19

Лекция 4.

Создание электронных средств учебного назначения

1. Современные подходы к проектированию и разработке информационных образовательных ресурсов.

2. Этапы разработки электронных средств учебного назначения.

3. Анализ, оценка и экспертиза электронных программно-методических и технологических средств учебного назначения.

§ 1. Современные подходы к проектированию и разработке информационных образовательных ресурсов

Выделим основные подходы к созданию информационных образовательных ресурсов: использование языков программирования, использование универсальных прикладных программных средств; использование специализированных инструментальных систем для создания педагогических приложений, использование интегрированных образовательных платформ.

Рассмотрим возможности использования этих подходов при создании информационных образовательных ресурсов и электронных средств учебного назначения.

Использование языков программирования

Программная реализация таких сложных программных продуктов, как электронных средств учебного или образовательного назначения, электронных учебников, экспертных и интеллектуальных обучающих систем осуществляется с помощью языков программирования высокого уровня. С появлением объектно-ориентированных средств разработки Borland Delphi и C++ Builder процесс создания обучающих программ существенно упрощается. Такой метод, называемый также «методом прямого программирования», предоставляет наибольшую свободу разработчикам, однако делать все приходится буквально с «нуля».

Учителя информатики находятся в более привилегированном положении, чем другие учителя, т. к. они умеют в той или иной степени программировать. Однако даже им не всегда хватает знаний в области программирования, а главное – времени, чтобы создать мультимедийное, интерактивное электронное средство учебного назначения. Многие учителя информатики ограничиваются разработкой на языках программирования несложных обучающих программ. Такие программы могут осуществлять вывод графиков и векторных диаграмм, ввод и проверку ответов обучаемого, в том числе ввод и проверку формул в общем виде, моделировать реальные объекты и процессы, имитировать работу компьютера, принтера и т.п. Однако многие учителя информатики предпочитают прибегать к помощи профессиональных программистов, чтобы довести свои идеи до стадии пригод­ного к эксплуатации программного про­дукта. Более подробно вопросы программирования рассматриваются в специализированных учебных пособиях.

Использование универсальных прикладных программных средств

Рассматривая вопросы использования универсальных прикладных программных средств отметим, что к настоящему времени разработано большое количество подобных систем, ниже мы остановимся только на тех, которые используются на уроках информатики и на интегрированных уроках. В последнее время в школах появилась тенденция проведения интегрированных уроков по информатике и математике, информатике и английскому языку, информатике и литературе, информатике и истории и др. Интегрированный урок по информатике и другим дисциплинам предполагает использование возможностей ИКТ.

Интегрированные уроки проводятся со­вместно учителем информатики, поддерживающим технологическую линию и контролирующим использование на уроке средств ИКТ и учителем–предметником, обеспечивающим содержательное наполнение. В ходе проведения интегрированных уроков решаются междисциплинарные проблемы с позиций разных учебных предметов, наблюдается усиление межпредметных связей. В ходе проведения интегрированных уроков по информатике и литературе, информатике и истории, информатике и иностранному языку предполагается реализация поисковых возможностей ИКТ, создание сочинений в текстовом редакторе и др.

Осуществлением поиска, копирования и представления информации в базе данных могут заниматься учителя и ученики на уроке. Учителя используют информационные ресурсы в сети Интернет для усиления наглядности изложения учебного материала (рисунки, фотографии, видеоматериалы, аудиоматериалы и многое другое), включая, в том числе, найденный материал в презентации.

Рассмотрим универсальные прикладные программные средства, которые используются в ходе интегрированного урока по информатике и математике:

Эти средства разработаны известными фирмами и широко используются не только при изучении математики в школе, но и для решения разного рода научных и инженерных задач. Важным достоин­ством универсальных пакетов является то, что они предоставляют учителю богатый набор специальных функций. Широкий спектр специализированных возможностей, в свою очередь, требует больших затрат времени на освоение пакетов, что создает дополнительные проблемы для ученика и учителя в условиях дефицита учебного времени. Руководство пользователя таким пакетом представляет собой книгу объемом в 300—800 страниц. Освоение этих пакетов может быть оправдано тем, что их применение в школе при изучении математики, геометрии, планиметрии, черчении позволяет уменьшить время на выполнение рутинных операций, существенно повысить наглядность изложения учебного материала.

Рассмотрим некоторые из этих программных продуктов.

Графический 3D плоттер Autograph – предлагает динамический подход к построению графов, координатной геометрии и вероятностной статистике. Кроме того, новая версия полностью совместима с инструментами рисования Интерактивной доски. Программный продукт Autograph предлагает широкий спектр различных видов деятельности, которые могут быть выполнены как учителем в виде демонстрации, так и учениками в дисплейном классе или на персональных компьютерах. Программа позволяет наглядно изучить принципы построения и основные характеристики различных геометрических фигур, а также потренироваться в построении этих фигур с использованием обширного инструментария, позволяющего использовать как геометрические примитивы, так и строить более сложные фигуры. Учащиеся имеют возможность рассмотреть такие виды геометрических преобразований, как расширение (здесь также рассматриваются понятия центра фигуры и коэффициента масштаба), вращение (здесь рассматриваются понятия центра вращения и угла вращения), отражение (рассматривается понятие оси отражения) и параллельный перенос (рассматривается понятие вектора). Все геометрические фигуры и связанные с ними объекты можно анимировать, ими легко манипулировать, чтобы придать обучению более динамичный и интерактивный характер. Autograph предлагает большие возможности по изучению различных уравнений на более старших ступенях обучения. Autograph также является прекрасным инструментом для динамического освоения таких сложных понятий математики, как интегральное исчисление, тригонометрия, векторы, матрицы.

Пакет динамической геометрии Cabri Geometry может быть рекомендован к использованию в старших классах, в колледжах или университетах. Пакет Cabri Geometry позволяет проводить динамичное обучение Эвклидовой геометрии; рисовать векторы и конусы (включая эллипсы и гиперболы); рассматривать уравнения основных геометрических фигур (линии, круги, эллипсы); изучать системы координат.

Геометрическими фигурами легко манипулировать, изучать принципы построения, выдвигать гипотезы, проводить измерения и подсчитывать, удалять или модифицировать внесенные изменения. Инвариантные свойства можно наблюдать в расширении, преобразовании и вращении фигур на экране. Это позволяет сделать изучение геометрии более динамичным и приближенным к жизни, а также выработать новые подходы к ее преподаванию.

Овладеть пакетом Cabri Geometry не сложно. В программе реализованы все те операции, для выполнения которых раньше учениками использовались линейка, карандаш и транспортер, но также много других операций. Линии, окружности, точки, треугольники, векторы, конусы и т.д. легко создаются, изменяются и измеряются с помощью панелей инструментов и выпадающих меню. Фигуры можно менять вращать и менять их положение, что позволяет изучить основные особенности построения различных фигур.

Пакет математических программ Derive предназначен для выполнения алгебраических операций, решения уравнений, изучения тригонометрических функций, векторов и матриц, выполнения научных вычислений. Он берет на себя выполнения рутинных и трудоемких вычислений, выводя результаты как в виде двухмерных графиков, так и на трехмерных диаграммах. Основные математические функции:

• Derive алгебраически упрощает, раскрывает и разлагает на множители символьные выражения; решает уравнения, неравенства, системы многочленов, находя как вещественные, так и комплексные корни.

• Выполняет точные арифметические подсчеты с рациональными числами, избегая погрешностей округления, увеличивает точность приблизительных вычислений.

• Проводит по всем правилам тригонометрические, алгебраические, матричные и векторные вычисления.

• Содержит обширную библиотеку, содержащую функции для решения дифференциальных уравнений, теории чисел и другие специализированные приложения.

• Составляет уравнения и определяет переменные.

• Использует гибкие средства для организации блоковых, циклических и условных структур процедурного программирования.

Пакет Derive позволяет создавать, редактировать, сохранять математические вычисления и исследовать их; форматировать математические выражения, текст, двухмерные и трехмерные графические изображения и OLE-объекты; записывать листы математических вычислений в расширенном текстовом формате (RTF); вводить обозначения переменных буквами греческого алфавита; использовать специальные математические символы с помощью настраиваемой панели инструментов; вводить элементы векторов и матриц, используя шаблоны; использовать шаблоны для алгебраических, интегральных и дифференциальных функций; отображать выражения в удобочитаемой, стандартной математической форме; использовать мышь для выбора объектов с целью их редактирования, изменения и исследования. На экране информация представляется как в графической, так и в текстовой форме, что позволяет освоить как графический, так и алгебраический способы решения уравнений в интеграции. Кроме того, использование данного программного продукта позволяет облегчить изучение методов решения интегральных и дифференциальных уравнений путем обеспечения наглядной пошаговой демонстрации производимых вычислений, отображения оптимальных преобразований, проведения вычислений.

В ходе построения и исследования графиков тригонометрических функций, значения аргументов можно изменять непосредственно на графике, а не только внесением изменений в исходный текст уравнения. Это позволяет исследовать основные закономерности поведения тригонометрических функций при различных величинах аргумента.

Программный продукт Derive предлагает мощные средства по визуализации вычислений. Реализована возможность контроля за геометрическим соотношением размеров, масштабом и осевым разрешением, отслеживанием графиков по нарастанию и убыванию, просмотра точных координат любой точки графика. Эти средства позволяют эффективно использовать Derive в среднем и в высшем образовании.

Пакет математических программ LiveMath предоставляет пользователю возможности по автоматизации математических расчетов. Основными элементами программного продукта являются следующие:

• Вычислительные (функции калькулятора, сокращение дробей, численное решение уравнений и др.).

• Алгебраические (решение линейных уравнений, решение квадратных уравнений, решение систем полиномов, тригонометрические функции др.).

• Графические (трехмерные кривые и поверхности, пересечение поверхностей, поверхности вращения, двухмерные и трехмерные графики и др.).

• Интегральные (производные, поиск минимумов, касательные, дифференциалы, интегралы, ряды Тейлора и др.).

• Линейная алгебра (решение дифференциальных уравнений, приведение матриц к упрощенному виду, функции и др.)

Программа позволяет проводить экспорт графики из других программ, сохранять результаты в формате HTML для публикации в Internet, решать пошагово математические задачи.

MathType – интерактивный инструмент для создания математических записей для любой печатной или веб-ориентированной документации. MathType работает с любыми текстовыми процессорами, программами создания презентаций, программами создания HTML-документов и другими типами программного обеспечения, помогает создать программные продукты для проведения уроков, исследовательских работ, веб-страниц, презентаций. MathType предоставляет больше возможностей, чем Microsoft Word, Corel WordPerfect, Apple-Works, т.к. позволяет записывать самые сложные математические выражения. В составе MathType реализована технология «MathPage», позволяющая преобразовать в веб-страницу весь документ Microsoft Word с уравнениями и обеспечить его корректное отображение во все современных версиях браузеров Windows, Macintosh, Unix или Linux.

Панель Инструментов MathType автоматически инсталлируется в Microsoft Word, чтобы вставлять математические выражения прямо в текст либо отдельным объектом, с числами или без чисел, перенумеровывать уравнения и вставлять в текст ссылки на уравнения и массивы данных.

Заканчивая описание специализированных математических программ отметим, что в настоящее время при изучении математики в школе используются именно профессиональные математические пакеты, а не их упрощенные версии. Основными целями использования универсальных прикладных программных средств на интегрированных уроках по информатике и математике являются: визуализация процесса решения задач, построения графиков различных функций и геометрических фигур; осуществление информационно-поисковой и вычислительной деятельности с использованием средств ИТ; исследование математических моделей с возможность изменения их параметров.