Educational Technology & Society 11(3) 2008

ISSN 1436-4522

Информационно-образовательная среда университета как основа организации учебной и исследовательской деятельности студентов

А.Н. Микитюк, профессор, д.п.н., проректор,

Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С. Сковороды,

г. Харьков, Украина

rector@pu.ac.kharkov.ua

 

Л.И. Белоусова, профессор, к.ф-м.н., зав. кафедрой информатики,

Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С. Сковороды,

г. Харьков, Украина

lib215@list.ru

 

А.Г. Колгатин, к.ф-м.н., доцент кафедры информатики,

Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С. Сковороды,

г. Харьков, Украина

Kolgatin@ukr.net

 

Ю.В. Литвинов, доцент кафедры физики,
Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С. Сковороды,

г. Харьков, Украина

litvinov_uv@ukr.net

аннотация

Проведен анализ информационно-образовательной среды Харьковского национального педагогического университета имени Г.С. Сковороды как основы организации учебной и исследовательской деятельности студентов. Рассмотрен дидактический потенциал предметных компьютерных лабораторий: математической, физической, химической, биологической, лингвистической. Проанализированы факторы, которые обусловливают повышение роли системы автоматизированной педагогической диагностики как компоненты информационной среды учебного заведения: неограниченное расширение перечня источников информации, использующихся в учебном процессе, возможность выбора студентами разных стратегий обучения, психологическая потребность студента в систематической объективной оценке его учебных достижений.

Information and educational environment of the Kharkiv National Pedagogical University named after G.S.Skovoroda is analyzed as a framework for organization of the students’ learning and research activities. A didactic potential of several specialized computer laboratories –mathematical, physical, chemical, biological and linguistic – is studied. A number of factors influencing the role of a system for automated pedagogical diagnostics as a component of the information environment of the educational institution is considered, such as, unlimited extension of the list of the information sources used in learning process, a possibility for the students to choose various learning strategies, psychological need of a student to receive systematic and objective assessment of his/her learning achievements.

 

Ключевые слова

компьютер, лаборатория, учебно-исследовательская деятельность, диагностика;

computer, laboratory learning and research activity, diagnostics.

 

Введение

Современная информационно-образовательная среда в учебном заведении охватывает разные направления его деятельности: организационно-управленческое, экономическое, кадровое и, что особенно важно, учебное. Создание компьютерно-ориентированной системы обучения органично согласуется с ведущими идеями Болонского процесса относительно преобразования учебной деятельности студентов в процесс преимущественно самостоятельного приобретения знаний, соединения обучения с научным исследованием. Отметим, что согласно кредитно-модульной организации учебного процесса индивидуальная научно-исследовательская работа оценивается высокими баллами, и качество ее выполнения оказывает определяющее влияние на итоговую оценку учебных достижений студента.

Направления развития учебного сектора информационно-образовательной среды университета

В настоящее время постановка студенческой учебно-исследовательской деятельности в высшем учебном заведении в значительной мере опирается на потенциал информационных технологий, программные предметно-ориентированные среды, которые позволяют проектировать разнообразные исследования, проводить их, выдвигать и проверять гипотезы, накапливать экспериментальные результаты,  обрабатывать и представлять их с помощью компьютерных программных средств.

Вычислительный эксперимент на основе компьютерной модели является формой учебно-исследовательской работы, которая в последние годы уверенно заняла свое место среди общепризнанных методов обучения (Прокопенко и др., 1995). С технологической точки зрения вычислительный эксперимент имеет такие преимущества как безопасность проведения исследований, высокая наглядность, возможность получения числовой и графической информации на всех стадиях процесса.

Благодаря использованию специализированных средств компьютерного моделирования исследовательская деятельность может быть внедрена не только в изучение дисциплин экспериментального характера, но и таких, которые традиционно имеют абстрактно-теоретический характер, как, например, математика.

Применение средств компьютерной техники позволяет поднять на новый качественный уровень управление самостоятельной работой студентов (Пономарева, 2000).

Информационно-образовательная среда существенно расширяет сферу применения интерактивных технологий обучения, дополняя личное общение студентов между собой и с преподавателем дистанционной формой общения, объединяя творческие и информационные ресурсы коллектива, дополняя их ресурсами глобальной компьютерной сети.

Организация систематической учебно-исследовательской деятельности студентов в предметно-ориентированных программных средах требует создания специализированных компьютерных лабораторий, оснащенных соответствующим оборудованием.

Цель данной работы – установить функциональные и педагогические возможности предметных учебно-исследовательских компьютерных лабораторий, созданных в Харьковском национальном педагогическом университете имени Г.С. Сковороды.

Компьютерные лаборатории как ключевой компонент информационной образовательной среды

Университет имеет мощную компьютерную базу и соответственно оборудованные административно-управленческие подразделения, библиотеку и читальные залы, специализированные и предметные учебно-исследовательские лаборатории.

             Компьютерная математическая лаборатория оснащена интерактивной доской, мультимедийным проектором, АРМ преподавателя, АРМ студента, пультами для поддержки интерактивных методов обучения. Основу лаборатории составляет ее программное обеспечение: пакеты динамической геометрии (DGS – Dynamic Geometry Systems) (Раков и др., 2002) и компьютерной алгебры (CAS – Computer Algebra Systems).

             Разработанное программное обеспечение позволяет осуществлять в лаборатории проведение учебно-исследовательских практикумов по таким математическим курсам: геометрия в среде «Динамическая геометрия (DG)» (Раков и др., 2002), математический анализ в среде Maрle (Горонескуль, 2001), численные методы в среде MathCAD (Білоусова и др., 1998), (Білоусова и др., 1998),  статистическая обработка результатов педагогического и психологического эксперимента в среде табличного процессора Excel (Білоусова и др., 2002).

             С ориентацией на потенциал компьютерной математической лаборатории разработаны и внедрены в учебный процесс спецкурсы:

«Учебные исследования и их поддержка средствами ИКТ в курсе геометрии общеобразовательных учебных заведений», «Учебные исследования и их поддержка средствами ИКТ в курсе алгебры и начал анализа общеобразовательных учебных заведений»

             Компьютерная физическая лаборатория предназначена для проведения как демонстрационных, так и учебно-исследовательских экспериментов по механике, электричеству и магнетизму, термодинамике, оптике и другим разделам физики. Аппаратное обеспечение компьютерного физического эксперимента составляет учебно-измерительный комплекс «ЛАБОРАТОРИЯ» (Литвинов, 2007), который обеспечивает видеозапись исследуемого процесса с синхронным автоматизированным измерением и регистрацией его параметров. Реализована возможность выбора датчиков для измерения всех физических величин, которые изучаются в школе.

             В программное обеспечение компьютерной физической лаборатории входит комплекс «Экспериментатор» (рис. 1), который предназначен для проведения компьютерных экспериментов по механике и позволяет измерять пространственно-временные зависимости, а также передавать данные в табличный процессор Excel для их дальнейшей обработки. Специальное программное обеспечение «Осциллограф» (рис. 2) предназначено для проведения компьютерных экспериментов с периодическими процессами (переменный электрический ток, звуковая волна и т.д.). Как программное, так и аппаратное обеспечение учебного физического эксперимента прошли сертификацию.

Рис. 1. Диалоговое окно программы «Экспериментатор»

 

 
 

             Методология учебного эксперимента с элементами исследования предполагает такие этапы: создание модели лабораторной работы, выбор входных и выходных параметров; синтез натурной лабораторной установки; выбор датчиков; интегрирование всех элементов в автоматизированную лабораторную установку; верификация автоматизированной лабораторной установки; проведение эксперимента; накопление лабораторных данных; выдвижение гипотезы относительно исследуемого явления или объекта; экспериментальная проверка  гипотезы (подтверждение или опровержение); систематизация полученных данных; определение границ адекватности модели.

             Объединение натурного физического эксперимента с компьютерной видеозаписью и автоматизированной регистрацией результатов измерения характеристических параметров позволяет:

-         сохранить ощущение реальности и уникальности объекта исследования;

-         реализовать управление скоростью воспроизведения хода процесса и наблюдать его в замедленном или ускоренном темпе;

-         автоматизировать накопление и обработку экспериментальных данных.

Реализованная возможность изучать быстро протекающие и чрезвычайно медленные или маловыразительные процессы существенно расширяет границы не только физического, но и биологического эксперимента. Так, техническое обеспечение лаборатории позволяет круглосуточно автоматически собирать данные о показателях разнообразных датчиков и получать подробную визуальную и измерительную информацию, например, о прорастании зерен, развитии икринки рыбы и т.д.

             Компьютерная биологическая лаборатория обеспечивает проведение лабораторных практикумов с использованием электронных программно-методических комплексов «Размножение растений», «Цитология», «Клетка», «Фотосинтез», мультимедийной энциклопедии «Систематика водорослей», мультимедийного атласа «Грунты Украины», учебной компьютерной среды «Красная книга природы Украины». В лаборатории также проводятся компьютерно-ориентированные занятия по курсам «Гистология», «Основы экологии», «Компьютерные системы в процессе обучения биологии в школе».

             Лаборатория имеет библиотеку из 20 компакт-дисков и видеофильмов с записью демонстрационных альтернативных экспериментов на животных, которая собрана благодаря контактам преподавателей университета с Ассоциациею биоэтики города Харькова, Всемирным обществом защиты животных, Королевским обществом защиты животных Великобритании. В связи с принятием в Украине Закона про защиту животных (2006) и усилением требований по замене экспериментов на животных альтернативными методами исследования, роль компьютерных биологических экспериментов трудно переоценить. Дальнейшее развитие  потенциальных возможностей компьютерной биологической лаборатории будет осуществляться за счет создания не только демонстрационных компьютерных версий экспериментов, но и полноценных виртуальных лабораторий для проведения компьютерных биологических экспериментов.

             Компьютерная химическая лаборатория предназначена для проведения компьютерного практикума по химии в среде «Кембриджский химический офис» (Chemical Office Cambridge Soft Corporation (CSCam3D)), лабораторного практикума по химии на основе использования программно-методического комплекса «Таблица Менделеева» (Винник и др., 2004), а также занятий по курсам «Физическая химия», «Неорганическая химия», «Биологическая химия», «Органическая химия», «Коллоидная химия», с использованием мультимедийных лекций и электронных учебных пособий.

Компьютерные лингвистические лаборатории обеспечивают проведение практикумов с использованием программно-методического комплекса «10000 Words» (Богомолов и др., 2005), электронного курса «Разговариваем по-английски», электронного курса для разноуровневого обучения английскому языку «Reward», презентаций по отдельным темам курса английского языка, разработанным в соответствии с учебником Кембриджского университета, а также других программных средств обучения иностранным языкам.

Роль автоматизированной системы диагностики учебных достижений в информационной образовательной среде

Следует отметить, что всяческая поддержка самостоятельной, в частности, учебно-исследовательской работы студентов, одновременно предполагает внедрение автоматизированной системы самоконтроля и диагностики учебных достижений. Остановимся на ряде факторов, которые обуславливают повышение роли таких систем в информационной среде учебного заведения.

             Первый фактор связан с тем, что в настоящее время учебный процесс осуществляется в условиях, когда перечень источников учебной информации, доступных и активно использующихся для обучения, постоянно расширяется и не ограничен списком рекомендованных учебников. Более того, огромное значение приобретает осуществление студентом самостоятельного информационного поиска в библиотеке и в Интернете. Все эти изменения позитивны, но роль учебника как элемента стабильности общего набора ожидаемых результатов обучения и их соответствия образовательному стандарту уменьшается.

              Другой фактор касается личностно-ориентированного подхода в обучении, который является объективной реалией современности и особенно выражен при использовании исследовательских методов обучения. Каждый студент реализует собственное учебное исследование, выполняя ряд самостоятельных учебных действий: накапливает данные наблюдений, разрабатывает алгоритм проведения исследования, анализирует его результаты, выбирает оптимальную форму их представления, формирует собственные выводы и т.д. Во всем этом разнообразии трудно отслеживать качество усвоения ключевых элементов образовательного стандарта, и необходимо время от времени сверять приобретенные студентом компетентности с программными требованиями.

             Третий фактор состоит в том, что студенты, как правило, затрудняются объективно оценить уровень собственной предметной компетентности и чаще всего склоняются в сторону ее завышения.

             Отсюда вытекает потребность в наличии развитой системы автоматизированной диагностики, которую можно систематически использовать для самоконтроля и оценивания учебных достижений студентов, что дает возможность направить усилия преподавателей и студентов в надлежащее русло, корректируя, таким образом, учебный процесс.

             Поэтому одним из компонентов информационно-образовательной среды университета является автоматизированная система педагогической диагностики «Эксперт 3.05», которая реализует адаптивный алгоритм тестирования и позволяет не только проводить зачетные мероприятия с использованием тестов и накапливать на сервере информацию о результатах диагностики, но и предоставляет студентам возможность самостоятельно проверять собственные знания, готовиться до модульного и итогового контроля (Білоусова и др., 2003), (Білоусова и др., 2007).

Влияние информационно-образовательной среды на творческий потенциал студентов

Исследования эффективности применения информационных технологий в учебном процессе на основе компьютерной математической лаборатории (Пономарева, 2000) показывают, что, по сравнению с результатами контрольной группы, существенно возрастает доля студентов с высоким уровнем сформированности полноты знаний (прирост 23,9 % в экспериментальной группе) и уменьшается доля студентов, имеющих низкий уровень (–34,8 % в экспериментальной группе / –7,3 % в контрольной группе). Средний коэффициент глубины знаний в экспериментальной группе возрос на 10 % против 3 % в контрольной. Особенно значимо влияние применения комплекса компьютерных средств на обучение студентов с высоким уровнем знаний.

Как пример оценки эффективности организации учебного процесса с использованием компьютерной биологической лаборатории можно привести результаты внедрения ПМК «Основы экологии» (Бойчук, 2006), которое показало, что применение комплекса «... увеличивает объем обработанного студентами материала без потери качества его усвоения, формирует способности студентов к самообразованию и саморазвитию, умения ориентироваться в современном информационном пространстве» (перевод с украинского наш – авт.).

Проводимые в настоящее время педагогические эксперименты по оценке эффективности различных компонент информационной образовательной среды также подтверждают ее эффективность.

Исследовательская работа в компьютерных предметных лабораториях стимулирует учебную деятельность студентов, которые активно принимают участие в студенческих олимпиадах, конкурсах научных робот и научных конференциях. Только в 2006/2007  учебном году студентами университета опубликовано свыше 200 научных работ.

Заключение

Создание предметных компьютерных лабораторий стимулирует использование исследовательских методов обучения, что, в свою очередь, способствует формированию предметной компетентности студентов, росту их научного потенциала.

             Процессы информатизации и демократизации образования определяют возрастание роли автоматизированной системы педагогической диагностики как элемента информационно-образовательной среды учебного заведения.

 

Литература

[Прокопенко І.Ф. и др., 2005] Прокопенко І.Ф., Євдокимов В.І. Педагогічна технологія. – Х.: Основа,  1995. – 105 с. (укр.)

[Пономарева Л.С., 2000]    Пономарева Л.С. Учбові дослідження як фактор підвищення якості навчання. // Засоби навчальної та науково-дослідної роботи: Зб. наук. праць / За заг. ред. проф. В.І.Євдокимова і проф. О.М.Микитюка - Х.: ХДПУ, 2000. - Вип.13. – С.28-34. (укр.)

[Раков С.А. и др., 2002] Раков С.А., Горох В.П., Осенков К.О., Думчикова О.В., Костіна О.В., Ларін О.Р., Лисиця В.И., Олійник Т.О., Пікалова В.В. (під редакцією Ракова С.А., Бикова В.Ю.) Відкриття геометрії через комп’ютерні експерименти в пакеті DG: Посібник для викладачів математики. – Харків: Вікторія. – 2002. – 136 с. (укр.)

[Горонескуль М.М., 2001] Горонескуль М.М. Побудова лабораторного практикуму в середовищі Maple //Комп’ютерно-орієнтовані системи навчання. Сб. наук праць /Ред. кол. – К.: НПУ ім. М.П.Драгоманова. – Вип. 4. – 2001. – С.113-119. (укр.)

[Білоусова Л.І. и др., 1998] Білоусова Л.І., Бєлявцева Т.В., Колгатін О.Г., Пономарьова Л.С. Лабораторний практикум з чисельних методів на базі пакету MathCAD: Навчальний посібник. /За ред. професора Л.І.Білоусової – К., 1998. – 164 с. (укр.)

[Білоусова Л.І. и др., 2002] Білоусова Л.І., Колгатін О.Г., Колгатіна Л.С. Статистична обробка даних з використанням табличного процесора Excel. – Харків: Консум, 2002. – 36 с. (укр.)

[Литвинов Ю.В., 2007] Литвинов Ю.В. Комп’ютерний вимірювальний прилад в навчальному експерименті з механіки. //Інформатика та інформаційні технології в навчальних закладах. – № 4, 2007. – C. 96-97. (укр.)

[Винник О.Ф. и др., 2004] Винник О.Ф., Святська Т.М., Федченко В.М., Харченко Л.П. Програмно-методичний комплекс з хімії «Таблиця Менделеєва». // Комп’ютер у школі та сім’ї. – №8, 2004. – С.39-41. (укр.)

[Богомолов С.М. и др., 2005] Богомолов С.М., Богомолов М.М., Гуріна Т.М. Навчальне середовище «10000 Words» комп’ютерної підтримки курсу англійської мови загальноосвітньої школи. //Комп’ютер у школі та сім’ї. – №1, 2005. – С.23-26. (укр.)

[Білоусова Л.І. и др., 2003] Білоусова Л.І., Колгатін О.Г., Колгатіна Л.С. Тестологічний аналіз у системі "Експерт". //Комп’ютер у школі та сім’ї. – №7, 2003. – С.41-43. (укр.)

[Білоусова Л.І. и др., 2007] Белоусова Л.И., Колгатин А.Г., Колгатина Л.С. Принципы построения автоматизированной системы педагогической диагностики. // УСиМ. – №2, 2007. – С.75-81.

[Бойчук Ю.Д., 2006]            Бойчук Ю.Д. Електронний курс «Основи екології» як засіб екологічної та еколого-валеологічної підготовки майбутнього вчителя. // Засоби навчальної та науково-дослідної роботи: Зб. наук. праць / За заг. ред. проф. В.І.Євдокимова і проф. О.М.Микитюка - Х.: ХНПУ, 2000. - Вип.25. – С.22-29. (укр.)