Использования информационных технологий на уроках математики

В настоящем постиндустриальном обществе роль информационных технологий (ИТ) чрезвычайно важна, так как использование ИТ может обеспечить существенную экономию учебного времени. В отработанных моделях такого использования время, затрачиваемое на освоение ИТ, окупается за счет эффективности учебного процесса по дисциплинам, где ИТ применяется, в дополнение к этому идет освоение новых, приоритетных моделей деятельности. ИТ занимают сегодня центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры.

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники [59]. В прошедшее время под информационными технологиями чаще всего понимают компьютерные технологии. В частности, ИТ имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, ИТ — это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы [65]. Сами ИТ требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

Их широкое использование в самых различных сферах деятельности человека диктует целесообразность наискорейшего ознакомления с ними, начиная с ранних этапов обучения и познания. Система образования и наука являются одним из объектов процесса информатизации общества. Информатизация образования в силу специфики самого процесса передачи знания требует тщательной отработки используемых ТИ (технологий информатизации) и возможности их широкого тиражирования. Кроме того, стремление активно применять современные информационные технологии в сфере образования должно быть направлено на повышение уровня и качества подготовки специалистов. "Отработка" применяемых в сфере образования ИТ должна ставить своей целью реализацию следующих задач:

1) поддержку и развитие системности мышления обучаемого;

2) поддержку всех видов познавательной деятельности человека в приобретении знаний, развитии и закреплении навыков и умений;

3) реализацию принципа индивидуализации учебного процесса при сохранении его целостности.

Итак, основными задачами современных информационных технологий обучения являются разработка интерактивных сред управления процессом познавательной деятельности, доступа к современным информационно-образовательным ресурсам (мультимедиа учебникам, различным базам данных, обучающим сайтам и другим источникам). По мнению Т.Е.Булгаковой основными задачами современных информационных технологий обучения являются разработка интерактивных сред управления процессом познавательной деятельности, доступа к современным информационно-образовательным ресурсам (мультимедиа учебникам, различным базам данных, обучающим сайтам и другим источникам) [16, 87].

Классификация информационных технологий зависит от критерия классификации. В качестве критерия может выступать показатель или совокупность признаков, влияющих на выбор той или иной информационной технологии. Примером такого критерия может служить пользовательский интерфейс (совокупность приемов взаимодействия с компьютером), реализующийся операционной системой. ИТ разделяются на две большие группы: технологии с избирательной и с полной интерактивностью. ИТ с избирательной интерактивностью принадлежат все технологии, обеспечивающие хранение информации в структурированном виде. Сюда входят банки и базы данных и знаний, видеотекст, телетекст, интернет и т.д. Эти технологии функционируют в избирательном интерактивном режиме и существенно облегчают доступ к огромному объему структурируемой информации. В данном случае пользователю разрешается только работать с уже существующими данными, не вводя новых [16, 87]. ИТ с полной интерактивностью содержит технологии, обеспечивающие прямой доступ к информации, хранящейся в информационных сетях или каких-либо носителях, что позволяет передавать, изменять и дополнять ее. По степени использования в информационных технологиях компьютеров различают компьютерные и бескомпьютерные технологии. В области образования информационные технологии применяются для решения двух основных задач: обучения и управления. Соответственно paзличают компьютерные и бескомпьютерные технологии обучения, компьютерные и бескомпьютерные технологии управления образованием. В обучении информационные технологии могут быть использованы, во-первых, для предъявления учебной информации обучающимся, во-вторых, для контроля успешности ее усвоения. С этой точки зрения информационные технологии, используемые в обучении, делятся на две группы: технологии предъявления учебной информации и технологии контроля знаний. К числу бескомпьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся бумажные, оптотехнические, электроннотехнические технологии. Они отличаются друг от друга средствами предъявления учебной информации и соответственно делятся на бумажные, оптические и электронные. К бумажным средствам обучения относятся учебники, учебные и учебно-методические пособия; к оптическим - эпипроекторы, диапроекторы, графопроекторы, кинопроекторы, лазерные указки; к электронным телевизоры и проигрыватели лазерных дисков. К числу компьютерных информационных технологий предъявления учебной информации относятся:

- технологии, использующие компьютерные обучающие программы;

- мультимедия технологии;

- технологии дистанционного обучения.

Компьютерные технологии, наиболее часто применяемые в учебном процессе, можно разделить на две группы:

1) сетевые технологии, использующие локальные сети и глобальную сеть Internet (электронные вариант методических рекомендаций, пособий, серверы дистанционного обучения, обеспечивающие интерактивную связь с учащимися через Internet, в том числе в режиме реального времени);

2) технологии, ориентированные на локальные компьютеры (обучающие программы, компьютерные модели реальных процессов, демонстрационные программы, электронные задачники, контролирующие программы, дидактические материалы).

Курс математики в старших классов должен быть наиболее тесно связан с курсом информатики. Некоторые задачи из рассматриваемых тем следует доводить до составления программы решения с помощью компьютера. Применение ЭВМ в обучении математики – один, наверное, из самых современных приемов активизации познавательной деятельности учащихся как на уроке, так и во внеурочное время. ЭВМ занимает особое место в учебном процессе. Специалисты считают, что только молодые могут воспринять концепции и логику компьютерного мышления. Дети легко постигают азы машинной графики, без особых усилий осваивают язык символов, выполняя упражнения, играя в основанные на зрительных эффектах электронные игры, требующие живости, гибкости мышления, хорошей непосредственной реакции. Компьютер меняет сам характер мышления, заставляя проникать в самую суть явлений, вырабатывает внимание, характер. Возможности современных компьютеров просто поразительны. Компьютеры в качестве учителя малоэффективны, это уверенно подтвердил опыт. Компьютеры необходимы как помощники учителя, в этой роли они неоценимы. Учить надо с компьютером, но не одним компьютером. Особенно полезен компьютер в качестве базы для наглядного обучения, тренажера, для контроля. Применение компьютера на уроках математики позволяет в ряде случаев более наглядно изложить отдельные вопросы программы. Например, при помощи программы Advanced Grapher в считанные секунды можно получить несколько разноцветных графиков, на получение которых "вручную" необходимо потратить немало времени (рис. 1-3).

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Данная программа применяется при изучение таких тем, как: линейная функция, квадратичная функция, преобразование графиков функций, исследование показательной и логарифмической функций и построение их графиков, графическое решение уравнений, графики обратных функций, графики тригонометрических функций, интеграл и площадь криволинейной трапеции.

Например, на интегрированных с информатикой уроках, пользуясь услугами локальной сети, возможно, например, построение графиков тригонометрических функций с помощью редактора электронных таблиц EXCEL. На уроке математики, проходящем в кабинете информатики, можно организовать работу учащихся, например, с использованием мультимедийных учебных пособий из серии "Математика не для отличников", которые по сути являются идентичными электронными версиями печатных учебников, а для проверки знаний используется тест. Учащиеся сначала решают задачу, а затем набирают ответ в числовом или аналитическом виде, или выбирают его из числа предложенных программой. Если же ответ неверен, то программа лишь констатирует этот факт, но она не в состоянии провести анализ ошибок.

Самое главное, что выгодно отличает "Курс математики для школьников и абитуриентов Л.Боревского", электронное пособие "Математика для абитуриентов" и современный учебно-методический комплекс ЗАО "Просвещение – МЕДИА" "Все задачи школьной математики" - это интерактивное решение задач с помощью компьютера, при котором обеспечивается поэтапный (пошаговый) контроль за работой обучаемого. Это снимает сразу две проблемы:

- программа проверяет каждый шаг ученика, указывая на его текущие ошибки и подсказывая выход из трудной ситуации;

- немедленная реакция компьютера на ошибочный шаг позволяет тут же поправить ученика, избежать невольного запоминания ошибочных ходов.

Именно в этом заключается неоспоримое преимущество использования компьютера в педагогике: мы получаем индивидуального бесстрашного наставника персонально для каждого ученика.

По окончании решения программа выдает четкие рекомендации по дальнейшей работе над задачей и даже открывает в электронном учебнике тот материал, который необходимо дополнительно проработать.

Такое пошаговое контролируемое решение отвечает важному педагогическому принципу: не проверять уже имеющиеся знания, а обучать новым методам решения.

Услугами сети Интернет учащиеся чаще пользуются в домашних условиях при подготовке к семинарам, в работе над выполнением творческих заданий, а учитель может пополнить свою методическую копилку. Например, много полезной информации для преподавателя можно получить с Российского образовательного портала (school.edu.ru), крупнейшего в данный момент в России сайта, посвященного математическому образованию школьников. На "странице учителя" можно найти сведения о проходящих методических и научных конференциях и семинарах, прочитать интересные статьи и др. Воспользовавшись информационно - поисковой системой "Задачи" (zadachi.mccme. ru) можно получить по указанию темы перечень задач разного уровня сложности. И таких примеров можно привести много. Но интегрированные уроки и применение Интернет-технологий - дело не ежедневное. Интернет только входит в учебный процесс. Сейчас он используется в основном как источник современной информации. Для учителя Интернет представляет интерес и с точки зрения профессионального роста.

Информационные технологии в обучении предполагают дистанционное обучение. Современное дистанционное обучение строится на использовании следующих основных элементов:

1. Среды передачи информации (почта, телевидение, радио, информационные коммуникационные сети);

2. Методов, зависимых от технической среды обмена информацией.

В настоящее время перспективным является интерактивное взаимодействие с учащимся посредством информационных коммуникационных сетей, из которых массово выделяется среда интернет-пользователей. В 2003 году инициативная группа ADL начала разработку стандарта дистанционного интерактивного обучения SCORM, который предполагает широкое применение интернет-технологий. Введение стандартов способствует как углублению требований к составу дистанционного обучения, так и требований к программному обеспечению. В настоящее время имеются отечественные разработки программного обеспечения, которые достаточно широко применяются как отечественными, так и зарубежными организациями, предоставляющими услуги по дистанционному обучению.

Дистанционное обучение претендует на особую форму обучения (наряду с очной, заочной, вечерней, экстернатом).

Использование технологий дистанционного обучения позволяет:

1. Снизить затраты на проведение обучения (не требуется затрат на аренду помещений, поездок к месту учебы, как учащихся, так и преподавателей и т. п.);

2. Проводить обучение большого количества человек;

3. Повысить качество обучения за счет применения современных средств, объемных электронных библиотек и т.д.

4. Создать единую образовательную среду (особенно актуально для корпоративного обучения).

Дистанционное обучение занимает всё большую роль в модернизации образования. Согласно приказу 137 Министерства образования и науки РФ от 06.05.2005 "Об использовании дистанционных образовательных технологий", итоговый контроль при обучении с помощью ДОТ (дистанционных образовательных технологий) можно проводить как очно, так и дистанционно. Госдума РФ рассматривает проект поправок к закону об образовании, связанных с дистанционным обучением.

На уроках математики компьютер может использоваться с самыми разными функциями и, следовательно, целями: как способ диагностирования учебных возможностей учащихся, средство обучения, источник информации, тренинговое устройство или средство контроля и оценки качества обучения. Возможности современного компьютера огромны, что и определяет его место в учебном процессе. Его можно подключать на любой стадии урока, к решению многих дидактических задач, как в коллективном, так и в индивидуальном режиме.

Специфика и возможности компьютерного урока таковы, что отнести его строго к определенной группе по тенденциям развития образовательных технологий нельзя. Приход ЭВМ в школу способен облегчить труд учителя, особенно рутинного характера, например использование презентации, созданные в Power Point, это своего рода мини-конспекты урока. Компьютер - хранитель информации, накопленной учителем за годы работы, и получена она с его помощью может быть в любой момент времени.

Вводить компьютерные компоненты можно в уроки любых предметов. Все дело заключается в целесообразности, наличии соответствующих качественных программ, условиях использования.

Урок с применением компьютера будет способствовать формированию познавательной потребности у того учителя, который:

1) сохраняет человеческие приоритеты в обучении;

2) имеет доброе, доверительное отношение к машине и ее педагогическим возможностям;

3) умеет бережно и в то же время смело обращаться с персональным компьютером;

4) интеллектуально развит, эрудирован, способен оценивать педагогические возможности компьютерных программ;

5) методически гибок;

6) дисциплинирован, точен, владеет упорядоченным логизированным мышлением.

Таким образом, без профессионального роста в освоении информационных технологий не обойтись.

Первый шаг, который делает учитель, обращаясь к компьютерной технологии обучения, состоит в изучении педагогических программных средств по своему предмету и оценке их достоинств и недостатков. К сожалению, еще не встречалось ни одного мультимедийного учебного пособия по математике, которое бы полностью соответствовало школьной программе: используется нетипичная терминология. Отличные от школы, системы аксиом, или громоздкая система ввода информации (очень "закрученный" редактор формул, что не ускоряет, а, наоборот замедляет процесс решения).

Ознакомление с программной продукцией целесообразно начинать с изучения средств, создающих компьютерную среду. К этим программам относятся программные инструкции, советы, рекомендации по самому широкому кругу вопросов. С ними учитель может проводить и классные, и внеклассные занятия, освобождая себя от многократного повторения учащимся одних и тех же прописных истин, от налета субъективности в оценке учебных успехов учащихся, помогая осваивать им технологию самообучения.

Компьютерную среду создают также справочно-информационные материалы. Их назначение состоит в том, чтобы обеспечить на уроке большую наглядность и доказательность, использовать эти программы для наведения разного рода справок и для самопроверки, для предоставления образца выполнения какого-либо задания на конкретном предметном материале.

Справочно-информационные материалы призваны облегчить многим детям освоение школьной программы, они носят поддерживающий и сопровождающий, нередко и мотивирующий характер.

Одной из основных проблем при изучении геометрии в школе является проблема наглядности, связанная с тем, что изображения даже простейших геометрических фигур, выполненные в тетрадях или на доске, как правило, содержат большие погрешности. Современные компьютерные средства позволяют решить эту проблему. Стереометрия - это одна из немногих, если не единственная область школьной математики, в отношении которой не приходится агитировать за ИТ. Современная трехмерная графика позволяет создавать модели сложных геометрических тел и их комбинаций, вращать их на экране, менять освещенность. Поэтому полный интерактивный курс стереометрии, предложенный компанией "Физикон", призван помочь учителю более успешно справиться с решением стоящих перед ним задач, а его использование на уроках геометрии в 10-11 классах сделает доступным сложный учебный материал более широкому кругу учащихся.

На уроках алгебры и начал анализа использование мультимедийного пособия "Функции и графики" прекрасно иллюстрирует построение графиков элементарных и более сложных функций и преобразование графиков.

Таким образом, компьютер как бы соединяет в себе ряд традиционных ТСО, которые всегда использовались, в основном, для усиления наглядности. Это активизирует познавательный процесс у обучаемых, развивает мышление (наглядно-действенное, наглядно-образное), повышает результативность учебного процесса, в том числе и познавательную потребность. Использование ИТ на уроках математики позволяет реализовать такие развивающие цели обучения, как развитие познавательной потребности, формирование мышления, развитие умений осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность (например, за счет реализации возможностей компьютерного моделирования), формирование информационной культуры, умений осуществлять обработку информации.

Элементы компьютерной среды, помогающие учителю в изучении математики, представлены следующими программами:

- графический редактор "Paint" входит в стандартный комплект программных средств компьютера. Он служит для создания, просмотра и редактирования графических изображений. Созданное изображение может быть распечатано на принтере или записано в виде файла для его дальнейшего использования;

- графический редактор "Adobe Illustrator" является более мощным средством для создания и обработки рисунков, он имеет дело с так называемым векторным изображением;

- с помощью редактора электронных таблиц Microsoft Excel можно строить графики функций и выполнять несложные вычисления;

- программа 3D See Builder поможет выполнить задачи на построение сечений;

- school. еdu. ru. - Российский образовательный портал;

- zadachi.mccme.ru - информационно- поисковая система <Задачи>;

- matematica.agava.ru - сайт разнообразных математических задач для поступающих в вузы с решениями;

- school. msu.ru - учебно- консультационный сайт для учащихся и преподавателей средних школ;

- мультимедийные учебные пособия: "Алгебра не для отличников", "Геометрия не для отличников", "Тригонометрия не для отличников", "Teach Pro Математика. Решение уравнений и неравенств", "Teach Pro Математика. Тригонометрия. Функция", Л.Боревский "Курс математики 2000", "Математика абитуриенту", "Все задачи школьной математики. Алгебра 7-9, Алгебра и начала анализа 10-11, итоговая аттестация выпускников", "Открытая математика. Планиметрия", "Открытая математика. Стереометрия", "Открытая математика. Функции и графики".

Создание приложений учебного назначения в соответствии с современными требованиями даже с помощью инструментальных систем отдельными преподавателями и малыми творческими коллективами не дает желаемых результатов, т.к. создание качественного продукта требует участия специалистов различных отраслей информационных технологий. Поэтому для их производства необходимо организовывать стабильные технологические цепочки (издательские лаборатории).

Конечно же, основой для реализации такого программного обеспечения служит подготовленный преподавателем сценарий компьютерной поддержки курса, обеспечивающий информационную, дидактическую и методическую составляющую курса.

Применение современных информационных технологий значительно повышает эффективность самообразования. В электронный вид переведены многие, всемирно известные, энциклопедии и словари, существует большое количество электронных книг и учебников.

Компьютер позволяет повысить самостоятельность работы учащихся, которая необходима для перевода знаний извне во внутреннее достояние школьника, учитель может варьировать формы контроля над усвоением учебного материала. Это можно проиллюстрировать использованием компьютера при изучении темы "Применение определенного интеграла к вычислению площадей" на уроках математики. Подходящим программным средством в качестве компьютерной поддержки темы может использоваться электронные таблицы EXCEL. Разработка в ней задачи интегрирования позволяет, во-первых, освоить многие операции, изучаемые в программном средстве по предмету информационных технологий, и, во-вторых, закрепить материал по интегрированию в приложении к вычислению площадей. Тем самым значительно сокращаются затраты учебного времени по общим предметам. Кроме того использование специализированных программ таких как MATLab, МВТУ и другие позволяют упростить процесс вычисления и решения некоторых сложных дифференциальных и интегральных задач.

Современный этап применения компьютерной технологии обучения в учебном процессе заключается в использовании компьютера как средства обучения не эпизодически, а систематически с первого до последнего занятия при любом виде обучения. Основная проблема при этом заключается в методике компьютеризации курса, который предстоит освоить обучаемому. Возможна либо полная перестройка и ориентация на создание новых компьютеризованных курсов, либо реализация методики с частичной компьютерной поддержкой курса. Другими словами речь идет о форме компьютерной поддержки процесса обучения. В настоящее время практика использования компьютерных технологий в образовании обнаруживает две тенденции:

- применение промышленных универсальных компьютерных программ, предназначенных для решения широкого круга практических и научных задач из различных предметных областей, и адаптированных к учебным дисциплинам;

- применение обучающих программ, специально разработанных для целей обучения и реализующих соответствующие методики, заложенные в них разработчиками. На сегодняшний день существует широкий спектр программ от простейших, контролирующих до сложных мультимедийных продуктов.

2. Опытно-экспериментальная работа по формированию познавательной потребности у учащихся средствами информационных технологий

2.1 Особенности изучения темы "Интеграл" в школьном курсе математики

Выбор темы "Интеграл" неслучаен. Тема "Интеграл" изучается в рамках программы 11 класса общеобразовательной школы.

Существует большое количество программ по математике, каждая из которых имеет свои особенности в изложении того или иного вопроса. В связи с этим каждая школа работает по определенной программе, в соответствии с которой разрабатывается учебный комплект, в который входят учебные пособия, книга для учителя и дидактические материалы.

В таблице 3 представлены программы по изложению темы "Интеграл" основных авторов, по которым ведется обучение математике сегодня в школах: Ш.А.Алимова, А.Н.Колмогорова, А.Г.Мордкович, С.М.Никольского.

Таблица 3 Тематическое планирование темы "Интеграл" по программам разных авторов

Автор программ	Изложение темы	Кол-во часов
А.Н.Колмогоров 11 класс	Площадь криволинейной трапеции Формула Ньютона-Лейбница Применение интеграла Контрольная работа Зачет
Ш.А.Алимов 11 класс	Первообразная. Правила нахождения Формула Ньютона–Лейбница Площадь криволинейной трапеции и интеграл Вычисление интеграла. Применение интеграла к решению практических задач Урок обобщения и систематизации знаний Контрольная работа
А.Г.Мордкович 11 класс	Первообразная и неопределенный интеграл Определенный интеграл Зачет Контрольная работа Учебно-тренировочные занятия по теме "Первообразная и интеграл" к ЕГЭ
С.М.Никольский 11 класс	Площадь криволинейной трапеции Определенный интеграл. Формула Ньютона-Лейбница Применение определенных интегралов в геометрических и физических задачах Контрольная работа

На основе этих программ этими авторами написаны действующие учебники. В учебниках, традиционно применяемых в школьном обучении, как правило, используются следующие подходы к введению понятия определенного интеграла.

1. Интеграл как предел интегральных сумм.

Этот подход предполагает введение операции интегрирования как независимой операции; при этом интеграл определяется как предел последовательности, составленной из интегральных сумм. Начинается изучение в этом случае с рассмотрения конкретных задач, например, задачи о площади под кривой; задачи о работе силы и др. Затем, обобщив полученные результаты, переходят к определению интеграла как предела интегральных сумм.

Хотя данное определение громоздко, но идея метода наглядна (геометрическая интерпретация – площадь криволинейной трапеции). Вместе с определением интеграла получают и способ его вычисления. Но на практике для вычисления интеграла используют формулу Ньютона – Лейбница, которую при данном подходе необходимо доказать.

2. Интеграл как приращение первообразной.

Этот подход предполагает введение операции интегрирования как операции, обратной дифференцированию. При этом формула Ньютона – Лейбница практически служит определением интеграла.

При этом подходе не требуется специально выводить формулу Ньютона – Лейбница, с помощью которой доказываются многие свойства интеграла. Однако в этом случае идея метода суммирования отходит на второй план. Недостаток этого подхода состоит в том, что появляются затруднения при изучении приложений интеграла. В итоге все – таки приходится рассматривать интеграл как предел интегральных сумм, чтобы получить единый, достаточно общий метод решения задач геометрии, механики, электродинамики и других разделов физики. Это рассмотрение можно провести либо сразу после введения понятия интеграла, объяснив учащимся, что не всегда возможно найти первообразную данной функции, либо непосредственно при изучении приложений интеграла, рассмотрев этот метод на одной из задач.

М. И. Башмаков дает следующее определение интеграла: "Пусть дана положительная функция f, определенная на конечном отрезке [a; b] [7]. Интегралом от функции f на отрезке [a; b] называется площадь её подграфика".

В учебнике Мордковича А. Г. "Алгебра и начала анализа" при введении понятия "Определенный интеграл" рассматриваются задачи, приводящие к данному понятию, а именно задача о вычислении площади криволинейной трапеции, задача о вычислении массы стержня и задача о перемещении точки [45]. Все три задачи при их решении приводятся к одной и той же математической модели. При чем говорится о том, что многие задачи из различных областей науки и техники приводят в процессе решения к такой же модели. Далее дается математическое описание этой модели, которая была построена в трех рассмотренных задачах для непрерывной на отрезке [a; b] функции y=f(x):

1) разбивают отрезок [a; b] на n равных частей;

2) составляют сумму

S_n=f(x₀)Δx₀+f(x₁) Δx₁+…+f(x_k) Δx_k+…+f(x_n-1) Δx_n-1;

3) вычисляют .

Автор учебника поясняет, что в курсе математического анализа доказано, что этот предел существует. Его называют определенным интегралом от функции y=f(x) по отрезку [a; b].

В учебнике А. Н. Колмогорова "Алгебра и начала анализа" при введении интеграла рассматривается задача о вычислении площади криволинейной трапеции [33]. Автор приводит в учебнике два способа вычисления площади криволинейной трапеции: с помощью теоремы о площади криволинейной трапеции и с помощью интегральных сумм. Второй способ сводится к определению интеграла. С помощью интегральных сумм выводятся также формулы для вычисления объемов тел, работы переменной силы, а также нахождения массы стержня и центра масс.

Среди применений интеграла в данном учебнике выводится формула для нахождения работы переменной силы, формула вычисления массы стержня и центра масс. Все формулы выводятся одним способом: с помощью интегральных сумм. Для самостоятельного решения учащимся предлагается задача о нахождении кинетической энергии стержня и несколько задач на уже рассмотренные формулы. Причем задачи делятся на несколько уровней сложности, в том числе задачи повышенной трудности.

Проведём анализ некоторых школьных учебников алгебры и начал анализа. Как мы видим из таблицы, не у всех анализируемых авторов программы совпадают. Например, в учебнике А.Н.Колмогорова "Алгебра и начала анализа" при введении интеграла рассматривается задача о вычислении площади криволинейной трапеции. Автор приводит в учебнике два способа вычисления площади криволинейной трапеции: с помощью теоремы о площади криволинейной трапеции и с помощью интегральных сумм. Второй способ сводится к определению интеграла. С помощью интегральных сумм выводятся также формулы для вычисления объемов тел, работы переменной силы, а также нахождения массы стержня и центра масс.

Наиболее углублено тема "Интеграл" рассмотрена в учебнике А.Г.Мордковича [45]. В учебнике А.Г.Мордковича "Алгебра и начала анализа" при введении понятия "Определенный интеграл" рассматриваются задачи, приводящие к данному понятию, а именно задача о вычислении площади криволинейной трапеции, задача о вычислении массы стержня и задача о перемещении точки. Все три задачи при их решении приводятся к одной и той же математической модели. Причем говорится о том, что многие задачи из различных областей науки и техники приводят в процессе решения к такой же модели. Далее дается математическое описание этой модели, которая была построена в трех рассмотренных задачах для непрерывной на отрезке [a; b] функции y=f(x):

3) разбивают отрезок [a; b] на n равных частей;

4) составляют сумму

S_n=f(x₀)Δx₀+f(x₁) Δx₁+…+f(x_k) Δx_k+…+f(x_n-1) Δx_n-1;

3) вычисляют .

После чего автор учебника возвращается к трем рассмотренным ранее задачам и результат, полученный при их решении, переписывает следующим образом:

· ,

где S – площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции y=f(x);

· ,

где m – масса неоднородного стержня с плотностью p(х);

· ,

где s – перемещение точки, движущейся по прямой со скоростью v=v(t).

В учебнике в физических приложениях интеграла приводятся те же задачи, что и при введении понятия интеграла, а именно задачи о массе стержня и перемещении точки. Этим автор учебника и ограничивает изучение приложений интеграла в физике.

В учебнике С.М.Никольского "Алгебра и начала анализа" рассмотрение задачи о вычислении площади криволинейной трапеции приводит к понятию интегральных сумм и пределу от них, после чего вводится определение определенного интеграла [47]. Теоретическое обоснование применения определенного интеграла рассматривается в таких физических задачах, как задачи на работу силы, работу электрического заряда, на вычисление массы стержня переменной плотности, давления жидкости на стенку и центра тяжести. Среди приложений интеграла в физике рассматриваются следующие задачи (вместе с теоретическим их обоснованием): задачи о работе силы, работе электрического заряда, задача о массе стержня переменной плотности, задача о давлении жидкости на стенку, задача о нахождении центра тяжести системы материальных точек. Однако, автор учебника приводит очень скупую систему упражнений, при чем не использует в практических задачах и половины тех формул, которые были ранее выведены.

В учебнике Ш.А.Алимова "Алгебра и начала анализа" перед введением понятия интеграла рассматривается задача о нахождении площади криволинейной трапеции, где вычисление площади сводится к отысканию первообразной F(х) функции f(x) [2]. Разность F(b)- F(a) называют интегралом от функции f(x) на отрезке [a; b]. Далее автор рассматривает вычисление площади криволинейной трапеции с помощью интегральных сумм, говорит о том, что такой способ приближенного вычисления интеграла требует громоздких вычислений и им пользуются в тех случаях, когда не удается найти первообразную функции. В качестве примеров применения интеграла приведены задачи о вытекании воды из бака и нахождении работы силы. Задачи для самостоятельного решения однотипны и их очень мало.

К учебнику А.Н.Колмогорова предполагается дидактический материал, авторами которого являются Б.М.Ивлев, С.М.Саакян, С.М.Шварцбурд [17,33]. В данном пособии содержатся самостоятельные и контрольные работы, проверочные работы, материал для итогового повторения и программированного контроля и карточки-задания для зачетов. Все они даны

Использования информационных технологий на уроках математики

Поиск по сайту