авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Формирование специальных компетенций будущих бакалавров профиля информатика в процессе обучения математической информатике

На правах рукописи

САДУЛАЕВА БИЛЯНТ СУЛТАНОВНА

ФОРМИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ

БУДУЩИХ БАКАЛАВРОВ ПРОФИЛЯ «ИНФОРМАТИКА»

В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАТИКЕ

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика, уровень профессионального образования)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Челябинск – 2012

Работа выполнена на кафедре информатики и методики преподавания информатики в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Челябинский государственный педагогический университет»

Научные руководители доктор педагогических наук, профессор Матрос Дмитрий Шаевич кандидат педагогических наук, доцент Леонова Елена Анатольевна

Официальные оппоненты Долинер Леонид Исаевич, доктор педагогических наук, профессор, ГБОУ ДПО Свердловской области «Институт развития образования», заведующий кафедрой информационных технологий Тулькибаева Надежда Николаевна, доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», заведующий кафедрой педагогики

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Защита состоится 23 мая 2012 г. в 15.00 на заседании диссертационного со вета Д212.295.02 при ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогиче ский университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, д.69, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Автореферат разослан «23» апреля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор педагогических наук, профессор Елагина В.С.

Актуальность исследования. Действующие федеральные государствен ные образовательные стандарты высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) определяют, что в основе образовательного процесса в высшем педагоги ческом учебном заведении лежит компетентностный подход к образованию, ориентирующий выпускников вуза на приобретение компетенций, необходи мых и эффективных в дальнейшей трудовой деятельности.

Стратегия развития информационного общества в Российской Федера ции, закон «О высшем и послевузовском профессиональном образовании», пе реход к двухуровневому образованию требуют высокого качества подготовки студентов – будущих бакалавров педагогического образования профиля «Ин форматика». Сегодня выпускник педагогического вуза, получающий образова ние по данному профилю, должен не только эффективно вести профессиональ ную деятельность педагога, но и свободно ориентироваться в мировом инфор мационном пространстве, иметь необходимые знания и навыки поиска, обра ботки и хранения информации с использованием современных технологий, компьютерных систем и сетей, уметь создавать и поддерживать на высоком уровне информационно-образовательную среду учебного учреждения. Инфор матика и информационные технологии развиваются с поразительной скоро стью. Существующие технологии устаревают практически сразу же после воз никновения. Быстрые темпы развития информатики мотивируют педагога к из менению содержания и методов преподавания, смещению внимания с конкрет ных быстроустаревающих педагогических технологий к моделям обучения, ос нованным на приобретении общетеоретических фундаментальных знаний и способствующим развитию самообразования.

Мы разделяем мнение М.П. Лапчика, что с развитием предметной облас ти информатики «продолжается процесс уточнения своего места и роли в ба зовом образовании общекибернетических и математических оснований ин форматики. Именно здесь находятся сегодня точки роста для будущего раз вития базового образования учащихся в области информатики». Это должна учитывать методика преподавания информатики в педагогическом вузе.

Объективной причиной, требующей усиления фундаментальной подго товки в области информатики, является, как считает А.И. Сенокосов, естест венный процесс широкого распространения в различных сферах практической деятельности информационных технологий, реализуемых на персональных компьютерах, что создает угрозу «выдавливания» общеобразовательных, фун даментальных основ знаний в области информатики. Здесь таится возможность подмены приоритета, и нужно понимать, что «чувство машины» приходит именно при изучении фундаментальных основ информатики».

Важнейший аспект целеполагания информатического образования школьников, согласно А.Л. Семенову, А.И. Сенокосову, М.П. Лапчику, А.С. Лесневскому, Е.К. Хеннеру, также связан с проявлением фундаменталь ных истоков науки информатики и является актуальным в обучении будущих учителей информатики.

В условиях ФГОС ВПО особое значение приобретает формирование ком петенций, и прежде всего, специальных компетенций, устанавливаемых вузом в соответствии с профилем подготовки. Важным фактором в развитии специаль ных компетенций будущих бакалавров педагогического образования профиля «Информатика» является изучение фундаментальных основ информатики, в ча стности математической информатики. Это предполагает овладение студентами общетеоретическими основами информатики и приобретение ими определен ного опыта применения полученных знаний в практической деятельности, а также готовности к постоянному повышению уровня своего образования.

Анализ исследований по проблеме обучения математической информати ке в педвузе позволил заключить, что данной теме посвящены работы, связан ные с обучением в вузе формальной семиотике языков программирования (В.В. Лаптев, Н.И. Рыжова, М.В. Швецкий), численным методам решения при кладных задач (М.П. Лапчик, Е.К. Хеннер, М.И. Рагулина), математическим основам анализа алгоритмов (Д. Кнут, Р. Грэхем, Л.А. Шоломов, О. Паташник), формальным языкам (А.А. Фомина), математическим основаниям парадигм программирования (М.А. Иорданский, И.А. Кудрявцева, М.В. Швецкий), эле ментам дискретных методов в информатике (А.Г. Гейн, В.А. Горбатов, Д.Ш. Матрос, Р. Хаггарти). Проблема изучения математической информатики актуальна и в школьном курсе.

Вышеуказанные исследования демонстрируют разные подходы к опреде лению и изучению основных вопросов, рассматриваемых математической ин форматикой. Тем не менее, в настоящее время недостаточно исследований по священо проблеме обучения математической информатике, сориентированному на формирование специальных компетенций будущих бакалавров педагогиче ского образования профиля «Информатика».

Практика обучения студентов начальных курсов показала, что проблемы, с которыми они сталкиваются в процессе обучения основам математической информатики, приходят из школы. Анализ результатов ЕГЭ по информатике демонстрирует затруднения школьников в применении языка и методов мате матической информатики при выполнении экзаменационных заданий. Слабая базовая подготовка влечет за собой и недостаточно глубокое освоение студен тами таких профильных дисциплин, как «Программирование», «Компьютерное моделирование», «Теория алгоритмов». В связи с этим возникает необходи мость разработки и реализации методики обучения математической информа тике, способствующей повышению эффективности процесса обучения будущих бакалавров профиля «Информатика» и положительному влиянию на формиро вание у них специальных компетенций. Отсутствие, однако, единой точки зре ния на содержание математической информатики обусловливает ряд трудно стей в разработке данной методики.

Таким образом, актуальность исследований в области обучения матема тической информатике и методике преподавания данной дисциплины становит ся очевидной.

Изложенное выше позволяет выделить следующие противоречия:

– на социально-педагогическом уровне – между потребностью в подготов ке конкурентоспособных на современном рынке труда учителей информатики, определяемой социальным заказом, и существующей практикой их обучения в вузе на основе неадаптированного к новым условиям содержания;

– на научно-педагогическом уровне – между необходимостью реализовы вать одновременно требования фундаментализации и практико ориентированности в подготовке будущих бакалавров информатики и недоста точной разработанностью теоретических основ обучения математической ин форматике, обладающей высоким потенциалом в разрешении названного про тиворечия, благодаря сочетанию в ней фундаментальных понятий информатики с их направленностью на освоение дисциплин профильной подготовки;

– на научно-методическом уровне – между необходимостью целенаправ ленного формирования специальных компетенций будущих бакалавров инфор матики в процессе обучения математической информатике и недостаточной разработанностью содержания и методики обучения математической информа тике, ориентированных на формирование компетенций студентов.

На основе выявленных противоречий сформулирована проблема, которая заключается в отборе содержания и разработке методики обучения математиче ской информатике, обеспечивающих реализацию требований фундаментализа ции и практико-ориентированности в подготовке будущих бакалавров инфор матики профиля «Информатика». Указанная проблема послужила основанием для выбора темы исследования: «Формирование специальных компетенций будущих бакалавров профиля «Информатика» в процессе обучения математи ческой информатике».

Объект исследования – процесс обучения информатике будущих бака лавров педагогического образования профиля «Информатика».

Предмет исследования – формирование специальных компетенций бу дущих бакалавров профиля «Информатика» в процессе обучения математиче ской информатике.

Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка методиче ской системы обучения математической информатике будущих бакалавров пе дагогического образования профиля «Информатика», направленной на форми рование специальных компетенций.

Гипотеза исследования: уровень сформированности специальных ком петенций будущих бакалавров педагогического образования профиля «Инфор матика» повысится в процессе обучения математической информатике, если на основе компетентностного и интегративно-модульного подходов разработать методическую систему обучения математической информатике, которая пред полагает:

отражение в требованиях к результатам обучения математической информатике направленности на формирование специальных компетенций средствами математического компонента содержания дисциплин профильной подготовки;

разработку компетентностно-ориентированного содержания матема тической информатики на основе сформулированных требований к результатам обучения и конкретизированных и дополненных содержательных линий дисци плины;

реализацию модульно-рейтинговой системы обучения в информаци онно-образовательной среде;

мониторинг уровней развитости гностического, функционального и методологического компонентов результатов обучения математической инфор матике и специальных компетенций посредством дескрипторов, разработанных в соответствии с требованиями тарификатора ТАФО.

В соответствии с целью, предметом и гипотезой поставлены следующие задачи исследования:

1. Изучить состояние проблемы формирования специальных компетенций будущих бакалавров информатики и обосновать необходимость внесения изме нений в содержание обучения математической информатике.

2. Определить структуру и содержание проектирования методической сис темы обучения математической информатике на основе компетентностного и интегративно-модульного подходов.

3. Уточнить содержательные линии обучения математической информатике на основе комплексного анализа структуры дисциплин профильной подготовки и определить требования к результатам обучения математической информати ке.

4. Выполнить проектирование компетентностно-ориентированного содер жания обучения математической информатике в соответствии с требованиями и принципами отбора содержания, выделенными содержательными линиями и требованиями к результатам обучения;

разработать комплекс компетентностно ориентированных задач и контрольно-оценочных материалов, реализуемых в условиях модульно-рейтингового обучения с использованием мультимедиа средств и построить курс «Элементы математической информатики» для буду щих бакалавров профиля «Информатика».

5. Разработать дескрипторы уровней развитости гностического, функцио нального и методологического компонентов результатов обучения математиче ской информатике и дескрипторы уровней развитости компонентов специаль ных компетенций будущих бакалавров информатики.

6. Экспериментально проверить эффективность применения методической системы обучения математической информатике.

Последовательное решение данных задач позволит спроектировать мето дическую систему обучения математической информатике в условиях компе тентностного подхода.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: концеп ция фундаментализации образования (С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, Б.М. Кедров, В.В. Краевский, В.С. Леднев, И.Я. Лернер, Ю.Г. Татур, В.В. Лаптев, Н.И. Рыжова, С.Д.Каракозов), концепция проектирования и конст руирования содержания обучения (В.В. Краевский, В.С. Леднев, И.Я. Лернер), теория содержания высшего профессионального педагогического образования в условиях компетентностного подхода (В.П. Беспалько, А.А. Вербицкий, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, В.А. Козырев, Ю.Г. Татур, А.П. Тряпицына, А.В. Хуторской), теория и методика обучения информатике (С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко, А.А. Кузнецов, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, Е.А. Леонова, М.И. Рагулина, Е.А. Ракитина, Н.И. Рыжова, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер, М.В. Швецкий), теория междисциплинарных связей в обучении (С.Н. Бабиной, Г. И. Батурина, В.А. Далингер, В.С. Елагина, А.В. Усова), теория использова ния информационно-коммуникационных технологий в обучении (Л.И. Долинер, Д.Ш. Матрос, В.Н. Нуждин, Н.И. Пак, Е.С. Полат, И.В. Роберт, В.Ф. Шолохович), теория модульного обучения (С.Я. Батышев, А.С. Галышева, П.А. Юцявичене), теория и методика педагогических исследований (Д.А. Новиков, Е.В. Сидоренко, Б.Е. Стариченко и др.).

Для решения поставленных задач был использован комплекс методов:

теоретических: теоретико-методологический анализ позволил сформу лировать исходные позиции исследования;

анализ нормативных образователь ных документов использовался для обоснования актуальности проблемы и оп ределения правовых возможностей ее решения;

анализ психолого педагогической и учебно-методической литературы по проблеме исследования дал возможность выделить содержательные линии обучения математической информатике;

анализ потребностей заказчика и деятельности преподавателей и студентов применялся при разработке модели результатов обучения;

понятий но-терминологический анализ лег в основу описания понятийного поля про блемы;

системный анализ послужил основанием целостного рассмотрения про блемы исследования;

моделирование применялось для построения методиче ской системы обучения математической информатике, разработки результатов обучения математической информатике, этапов проектирования компетентно стно-ориентированного содержания обучения математической информатике;

эмпирических: изучение практического опыта на этапах констатирующего и формирующего экспериментов;

систематизация и классификация фактологи ческого материала;

психолого-диагностические методы (для получения и ис следования информации при тестировании, анкетировании, наблюдении и са мооценке);

педагогический эксперимент;

методы на базе информационных тех нологий;

статистические методы обработки результатов исследования и про верки выдвигаемой гипотезы.

Исследование проводилось в три этапа с 2006 по 2012 годы в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» на факуль тете информатики, в профессионально-педагогическом институте, а также в филиале ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический универ ситет» (г. Сатка Челябинской области). В исследовании приняли участие студентов и 32 преподавателя профильных и математических дисциплин.

На первом этапе (2006–2007 гг.) решались методологические и теорети ческие задачи. В этой связи изучались и анализировались психолого педагогические и методические источники, содержание государственных обра зовательных стандартов, учебные планы и рабочие программы по методике преподавания информатики и математической информатики, результаты иссле дований в сопряженных областях, опыт работы преподавателей вузов по фор мированию профессиональных и специальных компетенций будущих бакалав ров профиля «Информатика».

На втором этапе эксперимента (2008–2009 гг.), в соответствии с идеями компетентностного подхода, уточнялись и конкретизировались результаты обучения математической информатике будущих бакалавров профиля «Инфор матика»;

выявлялись основные требования дисциплин профильной подготовки к содержанию, уровню знаний и умений в области математической информати ки;

обосновывалась и разрабатывалась модульная программа;

и компетентно стно-ориентированное содержание курса «Элементы математической информа тики»;

выявлялись специфика и условия рационального применения средств и методов информатики в процессе обучения бакалавров информатики профиля «Информатика». На данном этапе был проведен обучающий эксперимент по реализации разработанного содержания курса «Элементы математической ин форматики» в процессе обучения математической информатике студентов спе циальности «030100 - Информатика» и бакалавров педагогического образова ния профиля «Информатика» в соответствии с модульной программой.

На третьем, формирующем, этапе (2010-2011 гг.) педагогического ис следования в процессе контролирующего эксперимента осуществлена проверка результативности методической системы обучения математической информа тике будущих учителей информатики;

разработаны дескрипторы уровня дос тижений гносеологического, функционального и методологического компонен тов результатов обучения математической информатике. На этом этапе уточня лись теоретические и экспериментальные выводы, обобщались, систематизиро вались и описывались полученные результаты.

Научная новизна исследования.

1. На основе компетентностного и интегративно-модульного подходов разработана методическая система обучения математической информатике, которая характеризуется системностью, модульностью и включает четыре взаимосвязанных блока содержательный, процессуально (целевой, технологический и оценочно-результативный), каждый из которых направлен на формирование специальных компетенций.

2. Выделены и обоснованы этапы проектирования компетентностно ориентированного содержания обучения математической информатике:

деструктуризация дисциплин профильной подготовки;

выделение математических объектов, методов, моделей, составляю щих фундаментальную основу дисциплин профильной подготовки, и выявле ние содержательных линий математической информатики;

определение требований к результатам обучения;

наполнение содержательных линий на основе требований отбора со держания образования;

разработка дескрипторов уровней развитости гностического, функ ционального и методологического компонентов результатов обучения матема тической информатике и специальных компетенций.

3. Теоретически обоснована и сформирована матрица конкретизирован ных знаний, умений, способов практической деятельности по математической информатике, входящих в состав специальных компетенций будущих бакалав ров информатики.

Теоретическая значимость исследования заключается в дальнейшем развитии теории и методики обучения информатике будущих бакалавров про филя «Информатика» и выражена в следующем:

1. Определены и теоретически обоснованы роль и место обучения мате матической информатике как важного элемента фундаментальной подготовки будущих бакалавров информатики, способствующего формированию у них специальных компетенций.

2. Доказано, что устойчивыми единицами содержания курса по матема тической информатике должны быть конструктивные, дискретные компоненты оснований математики, математической логики, дискретной математики, алгеб ры, образующие содержательные линии обучения данной дисциплине, обеспе чивающие фундаментализацию обучения информатике.

3. Разработаны дескрипторы уровней развитости компонентов результа тов обучения математической информатике и компонентов специальных ком петенций будущих бакалавров профиля «Информатика», отражающие ориенти ровочную основу деятельности по оценке сформированности названных ком понентов.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что сформулированные в нем выводы и рекомендации способствуют по вышению качества результатов обучения информатике в вузе:

1. Внедрена и апробирована методическая система обучения математи ческой информатике будущих бакалавров информатики в условиях компетент ностного подхода, построено компетентностно-ориентированное содержание обучения математической информатике в рамках курса «Элементы математиче ской информатики».

2. Разработаны требования к результатам обучения математической ин форматике будущих бакалавров информатики в условиях компетентностного подхода на основе выделенных содержательных линий обучения математиче ской информатике и потребностей заказчика.

3. Разработаны компетентностно-ориентированное содержание математи ческой информатики, задачи и тесты, которые позволяют реализовать в рейтин говой системе мониторинг результатов обучения, влияющих на формирование специальных компетенций у будущих бакалавров профиля «Информатика», а также обеспечить индивидуальную работу и самокоррекцию обучающихся.

4. Разработан электронный учебно-методический комплекс дисциплины «Элементы математической информатики», размещенный на учебном портале вуза. Комплекс содержит учебно-методические материалы и является эффек тивной средой формирования и развития фундаментальных знаний и умений, обеспечивая реализацию разработанной методической системы обучения мате матической информатике для студентов по направлению подготовки «Педагогическое образование» профиль «Информатика» очной, заочной и дис танционной форм обучения.

На защиту выносятся положения:

1. Формирование специальных компетенций будущих бакалавров про филя «Информатика» успешно осуществляется в рамках разработанной мето дической системы обучения математической информатике как одной из фунда ментальных дисциплин информатики.

2. Методическая система включает целевой блок, определяющий требо вания заказчиков к результатам обучения бакалавров информатики на основе достижений науки, техники, рынка труда и занятости и личных потребностей;

содержательный блок, в котором представлено компетентностно ориентированное содержание математической информатики и модульная про грамма;

процессуально-технологический блок (формы, средства и методы обу чения в условиях модульно-рейтинговой системы с использованием информа ционных технологий, способствующих дополнительному развитию специаль ных компетенций будущих бакалавров информатики);

оценочно результативный блок, в котором представлены дескрипторы уровня развитости гностического, функционального и методологического компонентов компетен ций в соответствии с тарификатором ТАФО и компетентностно ориентированные тесты, мониторинг развития результатов обучения в области математической информатики и развития специальных компетенций будущих бакалавров информатики.

3. Проектирование компетентностно-ориентированного содержания обучения математической информатике осуществляется в соответствии с эта пами: 1) деструктуризация дисциплин профильной подготовки;

2) выделение математических объектов, методов, моделей, составляющих фундаментальную основу дисциплин профильной подготовки, и выявление содержательных ли ний математической информатики;

3) определение требований к результатам обучения;

4) наполнение содержательных линий на основе требований отбора содержания образования;

5) разработка дескрипторов уровней развитости гно стического, функционального и методологического компонентов результатов обучения математической информатике и специальных компетенций. Проекти рование содержания математической информатики в курсе «Элементы матема тической информатики» в соответствии с выделенными нами этапами обеспе чивает положительную динамику уровня развитости специальных компетенций выпускника.

4. Требования к результатам обучения математической информатике структурированы в соответствии с выделенным математическим компонентом в содержании дисциплин профильной подготовки. Оценка достижений резуль татов обучения математической информатике производится по гностическому, функциональному и методологическому компонентам, причем эти компоненты соотносятся с компонентами специальных компетенций.

5. Эффективность методической системы экспериментального обучения курсу «Элементы математической информатики» будущих бакалавров профиля «Информатика» была подтверждена результатами педагогического экспери мента.

Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспече ны использованием взаимодополняющих методов педагогического исследова ния, адекватных поставленным задачам;

длительностью эксперимента, его по вторяемостью;

применением статистических методов обработки результатов эксперимента;

соблюдением основных требований к организации педагогиче ского эксперимента, подтверждением гипотезы исследования результатами экспериментальной работы, практическим подтверждением основных положе ний исследования и статистической обработкой полученных в ходе экспери мента данных.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась в ходе экспериментальной работы автора на базе факультета информатики и профессионально-педагогического института Челябинского государственного педагогического университета, а также филиала ЧГПУ в г. Сатке.

Материалы диссертационного исследования докладывались и обсужда лись на:

– международных конференциях «Информационные и коммуникацион ные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития» (Архан гельск, 2011 г.);

«Формирование компетенций учащихся и студентов в общем и профессиональном образовании» (заочная, Челябинск, Россия – Щецин, Поль ша, 2012 г.).

– всероссийских и межрегиональных научных конференциях «Совре менные информационные технологии в науке, образовании и практике» (с Ме ждународным участием), посвященная 10-летию Оренбургского государствен ного университета (Оренбург. 2005 г.);

«Проблемы математического образова ния в педагогических вузах на современном этапе». (Челябинск. 2006 г.);

«Ме тодика вузовского преподавания» (Челябинск. 2006 г.);

«Информатика и ин формационные технологии в образовании» (Челябинск, 2009 г.);

«Информаци онные и коммуникационные технологии – основной фактор реализации систе мы менеджмента качества образовательного учреждения на основе стандарта ISO» (Челябинск, 2010 г.);

«Введение федеральных государственных образова тельные стандартов высшего профессионального образования на основе ин формационных и коммуникационных технологий и системы менеджмента ка чества» (Челябинск, 2011 г.), «Информатизация образования: проблемы и пер спективы» (Челябинск, 2012 г.).

Структура диссертации: работа состоит из введения, трех глав, заклю чения, библиографического списка, включающего 187 источников и 9 прило жений. Диссертация содержит 25 рисунков и 19 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, определя ются цель, объект, предмет исследования, формулируется гипотеза, ставятся задачи, указываются методологические, теоретические основы и методы иссле дования, определяется новизна работы, ее теоретическая и практическая значи мость, излагаются сведения об апробации и внедрении результатов исследова ния в педагогическую практику, формулируются основные положения, выно симые на защиту.

В первой главе «Теоретические аспекты компетентностно ориентированного обучения математической информатике будущих бакалавров педагогического образования профиля «Информатика» придерживаясь этапов обучения конкретному учебному предмету, предложенных Т.А.Бороненко, на ос нове компетентностного и интегративно-модульного подходов разработано и теоретически обосновано проектирование взаимосвязанных блоков методиче ской системы обучения математической информатике будущих бакалавров профиля «Информатика» – целевого, содержательного, процессуально технологического и результативно-оценочного (рис.1). В основу предложенной структуры проектирования легла обобщенная модель методической системы обучения, предложенная Т.А. Бороненко и И.Б. Готской.

При проектировании целевого блока методической системы обучения мате матической информатике проводится анализ состояния исследуемой проблемы в теории обучения и образования, уточняется категориально-понятийный аппа рат исследования, делается сравнительный анализ ФГОС ВПО «Педагогическое образование» и государственного образовательного стандарта высшего профессио нального образования по направлению подготовки «Физико-математическое обра зование» (профиль «Информатика»). Исследование позволило использовать пре имущества ФГОС ВПО в разработке компетентностно-ориентированного со держания, направленного на развитие универсальных, профессиональных и специальных компетенций (последние из которых формулирует вуз), сориенти рованного на социальный заказ и соответствующего профилю подготовки, о чем говорится в п.8.2, п.8.3 данного образовательного стандарта.

Ориентация всех компонентов учебного процесса на развитие компетен ций характеризует компетентностный подход в образовании, способствующий формированию профессиональной компетентности выпускника и представ ляющий собой, согласно Н.Н. Тулькибаевой, интегральное качество личности специалиста, выражающееся в способности и готовности эффективно выпол нять профессиональную деятельность.

При проектировании содержательного блока методической системы обу чения математической информатике специальные компетенции как важнейшие составляющие профессиональной компетентности будущих бакалавров профи ля «Информатика», определяемые уровнем изучения фундаментальных основ информатики, к которым относится математическая информатика. Для успеш ного формирования специальных компетенций будущих бакалавров требуется Проектирование целевого блока Достижения науки и тех- Личные потребности Рынок труда и занятости ники заказчика Цель: Формирование специальных компетенций средствами математической информатики (знания, умения и способы практической деятельности в области математической информатики) Проектирование содержательного блока Деструктуризация дисциплин профильной подготовки Предметная область информатики Выделение математических объектов, методов, моделей, состав ляющих фундаментальную основу дисциплин профильной подго товки Область междис циплинарных знаний: Выявление содержательных линий математической информатики математика, дискрет ная математика, мате матическая логика, Наполнение содержательных линий на основе требований к отбору алгебра, теория веро содержания образования ятностей, геометрия Определение требований к результатам обучения Компетенции:

профессиональные, специальные Конструктруирование компетентностно-ориентированного содер жания Разработка модульной программы Разработка компетентностно-ориентированных задач Проектирование процессуально- Проектирование оценочно технологического блока результативного блока Проектирование реализации компетентност- Разработка дескрипто но-ориентированного содержания ров уровней развитости гностического, функ ционального и методо Разработка конпетент логического компонен ностно тов результатов обуче Системы компьютерной математики ориентированных оце ния математической информационно-развивающий, Лекции, практические занятия ночных материалов Выбор форм обучения информатике и специ Средства обучения:

самостоятельная работа практическое обучение, проблемно-поисковый, лабораторные занятия альных компетенций интернет ресурсы онлайн проекты web-порталы Методы Планирование мониторинга развития резуль татов обучения математической информатике и специальных компетенций Рис. 1. Структурная схема проектирования методической системы обучения математиче ской информатике будущих бакалавров профиля «Информатика»

отбор содержания математической информатики и разработка соответствую щей методики ее преподавания.

К области математической информатики, согласно М.П. Лапчику, мы от носим фундаментальную естественнонаучную часть информатики, которую составляют лежащие в основаниях информатики математические объекты и понятия.

Анализ предметной области информатики и деструктуризация дисциплин профильной подготовки позволили выделить математическую составляющую информатики.

Ввиду интенсивного развития информатики и информационных техноло гий математическая информатика требует пристального внимания и уточнения.

Выявлению фундаментальной составляющей в предметной области информа тики посвящен ряд научно-исследовательских работ. При этом существуют разные теоретические подходы – подходы А.Г. Гейна, М.А. Иорданского, Д. Кнута, В.В. Лаптева и Н.И. Рыжовой, М.П. Лапчика, Д.Ш. Матроса, М.И. Рагулиной, А. Л. Семенова, А.В. Чечкина, Л.А. Шоломова, Е.В. Андреевой, Л.Л. Босовой и И.Н. Фалиной – к определению и содержанию математической информатики, называемой также математическими основами информатики, математическими основаниями информатики. В обучении мате матическим основаниям информатики, включаемым в отдельную учебную дис циплину «Теоретические основы информатики», В.В. Лаптев, Н.И. Рыжова, М.В. Швецкий чрезвычайно важным фактом считают систему формальных языков, с помощью которых производится формализация семейства языков, от носящихся к конкретной предметной области. Ими выделены семь концепту альных содержательных линий математических оснований информатики.

С учетом исследований вышеназванных авторов и на основе выделенного математического компонента информатики, открытия новых связей и отноше ний между информатикой и различными конструктивными разделами матема тики, включения их в различные системы связей нами разработаны содержа тельные линии математической информатики, отражающие основные методи ческие идеи построения содержания математической информатики на протяже нии всего процесса обучения:

1) линия множеств: теория множеств – логические языки нулевого и первого порядка – отношения на множествах – реляционная алгебра – реляци онные модели данных;

2) логическая линия: комбинаторная логика – лямбда-исчисление – ото бражение – комбинаторы;

3) линия алгебры: целочисленная функция – модулярная арифметика – отношение сравнимости – независимые остатки – полиномиальная алгебра;

4) линия геометрии: матрицы – векторы – аналитическая геометрия – линейные пространства – векторный анализ;

5) линия функций: отображения – функция – разложение функций в ряд – производящая функция – рекурсивная функция – рекуррентные соотноше ния – цепи Маркова;

6) линия сумм: последовательность – производящая функция – ряды – исчисление сумм (неопределенные и определенные);

7) дифференциальная линия: разностный оператор – интегрирующий оператор – дифференциальные уравнения;

8) комбинаторная линия: комбинаторика – подстановки – графы – дере вья;

9) вероятностная линия: случайные события – случайные величины– дискретная вероятность – математическое описание случайных процессов – марковские случайные процессы – пуассоновский случайный процесс.

Перечисленные содержательные линии развиваются по иерархии и отра жают значимость изучения элементов содержания математической информати ки, они позволяют выявить ту часть фундаментальных основ информатики, ко торая не рассматривается в традиционных курсах дискретной математики, ло гики, алгебры, но представляет собой важный математический аппарат в освое нии дисциплин профильной подготовки. В структурировании учебного мате риала В.С. Леднев и М.Н. Скаткин отмечают принципы двойного вхождения базисных компонентов содержания образования в систему, функциональной полноты содержания образования, дифференциации и интеграции компонентов содержания образования.

Методика обучения математической информатике бакалавров профиля «Информатика» требует определения ведущего цикла математических основа ний информатики. В отличие от сторонников алгебраического, аналитического, логического, геометрического циклов (Н. Бурбаки, А.Д. Мышкис Н.Н. Непейвода, В.И. Игошин и др.) мы разделяем мнение Р. Грэхема, Д. Кнута, Д.Ш. Матроса, О. Паташника, Р. Хаггарти о том, что дискретная математика формирует особый алгоритмический стиль мышления программистов.

Разработка требований к результатам обучения математической инфор матике бакалавров профиля «Информатика» осуществлялась на основе анализа предметной области информатики, выделенных содержательных линий, требо ваний заказчика и установления связей между специальными компетенциями и требованиями профильных дисциплин. Требования к результатам обучения оп ределили цели, задачи и принципы отбора компетентностно-ориентированного содержания математической информатики.

Проектирование компетентностно-ориентированного содержания мате матической информатики будущих бакалавров профиля «Информатика» прово дилось в модульной системе на основании выделенных содержательных линий и требований к результатам обучения математической информатике, а также анализа объектов и видов деятельности. В условиях нового содержания разра ботаны компетентностно-ориентированные задачи, условия и требования кото рых представляют собой модель некоторой ситуации, возникающей в профес сиональной деятельности.

При проектировании процессуально-технологического блока методиче ской системы выделяются методы, формы и средства реализации компетентно стно-ориентированного содержания математической информатики;

составляет ся и размещается на учебном портале вуза электронный учебно-методический комплекс дисциплины. Комплекс содержит учебно-методические материалы и является эффективным компонентом информационно-образовательной среды, в условиях которой происходит формирование и развитие фундаментальных зна ний и умений, обеспечивается реализация разработанной методической систе мы обучения математической информатике студентов очной, заочной и дистан ционной форм обучения.

В формировании специальных компетенций будущих бакалавров профи ля «Информатика» актуально органичное соотношение фундаментальности и практико-ориентированности образования, поскольку компетентность предста ет как синтез когнитивного, предметно-практического и личностного опыта.

Для оценки уровня достижения результатов обучения в соответствии с тарифи катором (ТАФО), предложенным Ю.Т. Татуром и Ю.Г. Фокиным, при проекти ровании оценочно-результативного блока проводится разработка дескрипто ров гностического, функционального и методологического уровней и тестов, позволяющих проводить в рейтинговой системе мониторинг результатов обу чения и обеспечивать индивидуальную работу и самокоррекцию обучающихся.

Во второй главе «Теоретические и методические основы реализации со держания обучения математической информатике будущих бакалавров профи ля «Информатика»» рассмотрены вопросы конструирования и практической реализации курса «Элементы математической информатики».

Выделение содержательных линий математической информатики и раз работка требований к результатам обучения позволили сформулировать кон кретизированные знания, умения, владения (КЗУВ) в данной области, направ ленные на формирование специальных компетенций бакалавров профиля «Ин форматика». Для этого были определены требования к результатам обучения в области математической информатики, установлена их связь с теми профессио нальными и специальными компетенциями, которые непосредственно их ис пользуют по следующему шаблону: «Применять (понятия, методы математиче ской информатики) для (конкретной специальной компетенции)». Например:

«Применять аксиоматические методы математики для реализации аналитиче ских и технологических решений в области программного обеспечения и ком пьютерной обработки информации», «Использовать методы решения рекур рентных соотношений в вычислении количества шагов быстрой сортировки».

Подобная формулировка КЗУВов позволила в проектировании каждой кон кретной учебной дисциплины актуализировать содержание данной дисциплины в той части, которая формирует конкретизированные знания, умения, владения (КЗУВ).

Конкретизация требований к результатам обучения обеспечивает кон троль включения компетенций, разделов содержания образования, учебных за дач, которые должны быть решены в процессе изучения каждого учебного мо дуля, и помощь в установлении последовательности изучения разделов дисцип лины и составлении модульной программы курса.

Формирование содержания образования, как отмечают М.Н.Скаткин и В.В.Краевский, осуществляется на трех уровнях – общего теоретического пред ставления, учебного предмета и учебного материала. Уровень общего теорети ческого представления отражается в концепциях образования и образователь ных стандартах, что рассматривалось в главе 1 нашего исследования. Уровень учебного предмета включает в себя содержание типовых учебных программ, совокупность требований к уровню подготовки обучаемых. В рамках данного уровня были сформулированы требования к результатам обучения математиче ской информатике. На уровне учебного материала, где содержание образования приобретает форму учебников и других учебных материалов, нами сконструи ровано содержание математической информатики в рамках курса «Элементы математической информатики».

При определении степени важности каждой темы математической ин форматики в подготовке будущих бакалавров профиля «Информатика» приме нен метод шкалирования, предложенный В.А. Сухомлиным. Данный метод по зволил определить «вес» выделенного математического компонента в дисцип линах профильной подготовки.

Для моделирования содержания математической информатики использо вана трансформированная система взаимоувязанных матриц, предложенная В.П. Пустобаевым. В системе матриц описаны связи между профессионально предметными и профессионально-педагогическими компетенциями и матема тическим компонентом, связи между дисциплинами профильной подготовки и содержательными линиями математической информатики. Трансформирован ная система взаимоувязанных матриц позволяет определить «вес» математиче ских разделов в формировании специальных компетенций будущих бакалавров профиля «Информатика».

Полученные «веса» элементов содержательных линий математической информатики способствовали частичному упорядочению их списка. При по мощи программы топологической сортировки частично упорядоченного мно жества Д. Кнута и М.В. Швецкого определена структура и содержание курса «Элементы математической информатики», разработаны модульная программа и наполнение содержательных линий. Модульная программа описывает после довательность изучения модулей, т.е. структурирует содержание образования, а также определяет цель освоения каждого отдельного модуля, что позволяет спланировать достигаемый результат.

При отборе содержания математической информатики учитывались структура, содержание, ядро базовых знаний, рекомендованные для междуна родной образовательной системы подготовки бакалавров ИТ (Computing Curricula 2001. Association for Computing Machinery and Computer Society of IEEE), технология профессиональной направленности изучения предспециаль ных учебных дисциплин В.И. Земцовой. В решении отдельных задач информа тики, например, проводится аналогия между суммами и интегралами, причем неопределенному интегралу соответствует неопределенная сумма, определен ному интегралу – определенная сумма и т.д.: рекуррентность – сумма – инте грал, «гармонические» числа – натуральный логарифм, экспонента ех – 2х дис кретная экспонента, производная функции – дифференциальный оператор.

При отборе и разработке компетентностно-ориентированного содержания обучения математической информатике будущих бакалавров профиля «Инфор матика» учитываются принципы его построения и реализации: целостности и междисциплинарности, модульности, соответствия требованиям потребителя, органичного соотношения фундаментального и практико-ориентированного содержания, учета единства содержательной и процессуальной сторон обуче ния, приоритета дискретного подхода в содержании, учета концептуальных со держательных линий, соответствия методов, форм и средств обучения специ фике профессиональной деятельности бакалавров информатики, инструмен тально-технологического аспекта в обучении.

Формирование специальных компетенций будущих бакалавров профиля «Информатика» происходит в результате перевода теоретических знаний в кон кретные практические умения, что требует создания комплекса компетентност но-ориентированных задач и индивидуальных заданий. Решение отдельных компетентностно-ориентированных задач позволяет студентам осознать необ ходимость применения междисциплинарных знаний в профессиональной дея тельности и способствует формированию специальных компетенций, характе ризуемых высоким уровнем обобщения, умения осуществлять математическую формализацию, являющуюся одним из этапов моделирования (табл. 1).

Одним из важнейших методов получения результатов, связанным со свойствами элементов конечных множеств, который можно считать алгоритми ческой процедурой доказательства, является метод математической индукции – общий метод доказательства корректности любого алгоритма. Преимущество данного метода, проявляется, например, при доказательстве корректности сле дующего рекуррентного алгоритма, определяющего максимальный элемент из набора: а1, а1, а2, а3, …, аn натуральных чисел.

Таблица Комплекс профессионально ориентированных задач Раздел информа- Профессионально ориентированные задачи Раздел математики тики х х Проверить верно ли утверждение Компьютерная ал- Целочисленные при x R.

гебра функции Даны три вещественных числа, являющихся длинами Программирование сторон треугольника. Определить, является ли тре- Геометрия угольник прямоугольным.

Найти сумму обратных величин первых n натуральных Программирование чисел. Теория чисел Докажите, что на парах вида (k, F (n + 1)), Метод математиче где k = 1, 2, …, F (n+1) 1 алгоритм Евклида Программирование ской индукции дольше всего работает при k = F(n), и число шагов алгоритма при этом равно n.

Задача коммивояжёра побывать во всех городах Теория алгоритмов Графы (ровно по одному разу) и при этом потратить как можно меньше денег на проезд и вернуться обрат но.

Таблица TAB, содержащая m строк и n столбцов, переносится в одномерный массив M так, что вна чале переносятся все элементы первого столбца, Массивы затем все элементы второго столбца и т.д. Укажи- Матрицы те, по какой формуле можно вычислить порядко вый номер k, соответствующий положению эле мента TAB[i,j] в массиве M:

При изучении рекуррентных соотношений и вычислении конечных сумм, были рассмотрены следующие методы решения рекуррентных соотношений:

метод математической индукции, репертуарный метод, метод суммирующего множителя, среднее число сравнений «быстрой сортировки», метод приведения в вычислении сумм, метод замены сумм интегралами, метод вычисления сумм по убывающим степеням.

Один из наиболее популярных методов внутренней сортировки данных в компьютере – «быстрая сортировка». Среднее число выполняемых «быстрой сортировкой» шагов сравнения, когда она применяется к n-элементам данных, расположенным в случайном порядке, удовлетворяет рекуррентному соотно 2 n ck, шению: C0 0;

Cn n 1 n 0. Данный пример позво n k ляет оценить значимость изучения приведенных методов в обучении будущих бакалавров профиля «Информатика».

Для реализации курса «Элементы математической информатики» разра ботан электронный учебно-методический комплекс, включающий модульную программу, лекционный материал в формате web-страниц и презентаций, раз работанные по каждой теме практические занятия, «банк» компетентностно ориентированных задач для индивидуальной работы студентов, контрольные вопросы по каждому модулю, компетентностно-ориентированные контрольно измерительные материалы, контрольные тесты для самопроверки.

В третьей главе «Проверка эффективности методической системы обу чения математической информатике» раскрыты этапы педагогического экспе римента, сформулированы задачи каждого этапа, определены критерии объек тивной оценки достижения результатов обучения математической информатике будущими бакалаврами профиля «Информатика».

Педагогический эксперимент проводился в три этапа (констатирующий, поисковый, формирующий) и осуществлялся с 2006 по 2011 гг. на базе факуль тета информатики и профессионально-педагогического института Челябинско го государственного педагогического университета, в филиале ЧГПУ в г. Сатке со студентами по направлению подготовки 050200.62 физико-математическое образование, бакалавр (профиль «Информатика»);

050100 Педагогическое об разование, квалификация «бакалавр», профиль «Информатика». В эксперимен те приняли участие более 125 студентов, 32 преподавателя профильных и ма тематических дисциплин. В ходе эксперимента были использованы следующие методы эмпирического исследования: анкетирование, опрос, тестирование, на блюдение, анализ результатов обучения профильным дисциплинам, анализ письменных творческих работ, анализ собственного опыта педагогической дея тельности, а также методы математической обработки результатов эксперимен та.

Для оценки эффективности разработанной методической системы обуче ния математической информатике будущих бакалавров профиля «Информати ка» в условиях компетентностного подхода использованы следующие критерии оценивания: критерий достижения уровня развитости компонентов компетен ции и результатов обучения;

критерий полноты сформированности специаль ной компетенции «способен использовать математический аппарат, методоло гию программирования и современные компьютерные технологии для решения практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации».

Констатирующий этап эксперимента показал актуальность проблемы формирования компетентностно-ориентированного содержания математиче ской информатики в подготовке бакалавров профиля «Информатика». Выявле но преобладание низкого уровня сформированности знаний и умений у буду щих бакалавров профиля «Информатика» в области математической информа тики и их применения в решении задач.

В исследовании потребности и целесообразности изменения содержания обучения математической информатике и применения систем компьютерной математики в учебном процессе приняли участие 27 преподавателей профиль ных и математических дисциплин и 119 студентов профиля «Информатика».

Анкетирование студентов выявило некоторые причины возникновения трудно стей при освоении дисциплин профильной подготовки. Эти причины были уч тены при отборе компетентностно-ориентированного содержания математиче ской информатики.

Поисковый этап позволил сформулировать гипотезу исследования, опре делить организационно-методические условия реализации эксперимента, уточ нить научный аппарат, обосновать выбор методов, технологий и организацион ных форм, обеспечивающих эффективность функционирования методической системы обучения математической информатике.

Для реализации методики обучения математической информатике буду щих бакалавров профиля «Информатика» разработана модульная программа и содержание курса «Элементы математической информатики», сформулированы комптентностно-ориентированные задачи, дескрипторы уровней развитости компонентов результатов обучения и специальных компетенций и контрольно измерительные материалы.

В качестве критерия достижения результата обучения математической информатике использовались разработанные дескрипторы уровней сформиро ванности структурных компонентов результата обучения в соответствии с та рификатором ТАФО, разработанным Ю.Г. Татуром и Ю.Г. Фокиным.

Подтверждение гипотезы исследования осуществлялось на третьем фор мирующем этапе педагогического эксперимента. Проверка гипотезы исследо вания проводилась в следующей последовательности: анализ влияния разрабо танной методической системы обучения математической информатике в усло виях компетентностного подхода на уровень достижения результатов обучения математической информатике будущих бакалавров профиля «Информатика», а также воздействия этих результатов на качество сформированности у будущих бакалавров специальных компетенций (на примере специальной компетенции «способен использовать математический аппарат, методологию программиро вания и современные компьютерные технологии для решения практических за дач получения, хранения, обработки и передачи информации»).

Для проведения эксперимента сформированы 2 группы студентов экспе риментальная (ЭГ) и контрольная группа (КГ). На констатирующем этапе педа гогического эксперимента студентам контрольной и экспериментальной групп был предложен комплексный тест, состоящий из 48 теоретических вопросов и практических заданий по математической информатике. В качестве нулевой Н была принята гипотеза об отсутствии значимого различия в теоретических зна ниях и умениях в области математической информатики у студентов контроль ной и экспериментальной групп, альтернативная гипотеза Н1 состояла в сле дующем: существует достоверное различие полноты теоретических знаний и умений в области математической информатики. Для сопоставления результа тов тестирования КГ и ЭК применялся статистический метод Пирсона – 2. Вы численное экспериментальное значение 2эксп= 3,18 меньше критического зна чения 2кр = 7,8, соответствующего уровню значимости p 0,05. что позволяет принять гипотезу Н 0 об отсутствии достоверного различия в уровне начальных знаний и умений в области математической информатики в контрольной и экспе риментальной группах на констатирующем этапе.

В ходе эксперимента контрольная группа обучалась по традиционной ме тодике, а экспериментальная группа обучалась по разработанной методической системе в условиях информационно-образовательной среды,. По окончании экспериментального курса «Элементы математической информатики» в кон трольной и экспериментальной группах было проведено тестирование. Целью проверки стали уровни развитости компонентов результатов обучения матема тической информатике, в соответствии с разработанными дескрипторами. Кон трольно-измерительные материалы состоят из трех частей в соответствии с гностическим, функциональным и методологическим компонентами компетен ции и результатов обучения. Согласно Ю.Г. Татуру и другим исследователям, порог усвоения знаний, умений принимается за 0,7 (70 %).

Контроль уровней развитости гностического, функционального и методо логического компонентов результатов обучения математической информатике проводился по соответствующим тестам, в результате чего получены показате ли, приведенные в таблице 2.

Достоверность эмпирических показателей была проверена по статистиче скому методу Пирсона – 2, полученные эмпирические значения 2 для гности ческого, функционального и методологического компонентов: 2эксп = 10,55, функц. = 8,94, метод. = 14,53 больше критического значения для трех степеней сво боды 2кр= 7,82, что позволило отклонить нулевую гипотезу, и принять альтер нативную – существует достоверное различие полноты теоретических знаний, умений и способов практической деятельности в области математической ин форматики у студентов контрольной и экспериментальной групп.

Таблица Показатели результатов тестирования по математической информатике Гностический Функциональный Методологический КГ (в %) ЭГ (в %) КГ (в %) ЭГ( в %) КГ (в %) ЭГ( в %) Менее 70 % 3,0 2,0 6,0 1,0 12,0 7, 70 – 79 % 47,0 17,0 45,0 12,0 57,0 26, 80 – 89 % 38,0 45,0 41,0 49,0 27,0 38, 90 – 100 % 12,0 36,0 8,0 38,0 4,0 29, 2 2 2 гност. = 10,55 функц. = 8,94 метод. = 14, На основании проведенного эксперимента можно сделать вывод о том, что с вероятностью 95 % результаты контрольного тестирования уровня разви тости гностического, функционального и методологического компонентов ре зультатов обучения математической информатике обусловлены различием в методиках обучения, что свидетельствует об эффективности применения разра ботанной методической системы обучения математической информатике бу дущих бакалавров профиля «Информатика» в условиях информационно образовательной среды.

Выявление наличия приращений в уровнях развития гностического, функционального и методологического компонентов специальных компетен ций осуществлялось по результатам освоения профильной дисциплины «Языки и методы программирования» на примере одной специальной компетенции «способен использовать математический аппарат, методологию программиро вания и современные компьютерные технологии для решения практических за дач получения, хранения обработки и передачи информации» в тех же группах:

контрольной (КГ) и экспериментальной (ЭГ).

В соответствии с тарификатором ТАФО были разработаны дескрипторы уровней развитости гностического, функционального и методологического компонентов специальной компетенции, которые приведены в таблице 3.

Таблица Дескрипторы уровней сформированности структурных компонентов специальной компетенций А. Уровни развитости гностического компонента компетенции (дифференциация требования «должен знать») 1-ый уровень, знания- - Знает основные языки и методы программирования копия, 2-ой уровень, аналитиче- - Знает и понимает основные методы программирования, знает ские знания методы доказательства корректности программы;

способен, указать на общность и различие - изученных методов, способов, приемов, алгоритмов 3-ий уровень, системные - Знает математический язык, умеет описать задачи программи знания рования, поставленные в терминах других предметных облас тей, использовать преимущества этой переформулировки для их решения В. Уровни развитости функционального компонента компетенции (дифференциация требования «должен уметь») 1-ый уровень, репродук- - Умеет решать задачи программирования, построить модель тивные умения задачи с помощью преподавателя 2-ой уровень, продуктив- - Умеет самостоятельно решать задачи программирования, по ные умения определенному методу на каком-нибудь языке программиро вания 3-ий уровень, исследова- - Умеет самостоятельно решать задачи профильных дисциплин, тельские умения не аналогичные ранее известным, выбрать метод и язык реше ния профильной задачи С. Уровни развитости методологического компонента компетенции (дифференциация требования «должен владеть») 1-ый уровень, базовый - Владеет формальным языком и методами решения типовых задач профильных дисциплины 2-ой уровень, основной - владеет методологией разработки формализованных моделей;

методами представления данных;

доказательства корректно сти решения задачи;

навыками грамотного использования на учного языка 3-ий уровень, - владеет методологией исследования в области информатики, исследовательский основными способами обработки фактов, методов, алгорит мов На основе тестовых заданий по дисциплине «Языки и методы програм мирования» экспериментально проверены уровни развитости гностического и функционального компонентов вышеназванной специальной компетенции. В целях проверки методологической компоненты разработана тематика творче ских работ и проектов. В таблице 4 приведены результаты комплексного тести рования, которое включало по 25 заданий на проверку каждого компонента компетенции.

Таблица Результаты комплексного тестирования по дисциплине «Языки и методы программирования»

Компонент специальной компетенции Гностический Фундаментальный Методологический КГ ЭГ КГ ЭГ КГ ЭГ выборочные 19,34 22,3 18,5 23,5 12,2 17, средние Дисперсия 6,17 4,41 6,85 4,1 9,2 7, t-критерий tэксп.гност. = 5,11 tэксп. функц. tэксп. мет. = 7, = 8, Стьюдента Показатели уровней развитости гностического, функционального и мето дологического компонентов специальной компетенции в экспериментальной и контрольной группах демонстрируют, что специальная компетенция получила существенное дополнительное развитие в группе, обучавшейся по эксперимен тальной методике. Для проверки гипотезы о существенности различий сформи рованности специальных компетенций в экспериментальной и контрольной группах использовался t-критерий Стьюдента (объемы выборок nэксп.= 32;

nк. = 33 больше 30).

Для выбранного уровня значимости =0,01 критическое значе ние tкр. = 2,66. Полученные экспериментальным путем значения tэксп.гност. = 5,11;

tэксп. функц.= 8,49;

tэксп. мет.= 7,75 больше критического tкр. = 2,66, следовательно, с достоверностью, равной 99 % t-критерий Стьюдента подтвердил эффективность предложенной нами методической системы обучения математической инфор матике будущих бакалавров профиля «Информатика» и ее влияние на форми рование специальных компетенций.

В заключении излагаются основные результаты и приводятся общие вы воды исследования.

Основные результаты и выводы исследования 1. На основе проведенного анализа процесса обучения математической информатике и с учетом методологических положений компетентностного подхода к образованию выявлена и теоретически обоснована проблема форми рования специальных компетенций у будущих бакалавров профиля «Информа тика».

2. В результате выполненного анализа государственных образователь ных стандартов ГОС ВПО (2005 г.) и ФГОС ВПО установлено недостаточное соответствие содержания и методики обучения математической информатике будущих бакалавров требованиям, предъявляемым к уровню развития специ альных компетенций будущих бакалавров профиля «Информатика».

3. На формирование специальных компетенций будущих бакалавров профиля «Информатика» положительное влияние оказывает разработанная на основе компетентностного и интегративно-модульного подходов методическая система обучения математической информатике, реализующая модульно рейтинговую систему обучения в информационно-образовательной среде, осу ществляющая мониторинг уровней развитости гностического, функционально го и методологического компонентов результатов обучения и специальных компетенций посредством сформулированных дескрипторов.

4. Содержательные линии компетентностно-ориентированного обучения математической информатике являются организующими идеями образователь ной области или устойчивыми единицами содержания и образуют каркас про ектируемого курса «Элементы математической информатики». При наполнении содержательных линий математической информатики необходимо учитывать «вес» математических компонентов дисциплин профильной подготовки.

5. Проектирование и отбор компетентностно-ориентированного содер жания математической информатики осуществляется на основе следующих принципов: целостности и междисциплинарности, модульности, соответствия требованиям потребителя, органичного соотношения фундаментального и практико-ориентированного содержания, учета единства содержательной и процессуальной сторон обучения, приоритета дискретного подхода в содержа нии, учета концептуальных содержательных линий, соответствия методов, форм и средств обучения специфике профессиональной деятельности бакалав ров информатики, инструментально-технологического аспекта в обучении 6. Проведенный педагогический эксперимент позволил сделать вывод, что разработанная методическая система обучения математической информа тике способствует успешному формированию специальных компетенций бу дущих бакалавров профиля «Информатика» и является эффективной в процессе обучения студентов математической информатике, что подтверждает гипотезу исследования.

Возможные направления дальнейшего исследования обозначенной про блемы могут быть связаны с: уточнением и дополнением компонентов методи ческой системы обучения математической информатике;

разработкой и реали зацией новых методов и организационных форм учебной деятельности в усло виях информационно-образовательной среды педагогических вузов;

развитием компонентов деятельностной модели профильной подготовки педагогов.

Основные результаты диссертационного исследования отражены в сле дующих публикациях:

Публикации в рецензируемых журналах 1. Садулаева, Б.С. Об изменениях в содержании курса математики для студентов специальности «030100.00-информатика» [Текст] / Б.С. Садулаева // Вестн. Челяб. гос. пед. ун-та. – 2007. – № 3. – С. 65-75.

2. Садулаева, Б.С. О методической системе обучения предпрофильным дисциплинам бакалавров профиля «Информатика» [Текст] / Б.С. Садулаева // Вестн. Челяб. гос. пед. ун-та.– 2012. – № 2. – С. 130-137.

Научные статьи и материалы конференций 3. Садулаева, Б.С. Актуализация интеграции математических и информа тических дисциплин при профессиональной подготовке студентов информатиков [Текст] / Б.С. Садулаева // Экологическая и экономическая безо пасность: проблемы и пути решения : тез. докл. XII Междунар. науч.-практ.

конф., пос. Шепси, 20–24 сентября 2007 г. – пос. Шепси, 2007. – С. 257-260.

4. Садулаева, Б.С. Дискретная математика как ядро интеграции инфор матических и математических дисциплин [Текст] / Б.С. Садулаева // Инфор матика и информационные технологии в образовании: материалы городской науч.-практ. конф., Челябинск, 31 марта – 1 апреля 2009 г. – Челябинск, 2009.

– С.165-171.

5. Садулаева, Б.С. Информационный прорыв – добро или зло? [Текст] / Б.С. Садулаева // Проблемы нравственно-эстетического воспитания молоде жи: современное состояние и перспективы : сб. материалов Всероссийско го Конгресса, Орел, 6–7 апреля 2005 г. – Орел, 2005. – С. 211-214.

6. Садулаева, Б.С. Использование межпредметных связей курса мате матики и информатике на факультете информатики [Текст] / Б.С. Садулаева // Математика. Компьютер. Образование : сб. науч. тр.: Т. 1 / под ред.

Г.Ю. Ризниченко. – М.;

Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2008. – С.61-70.

7. Садулаева, Б.С. О математической подготовке бакалавров физико математического образования, профиль «Информатика» [Текст] / Б.С. Саду лаева // Математика. Компьютер. Образование : тез. докл. XVI Междунар.

конф., г. Пущино, 19–24 января 2010 г. – Пущино, 2010. – С. 243.

8. Садулаева, Б.С. О методике преподавания курса математики студен там специальности 030100.00 – Информатика [Текст] / Б.С. Садулаева // Ма тематика. Компьютер. Образование : тез. докл. к XIV Междунар. конф., г. Пущино, 2007 г. – Пущино, 2007. – С. 308.

9. Садулаева, Б.С. О методических проблемах построения электронного курса высшей математики [Текст] / Б.С. Садулаева // Современные информа ционные технологии в науке, образовании и практике : материалы IV Все российской науч.-практ. конф., посвящ. 10-летию Оренбург. гос. ун-та, Оренбург, 2005. – С. 303-307.

10. Садулаева, Б.С. О некоторых методических проблемах примене ния информационных и телекоммуникационных технологий в вузовском преподавании [Текст] / Б.С. Садулаева // Методика вузовского преподавания : материалы VII Межвуз. науч.-практ. конф., Челябинск, 28 февраля – 01 мар та 2006 г. – Челябинск, 2006. – С.138-141.

11. Садулаева, Б.С. О некоторых проблемах курса математики для сту дентов специальности 030100.00 – Информатика [Текст] / Б.С. Садулаева // Проблемы математического образования в педагогических вузах на совре менном этапе : тез. докл. XI науч.-практ. конф. вузов Уральской зоны, Челя бинск, 4–6 апреля 2006 г. – Челябинск, 2006. – С.33-35.

12. Садулаева, Б.С. О необходимости некоторых изменений в содержа нии и методике преподавания математики на факультете информатики [Текст] / Б.С. Садулаева // Математика. Компьютер. Образование : сб. на уч. тр.: Т. 1 / под ред. Г.Ю. Ризниченко. – М.;

Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. – С.65-70.

13. Садулаева, Б.С. О роли межпредметных связей курса информатики и математики в высших учебных заведениях [Текст] / Б.С. Садулаева // Ма тематика. Компьютер. Образование : тез. докл. XV Междунар. конф., г. Дубна, 23–28 января 2008 г. – Дубна, 2008. – С. 396.

14. Садулаева, Б.С. О роли содержания математического образования в формировании профессиональных компетенций бакалавра профиля «ин форматика» [Текст] / Е.А. Леонова, Б.С. Садулаева // Вестник Омского гос.

пед. ун-та : эл. науч. журнал. Омск, 16 февраля 2010 г. – Вып. 1. – Омск, 2010. – С. 126-132.

15. Садулаева, Б.С. Об изменениях в содержании курса математики для студентов-информатиков [Текст] / Б.С. Садулаева // Математический вестник университетов и педвузов Волго-Вятского региона : период. межвуз. сб. на уч.-метод. работ. Вып. 9. – Киров, 2007. – С.148-157.

16. Садулаева, Б.С. Об интеграции математических и информатических дисциплин при профессиональной подготовке студентов-информатиков [Текст] / Б.С. Садулаева // Материалы VIII междунар. науч.-практ. конф., Челябинск, 30–31 октября 2007 г. – Челябинск, 2007. – С. 174-178.

17. Садулаева, Б.С. Об электронном курсе высшей математики для дис танционного обучения [Текст] / Б.С. Садулаева // Материалы III Междунар.

науч. конф. Ч. 1. Талды-Курган, 2005 г. – Талды-Курган, 2005. – С.198-202.

18. Садулаева, Б.С. Особенности преподавания математики и использо вания пакета Mathematica 5.0 на факультете информатики [Текст] / Б.С. Саду лаева // Математика. Образование. Культура : сб. тр. III Междунар. научн. конф.

Ч. 4. Тольятти, 17–21 апреля 2007 г. – Тольятти, 2007. – С.161-164.

19. Садулаева, Б.С. Проектирование компетентностно-ориентированного содержания обучения бакалавров информатики на основе интеграционных свя зей информатики и математики [Текст] / Б.С. Садулаева // Формирование ком петенций учащихся и студентов в общем и профессиональном образовании: сб.

статей. V Междунар. заочной научно-практ. конф. – Челябинск–Щецин, Poland.

2012. – С.41-47.

20. Садулаева, Б.С. Роль нравственно-эстетического воспитания моло дежи на современном этапе развития информационного общества [Текст] / Б.С. Садулаева // Материалы III Междунар. науч. конф. Ч. 1. – Талды-Курган, 2005. – С. 202-206.

21. Садулаева, Б.С. Самообразование бакалавров физико математического направления профиля «Информатика в условиях интегра тивного обучения» [Текст] / Б.С. Садулаева // Актуальные проблемы матема тики и методики ее преподавания: сб. науч. тр. – Челябинск, 2010. – С.156 159.

22. Садулаева, Б.С. Формирование профессиональных и специальных компетенций у бакалавров профиля «Информатика» на основе интеграцион ных связей информатики и математики [Текст] / Б.С. Садулаева // Информа ционные и коммуникационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития : материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Архан гельск, 2011. – С. 204-207.

23. Садулаева, Б.С. Развитие компонентов содержания предпрофильно го математического образования в обучении бакалавров профиля «Информа тика» в условиях компетентностного обучения» [Текст] / Б.С. Садулаева // Информатизация образования: проблемы и перспективы: сб. науч. ст. – Челя бинск, 2012. – С. 106-112.

Подписано к печати 16.04. Формат 6084 1/16 Бумага для множ. аппаратов Уч.-изд. л.1,2 Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано на ризографе в типографии ФГБОУ ВПО «ЧГПУ»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина,

 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.