Формирование у школьников предметных умений по математике в процессе цифровой дидактической игры

Полный текст

Введение

Одной из важнейших тенденций развития образования является его цифровизация, подразумевающая применение в обучении цифровых и смешанных технологий, разработку интерактивных форм обучения, проектирование новых цифровых средств обучения. В контексте обучения математике цифровизация позволяет сделать образовательный процесс более интересным и доступным, поскольку обладает практически неограниченным потенциалом инструментальных средств для визуализации абстрактных понятий.

На сегодняшний день имеется широкий спектр цифровых инструментов, которые могут быть применены в обучении математике: электронные курсы, игровые платформы, образовательные квесты, обучающие программы и пр. Указанные инструменты дают возможность учесть ожидания, интересы и образовательные потребности школьников цифрового поколения, а также повысить их вовлеченность в учебную деятельность.

Эффективной технологией реализации цифровой трансформации обучения математике является геймификация, позволяющая развить у школьников математические умения посредством игровых цифровых технологий. Актуализируется задача вовлечения школьников в процесс обучения математике посредством этих технологий так, чтобы игровые элементы не стали доминирующими в деятельности учащихся. При соблюдении указанного требования применение в процессе обучения математике игровых цифровых технологий может способствовать повышению качества математической подготовки школьников. Необходимость формировать предметные умения с учетом цифровой трансформации образования обуславливает актуальность геймификации как современного интерактивного ресурса в контексте цифрового образовательного пространства [Liao, Chen, Shih 2019, р. 43; Татаринов 2019].

Анализ современных педагогических исследований позволил выявить различные подходы к определению геймификации и ее роли в образовательном процессе. Так, Дж. Парк, С. Ким, А. Ким и М.Ю. Йи рассматривают геймификацию как современную цифровую технологию обучения [Park, Kim S., Kim A., Yi 2019, р. 8]. О.В. Крежевских и А.И. Михайлова также определяют геймификацию как технологию обучения, но подчеркивают ее трансдисциплинарность [Крежевских, Михайлова 2021, с. 142]. М.В. Афонина и А.С. Харламова понимают геймификацию как подход к обучению, основанный на применении в учебном процессе принципов компьютерных игр, игровых сценариев и динамик в неигровых ситуациях. Такой подход, по мнению ученых, способствует повышению мотивации и вовлеченности учащихся в процесс решения учебных задач и достижения учебных целей [Афонина, Харламова 2017, с. 47]. В работе А.В. Золкиной, Н.В. Ломоносовой и Д.А. Петрусевич геймификация рассматривается как инструмент повышения эффективности образовательного процесса в условиях информатизации образования [Золкина, Ломоносова, Петрусевич 2020, с. 130]. А.С. Полякова относит геймификацию к средствам обучения [Полякова 2019, с. 659].

По нашему мнению, геймификацию следует рассматривать как технологию обучения. В контексте обучения математике школьников будем понимать геймификацию как «перманентное систематическое применение игровых технологий в учебном процессе с целью повышения его эффективности» [Коклевский, Шульжик 2018, с. 159]. На сегодняшний день существует достаточно много игровых технологий, в том числе интерактивных, которые применяются в основной школе с различными целями: учебными, воспитательными, социальными и пр. С позиций обучения математике эффективной игровой технологией является цифровая дидактическая игра, под которой понимается учебно-познавательная деятельность, осуществляемая в игровой форме в цифровой образовательной среде [Попова 2023, с. 104].

Цифровые дидактические игры обладают большим потенциалом в школьном математическом образовании. Анализ современных научных публикаций подтверждает, что применение таких игр в учебном процессе способствует повышению мотивации учащихся к изучению математики [Ковтонюк, Столбов, Новиков 2022], формированию их познавательной активности [Гребенкина, Ляшко 2023, с. 103] и познавательной мотивации [Куликова, Мерзлякова 2021, с. 14]. Такие игры создают на уроках математики условия для развития у школьников коммуникативных компетенций личности [Катаева, Терехова 2020, с. 53], формируют у игроков (учащихся) направленность на успех [Briffa, Jaftha, Loreto, Chircop, Morone 2020, c. 227], а также могут быть использованы в воспитательных целях [Демиденко 2020, с. 48]. Цифровые дидактические игры являются эффективным средством развития логических учебных действий [Беспрозванных, Шаталова 2020, c. 68], надпрофессиональных компетенций [Петлина, Зверева, Корчак 2023, с. 33], формирования умений творческого мышления [Коклевский, Шульжик 2018, с. 161].

Отметим, что большинство ученых фокусируют внимание на изучении вопроса влияния игровых технологий на познавательную активность и развитие личностных качеств учащихся. В то же время потенциал цифровых дидактических игр в формировании у школьников математических умений до настоящего времени изучен фрагментарно. Анализ результатов педагогических исследований, посвященных проблеме геймификации школьного образования, а также собственного педагогического опыта, позволил выдвинуть гипотезу о том, что формирование у школьников математических умений (как по алгебре, так и по геометрии) будет более эффективным при условии применения цифровых дидактических игр в учебном процессе.

 

Методология и методы

В статье применены теоретические методы системного, сравнительного и логического анализа научных статей, педагогических исследований и методических разработок, посвященных проблеме геймификации школьного образования; произведены анализ содержания и структуры цифровых дидактических игр по математике; обобщение авторского практического педагогического опыта; сопоставление и обобщение результатов наблюдений над учебным процессом.

 

Основная часть

При создании цифровой дидактической игры по математике нужно разработать последовательность игровых заданий, имеющих математическое содержание и объединенных в единый образовательный ресурс, функционирующий на основе каких-либо цифровых инструментов.

Каждый учащийся имеет свою цель обучения, к достижению которой он стремится как в обучении, так и в игре. Поэтому, проектируя содержание школьного курса алгебры, необходимо учитывать теоретическую, практическую, а также индивидуальную значимость заданий, образующих игровые элементы обучения [Куликова, Мерзлякова 2021, с. 16].

Заложенный в дидактической игре образовательный потенциал будет реализован только в том случае, если игра содержит строго определенные компоненты. К основным структурным компонентам игры относятся название, правила, дидактические задачи, игровые задачи, игровое действие, математическое содержание, результат. Структурные компоненты игры могут дополняться в зависимости от целей игры. Например, О. Мукосей к основным элементам дидактической игры относит также дидактическое оснащение и методический комментарий к ней [Мукосей 2021, с. 17].

С сохранением всех основных структурных компонентов игры нами разработана серия цифровых дидактических игр по алгебре. Каждая игра посвящена одной теме алгебры. В игре учитывается, какие математические умения должны быть сформированы у школьников при изучении темы. Именно на эти умения делается акцент в игровом действии.

Например, для учащихся 8-го класса нами разработана цифровая дидактическая игра «Кто хочет стать миллионером?» по теме «Квадратные уравнения», сюжет которой основан на известном телевизионном шоу с аналогичным названием. Игра разработана в программе iSpring Suite. Дадим краткую характеристику игры.

Целью и, соответственно, дидактической задачей авторской игры является формирование у школьников математических и цифровых умений по выбранной теме алгебры. Игровая задача: заработать миллион виртуальных рублей. Игровое действие: игрок отвечает на вопросы виртуального ведущего по теме «Квадратные уравнения». Правила: в игре происходит интеллектуальное соревнование с персонажем, задающим вопросы. Игрок должен выбрать вопрос из предложенного списка вопросов и дать на него ответ в ограниченное время. Чтобы ответить на вопрос, игроку нужно предварительно решить задачу по алгебре. В ходе решения любой задачи, включенной в игру, нужно обязательно выполнить какие-либо математические учебные действия с квадратным уравнением. За каждый правильный ответ игрок зарабатывает определенное количество виртуальных рублей. Результат: любая заработанная сумма виртуальных рублей конвертируется в реальные баллы, влияющие на текущую успеваемость игрока по алгебре.

В программе iSpring Suite игра запускается в отдельном плеере. После заставки с названием игры на экране монитора открывается слайд с кнопками «Играть» и «Правила», с помощью которых осуществляется начало игры или могут быть показаны правила. В процессе игры переходы между различными элементами игры осуществляются посредством кнопок «Далее», «Назад», «Продолжить» или кнопок с гиперссылками. Для повышения вовлеченности в игру учащемуся предоставляется возможность выбрать персонажа из популярного мультфильма «Кунг-фу Панда», с которым он играет. От имени этого персонажа игроку будут заданы вопросы по теме игры. После определения персонажа игрок переходит непосредственно к выбору вопросов и ответам на них.

Математическая часть игры разработана посредством редактора тестов iSpring QuizMaker. В данном редакторе были созданы тестовые задания по выбранной теме алгебры и настроена обратная связь в игре. После выполнения задания и ввода ответа на вопрос игрок сразу получает информацию о правильности своего ответа, а также количестве заработанных виртуальных рублей. Наличие такой обратной связи в игре, а также ограничение времени на ответ способствуют повышению внимательности и организованности игрока, активизации его познавательной деятельности.

Повышение вовлеченности учащихся в игру реализуется с помощью постепенного возрастания уровня сложности задач. Внутри игры такое возрастание возможно за счет получения большего количества виртуальных рублей за выполнение более сложного задания. Выбирая вопрос на каждом этапе игры, учащийся тем самым определяет уровень сложности и количество заданий, которые нужно выполнить для прохождения этого этапа. В реальности (вне игры) это выражается в закреплении приобретенных умений по алгебре. Так, в авторскую цифровую дидактическую игру «Кто хочет стать миллионером?» включены задания, способствующие формированию ряда математических умений: определять вид уравнения, определять коэффициенты квадратного уравнения, вычислять дискриминант квадратного уравнения, находить корни квадратного уравнения, составлять квадратное уравнение, зная его корни, раскладывать на множители квадратный трехчлен, строить график квадратичной функции, решать квадратное уравнение графическим методом и др.

За счет разнообразия в математическом содержании вопросов (заданий) игроку у него в процессе этой же игры развиваются логические умения: выполнять анализ имеющихся данных, устанавливать определяющие свойства понятий, выдвигать гипотезы, строить алгоритм решения задачи, аргументировать выполняемые математические учебные действия, делать вывод и аргументировать его, определять игровую стратегию.

Применение игровых цифровых технологий должно происходить в неразрывной связи с иными современными технологиями и средствами обучения. В качестве таких средств могут выступать, например, личностно ориентированные задачи, которые учитывают уровень подготовки учащегося и усложняются с повышением этого уровня [Чагин 2021, с. 31]. Эффективно использовать в обучении математике практико-ориентированные задачи. Как указывает М.В. Егупова, практико-ориентированные задачи лежат в основе обучения методу математического моделирования – универсального метода описания действительности, формирующего у учащихся научное мировоззрение и ценностное отношение к знаниям [Егупова 2022, с. 88]. Наличие таких задач в цифровой игре по алгебре обеспечивает осознание игроком смысла своего обучения, что не позволяет ему уйти в механический процесс игры, оторвавшись от процесса обучения.

В авторской цифровой дидактической игре связь игрового и учебного процессов реализована включением в вопросы практико-ориентированных заданий, а также за счет смены видов деятельности на разных этапах игры. Согласны с Н.А. Куликовой и О.П. Мерзляковой в том, что при применении элементов геймификации на уроках математики школьникам необходимо предлагать избыточный перечень приемов деятельности. В этом случае каждый игрок может выбрать тот вид деятельности, который интересен именно ему [Куликова, Мерзлякова 2021, с. 17]. Учет игровых особенностей учащихся является обязательным условием успешности геймификации в образовании [Jaftha, Cristina, Pinto, Chircop 2020, с. 46]. Начав с наиболее интересных заданий, учащийся (игрок) постепенно вовлекается в игру и, стремясь одержать победу в игре, незаметно для себя переходит к иному виду деятельности, закрепляя тем самым более широкий спектр математических умений.

В нашей игре при любом (случайном или последовательном) выборе игроком вопросов в процессе ответов на них несколько раз происходит смена видов деятельности. Например, для ответа на один из вопросов виртуального ведущего нужно установить область определения дробно-рационального выражения, выполнить его тождественное преобразование и решить полученное квадратное уравнение. Для выполнения задания, заключенного в другом вопросе, игроку необходимо выполнить построение графика функции и сделать анализ геометрического преобразования графика, определить соответствие между заданными квадратными уравнениями и их корнями. Выбор стратегии игры – решать каждое уравнение или проверять соответствие подстановкой числовых значений корней в каждое уравнение – определяет характер учебной деятельности игрока на этом этапе игры: аналитическое решение уравнения или проведение численных расчетов.

При выполнении части заданий в игре разрешено использовать инструментальные средства цифровых ресурсов (программ GeoGebra, Wolfram Mathematica, мобильного приложения Photomath). С одной стороны, это делает игру более динамичной, с другой – способствует формированию у игрока ряда цифровых умений: визуализировать алгебраические понятия, выполнять построение геометрических фигур инструментальными средствами программы GeoGebra, выполнять численные расчеты посредством программы Wolfram Mathematica, визуализировать полученный результат. Для объективности отметим, что есть риск использования игроком указанных ресурсов в процессе выполнения всех заданий, что запрещено правилами игры. Но такой риск есть в любой цифровой дидактической игре по математике, как и некоторые иные риски (см., например, [Moore-Russo, Wiss, Grabowski 2018; Paravizo, Chaim, Braatz, Muschard, Rozenfeld 2018]). Чтобы его избежать, можно усилить ограничение времени для ответа на каждый вопрос игры и осуществлять контроль за игроком. Успешность игры участника определяется уровнем сформированности у него системы умений и знаний по алгебре, которые впоследствии, вне игры, можно перенести в реальный мир.

Отметим, что в представленной цифровой дидактической игре «Кто хочет стать миллионером?» предусмотрена возможность изменения вопросов игроку. Инструментальные средства программы iSpring Suite позволяют оперативно изменить настройки режима игры, содержание тестовых заданий, алгоритм оценки правильности ответа игрока. Кроме того, в нашей игре во всех вопросах установлен режим «Перемешивать ответы», что снижает возможность запоминания игроком правильных ответов в том случае, когда содержание вопросов остается без изменения. Игра может быть использована в обучении многократно. При этом она будет для учащегося (игрока) каждый раз новой, что способствует расширению спектра умений по алгебре, формируемых в процессе игры, а также повышает вовлеченность учащихся в учебный процесс.

 

Заключение

Таким образом, представленная цифровая дидактическая игра «Кто хочет стать миллионером?» обеспечивает эффективное формирование у школьников математических, логических и цифровых умений за счет разнообразия математического содержания вопросов, наличия практико-ориентированных заданий в вопросах, неоднократной смены видов учебной деятельности в процессе игры, необходимости выбора игровой стратегии. Игра может быть использована непосредственно на уроках алгебры, при организации внеклассной работы по предмету, при проведении математических конкурсов.

По нашему мнению, применение цифровых дидактических игр на уроках алгебры способствует эффективному формированию у школьников предметных умений. В игре нет непосредственного обучения. Формирование умений происходит непроизвольно, в комфортных для учащегося условиях. В процессе игры решение математических задач имеет игровой характер, являясь всего лишь средством достижения игроком победы. Применение таких игр в обучении математике позволяет учесть интересы и индивидуальные особенности школьников, в зависимости от которых им может быть предложена определенная игра или роль в игре, что способствует повышению познавательной мотивации учащихся, их вовлеченности в процесс изучения математики.

Однако дополнительного изучения требуют вопросы использования таких игр для развития графико-аналитических умений школьников, а также предметных умений при изучении дисциплин, непосредственно связанных с математикой: физики, черчения. Также будут полезны и интересны исследования, направленные на изучение потенциала цифровых дидактических игр в нейтрализации затруднений, возникающих у школьников при изучении математики.

Об авторах

А. С. Гребенкина

Донецкий государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: grebenkina.aleks@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8161-6872

доктор педагогических наук, доцент, доцент кафедры высшей математики и методики преподавания математики

Россия, 283001, Российская Федерация, г. Донецк, ул. Университетская, 24

П. В. Ляшко

Донецкий государственный университет

Email: polina2ooo@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-3879-2273

магистрант

Россия, 283001, Российская Федерация, г. Донецк, ул. Университетская, 24

Список литературы

Дополнительные файлы