Введение

учебная программа по математике. Комплексная школьная программа по математике (CSMP) обозначает как название учебной программы, так и название проекта, ответственного за разработку учебных материалов в Соединенных Штатах. В рамках общего проекта CSMP были разработаны две основные учебные программы: Комплексная школьная программа по математике (CSMP) – программа математики для 1–6 классов для регулярного обучения в классе, и программа «Элементы математики» (EM) – программа математики для одаренных учеников 7–12 классов. В EM традиционные темы рассматриваются строго и углубленно, и это была единственная учебная программа, которая строго следовала «Целям школьной математики: Отчет Кембриджской конференции по школьной математике» (1963). В результате она включает в себя значительную часть содержания, обычно требуемого для получения степени бакалавра математики. Эти две программы не связаны между собой, однако некоторые сотрудники CSMP внесли вклад в разработку обоих проектов. Кроме того, некоторые сотрудники программы «Элементы математики» также участвовали в программе «Улучшение учебных программ по математике в средней школе». Далее представлено описание программы для 1–6 классов, разработанной для широкой, неоднородной аудитории. Проект CSMP был основан в 1966 году под руководством Берта Кауфмана, который оставался директором до 1979 года, после чего его сменил Клэр Хайдема. Первоначально проект был связан с Южным Иллинойским университетом в Карбондейле, штат Иллинойс. После года планирования CSMP была включена в состав Центрально-среднезападной региональной образовательной лаборатории (позже CEMREL, Inc.), одной из национальных образовательных лабораторий, финансируемых в то время Управлением образования США. В 1984 году проект перешел в программу комплексной школьной реформы Института центральных исследований в области обучения (McREL), который поддерживал программу до 2003 года. Хайдема оставался директором до завершения проекта. В 1984 году программа была внедрена в 150 школьных округах в 42 штатах и охватила около 55 000 учеников.

Обзор

В проекте CSMP используются четыре невербальных языка для формулировки задач и представления математических концепций: Papy Minicomputer (ментальные вычисления), Arrows (отношения), Strings (классификация) и Calculators (паттерны). Он был разработан для обучения математике как процессу решения проблем, а не просто для развития навыков счета, и использует сократический метод, направляя учащихся к самостоятельному пониманию концепций, вместо прямого объяснения или демонстрации материала. Учебный план имеет спиральную структуру и философию, предоставляя учащимся возможность изучать материал в разное время и с разной скоростью. Обеспечивая учащимся повторное знакомство с разнообразным содержанием – даже если не все учащиеся сразу смогут его полностью понять – они получают возможность осваивать, усваивать, применять и анализировать различные математические ситуации, постепенно овладевая различными концепциями в своем собственном темпе, а не изучая одну тему до полного освоения. В учебном плане многие базовые понятия, такие как дроби и целые числа, были введены раньше обычного. Позже, в процессе разработки проекта, были добавлены новые темы по теории вероятностей и геометрии. Учебный план включал в себя широкий спектр вспомогательных материалов, в том числе иллюстрированные книги с математическими задачами, где уроки часто представлялись в форме историй, включающих как реальные, так и вымышленные ситуации. Одним из персонажей этих книг был Эли Слон, пахидерм с мешком волшебных арахисов, некоторые из которых символизировали положительные, а другие – отрицательные целые числа. Еще один урок назывался «Район Норы» и был посвящен геометрии такси.

Миникомпьютер

Одним из устройств, используемых в программе, был Papy Minicomputer, названный в честь Фредерики Папи Ленгер – наиболее влиятельной фигуры проекта – и её мужа Жоржа Папи. Миникомпьютер представляет собой сетку 2x2 из квадратов, где каждый квадрат соответствует числу 1, 2, 4 или 8. Шашки можно размещать на сетке для представления различных чисел, подобно тому, как двоичная система используется для представления чисел в компьютере. Миникомпьютер расположен следующим образом: белый квадрат в правом нижнем углу со значением 1, красный квадрат в левом нижнем углу со значением 2, фиолетовый квадрат в правом верхнем углу со значением 4 и коричневый квадрат в левом верхнем углу со значением 8. Каждый миникомпьютер предназначен для представления одной десятичной цифры, а несколько миникомпьютеров можно использовать вместе для представления многозначных чисел. Значение каждой последующей доски увеличивается на степень десяти. Например, квадраты второго миникомпьютера, расположенные слева от первого, будут представлять 10, 20, 40 и 80; третьего – 100, 200, 400 и 800, и так далее. Миникомпьютеры справа от вертикальной черты (размещенной справа от первой доски и представляющей десятичную точку) могут использоваться для представления десятичных чисел. Студентам предлагается представлять значения на миникомпьютерах, добавляя шашки в соответствующие квадраты. Для этого требуется лишь запомнить представления для цифр от нуля до девяти, хотя возможны и нестандартные представления, поскольку в одном квадрате может быть более одной шашки. Каждая шашка имеет значение равное значению квадрата, в котором она находится, а общая сумма шашек на доске (досках) определяет общее представленное значение. Большинство шашек, используемых студентами, одноцветные – любой цвет подойдет. Исключение составляют шашки, помеченные знаком каретки (^), которые обозначают отрицательные значения. Пример представления числа: 9067 требует четырех досок. На самой левой доске две шашки в квадратах 8 и 1 (8000 + 1000). На второй доске нет ни одной, так как значение в разряде сотен равно нулю. На третьей доске шашки в квадратах 4 и 2 (40 + 20), а на самой правой доске – шашки в квадратах 4, 2 и 1 (4 + 2 + 1). Вместе эти 7 значений (8000 + 1000 + 40 + 20 + 4 + 2 + 1) составляют 9067. Это считается стандартным способом представления числа, так как он использует минимальное количество шашек без использования отрицательных значений. Можно использовать меньше шашек, заменив последнюю доску одной положительной шашкой в квадрате 8 и одной отрицательной шашкой в квадрате 1, но это не преподается как стандартный метод. Арифметические операции на миникомпьютере выполняются путем объединения представлений двух чисел на одной доске и применения методов упрощения. Один из таких методов – замена шашек из квадратов 8 и 2 на одной доске одной шашкой в квадрате 1 на соседней доске слева. Другой метод – замена двух шашек в одном и том же квадрате одной шашкой в следующем большем квадрате, например, двух шашек со значением 4 на одну шашку со значением 8.

Результаты исследования

Программа подверглась всесторонней оценке, включавшей более 50 исследований. Эти исследования показали в целом схожие результаты для студентов, не участвовавших в программе CSMP, по вычислительным навыкам, пониманию концепций и применению знаний; однако, наблюдалось значительное улучшение при оценке студентов по тестам MANS ("Математика, применяемая к новым ситуациям"), разработанным для измерения их способности решать задачи в нестандартных ситуациях.

Авторские права

Авторские права в настоящее время принадлежат McREL International.

Текущее использование учебных программ

Берт Кауфман, специалист по математическим программам, возглавлял команду в Южном Иллинойском университете, разрабатывавшую CSMP. В июле 1993 года он вместе с сыном и двумя коллегами основал Институт математики и компьютерных наук (IMACS). IMACS использует элементы программ EM и CSMP в своей программе "Математическое развитие". Например, миникомпьютеры и "Эли слон" встречаются в учебных материалах IMACS. IMACS – частное образовательное учреждение, специализирующееся на обучении учащихся с первого по одиннадцатый класс. Включая онлайн-курсы, IMACS в настоящее время охватывает более 4000 студентов по всей территории США и более чем в десяти странах мира. CSMP также используется некоторыми семьями, обучающими детей на дому, либо в качестве основной программы по математике, либо для дополнительных занятий.