| |||||||||
|
The Emissia.Offline Letters Электронное научное издание (педагогические и психологические науки) | |||||||||
|
Издается с 7 ноября 1995 г. Учредитель: Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена, Санкт-Петербург | |||||||||
|
|||||||||
|
Попов Константин Алексеевич
Аннотация
Ключевые слова ________
Larisa Yu. Kravchenko
Konstantin A. Popov
Abstract
Key words ________ Проводимая в нашей стране реформа образования имеет совершенно четкий вектор – максимально интенсивное внедрение информационных, цифровых технологий как в управление образованием, так и в собственно учебный процесс. Современная школа уже располагает электронным журналом, электронным документооборотом и электронной поддержкой учебного процесса. И хотя не в каждой школе данные технологии реализуются, тем не менее, современная ситуация в педагогическом образовании характеризуется пересмотром критериев качества подготовки будущих учителей и поиском путей усовершенствования организационных условий этого процесса. В условиях реформирования и модернизации российского образования использование потенциала информационных технологий способствует развитию ключевых компетенций. В условиях информатизации образования и реализации ФГОС ВО особое значение имеет подготовка будущих учителей, способных решать задачи интеграции информационных и традиционных педагогических технологий, внедрения новаций в учебный процесс. Такая подготовка реализуется в ходе изучения студентами ряда дисциплин в течение всего периода обучения, и, в том числе, курса «Информационные технологии в естественнонаучных исследованиях». Данный курс разработан для бакалавров (направление подготовки 44.03.05 и 44.03.01 «Педагогическое образование», профили «Биология, Химия», «География, Биология», «География, Экология», «Экология, Химия», «Биология», «География», «Экология»). Подготовка будущего учителя естественнонаучного направления к использованию информационных технологий в профессиональной деятельности вообще и в исследовательской практике в частности, имеет ряд особенностей, о которых пойдет речь в данной статье на уровне обобщения опыта, полученного авторами в процессе преподавания дисциплины «Информационные технологии в естественнонаучных исследованиях». Дело в том, что учитель биологии, химии, географии должен представлять собой исследователя в двух ролях: как исследователь учебного процесса и как исследователь в рамках определенной области естественных наук. Если воспользоваться несколько упрощенной формой представления исследовательской деятельности, ее можно разбить на три этапа:
Следует отметить, что учитель-естественник должен и сам заниматься исследованиями, и, что немаловажно, должен уметь научить пользоваться (пусть и в несколько упрощенной форме) аппаратом знаний в исследовательских целях своих учеников, так как исследовательская деятельность является одной из важных сторон образовательного процесса в современной школе в соответствии с ФГОС [1]. Соответственно, в процессе обучения будущий учитель-естественник должен [2, с. 3]: «знать:
уметь:
владеть:
В виду вышесказанного, для подготовки студентов к использованию информационных технологий в исследовательской деятельности необходимо освоение ими принципов верстки текста в текстовом редакторе («на уровне продвинутого пользователя») и получение хотя бы общих навыков работы в математической оболочке. Казалось бы, тривиальная задача закрепления полученных в школе навыков работы с текстовым редактором оказывается достаточно сложной. Это связано с тем, что большинство школьников на уроках информатики привыкают просто набирать текст, не пользуясь при этом какими-либо правилами верстки. Поэтому первое же задание на набор текста по приведенному образцу или в соответствии с жесткими требованиями, как обычно бывает при подготовке научной статьи, как результата исследований, для публикации в журнале или материалах конференции, выявляет, как правило, целый спектр ошибок верстки. В частности, красная строка оформляется пробелами или табулированием, отсутствует выравнивание текста, применен иной размер или гарнитура шрифта, не соблюдается межстрочный интервал и т.д. Требования к подготовке будущих учителей на уровне продвинутого пользователя в применении к учителям химии, биологии и географии не является надуманным, поскольку каждое из этих направлений располагает своей спецификой при работе с текстовыми документами. Так, например, учитель химии будет активно использовать формулы химических соединений и реакций. Также ему потребуется умение оперировать инструментарием векторной графики для подготовки различного рода учебных и научных материалов. Графическими возможностями текстовых редакторов столь же активно могут пользоваться и учителя географии и биологии, поскольку построение схем, работа с картами постоянно требуются в учебной деятельности. Опираясь на умения в верстке текстовых документов, студенты смогут успешно разрабатывать собственные материалы для проведения контрольных, самостоятельных, проверочных работ, в том числе и в форме тестов. Присутствие навыков работы с тестами (не только подбор вопросов по теме, но и качественная верстка) является весьма важным компонентом подготовки учителя-естественника. Это связано, в частности, с тем, что и по химии, и по биологии, и по географии школьниками может быть сдан экзамен (ЕГЭ) по выбору. А для этого учащихся необходимо ознакомить как с формой предлагаемых на экзамене тестов, так и с их примерами. Очевидно, что учитель должен быть в состоянии самостоятельно сверстать тренировочный тест по образцу, предлагаемому в текущем учебном году разработчиками ФИПИ [3].При этом будущий учитель должен хорошо ориентироваться в самой системе тестов [4]. Подобная комплексная теоретическая и практическая подготовка позволит студенту бакалавриата организовать и провести качественный педагогический эксперимент. Если собрать, упорядочить и подготовить к публикации материалы исследования можно с использованием текстового редактора, то обработать результаты экспериментов можно только при помощи специальных программных средств. Чаще всего для обработки данных используются электронные таблицы (MSExcel, LibreOfficeCalc).Именно с электронными таблицами студенты знакомятся в рамках изучения дисциплины «Основы математической обработки информации» [5]. Но результаты далеко не всех исследований могут быть представлены и интерпретированы средствами электронных таблиц. В естественных науках довольно много задач, требующих обращения к более сложным математическим методам анализа и графическим методам представления информации. Предположим, что учителю биологии необходимо объяснить учащимся общие принципы динамики биологической системы, состоящей из популяции хищников и популяции их жертв.
Рис. 1 Объяснение динамики системы «хищник-жертва» «на доске» Начать объяснение учитель может и при помощи классной доски и мела, начертив оси декартовой системы координат (достаточно лишь первого квадранта, поскольку отрицательных значений у количества особей в популяции не бывает) и, указав вдоль какой из осей будет откладываться число хищников в условных единицах, а по какой – их жертв. На полученном поле совершенно произвольно выбирается начальное состояние системы. Например, точка 1 (см. рис. 1). Далее следует цепочка несложных рассуждений следующего характера. В исходном состоянии системы довольно много и хищников, и их жертв (можно пользоваться терминами «ерши и щуки», «волки и овцы», «лисы и зайцы» и т.д.). Соответственно, хищники активно съедают жертв, несколько увеличивая свое количество. То есть, система переходит в некое состояние 2, которое характеризуется большим числом хищников и малым числом жертв. Это в свою очередь приводит к вымиранию хищников из-за отсутствия пищи (переход в состояние 3). При малом количестве хищников начинает расти поголовье «жертв», что переводит систему в состояние 4. Наконец, достаточная кормовая база приводит к восстановлению числа хищников при некотором уменьшении числа жертв (возвращение в состояние 1). Данное объяснение выглядит вполне логичным, но пытливый и любознательный школьник обязательно задаст вопрос о правомерности вывода о цикличности процесса, его замкнутости. Чтобы строго доказать это, необходимо построить математическую модель и проанализировать ее средствами, которые предоставляют любому пользователю современные информационные технологии. Математическая модель динамики системы «хищник-жертва» представляет собой систему дифференциальных уравнений (математический аппарат вполне доступен пониманию учеников 10-11 классов):
Здесь переменные x и y обозначают количество жертв и хищников соответственно. Первое слагаемое первого уравнения говорит о том, что скорость роста популяции жертв пропорциональна их численности. С хищниками ситуация обратная, поэтому в первом слагаемом второго уравнения стоит знак минус. Вторые слагаемые уравнений отражают вероятность встречи хищника и жертвы, в результате которой хищник съедает жертву. Построить решение подобной системы дифференциальных уравнений при помощи электронных таблиц представляется проблематичным, тогда как в редакторе Mathcad решение достаточно компактное (рис. 2).
Рис. 2 Построение кривой динамики системы «хищник-жертва» в программе Mathcad Для подготовки будущих учителей к обработке результатов исследования средствами математических оболочек Mathcad или SMathStudio (WYSIWYG-редакторы) необходимо ознакомить студентов с основами редактирования математических выражений, принципами работы с функциями, методами построения графиков функций. Но при всей видимой простоте данных редакторов обучаемые зачастую испытывают существенные затруднения с редактированием математических выражений. В основном трудности заключаются в отличии традиционной для отечественной школы формой записи функций и принятой в зарубежной науке. Так, например, наш тангенс tg(x)превращается в tan(x), а арктангенс arctg(x) – в atan(x). Еще большие проблемы вызывает возведение функций в степень. Традиционная запись, когда показатель степени ставится следом за именем функции, заменяется записью, когда показатель выносится за аргумент функции. Подобная запись характерна не только для WYSIWYG-редакторов, но и для любых систем программирования, и для электронных таблиц. Например, возведение синуса в квадрат в традиционной математической записи выглядит как sin2(x), в математическом редакторе – sin(x)2, а в электронной таблице – sin(x)^2. С этими и некоторыми другими трудностями студенты обычно успешно справляются, нарабатывая опыт, представленный даже в достаточно компактных пособиях [6]. Но для работы по построению решений дифференциальных уравнений или анимации графиков необходимо ориентироваться в более сложных методах [7]. Несколько сложнее учащимся приходится при переносе объектов из одного типа редакторов в другой. Данный опыт оказывается очень полезным, когда речь заходит о наложении нескольких однородных графических объектов, полученных, например, в математическом редакторе, в единый графический объект текстового редактора. В качестве примера приведем график поведения системы «хищник-жертва», полученный при разных начальных условиях (рис. 3).
Рис. 3 Построение семейства решений системы «хищник-жертва» средствами Mathcad и MS Word Здесь важно уметь не только копировать объекты в одном редакторе и вставлять в другом, но и уметь управлять параметром прозрачности фона, корректно масштабировать рисунки и т.д. Овладение подобными навыками позволяет систематизировать общую культуру студента пользоваться инструментарием программных оболочек максимально эффективно. Опыт преподавания дисциплины «Информационные технологии в естественнонаучных исследованиях» дает положительные результаты в процессе формирования перечисленных выше знаний, умений и навыков, профессиональных качеств будущих педагогов, а также готовности студентов к применению информационных технологий в будущей профессиональной деятельности, в том числе, и в педагогических и естественнонаучных исследованиях.
Рекомендовано
к публикации: Literatura
| |||||||||
|
| |||||||||
| Copyright (C) 2018, Письма в Эмиссия.Оффлайн (The
Emissia.Offline Letters): электронный научный журнал ISSN 1997-8588 (online). ISSN 2412-5520 (print-smart), ISSN 2500-2244 (CD-R) Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-33379 (000863) от 02.10.2008 от Федеральной службы по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций При перепечатке и цитировании просим ссылаться на " Письма в Эмиссия.Оффлайн ". Эл.почта: emissia@mail.ru Internet: http://www.emissia.org/ Тел.: +7-812-9817711, +7-904-3301873 Адрес редакции: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, РГПУ им. А.И.Герцена, корп.11, к.24а Издатель: Консультационное бюро доктора Ахаяна [ИП Ахаян А.А.], гос. рег. 306784721900012 от 07,08,2006.
|
