Разработка дидактических средств обучения на основе компьютерных технологий как эффективное средство формирования профессиональных компетенций будущих бакалавров физико-математического образования

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 51 UDC 51

РАЗРАБОТКА ДИДАКТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КАК ЭФФЕКТИВНОЕ СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ БУДУЩИХ БАКАЛАВРОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

CREATION OF DIDACTIC MEANS OF TEACHING ON THE BASIS OF COMPUTER TECHNOLOGY AS AN EFFECTIVE TOOL OF DEVELOPING PROFESSIONAL COMPETENCES IN FUTURE BACHELORS OF PHYSICS-MATHEMATICAL EDUCATION

Иванов Игорь Анатольевич доктор педагогических наук, профессор

Сочинский государственный университет, Сочи, Россия

В статье рассматриваются вопросы разработки новых дидактических средств обучения на основе 3D-технологий, позволяющих повысить эффективность и качество подготовки бакалавров

Ключевые слова: компьютерная модель, наглядность, обучение, стереоизображение, 3D-технологии

The article deals with the aspects of creation of new didactic tools of education on the basis of 3D technology allowing increasing efficiency and quality of teaching bachelors

Keywords: computer model, visual means, teaching, stereo-imaging, 3D technology

В преамбуле Концепции развития математического образования в Российской Федерации (принята Распоряжением Правительства РФ от 24.12.2103 г. № 2506-р) отмечается, что “Развитые страны и страны, совершающие в настоящее время технологический рывок, вкладывают существенные ресурсы в развитие математики и математического образования” [1]. В разработанном плане мероприятий по реализации Концепции в разных его разделах (общесистемные мероприятия; профессиональное образование, в том числе дополнительное, подготовка научно-педагогических работников образовательных организаций высшего образования и научных работников научных организаций; математическое просвещение и популяризация математики) в той, или иной мере, присутствуют мероприятия по совершенствованию, разработке и созданию учебных пособий нового поколения (в том числе в электронных), обеспечивающих внедрение инновационных технологий в области обучения математике и направленных на популяризацию математических знаний и математического образования, в том числе, и в рамках дополнительного образования, а также разработка сервисов для создания творческих продуктов, проектов и игр-симуляторов.

В этой связи рассмотрим некоторые общие вопросы, связанные с методологией разработки стереоскопических дидактических средств обучения и педагогические возможности учебно-проектной деятельности студентов вузов по разработке дидактических средств обучения на основе компьютерных как одного из эффективных видов учебной деятельности бакалавров физико-математического образования, способствующей формированию у них профессиональных компетенций.

Об определении понятия “3Ds-технологии”. В настоящее время широко используется понятие “3D-технология”, “3D-графика” и т.д. Как правило, “по умолчанию“ понимается, что понятие “3D-***” включает множество методов и инструментов (как программных пакетов, так и аппаратных средств), используемых для изображения объёмных объектов на “плоскости позиционирования” (экран, монитор, …). Однако, когда используется понятие “3D-кино”, “3D-телевизор”, “3D-монитор” и т.д., то также “по умолчанию” понимается, что имеет место иллюзия “объемности пространства”, называемая стереоэффектом (зрительным, связанным с ощущением протяжённости пространства, его рельефности, или, как маркетинговый ход - название 4D). Такое несоответствие связано с некорректностью перевода при публикации заимствованных материалов из англоязычных источников. Как известно, “расширением” 3D-графики является “дополненная реальность” - возможность вращать, освещать, закрывать и закрашивать некоторые части объекта и т.д. и, далее, наблюдать изменения, происходящие с 3D-объектом на экране монитора, - опять же без стереоэффекта. Для того, чтобы была однозначность в трактовке применяемых далее терминов, будем понимать под “3Ds-изображением” стереоизображение, под “3Ds-технологией” технологию получения стереоизображения, и т.д., в отличие от “3D-изображения”, “3D-технологии” и т.д. (т.е. без стереоэффекта), т.о. понятия “3Ds-*” и “стерео-*” - идентичны, и “необходимость” применения аналогичного определения сопряжена со сложившейся в настоящее время практикой применения понятий с употреблением набора букв “3D”.

Естественной сферой применения 3Ds-технологий является проектирование, разработка и использование этих технологий при обучении стереометрии как в школе, так и в вузе, поэтому далее рассмотрим именно эти аспекты применения 3Ds-технологий в обучении математике и в подготовке будущих бакалавров физико-математического образования.

Исторический обзор. Исторически статические стереоизображения на печатной основе (стереофотографии) появились достаточно давно (1838 г., Ч. Ветстоун, Англия) [5]. Вместе с тем, зарубежный опыт использования в обучении геометрии 3Ds-технологий достаточно скромен и, в большей мере, использовались и совершенствовались именно ИКТ (информационно-коммуникационные технологии) [2].

В России имеется уникальный опыт использования в обучении школьного курса стереометрии альбома Г.А. Владимирского “Стереоскопические чертежи по геометрии” (1962 г., 1963 г.) [3]. В предисловии сказано: “Настоящее издание альбома “Стереоскопические чертежи по геометрии” предназначено в качестве учебного пособия для учащихся старших классов очной и заочной форм обучения и занимающихся самообразованием” [3, 3]. “Явление стереоскопического эффекта, вызывая живой интерес со стороны учащихся, способствует яркому восприятию и прочности знаний изучаемого учебного материала. Из разных способов стереоскопического показа наиболее простым и экономически целесообразным является анаглифический метод, разработанный в последнее время для издательских процессов достаточно надежно” [3, 3]. Нельзя не признать актуальными и в настоящее время тезисы о методике обучения стереометрии и необходимости разработки стереоскопических дидактических средств обучения, сформулированные, еще в 60-х годах прошлого века. “Одной из задач преподавания геометрии в средней школе является задача развития и формирования пространственных представлений и понятий. В основе развития пространственных представлений учащихся на уроках стереометрии лежит зрительное восприятие объемного наглядного материала, обычно моделей геометрических тел, различных технических форм, предметов обихода, графических наглядных пособий и т. п. Систематическое ознакомление учащихся с геометрическими свойствами пространственных фигур и взаимосвязью между их элементами приводит к обобщению первоначальных пространственных представлений и формированию геометрических понятий. Процесс накопления и расширения запаса пространственных представлений протекает наиболее успешно в условиях широкого использования разнообразного наглядного материала. В этом отношении существенная роль может принадлежать стереоскопическим чертежам, которые дают возможность при изучении курса стереометрии значительно увеличить количество фигур, дающих в зрительном восприятии объемное изображение” [3, 5].

К сожалению, в последствии, этот альбом не переиздавался и такой формат дидактических средств обучения не практиковался. Одной из причин (технических) стала сложность и трудоемкость подготовки оригинал-макета издания с использованием метода анаглифической печати офсетным способом. Безусловно, изготовление наглядных пособий такого уровня - дорогостоящее мероприятие, требующее использования сложных технических инструментов, производственных мощностей и материальных ресурсов (в отличие от моделей (стеклянных, каркасно-стержневых, бумажных, деревянных и т.д.), изготовление которых было доступно учителями ученикам средней школы и являлось “учебно-методическим трендом” того времени). Кроме того, указанный альбом был ориентирован на конкретный учебник геометрии (А.П. Киселев, Н. Рыбкин), что снижало возможности развития методических идей в обучении и содержания задачного материала курса.

Современное состояние, цели и задачи. В настоящее время в информационно-коммуникационном образовательно-методическом пространстве Интернета используется достаточно большое число программных продуктов, призванных помочь обучающимся в изучении стереометрии, а учителям - в построении методики обучения отдельным разделам курса. Среди них имеются как зарубежные, так и отечественные продукты: Cabri 3D (Франция), The Geometer's Sketchpad (Key Curriculum Press, США). “Путешествие в страну “Многогранников”, “Эмка”, (Д.В. Ильиных), игра “Лабиринт” (Д.В. Павлов), “Стереометрия” (“Кудиц”), “Открытая математика. Планиметрия” и “Открытая математика. Стереометрия” (“Физикон”), “1С: Математический конструктор” и др. Кроме того, возможна разработка 3D-дидактических средств обучения (3D-дсо) и построение методики обучения стереометрии с использованием пакетов Mathсad, Maple, 3D studio maх и др. Лишь фрагментарно в интернете можно видеть отдельные 3Ds-изображения геометрических структур, построенные энтузиастами-программистами как преодоление “личного вызова” по реализации собственных профессиональных амбиций по принципиальной возможности решения задачи построения 3Ds-изображения. В этом направлении в интернет-сообществе программистов на различных форумах предлагается достаточно большое число подходов и методов, разнящихся по своей сложности, трудоемкости и оригинальности, построения 3Ds-изображений, например, “Журнал для энтузиастов 3D-технологий” (например, http://mir-3d-world.w.pw/all_soders.htm).

Но, при этом, ни о каком систематическом использовании 3Ds-технологий для решения проблем методики обучения стереометрии школьников и подготовке бакалавров, способных разрабатывать 3Ds-изображения, по-видимому, речи не идет, и, поэтому программных продуктов в формате 3Ds в широком доступе, как это имеет место с продуктами в формате 3D, - нет. Это, отчасти, связано с отсутствием доступных 3Ds-технологий построения 3Ds-изображений, несмотря на некоторое, как было показано выше, их обилие. Можно признать, что обучающие среды в формате 3D (даже вместе с “дополненной реальностью”) исчерпывают свою привлекательность как в контексте новизны средств обучения, так и возможностей методических инноваций. Речь будет, очевидно, идти об экстенсивном наращивании методического потенциала, выраженном в количественных показателях роста 3D-дидактических материалов по конкретному предмету. Можно также утверждать, что 3D-технологии эволюционно являются предшествующими 3Ds-технологиям.

Вместе с тем, в настоящее время появились предпосылки принципиального изменения ситуации с возможностью разработки качественных 3Ds-изображений, которые могут быть использованы в процессе обучения математике. Существование двух факторов, - наличие развитых адаптированных интегрированных сред разработчика, например, Delphi, C++ и др., позволяющих снизить напряженность в разрешении технических и методологических трудностей построения 3Ds-изображений, имеющих место в настоящее время, и достаточный уровень квалификации студентов вузов в области ИКТ (компьютерная геометрия, геометрическое моделирование и др.), - позволяют говорить о реальной возможности создания инновационных 3Ds-дсо. Кроме указанных выше факторов следует учесть результаты психологических исследований в области изучения психо-физиологических актов процесса восприятия информации. В частности, признается, что психологической основой совершенствования процесса обучения стереометрии являются факторы, установленные в исследованиях И.С. Якиманскои?, - “содержание и уровень обобщенности формируемого пространственного образа геометрической комбинации зависит от наглядности, на основе которой формируется этот образ; деятельности, в которой он формируется; функции? образа в конкретной задаче; индивидуальных особенностей учащегося, создающего образ” [7]. Кроме того, при изучении стереометрии “имеется немало трудностей при оперировании трехмерными (пространственными) изображениями, поскольку существующая методика обучения предполагает оперирование в основном плоскостными (двумерными) изображениями на предыдущем этапе обучения, т.е. при изучении планиметрии” [7].

В качестве одной из ближайших методических целей может быть сформулирована цель разработки методики и технологии обучения студентов педагогических вузов умению проектировать и разрабатывать 3Ds-дсо по математике. Реализация этой цели в процессе обучения студентов приведет к формированию у них профессиональных компетенций, необходимых им для дальнейшей профессиональной деятельности. Результатом деятельности студентов по разработке 3Ds-дсо могут быть электронные учебные пособия по изучению каких-либо тем курса математики, или, как достойная перспективная цель - электронный 3Ds-учебник. Эта цель полностью соответствует эффективной реализации принятой в настоящее время концепции компьютерной визуализация учебной информации. “Компьютерная визуализация изучаемого объекта - наглядное представление на экране ЭВМ объекта, его составных частей или их моделей, а при необходимости - во всевозможных ракурсах, в деталях, с возможностью демонстрации внутренних взаимосвязей составных частей; компьютерная визуализация изучаемого процесса - наглядное представление на экране ЭВМ данного процесса или его модели, в том числе скрытого в реальном мире, а при необходимости - в развитии, во временном и пространственном движении, представление графической интерпретации исследуемой закономерности изучаемого процесса. Требование обеспечения компьютерной визуализации учебной информации, предъявляемой к программным средствам учебного назначения, предполагает реализацию возможностей современных средств визуализации объектов, процессов, явлений (как реальных, так и “виртуальных”), а также их моделей, представление их в динамике развития, во временном и пространственном движении, с сохранением возможности диалогового общения с программой” [2, 289]. Этому требованию соответствуют и 3Ds-дсо, которые могут быть как статическими, так и динамическими. Последнее обстоятельство с методической точки зрения представляется инновационным и наиболее важным, т.к. ранее 3Ds-дсо были только статическими (других и не могло быть, потому что они изготавливались полиграфическим способом). Вопросы проектирования, методики использования динамических 3Ds-дсо и подготовка квалифицированных кадров по их разработке представляются весьма актуальными и требуют тщательного научно-методического исследования (предварительные итоги пилотных исследований в этой области получены и опубликованы в ряде работ, например, [4], [5], [6]).

Указанные выше обстоятельства открывают возможности по выполнению плана мероприятий по реализации Концепции развития математического образования в РФ в части разработки инновационных средств обучения и подготовке квалифицированных кадров для их проектирования, разработки и использования.

Список литературы

стереоскопический дидактический педагогический бакалавр

1. Концепции развития математического образования в Российской Федерации (принята Распоряжением Правительства РФ от 24.12.2103 г. № 2506-р)

2. Информационные и коммуникационные технологии в образовании: учебно-методическое пособие / И.В. Роберт, С.В. Панюкова, А.А. Кузнецов, А.Ю. Кравцова; под ред. И.В. Роберт. - М. : Дрофа, 2008. - 312 с.

3. Владимирский Г.А. Стереоскопические чертежи по геометрии (альбом). - М. : Учпедгиз, 1963. - 176 c.

4. Иванов И.А. Динамические дидактические средства обучения и перспективы их использования в учебном процессе / Модернизация школьного математического образования и проблемы подготовки учителя математики: Труды XXI Всероссийского семинара преподавателей математики университетов и пед. вузов / Под ред. В.В. Орлова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2002. 220 с., С.198-199.

5. Иванов И.А., Иванова М.Н. Компьютерные модели как эффективное средство реализации принципа наглядности в обучении. / Вестник СГУТиКД, 2012. № 1 (19), C. 124-126

6. Иванова М.Н., Иванова С.И. Использование динамических 3D-структур для развития пространственного мышления школьников при обучении геометрии / Проблемы теории и практики обучения математике: Сборник научных работ, представленных на Международную научную конференцию “65 Герценовские чтения” /Под ред. В.В. Орлова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. - 339 с.

7. Якиманская И.С. Психологические основы математического образования. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 320 с.

References

1. Kontseptsii razvitiya matematicheskogo obrazovaniya v Rossijskoj Federatsii (prinyata Rasporyazheniem Pravitel'stva RF ot 24.12.2103 g. № 2506-r)

2. Informatsionnye i kommunikatsionnye tekhnologii v obrazovanii: uchebno-metodicheskoe posobie / I.V. Robert, S.V. Panyukova, A.A. Kuznetsov, A.YU. Kravtsova; pod red. I.V. Robert. - M. : Drofa, 2008. - 312 s.

3. Vladimirskij G.A. Stereoskopicheskie chertezhi po geometrii (al'bom). - M. : Uchpedgiz, 1963. - 176 s.

4. Ivanov I.A. Dinamicheskie didakticheskie sredstva obucheniya i perspektivy ikh ispol'zovaniya v uchebnom protsesse / Modernizatsiya shkol'nogo matematicheskogo obrazovaniya i problemy podgotovki uchitelya matematiki: Trudy XXI Vserossijskogo seminara prepodavatelej matematiki universitetov i ped. vuzov / Pod red. V.V. Orlova. - SPb.: Izd-vo RGPU im. A.I. Gertsena, 2002. 220 s., S.198-199.

5. Ivanov I.A., Ivanova M.N. Komp'yuternye modeli kak effektivnoe sredstvo realizatsii printsipa naglyadnosti v obuchenii. / Vestnik SGUTiKD, 2012. № 1 (19), C. 124-126

6. Ivanova M.N., Ivanova S.I. Ispol'zovanie dinamicheskikh 3D-struktur dlya razvitiya prostranstvennogo myshleniya shkol'nikov pri obuchenii geometrii / Problemy teorii i praktiki obucheniya matematike: Sbornik nauchnykh rabot, predstavlennykh na Mezhdunarodnuyu nauchnuyu konferentsiyu “65 Gertsenovskie chteniya” /Pod red. V.V. Orlova. - SPb.: Izd-vo RGPU im. A.I. Gertsena, 2012. - 339 s.

7. YAkimanskaya I.S. Psikhologicheskie osnovy matematicheskogo obrazovaniya. M.: Izdatel'skij tsentr «Akademiya», 2004. - 320 s.

Размещено на Allbest.ru