Организация информационно-компьютерной подготовки бакалавров по направлению химическая технология (технология полимерных и композиционных материалов) в национальном исследовательском университете

Ольга Николаевна 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

Рассматриваются вопросы проектирования среды опережающего обучения информационно-компьютерной подготовки бакалавров по направлению химическая технология в национальном исследовательском университете на основе проектно-деятельностного и оптимизационного подходов с генерализацией содержания информационно-компьютерной подготовки и с интенсификацией дидактического процесса.

Questions of designing of the environment of advancing training of information-computer preparation of bachelors in a direction chemical technology on a basis design-active and optimizing approaches with generalization of the maintenance of information-computer preparation and with an intensification of didactic process are considered.

Ключевые слова

информационно-компьютерная подготовка бакалавра, проектно-деятельностный подход, оптимизационный подход, среда опережающего обучения

information-computer preparation of the bachelor, design-active approach, the optimizing approach, the environment of advancing training

 

В 2009 - 2010 годах на основании указа Президента РФ «О реализации пилотного проекта по созданию национальных исследовательских университетов» в РФ было образовано 29 национальных исследовательских университетов.

Национальный исследовательский университет  (НИУ) - высшее учебное заведение, одинаково эффективно осуществляющее образовательную и научную деятельность на основе принципов интеграции науки и образования;  реальное воплощение нового подхода к качественной модернизации сектора науки и образования и новой институциональной формы организации научной и образовательной деятельности. Важнейшими отличительными признаками НИУ являются способность как генерировать знания, так и обеспечивать эффективный трансфер технологий в экономику; проведение широкого спектра фундаментальных и прикладных исследований; наличие высокоэффективной системы подготовки магистров и кадров высшей квалификации, развитой системы программ переподготовки и повышения квалификации.

Создание на базе КГТУ исследовательского университета, осуществляющего подготовку кадров и проведение исследований для химического и оборонного комплексов страны, во многом позволит решить острые проблемы, связанные с подготовкой квалифицированных кадров в данных сферах.

Другим коренным изменением в системе высшего образования является законопроект о переходе на двухуровневую систему высшего образования: после 31 декабря 2010 года квалификации бакалавра и магистра станут основными квалификациями для поступающих в российские вузы

Главная характеристика статуса бакалавра в нормативах документов – общее высшее образование. Поэтому сегодня большинство общеобразовательных функций старшей ступени школы переносится на первую ступень высшего образования, что требует переосмысления педагогической доктрины бакалавриата.

За четыре года обучения бакалавриат должен обеспечить студенту результативное  профессиональное самоопределение. По существу, только после бакалавриата его выпускник осознанно выбирает продолжить дальнейшее обучение в магистратуре (дальнейшее занятие наукой), в системе дополнительного образования (для углубления практического профессионального опыта) или устроиться на работу (часто в другой профессиональной области).

Большинство из бакалавров будет самостоятельно определяться в профессиональных поисках. Именно поэтому бакалавр должен быть максимально открыт продолжению своего образования, причём в самой интенсивной и личностно значимой форме – самообразования. Учитывая, что устаревание информации происходит гораздо быстрее, чем завершается цикл обучения в высшей школе, самообразование личности, как систематическая, правильно организованная и самостоятельная учеба личности, должно стать стилем жизни.

Инновационные преобразования в образовании невозможны без процесса информатизации, который охватил сегодня все учебные заведения разных уровней. Одним  из результатов процесса информатизации должно стать проявление у студентов информационно-компьютерной компетентности, которая должна обеспечить им возможность использовать современные информационные технологии для работы с информацией в любой сфере деятельности и подготовиться к выбранной профессиональной деятельности.

Мы определили информационно-компьютерную компетентность бакалавра по техническим и технологическим направлениям как профессиональное качество бакалавра, которое характеризуется мерой уровня овладения информационными технологиями, программными средствами и мерой уровня развития ПК-способностей, достаточных для решения проблем, возникающих в профессиональной деятельности бакалавра технологического направления, для продолжения обучения на ступени магистра как инженера-исследователя или получения специальной подготовки как инженера-технолога. [1]

Информационно-компьютерная компетентность является одной из ключевых компетентностей современного человека и проявляется, прежде всего, в деятельности при решении различных задач и ситуаций с привлечением персонального компьютера и средств компьютерной обработки информации.

Особо актуальной при переходе к образовательным стандартам третьего поколения становится проблема оптимизации информационно-компьютерной подготовки, под которой мы понимаем достижение наилучшего результата обучения, характеризуемого формированием прикладной информационно-компьютерной компетентности при минимизации временных затрат. Оптимизация информационно-компьютерной подготовки - система взаимосвязанных содержательных, организационных и методических мероприятий, внедряемых в среде опережающего обучения.

Качественная оптимизация требует ведение непрерывного мониторинга, а также внедрения традиционных и новых форм тестового контроля: исходного (для получения входных данных) и текущего (для получения статистики на конкретном этапе оптимизации с последующим устранением выявленных пробелов и проблем)

Повышение качества информационно-компьютерной подготовки невозможно без диагностики с использованием статистических данных (измерения результатов обучения с применением программных средств) и пристального изучения результатов информационно-компьютерной подготовки с целью её оптимизации.

Осуществление оптимизации представляется сложной задачей, решение которой основано на методике повышения качества, включающей следующие базовые этапы:

1.       подготовительный (общий обзор – получение входных данных, постановка целей, выстраивание системы по реализации поставленных целей и задач);

2.       организационный (анализ результатов контроля, выявление пробелов и проблем, планирование, корректировка, проектирование содержания);

3.       основной (составление и внедрение модели оптимизации, основанной на применении информационно-компьютерных технологий, реализация её дидактических условий в соответствии с выявленными изменениями в условиях функционирования филиала);

4.       итоговый (повторная диагностика, получение результатов и их сравнение с прогнозируемыми, документирование результатов, подготовка методических рекомендаций).

Для эффективной оценки уровня сформированности информационно-компьютерной компетентности, необходимо определить ее параметры и критерии. Н.К. Нуриевым разработана параметрическая модель, которая оценивает сформированность компетенций инженера по трем основным параметрам: полнота освоения знаний, целостность освоения знаний, развитие ПК-способностей. Под полнотой освоения знаний понимается совокупность всех знаний об изучаемом объекте, предусмотренных ГОС ВПО, т.е. модель реального мира в сознании инженера. Под целостностью знаний понимается мера структурированности знаний: разработанные методики и методы исследования. [2]

Модель информационно-компьютерной компетентности бакалавра можно представить следующим образом (Рис. 1.):

 

Рис. 1. Модель информационно-компьютерной компетентности бакалавра технологического направления

Для подготовки бакалавра требуемого качества необходимо, как минимум, организовать его интенсивное развитие по двум направлениям в комплексе: в направлении освоения знаний и в направлении развития способностей. 

Таким образом, любая современная система подготовки (как минимум) должна обеспечить интенсивное развитие бакалавра по этим направлениям. В целом, в системах подготовки, построенных на компетентностном подходе, требуется достижение определенного уровня качества владения компетенцией, т.е. обладание способностью гарантировано решать проблемы до определенной сложности. С учетом того, что сложность проблем, требующих решений, все время растет, состояние компетентности/некомпетентности бакалавра оказывается неустойчивым.

Для проверки состоятельности модели информационно-компьютерной компетентности бакалавра необходимо и достаточно проверить полноту, целостность знаний и уровень развития проектно-конструктивных (ПК) способностей: формализационные, конструктивные и исполнительские [3].

Полнота знаний проверяется тестированием по теоретической части курса, целостность знаний – умением применять знания на практике, совокупность полноты и целостности знаний проверяется при сдаче студентом экзамена. Для развития ПК-способностей студентами выполняются лабораторные работы, состоящие из учебно-проектных заданий. Следовательно, должен быть разработан рейтинг по развитию полноты и целостности знаний в интеграции с усвоением учебного материала по тестам, и подведение окончательных итогов на экзамене.

К основным задачам профессиональной деятельности бакалавра по направлению подготовки 240100 «Химическая технология» относятся:

·         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;

·         участие в работе по наладке, настройке  и опытной проверке оборудования и программных средств;

·         изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного  опыта по тематике исследования;  

·         математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований;

·         проведение экспериментов по заданной методике, составление описания проводимых исследований и анализ их результатов;

·         подготовка данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций;

·         составление отчета по выполненному заданию, участие во внедрении результатов исследований и разработок.

В условиях внедрения проектов третьего поколения по направлению «Химическая технология» информационное образование можно представить в виде совокупности информационных дисциплины, образующих скелет информационно-компьютерной подготовки бакалавров.

Структура подготовки бакалавров по направлению «Химическая технология» представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура подготовки бакалавров по направлению «Химическая технология»

Под базовой информационно-компьютерной подготовкой бакалавра-технолога по направлению «Химическая технология» согласно стандартам третьего поколения понимается подготовка в рамках дисциплины «Информатика», нацеленная на формирование информационно-компьютерной компетентности, но с учетом междисциплинарных связей, потребностей решения профессиональных задач. Понятие информационного образования шире, однако информационно-компьютерные компетентности начинают формироваться именно в рамках дисциплины «Информатика».

Дисциплина «Информатика» в соответствии с действующим образовательным стандартом является базовой дисциплиной, овладение которой открывает широкие перспективы для будущего специалиста. Овладение умениями и навыками при изучении этой дисциплины, дает инструмент для решения задач в различных профессиональных сферах.

Информационно-компьютерная подготовка проводится на 1 курсе, когда студент, во-первых, не представляет своей профессиональной деятельности, во-вторых, не обладает даже необходимыми математическими знаниями и умениями, и, в-третьих, студент проходит период адаптации в университете.

Эти проблемы усиливаются в силу различия в учебных программах по информатике в довузовском образовании, т.е. студенты на начальном периоде обучения имеют разные знания. Причины возникающих проблем связаны с:

·         огромными различиями в комплексе технических средств и доступном программном обеспечении поддержки курса информатики;

·         недостаточной подготовкой преподавателей в школах;

·         различием в программах образовательных учреждений (гимназии, лицеи, техникумы и т.п.), ряд из которых с углубленным изучением математики и информатики, где выпускники могут иметь подготовку соответствующую подготовке студентов младших курсов.

Итак, основные противоречия, которые необходимо преодолеть при информационно-компьютерной подготовке проявляются между: различным уровнем начальной подготовки студентов и объемом подлежащих усвоению знаний; огромным многообразием направлений изучения и их быстрой изменчивостью; удовлетворением потребностей направлений подготовки спецкафедр в информационных технологиях и дефицитом учебного времени.

Статистический анализ показывает, что примерно 10 - 15% студентов первого курса не имеют начальной компьютерной подготовки. И лишь 2-3% имеют требуемый уровень подготовки выпускника средней общеобразовательной школы по предмету «Информатика и ИКТ». Сложившаяся ситуация существенно осложняет работу преподавателя как в методическом, так и техническом плане. Она влияет и на содержательную наполненность, вынуждая предусматривать актуализацию теоретических знаний довузовского уровня.

Наиболее эффективно могут быть решены задачи профессиональной деятельности бакалавра при моделировании информационно-компьютерной подготовки в среде опережающего обучения  на основе проектно-деятельностного и оптимизационного подходов (Рис. 3).

 

Рис. 3. Среда опережающего обучения при моделировании информационно-компьютерной подготовки

Проектно-деятельностный подход позволяет с помощью методов проектов соприкасаться с профессиональной деятельностью и развивать ПК-способности. Оптимизационный подход позволяет достичь оптимальных результатов оптимальными средствами за короткое время. Реальная и виртуальная составляющие среды опережающего обучения немыслимы без постоянной педагогической поддержки и необходимы для организации содержания и дидактического процесса, которые строятся с учетом принципов опережающего обучения теории Л.В. Занкова.

В таблице 1. представлены принципы обучения, применяемые при обучении студентов на основе теории Л.В. Занкова.

 

Таблица 1. Соотношение принципов обучения Л.В. Занкова и принципов обучения студентов ВУЗа

№ п/п

Принципы обучения Л.В. Занкова

Принципы обучения студентов

1

принцип обучения на высоком уровне трудности

принцип обучения на доступном уровне трудности, в зоне «ближайшего развития» студента с учетом профессиональной направленности

2

принцип ведущей роли теоретических знаний в начальном обучении

принцип концентрации обучения – генерализация содержания, сжатие учебной информации

3

принцип осознания обучаемыми собственного учения

принцип самопознания (рефлексии)

4

принцип работы над развитием всех учащихся

принцип индивидуализации при интенсификации обучения

Так под опережающим обучением следует понимать обучение, способствующее развитию у студентов способностей, которые в дальнейшем помогут освоить новые технологии и программные средства для профессиональной деятельности в условиях выполнения указанных принципов.

Принципы обучения обусловливают требования к компонентам учебного процесса: целям и задачам, формированию содержания, выбору методов и форм организации дидактического процесса, планированию и анализу достигнутых результатов. Они служат неким мостом, соединяющим теоретические представления с педагогической практикой. В современной дидактике принципы обучения выступают в единстве и рассматриваются как рекомендации, направляющие педагогическую деятельность и учебный процесс в целом, как способы достижения педагогических целей с учетом закономерностей учебного процесса.

По мнению Нуриева Н.К. [4] суть организации опережающего обучения состоит:

1)       в обеспечении дидактической системы в актуальном режиме опережающими знаниями, исходя  из достижений науки;

2)       в подготовке инженера, способного с опорой на эти знания создавать новые знания и инновационный продукт.

Критерии оценки качества владения компетенцией у студента, подготавливаемого в среде опережающего обучения, должны быть:

1.       Социально-значимыми (например, показатели производительности труда в решении проблем требуемой сложности).

2.       Численными (в шкале отношений).

3.       Надежными, т.е. определенное состояние в шкале качества подготовки гарантирует решение проблем определенной сложности с надежностью Р (например, Р=0,95. Это означает, что будущий инженер гарантировано решает проблемы до определенной сложности с надежностью 95%).

Изучение дисциплины «Информатика» дает студенту возможность овладения следующими методами междисциплинарного исследования:

·         методами математической статистики для обработки результатов активных и пассивных экспериментов;

·         методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях;

·         методами вычислительной математики и математической статистики для решения конкретных задач;

·         численными методами для решения математических задач.

Основные задачи, решаемые этими методами, — обеспечить овладение обучающимися методами научного познания, сформировать и развить мотивы и способы поисковой творческой деятельности по решению новых для них проблем с помощью освоения программных средств и информационных технологий.

В рамках дисциплины «Информатика» знания условно разделяются на знания-факты и знания-связи, и качество владения знаниями оценивается в зависимости от значений параметров полноты и целостности. Разумеется, что полнота и целостность как свойства знания не могут рассматриваться по отдельности. Полнота и целостность знаний при достаточном уровне развития ПК-способностей определяют эффективность деятельности инженера по решению проблем до определенного уровня сложности в рамках его научной области.

В тоже время особый интерес представляют электронные учебно-методические комплексы: разработанные с учетом специфики реального дидактического процесса подобные комплексы могут служить средствами его оптимизации.

Нами организован виртуальный кабинет на базе системы дистанционного образования MOODLE. На рис.4 приведена общая структура организации этого виртуального кабинета, содержащая пять основных блоков, каждый из которых реализует определенные цели.

 

Рис. 4. Структура организации виртуального кабинета преподавателя по дисциплине «Информатика»

В первом блоке представлен курс лекций по дисциплине «Информатика», формирующий базу знаний в рамках дисциплины. Во втором блоке представлен курс практических заданий, формирующих базу умений студентов. Третий блок – система диагностики состояния компетенции (тесты на полноту и целостность знаний). Четвертый блок, спроектированный с учетом потребностей решения профессиональных задач, состоит из проектных заданий, направленных на развитие ПК-способностей. В пятом блоке представлены результаты контроля полноты и целостности освоения знаний студентов, а также уровень развития их проектно-конструктивных способностей по изучаемой дисциплине «Информатика».

Итак, в качестве условий организации информационно-компьютерной подготовки бакалавров по направлению химическая технология (технология полимерных и композиционных материалов) в национальном исследовательском университете принимаются:

1. Проектирование информационно-компьютерной подготовки в среде опережающего обучения на основе проектно-деятельностного и оптимизационного подходов.

2. Генерализация содержания информационно-компьютерной подготовки с учетом ее профессиональной направленности.

3. Интенсификация дидактического процесса с помощью его виртуальной поддержки, разработки индивидуальных учебных заданий.

Литература

1.       Зайцева О.Н. Проектирование информационно-компьютерной подготовки бакалавров технологического направления / О.Н.Зайцева // Educational Technology & Society – 2009 (http://ifets.ieee.org/russian/depository/v12_i4/html/2.htm) - V.12. - N 4. - 10 c. – ISSN 1436-4522.

2.       Нуриев Н.К. Модель подготовки инженеров в метрическом компетентностном формате / Н.К.Нуриев, С.Д.Старыгина // Наука в вузах: математика, физика, информатика. Проблемы высшего и среднего профессионального образования: мат-лы межд. науч.-образ. конф.– М.: РУДН, 2009. – С. 900-903.

3.       Нуриев Н.К. Проектирование дидактических систем нового поколения для подготовки способных к инноватике инженеров / Н.К.Нуриев, Л.Н.Журбенко, С.Д.Старыгина // Educational Technology & Society – 2009 (http://ifets.ieee.org/russian/depository/v12_i4/html/3.htm) - V.12. - N 4. - 24 c. – ISSN 1436-4522.

4.       Подготовка инженера в реально-виртуальной среде опережающего обучения: монография/ Г.С.Дьяконов, В.М.Жураковский, В.Г.Иванов, В.В.Кондратьев, А.М.Кузнецов, Н.К.Нуриев; под ред. С.Г.Дьяконова. – Казань: КГТУ, 2009. – 404с.