Информационные технологии как средство формирования пространственного воображения школьников при изучении курса стереометрии

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Педагогика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Информационные технологии как средство формирования пространственного воображения школьников при изучении курса стереометрии

Выпускная квалификационная работа

по специальности 50 201 «Математика»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВООБРАЖЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТЕРЕОМЕТРИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Анализ литературы по проблеме исследования

1.2 Психологические закономерности развития пространственного воображения

1.3 Особенности использования информационных технологий при изучении стереометрии

1.4 Методика обучения школьного курса геометрии с использованием информационных технологий

1.5 Формирование пространственного воображения учащихся в компьютерной предметной среде

Глава 2. ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВООБРАЖЕНИЯ

2.1 Констатирующий срез

2.2 Формирующий эксперимент

2.3 Контрольный срез

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Характерной чертой развития школьного образования является непрерывный поиск эффективных форм и методов обучения, путей совершенствования образовательного процесса в целом. Это связано с повышением требований, предъявляемых к выпускникам школ, способным грамотно и эффективно действовать в высокоразвитой информационной среде, умеющим адаптироваться при непрерывно изменяющихся условиях. Исходя из этого, возникает необходимость повышения качественного уровня обучения, совершенствования методик преподавания школьных дисциплин. Значительное место в системе формирования интеллектуальной и творческой личности школьника отводится изучению геометрии как дисциплины, обладающей огромным гуманитарным и мировоззренческим потенциалом. Она, как ни какая другая, развивает логическое мышление и пространственное воображение школьников, имеет большие возможности для показа силы научных методов в познании окружающего мира, выяснения процесса формирования понятий и путей возникновения, представляет важную составляющую математики и является одним из основных компонентов общечеловеческой культуры.

Для достижения высокого уровня геометрической подготовки учащихся необходимо обеспечить возможность приобретения ими глубоких фундаментальных знаний, развития пространственного воображения, стремления к самостоятельному изучению нового материала. Решению этой проблемы способствует внедрение в учебный процесс новых информационных технологий, являющихся эффективным средством управления познавательной деятельностью и формирования пространственных представлений учащихся.

Результаты вступительных экзаменов по математике в высшие учебные заведения показывают, что уровень геометрической подготовки школьников низкий, значительное число абитуриентов не справляются с решением геометрических задач. Данные наблюдения выявляют ряд существенных недостатков, к которым относятся: формализм в усвоении фундаментальных знаний, недостаточное развитие пространственного воображения и логического мышления, отсутствие целостного представления о сущности геометрических объектов, неумение применять имеющиеся знания в нестандартных ситуациях. Именно поэтому актуальной становится такая организация процесса обучения геометрии, при котором овладение знаниями происходит с использованием новых информационных технологий. При их использовании открываются огромные возможности изменения и совершенствования методики отбора необходимой теоретической и практической информации, которая способствует улучшению формирования пространственного представления школьников на уроках геометрии. Такой процесс обучения характеризуется индивидуальным и дифференцированным подходом, приводят к изменению содержания и характера деятельности между учителем и учеником.

Таким образом, мы пришли к следующим противоречиям между:

— развитием информационных технологий и недостаточностью методических решений по их использованию с целью формирования пространственного воображения школьников при обучении стереометрии в 10−11 классах;

— необходимостью формирования пространственных представлений при обучении стереометрии и невозможностью его осуществления без наличия определенных знаний и умений учащихся.

Указанные противоречия определяют проблему исследования: какова методика формирования пространственного воображения школьников 10−11-х классов с использованием информационных технологий.

Объект: процесс обучения геометрии учащихся старших классов общеобразовательной школы.

Предмет: методика формирования пространственного воображения школьников 10−11 классов в процессе преподавания стереометрии с использованием информационных технологий.

Цель исследования: разработать методику формирования пространственных представлений школьников 10−11 классов в процессе преподавания стереометрии с использованием информационных технологий.

Гипотеза исследования: процесс формирования пространственного воображения школьников 10−11 классов при обучении стереометрии будет наиболее эффективным при условии:

1. Применения информационных технологий на различных этапах урока геометрии (обучение, контроль, практические и лабораторные задания).

2. Использования в процессе обучения программного обеспечения, влияющего на развитие пространственных представлений школьников.

3. Разработки комплекса учебно-методических задач с компьютерной поддержкой, направленных на развитие пространственного воображения школьников.

Задачи:

1. Изучить степень разработанности изучаемой проблемы в психолого-педагогической, методической, учебной и специальной литературе.

2. Провести анализ современного состояния исследуемой проблемы в практике школьного геометрического образования.

3. Проанализировать структуру и содержание процесса обучения стереометрии.

4. На основе анализа выявить особенности организации деятельности школьников с использованием компьютерных программ.

5. Рассмотреть некоторые психолого-педагогические принципы развития пространственного воображения.

6. Определить способы и конкретные приемы активизации пространственного воображения на уроках математики у учащихся старших классов.

7. Обосновать влияние информационных технологий на развитие пространственных воображения школьников на уроках стереометрии.

8. Разработать комплекс специальных учебно-методических задач с компьютерной поддержкой, направленных на развитие пространственных представлений школьников.

9. Разработать дидактическую модель формирования

10. Провести опытно — экспериментальную работу, направленную на определение эффективности использования информационных технологий в формировании пространственного воображения школьников.

Методы:

1. Теоретический анализ педагогической, психологической, методической, учебной и специальной литературы по исследуемой проблеме.

2. Педагогическое наблюдение.

3. Обобщение педагогического опыта.

4. Опрос студентов и преподавателей.

5. Педагогический эксперимент и математические методы его обработки.

6. Анализ имеющихся программных продуктов в области геометрии.

7. Моделирование отдельных уроков.

Теоретико-методологической основой работы являются исследования в области:

— философии и методологии математического познания и математического образования; (К.А. Абульханова-Славская, Т. К. Ахаян, Ю. К. Бабанский, В. П. Беспалько, Г. А. Бордовский, А. А. Вербицкий, П. Я. Гальперин, В. В Давыдов, М. А. Данилов, И. К. Журавлев, Л. В. Занков, В. В. Краевский, B.C. Леднев, А. Н. Леонтьев, И. Я. Лернер, С. Пейперт, Ж. Пиаже, П. И. Пидкасистый, М. Н. Скаткин, Ю. Ф. Фоминых, В. А. Якунин и другие);

— создания и использования средств обучения и учебно-материальной базы (Л.С. Зазнобина, B.C. Леднев, А. А. Макареня, Т. С. Назарова, Е. С. Полат, Л. П. Пресман, Н. А. Пугал, И. В. Роберт, Н. Н. Суртаева, С. Г. Шаповаленко и другие);

— теории методологии и практики информатизации образования (Н.В. Апатова, А. Борк, Ю. С. Барановский, Я. А. Ваграменко, А. П. Ершов, В. А. Извозчиков, К. К. Колин, А. А. Кузнецов, В. В. Лаптев, М. П. Лапчик, Н. И. Пак, В. Г. Разумовский, И. В. Роберт, И. А. Румянцев и другие);

— теории и методики обучения математике (И.К. Андронов, В. В Афанасьева, И. И. Баврин, Н. Я. Виленкин, Г. Д. Глейзер, В. А. Гусев, Г. В. Дорофеев, Ю.М. Коля-гин, Г. Л. Луканкин, В. Л. Матросов, А. Г. Мордкович, Е. С. Петрова, Г. И. Саранцев, И. М. Смирнова, А. А. Столяр, Л. М. Фридман, Г. Г. Хамов, Р. С. Черкасов, И. Ф. Шарыгин, СИ. Шварцбурд, Л. В. Шкерина, И. С. Якиманская и другие).

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Представлены сущность и характеристика пространственного воображения, выделены его критерии (владение мыслительными операциями: анализ, синтез, сравнение, обобщение, абстрагирование и т. д.; сформированность ниже перечисленных умений) и показатели (глубина, широта, гибкость, устойчивость, полнота, динамичность и целенаправленность).

2. Разработана и теоретически обоснована дидактическая модель формирования пространственного воображения школьников при изучении курса стереометрии с использованием информационных технологий.

3. Разработана методика использования компьютерных обучающих программ при изучении курса стереометрии в 10−11 классах общеобразовательной школы.

Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что для учащихся 10−11 классов:

ь внедрена дидактическая модель формирования пространственных представлений школьников при проведении уроков по геометрии;

ь созданы и апробированы методические разработки по темам «Цилиндр», «Конус» и «Сфера и шар» для учителей и школьников.

Результаты исследования могут быть использованы при формировании пространственного воображения школьников в процессе изучения других разделов геометрии, а также смежных естественнонаучных дисциплин.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

1. Проведен педагогический анализ геометрической подготовки учащихся старших классов общеобразовательных школ в условиях информатизации общества, в результате которого выявлены причины, препятствующие эффективному развитию пространственного воображения школьников с использованием информационных технологий в процессе обучения геометрии;

2. Выделены дидактические требования к использованию информационных технологий как средства формирования пространственного воображения при изучении школьного курса стереометрии;

3. Разработана методика использования формирования пространственного воображения школьников при изучении стереометрии с использованием информационных технологий.

Структура ВКР, определенная логикой, последовательностью решения задач исследования, состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы, содержащего 59 наименований, трех приложений.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВООБРАЖЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТЕРЕОМЕТРИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Анализ литературы по проблеме исследования

Как процесс репродуктивный, процесс, в результате которого не возникает ничего принципиально нового, а происходит лишь перекомбинация исходных элементов, рассматривали мышление ассоцианисты (А. Бен, Д. Гартли). В настоящее время этот подход нашел свое выражение в бихевиоризме (А. Вейс, Б. Скиннер).

В трудах советских психологов продуктивность выступает как наиболее характерная, специфическая черта мышления, отличающая его от других психических процессов, и в то же время рассматривается противоречивая связь её с репродукцией.

Среди работ, посвященных вопросам развития пространственного мышления при обучении математике, следует отметить работы В. А. Крутецкого, Д. Пойа, Л. М. Фридмана, Е. Н. Турецкого Б. Г. Ананьева, П. Я. Гальперина, А. В. Запорожеца, А. Н. Леонтьева, Н. А. Менчинской и многих других. Большое внимание проблеме развития пространственного мышления учащихся при обучении математике и другим предметам уделялось в исследованиях по методике математики 1950−70-х годов (Н.Ф. Четверухин, А. И. Фетисов, Г. Г. Маслова, А. М. Лоповок, X.Б. Абугова, Р. С. Черкасов и др.). Каждый из исследователей предлагал свой, новый, взгляд на рассматриваемую проблему, тем самым, расширяя и углубляя её. Результаты исследований были внедрены в педагогическую практику и успешно использовались учителями. Однако усиление логической составляющей курса геометрии, стремление построить курс на строго дедуктивной основе привело к тому, что проблема развития пространственного мышления отошла на дальний план, что отрицательно сказалось на результатах обучения геометрии и, в первую очередь, стереометрии.

Различные аспекты компьютеризации в сфере образования изучены в работах И. Н. Антипова, Г. А. Борцовского, Я. А. Ваграменко, Д. Х. Джонассена, А. П. Ершова, И. Г. Захаровой, М. П. Лапчика, Е. И. Машбица, Н. Ю. Талызиной и других. Проблема применения информационных технологий в преподавании геометрии в средней и высшей школах посвящены публикации Ю. С. Брановского, В. А. Далингера, Ю. А. Дробышева, А. И. Азевича, Т. А. Матвеевой, И. В. Роберт, М. А. Никифоровой и других. Основное внимание в этих исследованиях уделяется не только вопросам создания программно — педагогических средств, условиям их применения, но и разработке соответствующих компьютерно — ориентированных методик изучения отдельных тем, разделов школьного курса геометрии. В силу ряда обстоятельств особое значение информационные технологии приобретают в процессе развития пространственных представлений школьников. Существует два основных мотива их использования. Первый связан с широким применением информационных методов в геометрической науке; второй — с повышением качества усвоения учебного материала.

Проблеме использования компьютерных математических систем в процессе обучения математике учащихся и студентов в средней и высших школах посвящены публикации И. Н Антипова, Е. В. Ашкинузе, Г. А Бордовского, Ю. С. Брановского, Б. Б. Беседина, Г. Д. Глейзер, Ю.Г. Гу-зуна, В. А. Далингера, Ю. А. Дробышева, И. В. Дробыше-вой, А. П. Ершова, С. А. Жданова, В. А. Извозчикова, А. А Кузнецова, Э. И. Кузнецова, М. П Лапчик, В. М. Монахова, М. Н. Марюкова, И. В. Роберт, А. В. Якубова и других.

Анализируя отечественный и зарубежный опыт использования информационных технологий в качестве средства обучения и формирования пространственных представлений школьников при изучении геометрии, можно сделать вывод о том, что по этой проблеме накоплен определенный опыт; получены глубокие результаты, имеющие теоретическое и практическое значение. Исследование проблем компьютерной поддержки преподавания математических дисциплин в средней и высшей школах в последнее время ведется особенно интенсивно. Исследования ведутся в различных направлениях. Им посвящены публикации Е. В. Ашкинузе, Б. Б. Беседина, Ю. С. Брановского, Ю. Г. Гузуна, В. А. Далингера, Ю. А. Дробышева, И. В. Дробышевой, В. Л. Матросов, М. Н. Марюкова, И. В. Роберт, А. В. Якубова и других. Основное внимание в этих исследованиях уделяется не только вопросам создания программно-педагогических средств учебного назначения с методикой их применения, но и разработке соответствующих компьютерно — ориентированных методик изучения отдельных тем и разделов школьного и вузовского курсов математики. Анализ этих исследований позволяет сделать вывод о том, что использование информационных технологий в математических курсах имеет большие возможности. Многое, что сделано в этой области, заслуживает внимания, преобладает много положительного.

1.2 Психологические закономерности развития пространственного воображения

Пространственное воображение — вид умственной деятельности, обеспечивающей создание пространственных образов и оперирование ими в процессе решения различных практических и теоретических задач. Пространственное воображение есть такое психологическое образование, которое формируется в различных видах деятельности (практической и теоретической). Для его развития большое значение имеют продуктивные формы деятельности: конструирование, изобразительное (графическое). В ходе овладения ими, целенаправленно формируются умения представлять в пространстве результаты своих действий и воплощать их в рисунке, чертеже, постройке, поделке. Мысленно видоизменять их и создавать на этой основе новые, в соответствии с созданным образом, планировать результаты своего труда, а также основные этапы его осуществления, учитывая не только временную, но и пространственную последовательность их выполнения [12, 22].

Пространственное воображение в своей развитой форме оперирует образами, содержанием которых является воспроизведение и преобразование пространственных свойств и отношений объектов: их формы, величины, взаимного положения частей. Оперирование пространственными образами в видимом или воображаемом пространстве, является содержанием пространственного воображения. Выделение пространственных зависимостей из объекта восприятия часто затруднено ввиду сложности его конструкции. Многие особенности (например, внутреннее строение) скрыты от непосредственного наблюдения. Поэтому выделять пространственные зависимости, присущие объекту, нередко приходится опосредствованно, через сравнение, сопоставление различных частей и элементов конструкции. Общее, что характеризует любой пространственный образ — это отражение в нём объективных законов пространства. Пространственные свойства и отношения неотделимы от конкретных вещей и предметов — их носителей, но наиболее отчётливо они выступают в геометрических объектах (объёмных телах, плоскостных моделях, чертежах, схемах и т. п.), которые являются своеобразными абстракциями от реальных предметов. Не случайно, поэтому геометрические объекты (их различные сочетания) служат тем основным материалом, на котором создаются пространственные образы и происходит оперирование ими [24, 26].

В современной психологии понятие пространственных представлений связывается с понятием образа объекта или явления, который возникает в результате восприятия. При этом большое внимание уделяется зрительным образам, так как их информационная ёмкость особенно велика. Они позволяют мгновенно схватывать отношения между реальной и представляемой ситуацией. Пространственные представления являются целостными субъективными образами пространственных объектов или явлений, которые отражены и закреплены в памяти на основе восприятия наглядного материала в процессе деятельности. Тогда формирование и развитие пространственных представлений можно рассматривать как процесс создания образов и оперирование ими.

Такой взгляд на пространственные представления был взят за основу многими учёными-методистами [8, 32, 59 и др.] при разработке методики формирования и развития пространственных представлений учащихся. Под пространственными представлениями они чаще всего понимают образ той или иной пространственной (геометрической) фигуры, отношения между ее элементами. Процесс формирования и развития пространственных представлений характеризуется умением мысленно конструировать пространственные образы или схематические конфигурации и изучаемых объектов и выполнять над ними мыслительные операции, соответствующие тем, которые должны быть выполнены над самими объектами.

Познавательная природа представлений раскрывается в том, что они являются промежуточным звеном при переходе от ощущения к мысли. Ясные и отчётливые представления о геометрических объектах, последовательно образованные в сознании обучаемых, являются прочной основой для усвоения научных знаний. Представление, как важный элемент познания, призвано связывать образы предметов и явлений со смыслом и содержанием понятия о них. Но, в свою очередь, формирование представлений требует овладения понятием, поскольку понятие определяет содержание образа. Пространственные представления по отношению к мышлению являются исходной базой, условием развития, но, в то же время, и формирование представлений требует предварительного овладения понятиями и фактами. Можно сказать, что процесс формирования пространственных представлений о геометрических объектах проходит на основе знаний о них [59].

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что содержание пространственных представлений следует рассматривать как образ отраженного объекта или явления, в совокупности со знаниями об объекте, извлеченные в процессе его восприятия. Это результат пространственного воображения, которое сочетает в себе взаимосвязанные компоненты (пространственный и логический) мышления.

Итак, под пространственным представлением, формируемым в процессе обучения геометрии, будем понимать обобщенный образ геометрического объекта, складывающийся в результате переработки (анализа) информации о нем, поступающей через органы чувств.

Научное наследие выдающегося швейцарского ученого Ж. Пиаже уже не одно десятилетие вызывает интерес психологов всего мира. Его исследования, «посвященные развитию детского познания — восприятия и особенно мышления, — составляют, — по утверждению П. Я. Гальперина и Д. Б. Эльконина, — одно из самых значительных, если не самое значительное явление современной зарубежной психологии» [13, 596].

Признавая используемый Ж. Пиаже формально-логический подход в качестве возможного описания закономерностей развития мышления ребенка, многие отечественные и зарубежные ученые все же отмечают его ограниченность и пытаются рассмотреть ментальную деятельность как некую новую психическую реальность, образующуюся на определенных этапах развития (П.Я. Гальперин, В. В. Давыдов, Л. Ф. Обухова, Д. Б. Эльконин, М. Доналдсон, Р.В. Конелэнд). В частности, пытаясь объяснить психические механизмы, лежащие в основе знаменитых феноменов Ж. Пиаже, П. Я. Гальперин и Д. Б. Эльконин высказали гипотезу о том, что их причина лежит в отсутствии четкой последовательной дифференциации некоторых объективных характеристик предметов, таких как длина, форма, вес и т. д.

Следующий продуктивный шаг в этом направлении был сделан Н. И. Чуприковой [55, 56]. Ей удалось связать указанную гипотезу П. Я. Гальперина и Д. Б. Эльконина с исследованиями, утверждавшими, что, во-первых, дифференциация познавательных структур и процессов составляет релевантный компонент интеллектуального развития (Х. Вернер, Х.А. Уиткин) и, во-вторых, что способность ребенка дифференцировать различные признаки и отношения предметов есть стержневая линия при переходе от непосредственного чувственного познания к абстрактному мышлению (Г. Гегель, И. М. Сеченов, Дж. Миллер, Н.И. Чуприкова). Опираясь на эти и ряд других результатов теоретических и экспериментальных работ, Н. И. Чуприкова поставила задачу обосновать связь феноменов несохранения Ж. Пиаже с недостаточной дифференцированностью отражения различных свойств объектов. В процессе ее решения автором была выдвинута и подтверждена гипотеза, согласно которой за весьма разными, на первый взгляд, приемами формирования у детей, обладающих соответствующими возможностями, способности решать задачи на сохранение всегда лежит процесс выработки дифференцированного отражения различных свойств объектов [55, 56].

Согласно фактам, описанных Ж. Пиаже [43], С. Л. Рубинштейном [46], Н. Н. Поддьяковым [44], Ф. Н. Шемякиным [58], серии экспериментов, проведенных И. С. Якиманской [59] и под ее руководством [10] ребенок выделяет в окружающих его предметах пространственные характеристики дифференцированно.

Овладение ребенком математическими понятиями, а стало быть, и выделение им геометрических характеристик в окружающем пространстве идет путем дифференциации различных свойств двух и трехмерных объектов по их многочисленным признакам.

Применительно к познанию и овладению ребенком пространством Ж. Пиаже выделяет такие «качественные операции, структурирующие пространство; порядок пространственной преемственности и включение интервалов или расстояний; сохранение длины, поверхностей и т. п.; выработка системы координат, перспективы и сечения и т. д.» [42, c. 199]. К 15 годам человек уже обладает всеми выделенными Ж. Пиаже феноменами, и процесс дифференциации, как и развития, по мнению ученого, заканчивается.

Довольно полную и обширную феноменологию пространственного мышления удалось получить И. С. Якиманской и в исследованиях, выполненных под ее руководством. И. С. Якиманская и ее сотрудники выявили массу индивидуальных особенностей, описали множество различных признаков и характеристик процесса оперирования пространственными объектами. В частности, они обнаружили присущие отдельным испытуемым три типа оперирования пространственными образами. Их содержание отражено в разных видах задач, требующих: изменения пространственного положения созданного образа (I тип); изменения структуры созданного образа (II тип); длительного и неоднократного изменения и пространственного положения, и структуры (III тип) [10]. Однако в этих работах исследования были акцентированы на выявлении феноменов процесса оперирования пространственными образами и проблемах их формирования. Задача описания психологических механизмов развития этих особенностей и процессов создания образов и ориентации в пространстве посредством дифференциации и интеграции подструктур пространственного воображения не ставилась [10, 42].

Базисными для пространственного воображения являются основные подструктуры: топологическая, проективная, порядковая, метрическая и алгебраическая. С помощью первой из указанных подструктур — топологической — человек выделяет и оперирует такими гомеоморфными пространственными характеристиками, как непрерывность, компактность, связность, замкнутость образа. Проективная подструктура детерминирована феноменом толерантности (отношения сходства) и позволяет индивиду распознавать, представлять, оперировать и ориентироваться среди пространственных объектов или их графических изображений с любой точки отсчета; устанавливать сходство (соответствие) между пространственным объектом и его различными проекциями (параллельной, ортогональной, центральной) и т. д. При этом принципиальным является умение устанавливать соответствие не между различными проекциями одного объекта, а между объектом и его проекциями. Опираясь на порядковую подструктуру пространственного воображения, человеку удается вычленять свойства квазипорядка, линейного или частичного упорядочивания множества различных пространственных объектов, устанавливать отношения иерархии по различным основаниям: ближе — дальше, больше — меньше, ниже — выше, направо — налево и т. д. Метрическая подструктура акцентирует внимание на количественных преобразованиях и позволяет определять числовые значения и величины длин, углов, расстояний. Наконец, с помощью алгебраической подструктуры удается соблюдать законы композиции, устанавливать обратимость пространственных преобразований, «свертывать» их, заменять несколько операций одной [10, 26, 27].

Наряду с этими пятью базисными феноменами пространственного воображения выделяются четыре уровня развития пространственного воображения.

Так, овладение окружающим пространством на ментальном уровне проявляется у ребенка старше трех лет в вычленении топологических характеристик объектов. Оно выражается в рисовании на бумаге, песке, реализации в движении «бесконечных» непрерывных связных линий. Одним из любимых занятий становится хождение по лабиринтам, которыми изобилует литература, адресованная дошкольнику. Здесь он с огромным удовольствием сначала графически, а затем и в воображении отыскивает непрерывный, компактный, связный путь движения.

Далее ребенок начинает дифференцировать окружающее пространство, не только отражая топологические характеристики (непрерывность, компактность, замкнутость и т. д.), но и вычленяя толерантность пространственных объектов, их изображений. Это проявляется в быстром и легком установлении соответствия между похожими предметами, сходными изображениями, предметами и их изображениями, выполненными в различных проекциях и ракурсах. Наличие этого умения свидетельствует о появлении у него проективной подструктуры [10, 25, 27].

Дифференциация пространственного воображения у различных индивидов определяется уровнем развития этого ментального процесса. Как оказалось, у людей с I уровнем развития в пространственном воображении существует лишь одна слаборазвитая подструктура, которую, тем не менее, можно считать доминирующей уже в силу того, что остальные отсутствуют. Это проявляется в том, что в окружающей реальной или воображаемой ситуации они не замечают или с большим трудом вычленяют и отделяют одни свойства и отношения объектов (например, топологические) от других (например, метрических) даже при явной необходимости этого.

II уровень характеризуется тем, что в пространственном воображении наряду с доминирующей существуют и другие (может быть, и все) подструктуры, но выражены они все еще слабо.

Более высоким является III уровень развития данного вида воображения, когда сформированы все подструктуры, но у каждого человека имеется наиболее ярко выраженная — ведущая, которая единственно устойчива и индивидуальна. Характерной чертой внешнего поведения этих индивидов является их постоянное стремление к дифференциации и вычленению в реальной или воображаемой ситуации и у объектов, прежде всего тех свойств и отношений, которые соответствуют своей ведущей подструктуре. Вместе с тем эти испытуемые способны вычленять и оперировать и иными отношениями (топологическими, порядковыми и т. д.), но это происходит лишь при явном требовании [10, 27].

Например, при описании своей комнаты испытуемые с I уровнем развития пространственного воображения хаотично фиксируют имеющиеся в ней предметы. А на вопрос «Как пройти к определенному объекту?» — бессистемно называют некоторые (и релевантные, и нерелевантные) ориентиры. Создать по их рассказу представление о комнате или пути движения очень сложно. Испытуемые со II уровнем проводят описание в рамках одной своей ведущей подструктуры. В случае метрического кластера оно звучит примерно так: «Комната 26 м2, в ней четыре окна, две кровати, одна тумбочка», или «Пройдете по этой улице 200 м до колонки, затем еще метров 45 и увидите примерно в полукилометре белое здание с тремя огромными витринами». Испытуемые с III уровнем развития пространственного воображения по требованию могут последовательно описать предметы в комнате или объекты, встречающиеся по пути, указать порядок расположения или движения («над кроватью», «повернете налево»), проецировать ситуацию с различных точек отсчета — от себя, от объекта, от экспериментатора («если смотреть от двери», «прямо от вас»). Однако при этом явно доминируют отношения, гомоморфные ведущей подструктуре. В случае метрики — числа и величины в метрах, углах, единицах времени: «Минут через 10 Ваша дорожка повернет примерно на 30°, и в ста метрах будет вокзал», или «Повернете направо, затем налево и резко направо» — при ведущей порядковой подструктуре, и т. д.

Достижением III уровня развития пространственного воображения процесс дифференциации пространственного мышления не заканчивается. Далее он идет в рамках отдельных подструктур, определяя тем самым уровень их развития, что непосредственно влияет и на формирование этого ментального процесса в целом. Например, конкретное оперирование пространственными образами (выполнение мысленных поворотов, симметричных отображений и т. д.) может осуществляться различным образом, по разным типам.

1.3 Особенности использования информационных технологий при изучении стереометрии

Применение компьютерных технологий в преподавании математики волнует сейчас многих учителей. Несмотря на разворачивающийся в последние годы «компьютерный бум», перед нами открываются как перспективы при применении компьютерных технологий, так и трудности связанные с этим вопросом. Трудности, связанные с техническим обеспечением, методическим оснащением, а так же с делением класса на группы, так как классы состоят из 25−30 человек, а в компьютерных классах в основном размещено 12−13 компьютеров. Для этого необходимо удобное расписание, что не всегда возможно. Необходимы обученные учительские кадры, которые свободно владеют общими навыками работы за компьютером.

Рассмотрим пять основных дидактических функций компьютера в преподавании математики [7].

1. Выполнение упражнений, когда учащимся предлагаются ранжированные по трудности задания.

2. Электронная доска, использование мультимедиа — проектора на уроках математики.

3. Моделирование.

4. Исследование, когда из числа предлагаемых вариантов ученик выбирает, аргументируя, собственное решение.

5. Математические расчеты в курсах других дисциплин.

Конечно, выполнение всех этих функций предполагает большой труд, как учителей, так и инженеров-программистов.

Ученые говорят об «информационных технологиях» как об инструментарии «информатики». Рассмотрим что такое информатика и информационные технологии.

Информатика - наука, изучающая информацию, информационные процессы в природе, обществе, технике, формализацию и моделирование как методы познания, способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств — компьютеров и многое другое [49, 52].

Информационные технологии - это совокупность методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения обработки и распространения информации [48, 52].

Часто информационные технологии называют компьютерными технологиями или прикладной математикой. Фундаментальная наука информатика связана с математикой — через теорию математического моделирования, дискретную математику, математическую логику и теорию алгоритмов. Наряду с фундаментальными науками существуют прикладные науки: вычислительная математика, технология, прикладная математика и пр. Обучающие программы реализуют одно из наиболее перспективных применений новых информационных технологий в преподавании и изучении предмета «Математика», позволяют давать такие наиважнейшие понятия курса математики на более высоком уровне, обеспечивающем качественные преимущества по сравнению с традиционными методами.

Использование компьютера на уроках математики способствует активной деятельности учащихся. Внутренняя формализованность работы компьютера, строгость в соблюдении «правил игры» с принципиальной познаваемостью этих правил способствует большей осознанности учебного процесса, повышают его интеллектуальный и логический уровень. Компьютер является как помощником, так и контролером на стадии тренировочных упражнений. Огромное разнообразие ролей компьютера в учебном процессе в своей основе является сочетанием трех главных функций: компьютер как орудие, компьютер как партнер, компьютер как источник формирования обстановки. Он помогает в значительной степени учителю при проведении урока, делая его отношения с учениками более человечными [49].

Во-первых, компьютер замыкает на себя большую часть контрольных функций и реакций на ошибки ученика. Ошибки, беспощадно фиксируемые компьютером, оказываются в значительной степени частным делом школьника. Учитель освобождается от необходимости выявлять слабые стороны в знаниях учащихся, его отношение к детям становятся более позитивными.

Во-вторых, компьютер, вступая с учеником в партнерские отношения, освобождает учителя от необходимости поддерживать темп и тонус деятельности каждого обучаемого. Благодаря этому учитель получает больше возможностей видеть обстановку в классе в целом или уделять внимание отдельному ученику.

Все это реализуется только в тех случаях, когда урок хорошо оснащен технически и методически обеспечен и сам учитель не принужденно и свободно владеет общими навыками работы за компьютером. Использование новых технологий дает возможность учителю вносить в учебный процесс новые разнообразные формы и методы, что делает урок более интересным. Однако чтобы подготовить урок с использованием компьютерных технологий, затрачивается много сил и времени для этого.

Компьютер расширяет возможности решения сложных стереометрических задач. Он позволяет такого типа задачи сделать наглядно обозримыми, помогает развитию пространственного воображения.

Одной из основных проблем при изучении геометрии в школе является проблема наглядности, связанная с тем, что изображения даже простейших геометрических фигур, выполненные в тетрадях или на доске, как правило, содержат большие погрешности. Современные компьютерные технологии позволяют решить эту проблему. Стереометрия — это одна из немногих, если не единственная область школьной математики, в отношении которой не приходится агитировать за информационные технологии. Современная трехмерная графика позволяет создавать модели сложных геометрических тел и их комбинаций, вращать их на экране, менять освещенность. Поэтому полный интерактивный курс стереометрии, предложенный компанией «Физикон», призван помочь учителю более успешно справиться с решением стоящих перед ним задач, а его использование на уроках геометрии в 10−11 классах сделает доступным сложный учебный материал более широкому кругу учащихся [23, 25].

Приступая в 10 классе к изучению нового раздела геометрии — стереометрии, учащиеся, имевшие дело в 7−9 классах с геометрией на плоскости, испытывают серьезные затруднения при переходе из плоскости в пространство, хотя, казалось бы, новый предмет можно начать «с чистого листа». «Лишнее» измерение создает особенные сложности в начале изучения стереометрии, когда учащиеся сталкиваются с необходимостью представить себе столь абстрактные понятия, как бесконечно протяженные прямая и плоскость в пространстве, которым посвящено большинство теорем и задач курса 10 класса.

Второе затрудняющее школьников обстоятельство — как подойти к доказательству теоремы или решению зачастую весьма абстрактной задачи. А проблема учителей — как научить школьников находить нужный подход. Большинству школьников требуется помощь в развитии умения представлять и изображать стандартные стереометрические конфигурации; их приходится как-то обучать геометрическому видению — пониманию теорем и условий задач, сформулированных словесно.

Одним из условий успешного изучения учащимися начал стереометрии является наличие у них развитых пространственных представлений. Под пространственными представлениями понимают умственную деятельность по созданию образов и оперированию ими. Психолого-педагогические исследования пространственных представлений у школьников показывают, что у учащихся 10-х классов оно развито намного слабее, чем у учащихся 7-х классов [8, 10, 59].

Использование при изучении стереометрии вещественных моделей для показа взаимного расположения прямых и плоскостей в пространстве необходимо, но недостаточно. Во-первых, не всегда просто показать расположение объектов внутри геометрических тел; во-вторых, невозможно проследить динамику построений; в-третьих, переход от вещественной пространственной модели к ее изображению на плоском чертеже затруднен для учащихся. Справиться с этими сложностями позволяют прикладные компьютерные программы, строящие трехмерные изображения. Одним из таких инструментальных программных средств может служить графический редактор TRUE SPACE 2. 0, разработанный в 1995 г. фирмой COLIYARI CORPORATION [1, 36, 40].

Этот редактор позволяет создавать трехмерные изображения произвольной формы методом модификации готовых примитивов. Библиотека примитивов содержит графические образы прямой, плоскости, куба, цилиндра, конуса, сферы, тора. TRUE SPACE 2.0 обладает хорошим качеством изображения пространственных фигур. Редактор дает возможность строить прозрачные объекты, окрашивать определенным цветом их отдельные части или в целом, создавать сочетание различных объектов и новые изображения, рассматривать трехмерные изображения, с различных сторон производя и не производя их перемещения, исключить искажение, которое неизбежно появляется при их проектировании на плоскость. Все это позволяет учителю создать систему задач на развитие пространственных представлений учащихся.

Работа с TRUE SPACE 2. 0 не требует специальной профессиональной подготовки учителя как программиста, достаточно навыков пользователя, так как программа имеет хорошее меню в картинках, а выбор нужной процедуры осуществляется с помощью мыши. Учитель, в зависимости от цели урока может подготовить демонстрационный компьютерный фильм с помощью задания траектории движения пространственного объекта, изменения его формы или построения дополнительных объектов, их закраски и т. п. Построив трехмерное изображение в TRUE SPACE 2. 0, можно сохранить его в файле и получить его фотографическую копию на плоскости, распечатав из любого двумерного графического редактора. Использование этих копий поможет учителю научить учащихся правильно строить плоские изображения пространственных фигур, проиллюстрировать на них требования, предъявляемые к изображениям (наглядность, правильность, простота). Таким образом, использование инструментального программного средства TRUE SPACE 2.0 способствует достижению целей обучения учащихся первым разделам стереометрии.

Элементы компьютерной среды.

Графический редактор «Paint» входит в стандартный комплект программных средств компьютера. Он служит для создания, просмотра и редактирования графических изображений. Созданное изображение может быть распечатано на принтере или записано в виде файла для его дальнейшего использования.

Графический редактор «Adobe Illustrator» является более мощным средством для создания и обработки рисунков, он имеет дело с так называемым векторным изображением

С помощью редактора электронных таблиц Microsoft Excel можно строить графики функций и выполнять несложные вычисления.

Программа 3D See Builder поможет выполнить задачи на построение сечений.

school. еdu. ru. — Российский образовательный портал

zadachi. mccme. ru — информационно- поисковая система < Задачи>

matematica. agava. ru — сайт разнообразных математических задач с решениями для поступающих в вузы.

school. msu. ru — учебно-консультационный сайт для учащихся и преподавателей средних школ.

Мультимедийные учебные пособия: «Алгебра не для отличников», «Геометрия не для отличников», «Тригонометрия не для отличников», «Teach Pro Математика. Решение уравнений и неравенств», «Teach Pro Математика. Тригонометрия. Функция», Л. Боревский «Курс математики 2000», «Математика абитуриенту», «Все задачи школьной математики. Алгебра 7−9, Алгебра и начала анализа 10−11, итоговая аттестация выпускников», «Открытая математика. Планиметрия», «Открытая математика. Стереометрия», «Открытая математика. Функции и графики» 2004 г.

1.4 Методика обучения школьного курса геометрии с использованием информационных технологий

В настоящее время школьное математическое образование, как всё народное образование, реформируется. Наблюдается резкое сокращение количества часов, отводимых на математические дисциплины. Существуют проблемы и при изучении стереометрии. Формальные знания по этому разделу школьной математики обнаруживаются у большинства абитуриентов. В связи с этим выявляется не только недостаточно сформированное пространственное представление учащихся, но и отсутствие умения выполнять проекционный чертёж и оперировать данными на нем [7, 17, 23, 49].

Создание условий использования информационных технологий имело своей целью увеличить эффективность развития пространственного мышления учащихся подросткового возраста.

Рассмотрим возможные способы применения информационных технологий в процессе обучения стереометрии.

1. Индивидуальное использование информационных технологий каждым из учащихся на уроке.

Такой способ применения информационных технологий предполагает проведения урока в оборудованном компьютерном классе, в котором предусмотрена возможность работы учащихся, как за компьютерами, так и без них. Т. е. тип расстановки компьютеров по периметру класса, а в центре установлены парты для письменной работы учеников.

Мы предлагаем этапы мотивационный и ориентировочный объединить в один — этап использования информационных технологий.

Структура урока будет выглядеть следующим образом:

1. Организационный этап

2. Этап использования информационных технологий

3. Подготовительный этап

4. Мотивационно — ориентировочный этап

5. Этап решения задач

6. Этап разъяснения домашнего задания

7. Подведение итогов.

Подготовительный этап.

Цель: актуализировать знания и умения необходимые для изучения нового материала.

На данном этапе эффектность мультимедийного сопровождения не сравнима с классическими приемами актуализации знаний. Приоритет мультимедийного сопровождения заключается в том что, воздействуя на все три канала восприятия, происходит активизация всех трех видов памяти: слуховой, зрительной и кинестетической. Активизация всех трех видов памяти в сумме дает более высокую эффективность актуализации знаний и умений. Кроме того, достаточно высокий темп актуализации знаний посредством мультимедийного сопровождения, дает возможность шире хватить знания и умения необходимые для урока. Так на пример при изучении темы «Горизонтальные, вертикальные и наклонный плоские поверхности», для успешного усвоения нового материала, на подготовительном этапе необходимо повторить тему «Горизонтальные, вертикальные отрезки и прямые».

Мотивационно-ориентировочный этап

Объединение мотивационного и ориентировочного этапов связано с тем, что мотивация происходит на всем этапе использования мультимедийного сопровождения. Непроизвольный интерес поддерживает анимация примеров и продуманное использование в мультимедийном сопровождении развивающего пользователя.

Пример урока

Тема: «Горизонтальные вертикальные, наклонные плоские поверхности».

Цели:

1) Образовательная: Определить способ построения плоской вертикальной поверхности.

2) Развивающая: Сформировать представление о горизонтально, вертикально и наклонно расположенных плоских поверхностях.

3) Воспитательная: Формирование ситуативного интереса к изучению геометрии за счет использование мультимедийного сопровождения на уроке.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: модели куба, демонстрационные модели фигур.

Ход урока.

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

I. Организационный этап.

II. Этап работы с мультимедийным сопровождением.

1) Подготовительный этап.

Сегодня мы поговорим о расположении поверхностей в пространстве. Для начала вспомним, как могут располагаться отрезки и прямые в пространстве.

Ребята откройте программу и выберите тему «Горизонтальные, вертикальные отрезки и прямые. Взаимно — перпендикулярные прямые»

«Назовите на рисунке вертикально расположенные ребра куба «

«Покажите на рисунке горизонтально расположенные ребра куба «

«Назовите ребра взаимно перпендикулярные ребра для ребра ВМ расположенные ребра куба «

2) Ориентировочный этап

«Ребята откройте программу и выберите тему «Горизонтальные вертикальные, наклонные плоские поверхности. Посмотрим, что знает об этом Пушарик?»

«Расскажите, что вы узнали от Пушарика о расположении поверхностей?»

III. Этап решения задач

Покажите, горизонтально, вертикально, наклонно расположенные грани куба.

Можно ли продемонстрировать наклонные плоские поверхности на кубе?

Найдите вокруг себя горизонтально, вертикально, наклонно расположенные плоские поверхности.

Расскажите о гранях этой фигуры.

Расскажите о гранях этой фигуры.

Как вы знаете, представление о вертикальных отрезках может дать отвес. А какой бы способ вы предложили строителям, которые хотят выложит из кирпичей вертикальную плоскую стену дома?

«Достаточно ли использовать только отвес? Не выложат ли строители круглую вертикальную башню, используя отвес».

«Вывод: для построения плоской вертикальной стены необходимо использовать горизонтально натянутую нить, вдоль которой перемещается отвес»

«Положите карандаш на стол. Как он расположен?

Поверните карандаш по часовой стрелке. Изменилось его расположение?"

«Вывод: Любая прямая линия, расположенная на горизонтальной поверхности, является горизонтальной. Любой отрезок, расположенный на горизонтальной поверхности, является горизонтальным».

«Представьте, что карандаш закрепили на вертикальной поверхности можно ли сказать, что карандаш тоже расположен вертикально?»

«А если карандаш закрепить на наклонной поверхности может ли он быть вертикально расположен?»

«Представьте, что вы один раз обходите башню с часами, имеющую форму куба. Укажите те три изображения башни, которые вы могли бы наблюдать при обходе её с постоянной скоростью. За какое время вы обойдёте башню, если соответствующие изображения какой-либо стены башни зафиксированы в те моменты, когда вы находитесь на одном и том же расстоянии от последнего угла башни. Ответ обоснуйте, описав или изобразив четыре боковые стены башни с часами».

IV. Этап разъяснения домашнего задания

1) Нарисуйте изображения объектов, в которых есть горизонтальные, вертикальные и наклонные плоские поверхности. Отметьте их.

2)Сконструируйте (можно из пластилина, палочек, кусочков картона) сооружение, в котором есть взаимно плоские перпендикулярные поверхности.

V. Подведение итогов

«Сегодня мы узнали, какие плоские поверхности называются горизонтально расположенными, какие вертикально расположенными. Научились определять, как расположена плоская поверхность. Узнали что любой отрезок или прямая, расположенный на плоской горизонтальной поверхности, тоже горизонтально расположен».

Работают с программой

AT, CE, DK, BM

AC, CD, DB, AB

AB, BD, TM, MK

(AC, CD, TE, EK)

Находят, показывают поверхности

Работают с программой

«Рассказывают»

«Показывают»

«Если наклонить, то да»

«Приводят примеры»

«А, О — наклонно расположенные плоские поверхности»

«Г — вертикально расположенные плоские поверхности»

«Б, В — горизонтально расположенная плоская поверхность»

«АБЖЗ — горизонтально расположенная плоская поверхность»

«МТЗА, ЖБВЕ — наклонно расположенные плоские поверхности»

«КТЗЖЕД, ЕВГД — вертикально расположенные плоские поверхности»

Выдвигают предложения

«Нужно передвигать отвес вдоль горизонтального отрезка»

«горизонтально»

«нет»

«нет»

«да»

Выполняют задание.

2. Использование информационных технологий на уроке в качестве презентации.

Данный способ предполагает оборудование учебного класса компьютером и мультимедийным проектором. Это способ рекомендуется применять в случаях, когда не возможности индивидуального использования мультимедийного сопровождения каждым из учащихся на уроке.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой