Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Зайцева Жанна Ильинична. Методика преподавания высшей математики с применением новых информационных технологий : 13.00.08, 13.00.02 Зайцева, Жанна Ильинична Методика преподавания высшей математики с применением новых информационных технологий (В техническом вузе) : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.08, 13.00.02 Елабуга, 2005 235 с. РГБ ОД, 61:06-13/564


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Введение 4

1 Проблемы создания и использования новых информационных технологий обучения в преподавании высшей математики в техническом вузе 22

§ 1. Новые информационные технологии в обучении математике .• 22

§ 2. Модернизация целей и задач преподавания курса высшей математики в техническом вузе в контексте информатизации математического образования 46

§ 3. Компьютерная математическая система Mathematica как средство новой информационной технологии обучения 49

§ 4. Пути и принципы системного внедрения компьютерных математических систем в учебный процесс технического вуза 67

Выводы по первой главе 72

2 Методика создания и использования информационных технологий в преподавании курса высшей математики в техническом вузе 74

§ 5. Структура компьютеризированных учебников и задачников по высшей математике 74

§ 6. Концепция компьютерного учебника на базе среды Mathematics 79

§ 7. Методологические аспекты преподавания высшей математики с использованием компьютерных математических систем 84

§ 8. Комплексное использование новых информационных технологий в преподавании высшей математики 92

§ 9. Элементы технологии разработки компьютерного учебника по высшей математике в среде Mathematica 99

§ 10. Методика изучения темы "Ряды Фурье" с использованием компьютерной системы Mathematica 104

§ 11. Методические рекомендации по применению информационных технологий на базе среды Mathematica в техническом вузе 107

§ 12. Результаты проведения педагогического эксперимента .116

Выводы по второй главе 135

Заключение 137

Литература 141

Приложения 168

1. Тексты контрольных работ 168

2. Распечатка основных файлов компьютерного учебника 170 



Введение диссертации:

В современный период развития общества, характеризующийся коренными изменениями социально-экономической, политической и других сфер, целью высшего образования становится формирование творчески мыслящих специалистов высокого уровня, что требует создания новой модели высшей школы, развития творческих способностей, сотрудничества преподавателей и студентов в учебном процессе.

Необходимость разработки новых подходов к обучению диктуется неудовлетворенностью общества его качеством. Изменение условий жизни общества неизбежно вызывает совершенствование образовательных концепций. Современный этап развития образования характеризуется качественными изменениями его содержания, структуры, внедрением в образовательный процесс новых педагогических технологий. При этом важная роль в реформировании образования отводится развивающемуся процессу информатизации, который позволяет широко использовать информационные технологии.

Информатизация образования — процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования современных информационных технологий, или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ). Этот процесс инициирует, во-первых, совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно-педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей, во-вторых, создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять разнообразные виды деятельности по обработке информации, в-третьих, создание и использование компьютерных обучающих, тестирующих, диагностирующих методик приобретения, контроля и оценки уровня знаний обучаемых. Проблемы информатизации образования должны находить отражение в перспективных педагогических программах, научных исследованиях в области компьютеризации начального, среднего и высшего образования.

В диссертации рассмотрена одна из сторон процесса информатизации образования — методика использования информационных технологий в учебном процессе преподавания высшей математики в вузах технического профиля путём создания и использования на практике новых форм педагогических программных продуктов с применением средств новых информационных технологий — компьютерного учебника, компьютеризированного учебника, а также формы организации и особенности учебной деятельности студентов технических вузов в условиях наличия компьютерных учебников (на примере компьютерных учебников по курсу высшей математики).

Возникновение и совершенствование электронно-вычислительной техники и программного обеспечения стало важной предпосылкой для выдвижения качественно новых требований к профессионально-педагогической подготовке специалистов. Развитие научно-технического прогресса, интенсификация, модернизация и интеллектуализация производства и системы образования зависят от уровня и распространения компьютерной грамотности и информационной культуры — умения пользоваться вычислительной техникой при решении профессиональных и учебных задач. Формирование компьютерной грамотности является задачей всего комплекса учебных предметов в средней школе и вузе, в том числе и математики. И основной движущей силой повышения эффективности обучения во всех сферах образования и подготовки кадров является именно внедрение НИТ.

Общая проблема исследования обусловлена необходимостью интенсифицировать учебный процесс преподавания курса высшей математики в техническом вузе путём использования новых возможностей, которые от крываются для методики преподавания высшей математики в условиях использования новых информационных технологий обучения.

Применение новых информационных технологий в преподавании высшей математики предполагает обеспечение студентов методическими и учебными материалами нового типа — компьютерными учебниками и компьютеризированными учебникими и задачниками. В связи с этим необходимо разработать новые методические приёмы и обновить методическую систему преподавания высшей математики.

В данном исследовании рассматривается методика преподавания высшей математики в условиях применения компьютерной математической системы Mathematica. Эта компьютерная система, помимо колоссальных возможностей численных, символьных, графических вычислений и встроенного языка программирования сверхвысокого уровня, содержит все элементы оболочки для создания компьютерного учебника.

Определение темы настоящего исследования обусловлено следующими существенными противоречиями:

• между социальным заказом общества на высококвалифицированных специалистов и недостаточным уровнем информационной культуры выпускников технических вузов;

• между традиционной методикой и технологией образования и современными требованиями к уровню знаний, интегративных умений, информационной культуре специалистов (инженеров, технологов);

• между наличием в настоящее время компьютерных математических систем, обладающих широчайшими возможностями для решения математически сформулированных задач в сочетании с простотой и доступностью работы пользователя с ними, и их малой востребованностью в учебных целях;

• между потребностью в разработке и применении компьютерных учебников (и других педагогических программных продуктов) в преподавании высшей математики и недостаточным их наличием;

• между потребностью преподавателей высшей математики в прикладных знаниях по использованию компьютеров в обучении и неразработанностью методических основ компьютеризации;

• между потенциальным многообразием новых форм обучения студентов и продолжением их обучения по традиционной методике.

Студентов технического вуза нужно обучать не только по традиционной методике, так как будущий инженер или экономист, кроме знаний по предметам специализации, должен обладать информационной культурой и знаниями в области применения средств новых информационных технологий в своей будущей профессиональной деятельности.

В разработку теории и практики компьютеризации образования, её концептуальных положений, психолого-педагогических обоснований, методики изучения и использования ЭВМ в учебном процессе значительный вклад внесли: А. П. Ершов, Н. Ф. Талызина, В. А. Извозчиков, О. К. Тихомиров, Е. И. Машбиц, И. В. Роберт, Н. В. Апатова, М. П. Лапчик, В. М. Монахов, М. Н. Марюков, Ю. А. Первин, А. А. Кузнецова, Н. Л. Сте-фанова, Т. В. Капустина, В. А. Далингер, Т. А. Матвеева, Т. К. Неустро-ева, А. И. Луковников, Н. А. Сливина и другие.

Использование компьютерных учебников в процессе обучения прослеживается в работах М. Р. Меламуд, В. Л. Иванова, А. К. Волкова, А. И. Башмакова, А. Ю. Деревниной, О. В. Зиминой, С. И. Макарова и других.

Актуальность темы исследования подтверждается следующими факторами:

• недостаточными знаниями возможностей компьютерных математических систем, имеющимися у студентов технических вузов;

• малой эффективностью самостоятельной работы студентов при традиционной форме обучения и возможностью изменить это положение с помощью организации обучения студентов по компьютерным учебникам, созданным в системе Mathematica,

• необходимостью вооружить выпускников технических вузов умениями применять в своей профессиональной деятельности информационные технологии и быть современными высококвалифицированным специалистами.

Актуальность и неразработанность указанных выше проблем определяют выбор темы исследования: "Методика преподавания высшей математики с применением новых информационных технологий (в техническом вузе)".

Характер научно-педагогической проблемы, степень разработанности различных её аспектов во многом предопределили цели и задачи настоящего исследования.

Цель исследования состоит в разработке и научном обосновании методики преподавания высшей математики в техническом вузе с использованием новых информационных технологий.

Данная цель обусловила выделение следующих задач, стоящих перед автором исследования:

1. Проанализировать педагогические и методические особенности использования информационных технологий в процессе обучения студентов технического вуза высшей математике.

2. На основе теоретического анализа и эмпирического опыта разработать новые формы учебной работы студентов с использованием компьютерной системы Mathematica.

3. Разработать новые формы представления учебного материала по высшей математике посредством создания компьютерных учебников по нескольким разделам курса высшей математики технических вузов и описать методику их применения в учебном процессе.

4. Разработать и описать технологию создания компьютерных учебников по высшей математике с использованием компьютерной математической системы Mathematica.

Объектом исследования является процесс обучения студентов технических вузов высшей математике в условиях информатизации образования.

Предметом исследования является методика преподавания курса высшей математики в техническом вузе в условиях создания и использование новых информационных технологий на основе компьютерной системы Mathematica.

Гипотеза исследования содержит предположения:

1) уровень подготовки студентов технического вуза и их интерес к высшей математике значительно повысится в условиях внедрения новых информационных технологий, основанных на использовании компьютерной системы Mathematica;

2) процесс функционирования методической системы обучения высшей математике может быть интенсифицирован и приобретёт качественно иной характер при помощи внедрения новой информационной технологии с использованием мощных возможностей компьютерной системы Mathematica;

3) функции каждого компонента методической системы обучения высшей математике (целей, содержания, методов, форм и средств обучения) будут совершенствоваться по мере всё более широкого и глубокого внедрения вышеобозначенной информационной технологии.

Методы исследования:

• теоретические — анализ научной литературы по психолого-педагогическим, философским, математическим, методическим и специальным аспектам, касающимся области исследования; анализ документов и литературных источников (постановлений, концепций, программ);

• эмпирические — беседы, педагогические наблюдения, анкетирование студентов и преподавателей, педагогический эксперимент с последующей обработкой результатов методами математической статистики.

Методологической основой исследования являются:

- психолого-педагогические аспекты философских понятий деятельности (её общей структуры, психологического строения, соотношения коллективной и индивидуальной деятельности), сознания, категорий абстрактного и конкретного, явления и сущности, принципов эмпирического и теоретического;

- современные психолого-педагогические концепции учебной деятельности, личностно-ориентированного обучения, технологического подхода к обучению;

- ведущие принципы современной системы образования, в том числе — гуманизации, гуманитаризации, учёта уровня развития и индивидуально-психологических особенностей личности.

Теоретические основы исследования составляют:

- современные теории содержания образования (Ю. К. Бабанский, В. П. Беспалько, Б. С. Гершунский);

- теория развивающего обучения (Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн, Д. Б. Эльконин, И. С. Якиманская) ;

- теория поэтапного формирования умственных действий (П. Я. Гальперин, Н. Ф. Талызина, И. А. Володарская);

- концептуальные положения методики обучения математике (В. А. Гусев, М. И. Башмаков, Г. В. Дорофеев, Ю. М. Колягин, Г. И. Саранцев);

- концептуальные положения теории новых информационных технологий обучения (А. П. Ершов, Н. Ф. Талызина, В. А. Извозчиков, О. К. Тихомиров, Е. И. Машбиц, И. В. Роберт, Н. В. Апатова, М. П. Лапчик, В. М. Монахов);

- логический анализ содержания курса высшей математики для университетов и вузов технического профиля (Я. С. Бугров, С. М. Никольский, И. И. Баврин, О. В. Мантуров, В. Ф. Бутузов, П. Е. Данко, А. Г. Попов и др.).

Основной базой опытно-экспериментальной работы были Камский государственный политехнический институт, Елабужский государственный педагогический университет и Казанский государственный технический университет им. А. Н. Туполева.

Научная новизна исследования заключается в следующем: разработаны и теоретически обоснованы формы и методы применения новых информационных технологий в преподавании высшей математики в техническом вузе; разработаны и научно обоснованы элементы технологии создания компьютерных тренажёров в составе компьютерного учебника в среде Mathematics.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

1) предложены и обоснованы способы создания и использования педагогических программных продуктов на базе системы Mathematics в рамках комплексного подхода к информатизации процесса преподавания математики в технических вузах;

2) разработана методика применения новых информационных технологий в преподавании высшей математики в техническом вузе на основе комплексного применения в учебном процессе компьютерной системы Mathematics.

Практическая значимость заключается в следующем: разработана и внедрена в образовательный процесс технического вуза методика создания и использования компьютерных учебников как многофункциональных педагогических программных продуктов на основе среды Mathematics, которые могут быть применены как на аудиторных занятиях, так и при организации самостоятельной работы студентов, а также при дистанционном обучении.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается анализом современных методологических исследований, психолого-педагогических, дидактико-методических источников и анализом различных подходов к применению компьютерной техники в процессе обучения математике, использованием разнообразных методов исследования, адекватных поставленным задачам, а также экспериментальной проверкой разработанной методики. Результаты теоретического исследования и экспериментального обучения подтвердили выдвинутую гипотезу.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новые формы и методы применения информационных технологий в процессе преподавания высшей математики в техническом вузе позволяют в значительной мере интенсифицировать и активизировать этот процесс, что положительно влияет на процесс профессиональной подготовки будущих специалистов в целом.

2. Предложенные и обоснованные способы создания и использования педагогических программных продуктов на базе системы Mathematica в рамках комплексного подхода к информатизации процесса преподавания высшей математики доказывают соответствие возможностей среды Mathematica как основы новых информационных технологий обучения в технических вузах.

3. Использование компьютерных математических систем в процессе преподавания высшей математики повышает степень и скорость усвоения студентами учебного материала по математике в условиях методически грамотного использования новых информационных технологий.

4. Разработанный и внедрённый в образовательный процесс технического вуза компьютерный учебник по разделу "Ряды Фурье", созданный и предназначенный для применения в среде Mathematica, может быть использован для повышения эффективности аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. На семинарах кафедр высшей математики и прикладной математики Камского государственного политехнического института — декабрь 2003 г., май 2004 г., апрель 2005 г.

2. На семинарах кафедры алгебры и геометрии Елабужского государственного педагогического университета — декабрь 2004 г., май 2005 г.

3. На ежегодных научных конференциях Елабужского государственного педагогического университета — март 2003 г., март 2004 г., март 2005 г.

4. На Всероссийской школе-семинаре "Проблемы и перспективы информатизации математического образования", г. Елабуга, октябрь 2004 г.

5. На Всероссийской научно-методической конференции "Современные технологии в российской системе образования", г. Пенза, апрель 2004 г.

6. На Международной научно-практической конференции "Проблемы качества образования в современном обществе", г. Пенза, июнь 2004 г.

7. На 14-й конференции-выставке "Информационные технологии в образовании", г. Москва, 1-5 ноября 2004 г.

8. На межвузовской научно-практической конференции "Вузовская наука — России", г. Набережные Челны, 30 марта - 1 апреля 2005 г.

9. На 3-й межвузовской конференции по научному программному обеспечению "Практика применения научного программного обеспечения в образовании и научных трудах", г. Санкт-Петербург, 12-15 апреля 2005 г.

10. На семинаре кафедры МТО Московского государственного областного университета — октябрь 2005 г.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и двух приложений и изложена на 140 страницах машинописного текста (не считая библиографического списка и приложений). Библиография содержит 247 наименований отечественной и зарубежной литературы. Принята сквозная нумерация параграфов.

Публикации. Диссертация является самостоятельным исследованием автора. По теме диссертации опубликовано 8 статей общим объёмом 1,5 п. л.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций