Зеленяк Олег Петрович. Реалізація міжпредметних зв'язків інформатики та математики в процесі навчання інформатики в школi

brief description

НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені М.П. ДРАГОМАНОВА

На правах рукопису

Зеленяк Олег Петрович

УДК 372.851.851

РЕАЛІЗАЦІЯ МІЖПРЕДМЕТНИХ ЗВ’ЯЗКІВ
ІНФОРМАТИКИ ТА МАТЕМАТИКИ
В ПРОЦЕСІ НАВЧАННЯ ІНФОРМАТИКИ В ШКОЛІ

13.00.02 теорія і методика навчання інформатики

Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата педагогічних наук

Науковий керівник:
Рамський Юрій Савіянович
кандидат фізико-математичних наук, професор

Київ 2004

ЗМІСТ

Перелік умовних скорочень ..................................................................

4

Вступ ..........................................................................................................

5

Розділ 1.

Дидактичні основи міжпредметних зв’язків у
предметному навчанні

1.1.

Актуальність і соціальна обумовленість міжпредметних зв’язків у процесі навчання в сучасному інформаційному суспільстві ..............................................................................

15

1.2.

Тенденції змін у базових компонентах освіти та їх
основні чинники ....................................................................

23

1.3.

Комплексний характер і нові аспекти в проблемі міжпредметних зв’язків ........................................................

31

Висновки до розділу 1 ...........................................................

47

Розділ 2.

Системно-інформаційний підхід до навчання
інформатики в школі

2.1.

Аспекти розвитку і теоретичні основи змісту навчання інформатики в школі .............................................................

48

2.2.

Інформатика і математика в умовах інформаційних технологій навчання .............................................................

60

2.3.

Дидактичні моделі інформаційних технологій навчання
як основа проектування змісту навчальних предметів .....

84

Висновки до розділу 2 ...........................................................

100

Розділ 3.

Методичні основи реалізації міжпредметних зв’язків інформатики і математики в процесі навчання інформатики

3.1.

Використання інтеграційної та координаційної складових міжпредметних зв'язків інформатики і математики в процесі навчання основ інформатики в класах з поглибленим вивченням цих предметів ..........................

101

3.2.

Набори взаємозв'язаних міжпредметних задач як засіб реалізації міжпредметних з'вязків ...........................

144

3.3.

Організація і аналіз результатів педагогічного експерименту .........................................................................

184

Висновки до розділу 3 ...........................................................

191

Висновки .

Список використаних джерел ......

Додатки .....................................................................................................

192

195

213

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

МЗ міжпредметні зв’язки.

ІТН інформаційні технології навчання.

ВСТУП

Педагогічно-соціальній проблемі реалізації міжпредметних зв’язків у навчанні на всіх етапах розвитку педагогіки приділялась значна увага. Плідний розвиток одержали питання формування наукового світогляду учнів за допомогою міжпредметних зв’язків, інтеграції та координації предметних знань.
Актуальність МЗ у процесі навчання в наш час обумовлена сучасним рівнем розвитку науки, на якому яскраво виражена інтеграція суспільних, природничо-наукових, технічних знань. В інформаційному суспільстві існують глобальні чинники, що обумовлюють МЗ: фундаменталізація знань, поєднання науки і виробництва, зростання ролі математики в дослідженнях, розвиток академічної мобільності та мобільності випускників на ринку праці, соціальні аспекти.
Вирішення зазначених проблем потребує інновацій у змісті освіти та його структурі. В навчальному процесі повинні перш за все фігурувати такі наукові знання, засоби навчання, освітні технології і методики, предмети і курси, які відображають фундаментальні моменти двоєдиного процесу інтеграції і диференціації в науці та дозволяють виходити на системний рівень пізнання дійсності.
Наука сьогодні перетворюється в безпосередньо продуктивну силу суспільства, тому що інформаційні технології спираються на останні досягнення науки і техніки. В багатьох країнах світу вони бурхливо розвиваються. Інформатика відіграє дедалі більшу роль у житті суспільства і стає його важливим ресурсом. Аналіз змісту фахової діяльності людей масових професій і прогноз її розвитку у найближчій перспективі дозволяють зробити висновок про зростання ролі підготовки молоді в галузі інформатики. Отже, школа повинна формувати теоретичну базу знань учнів з основ інформатики та практичні навички використання ними засобів інформаційних технологій у практичній діяльності.
Розвиток процесу інформатизації сфери освіти висуває на передній план проблему створення обгрунтованої та ефективної методики використання інформаційних технологій у навчальному процесі. Педагогічно виправданий характер такої методики та нові педагогічні технології, що базуються на сучасних інформаційних і комунікаційних технологіях, повинні пронизувати всю освіту в цілому. У процесі навчання інформатики слід керуватися загальними цілями усього шкільного навчання й виховання та здійснювати його за допомогою МЗ через інтеграцію, співробітництво. Цьому сприятиме використання комп'ютерів у процесі навчання та викладання різних предметів, створення комп'ютерного інформаційного навчального середовища в школі та розповсюдження Internet.
Сучасна епоха в усьому світі характеризується швидким старінням знань, що вимагає активізації роботи зі створення системи неперервної освіти. Змінювати організаційні форми й методи навчання, оптимізувати навчальний процес можливо за умов використання інформаційних технологій. Вдосконалення системи освіти одна із найсерйозніших проблем, породжених науково-технічною революцією.
Шкільна освіта у своєму розвитку зобов'язана враховувати і втілювати новітні досягнення гуманізацію і гуманітаризацію, рівневу та профільну диференціацію, суттєво нові види МЗ. Шкільне середовище повинно бути сприятливим для розвитку здібностей дитини, самореалізації її особистісного потенціалу і спонукати учнів до результативного навчання. Головна увага повинна приділятися людині, її культурі, освіті, розвитку творчих задатків і створенню необхідних для цього умов.

Актуальність дослідження
Породження нових аспектів МЗ у процесі навчання в інформаційному суспільстві вимагає подальшого дослідження цієї педагогічно-соціальної проблеми з урахуванням вказаних змін і прогнозованих тенденцій. У процесі розвитку шкільного курсу інформатики як повноцінного навчального предмету, посилюється увага до його загальноосвітніх функцій і потенційних можливостей для розв’язання загальних задач навчання, розвитку і виховання учнів.
Аналіз вітчизняного і зарубіжного досвіду навчання інформатики в загальноосвітній школі показав, що проблема реалізації МЗ інформатики з іншими предметами мало досліджена. Окремі елементи відповідної методики розроблені в працях Апатової Н.В., Вітюка О.В., Голованя М.С., Горошка Ю.В., Жалдака М.І., Іваськіва І.С., Касаткіна В.Н., Клочка В.І., Лукаш І.М., Лупан І.В., Ракова С.А., Рамського Ю.С., Смирнової Є.М., Цибко Г.Ю., Чепрасової Т.І., Шкіля М.І., Ясінського А.М. та інших дослідників.
Системного дослідження цієї проблеми до цього часу не було.
Із всіх шкільних предметів інформатика найбільше пов'язана з математикою. Загальновідомий їх взаємний вплив, і в процесі навчання зокрема. Разом з тим лише частково досліджено, які з апробованих в математиці методів і прийомів навчання можливо і доцільно застосувати в процесі навчання інформатики. Поза увагою дослідників залишились питання: що спільного в процесах розв'язування математичної задачі та в процесі розробки алгоритму розв'язування задачі за допомогою ЕОМ, в якій мірі апробований у математиці метод навчання на задачах може бути застосований в інформатиці, як актуалізація математичних методів і знань може сприяти вказаному процесу, які самостійні цілі алгоритмізації, що досягаються саме у процесі навчання інформатики?
Двосторонній характер МЗ необхідно вивчати звертаючись і до змісту, і до методів навчання. При цьому найважливіше розглядати методи вивчення головних і стаціонарних розділів програми з інформатики, спираючись на базисні поняття із різних предметів, через які формуються теорії, наукові факти, встановлюються зв'язки між ними. Тенденція інтеграції має проникати не тільки в структуру предметних знань і побудову програм, а й охоплювати різноманітні методи, форми організації навчальної роботи. Актуальність дослідження обумовлюється також протиріччям між об'єктивною необхідністю використання засобів ITH на уроках математики та діючим безмашинним” варіантом її викладання: відсутністю відповідних підручників, збірників задач, методик навчання. Важливо узагальнити значний емпіричний і практичний досвід учителів. Реальна педагогічна практика може використовувати потенціал ITH шляхом здійснення МЗ інформатики і математики на основі побудови навчальних наборів взаємозв'язаних міжпредметних задач, підвищення ролі комп'ютерного моделювання як інтегруючого фактора. Ці потреби педагогічної науки і шкільної практики визначили тему нашого дослідження.
Згідно з метою і проблемою дослідження розроблялись елементи методичної системи навчання інформатики учнів класів з поглибленим вивченням інформатики та математики, здійснювалась підготовка їх до розуміння сутності інформаційних процесів і розв’язування різноманітних реальних задач методом інформаційного моделювання та успішного подальшого навчання у вищих навчальних закладах.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Дисертаційне дослідження виконано відповідно до тематичного плану наукових досліджень кафедри основ інформатики і обчислювальної техніки Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова (державний реєстраційний номер 0198U001678).
Мета і задачі дослідження
Розробка окремих компонентів науково обгрунтованої методичної системи навчання інформатики на основі комплексної реалізації МЗ інформатики і математики, яка забезпечує засвоєння навчального матеріалу на високому якісному рівні, сприяє розвитку пізнавальної активності учнів та підготовці їх до життя в умовах інформаційного суспільства.
Об’єктом дослідження є процес навчання основ інформатики в старших класах середньої загальноосвітньої школи і в класах з поглибленим вивченням інформатики і математики.
Предметом дослідження є методична система навчання основ інформатики в старших класах загальноосвітньої школи і в класах з поглибленим вивченням інформатики і математики з урахуванням і здійсненням МЗ.
Гіпотеза дослідження. В основу дослідження покладено гіпотезу про те, що систематичне і цілеспрямоване здійснення МЗ інформатики та математики в процесі навчання інформатики з використанням засобів ІТН при дотриманні адекватних вимог до процесу навчання та врахуванні науково-психологічних закономірностей розвитку мислення учнів розвиває їх творче мислення, формує уміння будувати інформаційні моделі досліджуваних процесів, забезпечує ефективну навчально-пізнавальну діяльність, підвищує практичну значущість результатів навчання з інформатики.
Згідно з проблемою і метою дослідження розв’язувались такі завдання:
1. Вивчити стан проблеми реалізації міжпредметних зв’язків інформатики і математики у практиці шкільного навчання інформатики та виявити ступінь її розробки в методичній і психолого-педагогічній літературі.
2. Визначити понятійно-методологічний апарат, структуру, вихідні принципи та рівні здійснення міжпредметних зв’язків у процесі навчання інформатики.
3. Визначити відповідні теми для створення наборів взаємозв’язаних міжпредметних задач, спираючись на базисні поняття інформатики та стаціонарні розділи програми.
4. Вивчити ефективність програмних засобів, які доцільно застосовувати на уроках математики для забезпечення міжпредметних зв’язків і дидактичні можливості розробки, аналізу і вивчення алгоритмів на уроках математики з метою реалізації їх на уроках інформатики.
5. Розробити елементи комплексної методики реалізації міжпредметних зв’язків інформатики і математики в процесі навчання інформатики та експериментально перевірити їх ефективність.

Методи дослідження:
- теоретичні: вивчення і аналіз наукової, методичної, психолого- педагогічної літератури з проблеми дослідження, аналіз програм, підручників, навчальних посібників, педагогічних програмних засобів, досвіду роботи вчителів.
- практичні: цілеспрямоване тривале педагогічне спостереження, тестування, бесіди, узагальнення досвіду, синтез методик і одержаних практичних результатів.
Методологічною основою дослідження є Закон про освіту, Державна національна програма Освіта” (Україна XXI століття); концепція інформатизації освіти; основні положення теорії пізнання, філософії і психології про предметний характер людської діяльності; теорія поетапного формування розумових дій; дидактичні ідеї інтеграції та координації предметних знань.
Наукова новизна одержаних результатів

bibliography

ВИСНОВКИ

У дисертації обгрунтовано актуальність для науки та практики педагогічно-соціальної проблеми реалізації МЗ інформатики та математики в процесі навчання інформатики у загальноосвітній школі. Наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення цієї наукової проблеми, що виявляється в дослідженні взаємозалежності основних методів навчання математики та інформатики і розробці наборів міжпредметних взаємозв’язаних задач для використання у процесі навчання алгоритмізації та удосконалення змісту навчального матеріалу для класів з поглибленим вивченням інформатики і математики.
У результаті дослідження розроблено, теоретично і практично обгрунтовано компоненти відповідної методики навчання, що забезпечує ефективну навчально-пізнавальну діяльність учнів. Дістали подальший розвиток проблеми підвищення ролі комп'ютерного моделювання як інтегруючого фактора і застосування засобів ІТН.
Виявлено тенденції змін у базових компонентах освіти. Проаналізовано дидактичні моделі ІТН як основу проектування змісту навчальних предметів. Виділено глобальні чинники, які у процесі навчання в сучасному інформаційному суспільстві обумовлюють комплексний характер та нові аспекти в проблемі МЗ. Педагогічна практика засвідчила, що шкільна освіта зобов'язана враховувати й втілювати новітні досягнення, ІТН, суттєво нові види МЗ. Породження останніх вимагає подальшого дослідження цієї проблеми з урахуванням набутого досвіду й прогнозованих тенденцій. Аналіз вітчизняного та зарубіжного досвіду навчання інформатики в загальноосвітній школі показав, що досліджені лише окремі елементи проблеми, а системного дослідження її до цього часу не було. Отже, проблема комплексної реалізації МЗ при навчанні інформатики, створення обгрунтованої та ефективної методики використання інформаційних технологій у навчальному процесі залишається актуальною.
Досліджувався процес навчання інформатики учнів старших класів загальноосвітньої школи та учнів класів з поглибленим вивченням інформатики й математики. Ці системоутворюючі навчальні предмети, з урахуванням невпинної інформатизації сучасного суспільства та впровадженням ІТН у галузь освіти, повинні наповнюватися новим змістом, розкривати учням значення інформаційних процесів та універсальних математичних методів дослідження у формуванні сучасної наукової картини світу.
В ході дослідження були розв’язані всі його основні завдання.
Аналіз та узагальнення матеріалів дослідження дають підстави зробити такі головні висновки:
1. Проблема комплексної реалізації МЗ у процесі навчання інформатики, створення ефективної методики педагогічно виправданого характеру використання ІТН залишається актуальною, соціально обумовленою. У сучасному інформаційному суспільстві необхідно враховувати комплексний характер проблеми та її нові аспекти.
2. Основні методи навчання загальної інформатики та математики взаємозалежні. Актуалізація математичних методів і знань сприяє процесу навчання інформатики і навпаки. Отже, здійснення МЗ цих предметів з використанням інтеграційної та координаційної складових є вагомим чинником удосконалення процесу навчання інформатики в школі.
3. Аналіз вивченості питання і стану реальної педагогічної практики застосування таких зв’язків визначив можливість використання у навчальному процесі наборів міжпредметних взаємозв’язаних задач та засобів ІТН. Цілеспрямоване використання таких наборів задач забезпечує ефективну навчально-пізнавальну діяльність учнів; сприяє розвитку їх творчого мислення, дослідницьких навичок, утворенню логіко-змістовних і процесуальних схем знань; дозволяє суттєво поглибити розуміння ними навчального матеріалу; реалізує принципи інтеграції та координації предметних знань; раціонально поєднується із традиційними технологіями навчання; формує в учнів цілісну систему знань, яка дозволить їм у майбутньому самостійно здобувати і застосовувати знання.
4. Педагогічна практика засвідчила, що елементи методики можуть ефективно використовуватись при роботі з обдарованими дітьми для підготовки їх до участі в предметних олімпіадах.