Розвиток навчально-дослідницьких умінь студентів фізико-математичних спеціальностей у процесі навчання математичної інформатики

Abstract

У дисертації на основі аналізу психолого-педагогічної наукової літератури обґрунтовано теоретичні основи формування і розвитку навчально-дослідницьких умінь студентів фізико-математичних спеціальностей у процесі навчання математичної інформатики. Розроблено окремі компоненти методичної системи навчання математичної інформатики на основі дослідницького підходу із застосуванням електронного навчального середовища, створеного на базі Moodle. Дидактична система навчально-дослідницьких задач розглядається як засіб розвитку дослідницьких умінь студентів. Виокремлено та охарактеризовано основні типи задач, серед яких задачі з динамічною умовою, задачі на моделювання, на опрацювання експериментальних даних, графічне дослідження і створення анімаційних моделей, оптимізаційні задачі, задачі з параметрами, розв’язування яких за допомогою засобів комп’ютерних математичних пакетів сприяє розвитку навчально-дослідницьких умінь студентів. Розглянуто елементи використання засобів систем комп’ютерної математики для програмування візуально-орієнтованого інтерфейсу, що може використовуватися для підтримки навчальних досліджень. Встановлено, що використання запропонованих компонентів методичної системи навчання математичної інформатики, спрямованого на розвиток навчально-дослідницьких умінь, дає змогу активізувати навчально-пізнавальну діяльність студентів, посилити мотивацію до навчання, прикладну спрямованість результатів навчання математичної інформатики, забезпечує можливість формування у студентів узагальнюючих прийомів мислення та розвитку інтелектуальних здібностей.

В диссертации на основании анализа психолого-педагогической научной литературы обоснованы теоретические основы формирования и развития учебно-исследовательских умений студентов в процессе обучения математической информатике. Установлены структурные компоненты учебно-исследовательских умений, которые можно эффективно развивать в процессе обучения математической информатике. Учебно-исследовательские умения определены как система умений интеллектуального, практического и психического характера, которая согласуется с логикой научного познания и сознательно используется студентами для добывания новых знаний. Обучение математической информатике рассматривается в сочетании с обучением методам науки и способам их применения, формированием умений самостоятельно находить необходимые сведения и пополнять свои знания, умением осуществлять анализ разнообразных фактов и явлений. Важным результатом обучения математической информатике определяется расширение и углубление знаний изучаемой предметной области за счет предоставления студентам возможности моделирования, имитации исследуемых процессов и явлений, организации на этой основе исследовательской деятельности, умений создавать необходимые компьютерные модели и проводить численные эксперименты. Математическая информатика рассматривается как дисциплина, цель обучения которой, – углубление математических знаний, развитие умений использовать их в изучении информационных моделей протекания разнообразных процессов и явлений, формирование понятий о методах программирования и формирование знаний, умений и навыков работы с программными средствами математического назначения для решения практических и учебно- исследовательских задач. Разработаны некоторые компоненты методической системы обучения математической информатике на основании исследовательского подхода. Внимание обращается на использование в процессе обучения математической информатике проблемных, эвристических, поисковых методов. Эффективным способом развития учебно-исследовательских умений студентов является привлечение их к проектной деятельности исследовательского характера. Созданный в процессе исследования обучающий электронный дистанционный курс может использоваться для компьютерной поддержки процесса обучения, повышения эффективности обучения, углубления теоретической базы знаний студентов, закрепления основных приемов численного и символьного решения задач с последующей визуализацией результатов решения и их анализом, а также является средством и местом накопления общих ресурсов, организации коммуникации, сотрудничества, мониторинга самостоятельной учебной деятельности студентов. Дидактическая система задач исследовательского характера рассматривается как средство развития учебно-исследовательских умений студентов. Выявлены и охарактеризованы типы задач, среди которых задачи с динамическими условиями, задачи на моделирование, задачи на изучение экспериментальных данных, графическое исследование и построение анимационных моделей, задачи 19 оптимизации и задачи с параметрами, решение которых с помощью средств компьютерных математических пакетов способствует развитию учебно- исследовательских умений студентов. Рассматриваются элементы использования средств систем компьютерной математики для программирования визуально-ориентированного интерфейса для поддержки учебных исследований. Анализ результатов исследования дает основание для вывода, что использование предложенных компонентов методической системы обучения математической информатике, нацеленного на развитие учебно- исследовательских умений студентов физико-математических специальностей, открывает широкие возможности активизации учебно-познавательной деятельности, укрепления мотивации обучения, усиления прикладной направленности результатов обучения математической информатике, обеспечивает возможность формирования у студентов обобщающих приемов мышления и развития интеллектуальных способностей. Системы компьютерной математики являются мощным средством изучения и усвоения учебного материала, выяснения сути изучаемых процессов и явлений, визуализации их анализа. Использование компьютерных математических пакетов на основании исследовательского подхода в обучении значительно повышает эффективность учебного процесса, и в частности эффективность обучения математической информатике. Решение целесообразно подобранных задач помогает студентам анализировать ход собственных рассуждений в процессе решения задач, искать и находить наиболее рациональные варианты решений, избавляться от ошибок в рассуждениях, моделировать ситуации. Решение межпредметных задач в процессе обучения математической информатике помогает систематизировать знания из смежных специальностей и формирует в сознании студентов целостную картину мира, развивает умения математического исследования протекания разнообразных процессов и проявления всевозможных явлений. Умения и навыки учебно-исследовательской работы будут необходимы студентам в дальнейшем обучении, в процессе научно-исследовательской деятельности, написания курсовых и дипломных работ.

In dissertation are founded theoretical basis of the formation and development of research skills of students of physical and mathematical specialty based on analysis of psychological and pedagogical scientific literature. In thesis were worked out some components of methodical system learning mathematical informatics based on research approach using virtual learning environment created based on Moodle. Didactic system of teaching and research tasks is considered as a means of development research skills of students. In thesis have defined and characterized main types of problems, including the problems with dynamic condition, the problem in simulation, processing experimental data, graphics research and analysis, construction of animated models, optimization problems, problems with parameters, solving of which with using tools of the computer algebra systems promotes the development students’ research skills. Considered the elements of using of computer mathematics systems for programming of visually oriented interface to support educational research. In experimental research was established that using of proposed components of methodical system learning of mathematical informatics for development research skills allows to intensify educational and cognitive activity of student, to enhance motivation, applied orientation results of learning mathematical informatics, provides the possibility of forming generalizing of thinking and intellectual abilities of students.