Проектирование информационно-компьютерной подготовки бакалавров технологического направления

О.Н.Зайцева

ассистент кафедры информатики и прикладной математики,

Казанский государственный технологический университет,

ул. К.Маркса, 68, г. Казань, 420015, (843)2314119

olga_fdpi@mail.ru

 

аннотация

Разрабатывается функционально-структурная модель информационно-компьютерной подготовки бакалавра, основанная на проектно-деятельностном подходе и обеспечивающая становление информационно-компьютерной компетентности. Содержание информационно-компьютерной подготовки проектируется на основе оптимального сочетания принципов фундаментальности и профессиональной направленности, процессуальная часть разрабатывается как технология развития ПК-способностей..

The functional-structural model of information-computer preparation of the bachelor, based on design-dejatelnostnom approach and providing formation of information-computer competence is developed. The maintenance of information-computer preparation is projected on the basis of an optimum combination of principles of fundamental nature and a professional orientation, a remedial part is developed as technology of development of design-constructive abilities.

Ключевые слова

информационно-компьютерная компетентность бакалавра, проектно-деятельностный подход, проектно-конструктивные способности, принципы опережающего обучения

information-computer competence of the bachelor, design-dejatelnostnyj approach, design-constructive abilities, principles of advancing training

 

В условиях постиндустриального общества важную роль в профессиональной деятельности инженеров занимают информационные технологии и программные средства. Модернизация российского образования, направленная на двухуровневую подготовку и реализующая компетентностный подход в стандартах третьего поколения, предполагает обеспечение качественной информационно-компьютерной подготовки бакалавров и магистров.

Основа информационно-компьютерной подготовки бакалавров начинает закладываться на первом курсе в рамках дисциплины «Информатика», на изучение которой согласно стандартов отведено ≈ 200 часов, из которых около половины аудиторных. Следует отметить, что стандарты бакалавров относительно разделов по информатике совпадают со стандартами специалистов, и обучение их ведется по одинаковым учебным планам, несмотря на то, что бакалавр должен получить широкопрофильное фундаментальное образование, а специалист инженерного направления – образование с профессиональной ориентацией на определенную специальность.

Для сравнения, на информационно – компьютерную подготовку бакалавров кафедрой химической технологии Массачусетского технологического университета выделено ≈ 390 часов, которые распределены между такими предметами как «Семинар по умениям работы на компьютере» и «Теорией вычислительных систем», т.е.  бакалавр технологического направления за рубежом имеет больший объем часов на изучение информатики и меньший объем изучаемого материала.

В настоящее время активно ведется работа над проектом ГОС ВПО III поколения, составленного на основе компетентностного подхода, который предполагает не только достижение прочности знаний и умений, но и их гибкость, практическую применимость, возможность самостоятельного их пополнения в случае практической необходимости, что непосредственно связано с развитием специальных способностей по решению проблем.

Компетенция инженера – это его способность решать проблемы в определенной области (из проекта ФГОС ВПО: «компетенция – способность применять знания, умения и личностные качества для успешной деятельности в определенной области»). Отсюда следует, что компетенции определяют направления потоков проблем, для решения которых должны быть развиты способности инженера, позволяющие ему эффективно работать в этом направлении в рамках специальности. Компетентность содержит требования (критерии) эффективности решения проблем инженером в рамках компетенции.

Цель двухступенчатой образовательной системы – освоить требуемый перечень компетенций в рамках определенного направления специальности и сформировать компетентного бакалавра, при обучении которого предусматривается возможность специальной подготовки для работы инженером-технологом или продолжения обучения на ступени магистра для работы в дальнейшем инженером-исследователем. При этом в качестве заказчика инженеров (бакалавров, магистров) выступает Федеральное агентство по образованию, а исполнителем – вуз; компетенции в рамках направления специальности определяются через ФГОС ВПО, а критерии и метрики компетентности выступают как критерии качества. Таким образом, компетентность выпускника гарантируется вузом и выборочно диагностируется в системе мониторинга [2].

Компетентность инженера зависит от полноты и целостности знаний и достаточного для решения проблем уровня развития проектно-конструктивных (ПК) способностей в области его деятельности [3]. В зависимости от трансформации проблемы проектно-конструктивные способности в [3] подразделяются на формализационные, конструктивные и исполнительские. Формализационные (А) способности человека проявляются в фазах деятельности по исследованию проблемы, по выбору аналога решаемой проблемы. Конструктивные (В) способности (умение отобрать, создать, спроектировать) проявляются в фазе конструирования алгоритма решения формализованной проблемы. Исполнительские (С) способности необходимы в фазе реализации решения проблемы.

Большинство компетенций инженера напрямую связано с качеством информационно-компьютерной подготовки: сбор и анализ информационных исходных данных для проектирования технологических процессов и установок; расчет и проектирование отдельных стадий технологического процесса в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования; математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований.

Учитывая все вышесказанное, определим информационно-компьютерную компетентность бакалавра по техническим и технологическим направлениям как меру уровня овладения информационными технологиями, программными средствами и меру уровня развития ПК-способностей, достаточных для решения проблем, возникающих в профессиональной деятельности бакалавра технологического направления, за требуемое время, а также для продолжения обучения на ступени магистра как инженера-исследователя или получения специальной подготовки как инженера-технолога.

Рис.1. Схема информационно-компьютерной компетентности бакалавра

Основой информационно-компьютерной подготовки является изучение студентами дисциплины «Информатика» на протяжении первого года обучения, а в дальнейшем программные средства и информационные технологии используются студентами при изучении базовых естественнонаучных и профессиональных дисциплин.

Согласно ФГОС ВПО III поколения по направлению подготовки 240100 «Химическая технология» дисциплина «Информатика» входит в математический и естественнонаучный цикл (Б.2.). Студент должен овладеть общенаучными (ОНК), инструментальными (ИК), профессиональными (ПК) компетенциями, что непосредственно связано с качеством информационно-компьютерной подготовки. С изучением дисциплины «Информатика» связаны следующие компетенции:

·              владение культурой мышления, способность в письменной и устной речи правильно (логически) оформить его результаты (ОНК-1);

·              способность научно анализировать  проблемы и процессы профессиональной области, умение использовать на практике базовые знания и методы  математики и естественных наук (ОНК-2);

·              способность приобретать новые знания в области техники и технологии, математики,  естественных, гуманитарных, социальных и экономических наук (ОНК- 3);

·              владение методами анализа и синтеза изучаемых явлений и процессов (ОНК-4);

·              способность применять  знания на практике, в том числе составлять математические модели типовых профессиональных задач,  находить способы их решений и интерпретировать профессиональный (физический)  смысл полученного математического результата (ИК-1);

·              готовность применять аналитические и численные методы решения поставленных задач (с использованием готовых программных средств) (ИК-2);

·              готовность работать с программными средствами общего назначения (ИК-7);

·              готовность изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-15);

·              готовность спланировать необходимый эксперимент, получить, обработать и проанализировать полученные результаты (ПК-16);

·              готовность использовать информационные технологии при разработке проектов (ПК-18)

От этих компетенций непосредственно зависит совокупность знаний и умений в рамках дисциплины «Информатика». Студент должен:

знать:

- основные сведения о дискретных структурах, используемых в персональных компьютерах, основные алгоритмы типовых численных методов решения математических задач, один из языков программирования, структуру локальных и глобальных компьютерных сетей;

уметь:

- работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать внешние носители информации для обмена данными между машинами, создавать резервные копии и архивы данных и программ, использовать численные методы для решения математических задач, использовать языки и системы программирования для решения профессиональных задач, работать с программными средствами общего назначения

- применять методы вычислительной математики и математической статистики для решения конкретных задач расчета, проектирования, моделирования, идентификации и оптимизации процессов химической технологии;

владеть:

- методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях, техническими и программными средствами защиты информации при работе с компьютерными системами, включая приемы антивирусной защиты;

- методами математической статистики для обработки результатов активных и пассивных экспериментов, пакетами прикладных программ для моделирования химико-технологических процессов.

Итак, за ограниченный временной промежуток студенту необходимо освоить довольно большой объем знаний, умений, сформировать компетенции. Кроме того следует учитывать, что в современном быстро развивающемся информационном пространстве программные средства и информационные технологии быстро обновляются и те умения и навыки, которые студент приобретает на первом курсе обучения к окончанию ВУЗа становятся маловостребованы или невостребованы вообще в силу появления новых программных средств и информационных технологий. Таким образом, необходима инновационная дидактическая система информационно-компьютерной подготовки бакалавра, ориентированная на развитие ПК-способностей и на обеспечение дальнейшего самообразования студента. Модель информационно-компьютерной компетентности бакалавра можно представить следующим образом:

 

 

Рис.2. Модель информационно-компьютерной компетентности бакалавра

 

Методологической основой такой дидактической системы является проектно-деятельностный подход, который предполагает построение процесса обучения на активной основе, через целесообразную деятельность студента, с учетом его личных интересов. Проектно-деятельностный подход тесно связан с методом проектов и компетентностным подходом, так как проектное обучение помогает сформировать компетентность более оптимальными методами: выполняя проект студент развивает ПК-способности и в месте с этим выполняемый проект может иметь профессиональную ориентацию.

 Основная идея проектно-деятельностного подхода в образовании состоит в том, что выпускник должен овладевать различными конкретными целостными способами деятельности, а не знаниями об этих способах. Продуктом университета в этом случае становится инженер, обладающий компетенциями, уровень развития которых позволяет обеспечить ему профессиональную деятельность и саморазвитие в условиях инновационного производства. Рассматриваемый подход не отменяет важности фундаментального образования для развития высших способностей и навыков самообучения. Именно фундаментализация задает возможности последующей эффективной профессиональной деятельности по разным специальностям в течение трудовой жизни. [1] Проектно-деятельностное образование позволяет готовить инновационно-ориентированных специалистов высокого уровня, способных без дополнительной переподготовки на производстве решать конкретные задачи предприятия-заказчика. То есть проектно-деятельностный подход может и должен быть представлен практикой и системой средств (знаний и умений), позволяющей освоившему ее бакалавру видеть (понимать, осознавать, анализировать) не только с чем (объект), но и что (как) он делает и, значит, дать ему реальную возможность эффективно преодолевать проблемные ситуации и рационально развивать профессиональное мышление и деятельность.

Функционально-структурная модель информационно-компьютерной подготовки бакалавра в рамках дисциплины «Информатика» представлена на рисунке 3.

 

Рис.3. Функционально-структурная модель информационно-компьютерной подготовки бакалавра в рамках дисциплины «Информатика»

 

Содержание и процессуальная составляющая данной дидактической системы формируются в соответствии с проектно-деятельностным подходом: содержание дисциплины «Информатика» проекцируется на основе оптимального сочетания принципов фундаментальности и профессиональной направленности, процессуальная часть разрабатывается как технология развития ПК-способностей.

Из функционально-структурной схемы информационно-компьютерной подготовки бакалавра мы видим, что для сформированности информационно-компьютерной компетентности бакалавра как составляющей профессиональных компетенций и для устойчивости ее формирования необходимо изучение дополнительных спецкурсов, связанных с изучением информатики, но уже на старших курсах (третьем или четвертом). К дополнительным спецкурсам можно отнести такие дисциплины, как системный анализ и принятие решений, электронные презентации, информационные технологии, мультимедиа технология и др. Например, изучение системного анализа и принятия решений необходим для того, чтобы у студентов совершенствовалась способность к саморазвитию в направлении профессиональной деятельности. Системный подход относится к числу, как это ни парадоксально, удивительно плодотворных интеллектуальных изобретений человечества, без применения которого немыслима успешная профессиональная деятельность практически в любой сфере. Владение системным анализом, системным моделированием и конструированием, системной практической деятельностью — высшая характеристика мыслительной культуры человека. Немаловажно, что профессионалу в любой области приходится “иметь дело” с систематизацией информации, системными исследованиями, которые можно осуществлять только обладая специальными знаниями и навыками.  

Программа дисциплины «Информатика» составлена по модульному принципу и содержит следующие модули:

М1 - понятие информации;

М2 - общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации;

М3 - технические и программные средства реализации информационных процессов;

М4 - модели решения функциональных и вычислительных задач;

М5 - алгоритмизация и программирование;

М6 - языки программирования высокого уровня;

М7 - базы данных;

М8 - программное обеспечение

М9 - технология программирования;

М10 - компьютерная графика;

М11 - информационные системы, структура, классификация ИС, специализированные поисковые ИС;

М12 - этапы развития информационных технологий;

М13 - виды информационных технологий, основные компоненты, алгоритм информационного поискав режиме удаленного доступа;

М14 - компьютерные сети, основные типы протоколов компьютерных сетей;

М15 - глобальная сеть Internet.

Среди данных модулей выделяются фундаментальные, т.е. составляющие основу для других дисциплин и определяющие общую культуру любого специалиста, и профессионально значимые, т.е. те, которые должны сопровождаться профессионально-ориентированными задачами, модули.

                 

 

Рис.4. Фундаментальные и профессионально-значимые модули дисциплины «Информатика»

 

Естественно, что больший упор необходимо делать на профессионально-значимые модули, которые можно расширить до спец курсов. Причем программные средства должны подбираться в соответствии с используемыми на профессиональных кафедрах средствами, а также с теми, наиболее употребляемыми средствами, которые встретятся молодым инженерам в дальнейшем на производстве. Оптимальное сочетание фундаментальных и профессионально значимых модулей достигается созданием базы заданий, классифицированных по приоритетному развитию ПК-способностей (A BC, B AC, C AB).

Модуль М3 наиболее полно отвечает различным требованиям профессиональных кафедр по направлению 240100 – Химическая технология. Проведя анкетирование преподавателей спецкафедр была выявлена необходимость в изучении определенных профессиональных компьютерных программ. С точки зрения современных программных средств система компьютерной математики Scilab является наиболее доступным, свободно распространяемым и предоставляющем огромные возможности для выполнения инженерных и научных вычислений программным средством. Однако спецкафедры привыкли работать с такими программами как Mathcad, Autocad, Cheamcad, ChemOffice. Таким образом, возникает проблема оптимального выбора между различными компьютерными программами в силу ограниченности времени на изучение их в рамках дисциплины «Информатика». Например, такие программные средства как Mathcad и Scilab имеют отличия:

·         по своей природе: Mathcad представляет собой продукт компьютерной алгебры, Scilab – продукт компьютерной математики

·         по своей направленности:  первое работает с непрерывными, второе с дискретными вычислениями. Однако реально Mathcad предоставляет пользоватед для работы псевдонепрерывные вычисления, т.е. пользователю предоставляется лишь «непрерывный» интерфейс, в то время как соответствующие этим непрерывным вычислениям дискретизация и аппроксимация происходят внутри программы и повлиять на которые пользователь никак не может. Таким образом, система Mathcad, являясь безусловным помощником для начинающего, существенно ограничивает работу опытного пользователя.

·         по развитию способностей у студентов: Mathcad развивает только исполнительские способности, в то время как Scilab – конструктивные.

·         Scilab имеет постоянно обновляемый официальный сайт www.scilab.org, на котором всегда можно скачать последнюю версию пакета, а также найти ссылки на литературу, посвященную Scilab, на разных языках.

·         по стоимости: Mathcad – коммерческая, Scilab – свободно распространяемая программа.

Применяя индивидуальный подход в совокупоносте с анализом изучаемых программных, можно говорить о целесообразности в группах со слабым уровнем начальной математической и общей подготовки предоставлять для изучения программных средств среду Mathcad, в группах со среднем и выше среднего уровнем подготовки предоставлять для изучения программных средств среду Scilab, рассчитывая на то, что конструктивные способности студентов в процессе ее изучения достигнут достаточного уровня развития для самостоятельного, в случае необходимости, изучения любого программного средства как компьютерной алгебры, так и компьютерной математики.

На сегодняшний день существует огромное количество различных вычислительных методов, каждый из которых не представляется возможным изучить на первом курсе по дисциплине «Информатика» в силу ограниченности времени и недостаточности знаний студентов по общим предметам. Изучение тех или иных математических задач также зависит от освоенности того или иного программного средства и уровня подготовки группы.

В общем же, каждый из профессионально-значимых модулей требует дополнительного изучения в виде спецкурсов на старших курсах, чтобы гарантировать сформированность и устойчивость информационно-компьютерной компетентности не только в рамках дисциплины «Информатика».

Процессуальная составляющая информационно-компьютерной подготовки как технология развития ПК-способностей использует теорию опережающего обучения, у истоков которой стояли такие выдающиеся отечественные психологи и педагоги как Л.С.Выготский, Л.В.Занков, Д.Б.Эльконин, В.В. Давыдов и многие другие. Согласно принципам «опережающего обучения» вся эффективная организация обучения предусматривает овладение в условиях обучения практическими знаниями и умение воплощения их в практику, формирование у студента уверенности в своих силах, обеспечение высокого уровня результатов в будущей деятельности. Принципы опережающего обучения были заложены еще в конце 1950-х годов Л.В. Занковым. Согласно им вся эффективная организация обучения направлена на активизацию, развитие мыслительной деятельности обучаемого, формирование способностей самостоятельно добывать знания в сотрудничестве с другими обучаемыми, т.е. саморазвития и предусматривает овладение в условиях обучения практическими знаниями и умение применять их на практике, формирование у студента уверенности в своих силах, обеспечение высокого уровня результатов в будущей деятельности. Основу системы обучения по Л.В.Занкову составляют следующие взаимосвязанные принципы:

·         Принцип обучения на высоком уровне трудности. Реализация этого принципа предполагает соблюдение меры трудности, преодоление препятствий, осмысление взаимосвязи и систематизацию изучаемых явлений.

·         Принцип ведущей роли теоретических знаний в начальном обучении, согласно которому отработка понятий, отношений, связей внутри учебного предмета и между предметами не менее важна, чем отработка навыков.

·         Принцип осознания обучаемыми собственного учения. Этот принцип обучения направлен на развитие рефлексии, на осознание самого себя как субъекта учения. Содержание этого принципа может быть соотнесено с развитием личностной рефлексии, саморегуляции.

·         Принцип работы над развитием всех учащихся. Согласно данному принципу должны быть учтены индивидуальные особенности обучаемых, но обучение должно развивать всех.

Отличительными чертами системы Л.В.Занкова являются: направленность на высокое общее развитие личности (это стержневая характеристика системы); высокий уровень трудности, на котором ведется обучение; быстрый темп прохождения учебного материала, резкое повышение удельного веса теоретических знаний.

Теория Л.В.Занкова изначально была создана для обучения школьников, но некоторые ее положения могут быть полезны и при обучении студентов. Следовательно, при обучении бакалавров необходимо учитывать следующие принципы: уровневой дифференциации, рефлексии, обучения в зоне ближайшего развития, самостоятельности познания - которые реализуются в соответствии с проектно-деятельностным подходом. Учебные проекты  по дисциплине «Информатика» содержат разноуровневые задания, классифицированные по приоритетному развитию способностей.

Критерии оценки сформированности информационно-компьютерной компетенции бакалавра составляются на основе балльно-рейтинговой оценки знаний. Суммарный рейтинг складывается из баллов, полученных за работу во время семестра: выполнение учебно-практических заданий и контрольных работ (60 баллов), и баллов, полученных на экзамене (40 баллов). При достижении студентом 70 и выше баллов можно говорить о сформированности информационно-компьютерной компетентности бакалавров в рамках дисциплины «Информатика». Однако устойчивость информационно-компьютерной компетентности может быть обеспечена только при прохождении дополнительных информационных курсов и естественно, что все это должно закрепляться при выполнении выпускных дипломных работ.

Дидактическая система поддерживается комплексом методического обеспечения в системе «Moodle».

Литература

1. Дьяконов, С. Корпоративные университеты на основе проектно-деятельностного образования, как инструмент инновационного развития / С. Дьяконов, А.Тузиков, Р.Зинурова и др. // Высшее образование в России. – 2006. - №11.- С.3-15.

2. Нуриев, Н.К., Журбенко, Л.Н., Старыгина, С.Д. Двухуровневая образовательная система: благо или вред?/ Н.К Нуриев и др. // Высшее образование в России. – 2008 - №2. – С. 83-91

3. Нуриев, Н.К. Экстремальная методология в дидактике программной инженерии. – Казань: Изд-во Казанск. Ун-та, 2004. – 80с.