ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА ПО МАТЕМАТИКЕ НА ОСНОВЕ ДЕРЕВА ЗНАНИЙ
|
Введение
Глава 1. Особенности организации учебной деятельности на основе элективного курса 8
1.1. Понятие и роль элективного курса в современной системе образования 8
1.2. Тьютор - современная возможность индивидуализации образования 14
1.3. Карта знаний и кривая забывания 19
Выводы по главе 1 26
Глава 2. Разработка базы данных задач и методических материалов 28
2.1 Выбор средств разработки среды и элективного курса 28
2.2 Структура и логика веб-приложения 31
2.3 Рекомендации по использованию веб - приложения 37
Вывод по главе 2 42
Заключение 44
Список используемой литературы 46
Приложение A 52
Глава 1. Особенности организации учебной деятельности на основе элективного курса 8
1.1. Понятие и роль элективного курса в современной системе образования 8
1.2. Тьютор - современная возможность индивидуализации образования 14
1.3. Карта знаний и кривая забывания 19
Выводы по главе 1 26
Глава 2. Разработка базы данных задач и методических материалов 28
2.1 Выбор средств разработки среды и элективного курса 28
2.2 Структура и логика веб-приложения 31
2.3 Рекомендации по использованию веб - приложения 37
Вывод по главе 2 42
Заключение 44
Список используемой литературы 46
Приложение A 52
Современная цивилизация характеризуется очень высокой динамикой появления и трансформации профессий, особенно в сфере производства и использования знаний. Количество информации в практически любой актуальной области растёт в геометрической прогрессии, вновь и вновь перешагивая пределы когнитивных способностей человека, что приводит к постоянному появлению новых специализаций и дисциплин на стыках классических предметов.
Это ставит новые вызовы перед современной школой - как подготовить ученика к будущему поступлению в ВУЗ, колледж, к профессии, которой, возможно ещё и нет? В качестве примера уровня требований достаточно ознакомиться с проектами финала олимпиады НТИ [39].
Школа безусловно отреагировала на вызовы времени:
• изучение предметов разделено на базовые и профильные для оптимизации временных затрат;
• добавлено большое количество элективных курсов;
• в стране развёрнута и постоянно растёт сеть технопарков [12];
• кружковое движение переживает всплеск интереса, особенно технические и ИТ-направления (робототехника, программирование, дизайн, технологии).
Тем не менее, ряд системных противоречий до сих пор не снят: многие классические дисциплины (математика, физика, история) требуют глубоко сфокусированной непрерывной работы в течение достаточно долгого времени для получения первых значимых результатов. Это требование входит в противоречие как с ограниченным бюджетом времени, от которого в последнее время осталась только доля ранее отводимых часов, так и с специфика работы с информацией у современных подростков, ориентированных на стремительный поиск подходящей информации вместо осознавания и переработки материала. Необходимость покрыть требуемый набор тем за меньшее количество часов уже привело к фрагментации курса математики, вследствие чего учителю становится всё сложнее воссоздавать на уроке контекст для изучения нового и закрепления старого материала [39]; вынужденный перенос части учебных задач на самостоятельную работу тоже не оправдал надежд, особенно в случае учеников со слабой мотивацией, что создаёт вредную отрицательную обратную связь.
В результате, итоговое качество усвоения материала остаётся низким из-за необходимости часто создавать контекст урока без учёта индивидуальных особенностей учеников, их уровня усвоения знаний и без возможности полной опоры на ранее изученный материал.
Вопрос организации эффективной самостоятельной работы обучающихся также открыт. Не все школьники научены самостоятельно добывать информацию, читать и понимать учебную литературу. Выбирая между обучением и развитием, отдают предпочтение более легкому - обучению.
Таким образом, контекст выполнения настоящей работы следующий:
• Перед учителем стоит задача “научить каждого” вместо того, чтобы “учить всех”.
• Значительная часть школьников не осваивает содержания предлагаемого курса математики и оканчивает школу, не получив минимального уровня подготовки [28].
• В российской школе выполняется модернизация системы образования,
включающая переход на профильное обучение [47], создание систем специализированной подготовки, дифференциацию и
индивидуализацию обучения, а также на создание условий выбора для удовлетворения образовательных потребностей старшеклассников.
• Задачи дифференциации содержания образования на старшей ступени школы решаются введением учебных курсов разного типа: о базовые общеобразовательные курсы, ориентированные на завершение общеобразовательной подготовки в школе;
о профильные общеобразовательные курсы, направленные на углубление подготовки по отдельным предметам и обеспечивающие выпускникам школы возможность продолжения образования;
о элективные курсы (обязательные курсы по выбору учащихся), связанные с удовлетворением индивидуальных интересов, склонностей и познавательных интересов старшеклассников.
• Широчайший набор требований к содержанию будущих курсов и кадровый голод школ (особенно региональных) приводят к тому, что многие курсы создаются независимо друг от друга и проектируются исходя из возможностей педагога вместо уровня, предъявляемого будущими профессиями. Возможность изучить отдельные требуемые темы более глубоко при таком способе дифференции практически отсутствует [10].
• Заключительным и немаловажным фактором является агрессивный маркетинг онлайн-курсов и образовательных платформ, конкурирующих за внимание ученика.
Это, как и анализ литературы, позволили сформулировать противоречие: школьной подготовки обучающихся недостаточно для
создания полной базы для освоения всех требуемых современных технически или профессионально сложных специализаций в школе (уровня сложности олимпиады НТИ), поскольку каждая из них требует глубокого знания отдельного, выборочного набора тем из нескольких школьных дисциплин. При этом деление на элективные курсы настолько крупное, что для школы, особенно региональной, невозможно покрыть весь спектр будущих актуальных специальностей.
Это приводит к гипотезе: предполагается, что основа почти всех дисциплин естественно-научного цикла не меняется веками, а специализация заключается в сужении рабочего поля и освоении новых узких комбинаций соответствующих специализаций общих алгоритмов. Исходя из этого, предлагается составлять индивидуальные элективные курсы для каждого ученика по персональному запросу, если предварительно разметить массив задач и дидактических материалов, составляющих тело школьных курсов математики, физики, технологий, информатики, добавить мета-информацию для облегчения поиска и анализа в этой базе знаний. Курс составляется только из задач и теоретических материалов, максимально точно адресующих индивидуальные образовательные цели ученика. При этом, по определению (см. гл. 2), такая технология будет гарантировать ключевые принципы последовательности, непрерывности, систематичности, работу в зоне ближайшего развития.
Поскольку вопрос ограниченности бюджета времени и кадрового резерва школ остаётся, проблемой работы выбрано обучение навыкам практического решения наукоёмких задач, самостоятельно и в группе, в условиях ограничения по времени на взаимодействие с педагогом в условиях информатизации процесса индивидуального сопровождения при выборочном изучении необходимого междисциплинарного комплекса предметов и техник, нуждающихся в полном освоении.
Целью является увеличение качества подготовки и освоения материала при подготовке к будущим технически или научно сложным профессиям с помощью технологию построения элективного курса без включения не релевантных образовательной задаче материалов.
Объект: процесс построения элективного курса и тьюторское
сопровождение ученика.
Предмет: представление семантического графа курса математики старшей школы и первых курсов всех требуемых ВУЗов в форме, позволяющей прокладывать максимально короткие индивидуальные учебные траектории, гарантирующие достижение образовательного результата, и информатизация этого процесса.
Задачи:
1) Выполнить анализ современного взгляда на элективные курсы, индивидуализацию обучения и роли учителя в образовательном процессе в настоящее время.
2) Спроектировать набор заданий по теме выбранного элективного курса.
3) Создать представление элементов курса, позволяющее строить индивидуальные образовательные маршруты от уровня базового школьного образования до уровня специализированной олимпиады.
4) Разработать веб-приложение для информатизации процесса наполнения базы знаний, составления курса и сопровождения ученика при обучении по индивидуальному образовательному маршруту.
5) Разработать методические рекомендации по использованию веб - приложения.
Структура работы следующая. Элементами декомпозиции элективных курсов были выбраны учебно вычислительные задачи (УВЗ) [11] как составляющие основу большинства элективных курсов. Дополнительно к содержанию самой задачи (элемента УВЗ) преподаватель вносит метаинформацию о понятийном аппарате, используемом в теле УВЗ. Данная метаинформация позволяет выстроить семантическую карту всей дисциплины и проложить дерево от образовательного запроса (УВЗ максимальной сложности, запрошенной учеником, вроде “построить нейронную сеть, способную распознавать и классифицировать животных” до простейших элементов базового школьного курса математики, которые предполагаются известными и с которых продолжается само обучение).
Это ставит новые вызовы перед современной школой - как подготовить ученика к будущему поступлению в ВУЗ, колледж, к профессии, которой, возможно ещё и нет? В качестве примера уровня требований достаточно ознакомиться с проектами финала олимпиады НТИ [39].
Школа безусловно отреагировала на вызовы времени:
• изучение предметов разделено на базовые и профильные для оптимизации временных затрат;
• добавлено большое количество элективных курсов;
• в стране развёрнута и постоянно растёт сеть технопарков [12];
• кружковое движение переживает всплеск интереса, особенно технические и ИТ-направления (робототехника, программирование, дизайн, технологии).
Тем не менее, ряд системных противоречий до сих пор не снят: многие классические дисциплины (математика, физика, история) требуют глубоко сфокусированной непрерывной работы в течение достаточно долгого времени для получения первых значимых результатов. Это требование входит в противоречие как с ограниченным бюджетом времени, от которого в последнее время осталась только доля ранее отводимых часов, так и с специфика работы с информацией у современных подростков, ориентированных на стремительный поиск подходящей информации вместо осознавания и переработки материала. Необходимость покрыть требуемый набор тем за меньшее количество часов уже привело к фрагментации курса математики, вследствие чего учителю становится всё сложнее воссоздавать на уроке контекст для изучения нового и закрепления старого материала [39]; вынужденный перенос части учебных задач на самостоятельную работу тоже не оправдал надежд, особенно в случае учеников со слабой мотивацией, что создаёт вредную отрицательную обратную связь.
В результате, итоговое качество усвоения материала остаётся низким из-за необходимости часто создавать контекст урока без учёта индивидуальных особенностей учеников, их уровня усвоения знаний и без возможности полной опоры на ранее изученный материал.
Вопрос организации эффективной самостоятельной работы обучающихся также открыт. Не все школьники научены самостоятельно добывать информацию, читать и понимать учебную литературу. Выбирая между обучением и развитием, отдают предпочтение более легкому - обучению.
Таким образом, контекст выполнения настоящей работы следующий:
• Перед учителем стоит задача “научить каждого” вместо того, чтобы “учить всех”.
• Значительная часть школьников не осваивает содержания предлагаемого курса математики и оканчивает школу, не получив минимального уровня подготовки [28].
• В российской школе выполняется модернизация системы образования,
включающая переход на профильное обучение [47], создание систем специализированной подготовки, дифференциацию и
индивидуализацию обучения, а также на создание условий выбора для удовлетворения образовательных потребностей старшеклассников.
• Задачи дифференциации содержания образования на старшей ступени школы решаются введением учебных курсов разного типа: о базовые общеобразовательные курсы, ориентированные на завершение общеобразовательной подготовки в школе;
о профильные общеобразовательные курсы, направленные на углубление подготовки по отдельным предметам и обеспечивающие выпускникам школы возможность продолжения образования;
о элективные курсы (обязательные курсы по выбору учащихся), связанные с удовлетворением индивидуальных интересов, склонностей и познавательных интересов старшеклассников.
• Широчайший набор требований к содержанию будущих курсов и кадровый голод школ (особенно региональных) приводят к тому, что многие курсы создаются независимо друг от друга и проектируются исходя из возможностей педагога вместо уровня, предъявляемого будущими профессиями. Возможность изучить отдельные требуемые темы более глубоко при таком способе дифференции практически отсутствует [10].
• Заключительным и немаловажным фактором является агрессивный маркетинг онлайн-курсов и образовательных платформ, конкурирующих за внимание ученика.
Это, как и анализ литературы, позволили сформулировать противоречие: школьной подготовки обучающихся недостаточно для
создания полной базы для освоения всех требуемых современных технически или профессионально сложных специализаций в школе (уровня сложности олимпиады НТИ), поскольку каждая из них требует глубокого знания отдельного, выборочного набора тем из нескольких школьных дисциплин. При этом деление на элективные курсы настолько крупное, что для школы, особенно региональной, невозможно покрыть весь спектр будущих актуальных специальностей.
Это приводит к гипотезе: предполагается, что основа почти всех дисциплин естественно-научного цикла не меняется веками, а специализация заключается в сужении рабочего поля и освоении новых узких комбинаций соответствующих специализаций общих алгоритмов. Исходя из этого, предлагается составлять индивидуальные элективные курсы для каждого ученика по персональному запросу, если предварительно разметить массив задач и дидактических материалов, составляющих тело школьных курсов математики, физики, технологий, информатики, добавить мета-информацию для облегчения поиска и анализа в этой базе знаний. Курс составляется только из задач и теоретических материалов, максимально точно адресующих индивидуальные образовательные цели ученика. При этом, по определению (см. гл. 2), такая технология будет гарантировать ключевые принципы последовательности, непрерывности, систематичности, работу в зоне ближайшего развития.
Поскольку вопрос ограниченности бюджета времени и кадрового резерва школ остаётся, проблемой работы выбрано обучение навыкам практического решения наукоёмких задач, самостоятельно и в группе, в условиях ограничения по времени на взаимодействие с педагогом в условиях информатизации процесса индивидуального сопровождения при выборочном изучении необходимого междисциплинарного комплекса предметов и техник, нуждающихся в полном освоении.
Целью является увеличение качества подготовки и освоения материала при подготовке к будущим технически или научно сложным профессиям с помощью технологию построения элективного курса без включения не релевантных образовательной задаче материалов.
Объект: процесс построения элективного курса и тьюторское
сопровождение ученика.
Предмет: представление семантического графа курса математики старшей школы и первых курсов всех требуемых ВУЗов в форме, позволяющей прокладывать максимально короткие индивидуальные учебные траектории, гарантирующие достижение образовательного результата, и информатизация этого процесса.
Задачи:
1) Выполнить анализ современного взгляда на элективные курсы, индивидуализацию обучения и роли учителя в образовательном процессе в настоящее время.
2) Спроектировать набор заданий по теме выбранного элективного курса.
3) Создать представление элементов курса, позволяющее строить индивидуальные образовательные маршруты от уровня базового школьного образования до уровня специализированной олимпиады.
4) Разработать веб-приложение для информатизации процесса наполнения базы знаний, составления курса и сопровождения ученика при обучении по индивидуальному образовательному маршруту.
5) Разработать методические рекомендации по использованию веб - приложения.
Структура работы следующая. Элементами декомпозиции элективных курсов были выбраны учебно вычислительные задачи (УВЗ) [11] как составляющие основу большинства элективных курсов. Дополнительно к содержанию самой задачи (элемента УВЗ) преподаватель вносит метаинформацию о понятийном аппарате, используемом в теле УВЗ. Данная метаинформация позволяет выстроить семантическую карту всей дисциплины и проложить дерево от образовательного запроса (УВЗ максимальной сложности, запрошенной учеником, вроде “построить нейронную сеть, способную распознавать и классифицировать животных” до простейших элементов базового школьного курса математики, которые предполагаются известными и с которых продолжается само обучение).
В современной школе, где элективные курсы являются обязательными, практически каждому учителю приходится создавать тот или иной курс. Но не все построенные курсы отвечают требованиям обучающихся, учитывая их индивидуальные запросы, интересы, мотивацию, карьерные требования. Обычно курсы создаются на основе программы, но задания, объём материала каждый педагог выдаёт по-разному, так, как считаем нужным сам. А учитывая, что мы живем в современном мире, где все более популярными являются онлайн-курсы, то создание курса с помощью компьютерных технологий является востребованным, так ещё и упрощает работу учителя.
Разработка элективного курса - достаточно сложный и трудоемкий процесс, требующий много времени на создание, и который заканчивается не всегда так, как вы планировали. Когда вы планируете элективный курс, всегда есть неуверенность в том, достаточного ли объема ваш элективный курс, охватывает ли он все необходимые обучающимся темы и задания, при этом не слишком ли он загромождён лишней информацией, которая уже известна или неинтересна.
Во второй главе предложена технология построения индивидуального элективного курса по математике на основе дерева знаний, которая позволяет увидеть пробелы в темах или областях математики, которую вы не учли или пропустили при планировании курса. Их легче увидеть благодаря тому, что набранный набор задач служит фундаментом для построения графа курса и указанные выше недочёты проявятся как разрывы графа или резкие переходы в объёме требуемого материала.
Построенный граф позволит сделать многие другие вещи:
• выбрать необходимый стартовый уровень;
• провести входное тестирование и увидеть, на каком уровне понимания находятся у вас обучающиеся, с каким объемом знаний они пришли на курс;
• вместе выбрать максимально близкую конечную цель прохождения курса;
• построить межпредметные связи с другими областями наук, например, физикой (к слову, в данном элективном курсе есть много задач на скорость, расстояние);
• после построения межпредметных связей есть возможность объединиться с другим учителем-предметником и вести обучающегося по этому курсу совместно, охватывая больше понятий и задач;
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что технология построения индивидуального элективного курса на основе дерева знаний способствует индивидуализации образовательной траектории обучающихся, учитывает их мотивы, интересы, образовательные цели. А разработанное веб-приложение позволяет создавать такие курсы гораздо быстрее, чем вручную.
Стоит отметить, что данная работа особенно актуальна в условиях удаленной работы по разным причинам, например, самоизоляции, пандемии, северные или отдалённые территории. Также она будет полезна для родителей, чьи дети обучаются в старших классах, проходят элективные курсы.
Разработка элективного курса - достаточно сложный и трудоемкий процесс, требующий много времени на создание, и который заканчивается не всегда так, как вы планировали. Когда вы планируете элективный курс, всегда есть неуверенность в том, достаточного ли объема ваш элективный курс, охватывает ли он все необходимые обучающимся темы и задания, при этом не слишком ли он загромождён лишней информацией, которая уже известна или неинтересна.
Во второй главе предложена технология построения индивидуального элективного курса по математике на основе дерева знаний, которая позволяет увидеть пробелы в темах или областях математики, которую вы не учли или пропустили при планировании курса. Их легче увидеть благодаря тому, что набранный набор задач служит фундаментом для построения графа курса и указанные выше недочёты проявятся как разрывы графа или резкие переходы в объёме требуемого материала.
Построенный граф позволит сделать многие другие вещи:
• выбрать необходимый стартовый уровень;
• провести входное тестирование и увидеть, на каком уровне понимания находятся у вас обучающиеся, с каким объемом знаний они пришли на курс;
• вместе выбрать максимально близкую конечную цель прохождения курса;
• построить межпредметные связи с другими областями наук, например, физикой (к слову, в данном элективном курсе есть много задач на скорость, расстояние);
• после построения межпредметных связей есть возможность объединиться с другим учителем-предметником и вести обучающегося по этому курсу совместно, охватывая больше понятий и задач;
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что технология построения индивидуального элективного курса на основе дерева знаний способствует индивидуализации образовательной траектории обучающихся, учитывает их мотивы, интересы, образовательные цели. А разработанное веб-приложение позволяет создавать такие курсы гораздо быстрее, чем вручную.
Стоит отметить, что данная работа особенно актуальна в условиях удаленной работы по разным причинам, например, самоизоляции, пандемии, северные или отдалённые территории. Также она будет полезна для родителей, чьи дети обучаются в старших классах, проходят элективные курсы.
