Advantages of using interactive board at the classes of Higher Mathematics in technical university

Full Text

Введение Одной из приоритетных задач повышения качества высшего образования является оптимизация аудиторной работы студентов в условиях информати- зации образования и ограниченного количества учебных часов, отводимых на изучение высшей математики в техническом вузе. С одной стороны, сокра- щается количество часов, отводимых на аудиторную работу, а с другой - гос- ударственные стандарты обязывают увеличивать количество преподаваемых разделов и углублять их содержание, учитывая направления отдельно взятых специальностей [1]. Поэтому перед преподавателем стоит задача постоянного поиска оптимальных способов передачи знаний, умений и навыков, преду- смотренных в рамках учебной программы каждой специальности. При этом поиске преподаватель сталкивается с «временным» дефицитом в рамках од- ного аудиторного занятия, когда за ограниченное время нужно дать значи- тельный объем учебной информации. Одним из способов решения такой за- дачи является организация процесса обучения с включением в него совре- менных информационных технологий, в частности применение такого техни- ческого средства, как интерактивная доска. В данной статье описаны и обос- нованы преимущества использования интерактивной доски на занятиях по высшей математике. Обзор литературы Информационные технологии в современном мире развиваются доста- точно стремительно и повсеместно проникают практически во все сферы нашей жизни. В том числе происходит их интенсивное внедрение в систему образования, в частности в учебно-воспитательный процесс. Кроме того, включение в него современных технических средств обусловлено требовани- ями ФГОС. Поэтому большинство современных исследователей уделяют особое внимание применению информационных технологий в образовании. Как отмечает А.Е. Шпак, информационные технологии в образовании - это не просто средства обучения, а качественно новое направление в профес- сиональной подготовке будущих конкурентоспособных специалистов. Оно позволяет существенно расширить творческий потенциал студентов, повы- сить производительность в самом широком смысле слова и при этом выйти за рамки традиционной модели изучения учебной дисциплины [2]. По мнению Е.А. Горбуновой и Е.А. Субботиной, основная образователь- ная ценность информационных технологий состоит в том, что они помогают создать неизмеримо более яркую мультимедийную интерактивную среду обучения с почти неограниченными возможностями, оказывающимися в рас- поряжении преподавателя и студента. В отличие от обычных технических средств обучения они позволяют не только насытить обучающихся большим количеством глубоких знаний, но и развить их творческие способности [3]. Г.И. Раджабалиева и Г.Г. Исаева в своей статье пишут о том, что исполь- зование компьютеров в образовании привело к появлению нового поколения информационных образовательных технологий, которые повысили качество обучения, создали новые средства воспитательного воздействия [4]. Многие исследователи отмечают стойкий положительный эффект от про- ведения занятий по различным предметам, на которых применяются совре- менные технические средства (в частности, интерактивная доска), описывают опыт проведения подобных занятий. Например, М.А. Абдухалимова пишет о том, что на занятиях с использованием интерактивной доски студенты бо- лее внимательно слушают преподавателя, задают больше вопросов по изуча- емой теме и, как следствие, лучше запоминают изученный материал [5]. М.С. Янченко и В.В. Ермолаева считают, что посредством доски можно организовать самостоятельную либо коллективную форму работы на лекции или практическом занятии. В результате учащиеся смогут аргументировать и объяснять свою точку зрения, при этом у них развиваются коммуникатив- ные навыки и активизируется познавательная деятельность. Преподаватель и студенты освобождаются от рутинной работы, а сэкономленное время мож- но потратить на освоение интересного и полезного материала [6]. Встречаются также и критические высказывания, связанные с предполо- жительно негативным влиянием применения интерактивной доски на здоро- вье и эмоциональное состояние студентов и преподавателя. На основании многочисленных исследований специалистов было доказано, что первопри- чина подобной негативной тенденции кроется в проекторе. Если этот неотъ- емлемый элемент установлен неправильно, то его свет будет постоянно попа- дать в глаза преподавателю, что может привести в конечном итоге к травмам сетчатки. Кроме того, длительное «мерцание» экрана быстро утомляет зри- тельное восприятие всей аудитории [7]. Е.М. Галишникова отмечает «неохотное» применение интерактивной доски на занятии, связанное с трудоемкостью формирования учебного мате- риала в электронном виде [8]. Помимо этого, одним из недостатков использо- вания интерактивной доски в учебном процессе некоторые исследователи называют высокую стоимость данного оборудования. Но, оценив все пре- имущества и достоинства ее использования, чаще всего приходят к выводу, что затраты на ее приобретение и обслуживание вполне оправданы [5]. Стоит заметить, что несмотря на огромное количество исследований и наблюдений, проведенных по теме «Использование интерактивной доски в процессе обучения», многие аспекты ее рассмотрения требуют дальнейших обоснований и научных выводов по результатам проведенных исследований. Материалы и методы В исследовании применялись такие методы, как обзор научной литерату- ры, научной периодики, учебных пособий и методических материалов по за- данной теме; сравнительно-сопоставительный метод исследования, основан- ный на сравнении проведения занятий с использованием интерактивной дос- ки и без ее использования. Проводился анализ технических и дидактических возможностей применения интерактивной доски на практических и лекцион- ных занятиях в техническом вузе. Результаты исследования Современный рынок информационных технологий каждый год предлага- ет инновационные решения для достижения поставленной цели, и одним из них является использование интерактивной доски. Данное инновационное устройство функционирует на основе четырех компонентов: компьютера, мультимедийного проектора, соответствующего программного обеспечения и непосредственно интерактивной доски. При необходимости к данной цепочке можно подключить встроенный принтер [6]. Управление мультимедиа-проектором осуществляется при помощи сен- сорной панели. Сенсорная панель имеет встроенный компьютер на основе операционной системы Windows XP. Источниками сигналов могут быть как физически подключенные источники, так и файлы данных локальной сети Интернет. Кроме отображения внешних видеосигналов, панели на своей ин- терактивной поверхности имеют возможность запуска и воспроизведения файлов основных офисных приложений, таких как Acrobat, Excel, Outlook, Word и т. д. Сенсорная панель наделена интерактивными свойствами, что позволяет пользователю рисовать и делать пометки специальным маркером в любом приготовленном материале [9]. Применение интерактивной доски на занятиях по высшей математике позволяет: 1. Динамично демонстрировать приготовленный материал. На занятии с применением интерактивной доски используются все материалы, доступ- ные на компьютере, а также анимация, аудио- и видеозаписи, мультимедий- ные объекты и даже интернет-ресурсы. Во время занятия на экране открыва- ются файлы любого формата. Прямо в тексте открытого документа можно выделять маркером определенного цвета значимые моменты, вносить любые изменения, делать сноски и ссылки. Объекты на экране, такие как рисунки, чертежи, таблицы и фрагменты текста, можно добавлять, вырезать, копиро- вать и вставлять в нужное место документа, а также перемещать с одной страницы на другую. Страницы легко перелистывать вперед и назад, демон- стрируя определенные темы для повторения ранее изученного материала. При этом просматриваются они в абсолютно произвольном порядке и в лю- бой момент времени. 2. Демонстрировать различные математические объекты. Графики, диа- граммы, схемы, рисунки, формулы, таблицы - это объекты, которые создаются при помощи инструментария интерактивной доски. Даже самое сложное построение за- нимает считанные минуты, причем полученное изображение можно посмотреть в любом размере, под любым углом зрения и в 3D-качестве. Это очень важно, например, при рассмотрении таких тем курса высшей математики, как «Прямая и плоскость в пространстве» или «Кривые и поверхности второго порядка», когда зачастую студентам сложно представить, как выглядит изображение плоскости в пространстве или поверхности в объеме, даже если преподаватель качественно изобразил данные чертежи мелом на доске. Таким образом, использование интерак- тивной доски позволяет проводить наглядные и информационно насыщенные заня- тия, которые дают студентам возможность целостного и разностороннего представ- ления о математических объектах. Осуществлять межпредметные связи. Занятия с применением интер- активной доски помогают реализовывать межпредметные связи, что трудно сделать на традиционном занятии с доской и мелом. Например, можно актив- но показывать связь таких предметов, как математика и информатика. По су- ти, мы учим студентов, как воспользоваться теми или иными приемами, пра- вилами и алгоритмами, чтобы произвести нужные расчеты и действия для ре- ализации заданий различных разделов математики на бумаге. Зачастую мно- гие математические задачи решаются неоднозначно, требуя громоздких рас- четов при их вычислении и «непозволительных» временных затрат на их ис- полнение. Но те же задачи легко и быстро решаются с помощью математиче- ских пакетов и обычных электронных таблиц. Например, решаются элемен- тарно и быстро такие задания, как вычисление определителей, решение СЛАУ, нахождение обратных матриц, построение графиков, вычисление производных, пределов, интегралов и т. д. Однако нужно научить студентов правильно пользоваться инструментарием математических пакетов, чтобы перекладывать на них рутинные расчеты, экономя на этом время для решения конкретной проблемы практической направленности. Такие знания и навыки будут чрезвычайно полезны не только для решения задач при дальнейшем обучении, но и для будущей профессиональной деятельности. Работать можно не только в специализированных пакетах, таких как Mathematica, Mathcad, Matlab (которые, к сожалению, зачастую требуют навыков программирования и закупки лицензии от учебного заведения), но и в привычных всем офисных электронных таблицах, таких как, например, Excel и Open Office Calc. Можно констатировать тот факт, что студенты, как правило, не испытывают трудностей с данными таблицами, так как электрон- ные таблицы изучаются в большинстве школ, часто установлены на планше- ты и на современные телефоны, а это значит, что они находятся в широком доступе [10]. Поэтому необходимо объяснить студентам, как эффективно пользоваться данным ресурсом при решении тех или иных поставленных пе- ред ними математических задач. И это легко можно сделать с помощью ин- терактивной доски. Эффективно проводить контроль знаний студентов. На занятии, ко- торое реализуется с применением интерактивной доски, у преподавателя есть возможность использовать контрольные тесты различной сложности в элек- тронном виде. Например, проще и быстрее открыть готовый файл с диагно- стической контрольной работой на экране монитора, чем потратить время на раздачу ДКР в бумажном виде. Кроме того, осуществлять контроль позволяют технические возможности интерактивной доски, в частности такие инструменты, как «Шторка» и «За- темнение». Эти два инструмента во многом схожи по своим техническим ха- рактеристикам. Инструмент «Шторка» используется для того, чтобы скрыть на экране определенные области. Она представляет собой прямоугольник, за которым не видно содержания страницы. При необходимости с ее помо- щью открывается полностью или частично нужный элемент текста с любой его стороны. Инструмент «Затемнение» аналогичен «Шторке». Он позволяет во время работы скрыть часть демонстрационного материала, а когда нужно - открыть весь материал. При этом можно управлять прозрачностью затемнен- ной области экрана. Использовать мультимедийные компьютерные презентации как один из видов самостоятельной работы студентов. Несоответствие между объе- мом знаний, умений и навыков, которые должен освоить студент по про- грамме, и отводимым на это временем заставляет преподавателей искать эф- фективные способы организации самостоятельной работы [11]. Одним из та- ких способов является создание тематических компьютерных презентаций и последующая их защита с использованием технических возможностей ин- терактивной доски. Данный вид работы позволяет достичь таких важных ди- дактических целей, как обучающая, развивающая, информационная, стиму- лирующая, а также побуждающая к творчеству и исследовательской деятель- ности. Использование такого вида самостоятельной работы позволяет: активизировать познавательный интерес обучающихся и привлечь их к исследовательской деятельности; повысить уровень наглядности обучения и усилить визуальное впечат- ление от занятий; разнообразить учебный процесс и, как следствие, повысить мотивацию к изучению предмета; обучить студентов работе с различными источниками информации и привить навык самоконтроля; развить коммуникативные навыки; дифференцировать и индивидуализировать процесс обучения [11]. Применение интерактивной доски на занятиях по высшей математике имеет ряд преимуществ по сравнению с классическим преподаванием дисци- плины. Рассмотрим эти преимущества: Наглядность. По данным исследований психологов, люди запоминают лишь 20 % того, что видят, 30 % того, что слышат, 50 % того, что видят и слышат и 80 % того, что видят, слышат и делают одновременно. На основе этих данных можно сказать, что применение интерактивных технологий мо- жет во много раз улучшить качество знаний обучаемых [12]. Экономия учебного времени. «Темп» занятия увеличивается, если на нем используется интерактивная доска. Это достигается тем, что значительно сокращается время на воспроизведение учебной информации и при этом пре- подаватель получает достаточное количество времени на объяснение заплани- рованного материала. Например, был проведен сравнительный анализ по ко- личеству примеров, которые были рассмотрены по теме «Интегрирование по частям» на практическом занятии по высшей математике с использованием интерактивной доски и на занятии по той же теме, но с использованием доски и мела. Оказалось, при использовании интерактивной доски удается дать примеров на 20 % больше с учетом того, что примеры пишутся на мониторе с использованием специального маркера и инструментов данного устройства. Если же дополнительно демонстрировать готовые примеры, используя открытые файлы с методическими материалами по предмету, то процент количества дан- ных примеров значительно увеличивается. Учитывая данный факт, можно пред- положить и увеличение эффективности самостоятельной работы студентов, та- кой как выполнение домашнего задания по данной теме, решение типового рас- чета или диагностической контрольной работы после проведенного занятия. Повышение мотивации студентов. Проведение занятий, на которых используется интерактивная доска, помогает обучающимся сформировать целостную картину об изучаемом материале, усиливает визуальное впечатле- ние и активизирует их познавательный интерес. В свою очередь, это способ- ствует тому, что студенты лучше понимают, запоминают и усваивают учеб- ный материал. Кроме того, их привлекает новизна проведения подобных за- нятий. Они с удовольствием выходят к монитору и решают примеры, исполь- зуя специальный маркер и инструментарий данного устройства. Как след- ствие, повышается интерес к математике в целом. Дисциплина в аудитории. Преподаватель практически все занятие находится лицом к студентам, и поэтому постоянно поддерживается обратная связь с аудиторией: «преподаватель - студент», «студент - преподаватель». Как отмечают некоторые студенты, им не хватает «традиционных» выхо- дов к доске для решения практических задач, когда на занятии используется только интерактивная доска. Ведь преподавателю на таких практических занятиях все время приходится быть «активным» участником образовательного процесса - интерактивный экран, по сути, находится только на его рабочем столе, и он сам решает большинство практических задач, отображаемых на экране монитора. Поэтому было бы неплохо иметь «ученический» интерак- тивный экран, подключенный к основному компьютеру, со свободным до- ступом для студентов, для того чтобы каждый обучающийся по желанию или по просьбе преподавателя мог решить ту или иную поставленную перед ним практическую задачу, используя самостоятельно технические возможности интерактивной доски. Занятие, на котором используется интерактивная доска, должно иметь цель, направленную на определенный результат, и, соответственно, четкий план проведения. Конечно, на подготовку подобных занятий на первоначаль- ном этапе уходит очень много времени. Это связано с тем, что сначала при- ходится проводить серьезную дополнительную работу по отбору учебного материала с привлечением различных источников информации, а потом ком- поновать его в электронном формате. Поэтому данный процесс получается достаточно трудоемким. Однако постепенно создается и накапливается еди- ная база методических и демонстрационных материалов (например таких, как мультимедийные презентации) в электронном виде, которые позволяют заме- нить бумажные документы интерактивными ресурсами. Это в дальнейшем облегчает преподавателям подготовку к таким занятиям. Обсуждение и заключение Для достижения положительных результатов при использовании интер- активной доски в обучении недостаточно просто внедрить ее эпизодическое использование в учебный процесс, целесообразно разработать новые пред- метные программы, которые предусматривали бы ее использование на про- тяжении всего процесса обучения высшей математике в вузе. Кроме этого, необходимо сформировать «готовность» преподавательского состава к про- ведению такого рода занятий. К сожалению, стоит отметить, что большин- ство преподавателей, имея навыки работы с компьютером, испытывают трудности при работе с интерактивной доской. И поэтому они либо исполь- зуют ее в качестве экрана для показа презентаций, либо не пользуются ею во- все, предпочитая «традиционное» занятие с доской и мелом. Это происходит из-за отсутствия навыка работы с данным устройством, незнания всех его функциональных возможностей. Решить проблему можно проведением обу- чающих семинаров и курсов повышения квалификации соответствующей те- матики. Это позволит преподавателям изучить возможности и преимущества подобных устройств, научиться манипулировать всеми инструментами ин- терактивной доски, понять, как использовать готовый интерактивный мате- риал, и получить навыки самостоятельной подготовки слайдов для занятий с интерактивной доской [8]. Кроме этого, необходимо тщательно разработать и написать методическое пособие с описанием технических характеристик данного устройства. В заключение следует отметить, что применение информационных тех- нологий на занятиях по высшей математике позволяет модернизировать про- цесс изучения предмета, делает его более динамичным и, как следствие, бо- лее эффективным. Применение на занятиях интерактивной доски, в частно- сти, должно способствовать оптимизации учебного процесса в целом. Резуль- таты применения данного устройства в процессе обучения требуют дальней- шего анализа и исследования.

About the authors

Irina N. Pavlova

Samara State Technical University

Email: inp-63@mail.ru
Lecturer of Higher Mathematics and Applied Informatics Department 244, Molodogvardeyskaya St., Samara, Russia, 443100

Michail A. Yevdokimov

Samara State Technical University

Email: ktmz@samgtu.ru
Dr. Ped. Sci., Professor of Higher Mathematics and Applied Informatics Department 244, Molodogvardeyskaya St., Samara, Russia, 443100

References

Supplementary files