Technologie informacyjne w procesie kształcenia matematycznego uczniów szkoły ponadgimnazjalnej

Abstract

Praca nad podnoszeniem efektów kształcenia w dziedzinie matematyki stała się możliwa dzięki zastosowaniu środków technologii informacyjnej. Tematem pracy doktorskiej było „Technologie informacyjne w procesie kształcenia matematycznego uczniów szkoły ponadgimnazjalnej”. Celem działań dydaktycznych było opracowanie takiego procesu kształcenia, który gwarantowałby osiąganie założonych celów kształcenia zgodnie z reformą edukacji. Istotnym celem nauczania w zakresie matematyki jest przygotowanie uczniów do egzaminu maturalnego zdawanego jako przedmiot obowiązkowy już od 2010 roku. „Nowa matura” zmierza do uzyskania porównywalności prac maturalnych oraz zachowania obiektywizmu wobec oceniania kompetencji egzaminowanego. Standardy wymagań, będące podstawą przeprowadzenia egzaminu maturalnego z matematyki obejmują trzy obszary: wiadomości i rozumienie, korzystanie z informacji, tworzenie informacji. Uczeń musi się wykazać umiejętnością argumentowania i prowadzenia rozumowania matematycznego uzasadniania twierdzeń oraz wniosków. Ucząc matematyki w szkole ponadgimnazjalnej zauważyłam, że dotychczasowe tradycyjne metody nauczania - uczenia się matematyki stają się mało efektywne i nie gwarantują uzyskania przez uczniów oczekiwanych rezultatów egzaminu maturalnego. Celem poznawczym pracy było określenie wpływu zastosowania technologii informacyjnych (programy komputerowe, sieci Internet) na poziom kształcenia matematycznego uczniów w szkole ponadgimnazjalnej. Celem teoretycznym pracy było wyjaśnienie i ewaluacja zjawisk pedagogicznych oraz ocena wybranego fragmentu rzeczywistości pedagogicznej w procesie nauczania – uczenia się matematyki przy wykorzystaniu technologii informacyjnej (programy komputerowe, sieci Internet itd.). Cel praktyczny to: 1.Określenie, w oparciu o eksperyment pedagogiczny, przydatności stosowania wybranych narzędzi technologii informacyjnej w nauczaniu matematyki i porównanie z metodami tradycyjnymi 2. Uzyskanie wyższych efektów kształcenia w zakresie matematyki w szkole ponadgimnazjalnej oraz wyrównanie szans na egzaminie maturalnym uczniów w odniesieniu do założonych celów kształcenia zawartych w „Podstawie programowej kształcenia ogólnego”. W latach 2009-2011 przeprowadzono badania dotyczące wykorzystania programów edukacyjnych i narządzi komputerowych jako środków dydaktycznych, obok tradycyjnych metod nauczania matematyki, mających wpływ na stopień: 1.zrozumienia wiedzy i umiejętności matematycznych, 2. umiejętności uczniów w zakresie posługiwania się językiem matematycznym, 3. zainteresowania uczniów problemami matematycznymi, 4. samodzielności rozwiązywaniu problemów matematycznych. W roku szkolnym 2009/2010 badaniom poddano uczniów klas III i IV technikum, zaś w pierwszym semestrze roku szkolnego 2010/2011 uczniów klas II technikum. Uczniowie podzieleni byli na cztery grupy (dwie grupy eksperymentalne i dwie kontrolne). Badania zostały przeprowadzone metodą eksperymentu pedagogicznego techniką grup równoległych z zastosowaniem ich rotacji. Wszyscy uczniowie z danej klasy należeli do tej samej grupy. Opisane dwie części eksperymentu pozwalają na stwierdzenie prawdziwości postawionych hipotez badawczych dotyczących przydatności stosowania wybranych narzędzi technologii informacyjnej oraz uzyskiwania wyższych efektów kształcenia w zakresie matematyki w szkole ponadgimnazjalnej. W zakresie czterech hipotez: 1. zrozumienia wiedzy i umiejętności matematycznych uczniów, 2. umiejętności uczniów posługiwania się językiem matematycznym, 3. zainteresowania uczniów problemami matematycznymi, 4. samodzielności w rozwiązywaniu problemów matematycznych młodzież z grup eksperymentalnych otrzymała zdecydowanie wyższe wyniki z prac pisemnych, niż w grupach kontrolnych. Wyniki eksperymentu wskazują, że stosowanie wspomagania komputerowego i aktywizujących metod nauczania ma pozytywny wpływ na przyswajanie treści i nabywanie umiejętności matematycznych. Uczniowie chętniej pracują na zajęciach z wykorzystaniem technologii informacyjnej, ponieważ taka forma pracy jest dla nich bardziej atrakcyjna i mniej stresująca niż zajęcia prowadzone w sposób tradycyjny. Komputer i sieć Internet stanowią dla współczesnej młodzieży niemal nieodłączny element życia codziennego, zatem na zajęciach lekcyjnych są podstawą swobody działania, nieskrępowanego poszukiwania nowych rozwiązań i – co za tym idzie – szybkiego opanowania nowych treści. Zaobserwowano, że wykorzystanie technologii informacyjnej podczas zajęć pozwala na zrozumienie wiedzy i nabycia umiejętności matematycznych przez uczniów dotkniętych niepowodzeniami szkolnymi. Zaobserwowano znaczną poprawę w przyswajaniu wiedzy i zastosowaniu w praktyce umiejętności matematycznych. Ponadto, uczniowie klasy IV technikum( ) w II semestrze roku szkolnego 2009/2010 osiągnęli wyższy średni wynik punktowy z egzaminu maturalnego z matematyki na poziomie podstawowym, w porównaniu z klasą IV technikum ( ). Wykorzystując technologie informacyjne w procesie nauczania matematyki należy traktować komputer jako środek dydaktyczny, który można wykorzystać jako: multimedialny podręcznik, narzędzie do rozwiązywania problemów, wyszukiwania i gromadzenia informacji oraz prezentacji i ilustracji zjawisk. Obserwacja pracy uczniów podczas prezentowanych badań prowadzi do stwierdzenia, że wykorzystanie technologii informacyjnej pozwala na stworzenie atmosfery przyjaznej uczniom. Zabiegi dydaktyczne stosowane przez nauczyciela dają wrażenie odkrywania matematyki. Wykorzystywanie ćwiczeń stopniowo wyjaśniających temat, uczy stosowania odpowiednich narzędzi matematycznych. Wspomaganie komputerowe tych ćwiczeń pomaga w zrozumieniu tematu, eliminuje żmudne obliczenia, by nie były przeszkodą w przyswajaniu przez uczniów istoty nauczanych treści. Korzystanie z różnych form pracy na lekcji dostarcza uczniom informacji wielokanałowo, równocześnie przez różne zmysły. Przykładowo wykorzystanie prac projektowych związane jest ze zbieraniem, organizacją i prezentowaniem danych. Taka forma pracy uczy dobrego współdziałania i odpowiedzialności za podjęte działania, stwarza warunki do wyzwolenia inicjatywy uczniów, uczenia samodzielności, co potwierdziły badania stosowania wspomagania komputerowego obok tradycyjnych metod, przyczyniły się pośrednio do podwyższenia efektów kształcenia. Powyższe wnioski znajdują również potwierdzenie w badaniach dotyczących efektywności stosowania wspomagania komputerowego w procesie nauczania innych przedmiotów przyrodniczych, jak chemia, fizyka i biologia. Wykorzystywanie symulacji komputerowych pozwala na obserwację doświadczeń między innymi w rzutach kostką do gry, przekształceniach i przesunięciach symetrycznych wykresów funkcji, konstrukcjach geometrycznych: symetralna odcinka, dwusieczna kąta itd. Stosowanie odpowiednich programów komputerowych, prezentacji umożliwia szybką analizę otrzymanych danych. Pozwala to na oszczędność czasu i przedstawienie wyników w postaci wykresów, diagramów. Przyczyniają się one do ułatwienia uczniom działań w obrębie abstrakcyjnych wyobrażeń oraz ich tworzenia, dzięki możliwości ich wizualizacji. Najbardziej wartościowe, jak pokazały badania, wydaje się wykorzystanie ich możliwości w kształceniu problemowym, gdyż wspierają tworzenie sytuacji problemowych, podpowiadają interesujące problemy, wspomagają ich rozwiązanie i weryfikowanie. Wzajemne uzupełnianie się metod uczenia się i nauczania matematyki, stwarza warunki do poprawnego uchwycenia wszystkich elementów procesu kształcenia. Stwierdzono, że wyniki przedstawionych badań empirycznych określają pozytywnie przydatność stosowania technologii informacyjnych w procesie kształcenia uczniów w zakresie matematyki w szkole ponadgimnazjalnej. Work on the improvement of the education effects in Mathematics teaching became possible thanks to the application of information technology means. The topic of the PhD thesis was: „Information technologies in the process of teaching Mathematics in secondary school”. The aim of the didactical activities was to work out such a process of education which could guarantee to obtain the set goals of education in consistency with the education reforms. The crucial goal of teaching Mathematics is to prepare students for the matura exam, in which Mathematics has been a compulsory subject since 2010. “New matura exam” aims to keep objectiveness towards the student being examined. Standards requirements, which constitute a basis for conducting the matura exam, embrace three areas: knowledge and comprehension, using information, creating information. The student has to prove to be skilful enough to present arguments, to conduct mathematical comprehension and to justify theses and conclusions. Teaching Mathematics in secondary school I noticed that the traditional methods of teaching and learning Mathematics used so far are becoming less effective and are no guarantee of gaining the expected results in the matura exam. The cognitive aim of the thesis was to define the influence of information technology application (computer programs, the Internet) on the level of mathematical education in secondary school. The theoretical aim of the thesis was to explain and evaluate pedagogical phenomena and to assess a chosen piece of pedagogical reality in the process of teaching and learning Mathematics by means of information technology (computer programs, the Internet etc.) The practical aim was: 1. to define, on the basis of pedagogical experiment, usefulness of the application of chosen information technology tools in the process of teaching Mathematics and to compare them with traditional methods 2. to attain higher education results in Mathematics teaching in secondary school and to equal chances of students in the matura exam with reference to the education goals set in “Education base program”. From 2009 to 2011 there has been conducted research concerning the education programs application and computer tools as didactical means having an influence on the degree of: 1. comprehension of the mathematical knowledge and abilities, 2. the students’ abilities to use mathematical language, 3. Getting students interested in mathematical problems, 4. Independence in solving mathematical problems. In the 2009 and 2010 school year, the students of the third and fourth year of technical secondary school were put through the examination; in the first semester of the school year 2010 and 2011 the same was done to the second year students. The students were divided into four groups (two experimental and two control groups). The research was conducted by means of pedagogical experimental method using the technique of parallel groups with their rotation application. All the students from a given class belonged to the same group. Two parts of the experiment allow to ascertain the truthfulness of the set up hypotheses concerning the usefulness of the application of chosen information technology tools and the attainment of higher results in Mathematics education in secondary school. As for the four hypotheses: 1. comprehension of the mathematical knowledge and abilities, 2. the students’ abilities to use mathematical language, 3. Getting students interested with mathematical problems, 4. Independence in solving mathematical problems, the students from the experimental groups received considerably better results in written pieces of work than the students from the control groups. The results of the experiment show that the application of the computer-assisted teaching method and the use of activating techniques have a positive effect on the acquisition of knowledge and on gaining mathematical abilities. Students work more eagerly during the computer technology-assisted classes because this type of work is more attractive and less stressful for them than the lessons conducted in a traditional way. Computer and the Internet constitute an inseparable part of the contemporary youth’s life; they are necessary during the classes to make the students feel comfortable and to motivate them to an unrestrained search for new solutions and, simultaneously, to a quick acquisition of the new material. It has been observed that information technology application during the classes propels the comprehension of the knowledge and the acquisition of mathematical abilities by weak students sustaining educational failures. Significant improvement in the acquisition of knowledge and making use of the mathematical abilities in practice has been observed. What is more the students of the fourth grade (GE) in the second semester of the school year 2009 and 2010 obtained a higher average result in the basic level matura exam than the fourth grade students (GK). While applying information technologies in the process of teaching Mathematics it is essential to treat the computer as a didactical means, which can be used as: a multimedia course book, a tool to solve some problems.