Структурирование учебного материала дисциплин компьютерного цикла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурирование учебного материала дисциплин компьютерного цикла

Одним из основных факторов, влияющих на качество преподавания учебных дисциплин, в том числе и дисциплин компьютерного цикла, является порядок изложения учебного материала. На сегодняшний день, по мнению авторов, существуют следующие подходы к определению структуры излагаемого материала, зависящие от опыта работы преподавателя:

* директивный - четкое следование указанным в рабочей программе темам занятий, характерен для молодых преподавателей;

* либеральный - ориентация на рабочую программу с внесением корректив по ходу изложения материала, характерен для опытных преподавателей;

* творческий - формирование нового плана изложения материала в процессе обучения, характерен при разработке новых дисциплин.

Трудно сформировать правильное мнение о том, какой из перечисленных подходов лучше, потому, что каждый из них в какой то мере является интуитивным. В любом из этих подходов структура учебного материала в значительной степени зависит от опытности и мировоззрения того или иного преподавателя и лишь частично от логики излагаемого материала. А ориентация на знания и представления отдельно взятого преподавателя не всегда дает гарантию качественного усвоения материала студентами и, следовательно, не всегда обеспечивает оптимальные показатели качества обучения.

Авторами предлагается строго формализованный подход к определению структуры и логики изложения учебного материала, практически лишенный влияния личности преподавателя.

Постановка задачи

Любая учебная дисциплина характеризуется рядом понятий, лежащих в ее основе. Основывая на «магическом» числе Миллера 7±2 [1], принимаем допущение, что за учебную единицу времени (1 академический час) обучаемый может усвоить в среднем 7 новых понятий. Следовательно, для каждой учебной дисциплины с достаточной степенью вероятности может быть определено максимальное количество основных понятий, равное количеству учебных часов умноженному на 7. Определение ключевых понятий дисциплины должно быть произведено опытным преподавателем (и эта операция является первым фактором влияния личности преподавателя на конечный результат) и обязательно проанализировано другими преподавателями, для обеспечения объективного результата.

Таким образом, каждую дисциплину можно представить как множество ее основных, ключевых понятий. Понятия любой дисциплины могут быть разделены на три подмножества:

* входные - известные студентам понятия других ранее читаемых дисциплин;

* внутренние - новые понятия данной дисциплины, для знания которых необходимы входные понятия и которые не требуется знать при изучении далее читаемых дисциплин;

* выходные понятия - новые понятия данной дисциплины, для знания которых необходимы входные и/или внутренние понятия и которые будут являться входными при изучении других дисциплин.

После определения множества понятий преподаватель должен определить их зависимость друг от друга (второй и последний фактор зависимости результата от личности преподавателя). При этом для каждого понятия необходимо указать подмножество зависящих от него понятий. Естественно, при определении взаимосвязей понятий необходима экспертная оценка результатов работы одного преподавателя группой других преподавателей. Полученную зависимость между понятиями можно представить двумя способами: матричным и графическим.

При матричном способе необходимо сформировать квадратную матрицу, количество строк и столбцов которой равно числу понятий данной дисциплины. Далее требуется пронумеровать строки и столбцы матрицы, указывая таким образом номера понятий. После чего построчно для каждого i-го понятия проставить цифру 1 на пересечении с теми столбцами, с которыми это понятие связано. Полученная матрица называется матрицей взаимосвязей понятий.

При графическом представлении строиться граф, каждый узел которого - понятие, а ветви отражают зависимость понятий. Данный граф дает более наглядное представление о структуре дисциплины, чем матрица, однако его ветви могут быть слишком переплетены.

Однако ни матрица взаимосвязей, ни граф понятий не дают ответа на вопрос, как же правильно преподавать данную дисциплину, или в какой последовательности необходимо излагать понятия дисциплины для достижения их оптимального усвоения студентами.

Таким образом, задача данного исследования формулируется следующим образом: исходя из матрицы взаимосвязей или графа понятий, характерных некоторой дисциплине, необходимо указать оптимальную логику изложения понятий этой дисциплины.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать метод анализа матрицы взаимосвязей и графа понятий дисциплины, позволяющий сформировать логически непротиворечивую и оптимальную, с точки зрения логики изложения, цепочку понятий.

Анализ публикаций

В основу разрабатываемого метода анализа взаимосвязей понятий дисциплины могут быть положены известные методы структурирования учебного материала.

В педагогике известно два основных метода структурирования учебного материала: матричный метод и метод графов [2, 3], основанные соответственно на построении матрицы взаимосвязей понятий и графа понятий.

Матричный метод заключается в том, что преподаватель или группа преподавателей проводит эвристический анализ полученной матрицы взаимосвязей на предмет ее корректности и оптимальности в соответствии с некоторыми требованиями. Этот метод довольно доступен, так как не предполагает значительных временных затрат, однако не может быть формализован и четко сформулирован.

Метод графов предполагает формализованную работу с графом понятий, основанную на определенном математическом аппарате. В результате работы с графом происходит его преобразование в ярусно-параллельную форму, что облегчает восприятие взаимосвязей между понятиями, однако не дает ответа на вопрос определения оптимальной цепочки понятий. Таким образом, хотя метод графов и формализуем, он не дает возможности полностью решить задачу исследования.

Методы исследования

Как уже было отмечено, существует некоторое разнообразие методов структурирования учебного материала. Наиболее эффективным с точки зрения анализа и определения логической цепочки изложения материала является метод преобразования графа понятий в ярусно-параллельную форму. На его основе авторами синтезирован метод построения структурно-смысловой модели (ССМ) учебного материала, заключающийся в выполнении следующих этапов:

* построение матрицы взаимосвязей и графа понятий;

* анализ графа на предмет выявления «контуров» и «автономных» вершин;

* разложение графа на слои и на их основе перевод графа в ярусно-параллельную форму;

* анализ графа с целью определения логических цепочек изложения материала по темам.

Каждый из представленных этапов имеет свою смысловую нагрузку и значительную математическую основу. Остановимся на наиболее существенных моментах представленного метода построении ССМ.

Перевод графа в ярусно-параллельную форму приводит к тому, что граф представляется в виде ярусов взаимно несвязанных понятий. Самым важным и существенным для дальнейшего исследования является первый ярус, определяющий количество логически законченных тем дисциплины и начальные понятия каждой из тем. Для некоторых графов таким же определяющим является и второй ярус. Однако заключительное определение количества и содержания тем дисциплины происходит при анализе графа в ярусно-параллельной форме.

Анализ графа в ярусно параллельной форме позволяет в целом рассмотреть все ярусы графа и определить логические цепочки изложения учебного материала дисциплины. Дисциплина в результате анализа разбивается на темы, каждая из которых определяется множеством взаимосвязанных понятий, которые следует излагать друг за другом. При этом, начальными понятиями, как уже отмечалось, являются все понятия 1-го яруса и, возможно, некоторые понятия 2-го яруса.

Результаты исследования

Понятия дисциплины «Информатика и вычислительная техника»

В качестве исследуемой была выбрана дисциплина «Информатика и вычислительная техника», читаемая студентам инженерно-педагогических специальностей вузов в 1 3 семестрах. Выбор дисциплины обусловлен ее широкой известностью, установившейся программой курса и возможностью анализа результатов исследования по этой дисциплине большим количеством экспертов.

Дисциплина читается в течение 3-х семестров, и количество ее лекционных часов составляет 30 учебных часов. Следовательно, число понятий дисциплины должно не превосходить 210 (30?7=210). С учетом этого было выделено 170 понятий, предлагаемых студентам для освоения в курсе дисциплины «Информатика и вычислительная техника». Первые 20 из выделенных понятий представлены в таблице 1 (из-за ограниченности объема статьи и несущественности, с точки зрения авторов, этого материала полный список понятий не приводится).

Таблица 1. Понятия дисциплины «Информатика и вычислительная техника»

учебный компьютерный структурирование

Для всех из выделенных понятий были установлены взаимосвязи, на основе которых построена матрица взаимосвязей. Фрагмент матрицы взаимосвязей для первых двадцати понятий приведен в таблице 2.

Таблица 2. Матрица взаимосвязей понятий дисциплины «Информатика и вычислительная техника»

При анализе представленного фрагмента матрицы видно, что понятия, как уже отмечалось ранее, разбиваются на три подмножества:

входные {1, 8} - из них связи «выходят», но ни одна связь в них не «входит»;

внутренние {2, 9, 11, 12, 13, 14, 18, 20} - в них связи «входят» и из них связи «выходят»;

выходные {3, 4, 5, 6, 7, 10, 15, 16, 17, 19} - в них связи «входят», но ни одна связь из них не «выходит».

Дальнейшая работа по исследованию логики изложения материала дисциплины «Информатика и вычислительная техника», а именно построение графа понятий, преобразование графа в ярусно параллельную форму, анализ матрицы взаимосвязей была автоматизирована и проведена с помощью разработанных авторами программных средств.

Программная реализация

На основе известных алгоритмов работы с графами [4] (выявления «контуров», «автономных» вершин, перевода в ярусно-параллельную форму) и анализа графа в ярусно параллельной форме с использованием среды проектирования Visual Basic for Application для MS Excel разработаны их программные реализации. При этом созданы отдельные процедуры, позволяющие автономно выполнять следующие действия:

графическое отображение графа понятий на основе имеющейся матрицы взаимосвязей понятий;

перевод графа понятий в ярусно-параллельную форму с одновременным его анализом на наличие «контуров» и «автономных» вершин;

анализ графа на предмет получения логических цепочек изложения учебного материала.

ССМ и результаты ее построения для дисциплины «Информатика и вычислительная техника».

С помощью разработанных программных средств по сформированной матрице понятий был построен граф понятий, фрагмент которого приведен на рис. 1.

Рис. 1. Фрагмент графа понятий дисциплины «Информатика и вычислительная техника»

Полученный граф понятий в целях исследования был переведен в ярусно-параллельную форму. Первые четыре яруса графа понятий изображены на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент графа понятий в ярусно-параллельной форме

Как видно из рисунка, первый ярус включает 5 понятий, следовательно, лекционный курс дисциплины «Информатика и вычислительная техника» должен быть разбит не менее чем на 5 тем (разделов). При этом начальными понятиями разделов должны являться понятия 1 (персональный компьютер), 8 (информация), 36 (объект), 45 (структура алгоритмического языка) и 55 (арифметическое выражение).

Для определения дальнейшей цепочки понятий, следующих за начальными, была использована разработанная процедура, реализующая метод анализа графа. Результаты процедуры, заключающиеся в формировании логических цепочек понятий по разделам, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Последовательность изложения дисциплины «Информатика и вычислительная техника»

Как видно из приведенной таблицы, 1-я тема является самой объемной и продолжительной.

Таким образом получена, в первом приближении, последовательность изложения материала дисциплины «Информатика и вычислительная техника». Однако не стоит думать, что полученная цепочка является единственно правильной. Результаты анализа в большой степени зависят от определенных на начальной стадии взаимосвязей между понятиями. Поэтому, если на взгляд экспертной группы преподавателей, сформированные программным средством разделы не являются корректными, то необходимо пересмотреть взаимосвязи понятий и повторить процесс вновь. Повторение процессов построения графа, его преобразования в ярусно-параллельную форму и анализа не являются громоздкими, так как производятся с помощью программных средств и не требуют от исследователя дополнительных умственных затрат.

Выводы

учебный компьютерный структурирование

Разработанный метод позволяет сформировать последовательность изложения материала учебных дисциплин. На основе сформированных с помощью метода анализа разделов дисциплины возможна корректировка рабочих программ.

При этом лежащий в основе метода формальный подход позволяет не только сформировать цепочку понятий, но и обеспечить целостность изложения учебного материала, избежать его дублирования, необоснованного повторения, забегания вперед. Сформированная в результате работы с методом анализа графа понятий цепочка понятий логически непротиворечива и позволяет учитывать все переходы в материале дисциплины.

Также к достоинствам предлагаемого подхода по структурированию учебного материала следует отнести его универсальность, заключающуюся в независимости от определенной дисциплины.

Перспективы дальнейших исследований

Дальнейшие исследования планируется проводить в следующих направлениях:

выделить ключевые понятия по дисциплинам компьютерного цикла подготовки специалистов специальности 7.01010436 «Компьютерные технологии в управлении и обучении»: «Производственное обучение»», «Прикладное программирование», «Проектирование и эксплуатация информационных систем», «Эргономика информационных технологий», «Исследование операций», «Автоматизированные системы организационного управления», «Компьютерные технологии в учебном процессе»;

провести исследование структуры понятий этих дисциплин по выше описанной схеме и сформировать логически законченные разделы учебного материала;

провести анализ корректности сформированных разделов и осуществить корректировку рабочих программ дисциплин компьютерного цикла.

Литература

учебный компьютерный структурирование

1.Козелецкий Ю. Психологическая теория решений: Пер. с польск. - М.: Прогресс, 1979. - 504 с.

2.Овакимян Ю.О. Моделирование структуры и содержания процесса обучения. Учеб. пособие. - М., 1976. - 124 с.

3.Ашеров А.Т., Капленко С.А. Построение и анализ структурно-смысловой модели учебной дисциплины / Новий Коллегиум. - Х., 2000. - №6. - С.41-45

4.Структурирование учебного материала инженерных дисциплин / С.Ф. Артюх, В.М. Приходько, С.А. Капленка, А.Т. Ашеров, И.В. Федоров. - М.: МАДИИ (ГТУ); Харьков: УИПА, 2002. - 30 с.

Размещено на Allbest.ru