Математичне моделювання як засіб екологічного виховання учнів у процесі навчання математики в класах хіміко-біологічного профілю

Abstract

Дисертаційне дослідження присвячене впровадженню математичного моделювання різноманітних хіміко-біологічних процесів та аналізу відповідних моделей за допомогою сучасних інформаційно-комунікаційних технологій як засобу екологічного виховання учнів у процесі навчання: математики в класах хіміко-біологічного профілю. Проблемою дослідження є шляхи підвищення ефективності екологічного виховання учнів загальноосвітніх шкіл в процесі навчання математики в класах хіміко-біологічного профілю. У дисертації обґрунтовано науково-методичні засади методики поетапного опанування методом математичного моделювання при навчанні математики як основи екологічного виховання, розкрито дидактичну сутність та психолого-педагогічні основи застосування системи задач прикладного (екологічного) змісту, проведено їх класифікацію, визначено місце в системі шкільного експериментального навчання та на уроці, систематизовано і змодельовано механізми стимулюючого впливу па формування пізнавального інтересу, у навчальному процесі. Розкрито методичні аспекти використання програмних засобів GRAN при розв’язуванні прикладних задач шляхом математичного моделювання екологічних явищ. Використання ІКТ дає значний педагогічний ефект при розв’язуванні задач, моделюванні об’єктів, створює наочні уявлення про поняття, що вивчаються. Наведено результати педагогічного експерименту, що підтверджують ефективність запропонованої методики навчання. Отримані результати дозволили виділити перспективні напрямки досліджень: 1.) Розробка диференційованих різнофункціональних дидактичних матеріалів із урахуванням проекту освітнього державного стандарту і вимог особистісно-орієнтованого навчання; 2.) Розробка нових комп’ютеризованих засобів навчання для організації експериментальної діяльності учнів.

В диссертационном исследовании обоснована методика обучения математике в классах химико-биологического профиля на ряду с экологическим воспитанием учащихся, используя информационно-комуникационные технологии (ИКТ) для моделирования разнообразных химико-биологических явлений и анализа соответствующих моделей. В первом разделе “Психолого-педагогические и научно-методические основы обучения математике учащихся профильных химико-биологических классов” осуществлен анализ проблемы исследования; рассмотрены психологопедагогические и дидактические особенности использования математического моделирования и современных информационно-комуникационных технологий в процессе обучения математике на ряду с экологическим воспитанием учащихся в классах химико-биологического профиля; определены критерии отбора учебного материала. В предлагаемой методической системе обучения продемонстрирована и обоснована возможность анализа на уроках математики разнообразных химикобиологических явлений с помощью ИКТ; раскрыта дидактическая сущность и психолого-педагогические основы применения системы практических задач экологического направления, проведена классификация моделей, определено их место в системе школьного экспериментального обучения; систематизированы и смоделированы механизмы формирования познавательного интереса учащихся. На основе предложенной системы задач в работе реализованы функции обучения, развития и воспитания учащихся. Использование предлагаемой системы задач позволяет обеспечить формирование навыков и умений математического моделирования учащихся классов химико-биологического профиля на достаточно высоком уровне. С целью достижения необходимого уровня экологического воспитания учащихся составлена специальная программа природоохранного образования (СППО). В исследовании определены направления екологического воспитания: 1.) Использование методов математики для изучения разнообразных явлений природы; 2.) Определение роли математики, математического моделирования при решении экологических проблем; 3.) Воспитание ответственности за состояние окружающей среды, экологической культуры. Во втором разделе “Методика экологического воспитания учащихся в процессе обучения дисциплинам математического цикла в классах химико-биологического профиля на основании использования математического моделирования и современных ИКТ” рассмотрены и проанализированы вопросы, касающиеся выбора содержания, структуры и методики обучения. Основой для реализации математического моделирования как метода познания выбрана классификация экологических явлений, известных учащимся в результате изучения дисциплин химико-биологического цикла, исследование которых построено на анализе соответствующих математических моделей. В исследовании определены условия изучения и использования метода математического моделирования при обучении математике в классах химико-биологического профиля; вопросы систематического применения математического моделирования в процессе обучения математике; разработаны графически-расчетные работы (ГРР) с использованием метода математического моделирования при решении задач экологического содержания. В диссертационном исследовании предлагается педагогически взвешенное и обоснованное, целенаправленное использование в учебном процессе современных ИКТ на ряду с традиционными системами обучения. Использование GRAN1 GRAN-2D, GRAN-3D существенно увеличивает педагогический эффект в процессе решения задач, моделирования объектов, наглядного представления понятий, которые изучаются. С помощью средств GRAN, Derive, Microsoft Office Excel проверяется правильность построения и целесообразность использования конкретной математической модели. Педагогический эксперимент показал, что педагогически взвешенное и обоснованное, целенаправленное использование в учебном процессе предлагаемой методики с использованием педагогических программных средств GRAN способствует формированию основ общей экологической и информатической культуры учащихся, повышению уровня их познавательной и интеллектуальной активности. На основе полученных результатов можно определить перспективные направления дальнейших исследований: - разработка дифференциальных многофункциональных дидактических материалов с учетом проекта образовательного государственного стандарта и требований личностно-ориентированного обучения; - разработка новых компьютеризированных средств обучения для организации учебно-познавательной деятельности учащихся. В ходе экспериментального обучения проверена и доказана эффективность разработанной методики обучения математике в классах химико-биологического профиля на ряду с экологическим воспитанием учащихся, используя ИКТ для моделирования разнообразных химико-биологических явлений и анализа соответствующих моделей.

The dissertation research is devoted to the problem of implementing activity stages of mathematical modelling as a means of ecological education of pupils in the process of teaching mathematics in forms specialized in study of chemistry and biology. The dissertation contains well-grounded scientific and methodological foundations for development of stages of mathematical modelling as a means of ecological education and implementing them according to a heuristic scheme into the process of teaching mathematics in a secondary school. The didactic essence as well as psychological and pedagogical background for using: the system of problems of applied (ecological) direction received an extensive coverage. The classification of the problems was carried out and their place in the system of experimental school teaching and at the lesson was defined. The mechanisms of stimulating influence on shaping a cognitive interest were systemized and modelled. A functional model was worked out concerning a regulatory process of pupils’ activity in conditions of individualization and enhancing operational approach to the teaching process. The carried out research enabled us to single out a structure of the system of problems which realizes their educational, developing and upbringing functions. The appropriately selected system of problems ensured formation of habits and skills of mathematical modelling at a rather high level. The expediency of combining new information technologies and traditional methodological teaching systems has been revealed. The using of information communicative texchnologies gieves considerable pedagogical effect, when we solve applied problems, we model objects create obvious imagine about concept in teaching mathematics. The application of the information technology GRAN ensures a considerable pedagogical effect on solving problems, modelling objects; it creates a clear vision of the concepts under study. By means of GRAN we eheck the correc tness of the construction and expediency of a certain mathematical model. The pedagogical effectiveness of the suggested methods was checked during experimental teaching. The obtained results enabled us to single out perspective directions for a further solution of the problem under investigation: 1.) working out differentiated didactic materials of various functions taking into account the draft of the state educational standard and requirements of a person-oriented education; 2.) developing new computerized teaching tools for organizing pupils’ experimental activity.