ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Теоретические основы оценки и диагностирования пространственного мышления у детей 9
1.1 Общая характеристика педагогической деятельности в развитии
пространственного мышления 9
1.2 Основные понятия и методы преподавания, оценки, диагностики
развития пространственного мышления у детей 11
1.3 Анализ существующих решений 16
1.4 Метод оценки формирования пространственного мышления у детей с
применением информационных технологий 24
1.5 Система мотивации учеников 29
1.6 Анализ задач и игр на пространственное мышление 32
Глава 2 Моделирование информационной системы развития пространственного мышления у детей 46
2.1 Характеристика диагностирования у учеников пространственных
навыков 46
2.2 Концептуальное моделирование информационной системы развития
пространственного мышления у детей 51
2.3 Определение функций информационной системы развития
пространственного мышления у детей 53
Глава 3 Реализация информационной системы развития пространственного мышления у детей 55
3.1 Логическое моделирование базы данных информационной системы
развития пространственного мышления 55
3.2 Физическое моделирование базы данных информационной системы
развития пространственного мышления 58
3.3 Выбор средства реализации системы развития пространственного
мышления у детей 60
3.4 Выбор среды разработки интерактивных модулей 61
3.5 Разработка алгоритмов форм информационной системы развития
пространственного мышления у детей 64
3.6 Пример реализации информационной системы развития пространственного мышления у детей 67
Глава 4 Экспериментальная апробация и внедрение информационной системы развития пространственного мышления у детей 78
4.1 Процесс внедрения информационной системы развития
пространственного мышления у детей 78
4.2 Оценка результатов апробации информационной системы развития
пространственного мышления у детей 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ А 92
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 94
ПРИЛОЖЕНИЕ В 95
Одним из видов инноваций в организации образования является введение электронных образовательных курсов. Предлагая текстовые файлы, изображения и видео, большинство учебных материалов не способны полностью вовлечь обучаемого в процесс обучения и сделать это максимально доступно и понятно. А так же неспособны в полной мере оценить навыки пространственного восприятия у детей при подготовке к обучению.
Информационная система развития пространственного мышления у детей - это электронный учебник, предназначенный для совместной работы учеников и учителей, проведения диагностики детей, выполнения упражнений на электронных тренажерах.
Информационная система развития пространственного мышления у детей является примером практического применения пространственного мышления учеников и знаний геометрии на конкретных задачах.
Несмотря на то, что обычные занятия в школе преподносят знания ученику в развернутом виде, последнему бывает сложно понять материал, особенно о трехмерном пространстве. Ученик начинает искать аналогии с уже приобретенными знаниями, с задачами, которые он решал прежде. Однако база знаний и опыта бывает недостаточно полной или отсутствует вовсе. Это требуется выявлять на стадии диагностирования учеников.
Приобретя диагноз и основываясь на положительный прогноз, компетентный учитель приступает к составлению плана учебно-воспитательной работы. Проектировочная функция педагога состоит в проектировании модели будущей работы, подборе методов и средств, позволяющих в установленных критериях и в определенное время добиться цели, выделении определенных этапов достижения цели, создании для каждого из них индивидуальных задач, установлении типов и конфигураций оценки приобретенных результатов и т. д.
Диагноз, мониторинг, план станут причиной для разработки учебного плана, составлением которого заканчивается подготовительный этап педагогического процесса.
На последующем этапе реализации целей педагог осуществляет информационную, организационную, оценивающую, контрольную и исправляющую функции.
Организационная работа педагога сопряжена в основном с вовлечением обучающихся в запланированную работу, совместной работой с ними в достижении запланированной цели.
Контрольная, оценочная и коррекционная функции, соединяемые иногда в одной, нужны учителю в первую очередь всего для формирования эффективных стимулов, благодаря которым станет развиваться процесс, и в нем станут осуществляться запланированные изменения.
В данной работе рассматривается методика оценки пространственного мышления у детей. Их способность воспринимать учебный материал, а так же применять полученные знания на практике.
Актуальность работы заключается в необходимости повышения уровня развития пространственного мышления у детей, обучения геометрии за счет использования современных информационных технологий.
Для улучшения качества преподавания и развития пространственного мышления у детей требуется применить инновационные методы диагностирования с использованием электронных образовательных ресурсов.
Инструментом для диагностирования может стать информационная система развития пространственного мышления у детей, оценивающая качество усвоения учебного материала.
Целью диссертационной работы является построение системы управления развитием пространственного мышления у детей на основе методов оценки пространственных навыков.
Объектом исследования является процесс обучения геометрии.
Предметом исследования является система управления развитием пространственного мышления у детей.
Гипотеза диссертационного исследования состоит в том, что более высокие результаты развития пространственного мышления у детей могут быть достигнуты благодаря использованию в их обучении системы управления развитием пространственного мышления на основе диагностирования пространственных навыков.
Для достижения цели и проверки сформулированной гипотезы необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить подход к развитию пространственного мышления у детей.
2. Провести анализ методов диагностирования у детей пространственных навыков.
3. Сформулировать систему критериев и оценки пространственного восприятия у детей.
4. Внедрить полученные методы и алгоритмы в систему управления учебным процессом.
5. Спроектировать систему управления развитием пространственного мышления, опираясь на изученные исследования.
6. Доказать экспериментальным путем эффективность реализованной системы и описать результаты её внедрения.
Научная новизна исследования состоит в разработке модели системы управления процессом обучения на основе методов оценки пространственных навыков, обеспечивающих повышение уровня развития пространственного мышления у детей.
Значимость диссертационного исследования заключается в том, что была разработана система диагностирования пространственных навыков детей, позволяющая повысить эффективность обучения геометрии в средних классах образовательных учреждений.
Теоретической основой исследований послужили научные труды отечественных и зарубежных исследователей в области информатики и педагогики посвященные проблемам развития пространственного мышления и использования информационных ресурсов.
В процессе исследования были использованы следующие практические положения и методы: основные понятия педагогики и пространственного мышления, анализ научной и методической литературы согласно теме исследования, сопоставление имеющихся аналогов систем, классификация собранной информации, моделирование и проектирование системы, выполнение эксперимента, апробация системы и последующая оценка итогов.
Основные этапы исследования: исследование велось с 2015 по 2017 гг. в три этапа:
На первом - констатирующем этапе исследования (2015 г.) - формулировалась тема, исполнялся сбор данных из источников научной и методической литературы, формулировалась гипотеза, исполнялась постановка цели, задач, предмета и объекта исследования, обусловливалась проблематика исследования и вклад в ее решение.
Второй этап (2015-2016 гг.) - поисковый. В ходе него выполнялось концептуальное моделирование системы диагностирования, велось обоснование средств реализации системы, разрабатывалась методология и критерии диагностирования, корректировались проблемы исследования, исполнялась теоретическая апробация исследования в процессе выступлений на конференциях.
Третий этап (2016-2017 гг.) - экспериментальная апробация. Выполнялось внедрение системы развития пространственных способностей детей, велась оценка итогов, испытывалась достоверность установленной гипотезы, формулировались заключения согласно проведенному исследованию.
На защиту выносится:
1. Методология и основные концепции оценки и диагностирования пространственного мышления у детей.
2. Модель системы развития пространственных навыков,
представляющая собой совокупность взаимосвязанных моделей, позволяющих изучить основные возможности и функции методологии.
3. Результаты апробации разработанной информационной системы, демонстрирующие эффективность внедрения.
Система оценки и диагностирования пространственных навыков у детей знаний была реализована и внедрена в МБУ "Лицей №6".
В первой главе рассматриваются базовые принципы преподавания геометрии, оценки и диагностики пространственных навыков, основные понятия и методы оценки; проводится сравнительный анализ существующих систем, занимающихся дистанционным обучением и развитием пространственных навыков учеников; рассматриваются основные понятия диагностирования.
Во второй главе представлена оценка образовательного учреждения, в интересах которого разрабатывается система. Осуществляется моделирование работы согласно проведению диагностирования. Выполняется обоснование подбора архитектуры и средств реализации информационной системы. Проектируются диаграммы вариантов использования, классов, последовательности и деятельности в нотации UML, отображающие содержание системы диагностики и представившие её как в статическом состоянии, так и в динамике.
В третьей главе приводится процедура проектирования базы данных разрабатываемой системы - переход с концептуальной модели данных к физической. Делается подбор системы управления базами данных и показывается реализация системы.
Четвертая глава приурочена к ходу апробации концепции и балле производительности исследованной концепции.
В заключении подводятся результаты проделанной работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 91 странице и включает 36 рисунков, 14 таблиц, 3 формулы.
В процессе диссертационного исследования была исследована и проанализирована научная литература, которая позволила понять специфику работы педагога и формирования пространственного мышления с использованием информационных технологий. Были рассмотрены возможности существующих образовательных систем - плюсы и минусы при их применении. Изучение данных систем позволило сделать заключение о необходимости разработки нового программного продукта, предоставляющего функции диагностирования учащихся, а кроме того сформировать требования к ожидаемой системе.
Следующим шагом стало проектирование системы: установление её ключевых процессов, хранилищ данных, построение перечня инструментов, с поддержкой которых будет осуществлена реализация, описание ключевых архитектурных отличительных черт. Были созданы структурные диаграммы IDEF0 и DFD и выполнен переход к объектной модели и построению диаграмм в нотации UML.
Третьим шагом стала разработка системы развития пространственного мышления у детей. Была спроектирована база данных, созданы логическая и физическая модели данных. Установлена СУБД, используемая при настройке в учебных классах. В основе результатов моделирования выполнена информационная система развития пространственного мышления, упрощающая процесс диагностирования учащихся, выявляя характерные черты их обучения.
Финальным шагом диссертационной работы стало введение разработанной системы в школе и её апробация. Период внедрения выявил недоработки в системе, никак не выразившие себя при разработке. Апробация разработанного продукта продемонстрировала, то что его применение увеличивает качество обучения учащихся.
Результатом исследования стало подтверждение выдвинутой гипотезы, заключающейся в том, что эффективность метода развития пространственного мышления у детей будет выше, если использовать электронные тренажеры и методы диагностирования пространственных навыков в ходе обучения.
Созданная система целиком отвечает поставленным к ней требованиям и решает определенные вопросы, сформулированные при ее проектировании. Тестирование приложения закончилось благополучно и его перечень возможностей в полной мере используется в учебном заведении.
Нормативно-правовые акты
1. ГОСТ 19.701-90.Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные
обозначения и правила выполнения (ИСО 5807-85).Введ.1992-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1992. - 14 с. - (Единая система программной
документации)
2. ГОСТ 34.320-96.Информационная технология. Система стандартов по базам данных. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы. - Введ. 2001-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - 46 с. - (Основополагающие стандарты)
3. ГОСТ 7.1-2003.Библиографическая запись. Библиографическое описание.
Общие требования и правила сопоставления. - Введ. 2004-07-01. - М. : Изд- во стандартов, 2004. - 57 с. - (Система стандартов по информации,
библиотечному и издательскому делу).
4. ГОСТ 7.32-2001.Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - 22 с. - (Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу).
5. ГОСТ 7.82-2001.Библиографическая запись. Библиографическое описание электронных ресурсов. Общие требования и правила составления. - Введ. 2002-07-01. - Минск : Изд-во стандартов, 2001. - 35 с. - (Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу).
Научная и методическая литература
6. Абдуллаев С.Г. Проблемы оценки эффективности дистанционного обучения / С.Г. Абдуллаев, С.Э. Абасова: 2013, С. 484-492.
7. Алфёрова М.А. Проблема самоорганизации личности в системе дистанционного обучения / М.А. Алфёрова: Вестник Восточно-Сибирской государственной академии образования, 2013, № 12, С. 50-55.
8. Андреев А.А. Очерки дистанционного обучения в России / А.А. Андреев: Управление образованием: теория и практика, 2014. С. 16-31.
9. Андрончев И.К. Управление образовательным процессом вуза средствами информационно-коммуникационных техноологий / И.К. Андрончев, Д.С. Дмитриев, Н.В. Соловова: Вестник СамГУ, 2014, С. 240-247.
10. Атанасян, Л.С. Геометрия.7-9 классы: учеб. пособие / Л.С. Атанасян, И.И. Юдина, В.Ф. Бутузов, С.Б. Кадомцев- М.: Просвещение, 2017. - 383 с.
11. Бакалов В.П. Дистанционное обучение.Концепция, содержание, управление / В.П. Бакалов, И.П. Крук, О.Б. Журавлева- М.:Горячаялиния - Телеком,
2013. - 108 с.
12. Баженов Р. И. Интеллектуальные информационные технологии. Биробиджан: ПГУ им. Шолом-Алейхема, 2011. - 176 с.
13. Баженов Р. И., Корнилков А. П., Лопатин Д. К. Проектирование web- ориентированной информационной системы университета на основе клиент-серверных технологий // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. №4. С. 68-71.
14. Белоножко М.Л. Дистанционная модель обучения студентов современного ВУЗа на базе электронной образовательной среды / М.Л. Белоножко, А.Л. Абрамовский: Фундаментальные исследования. 2014, С. 620-624.
15. Биккулова Г.Р. Дистанционное обучение в России / Г.Р. Биккулова: Дистанционное и виртуальное обучение, 2013, № 4. С. 4-13.
16. Вайндорф-Сысоева М.Е. О моделях применения дистанционных образовательных технологий в современном вузе / М.Е. Вайндорф-Сысоева, В.А. Шитова: Вестник МГГУ, серия «Педагогика и психология», 2013, № 4. С. 29-34.
17. Вайнштейн Ю.В. Проблемы развития дистанционного образования / Ю.В. Вайнштейн: ScienceTime, 2014, С. 64-70.
18. Гадецкая З.М. Анализ современных моделей организации обучения на базе дистанционных технологий / З.М. Гадецкая, Л.А. Тарандушка, С.Н. Одокиенко: ВЕЖПТ, 2013, С. 53-58.
19. Галявев В.С. О Классификации моделей дистанционного обучения / В.С. Галявев, З.А. Гасанова: Высшее образование в России, 2013, №4, С. 103-108.
20. Девтерова З.Р. Современные подходы к организации и управлению дистанционным обучением / З.Р. Девтерова: Гуманизация образования, 2013, № 1. С. 58-63.
21. Ермолаев О.Ю. Математическая статистика для психологов: Учебник - М.: Московский психолого-социальный институт «Флинта», 2003. - 336 с.
22. Капов В.А. Дистанционное обучение: подходы и проблемы / В.А. Капов: Здравоохранение Российской Федерации, 2013, № 1. С. 29-30.
23. Краевский В. В. Общие основы педагогики: Учеб. для студ. высш. пед. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 256 с.
24. Ломакина Т. Ю., Сергеева М. Г. Инновационная деятельность в профессиональном образовании. - Scientificmagazine" Kontsep, 2011.
25. Поночевная И. Профессионализация в условиях современной системы инновационного образования / И.Поночевная: ЭСЭПиМ, 2013. - 292 с.
26. Репин, Владимир. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес-процессов [Текст] / В.В. Репин, В.Г. Елиферов. - М. : Манн, Иванов и Фербер, 2013. - 544 с.
27. Толанский С. Оптические иллюзии / С. Толанский: Оптические иллюзии, 1967, 128с.
28. Трайнев В.А. Дистанционное обучение и его развитие / В.А. Трайнев, В.Ф. Гуркин, О.В. Трайнев: Дашков и Ко, 2013, - 294 с.
29. Трещалов Н.А. Метод развития пространственного мышления детей посредством технологии 3D / Н.А. Трещалов, Ш.О. Шамиров: Научный альманах. 2016. N 12-3(26). С. 183-185.
30. Трещалов Н.А. 3D-моделирование как метод приобщения детей к 3D- технологиям / Н.А. Трещалов, Ш.О. Шамиров: Научный альманах. 2016. N 11-3(25). С. 159-161.
31. Чернобай Е. В. Методические основы подготовки учителей к проектированию учебного процесса в современной информационной образовательной среде (в системе дополнительного профессионального
образования) //Москва, 2012. С. 1-50.
Электронные ресурсы
32.3DTin [электронный ресурс]: сайт разработчика: https://3dtin.wordpress.com/
33. Cryengine [электронный ресурс]: сайт разработчика:
https: //www.cryengine.com/
34.EduStudio [электронный ресурс]: образовательный портал:
https: //edustudio .ru/
35.InternetUrok [электронный ресурс]: образовательный портал:
https: //interneturok.ru/
36. P3d.in [электронный ресурс]: сайт разработчика: https://p3d.in/
37. Unity [электронный ресурс]: сайт разработчика: https://unity3d.com/ru
38. Unreal Engine [электронный ресурс]: сайт разработчика:
https://www.unrealengine.com/what-is-unreal-engine-4
39. Triada Studio Games [электронный ресурс]: сайт разработчика:
http://triadastudio.com/
40. Ustwo [электронный ресурс]: сайт разработчика: https://ustwo.com/
41. Варанкова, А. Пространственное мышление и его место в нашей жизни, 2016
// Мозгиус [электронный ресурс]: сайт о психологии:
http://mozgius.ru/psihologiya/o-myshlenii/prostranstvennoe-myshlenie.html
42. Лаборатория психотехники [электронный ресурс] сайт о психологии: http://www.psi-test.ru/shutka/krutitsia-2.html
43. Пугач В. Тест на определение доминирующего полушария головного мозга, 2009 // Сайт психолога Владимира Пугача [электронный ресурс]: сайт о психологии: http: //www.indigo -papa.ru/polusharie
44. Фоксфорд [электронный ресурс]: образовательный портал: https://foxford.ru/
Литература на иностранном языке
45. Duranti, A. Ethnography of Speaking: Toward a Linguistics of praxis / A. Duranti Linguistics: The Cambridge Survey. - Cambridge, 1988.
46. Basak Kok, Umit Davasligil, The Effect of Teaching Geometry Which is Differentiated Based on the Parallel Curriculum for Gifted/Talented Students on
Spatial Ability, Journal for the Education of the Young Scientist and Giftedness
2014, Volume 2, Issue 1, 2014.
47. Kursat Yenilmez, Ozlem Kakmaci, Investigation of the Relationship between the Spatial Visualization Success and Visual/Spatial Intelligence Capabilities of Sixth Grade Students, International Journal of Instruction, January 2015, Vol.8, No.1,
2015.
48. Elena Railean, Google Apps for Education - a powerful solution for global scientific classrooms with learner centred environment, International Journal of Computer Science Research and Application 2012, Vol. 02, Issue. 02, pp, 2012.
49. Ming-Hsiung Ying, Kai-Ting Yang, A Game-based Learning System using the ARCS Model and Fuzzy Logic, Acadeny publisher, 2013.
50. Feijs, L. & Bartneck, C. Teaching geometric principles to design students. Digital Culture & Education, 1:2, 2009.