Методическая система обучения математике и информатике в условиях реализации межпредметных связей в педагогическом вузе

Актуальность исследования.

Современные тенденции интеллектуального развития общества как социума стимулируют устойчивую потребность в грамотных, инициативных и творческих специалистах в области образования и образовательных технологий, готовых к быстрым и стремительным, переменам в общественном развитии, принимающих четкие и обоснованные решения. А, значит, учитель в школе и преподаватель в вузе должны стремиться воспитать обучающихся так, чтобы те четко осознавали свое место в обществе и были способны к участию в решении текущих и перспективных задач нашего общества.

Повышение качества обучения и воспитания в школе и в вузе во<�многом зависит от подготовки педагогических кадров. Современный учитель должен быть специалистом высокого класса по своему предмету, иметь глубокие знания в рамках учебной программы и за ее пределами, уметь их применять на практике, то есть обладать профессиональной компетентностью. Для подготовки и обучения таких специалистов необходима взаимосвязанная система знаний, учитывающая динамику процессов перестроения общества. Тре-/ бование такой системы знаний, которая будет отражать взаимосвязь в содержании учебных дисциплин, возникло не случайно, оно происходит из-за естественной взаимосвязи между явлениями окружающего нас мира. Это отмечали еще выдающиеся педагоги прошлого, как зарубежные — Я. А. Коменский [61], И. Ф. Песталоцци [95], Д. Локк [75], Ж. Ж. Руссо [105], И. Ф. Гербарт [26], А. Дистерверг [38], О. Вильман [22], Дж. Брунер [11], А. Клаус [94], Питере [94] и др., так и русские: М. В. Ломоносов [76], П. Ф. Каптерев [53], А. И. Герцен [27], В. Ф. Одоевский [89], К. Д. Ушинский [120] и др.

Применение межпредметных связей позволяет не только раскрыть сущность изучаемого предмета, но и показать его практическую значимость, связь с другими предметами. А это, в свою очередь, позволяет формировать в процессе обучения систематизированные, обобщенные знания и умения межпредметного характера, что приводит к более высокому уровню умственного развития и расширению кругозора обучающихся. Значит, можно утверждать, что межпредметные связи являются эффективным средством повышения научного уровня образования, оптимизации учебно-воспитательного процесса. Таким образом, вопрос об их использовании является одним из важных в процессе обучения, одной из прогрессивных методических и педагогических концепций.

Идея о межпредметных связях получила развитие в трудах отечественных ученых XX века: В. А. Далингера [35], Е. Н. Кабановой-Меллер [50, 51], В. Н. Келбакиани [55], П. Г. Кулагина [68], Н. А. Лошкаревой [77], В. Н. Максимовой [80], В. Н. Ретюнского [102], Г. Ф. Федорца [121], В. Н. Федоровой [132, 133], Н. М. Черкес-Заде [129], — в которых были раскрыты методические, дидактические и психологические аспекты. В работах А. Н. Колмогорова [59], Ю. М. Колягина, Г. Л. Луканкина [60], А. Г. Мордковича [86] обозначены проблемы по данной тематике.

Попытки раскрыть содержательную часть межпредметных связей были предприняты многими современными исследователями, в частности: И. Б. Богатовым [7], А. В. Дюндиным [40], В. С. Елагиной [41], И. Д. Еремеевской [42], А. Н. Качановой [54], И. И. Кириченко [56], О. Е. Кириченко [57], Ю. А. Коноваловой [62], А. А. Коротченковой [64], А. М. Магомедгаджиевой [79], И. И. Масалидой [81], О. Г. Павловым [91], О. В. Павловой [92], О. П. Панкратовой [93], О. А. Чернояровой [131].

Исследованиями отмечено, в частности, что процесс обучения студентов педагогических вузов в условиях реализации межпредметных связей повышает уровень их умственного развития и расширяет кругозор, помогает систематизировать и обобщать знания, а также формирует навыки и умения межпредметного характера, что в итоге способствует повышению' профессиональной компетентности будущих педагогов.

Эффективность реализации межпредметных связей напрямую зависит от использования целостной системы методических средств. Необходимо учитывать, что отдельно взятая дисциплина воздействует на систему знаний обучающихся не только своим содержанием, но и методами, применение которых в обучении другой тематически связанной дисциплине влияет на повышение интегральной эффективности учебного процесса. Однако, математика по праву занимает самое важное место в системе обучения, именно, в математике создан универсальный аппарат для разнообразных вычислений и расчетов, возникающих в различных областях знаний, именно, она находится во взаимной связи как с описательными, так и с экспериментальными науками.

Лавинообразное внедрение информационных технологий в областях профессиональной деятельности специалистов любого профиля (в том числе, учителей математики и информатики) требует применения компьютеров в учебном процессе, как основы для совершенствования профессиональной подготовки, информационной и коммуникационной компетентности. Современные аппаратные и программные средства позволяют достичь наибольшего эффекта при решении математических задач, связанных с привлечением знаний из курсов других предметов. В тоже время содержание курса математики определяет характер материала, изучаемого в курсе информатики, и, наоборот, курс информатики может сочетать в себе знания из всех разделов курса математики. Вместе с тем, система понятий информатики и язык влияют на курс математики. В этом случае информатика может быть использована в роли средства обучения математике.

При сочетании алгоритмизированного обучения на уроках математики и курса информатики решается проблема формирования у обучающихся общеучебных умений и навыков, которые становятся основой для строитель5 ства внутрипредметных и межпредметных связей курсов математики и основ информатики.

Совершенствование методической системы обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей для подготовки будущих учителей математики и информатики, владеющих навыками комплексного применения своих знаний и компьютера в процессе преподавания профильной дисциплины является необходимым условием повышения их профессиональной компетентности,.

Таким образом, проблема обучения студентов педагогических вузов по специальности учитель математики и информатики дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей является актуальной.

Межпредметные связи курсов математики и информатики в педагогическом вузе хорошо иллюстрируются на примере преподавания дисциплин «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование».

Анализ современной научно-методической литературы по рассматриваемымпредметам показал, что методическая система обучения вышеуказанным дисциплинам в условиях реализации межпредметных связей в педагогическом вузе разработана недостаточно.

Возникает ряд противоречий методического характера между:

— необходимостью повышения эффективности процесса профессиональной подготовки студентов педагогических вузов по дисциплинам «элементы теории вероятностей и статистики» и «компьютерное моделирование» и недостаточным1 уровнем разработанности методики реализации межпредметных связей;

— необходимостью формирования у студентов глубоких и устойчивых знаний и умений в> процессе обучения «элементам теории вероятностей и статисти6 ки» и отсутствием системных знаний начального (базового) уровня по данной дисциплине, либо их фрагментарностью;

— неограниченными возможностями использования для расчетов и визуализации математических моделей персонального компьютера в процессе обучения «элементам теории вероятностей и статистики» — как средства обучения, с одной стороны, теории и практических задач по «элементам теории вероятностей и статистики» — как дидактический материал в процессе обучения «компьютерному моделированию», с другой стороны, и не разработанностью методической системы, позволяющей-осуществлять такую взаимосвязь;

— необходимостью повышения профессиональной компетентности будущих педагогов в информационнокоммуникативной области и отсутствием соответствующих методик диагностирования компетенции по дисциплине «Компьютерное моделирование».

Вышеперечисленные противоречия' определили выбор темы и содержание проблемы исследования.

Проблема исследования состоит в разрешении противоречия между необходимостью реализации межпредметных связей в методической системе обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», повышающей профессиональную компетентность будущих учителей, и неразработанностью такой системы обучения.

Объект исследования — процесс профессиональной подготовки учителей в педагогическом вузе.

Предмет исследования — методическая система обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей.

Цель исследования: определение и теоретическое обоснование условий, обеспечивающих реализацию межпредметных связей между дисциплинами* «Элементы теории’вероятностей и статистики» и «Компьютерное мо7 делирование», проектирование методической системы обучения данным дисциплинам, повышающей профессиональный уровень и компетентность будущих учителей математики и информатики.

Гипотеза исследования состоит в предположении, что процесс профессиональной подготовки студентовв педагогическом вузе будет более эффективным, если построить методическую систему обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей, учитывающую теоретическую и практические составляющие процесса обучения данным дисциплинам.

Задачи исследования:

— Оценить состояние процесса обучения студентов в педагогическом вузе математике и информатике.

— Обосновать необходимость использования межпредметных связей в процессе обучения математике и информатике студентов в педагогическом вузе.

— Выделить базовые составляющие процесса обучения математике и информатике и определить их роль в реализации межпредметных связей.

— Построить методическую систему обучения студентов педагогических вузов дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» с учетом реализации межпредметных связей, повышающую профессиональную компетентность будущих учителей математики и информатики в информационнокоммуникативной области.

— Разработать учебно-методические обеспечения для дисциплин «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование».

— Экспериментально проверить эффективность разработанной методической системы обучения студентов педагогических вузов дисциплинам 8.

Элементы теории вероятностей и статистики" и «Компьютерное моделирование».

Методологической основой исследования являются: работы психологов по проблеме ассоциаций (авторы — И. П. Павлов, Л. С. Выгодский, Ю. А. Самарин и др.) — результаты исследований по общим проблемам межпредметных связей в обучении (авторы — Г. И. Батурина, В. А. Далингер, И. Д. Зверев, Д. М. Кирюшкин, Н. А. Лошкарева, В. Н. Максимова, Н М. Скаткин, Г. Ф. Федорец, В. Н. Федорова, А. В. Усова и др.) — работы в области методики обучения математике (авторы — В. А. Далингер, А. П. Колмогоров, Ю. М. Коля-гин, Г. Л. Луканкин, А. Г. Мордкович и др.) — концепция деятельностного подхода к обучению, концепция основ профессиональной подготовки компетентных учителей в педагогических вузах, основы алгоритмического подхода к обучению математике, заложенные В. А. Далингером, М. П. Лапчиком, Л. М. Фридманом и др.- методическая система обучения математике, предложенная А. М. Пышкалометодическая система обучения информатике, предложенная И. Н. Антиповым.

В процессе работы над диссертационным исследованием применялись следующие методы исследования:

— содержательный и теоретический анализ (историографический, сравнительно-сопоставительный) — -педагогическая диагностика (наблюдение) — -социологические методы в педагогике (опрос, беседа) — -экспериментальные методы (эксперимент констатирующий, поисковый, сравнительный) — -статистические методы обработки результатов эксперимента.

Научная новизна заключается в том, что выделены и теоретически обоснованы три составляющие (теоретическая, практически-аналитическая, практически-экспериментальная) процесса обучения математике и информатике, как основное условие реализации межпредметных связейпредложен 9 способ построения методической системы обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», которая реализует межпредметные связи и повышает профессиональную компетентность будущих учителей математики и информатики.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в проектирование методической системы обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», которая базируется на трех составляющих процесса обучения математике и информатике, и реализует межпредметные связи.

Практическая значимость результатов исследования состоит в разработке и апробации учебно — методических обеспечений для дисциплин «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование" — разработанная методическая система способствует повышению профессиональной компетентности будущих учителей в информационнокоммуникативной областиподтверждена эффективностьусловия реализации межпредметных связей в учебно-образовательном процессе. На защиту выносятся: -методический подход к формированию условий и системы обучения в педагогическом вузе дисциплинам «Элементы теории, вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», основанный на выделение трех составляющих процесса обучения математике и информатике, позволяющий реализовать межпредметные связи и обеспечивающий повышение уровня профессиональной подготовки и компетентности будущих учителей- -процесс проектирования методической системы обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», реализующий межпредметные связи- -учебно-методические обеспечения для дисциплин «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование».

Достоверность полученных результатов и обоснованность научных выводов обеспечиваются использованием теоретических положений психолого-педагогической и методической науки по теме исследованияадекватностью методов исследования используемых в работерезультатами педагогического эксперимента.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в ходе экспериментальной проверки знаний в процессе обучения студентов дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей на физико-математическом факультете Московского государственного областного университета в период 2007 — 2009 г. г. Основные теоретические положения, материалы и результаты докладывались на кафедре «Вычислительная математика и методика преподавания информатики», на ежегодных научно-практических конференциях в Московском государственном областном университете в 2007 г., 2008 г., 2009 г., на конференции «Молодежь в науке» (Липецк, 2008 г.) и опубликованы в форме научных статей в журналах «Вестник МГОУ» и «Гуманитарные науки».

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы, приложений. Объем диссертации составляет 197 страниц машинописного текста, включает 11 таблиц, 26 рисунков, 6 диаграмм, 8 приложений. Библиография содержит 137 наименований.

выводы.

Построена методическая система обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей, а, именно, определены цели и задачи, основные направления в содержании, рассмотрены методы и формы обучения, в качестве основного средства обучения предусмотрено применение персонального компьютера.

2.Разработано учебно-методическое обеспечение для дисциплины «Элементы теории вероятностей и статистики», которое содержит курс лекций и практических занятий.

3 .Разработано учебно-методическое обеспечение для дисциплины «Компьютерное моделирование», которое содержит курс лекций и лабораторные работы.

4.Проведен педагогический эксперимент по проверке методической системы обучения студентов педагогических вузов дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей. Эксперимент показал эффективность этой системы. Установлено, что данная методическая система способствует более глубокому пониманию и усвоению обеих дисциплин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Выполнен анализ состояния процесса обучения математике и информатике студентов педагогического вуза в условиях реализации межпредметных связей. Обоснована целесообразность реализации межпредметных связей в процессе обучения математике и информатике студентов в педагогическом вузе для повышения профессиональной компетентности.

2. Установлено, что в процессе обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» межпредметные связи используются недостаточно. Для устранения выявленного недостатка необходимо сформировать определенную методическую систему обучения этим дисциплинам, которая повысит профессиональную компетентность будущих учителей.

3. Выделены три составляющие (теоретическая, практически-аналитическая, практически-экспериментальная) процесса обучения математике и информатике как основа реализации межпредметных связей, обосновано их применение при построении методической системы обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование».

4. Предложена методическая система обучения дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование», повышающая профессиональную компетентность будущих учителей.

5. Проведен педагогический эксперимент по проверке методической системы обучения студентов педагогических вузов дисциплинам «Элементы теории вероятностей и статистики» и «Компьютерное моделирование» в условиях реализации межпредметных связей. Эксперимент показал эффективность предложенной методическая системы, так как было установлено, что такая система позволяет овладеть знаниями, умениями и навыками не только.

196 по отдельно взятой дисциплине, но и в комплексе, а, значит, позволяет повысить уровень профессиональной компетентности будущего учителя. В результате эксперимента подтвердилась гипотеза исследования.