Компьютерные технологии в математической деятельности педагога физико-математического направления

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания

(математика, информатика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЕДАГОГА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ

РАГУЛИНА Марина Ивановна

Омск

2008

Работа выполнена в Омском государственном педагогическом университете

Научный консультант: академик РАО, доктор педагогических наук, профессор Михаил Павлович Лапчик

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, член-корреспондент РАО, доктор физико-математических наук, профессор Алексей Львович Семенов

доктор педагогических наук, профессор Виктор Алексеевич Далингер

доктор педагогических наук, профессор Дмитрий Шаевич Матрос

Ведущая организация: Пермский государственный университет

Защита состоится 29.12.2008 г. в 10.00 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.177.01 при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099 Омск, наб. Тухачевского, 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета

Автореферат разослан ноября 2008 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета, доктор педагогических наук, профессор З.В. Семенова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Человечество перешло в новую постиндустриальную эпоху своего развития, сопровождаемую такими явлениями как информатизация общества, глобализация экономики, реальное возрастание роли науки и высоких технологий, предъявление новых требований к системе образования. В современных условиях объективным фактором, существенно влияющим не только на образовательные технологии, но и на содержание образования, стала экспансия в систему образования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). В сфере профессионального образования это явление не в последнюю очередь захватывает подготовку специалистов, в основе которой значимую роль выполняет математика. Изучение взаимного влияния математики и информатики на современном этапе развития содержания образования стало требовать более основательного подхода, поскольку именно математика во взаимодействии с информатикой составляют важнейший как с общеобразовательной, так и с профессиональной точки зрения блок подготовки для подавляющего числа специалистов. В их числе и будущие педагоги физико-математического направления, т.е. будущие учителя, бакалавры и магистры профилей «математика», «информатика», «физика».

Для многих экспертов сегодня является очевидным несоответствие российского образования потребностям общества и экономики. Нужны специалисты, готовые быстро адаптироваться к новым условиям труда, находить и применять технологии, позволяющие быстро получать результат. Одновременно с этим - новые требования к результатам образования. Эти требования неизбежно приводят и к существенному повышению конкурентоспособности квалифицированного учителя, способного не только добиваться уверенных математических и естественнонаучных знаний учащихся, но и формировать навыки применения имеющихся знаний в реальных жизненных ситуациях. Российское образование -- 2020: модель образования для экономики, основанной на знаниях / Материалы к IX Междунар. науч. конф. «Модернизация экономики и глобализация». Под редакцией Я.Кузьминова и И.Фрумина, Москва, 1-- 3 апреля 2008 г.

В структуре общего школьного и большинства направлений профессионального образования математика является одним из важнейших предметов. Характерное для нашего времени использование ИКТ в педагогической деятельности открывает для школьных учителей и вузовских преподавателей математики уникальные возможности активизации процессов познания, индивидуальной и коллективной когнитивной деятельности обучающихся. Но компьютерные технологии в обучении математике могут использоваться не только как средства автоматизации обучения и контроля качества подготовки, но и как инструмент для реализации новых дидактических подходов, актуализирующих исследовательскую математическую деятельность, расширяющих мировоззрение и развивающих полезные практические навыки школьника и студента на основе включения в предметную математическую деятельность средств и методов ИКТ. То есть речь идет о тех преобразованиях в системе математического образования в условиях перехода к информационному обществу, которые связаны с изменениями в самом феномене математической деятельности. Этот процесс, с одной стороны, диктуется необходимостью приближения курса математики к современному уровню математической науки, а с другой - потребностью включения в него элементов приложений математики, отвечающих потребностям современной практики. Как отмечал академик А.П. Ершов, «компьютеризация является и средством, и выражением экспансии математического знания, и этот общемировой процесс не может оставаться незамеченным самой математикой» Ершов А.П. Компьютеризация школы и математическое образование // Математика в школе. - 1989. - №1. - С. 14-31. .

В психолого-педагогических исследованиях последних лет начинает преобладать точка зрения, что системообразующим фактором в обучении является не столько сама система знаний, сколько деятельность, понимаемая в широком смысле (С.Г.Батищев, А.В. Брушлинский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, В.П. Зинченко, В.А. Зубков, А.А. Измайлова, А.Н. Леонтьев, А.Л. Никифоров, В.В. Рубцов, В.С. Швырев, Э.Г. Юдин и др.). Именно в ходе деятельности обучаемые овладевают ее рациональными приемами и необходимыми для нее знаниями. Сформированные у обучаемых приемы деятельности становятся умениями, приемами мышления и даже чертами личности, поскольку, по выражению А.Н.Леонтьева, каково строение деятельности, таково и строение сознания как психического отражения реальности Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 352 с.. При этом оптимальным является вариант, когда структура учебной деятельности подобна обобщенной структуре деятельности человека в изучаемой области действительности.

Вместе с тем, проблема адекватного отражения деятельности человека в области действительности, объектами которой являются информационные процессы, в методической системе формирования информатико-математического знания (или, с более современной точки зрения - информатико-математической компетентности) исследована далеко не полностью. Наиболее продуктивной, на наш взгляд, может стать методология построения методической системы обучения математике и информатике, базирующейся на интеграции информатизации и компетентностного подхода, на комплексном, сбалансированном учете основных факторов, определяющих взаимосвязь, взаимовлияние содержания образовательных областей математики и информатики через призму деятельностного, личностно-компетентностного начала. А именно, на комплексном анализе структуры изучаемой области действительности и структуры деятельности человека в данной области. Такой подход вполне естественен, поскольку между этими структурами существует тесная взаимосвязь - «действие диктуется логикой самого объекта» Леонтьев А.Н. Лекции по общей психологии / Под ред. Д.А.Леонтьева. Е.Е.Соколовой. - М.: Смысл. - 2000. - 511с..

Сама сущность математического и информатического образования подтверждает их восприимчивость к технологическим новациям вследствие интегрирующей роли математического и компьютерного моделирования как идейной основы их практических приложений и глубоких внутренних взаимосвязей в самой структуре информатико-математической деятельности. Возрастает потребность в приобретении широкого набора ключевых, базовых и специальных компетенций -- от фундаментальных знаний и методов исследований до откровенно прикладных умений, позволяющих успешно выступать на рынке труда. Обучение прикладным технологиям переходит в разряд неотъемлемых компонентов качественного образования.

Современный этап развития высшего образования выдвигает повышенные требования к психолого-педагогической и особенно предметной подготовке педагога физико-математического направления, творчески мыслящего, вооруженного новейшими методиками и технологиями обучения. В то же время моделирование, информационные технологии пока еще слабо отражены в реальной математической деятельности педагога физико-математического направления, не формируют целостного представления о методах и приложениях математики. Это сказывается и на школьных программах и методиках, где продолжают доминировать субъективные факторы, порождающие формализм знаний учащихся в процессе обучения математике: чрезмерная интенсивность и недостаточная структурированность информационного потока знаний, неразвитость функциональных и операционных механизмов восприятия и переработки математической информации, слабая мотивация и прикладная направленность воспринимаемых знаний, недостатки методического обеспечения учебной деятельности, недостаточное внимание к организации рефлексии и формирования творческой активности учащихся.

В значительной мере причиной отмеченных выше недостатков является то, что ИКТ не являются пока неотъемлемой частью, привычным компонентом содержания и структуры математической деятельности педагога физико-математического направления, что не позволяет эффективно осуществлять формирование базовых и специальных компетенций для полноценной реализации математической деятельности, эффективно показать реальную прикладную силу математики, проиллюстрировать роль эмпирических (наряду с теоретическими) методов решения реальных практических задач, за счет средств визуализации и применения программных средств решения математических задач повысить скорость усвоения и глубину восприятия учебного материала, сформировать системное алгоритмическое мышление, повысить роль математического и компьютерного моделирования как идейной основы и реальной практической цели математического образования.

По большому счету перечисленные факторы указывают на нарастающее противоречие между изменяющейся парадигмой математической деятельности в условиях перехода к информационному обществу, возросшим потенциалом инструментальных средств и прикладных информационных технологий для работы в математике и для обучения математике, современными тенденциями реформирования системы образования - с одной стороны, и реальным состоянием методической системы, не в полной мере обеспечивающей развитие современного уровня информатико-математической и методико-технологической компетентности будущих педагогов физико-математического направления в их деятельностном выражении - с другой стороны. Разрешение указанного противоречия и составило проблему настоящего исследования.

Цель исследования заключается в создании методической системы, обеспечивающей формирование адекватного требованиям наступающего информационного общества и современного этапа реформирования высшего педагогического образования содержания математической деятельности педагогов физико-математического направления, способных к ее полноценному практическому осуществлению в современной школе.

Объект исследования - процесс подготовки педагогов физико-математического направления в системе высшего профессионального образования.

Предмет исследования - методическая система обучения использованию компьютерных технологий в математической деятельности педагога физико-математического направления.

Гипотеза исследования: современные требования к качеству профессиональной подготовки будущих педагогов физико-математического направления, соответствующие запросам информационного общества и тенденциям реформирования профессионального образования, а именно - в аспекте формирования информатико-математической и методико-технологической компетентности будут обеспечены, если методическую систему обучения строить на основе:

уточненной концепции (обновленном феномене) математической деятельности, базирующейся на рациональном включении в ее содержание информационно-коммуникационных технологий, определяющих и усиливающих взаимосвязь, взаимовлияние образовательных областей математики и информатики;

направленного формирования ключевых, базовых и специальных ИКТ-компетенций обучаемых для полноценного применения средств и методов информатики как привычных компонентов математической деятельности;

сбалансированного соотношения между теорией и практическими приложениями в информатико-математической деятельности, рационального использования информационно-коммуникационных технологий;

реализации новых дидактических подходов к актуализации исследовательской информатико-математической деятельности, активизации процессов познания на основе ИКТ, варьирования индивидуальной и коллективной когнитивной деятельности обучающихся;

интегрирующей роли компьютерного математического моделирования как деятельностной основы практических приложений математики и информатики;

широкого применения средств визуализации и программно-инструментальных методов решения математических задач, позволяющих достигать более высокой скорости усвоения и глубины восприятия учебного материала, формировать системное алгоритмическое мышление обучаемых.

В соответствии с целью и рабочей гипотезой были поставлены следующие задачи исследования:

1.Философско-методологические задачи:

1.1. Исследовать тенденции изменения парадигмы предметной деятельности в условиях перехода к информационному обществу.

1.2. Исследовать направления реформирования системы образования на основе компетентностного подхода и в условиях экспансии информационно-коммуникационных технологий.

1.3. Исследовать тенденции изменения содержания педагогической деятельности в условиях информатизации.

2.Теоретические задачи:

2.1. Провести теоретический анализ места и роли компьютерных технологий в развитии современного образования в контексте подготовки педагога физико-математического направления.

2.2. Выявить направления развития содержания математической деятельности педагога физико-математического направления в условиях рационального использования ИКТ.

2.3. Уточнить содержание профессиональной компетентности педагога физико-математического направления в условиях информатизации образования.

2.4. Построить деятельностную модель методической системы предметной и методической подготовки педагога физико-математического направления.

3. Методические задачи:

3.1. Разработать содержание, систему задач и методы обучения, основанные на реализации компетентностного подхода и блочно-модульной технологии, реализуемой средствами интерактивного образовательного портала в методической системе развития математической деятельности будущих педагогов физико-математического направления.

3.2. Разработать рабочие учебные программы дисциплин «Информационные технологии в математике», «Информационно-коммуникационные технологии в физико-математической предметной деятельности», «Основы исследований в физико-математическом образовании» для будущих бакалавров, специалистов (учителей) и магистров физико-математического направления.

3.3. Подготовить и издать для массового применения в практической работе педагогических вузов учебные пособия по информатико-математической и методико-технологической подготовке педагогов физико-математического направления.

4. Экспериментальные задачи:

4.1. Разработать и реализовать программу экспериментальной работы на констатирующем, поисковом и формирующем этапах исследования.

4.2. Проверить эффективность разработанной методической системы по развитию обновленного содержания математической деятельности будущих педагогов физико-математического направления в условиях применения ИКТ на основе компетентностного подхода.

В процессе работы над диссертацией для решения поставленных задач использовались методы исследования: изучение и анализ философско-методологической, научной, психолого-педагогической и методической литературы по проблематике исследования; изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта математического и информатического образования; анализ действующих и проектируемых образовательных стандартов, учебных планов, программ и учебных пособий по математике и информатике; модульный подход для построения рабочих учебных программ дисциплин; педагогический эксперимент с использованием методов сравнительно-сопоставительного анализа, различных видов диагностики и экспертизы, статистической обработки результатов; экспериментальное преподавание и наблюдение за ходом учебного процесса, математической и педагогической деятельностью будущих бакалавров, учителей, магистров.

Опытно-экспериментальная работа велась на основе разработки и массового внедрения учебников, учебных пособий и учебных программ в педагогических вузах страны [2-6, 21, 23, 25-32] Здесь и далее ссылки в квадратных скобках указывают на список трудов автора, помещенный в конце автореферата..

Методологическая основа исследования:

- философско-методологические основы информатизации общества (Р.Ф. Абдеев, В.Л. Иноземцев, В.А. Канке, К.К. Колин, Н.Н. Моисеев, А.И. Ракитов, Л.Д. Рейман, Э. Тоффлер, А.Д. Урсул и др.);

- фундаментальные идеи и оценки тенденций и перспектив современного информатико-математического образования (В.И. Арнольд, Б.В. Гнеденко, И.М. Гельфанд, А.П.Ершов, В.И.Журавлев, А.Н. Колмогоров, Л.Д.Кудрявцев, В.Л.Матросов, С.П. Новиков, А.Л.Семенов, С.Л.Соболев и др.) ;

- концепции информатизации общества и образования (Б.С. Гершунский, А.П. Ершов, С.Д.Каракозов, К.К. Колин, М.П. Лапчик, Е.И. Машбиц, А.Н.Тихонов, И.В. Роберт, С.Р.Удалов, Е.К.Хеннер и др.);

- личностно-ориентированная парадигма образования (Н.А. Алексеев, Ю.Н. Афанасьева, Е.В. Бондаревская, В.И. Данильчук, И.А. Колесникова, И.Я. Лернер, Н.К. Сергеева, В.В. Сериков, В.И. Слободчиков, А.П. Тряпицына, И.С. Якиманская и др.;

Теоретическая основа исследования:

- основы психолого-педагогической теории и положения о применениии личностно-деятельностного подхода в сферах познания, обучения, развития личности (А.Г. Асмолов, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Гузеев, В.В. Давыдов, М.С. Каган, В.С. Леднев, А.Н. Леонтьев, Ж. Пиаже, С.Л. Рубинштейн, М.А. Холодная, В.Д. Шадриков, Г.И. Щукина и др.);

- теория развития личности (В.А. Брушлинский, Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.);

- теория регуляции человеком своего поведения и деятельности (К.А. Абульханова-Славская, О.А. Конопкин, Ю.Н. Кулюткин, В.Д. Шадриков, А.С. Шаров и др.);

- теоретические основы педагогического образования (Л.Н. Анисимова, Н.В. Кузьмина, А.К. Маркова, В.А. Сластенин и др.);

- компетентностный подход к профессиональному образованию (В.А. Адольф, В.И. Байденко, Е.В. Бондаревская, В.А. Болотов, А.А. Вербицкий, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, Н.В. Кузьмина, А.К. Маркова, А.И. Мищенко, М.В. Рыжаков, В.В. Сериков, Ю.Г. Татур, А.Ю. Уваров, А.В. Хуторской, Е.Н. Шиянова и др.);

- интегративный подход к обучению (Н.С. Антонов, Г.И. Батурина, М.Н. Берулава, В.И. Загвязинский, В.С. Елагина, Л.А. Жукова, В.А. Сластенин и др.).

- концептуальные исследования в области теории и методики обучения математике в профессиональной и общеобразовательной школе (В.Я. Виленкин, Н.Я. Виленкин, В.А. Гусев, А.Ж.Жафяров, А.А.Никитин, В.Л. Матросов, А.Г. Мордкович, Г.И. Саранцев Н.В. Метельский, В.А. Далингер, Г.В. Дорофеев, Г.Д. Глейзер, А.М. Пышкало, Г.Л. Луканкин, М.И. Шабунин, Ю.В. Сидоров, Г.Г. Хамов, Н.Л. Стефанова, В.А. Кузнецова, Е.И. Смирнов и др.); информационный реформирование педагогический математический

- концептуальные исследования в области теории и методики обучения информатике в профессиональной и общеобразовательной школе (А.А. Кузнецов, В.П. Линькова, Т.А. Бороненко, М.П. Лапчик, Э.И. Кузнецов, Н.И. Рыжова, Т.В. Добудько, М.В. Швецкий, Н.И. Пак, И.И.Раскина, З.В.Семенова,… Смолянинова, В.К. Белошапка, С.А. Бешенков, А.С. Лесневский, Н.В. Матвеева, С.М. Окулов, Е.А. Ракитина, С.Р.Удалов, А.Я. Фридланд и др.);

Научная новизна исследования:

Впервые на основе философско-методологического анализа и вывода об объективном изменении парадигмы предметной деятельности в информационном обществе обоснованы предпосылки обновления содержания профессиональной деятельности педагога физико-математического направления, основывающиеся на практико-ориентированном, инструментально-технологическом (орудийном) применении средств и методов математики и информатики. Раскрыто понятие «математическая деятельность педагога физико-математического направления» с учетом рационального использования базовых математических знаний и информационно-коммуникационных технологий в условиях информатизации образования (принцип рациональной фундаментальности).

На основе интеграции компетентностного подхода и информатизации образования обоснованы и разработаны состав и содержание информатико-математических и методико-технологических компетенций педагога физико-математического направления на трех уровнях регуляции профессиональной деятельности: стратегическом, тактическом и операционном.

На основе анализа тенденций развития интегративных связей научных и образовательных областей «математика» и «информатика» обоснованы цели и содержание информатической математики как нового активно развивающегося раздела прикладной математики, актуализирующего применение метода математического моделирования и имеющего важное перспективное значение для системы профессионального педагогического и общего школьного образования, созданы современные учебно-методические материалы в поддержку его развития и практического использования для преподавателей и студентов педагогических вузов.

Теоретически обоснована, снабжена адекватным учебно-методическим сопровождением, практически реализована и внедрена в практику педагогических вузов методическая система обучения, обеспечивающая формирование информатико-математических и методико-технологических компетенций в сфере математической деятельности будущих педагогов физико-математического направления и реализованная с привлечением новых нетрадиционных форм учебной деятельности, характеризующихся смещением акцентов на самоучение и самостоятельную работу обучающихся на основе интерактивного образовательного портала, рациональным сочетанием дисциплинарного (предметного) и объектного (модульного) обучения, использованием технологий дистанционного обучения.

Теоретическая значимость. Получил дальнейшее развитие деятельностный подход как принципиальная основа современного профессионального образования в условиях становления информационного общества и форсирования рыночной экономики. Обогащена теория компетентностного подхода на основе интеграции ИКТ в содержание профессиональных компетенций педагога физико-математического направления. Разработанные теоретические положения, определяющие содержание математической деятельности педагогов физико-математического направления (на трех уровнях регуляции профессиональной деятельности: стратегическом, тактическом и операционном), могут быть рекомендованы для обновления принципов перестройки содержания и методики подготовки специалистов различных направлений и профилей высшего и среднего профессионального образования, а также положены в основу перспективных планов модернизации общего школьного образования.

Практическая значимость. Полученные результаты практико-ориентированного характера (учебники, учебные пособия, учебно-методические материалы, электронные ресурсы [2-6], [21], [23], [25-28], [29-32]) находят широкое применение в подготовке педагогических кадров физико-математического направления. Разработанные методические основы формирования компонентов математической деятельности будущих педагогов физико-математического направления вносят существенный вклад в совершенствование системы подготовки кадров в условиях перехода к информационному обществу.

Опытно-экспериментальная база исследования: государственные образовательные учреждения высшего профессионального образования: Омский государственный педагогический университет, Пермский государственный университет, Пермский государственный педагогический университет, Красноярский государственный педагогический университет, Тобольский государственный педагогический институт, Тывинский государственный университет, Павлодарский государственный педагогический институт (Республика Казахстан).

Организация и основные этапы исследования. Исследование проводилось в несколько этапов.

На первом этапе (1995-2000 гг.) изучались и анализировались философские, психолого-педагогические и методические исследования по проблеме обучения математическим приложениям информатики в средней школе и в системе подготовки педагогических кадров. Результаты авторского исследования по созданию профильного курса математических приложений информатики для старшей школы обобщены в кандидатской диссертации [33-38, 56, 59-62, 64-68]. Проведен констатирующий эксперимент по оценке взаимовлияния обучения математике и информатике в различных педагогических вузах.

На втором этапе (2000-2005 гг.) проведены поисковый эксперимент и начальная стадия формирующего эксперимента по уточнению и конкретизации содержания математической деятельности будущих педагогов физико-математического направления. На основе выводов предварительного эксперимента подготовлены и опубликованы массовые учебные пособия, методические материалы и электронные ресурсы.

На третьем этапе (2005-2008 гг.) на основе широкого использования учебных материалов в ходе завершающего формирующего эксперимента выявлялись условия эффективного функционирования разработанной методической системы.

Апробация результатов исследования. Материалы исследования обсуждались на совместных заседаниях кафедр теории и методики обучения математике, теории и методики обучения информатике ОмГПУ, на семинаре при диссертационном совете Д 212.177.01 (и ДМ 212.177.01) при ОмГПУ, а также в форме докладов и публикаций

на международных конференциях:

«Информационные технологии в образовании» (г. Москва, 1996, 1997, 1998, 1999, 2002, 2003 гг.), «Новые информационные технологии в университетском образовании» (г. Новосибирск, 1997, 1998 гг.), «Применение новых технологий в образовании», (г. Троицк, 1998, 1999 гг.), «Математическое моделирование и информационные технологии в образовании и науке» (г. Алматы, 2003, 2005 гг.), «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (г. Воронеж, 2005 г.);

на всероссийских (республиканских) конференциях:

«Новые информационные технологии в педагогическом образовании» (г. Магнитогорск, 1995 г.), «Региональные проблемы информатизации образования» (г. Пермь, 1999 г.), «Образование XXI века» (г. Красноярск, 2000 г.), «Информатизация образования-2000» (г. Хабаровск, 2000 г.), «Организационные инновации в управлении интегрированными образовательными учреждениями» (г. Барнаул, 2002 г.), «Единая образовательная информационная среда: Проблемы и пути развития» (г. Омск, 2004 г.; г. Томск, 2005 г.), «Образование в Западно-Сибирском регионе: история, современность, перспективы» (г. Тобольск, 2004 г.);

на межрегиональных конференциях:

«Современные проблемы методики преподавания математики и информатики» (г. Омск, 1997, 2000 гг.), «Роль субъектов Российской Федерации в формировании единого информационного пространства Сибири» (г. Омск, 2001, 2004 гг.), «Сибирские педагогические чтения» (г. Красноярск, 2006, 2007, 2008 гг.);

на областных, межвузовских конференциях:

«Информационные технологии в образовательном процессе» (г. Омск, 2001 г.), «Повышение квалификации педагогических кадров по программе Intel «Обучение для будущего» (г. Омск, 2002, 2003 гг.).

Внедрение научных результатов. Материалы исследования внедрены в учебный процесс Омского государственного педагогического университета. Учебники, учебные пособия и методические материалы используются в процессе подготовки студентов в Пермском государственном университете, Красноярском и Пермском государственных педагогических университетах, Тобольском государственном педагогическом институте, многих других вузах страны. На завершающей стадии исследования положительные отзывы об использовании крупнотиражных учебных пособий [2, 3] были получены из ряда педагогических вузов РФ и стран СНГ.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обусловлены теоретической обоснованностью базовых положений исследования и практической реализацией отдельных элементов построенной методической системы обучения; опорой основных положений на достижения психолого-педагогической науки; рациональным сочетанием теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его цели и задачам; количественным и качественным анализом результатов проведенного опытно-экспериментального исследования; широтой апробации результатов исследования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Наблюдаемое в настоящее время объективное изменение парадигмы предметной деятельности в условиях перехода к информационному обществу в наибольшей степени затрагивает подготовку специалистов, в основе профессиональной деятельности которых значительное место занимает математика. Воздействие этого влияния на процессы обновления содержания профессиональной деятельности педагога физико-математического направления должно выражаться в усилении практико-ориентированного, инструментально-технологического (орудийного) применения средств и методов математики и информатики - как в сфере предметной, так и методической деятельности.

2. При переходе к информационному обществу под сильным воздействием вторжения ИКТ во все сферы профессиональной деятельности оказывается компетентностная модель обучения, являющаяся в условиях рыночной экономики приоритетным направлением развития системы образования, учитывающей интересы развития и саморазвития личности. Обусловленная этим неизбежность интеграции процессов информатизации и компетентностного подхода необходимо рассматривать как объективный фактор, определяющий важное направление совершенствования современного физико-математического образования и, следовательно, оказывающий существенное влияние на содержание профессиональной деятельности педагогов физико-математического направления.

3. Математическая деятельность педагога физико-математического направления в условиях активного использования ИКТ и компьютерного математического моделирования в существенной степени опирается на информатическую математику как новое направление прикладной математики, и включает все виды профессиональной деятельности, основывающиеся на реализации ключевых, базовых и специальных компетенций в сфере информатико-математической и методико-технологической подготовки на трех уровнях регуляции профессиональной деятельности (стратегический, тактический, операционный).

4. Методическая система обучения, обеспечивающая формирование информатико-математических и методико-технологических компонентов профессональной подготовки будущего педагога физико-математического направления строится на принципах систематического и рационального включения в содержание математической деятельности средств и методов информатической математики на основе модульного подхода и использованием нетрадиционных форм учебной деятельности, характеризующихся смещением акцентов на самоучение и самостоятельную работу обучающихся на основе интерактивного образовательного портала. Деятельностная модель методической системы формирования обновленного содержания информатико-математической и методико-технологической подготовки основывается на целевом, содержательно-технологическом и контрольно-коррекционном компонентах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, дан краткий анализ состояния проблемы, определена цель, сформулирована рабочая гипотеза, поставлены задачи исследования, аргументированы научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Философско-методологические аспекты информатизации педагогического образования» потребность совершенствования образования в условиях перехода к информационному обществу рассматриваются как объективный результат современного развития науки и практики. На этой основе исследуются тенденции обновления содержания информатико-математического образования с позиций компетентностного подхода, а также изменения характера педагогической деятельности в условиях информатизации.

Концепция постиндустриального или информационного общества как общесоциологическая теория развития достаточно глубоко разработана западными исследователями (Д. Белл, Дж. Гелбрейт, Р. Катц, Дж. Мартин, Й. Масуда, Ф. Полак, М. Порат, Т. Стоуньер, Э. Тоффлер, Ж. Фурастье и др.). Среди наших соотечественников, внесших значительный вклад в развитие этого направления, следует назвать В.М. Глушкова, А.П.Ершова, В.Л. Иноземцева, К.К. Колина, Н.Н. Моисеева, А.И. Ракитова, А.Д. Урсула и др. Как пишет К.К. Колин, «концептуальная позиция российских ученых в проблеме формировании информационного общества опирается на основные идеи ноосферогенеза» Колин К.К. Фундаментальные основы информатики: социальная информатика: Учебное пособие для вузов. - М.: Академический Проект, 2000, с. 210.

Важнейшим фактором, сопровождающим движение к информационному обществу является то, что процессы информатизации в различных сферах человеческой деятельности оказывают принципиальное влияние на характер и содержание самой деятельности. Заметно возрастает роль инструментальной технологии; компьютерные технологии, основанные на использовании специализированных программных инструментов, становятся неотъемлемой частью работы специалистов в разных сферах. Владение инструментальными средствами становятся неотъемлемой частью подготовки специалистов, особенно специалистов в естественно-научной и математической сферах деятельности.

По мнению М.П. Лапчика «здесь мы сталкиваемся с достаточно общезначимой для практической деятельности и, следовательно, для сферы образования проблемой, которая по большому счету связана с изменением парадигмы предметной деятельности в информационном обществе, что является отражением объективного процесса современного развития науки и практики в условиях бурной экспансии информационно-коммуникационных технологий» Лапчик М.П. ИКТ-компетентность педагогических кадров. Монография. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2007, с. 96.. В информационном обществе изменятся не только производство, но и система ценностей, изменяется стиль мышления (формализация, алгоритмизация, стандартизация представления информации и т.д.). Предполагается дальнейшее развитие и внедрение во все сферы человеческой деятельности перспективных ИТ - технологической основы информационного общества, позволяющих жить и работать в новой информационной среде. Подтверждением служат слова академика А.П. Ершова: «Разворачивающаяся на наших глазах третья промышленная революция … по-новому ставит вопрос о духовной и профессиональной деятельности выпускников учебных заведений, заставляет переосмыслить наши представления о содержании образования» Концепция информатизации образования. - М.: НИИ ШОТСО АПН СССР, 1988, с.7.

В современных условиях под влиянием общественных преобразований, перехода на рыночную экономику изменяются приоритеты системы образования: ориентация на интересы развития и саморазвития личности актуализировала компетентностную модель обучения. Примечательно, что реализация компетентностного подхода в образовании в условиях информационного общества оказывается под сильным воздействием широкого вторжения ИКТ во все сферы профессиональной деятельности. Не случайно, поэтому, что в числе так называемых «ядерных компетенций», которые отнесены к «национальным ключевым квалификациям» (Стандарты Европейского образования), называются следующие: сбор и организация информации; информационно-коммуникативная способность; компетенции в области математики и IT-компетенция. Т.е. мы приходим к обоснованию неизбежности интеграции процессов информатизации и компетентностного подхода как объективному фактору, определяющему важное направление совершенствования современного образования.

Педагогическая компетентность педагога - это теоретическая и практическая готовность и способность к осуществлению преподавательской, научно-исследовательской, организационно-воспитательной, коррекционно-развивающей, культурно-просветительской, консультационной и социально-педагогической деятельности. Как считает М.П. Лапчик, в современных условиях неизбежной компонентой профессиональной компетентности педагогических кадров является информационно-коммуникационная компетентность (ИКТ-компетентность) педагогического работника, которая «ориентирована на практическое использование информационных и коммуникационных технологий в своей профессиональной деятельности и не сводится только к овладению компонентами компьютерной грамотности. ИКТ-компетентность - в значительной степени не только знаниевая, но и преимущественно личностно-деятельностная характеристика специалиста сферы образования, в высшей степени подготовленного к мотивированному и привычному использованию всей совокупности и разнообразия компьютерных средств и технологий в своей профессиональной работе: учителя, школьного психолога, воспитателя, менеджера или руководителя образовательного учреждения» Лапчик М.П. ИКТ-компетентность педагогических кадров. Монография. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2007, с. 12. Этой же точки зрения придерживается и Е.К. Хеннер, который под информационно-коммуникационной компетентностью (ИКК) учителя понимает «совокупность знаний, навыков и умений, формируемых в процессе обучения и самообучения информатике и информационным технологиям, а также способность к выполнению педагогической деятельности с помощью информационных технологий. В соответствии с этим, ИКК складывается из трех компонентов: знать, уметь пользоваться, уметь применять в учебной деятельности» Хеннер Е.К. Формирование ИКТ-компетентности учащихся и преподавателей в системе непрерывного образования. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008, с. 70. .

Проблемы поиска эффективных методов и технологий обучения при реализации компетентностного подхода актуализируют интерес к категории «деятельность». Идея анализа деятельности была заложена Л.С. Выготским: введены понятия орудия, орудийных (инструментальных) операций, цели, а позже - мотива (мотивационной сферы сознания) Выготский Л.С. Педагогическая психология. - М.: Педагогика, 1991. - 535 с.. В отечественной науке проблемы деятельности разрабатывались в различных контекстах, и, прежде всего в философии (Г.С. Батищев, В.П. Иванов, Э.В. Ильенков, М.С. Каган и др.) и психологии (К.А. Абульханова-Славская, Б.Г. Ананьев, Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, А.М. Новиков, С.Д. Смирнов, Г.В. Суходольский, С.Л. Рубинштейн, В.Д. Шадриков, Г.П. Щедровицкий и др.), разработан ряд концепций деятельности и методических подходов к ее изучению. Сущность деятельностного подхода, особенности его применения в решении педагогических проблем всесторонне обоснованы в трудах П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной, В.В. Давыдова и др. Раскрытию структуры деятельности педагога посвящены работы Ф.Н. Гоноболина, Э.Ф. Зеера, В.В. Краевского, Н.В. Кузьминой, В.С. Леднева, И.Я. Лернера, Е.И. Машбица, Л.М. Митиной, В.А. Сластенина, Л.М. Фридмана и др.

Внешняя предметная деятельность является орудийной, поскольку именно посредством орудий человек осуществляет воздействие на предметы внешнего мира. По замечанию А.Н.Леонтьева: «Вообще судьба операций рано или поздно становится функцией машины», а проблема машинизации и автоматизации человеческой деятельности и учебной в частности должна быть поставлена как проблема реализации операционального компонента деятельности Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. - М.: Издательский центр «Академия», 2005, с. 109. При вхождении в информационное общество орудийный, инструментальный аспект педагогической деятельности приобретает доминирующее значение, поскольку эволюционный переход компьютера из предмета учебной деятельности в средство обучения и затем в орудие учебно-познавательной деятельности оказывает влияние на структуру предметной деятельности, перестраивая ее компоненты. Воздействуя на все компоненты учебной деятельности: мотивационный, содержательный, операционный, интеграция информатизации и компетентностного подхода ставит перед системой подготовки педагога задачу обновления модели педагогической деятельности с учетом ее предметной направленности. Таким образом, можно согласиться с мнением академика А.М. Новикова Новиков, А.М. Методология учебной деятельности. - М.: Изд-во «Эгвес», 2005, с.29., что в условиях информационного (постиндустриального) общества происходят очевидные изменения в организации учебной деятельности. Эти изменения касаются мотивов: от деятельности педагога как исполнителя профессионального долга - к заинтересованности педагога в развитии обучающихся; позиций участников учебного процесса: от педагога, передающего знания, к педагогу-партнеру, создающему условия для самостоятельного обучения; форм, методов, средств, а также параметров контроля и оценки: от оценивания педагогом к самоконтролю и самооценке.

В главе 2 «Развитие содержания математического образования в условиях информатизации» на основе ретроспективного анализа процесса развития математического образования показана роль компьютерного математического моделирования как средства актуализации прикладных аспектов математики и информатики, обоснована роль информатической математики как активно развивающегося нового раздела прикладной математики, актуализирующего применение метода математического моделирования и имеющего важное перспективное значение для современной подготовки педагогов физико-математического направления.

Изобретение компьютера сыграло огромную роль в развитии математики, особенно ее прикладных возможностей. Это связано, в первую очередь, с открытием новых принципов: «полной автоматизации вычислительных операций, исключительной логической гибкости вычислительных устройств, колоссальной быстроте осуществления отдельных логических и арифметических операций» Гнеденко Б.В. Развитие математики и математического образования в СССР // Математика в школе. - 1980. - №6, с.5..

Связь математики и информатики носит явный генетический характер, поскольку информатика «вышла» из математики: теории информации, абстрактной алгебры, теории алгоритмов, математической логики и т.д. Происхождение и устройство компьютера непосредственно связано с математикой и математической логикой. Из сказанного вытекает, что в современных условиях фундаментализация и прикладная направленность математического образования напрямую связаны с освоением информатики как инструмента познания объективной реальности.

Применение математики для решения конкретных практических задач осуществляются через построение и исследование математических моделей, которые могут быть отнесены к одному из следующих видов: аналитические, имитационные, комбинированные, информационные, структурно-системные, ситуационные. В то же время применение средств ИКТ расширяет возможности математического моделирования, превращая его в компьютерное математическое моделирование, что позволяет применять метод моделирования с целью выбора наиболее оптимального способа решения задачи с учетом возможностей средств и методов информатики.

Основным методом построения и исследования моделей выступает метод формализации, сущность которого заключается в принципиальном разделении знакового и содержательного (семантического) аспектов изучаемого объекта, в возможности формального преобразования знаков и знаковых систем, и инверсионному переходу от построенной языковой модели к реальному объекту, либо построению на ее основе новых объектов. При этом экспансия компьютеризации значительно увеличивает область применения метода формализации и образует полигон для реализации математической модели, инициируя, таким образом, расширение сферы применения метода математического моделирования.

Эффективность любой деятельности зависит от того, насколько составляющие ее действия отвечают требованиям полноты и опираются на фундаментальные знания. Этот принцип, сформулированный в 1985 году А.Г.Мордковичем Мордкович А.Г. Профессионально-педагогическая направленность специальной подготовки учителя математики в педагогическом институте: дис. … д-ра пед. наук. - М., 1986. как принцип рациональной фундаментальности, в наши дни не только не утратил своей актуальности, но может рассматриваться как стратегическое направление высшего математического образования.

Вопросы информатизации математического образования стали предметом диссертационных исследований многих специалистов. Перечислим некоторые из них: А.А. Абдукадыров (1990) решал проблему интенсификации подготовки учителей физико-математических дисциплин в контексте использования компьютерных средств в учебно-воспитательном процессе; работа Е.Н. Пасхина (1997) носит общепедагогический характер в сфере информатизации образования; С.Н. Поздняков (1998) занимался моделированием информационной среды как технологической основы обучения математике; Т.В. Капустина (2001) рассматривала направления применения компьютерной системы Mathematica в процессе преподавания математических дисциплин на физико-математических факультетах педагогических вузов; С.И. Макаров (2003) разрабатывал методические основы создания и применения образовательных электронных изданий на примере курса математики; С.А. Самсонова (2005) занималась созданием методической системы использования ИТ при обучении стохастике студентов университетов; Л.Г.Кузнецова (2007) исследовала межпредметные связи в обучении математике и информатике.

В настоящее время можно говорить об активном формировании новой самостоятельной научной и образовательной области - информатической математики, которая определяется как совокупность теоретических, алгоритмических, аппаратных и программных средств, предназначенных для эффективного решения на компьютерах всех видов математических задач с высокой степенью визуализации всех этапов вычислений; наполнение этой области есть следствие взаимодействия ИКТ с математикой. Благодаря своим уникальным возможностям информатическая математика в современных условиях начинает рассматриваться как главный проводник включения в образовательный процесс приложений математики.

Указанные компоненты нового знания становятся ориентиром для естественной эволюции традиционной математической культуры школьника, а, следовательно, прежде всего учителя. Именно этим объясняется включение в стандарты второго поколения высшего педагогического образования по специальности «Математика» (2005 г.) нового предмета «Информационные технологии в математике» в качестве обязательной дисциплины предметной подготовки учителя математики, побудившее автора к подготовке и изданию соответствующего учебного пособия [2]. В связи с разработкой и применением математических систем для аналитических вычислений в подготовку учителей информатики также включена новая учебная дисциплина «компьютерная алгебра», целью которой является «изучение алгоритмов аналитических преобразований с точки зрения их эффективной реализации на компьютере» Матрос Д.Ш., Поднебесова Г.Б. Элементы абстрактной и компьютерной алгебры: учеб. пособие для студ. пед. вузов. - М.: Издат. центр «Академия», 2004, с.37.

Важнейшими компонентами традиционной математической культуры становится понимание уникальных вариативных возможностей различных инструментов для реализации различных способов решения и различных форм получения результатов при решении прикладных математических задач: методы точные и приближенные, результаты символьные (аналитические), численные, графические. Выпускник по направлению «Физико-математическое образование» должен обладать глубокими знаниями в области базовых дисциплин - математики и информатики, обладать навыками использования этих знаний при исследовании математических моделей изучаемых объектов и процессов, навыками применения известных алгоритмов решения соответствующих математических задач; должен уметь реализовывать эти алгоритмы на компьютере и интерпретировать полученные результаты; использовать современные технологии сбора и обработки экспериментальных данных в соответствии с проблемой исследования в области физико-математических наук и образования. Фундаментальность, универсальность и прикладная ориентация образовательных программ должны признаваться непреложными ценностями современного качества высшего педагогического образования.

В главе 3 «Изменение характера профессиональной деятельности педагога физико-математического направления» на основе исследования влияния ИКТ на содержание общепрофессиональной, предметной и методической подготовки педагога физико-математического профиля, что находит свое отражение на обновлении перечня и содержания его ключевых, базовых и специальный компетенций, выводятся требования к содержанию его математической деятельности, а также дается описание деятельностной модели методической системы информатико-математической и методико-технологической подготовки педагога физико-математического направления.

К настоящему времени выполнен целый ряд исследований, связанных с подготовкой педагога в условиях информатизации образования, в которых нашли отражение:

влияние информационных технологий на содержание и методы обучения в средней школе (Н.В. Апатова, А.А. Кузнецов, А.С. Лесневский, А.Г. Гейн, Б.Е. Стариченко, И.Г. Семакин, З.В. Семенова, И.И. Раскина и др.);

общеобразовательные и профессиональные аспекты обучения информатике в педагогическом вузе (Э.И. Кузнецов, В.В. Персианов, И.Б. Готская, Н.И. Пак, А.В. Петров, Е.В. Жужжалов, С.Д. Каракозов, Т.Ю. Китаевская и др.);

структура и методическая система подготовки кадров информатизации школы в педагогических вузах (Т.А. Бороненко, М.П. Лапчик, В.П. Линькова, А.В. Могилев, В.Э. Меламуд, Е.А. Ракитина, С.Р.Удалов и др.);

теория и практика разработки и использования информационных технологий (М.И. Жалдак, И.В. Марусева, И.В. Роберт, Г.А. Кручинина, Е.З. Власова, С.И. Макаров, С.П. Грушевский, Н.С. Анисимова, В.В. Гриншкун, Л.И. Долинер, О.В. Виштак, С.Р. Удалов, М.Б. Лебедева и др.);

теория и практика интенсификации подготовки учителей физико-математических дисциплин на основе использования компьютерных средств в учебно-воспитательном процессе (А.А. Абдукадыров, В.И. Пугач, Т.В. Капустина, А.И. Ходанович, С.А. Самсонова, М.М. Абдуразаков и др.);