Химия и химические технологии/2.
Теоретическая химия
к.х.н. Хамитова
А.С., Таутова Е.Н.
ВНЕДРЕНИЕ ИНТЕРАКТИВНЫХ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ
НА ЗАНЯТИЯХ ПО ХИМИИ
Современный уровень развития общества,
требует высокообразованных специалистов, людей творческих, способных к
свободному мышлению. Это ставит перед современной педагогикой задачу выработать
методы для развития такой конкурентно-способной личности. В последние
десятилетия эта задача успешно решается с помощью разработки и внедрения в
образовательный процесс различных педагогических технологий, в частности
информационных технологий. Если под
технологией понимать совокупность и последовательность методов и процессов
преобразования исходных материалов, позволяющих получить продукцию с заданными
параметрами, то использование информационных технологий как раз и позволяет
достигать высокого уровня эффективности при обучении студентов любых
специальностей.
Для системы образования выигрыш от успешного
развития информатизации заключается в высокой профессиональной подготовке
работников за счёт передачи элитных знаний, компьютерной поддержки творческих
способностей и интеллектуализации труда преподавателей и студентов.
Информатизация высшего образования — это
реализация комплекса мер, направленных на повышение уровня подготовки
специалистов путём расширения сферы использования вычислительной техники и
компьютерных технологий в учебной и научно-исследовательской работе, в
управлении учебным процессом.
Информатизация создаёт дополнительные
возможности для стимулирования у студентов творческого мышления, усиливает
значимость их самостоятельной работы, упрощаются контроль и самоконтроль
самостоятельной работы. Повышается уровень индивидуальной работы преподавателя,
изменяется соотношение между интеллектуальной и рутинной составляющими в
учебной работе. В настоящее время актуальным для человечества является создание
открытого общества, так называемого «общества без границ». Важнейшим условием
его формирования признаётся необходимость совершенствования системы образования
на принципах открытости и свободы. Открытое и свободное образование
предполагает создание единого образовательного пространства, предоставление
равных возможностей всем участникам образовательного процесса получения доступа
к информационным и образовательным ресурсам, даёт возможность каждому
обучаемому максимально развить свои личностные качества.
Наиболее полно отвечает идеям открытого
образования концепция личностно-ориентированного образования. Но смена
парадигмы образования делает необходимым создание новой модели образования на
основе совершенствования педагогических технологий в педагогических системах. В
мировом и казахстанском образовании в настоящее время проявляется тенденция к созданию
интегрированных образовательных систем на основе сетевых информационных
технологий. Для реализации идей открытого образования нужны новые подходы,
образовательные инновационные технологии. Особое место в этой системе отводят
дистанционным, «виртуальным» формам обучения, самостоятельной и индивидуальной
работе учащегося.
В данной статье рассматривается
использование новых информационных технологий (НИТ) в процессе обучения химии в
высшей школе.
В современном мире информационные
технологии становятся основным средством достижения наиболее приоритетных
образовательных целей. Новые информационные технологии (НИТ) в настоящее время
непосредственно связаны с использованием компьютеров в процессе обучения.
Компьютер является универсальным средством обучения, он позволяет формировать у
студентов не только знания, умения и навыки, но и развивать личность студента,
удовлетворять её познавательные интересы. Использование информационных
технологий в общеобразовательной школе и ВУЗе изменяет роль преподавателя и обучаемого
и их взаимоотношения. Преподаватель перестаёт выступать перед студентами в
качестве источника первичной информации. Вопрос, где взять ту или иную
информацию, заменяется вопросом, в каком виде и сколько данных в состоянии
воспринять и усвоить студенты. Применение НИТ вносит изменения в природу
взаимосвязей между преподавателем и студентами. Средства НИТ обеспечивают
неограниченные возможности для самостоятельной и совместной творческой
деятельности студентов и преподавателя. Преподаватель превращается в
соучастника продуктивной деятельности студентов. Теперь его основная задача -
направлять развитие личности студентов, поддерживать творческий поиск и
организовывать их коллективную работу.
Применение информационных технологий в
обучении определило важный принцип обучения - принцип индивидуализации. Каждый
обучаемый следует индивидуальному ритму обучения, со своим, именно ему
необходимым уровнем помощи, темпом работы, с заданной глубиной изучаемого
материала. Целостность учебного процесса при этом не нарушается. Через
индивидуализацию обучения с помощью информационных технологий осуществляется
переход к его дифференциации. Также при эффективном использовании
информационных технологий происходят изменения мотивации у студентов.
Целесообразность использования
информационных технологий в образовательном процессе определяется и тем, что с
их помощью наиболее эффективно реализуются такие дидактические принципы, как
научность, доступность, наглядность, сознательность и активность обучаемых,
индивидуальный подход к обучению. При использовании НИТ успешно сочетаются
различные методы, формы и средства обучения.
Обучение через использование новых
информационных технологий - способ обучения, который может при необходимости
замещать преподавателя, т.е. быть независимым. Наибольший эффект от
использования новых информационных технологий в образовательном процессе
достигается при использовании информационных и демонстрационных программ,
моделирующих программ, обеспечивающих интерактивный режим работы обучаемого с
компьютером, экспертных систем для диагностики уровня обученности, доступа к
информационным ресурсам сети Интернет.
В современном образовании можно выделить
две формы обучения: последовательное, строго определённое (линейное) обучение и
нелинейное (непоследовательное) индивидуально-ориентированное обучение.
Наиболее интересным и перспективным
является нелинейное, личностно-ориентированное обучение, которое стало
доступным благодаря информационным и коммуникационным технологиям.
Нелинейные модели знаний, нелинейные
средства и технологии обучения могут позволить значительно совершенствовать
учебный процесс по курсам дисциплин естественно-математического цикла в
условиях глобальной информатизации и коммуникации общества.
Принято различать декларативные знания, то
есть знания о фактах, явлениях и закономерностях и процедурные знания,
представляющие собой умение решать задачи. Процедурные знания возникают на
основе декларативных исключительно путём интенсивной практики. Обладание ими
отличает квалифицированных специалистов (экспертов).
Компьютерные системы обучения
декларативным знаниям появились достаточно давно и достигли высокого уровня
совершенства благодаря современным технологиям гипертекста и мультимедиа.
Существенно большие трудности связаны с передачей второго вида знаний, так как
для этого необходима среда, в которой можно научить решению задач, основываясь
на процедурных знаниях эксперта. То есть должна быть построена модель процесса
решения задач рассматриваемой предметной области. Данное обстоятельство привело
к необходимости создания программных систем, основанных как на традиционных
методах алгоритмической обработки данных, так и на методах создания и
использования баз знаний - совокупности единиц знаний, которые представляют
собой формализованное, с помощью некоторого метода представления знаний,
отражение объектов проблемной области и их взаимосвязей, действий над объектами
и, возможно, неопределенностей, с которыми эти действия осуществляются.
В настоящее время развиваются следующие
направления НИТО:
1) универсальные информационные технологии
(текстовые редакторы, графические пакеты, системы управления базами данных,
процессоры электронных таблиц, системы моделирования, экспертные системы и т.
п.);
2) компьютерные обучающие и контролирующие
программы, компьютерные учебники;
3) мультимедийные программные продукты;
4) компьютерные средства телекоммуникаций.
Информатизация образования - процесс
довольно сложный и требующий определенного времени и поэтапности осуществления:
1) массовое освоение средств НИТ - создание компьютерных классов, средств телекоммуникаций, оперативной полиграфии, систем интерактивного видео, баз данных и программных средств путем базовой подготовки учителей и учащихся;
2) активное внедрение средств НИТ в
традиционные учебные дисциплины, пересмотр содержания образования, разработка
программного обеспечения, компьютерных курсов; видео- и аудиоматериалов на
компактных (оптических) дисках;
3) радикальная перестройка непрерывного
образования, введение дистанционного обучения, смена методической основы
обучения, замена вербального обучения аудиовизуальным. Преподаватели уже стоят
перед необходимостью освоения новейших технологий обучения, таких, как
телеконференции, электронная почта, видеокниги на лазерных дисках, электронные
книги для микрокомпьютеров, системы мультимедиа. Неизбежен пересмотр
организационных форм учебного процесса путем увеличения доли самостоятельной,
индивидуальной и коллективной работы студентов, объема практических и
лабораторных работ поискового и исследовательского характера, более широкого
проведения внеаудиторных занятий.
Эффективность применения новых
информационных технологий (НИТ) в учебно-воспитательном процессе современной
высшей школы зависит не только от качества и дидактических возможностей их
аппаратных и программных средств, но и от мастерства педагога, его
компетентности и готовности к практическому их применению в процессе
преподавания. Педагог становится вместе с обучаемым исследователем,
программистом, организатором, консультантом.
Уже сегодня можно утверждать, что
внедрение НИТО способствует:
Ø
индивидуализации
учебно-воспитательного процесса с учетом уровня подготовленности, способностей,
индивидуально-типологических особенностей усвоения материала, интересов и
потребностей обучаемых;
Ø
изменению характера
познавательной деятельности учащихся высшей школы в сторону ее большей
самостоятельности и поискового характера;
Ø
стимулированию
стремления студентов к постоянному самосовершенствованию и готовности к
самостоятельному переобучению;
Ø
усилению междисциплинарных
связей в обучении, комплексному изучению явлений и событий;
Ø
повышению гибкости,
мобильности учебного процесса, его постоянному и динамичному обновлению;
Ø
изменению форм и методов
организации внеучебной жизнедеятельности воспитанников и организации их досуга.
В течение последних 10 лет в рамках исследований по искусственному интеллекту сформировалось самостоятельное направление - экспертные системы (ЭС). Назначение экспертных систем заключается в решении достаточно трудных задач на основе накапливаемой базы знаний, отражающей опыт работы в рассматриваемой проблемной области. Достоинство применения экспертных систем заключается в возможности принятия решений в уникальных ситуациях, для которых алгоритм заранее не известен и формируется по исходным данным в виде цепочки рассуждений (правил принятия решений) из базы знаний. В последние годы также ведутся активные исследовательские работы в области создания и использования экспертных систем, предназначенных для сферы образования. Появился новый класс экспертных систем - экспертные обучающие системы.
Экспертная обучающая система (ЭОС) - это
программа, реализующая ту или иную педагогическую цель на основе знаний
эксперта в некоторой предметной области, осуществляя диагностику обучения и
управления учением, а также демонстрируя поведение экспертов
(специалистов-предметников, методистов, психологов). Экспертность ЭОС
заключается в наличии в ней знаний по методике обучения, благодаря которым она
помогает преподавателям обучать, а студентам - учиться. Наличие развитой
системы объяснений чрезвычайно важно для ЭОС, работающих в области обучения. В
процессе обучения такая ЭОС будет выполнять не только активную роль
«преподавателя», но и роль справочника, помогающего обучаемому изучать
внутренние процессы, происходящие в системе, с помощью моделирования прикладной
области.
Все большее распространение в
образовательном процессе получают компьютерные химические программы основанные
на технологии ЭОС. В настоящее время намечается новая ступень в применении НИТ.
В основе предлагаемой концепции лежат следующие положения:
- КОП (компьютерные обучающие программы)
не могут рассматриваться как эксклюзивная форма обучения и должны сочетаться с
традиционными видами учебного процесса - лекциями, консультациями,
лабораторными работами. Полученная на них химическая информация ретранслируется
на практических занятиях с использованием КОП, основное предназначение которых
- закрепление знаний, повышение их выживаемости. Следует также признать
полезным привлечение КОП при самостоятельной внеаудиторной работе студентов;
- в связи с этим очевидна типовая
структура КОП: чередование информации, четко отвечающей программе курса, с
индивидуальными заданиями, призванными проконтролировать ее усвоение;
- в КОП должно осуществляться знакомство
обучаемого с разнообразными веществами, их свойствами и превращениями. Такой
"эффект присутствия" незаменим при изучении химических процессов,
непосредственное наблюдение за которыми нереально.
Изложенное определяет особенности методики
создания КОП, естественно, зависящие от профиля конкретной химической
дисциплины:
1. информация в КОП должна предлагаться в
нестандартной, по возможности увлекательной, а главное, компактной форме.
Использование в качестве зрительного образа текстов, подробных и многочисленных
уравнений необходимо свести к минимуму. На смену им должны прийти формулы,
краткие схемы и прежде всего - компьютерное моделирование химических процессов,
позволяющее имитировать на экране дисплея выделение газов, выпадение осадков,
изменение окраски реагентов. Последнему надо уделить особое внимание, так как
цвет в химии чрезвычайно информативен;
2. желательно не только имитировать на
экране химические реакции, но и организовывать получение студентом
соответствующей количественной информации - например, определение выхода
"синтезированного" вещества, его важнейших констант и характеристик;
3. предлагаемые обучаемому задания, должны
быть поливариантными. Следует обеспечить возможность обращаться к
предшествующей информации, а также предложить при неверном ответе подсказку, а
при последующей неудаче - правильный ответ. Желательно в процессе опытной
проверки КОП провести статистический анализ результатов работы студентов над
заданиями с дальнейшей оптимизацией их объема и уровня сложности.
Подводя черту, под всем выше изложенным
хочется заметить, что компьютерные обучающие программы на основе ЭОС могут
успешно применяться при изучении курса химии. Оперируя знаниями и системой
нелинейной логики, в сочетании с интеллектуальным интерфейсом, такие КОП могут
успешно применяться в областях требующих абстрактных умозаключений, например в
курсах квантовой химии и строения вещества. При использовании КОП информация
подается в удобной и компактной форме, что позволяет использовать их в курсе
общей и неорганической химии: при иллюстрации энергетических диаграмм; для
визуального моделирования образования МО; для моделирования и прогнозирования
технологических процессов; для моделирования хода каталитических и
некаталитических процессов и т.д. В курсе органической химии и химии ВМС, такие
КОП могут быть использованы для объяснения обучаемым механизмов протекания
реакций. Кроме того, ЭОС позволяют проводить текущий и итоговый контроль знаний
студентов. Большим достоинством экспертных систем является то, что они как
инструмент в работе пользователей совершенствуют свои возможности решать
трудные, неординарные задачи в ходе практической работы.
Таким образом, применение информационных
технологий дает возможность сделать процессы обучения и управления процессами
обучения более эффективными и интенсивными.
Литература:
1. П.В. Самолысов, Т.Ю. Ромащенко.
Нелинейные процедурные знания - основа построения систем дистанционного
обучения // Образование и общество. Москва, 2001, №5
2. С.Н. Добрыдин. Некоторые аспекты использования новых информационных технологий в обучении // Материалы всероссийской конференции «Наука и образование». Москва, 2002
3. Коджаспирова Г. М., Петров К. В.
Технические средства обучения и методика их использования: Учеб. Пособие для
студ. высш. пед. учеб. заведений. - М.: Издательский центр “Академия”, 2002. –
256 с.
4. Матрос Д. Ш., Д. М. Полев, Н. Н. Мельникова Управление качеством образования на основе новых информационных технологий и образовательного мониторинга. Издание 2-е, исправленное и дополненное.- М.: Педагогическое общество России, 2001. – 128 с.
5. Педагогические технологии: Учебное пособие для студентов педагогических специальностей/ Под общей редакцией В. С. Кукушина. – Серия “Педагогическое образование”. – Ростов н/Д: издательский центр “Март”, 2002. - 320 с.
6. Intel “Обучение для будущего”: Учебное
пособие. – 4 –е изд., испр. – М.: Издательско – торговый дом “Русская
Редакция”, 2004. – 368 с.