Разработка средств компьютерной поддержки курса геометрии для педвуза

Интенсивное развитие мультимедийных технологий приводит сегодня к все более глубокому их проникновению в сферу образования, что обусловлено широким диапазоном возможностей, предоставляемых этими технологиями для совершенствования образовательного процесса, повышения его эффективности и качества.

 При решении задач компьютерной поддержки курса геометрии для педвуза необходимо, по нашему мнению, учитывать следующие факторы:

-    возможности современных информационных и коммуникационных технологий в образовании;
-    дидактические принципы создания и применения педагогических программных средств (ППС);
-    специфические особенности геометрии как науки и учебного предмета;
-    специфику подготовки будущих учителей математики в педагогическом вузе.

Рассмотрим эти аспекты в их взаимосвязи. При этом не будем подробно останавливаться на всем огромном спектре возможностей компьютерных технологий в образовании вообще; рассмотрим те из них, которые приобретают особую роль для обучения геометрии в связи с ее спецификой как науки и учебного предмета.

Новые, не доступные ранее, перспективы при обучении геометрии открывают современные технологии, основанные на использовании средств анимации, моделирования и трехмерной компьютерной графики.

Трехмерная графика предоставляет нам мощное орудие при изучении таких разделов вузовской геометрии как «Прямая и плоскость в пространстве», «Поверхности второго порядка», «Топология», «Дифференциальная геометрия кривых и поверхностей». По словам В.Дьяконова, она «дает прекрасное представление о сложных поверхностях и объемных фигурах, расположенных в пространстве и способна поразить воображение обучаемых».

В то же время, при обучении геометрии, а в особенности таких ее разделов как «Геометрические преобразования на плоскости и в пространстве», «Методы изображений», «Конструктивная геометрия», чрезвычайно важна динамичность наглядных образов. Обеспечивается такое свойство графических объектов средствами компьютерной анимации, а также моделирования в интерактивном режиме с возможностью варьирования значений различных параметров модели. Трудно переоценить значение этих средств для формирования у студентов понимания сущности одного из базовых методов аналитической геометрии – метода координат, в основе которого лежит взаимосвязь между аналитическим условием, задающим фигуру, и ее геометрическими свойствами.

Таким образом, расширение возможностей графического представления материала позволяет преодолеть одну из главных трудностей обучения геометрии – наглядное представление различных геометрических фигур, их пересечений и геометрических преобразований над ними на плоскости и в пространстве. Как следствие, применение средств мультимедиа оказывает благотворное влияние на развитие пространственного воображения обучаемых, что является одной из первостепенных задач и, в то же время, одним из главных условий успешного обучения геометрии.

Коснемся теперь аспекта, связанного со спецификой образовательного процесса в педагогическом вузе. Мы придерживаемся позиции, что обучение в педвузе должно существенно отличаться от обучения в технических и классических университетах в сторону прикладной направленности профессиональной подготовки студентов. Процесс обучения в педагогическом вузе должен строиться с ориентацией на двойной статус студента: сейчас он «ученик вуза», то есть обучаемый, а в будущем – учитель, то есть обучающий. Деятельности обучаемого и обучающего осваиваются одновременно при специальным образом организованном обучении, в котором основной акцент делается на формирование способности студентов к активной деятельности, к творческому профессиональному труду, а знания, умения и навыки становятся средством осуществления эффективной профессиональной деятельности в будущем.
Систематическое использование компьютерных программ на занятиях способствует приобретению студентами более глубоких и прочных знаний, формированию у них умения осуществлять обработку информации, способствует повышению интереса к предмету, мотивационной готовности к использованию приобретенных ЗУНов в своей будущей практической деятельности, позволяет активизировать самостоятельную познавательную деятельность студентов. Усиление акцента на деятельностный компонент, который состоит в привлечении самих студентов к разработке педагогических программных средств, способствует развитию их творческого мышления и способностей, навыков самостоятельной деятельности, развитию умений осуществлять экспериментально–исследовательскую деятельность.

Благодаря широкому спектру возможностей, использование компьютерных технологий представляется целесообразным практически на всех этапах организации учебного процесса по геометрии: от планирования до проверки результатов обучения.

Преподаватель может использовать при подготовке к занятиям удаленные источники информации, использовать созданные известными разработчиками программные продукты, самостоятельно разрабатывать программные педагогические средства для обучения и контроля, строить модели процессов и явлений, создавать презентации, осуществлять контроль и статистическую обработку полученных данных и т.д.

Студент получает широкие возможности для самообучения и самоконтроля: при подготовке к практическим занятиям, для самостоятельной проработки лекционного и практического материала, при работе над курсовыми проектами и в ходе НИРС, при подготовке к экзаменам и зачетам, для промежуточного самоконтроля, для творческой самореализации.
Таким образом, информационные технологии могут и должны органично включаться во все виды образовательной деятельности. На лекциях преподаватель может с помощью мультимедийного проектора организовывать подачу материала в виде презентации слайдов или показа видеосюжетов, демонстрировать студентам компьютерные модели различных геометрических объектов, в том числе и анимационные, варьировать параметры этих моделей и отслеживать результат их изменений, создавая тем самым условия для самостоятельной формулировки студентами выводов о существующих закономерностях, проводить вместе с обучаемыми другие компьютерные эксперименты. На практических занятиях в компьютерном классе студенту предоставляется возможность работы с «живым чертежом», возможность обращаться к примерам решения задач и методическим рекомендациям, возможность обращения за подсказкой компьютера при поэтапном решении задач или ответе на вопросы.

Для диагностики и всех видов контроля (текущего, рубежного, итогового) полезно использовать компьютерное тестирование качества усвоения теоретического и практического материала.
Все перечисленные средства могут быть успешно использованы при самостоятельной работе студентов во внеаудиторное время. Цели самообучения могут также послужить использование средств телекоммуникации, в том числе Интернет, для поиска дополнительной информации, работа с гипертекстовыми обучающими теоретическими и практическими модулями, тренинги для закрепления знаний и умений и отработки навыков после изучения каждой темы, обращение к глоссарию основных понятий и терминов с толкованием их смысла и примерами. С целью самодиагностики, самоконтроля и первичной коррекции успешно могут быть применены тестовые системы, подключенные в тренировочном режиме, а также «аудиоконтролеры» формулировок определений и теорем, принцип действия которых основан на записи и воспроизведении звуковой информации.

Цели развития творческого потенциала студентов, их самореализации в научно–исследовательской работе служит возможность самостоятельной разработки студентами программных продуктов различного вида для обучения геометрии в школе и вузе.

Итак, применение информационных технологий в учебном процессе позволяет строить его в соответствии с современными тенденциями развития образования, такими как усиление роли СРС, смещение акцента с преподавания на учение, чем обеспечивается направленность на развитие самообразовательной деятельности будущих специалистов.
В свете всего вышеизложенного в состав электронного образовательного комплекса по геометрии для педвуза, по нашему мнению, должны быть включены следующие основные компоненты:

-    теоретический модуль с гиперссылками, мультимедийными объектами, иллюстрирующими различные геометрические образы, анимированными и озвученными демонстрациями;
-    электронные конспекты лекционных и практических занятий с необходимыми пояснениями и соответствующие им демонстрационные разработки – презентации;
-    интерактивная моделирующая среда с возможностью динамического изменения параметров модели и редактор чертежей,
-    практикум для закрепления ЗУН, содержащий задачи с подсказками и пошаговым разбором решения;
-    тестовый модуль с тренинговым и контрольным режимами, интегрированный с базой данных вопросов и задач и журналом регистрации результатов;
-    справочник, содержащий глоссарий курса, основные формулы, дополнительный материал, сведения из истории, перечень экзаменационных вопросов, список рекомендуемых библиографических источников;
-    система помощи пользователю, в том числе информация о структуре и содержании комплекса, контекстно–зависимые подсказки, различные виды «навигаторов», поисковый механизм по ключевому слову и др.;
-    система методической поддержки с учебной программой курса, методическими рекомендациями к различным видам аудиторной и внеаудиторной работы, методическими указаниями к использованию отдельных модулей комплекса, редактором презентаций, подпрограммой для составления контрольных работ и пр.;
-    управляющий модуль, интегрирующий между собой все остальные модули курса.

Электронный образовательный комплекс должен быть разработан в соответствии с фундментальными дидактическими принципами. Для его разработки могут быть привлечены различные текстовые, табличные, графические редакторы (Microsoft Word, Microsoft Excel, Power Point и т.д.), прикладные математические пакеты (MathCad, Mapple, Mathematica), среда программирования Delphi или С++, мастер Web–страниц, аудио– и видеопроигрыватели.

Нам представляется, что в результате создания такого комплекса при условии привлечения к этой деятельности студентов должны быть достигнуты следующие основные цели:

-    развитие мышления, творческой активности и самостоятельности студентов, их самореализация;
-    обретение студентами профессионально значимых навыков работы с информацией, формирование их информационной культуры;
-    закрепление и систематизация студентами–разработчиками собственных знаний по геометрии, необходимых им и как студентам математического факультета, так и будущим учителям геометрии;
-    создание условий для более успешного обучения геометрии всех студентов педвуза за счет использования в учебном процессе вуза предлагаемого комплекса образовательных средств;
-    использование данного комплекса в системе переподготовки и повышения квалификации учителей школ;

Таким образом, в конечном итоге мы должны иметь повышение эффективности и качества обучения геометрии в педвузе и в школе за счет, с одной стороны, подготовки соответствующих кадров, с другой стороны, благодаря обеспечению учебного процесса в этих образовательных учреждениях соответствующей компьютерной поддержкой.