Информационные технологии в преподавании математики

Информационные технологии в преподавании математики Информационно-коммуникативная компетентность —  один из основных приоритетов в целях общего образования, и связано это не только с внутриобразовательными причинами. Меняется весь характер жизни, необыкновенно возрастает роль информационной деятельности, а внутри нее — активной, самостоятельной обработки информации человеком, принятия им принципиально новых решений в непредвиденных ситуациях с использованием технологических средств. [21, 16]  
Системное, эффективное формирование информационно-коммуникативной компетенции для основной массы  учащихся сегодня возможно только  при условии использования ИКТ. Успешность намеченных в школе преобразований во многом зависит от  их применения. Другими словами, информатизация — это важнейшее направление модернизации системы образования. [39]  
Компьютерные технологии обучения  — совокупность методов, приемов, способов, средств создания педагогических условий на основе компьютерной техники, средств телекоммуникационной связи и интерактивного программного продукта, моделирующих часть функций педагога по представлению, передаче и сбору информации, организации контроля и управления познавательной деятельностью.[41]  
Применение компьютерных технологий обучения позволяет видоизменять весь процесс преподавания, реализовывать модель личностно-ориентированного обучения, интенсифицировать занятия, а главное — совершенствовать самоподготовку обучающихся. Безусловно, современный компьютер и интерактивное  программно-методическое обеспечение требуют изменения формы общения преподавателя и обучающегося, превращая обучение в деловое сотрудничество, а это усиливает мотивацию обучения, приводит к необходимости поиска новых моделей занятий, проведения итогового контроля (доклады, отчеты, публичные защиты групповых проектных работ), повышает индивидуальность и интенсивность обучения.  
Компьютерные технологии обучения предоставляют большие возможности в развитии творчества, как учителя, так и учащихся. [14, 36]  
Мультимедиа технологии - способ подготовки электронных документов, включающих визуальные и аудиоэффекты, мультипрограммирование различных ситуаций [3].  Применение мультимедиа технологий открывает перспективное направление развития современных компьютерных технологий обучения. Как использовать эти средства  при разработке комплексов учебно-методических материалов? Где и в каком соотношении возможно включение различных мультимедиа эффектов по сравнению с обычным текстом? Где граница применимости мультимедиа вставок в документ? Нужны серьезные исследования этого вопроса, поскольку нарушение гармонии, меры целесообразности применения ярких вставок и эффектов может привести к снижению работоспособности, повышению утомляемости обучающихся, снижению эффективности работы. Это серьезные вопросы, ответы на которые позволят избежать фейерверка в обучении, сделать учебно-методический материал не просто эффектным, а эффективным.  
Современные информационно-коммуникационные  технологии обучения — совокупность современной компьютерной техники, средств телекоммуникационной связи, инструментальных программных средств, обеспечивающих интерактивное программно-методическое сопровождение современных технологий обучения.  
Основными задачами современных информационных технологий обучения являются разработка интерактивных сред управления процессом познавательной деятельности, доступа к современным информационно- образовательным ресурсам (мультимедиа учебникам, различным базам данных, обучающим сайтам  и другим источникам).  
Информационные технологии, наиболее часто применяемые в учебном процессе, можно разделить на две группы:  
1) сетевые технологии, использующие локальные сети и глобальную сеть Internet  (электронные варианты методических рекомендаций, пособий, серверы дистанционного обучения, обеспечивающие интерактивную связь с учащимися через Internet,  в том числе в режиме реального времени);  
 2) технологии, ориентированные на локальные компьютеры (обучающие программы, компьютерные модели реальных процессов, демонстрационные программы, электронные задачники, контролирующие программы, дидактические материалы). [42]  
Еще задолго до появления информатики, как школьного предмета, преподавание математики имело своей целью выработку навыков в использовании простейших вычислительных алгоритмов, реализуемых «вручную», а также навыков в логическом мышлении, необходимом для работы с более сложными алгоритмами. Школьный курс математики содержит обширный материал, дающий возможность формировать, изучать, применять алгоритмы, и тем самым дает возможность для осуществления тесной межпредметной связи между математикой и информатикой. [15, 95]  
В обучении математике должен получать свое отражение характерный для нашего времени процесс информатизации математики, внедрение новейших компьютерных технологий, Интернет и дистанционного обучения. Подрастающему поколению необходимо научиться жить и работать в качественно новой информационной среде, адекватно воспринимать её реалии и научиться пользоваться ею. [20, 72]  
Формы и место использования компьютеров на уроке, конечно, зависит от содержания этого урока, цели, которую ставит учитель. Каковы же функции и особенности применения образовательных программ? Можно выделить следующие функции:  
-                            инструментальная (изготовление наглядных пособий);  
-                            демонстрирующая (показ готовых демонстрационных программ, слайдов,    презентаций и т.д.)  
-                            обучающая (тренажеры);  
-                            контролирующая.  
Возможны различные виды уроков с применением информационных технологий: уроки-беседы с использованием компьютера как наглядного средства; уроки постановки и проведения исследований; уроки практической работы; уроки-зачеты; интегрированные уроки и т.д. [15, 32]  
Практика работы показывает, что наиболее эффективно использование компьютера на уроках математики:  
-                    при проведении устного счёта (возможность оперативно предъявлять задания и корректировать результаты их выполнения);  
-                    при изучении нового материала (иллюстрирование разнообразными наглядными средствами; мотивация введения нового понятия; моделирование);  
-                    при проверке фронтальных самостоятельных работ (быстрый контроль результатов);  
-                    при решении задач обучающего характера (выполнение рисунков, составление плана работы; отработка определенных навыков и умений);  
-                    при организации исследовательской деятельности учащихся;  
-                     при интегрировании предметов естественно-математического цикла.  
Выгодные особенности работы с компьютерной поддержкой на уроке:  
-                   учащийся становится субъектом обучения, ибо программа требует от него активного управления;  
-                   легко достигается уровневая дифференциация обучения;  
-                   достигается оптимальный темп работы ученика, так как каждый ученик выполняет индивидуальное задание, работая в своем темпе;  
-                   сокращается время при выработке технических навыков учащихся;  
-                   увеличивается количество тренировочных заданий;  
-                   отслеживаются ошибки, допущенные учеником, и повторно отрабатывается недостаточно усвоенный материал;  
-                   работа ученика оценивается сразу;  
-                   учитель меньше тратит времени на проверку работ;  
-                   обучение можно обеспечить материалами из удалённых баз данных, пользуясь средствами телекоммуникаций;  
-при работе с компьютером присутствует элемент игры, так иногда недостающий на уроках; и у большинства детей повышается мотивация учебной деятельности. [30, 135]  
1. Презентации, демонстрации и создание моделей. Использование необходимого программного обеспечения и ресурсов может улучшить понимание новых идей, так как различные программы помогает учителям излагать новый материал очень живо и увлекательно. Они позволяют представить информацию с помощью различных мультимедийных ресурсов, упростить объяснение схем, помочь разобраться в сложной проблеме,  изучить ее максимально подробно.  На компьютере можно легко изменять информацию или передвигать объекты, создавая новые связи. Учитель может рассуждать вслух, комментируя свои действия, постепенно вовлекая учащихся и побуждая их записывать идеи , что обеспечивает взаимодействие учащихся с новым материалом.  
2. Активное вовлечение учащихся. Компьютерные технологии, используя разнообразные динамичные ресурсы и улучшая мотивацию, делают занятия увлекательными и для учителей, и для учеников. Работа с интерактивной доской может помочь учителю проверить знания учащихся, развить дискуссию для прояснения изучаемого материала, что позволяет ученикам лучше понять материал. Управляя обсуждением, учитель может подтолкнуть учащихся к работе в небольших группах. Интерактивная доска становится центром внимания для всего класса.  
3. Улучшение темпа и течения занятия. Использование интерактивной доски может улучшить планирование, темп и течение урока. Файлы или страницы можно подготовить заранее и привязать их к другим ресурсам, которые будут доступны на занятии. На интерактивной доске можно легко передвигать объекты и надписи, добавлять комментарии к текстам, рисункам и диаграммам, выделять ключевые области и добавлять цвета. К тому же тексты, рисунки или графики можно скрыть, а затем показать в ключевые моменты урока. Заранее подготовленные тексты, таблицы, диаграммы, картинки, музыка, карты, тематические CD-ROMы, а также добавление гиперссылок к мультимедийным файлам и Интернет-ресурсам зададут занятию бодрый темп. Все ресурсы можно комментировать прямо на экране, используя инструмент Перо, и сохранять записи для будущих уроков. Все, что учащиеся делают на доске можно сохранить и использовать в другой раз. Страницы можно разместить сбоку экрана, как эскизы, учитель всегда имеет возможность вернуться к предыдущему этапу урока и повторить ключевые моменты урока. Файлы предыдущих уроков можно всегда открыть для повторения пройденного материала. Подобные методики привлекают к активному участию в занятиях.  
Программное обеспечение для интерактивных досок позволяет четко структурировать занятия. Возможность сохранять уроки, дополнять их записями улучшает способ подачи материала. Благодаря разнообразию материалов, которые можно использовать на интерактивной доске учащиеся гораздо быстрее схватывают новые идеи. Они активно обсуждают новые темы и быстрее запоминают материал. Учитель может по-разному классифицировать материал, используя различные возможности: перемещать объекты, работать с цветом, — при этом, привлекая к процессу учеников, которые затем могут самостоятельно работать в небольших группах. Иногда можно снова обращать внимание учащихся, чтобы они поделились своими мыслями и обсудили их перед тем, как продолжить работу. Но важно понимать, что этот эффективность работы во многом зависит от самого учителя, от того, как он применяет те или иные  возможности. [6, 125]  
В центре любого образовательного процесса стоит ученик, ведомый учителем к знаниям. И если школьник от мотива «надо» придет к мотиву «мне интересно, я хочу это знать», то путь этот будет более радостным и плодотворным. Решению этой задачи как раз и способствует использование в процессе обучения анимаций.  
Есть необходимость в применении по возможности компьютера на уроках математики и физики более широко, чем есть на данный момент. Использование информационных технологий будет способствовать повышению качества знаний, расширит горизонты школьной математики и физики, а значит, поможет найти новые перспективы для поддержания интереса учащихся к предмету, а значит и к лучшему, более внимательному отношению к нему. Сегодня современные информационные технологии становятся важнейшим инструментом модернизации школы в целом – от управления до воспитания и обеспечения доступности образования. Применение компьютера в обучении математике, физике предполагает передачу ему работы с нормативными знаниями, а работу с творческими знаниями оставить преподавателю совместно с обучаемыми. Методика преподавания математики, физики,  как и любых других предметов, требует ответа на три вопроса: что преподавать? Как преподавать? Зачем преподавать?  
Что преподавать определено социальным заказом общества и представлено в программе содержания математического образования.  
Как преподавать? Современный этап развития общества характеризуется стремительным развитием информационно коммуникационных технологий и их активным внедрением в структуру профессиональной деятельности специалистов различных профилей. Этот объективный процесс общественного развития ставит перед методикой обучения математике принципиально новые цели и задачи. С целью достижения максимального эффекта использования компьютеров в обучении необходимо проанализировать особенности дисциплины и методики ее преподавания с использованием информационно коммуникационных технологий. Анализ должен основываться на дидактических возможностях существующих средства информационно коммуникационных технологий и известном педагогическом опыте их использования. Это позволит сформулировать новые предложения по внедрению средств информационно коммуникационных технологий в учебном процессе.  
Зачем преподавать? По мнению академика В.Арнольда, основной целью математического образования должно быть воспитание умения математически исследовать явления реального мира. [20, 69]  
Созданные современные информационные и коммуникационные технологии ведут к подлинной революции в образовании, в частности в учебном процессе школы.  
Использование компьютера для работы с нормативными знаниями позволяет включить действие обучаемого в выполнение учебного задания «и так организовать его выполнение, чтобы учащиеся запомнили то, что требуется». При этом в процессе обучения появляются элементы исследования, а обучаемому предоставляется возможность проявить активность и самостоятельность. Это становится возможным благодаря уникальным дидактическим возможностям компьютера. [11, 64]  
Современная проекторная аппаратура, представленная на отечественном рынке огромным количеством моделей, в основном зарубежного производства, является, как правило, мультимедийной (многофункциональной). Многие модели сопряжены с компьютерами, которые тоже представляют собой мультимедийное устройство.  
Эффективность применения мультимедийного проектора в учебном процессе зависит от многих факторов, в том числе и от уровня самой техники, и от качества используемых обучающих программ, и от методики обучения, применяемой учителем. Математика – наука точная, ее всегда преподают, сопровождая демонстрационным материалом (наглядностью). [32, 54]  
Особо следует остановиться на проблеме наглядности, потому что компьютер, воздействуя на чувства обучаемого, позволяет продемонстрировать абсолютно абстрактные понятия и объекты. Как известно из психологических исследований, наглядность – это свойство человеческих психических образов реальных объектов, предметов или явлений, но не свойство или качество, присущее этим реальным объектам, предметам или явлениям.   
Только лишь в результате активной работы наглядный образ создается в сознании обучаемого. Наглядность образа, возникшего у учащегося, зависит главным образом от уровня развития познавательных способностей обучаемых, от его познавательных интересов и склонностей, от потребности и желания увидеть, услышать, ощутить данный объект, создать у себя яркий, понятный образ этого объекта. Наглядность есть показатель простоты и понятности для учащихся.  
Наглядный материал используется на уроке каждым учителем с целью повышения усвоения учебного материала и развития познавательного интереса учащихся. Компьютер позволяет продемонстрировать преобразования пространства или плоскости в динамике. Это способствует не только лучшему запоминанию учебного материала, но и обеспечить оптимальное включение и адаптацию нового материала в имеющиеся у учащегося знания. Таким образом, формируя последовательно «живое созерцание» учебной математической информации, мы не только используем природные свойства зрительного аппарата учащегося, но и развиваем познавательный интерес. [18, 236]  
Важным средством организации восприятия информационного материала является цветовое и мультимедийное оформление. Демонстрация как бы руководит «живым созерцанием» информации, учащиеся незаметно учатся отмечать ту или иную особенность информационного сообщения, которое таким образом доходит до их сознания. Для того чтобы развивать познавательный интерес, нужно постоянно заботиться об организации зрительной информации. От наивного использования наглядности как средства повышения эффективности урока необходимо сделать переход к формированию математических визуальных понятий, которые по своему объему, степени обобщенности не уступили бы привычным вербальным, словесным понятиям. [23, 51]  
Принцип наглядности – важнейший принцип преподавания. Компьютер позволяет подать наглядный материал последовательно по мере рассказа учителя, не нарушая его логики.  
Компьютерные презентации являются одним из типов мультимедийных проекторов. Мультимедиа технология позволяет одновременно использовать различные способы представления информации: числа, текст, графику, анимацию, видео и звук. Важной особенностью мультимедиа технологии является ее интерактивность, т.е. то, что в диалоге с компьютером пользователю отводится активная роль. [19, 56]  
Проведение урока с мультимедиавыступлением (сопровождение рассказа учителя; демонстрации при объяснении нового материала: заранее подготовленное выступление – доклад ученика по определенной теме), при этом используется компьютер на рабочем месте учителя, подключенный к проектору. Проектор, подсоединяемый к компьютеру – технологический элемент новой грамотности, радикально повышает:  
 - уровень наглядности в работе учителя,  
 -возможность для учащихся представлять результаты своей работы всему классу,  
 -эффективность организационных и административных выступлений.  
Демонстрационный материал улучшает восприятие информации путем сочетания различных форм подачи учебного материала в виде схем, рисунков, гипертекста, анимации и звукового сопровождения и предоставления возможности обучаемому активно вмешиваться в процесс обучения.  
Демонстрационный материал (слайды) создается с целью обеспечения наглядности при изучении нового материала, использования при ответах учащихся. Применение анимации при создании такого компьютерного продукта позволяет рассматривать вопросы математической теории в движении, обеспечивает другой подход к изучению нового материала, вызывает повышенное внимание и интерес у учащихся. [24, 26]  
Анимации используются для того, чтобы на мониторе наглядно продемонстрировать материалы к уроку: чертежи, схемы, методику построения графиков и т.д. Эти материалы подкрепляют соответствующими звукозаписями, видеозадачами, звуковыми файлами. Заранее созданная презентация заменяет классную доску при объяснении нового материала для фиксации внимания учащихся каких-либо иллюстраций.  
Компьютер часто выступает в роли наглядного пособия. Однако относительно традиционных наглядных пособий в виде таблиц, плакатов, моделей и т.д. компьютер отличается своей универсальностью, спектр его возможностей в этой области сложно переоценить:  
   - создание ярких слайдов и серии слайдов, легко сменяющих друг друга с возможностью оперативного их редактирования;  
    - использование разнообразных мультипликационных эффектов;  
    - возможность воспроизведения видео- и аудио- материалов;  
    - создание интерактивных наглядных пособий, гипертекстов.  
Это лишь небольшой список использования компьютерных технологий, предназначенных для демонстраций. [22, 168]  
Уроки с применением мультимедийного проектора вызывают у учащихся интерес, заставляют работать всех. Использование мультимедиа на практических занятиях превращает их в творческий процесс, позволяет осуществить принципы развивающего обучения, позволяет формировать и развивать познавательную мотивацию школьников к получению новых знаний, помогает создавать условия успешности каждого ученика на уроке, значительно улучшает четкость в организации работы класса или группы учащихся. Качество знаний при этом заметно возрастает.  
Работа с мультимедийным проектором экономит время на уроке, оживляет его, отпадает надобность в переносных досках. Весьма существенно, что при работе с мультимедийным проектором учитель стоит лицом к классу и может наблюдать за его работой. Это создает ряд преимуществ по сравнению с традиционным методом работы на доске. Он заменяет многие функции классной доски с мелом и тряпкой, создающей в классе пыль.  
Нельзя забывать и о том, что зрительное восприятие является, по существу, лишь началом усвоения. Знания, умения и навыки школьников могут быть сформированы только в результате их активных усилий, действий. Поэтому, даже использование мультимедиа на уроках математики не эффективно, если оно не сопровождается познавательной деятельностью учащихся. Отсюда следует, что необходимо тщательно продумать, как использовать демонстрационный материал в конкретной учебной работе, как активизировать познавательную деятельность и развивать познавательный интерес. Чтобы использование мультимедийного проектора принесло необходимый эффект  при педагогически правильном его применении, оно должно отвечать ряду определенных требований, прежде всего соответствовать задачам подготовки специалиста. Преподносимая информация с использованием мультимедиа должна соответствовать современным научным знаниям и согласовываться с содержанием учебной программы и учебника. Информация должна быть доступной. Доступность проявляется не в упрощенном изложении, а в тех или иных особенностях подачи учебной информации, учитывающих опыт учителя и уровень знаний детей. Успешность использования мультимедиа  в значительной мере зависит от профессиональной подготовленности преподавателя. [45]  
Но все же, использование на уроках анимаций поднимает процесс обучения на качественно новый уровень. Нельзя сбрасывать со счетов и психологический фактор: современному ребенку намного интереснее воспринимать информацию именно в такой форме, нежели при помощи устаревших схем и таблиц. При использовании мультимедийного проектора на уроках информация представляется не статичной неозвученной картинкой, а динамичными видео- и звукорядом, что значительно повышает познавательный интерес школьников и эффективность усвоения материала  интерактивные же элементы обучающих программ позволяют перейти от пассивного усвоения к активному, так как учащиеся получают возможность самостоятельно моделировать явления и процессы, воспринимать информацию не линейно, с возвратом, при необходимости, к какому-либо фрагменту, с повторением виртуального эксперимента с теми же или другими начальными параметрами. [40]  
Есть необходимость активно внедрять новые педагогические технологи. Одной из таких технологий и является компьютер и мультимедиа средства. Современное поколение учащихся уже не представляет себе жизнь без компьютера. Общение с компьютером также естественно, как пользование телефоном. У современных детей компьютер не вызывает боязни и  является хорошим средством обучения и развития у них познавательного интереса. Благодаря использованию компьютерных технологий, анимаций, учебный материал становится более наглядным, понятным и запоминающимся. Они неизмеримо расширяют возможности в организации и управлении учебной деятельности и позволяют практически реализовать огромный перечень перспективных методических разработок, найденных в рамках традиционного обучения, которые оставались невостребованными или в силу определенных объективных причин не могли дать там должного эффекта. [16, 100]  
Таким образом, взаимосвязанное изучение информатики и математики позволяет познакомить школьников с элементами математической исследовательской деятельности и применить компьютер в качестве рабочего инструмента исследования. Такой подход в изучении способствует развитию творческой активности учащихся, дает возможность осуществить интеграцию учебной и организационной деятельности ученика и учителя, осуществить сочетание индивидуального подхода с различными формами коллективной учебной деятельности, учитывая уровневую дифференциацию.  
Применение информационных технологий позволяет изменить некоторые способы предоставления учебного материала, традиционно осуществляемого в учебном процессе, а так же применение новых информационных технологий  расширяет возможности контроля учебного процесса. [8, 42]  
Исходя, из выше сказанного можно сделать вывод, что нужно достаточно четко осознать ключевые преимущества мультимедиа и стремиться максимально, использовать именно их.