Графическое моделирование процессов и явлений средствами анимации в профессиональной подготовке учителей-предметников

В настоящее время информатизация сферы образования вступает на р качественно новый уровень: решается задача массового использования ® компьютерных технологии в общем и профессиональном образовании. В этих условиях необходимо отчетливо представлять роль информационных компьютерных технологий в образовательном процессе. 84].

Информатизация образования — это процесс изменения содержания, методов и организационных форм обучения в условиях становления школы, которая решает задачи подготовки молодежи к жизни в условиях информационного общества [28,57,121].

Одной из главных целей информатизации является повышение качества ® образования во всех регионах России, создание условий для поэтапного перехода к новому уровню образования на основе информационных технологий, доступ учащихся и преподавателей к высококачественным •f локальным и сетевым образовательным информационным ресурсам, в том числе к системе современных электронных учебных материалов по основным изучаемым предметам.

При поддержке Министерства образования предполагается создать единую, общедоступную для системы образования коллекцию цифровых образовательных ресурсов, обеспечить основные потребности в цифровых ® образовательных ресурсах общего образования и профессионального образования. Ресурсы коллекции позволят также расширить возможности использования информационных технологий при обучении всем учебным предметам. [143].

В этой связи актуальным представляется обновление профессиональнощ педагогической подготовки учительских кадров в педвузах, в особенности в области информатики и информационных технологий [64,85]. Требуется подготовка качественно нового учителя, готового к работе в новых условиях, способного адаптироваться к педагогическим новациям и быстро реагировать па современные и перспективные процессы социального и экономического развития общества. Таким образом, чрезвычайно актуальным становится такое обучение будущих учителей школ и преподавателей вузов, которое основано не только на фундаментальных знаниях в избранной области (математика, химия, биология, литература и т. д.), в педагогике и психологии, но и на общей культуре, включающей информационную. То есть необходима основательная подготовка в сфере современных информационных и коммуникационных технологий. Педагоги нового поколения должны уметь квалифицированно выбирать и применять именно те технологии, которые в полной мере соответствуют содержанию и целям изучения конкретной дисциплины, способствуют достижению целей гармоничного развития учащихся с учетом их индивидуальных особенностей [101,110].

Соответствующая подготовка важна еще и потому, что именно педагогам отводится решающая роль в проектировании и содержательном наполнении информационной образовательной среды. Представляется важным включать студентов, будущих учителей-предметников в процесс создания цифровых образовательных ресурсов как на основе интеграции содержимого информационных образовательных порталов, так и на основе самостоятельных разработок.

Одним из методов, позволяющих проектировать высококачественные, активные информационные образовательные материалы является использование анимационного графического моделирования, которое является необходимой базой для освоения новых информационных технологий и использования компьютера в профессиональной педагогической деятельности, особенно при дистанционной форме обучения. Изучение анимационного графического моделирования открывает широкие возможности для осознания связи информатики с другими науками — естественными и социальными.

Моделирование вообще и компьютерное графическое моделирование, в частности, используется в таких информационных технологиях как:

1. Коллекция цифровых информационных ресурсов для системы образования.

2. Системы на базе мультимедиа технологий, построенные с использованием персональных ЭВМ, видеотехники.

3. Интеллектуальные и обучающие экспертные системы, широко использующие имитационный подход в различных предметных областях.

4. Средства телекоммуникации, включающие в себя электронную почту, телеконференции, локальные и региональные сети связи. [108].

Актуальной стала задача разработки методик внедрения графического моделирования в процесс познания, использование которых в образовании может внести значительный вклад в эффективность обучения. Эта задача может быть решена совместными усилиями педагогов разных дисциплин. Но для этого необходимо включить в образовательную подготовку учителей всех предметов основы использования графического моделирования. Учителям для внедрения информационных технологий в учебный процесс приходится работать с программным обеспечением, созданным инженерами для всеобщего использования. Как правило, оно не учитывает ни психолого-педагогических, ни методических, ни организационных особенностей учебного процесса, оно не поддерживает школьных стандартов, не связано с учебными и рабочими планами. Это означает, что учителям для использования мультимедийных технологий самим придется адаптировать их для интеграции в учебный процесс. [6].

Поэтому при подготовке педагогических кадров особое внимание следует уделить приобретению навыков работы с программными и аппаратными средствами компьютерного графического моделирования, которые в будущем позволят по-новому организовать учебно-информационную деятельность.

Использование компьютерных моделей подразумевает, что выпускники педагогических университетов должны иметь специальную информационную подготовку, в совершенстве владеть механизмами поиска, анализа, сбора и использования ресурсов для целей моделирования, уметь зрительно воспринимать выражение идей, понятий, процессов и уметь выражать свои идеи через использование различных видов информации. Графическое моделирование соединяет в себе возможность одновременного получения образа объекта, процесса в различных информационных представлениях: графика, текст, звук, видео, и реализации динамики движения, преобразования объектов в виде анимации. Наибольший интерес вызывает применение анимации, так как она позволяет визуализировать явления, процессы и динамику изменения объектов, труднодоступные для наблюдения или не существующие в реальном мире, позволяет представить движущиеся элементы устройств, показания приборов, динамические модели процессов. Использование анимированных моделей позволяет интенсифицировать деятельность учителя и школьника, повысить качество обучения предмету, отразить существенные стороны объектов, выдвинуть на передний план наиболее важные с точки зрения учебных целей и задач характеристики изучаемых объектов и процессов, учитель может представить изучаемый материал более наглядно, продемонстрировать его новые и неожиданные стороны неизвестным ранее способом.

В связи с активным развитием дистанционных форм обучения приобретает все большее значение исследование компьютерных графических моделей как средств, в том числе служащих для смягчения отсутствия личного общения учащегося и преподавателя. В дистанционном обучении важным средством, позволяющим наиболее полно передать информацию обучаемому являются компьютерные модели на основе мультимедиа. Учитывая особенности дистанционного обучения, наиболее рациональным становится использование двумерной анимации, в частности, векторной анимации как наиболее компактной и предоставляющей широкие возможности по созданию автоматической анимации. В качестве инструмента для создания таких моделей можно использовать Macromedia Flash — очень мощное, при этом простое в использовании, средство создания двумерных анимированных проектов на основе использования векторной графики с встроенной поддержкой интерактивности. Используя возможности Flash — технологий, школьный учитель может создавать электронные учебники, виртуальные лабораторные работы, демонстрации, интерактивные мультимедиа-презентации. Векторная графика — это объекты, определяемые математическими уравнениями, или векторами, которые содержат информацию о размере, форме, цвете, границе и местоположении. Это эффектный способ обращения с графикой, в результате которого получаются файлы относительно небольших размеров даже при работе со сложными рисунками. Более того, векторная графика не зависит от разрешения, с которым просматривается объект.

Однако анализ литературы и информационных источников по этой проблеме показал, что в настоящее время незначительный процент учителей-предметников использует при обучении самостоятельно созданные анимационные графические модели. Во-первых, это связано с незнанием педагогических возможностей средств создания графических моделей, во-вторых, — с отсутствием методик обучения созданию анимационных графических моделей, в-третьих, — с отсутствием у учителей умений установить межпредметные связи между графическим моделированием и преподаваемым предметом. Поэтому нами сделан вывод о необходимости обучения будущих учителей-предметников созданию графических моделей и их использованию в профессиональной педагогической деятельности.

Таким образом, становится актуальной проблема обучения будущих учителей-предметников графическому моделированию, которое позволит им создавать электронные образовательные ресурсы в рамках любых предметных областей для различных форм обучения.

Цель исследования: обосновать и разработать методику обучения учителей-предметников компьютерному графическому моделированию средствами анимации.

Гипотеза исследования: если обучать будущих учителей-предметников компьютерному графическому моделированию средствами анимации, то это приведет к:

• развитию у них модельного стиля мышления;

• усилению межпредметных связей и повышению мотивации изучения конкретной дисциплины;

• участию учителей-предметников в создании и использовании электронных информационных образовательных ресурсов.

Объект исследования: процесс обучения будущих учителей-предметников созданию анимационных графических моделей.

Предмет исследования: методика обучения созданию графических моделей в виде интерактивной двумерной анимации.

В соответствии с целью и гипотезой определены следующие задачи исследования:

1. обосновать актуальность обучения учителей-предметников графическому моделированию в профессиональной подготовке;

2. определить содержание понятия модельного стиля мышления в контексте информационных технологий и понятия обучающей анимационной графической модели;

3. провести анализ программных средств создания двумерной анимации с целью выбора средства для обучения графическому моделированию;

4. определить психолого-педагогические требования к компьютерным анимационным моделям;

5. разработать методику обучения учителей-предметников созданию графических моделей в Macromedia Flash MX и сформулировать учебно-методические рекомендации по созданию моделей в Macromedia Flash MX.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы: анализ научно-методической, психолого-педагогической литературы по проблемам, связанным с информатизацией образования относительно поставленной цели исследования, информационных источников, доступных через информационную сеть Интернет, анализ программ модернизации и информатизации образования, изучение и обобщение педагогического опыта, педагогический эксперимент.

Научная новизна исследования состоит в следующем: определено содержание понятия модельного стиля мышления в контексте информационных технологийпредложен метод количественной оценки развития модельного стиля мышления- / выявлено, что создание анимационных графических моделей по конкретному предмету повышает мотивацию его изученияопределены методы и формы реализации межпредметных связей между учебными процессами по графическому моделированию и конкретным предметом.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем: ¦ определен набор базовых понятий графического моделированияJ.

• определено содержание понятия обучающей анимационной графической модели;

• определены психолого-педагогические требования к обучающим анимационным графическим моделям;

• теоретически обосновано, что процесс создания обучающих анимационных графических моделей развивает модельный стиль мышления. J.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

• разработана методика обучения студентов созданию новых электронных ресурсов в виде анимационных графических моделей;

• на основе созданной методики разработаны учебно-методические рекомендации для будущих учителей-предметников «Моделирование процессов и явлений в Macromedia Flash МХ», позволяющие самостоятельно создавать анимационные модели в рамках конкретной предметной области;

• результаты исследования могут быть использованы для повышения квалификации учителей;

• основные результаты и материалы исследования могут быть использованы для создания методик обучения различным предметам.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается научной состоятельностью исходных теоретических положений, выбором методов исследования, адекватным поставленным целям и задачам, результатами экспериментальной проверки, подтвердившей справедливость основных положений выдвинутой гипотезы.

Теоретико-методологической базой исследования являются работы: по общей теории обучения (Ю.К.Бабанский, П. В. Беспалов, В. П. Беспалько, И. Я. Лернер, П. И. Пидкасистый, Д.В. Чернилевский) — по теории использования информационных технологий в образовании (Г.Н.Александров, Н. В. Бордовская, Б. С. Гершунский, Т. В. Добудько, И. Г. Захарова, К. К. Колин, И. И. Мархель, Е. И. Машбиц, О. В. Околелов,.

A.В.Осин, Е. С. Полат, И. В. Роберт, В. А. Сластенин, А.В.Уваров) — в области методологии и методики обучения информатике (Н.С.Анисимова, Е. В. Баранова, А. А. Безруков, Н. П. Безрукова, С. А. Бешепков, И. Б. Готская, В. А. Далингер, В. М. Жучков, А. А. Кузнецов,.

B.В.Лаптев, М. П. Лапчик, И. В. Макарова, Е. А. Ракитина, И. А. Румянцев, Н. И. Рыжова, И. В. Симонова, М.В.Швецкий) — в области теории и практики моделирования (В.А.Веников, Г. В. Веников, В. М. Казиев, К. В. Казиев, А. В. Копыльцов, Н. И. Пак, Б.Я.Советов) — в области компьютерной графики и графического моделирования (В.В.Александров, М. В. Бурлаков, А. К. Гультяев, В. А. Дронов, А. А. Зенкин, Е. М. Разинкина, В. Рейнбоу, А. В. Соловов, С.В.Симанович) — концепция информатизации сферы образования Российской Федерацииматериалы Центра дистанционного образования Института общего среднего образования РАОосновные положения концепции образовательных электронных изданий и ресурсов (ФЦП РЕОИС).

На защиту выносятся следующие научные положения:

— компьютерная анимация как модель является важным средством обучения в традиционной и дистанционной формах;

• обучение графическому моделированию в среде Macromedia Flash MX развивает модельный стиль мышлениясоздание обучающих графических моделей будущими учителями-предметниками при изучении конкретной дисциплины усиливает межпредметные связи;

• обучение графическому моделированию учителей способствует развитию информационной образовательной сети.

Апробация и внедрение результатов.

Исследование осуществлялось в процессе преподавания курса информатики в Поморском государственном университете г. Архангельска, в курсе «Мультимедиа технологии» для учителей математики в РГПУ им. А. И. Герцена, в курсе «Web-дизайн» для специальности «Прикладная информатика в экономике» в Санкт-Петербургском финансово-экономическом университете. Основные положения и результаты эксперимента докладывались на IX-Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика — 2004», они также опубликованы в форме статей в сборнике трудов к конференции, сборниках научных трудов. Работы по теме диссертации:

1. Анисимова Н. С., Софронова Т. В. Использование интерактивной компьютерной графики учителями предметниками / Вестник математического факультета: Межвузовский сборник научных трудов. Вып.6/ Отв. ред. Э. О. Зеель, Е. Ф. Фефилова.-Архангельск: ПГУ, 2004.-0,19/0,095 п.л.

2. Анисимова Н. С., Семенова Т. В., Софронова Т. В. Использование зрительных и слуховых модальностей для формирования денотата обучаемых. IX-Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика — 2004», С-Пб, 22−24 июня.

2004.:Материалы конференции.- СПб, 2004.-0,06/0,02 п.л.

3. Анисимова Н. С., Семенова Т. В., Софронова Т. В. Использование графического моделирования в среде Macromedia Flash для описания биологических объектов в процессе школьного курса естествознания. IX-Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика — 2004», С-Пб, 22−24 июня 2004.:Материалы конференции.- СПб, 2004.-0,06/0,02 п.л.

4. Анисимова Н. С., Софронова Т. В. Таксономия целей обучения учителей-предметников графическому моделированию в среде Flash / Теоретические и методические проблемы обучения в школе и вузе. Межвузовский сборник научных трудов. С.-Петербург-Мурманск,.

2005.-0,5/0,25 п.л.

Общий объем и структура исследования: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 155 страниц.

Список литературы

включает 152 наименования. Диссертационная работа иллюстрирована 6 рисунками, 7 таблицами.

выводы:

1. На основе анализа тенденций развития современной информационной образовательной среды обоснована актуальность построения методики обучения студентов созданию электронных образовательных ресурсов в виде анимационных графических моделей.

2. Графическое моделирование средствами анимации является методом создания новых электронных изданий и ресурсов учебного назначения для традиционной и дистанционной форм обучения. Поэтому обучение будущих учителей-предметников созданию анимационных графических моделей должно быть включено в курс профессиональной подготовки учителей.

3. Обучающая анимационная графическая модель должна удовлетворять психолого-педагогическим требованиям интерактивности, мультимедийное&trade-, коммуникативности, универсальности, выполнять когнитивную функцию.

4. Доказано, что обучение созданию обучающих анимационных графических моделей способствует развитию модельного стиля мышления и усилению межпредметных связей.

5. В результате диссертационного исследования спроектирована методика обучения будущих учителей-предметников графическому моделированию средствами анимации, разработаны учебно-методические рекомендации по созданию графических моделей в Macromedia Flash MX.

6. Экспериментальные исследования подтвердили, что выбранный подход к построению методики обучения графическому моделированию является эффективным, продемонстрировали полное соответствие разработанной методики гипотезе, поставленным целям и задачам.

7. Экспериментальные исследования подтвердили, что выбранный подход к построению методики обучения графическому моделированию является эффективным, продемонстрировали полное соответствие разработанной методики гипотезе, поставленным целям и задачам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенное теоретическое исследование и экспериментальная проверка разработанной методики позволяют сформулировать следующие.