специально разрабатываемые дидактические материалы, называемые программно-педагогическими средствами (ППС).

Под телекоммуникационными технологиями мы будем понимать сетевые технологии, использующие локальные сети и глобальную сеть Интернет в синхронном и асинхронном режимах времени для различных образовательных целей.

Прежде всего, телекоммуникационные технологии обеспечивают возможность проведения дистанционных уроков, показа видеоматериалов и анимационных материалов, находящихся на различных образовательных серверах, работы над учебными телекоммуникационными проектами, асинхронной телекоммуникационной связи, организации дистанционных олимпиад по астрономии и физике и т.п. При этом серверы дистанционного обучения обеспечивают интерактивную связь с учащимися через Интернет, в том числе, и в режиме реального времени. Телекоммуникационные технологии обеспечивают доступ к базам данных по различным областям знаний.

Проблемам использования компьютерных технологий в учебной деятельности посвящены работы Г.А. Бордовского, А.М. Довгяло, И.Б. Горбуновой, В.А. Извозчикова, С.В. Панюковой, И.В. Роберт, А.В. Смирнова и других [41, 95, 155, 265, 307, 337 и др.]

Теоретическим фундаментом для всех последующих исследований являются работы А.П. Ершова [133] [136]. Ему принадлежит лозунг начала 80-х годов «программирование - вторая грамотность». В начале 90-х годов ХХ века в нашей стране появляется Концепция образования, которая формулирует «… отправные положения начинающегося процесса перестройки образования в условиях информатизации общества» [184, С. 3]. Именно с этого момента наблюдается поворот от повсеместного изучения только элементов программирования в школах к современному уровню использованию информационных технологий в образовании.

Практически все исследователи приходят к единому выводу о высокой эффективности использования ИКТ в учебном процессе.

«Особого внимания заслуживает описание уникальных возможностей СНИТ, реализация которых создает предпосылки для небывалой в истории педагогики интенсификации образовательного процесса, а также создания методик, ориентированных на развитие личности обучаемого. Перечислим эти возможности: незамедлительная обратная связь между пользователем и СНИТ; компьютерная визуализация учебной информации … об объектах или закономерностях процессов, явлений, как реально протекающих, так и виртуальных; архивное хранение достаточно больших объемов информации с возможностью ее передачи, а также легкого доступа и обращения пользователя к центральному банку данных; автоматизация процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности, а также обработки результатов учебного эксперимента с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента; автоматизация процессов информационно-методического обеспечения, организационного управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения» [304, С.13].

Одним из первых философских исследований, посвященных информатизации процесса обучения, является исследование Т.П. Ворониной [56]. Воронина Т.П. подметила, что коммуникационные технологии внедряются в процесс обучения без «соответствующих теоретических разработок», «часто без необходимого педагогического осмысления и творческой поддержки» [56, С.17].

Новые информационные технологии обучения включают информационно-вычислительную технику, аудио- и видеосистемы, системы мультимедиа, программные средства, вычислительные и информационные среды, средства телекоммуникаций и др., а также информационные технологии обучения, управления системами, процессами, объектами [306].

Лаптев В.В. [195] ввел понятие учебной компьютерной модели и показал, что это существенно расширяет классификацию моделей, предложенную Каменецким С.Е. и Солодухиным Н.А. [164].

Психолого-педагогические аспекты ИКТ достаточно разнообразны. Проблемы взаимодействия человека и компьютера, закономерности диалога человека и ЭВМ, изменение мышления, памяти, воображения, процессов восприятия и переработки информации, эмоциональной сферы под влиянием вычислительных машин рассматривались Машбицом Е.И., Тихомировым О.К. и др. [220, 224, 353].

Применение компьютерных технологий в образовании вносит в развитие человека различные изменения, которые относятся как к познавательным, так и к эмоционально-мотивационным процессам, они влияют на характер человека, при этом отмечается усиление познавательной мотивации обучаемых при работе с компьютером [353]. Использование средств ИКТ в обучении способствует увеличению доли самостоятельной учебной деятельности и активизации обучаемого, «формированию личности обучаемого за счет развития его способности к образованию, самообучению, самовоспитанию, самоактуализации, самореализации» [265, С. 154]. В психологических исследованиях отмечается, что ИКТ влияют на формирование теоретического, творческого и модульно-рефлексивного мышления обучаемых, что компьютерная визуализация учебной информации оказывает существенное влияние на формирование представлений, занимающих центральное место в образном мышлении, а образность представлений тех или иных явлений и процессов в памяти обучаемого обогащает восприятие учебного материала, способствует его научному пониманию.

Роль и место новых информационных технологий в учебно-познавательной деятельности и влияние на психику человека исследовались в работах Б.С. Гершунского, В.В. Рубцова, О.Н. Тихомирова и др. [70, 315, 353 и др.].

Применение компьютерных технологий не изменяет сроки обучения, а зачастую применение ППС на уроке забирает больше времени, но дает возможность учителю более глубоко осветить тот или иной теоретический вопрос. При этом применение ППС помогает учащимся вникнуть более детально в те физические процессы и явления, изучить важные теоретические вопросы, которые не могли бы быть изучены без использования интерактивных моделей.

Глубоко содержательный, многоаспектный психологический анализ компьютеризации обучения проведен в статье М.Б. Калашниковой и Л.Г. Регуш [163]. Авторы отмечают, что компьютеризация учебного процесса формирует мышление учащихся, а конкретно такие характеристики мышления, как склонность к экспериментированию, гибкость, развивает творческую деятельность учащихся, способность по-новому воспринимать кажущиеся очевидными факты, устанавливать новые, оригинальные связи.

Сметанников А.Л. показал, что наибольшая эффективность использования компьютера на уроке достигается, как правило, «в следующих случаях:

использование объемных пакетов учебных программ, поддерживающих данные темы или разделы с печатными методическими разработками, системами контроля по различным предметам;

использование программных сред, поддерживающих целые учебные курсы или значительные фрагменты курсов;

экспертно-обучающие системы» [336, С.25].

Развитие сети Интернет происходит исключительно интенсивно, позволяя обеспечивать доступ к информации, к любому источнику в любом географическом месте, без ограничения объема информации. По состоянию на октябрь 2002 года (по данным обработки статистических массивов, накапливаемых системой SpyLOG) ежедневно посещается более 150 тысяч сайтов, более 20 миллионов посетителей, более 80 миллионов запросов. Телекоммуникации - область информационных технологий, темп развития которых намного опережает темп создания методик их использования в учебном процессе. Тем не менее, имеются научные исследования и публикации по данному вопросу.

Б. Беренфельд [404] выделяет 5 возможных функциональных возможностей использования телекоммуникаций в образовании:

1. Теледоступ. Доступ к базам данных, различным библиотекам и справочникам.

2. Электронные публикации.

3. Телеприсутствие.

4. Теленаставник, виртуальный учитель.

5. Телесотрудничество, работа над проектами.

Имеется несколько моделей и теорий использования телекоммуникационных технологий в образовании:

- теория автономии и независимости обучения;

- теория индустриализации;

- теория взаимодействия и коммуникации.

Использование современных телекоммуникационных технологий в учебном процессе может обеспечить передачу знаний и доступ к разнообразной учебной информации наравне, а иногда и более интенсивно и эффективнее, чем при традиционном обучении.

Одним из направлений применения телекоммуникационных технологий в образовании является дистанционное обучение. Понятие дистанционного обучения (Distance Education) заимствовано из английского языка и практики образования Канады и США и означает обучение на расстоянии, когда учитель и учащиеся разделены пространственно.

Под термином дистанционное обучение мы понимаем процесс получения знаний и умений с помощью специализированной среды, основанной на использовании новейших информационных технологий, обеспечивающих обмен учебной информацией на расстоянии.

Дистанционное обучение может обеспечиваться разными способами: электронной почтой, телеконференциями, учебными форумами и чатами, но важнейшими современными направлениями развития дистанционного обучения являются размещение на специальным серверах учебных мультимедийных курсов, дистанционных уроков, в том числе интерактивных, анимаций по учебной тематике, научных поисковых машин для поиска учебной информации на специальных серверах.

Исследователи рассматривали различные вопросы, затрагивающие методические и практические аспекты применения телекоммуникационных технологий в образовании. «Прежде всего - возможность вовлечения каждого учащегося в активный познавательный процесс, причем процесс не пассивного овладения знаниями, а активной познавательной самостоятельной деятельности каждого учащегося, применения им на практике этих знаний и четкого осознания, где, каким образом и для каких целей эти знания могут быть применены. Это возможность работать совместно, в сотрудничестве, при решении разнообразных проблем, проявляя при этом определенные коммуникативные умения, возможность широкого общения со сверстниками из других школ своего региона, других регионов страны и даже других стран мира, возможность свободного доступа к необходимой информации не только в информационных центрах своей школы, но и в научных, культурных, информационных центрах всего мира с целью формирования собственного независимого, но аргументированного мнения по той или иной проблеме, возможности ее всестороннего исследования» [115, С.55].

В настоящее время признано, что сетевое обучение, по сравнению с очным обучением, имеет ряд новых образовательных характеристик:

«Преодоление барьеров в пространстве и времени, получение свежей информации и возможность обмена ей между педагогами и учениками;

общение учащегося с удаленными педагогами-профессионалами, консультации у специалистов высокого уровня независимо от места их нахождения;

резкое увеличение объема и разнообразия доступных образовательных и научных массивов, быстрый и эффективный доступ к мировым культурным сокровищам из любого населенного пункта, где имеется доступ к сети Интернет, использование кибербиблиотек;

профессиональное общение преподавателей с коллегами и учеными, независимо от их территориальной расположенности;

обсуждение психолого-педагогических проблем с единомышленниками из других городов и стран;

проведение совместных дистанционных занятий;

усиление активной роли учащегося в образовании при выборе средств, форм и темпов изучения различных образовательных областей;

увеличение творческой составляющей учебного процесса за счет применения интерактивных форм занятий, мультимедийных обучающих программ, индивидуализированное обучение дистанцированных учащихся;

усиление поля общения обучающихся, например, соревнования с большим количеством сверстников, расположенных в различных городах, странах, при помощи участия в дистанционных проектах, конкурсах, олимпиадах, публикация в сети и электронная рассылка ученических работ, их экспертиза и оценка;

создание более комфортных, по сравнению с традиционными, эмоционально-психологических условий для самовыражения ученика, возможность демонстрации учениками продуктов своей деятельности для всех желающих, снятие психологических барьеров и проблем, устранение погрешностей устного общения…» [260, С. 349].

Применение телекоммуникационных технологий в образовании, дидактические функции компьютерных телекоммуникаций рассмотрены в [276]. Применение телекоммуникаций рассматривается с точки зрения проектной деятельности (метод проектов), основанной на поисковых, исследовательских методах, что позволяет организовывать различного рода совместные исследовательские работы учащихся, учителей, студентов, научных работников из различных школ.

Одной из основных организационных форм учебной деятельности А.Ю. Уваров считает метод учебных телекоммуникационных проектов, при этом «возникает исследовательская деятельность учащихся как элемент содержания обучения» [358, С.31]. Включение учебных телекоммуникационных проектов привносит в структуру учебного предмета новые методы работы с использованием новых информационных технологий, создает оперативную поддержку учителей на рабочем месте, условия для исследовательской работы учителей, новые средства исследовательской деятельности как элемент содержания обучения. Например, в дистанционных эвристических проектах центра «Эйдос» учащимися создается собственная образовательная продукция, способствующая успешному усвоению получаемых при этом навыков и знаний [377].

Так эвристические олимпиады по физике расширяют горизонты познавательной деятельности учащихся, заставляют по-новому взглянуть на привычное, хорошо знакомое и создать новое для них самих знание. Эвристические олимпиады развивают творческий потенциал ученика, учат применять знания в изменяющихся ситуациях, охватывая явления многоаспектно, устанавливать причинно-следственные связи, ставить и проверять гипотезы, генерировать идеи и пытаться найти необычное собственное решение.

Соколова Г.Ю. [340] исследовала вопрос подготовки учителя информатики и методиста НИТ к работе в сети Интернет и обосновала введение курса «Информационные технологии Internet». Для реализации целей обучения учителей были предложены «… наряду с традиционными методами (объяснительно-иллюстративными, репродуктивными) следующие методы:

метод информационного ресурса;

метод демонстрационных примеров;

метод проектов» [340, с. 83].

Якушина Е.В. исследовала вопрос методики обучения работе с информационными ресурсами Интернет школьников на основе модели, включающей в себя существенные компоненты Интернет и ограниченной объемом компакт-диска [401].

Шелухина А.В. [388] рассмотрела вопросы внедрения локальных телекоммуникационных систем и телекоммуникационных технологий в обучение информатике в средней школе и определила методы преподавания курса информатики с учетом активного использования учащимися телекоммуникационных технологий. Система обучения информатике, предложенная Шелухиной А.В., основана на широком использовании локальных коммуникационных систем, ориентированных на учащихся, привлекаемых к работе по созданию интрасети школы.

В исследовании Добудько Т.В. отмечается, что «развитие средств новых информационных технологий выступает системообразующим фактором в процессе становления непрерывного образования» [118, С. 28]. Добудько Т.В. рассмотрела вопросы необходимости дистанционного образования на основе средств новых информационных технологий как единственный реальный механизм формирования системы непрерывного образования. «Развитие средств новых информационных технологий и их широкое применение в сфере образования открывает новые и практически неограниченные возможности гармонизации индивидуальных ментальностей и ментальностей социумов на основе свободного и осознанного личного выбора индивидуума, и только в этом плане можно говорить об образовании как существенном объективно обусловленном менталеобразующем детерминанте в информационном обществе» [118, С. 39].

Опыт использования телекоммуникационных технологий в образовательном процессе обнаруживает ряд проблем и задач, способы решения которых отсутствуют в классической теории классно-урочного обучения. «Требуются приемы мотивации удаленных учеников, особые методики проведения дистанционных занятий, дидактические подходы к организации дистанционного обучения и сочетания с очным» [377, С.9].

Многие исследователи отмечают такую особенность телекоммуникационных технологий обучения, как многофункциональность, оперативность, продуктивность, насыщенность, возможность быстрой и эффективной творческой самореализации учащихся, наличие для них персональной образовательной траектории. «Это не только мощное средство обучения, позволяющее обучать работе с информацией, но, с другой стороны, компьютерные телекоммуникации - это особая среда общения друг с другом, среда интерактивного взаимодействия представителей различных национальных, возрастных, профессиональных и других групп пользователей независимо от их места нахождения. Отличаясь высокой степенью интерактивности, компьютерные телекоммуникации создают уникальную учебно-познавательную среду, то есть среду, используемую для решения различных дидактических задач (например, познавательных, информационных, культурологических и пр.» [51, С.40].

В то же время исследователи отмечают, что никакие телекоммуникационные технологии и дистанционное обучение не смогут дать эмоциональных контактов, положительных или отрицательных, как важнейших составляющих факторов человеческого поведения, использование средств телекоммуникационных технологий, не «…предоставляет каждому обучаемому персонального педагога, роль которого выполняет компьютер» [265, С. 71].

Таким образом, большинство исследований по применению телекоммуникационных технологий касаются вопросов преподавания курса информатики и лишь немногие исследователи занимались вопросами применения телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии.

Исследование Смирнова А.В. [337] было посвящено разработке педагогической концепции применения средств новых информационных технологий, разработке проекта образовательной телекоммуникационной сети по физике.

...