Проектирование баз учебных проблем по дисциплине «Информатика» для развития деятельностного потенциала будущего инженера

Зайцева Ольга Николаевна.

ассистент кафедры информатики и прикладной математики,

Казанский национальный исследовательский технологический университет,

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

zaytseva_on@mail.ru

Аннотация

В статье рассматривается совокупность условий построения и использования, разработка структуры и проектирование баз учебных проблем по дисциплине «Информатика» в учебном процессе вуза для развития деятельностного потенциала будущего инженера

The article deals with a set of conditions to build and use bases, the structure and base of educational problems for the «Computer science» of educational problems in educational process of the university for the development of the activity potential future engineers.

Ключевые слова

информационно-компьютерная деятельность, проектно-конструктивные способности, база учебных проблем, виртуальная среда обучения  MOODLE

information-computeractivities, bases of educational problems, a virtual learning environment MOODLE

Введение

Одним из приоритетных направлений развития системы образования является компьютеризация учебного процесса в вузе, роль которой возрастает в связи с вхождением России в мировое образовательное информационное пространство. В связи с этим, согласно федеральной целевой программы развития единой образовательной информационной среды, в качестве ведущей сформулирована задача создания, распространения и внедрения в учебный процесс современных электронных учебных материалов, их интеграция с традиционными учебными пособиями, а также разработка средств их поддержки и сопровождения.

Одной из наименее разработанных областей в плане использования компьютерных технологий в учебном процессе является создание такого программного продукта, который бы не только позволил повысить эффективность обучения студентов, но и помог бы преподавателям в их профессиональной деятельности. В этой связи актуальной идеей развития образования является построение и использование комплексной универсальной образовательной автоматизированной информационной системы, которая в большей степени расширила бы возможности индивидуального подхода к студентам, и в наиболее полной мере способствовала бы реализации их права на получение образовательной информации, а также оказала бы помощь преподавателям в организации учебного процесса.

Учитывая современные тенденции интеллектуализации инженерной деятельности, усиления позиций и роли инженера рассмотрение его деятельностного потенциала видится особенно важным. Речь идет о том, каким образом сама деятельность будущих инженеров может влиять на функционирование промышленного сектора экономики страны и социума в целом, насколько характер деятельности будущих инженеров адекватен современным ритмам развития производства и т.д.

Анализ литературы показал, что для качественного проектирования баз учебных проблем для развития деятельностного потенциала будущего инженера необходимо разрешить противоречия:

Механизм решения будущим инженером проблем через проектно-конструктивную деятельность

Для решения проблем все люди используют механизм, основанный на проектно-конструктивной деятельности [1].

Разумеется, необходимым условием успешной деятельности человека в любой области является наличие у него знаний. Достаточным условием успешного решения человеком проблемы, является развитость его способностей, которые рассматриваются в контексте деятельности как личностные технологии. Таким образом, только знания в сочетании со способностями являются необходимыми и достаточными условиями решения проблем с определенной надежностью.

В частности, успешность проектно-конструктивной деятельности инженера по решению проблем в определенной области деятельности зависит от полноты и целостности знаний и уровня развития проектно-конструктивных способностей по решению проблем из этой области.

Под полнотой знаний понимается овладение необходимой для решения профессиональных задач совокупностью знаний в соответствии с содержанием подготовки будущего инженера. Под целостностью знаний овладение совокупностью взаимосвязей в системе полученных знаний, то есть методами решения профессиональных задач. Под проектно-конструктивными способностями для профессиональной деятельности, будущего инженера понимаем способности к формализации проблемы для применения информационных технологий (формализационные способности), способности к конструированию ее решения с помощью пакетов прикладных программ (конструктивные способности), способности к исполнению на основе программных средств (исполнительные способности) [2].

Итак, полнота и целостность знаний при достаточном уровне развития проектно-конструктивных способностей влияют на развитие деятельностного потенциала будущего инженера и определяют эффективность его деятельности по решению проблем из области профессиональной деятельности и обеспечивают возможность его обучения на ступени магистра.

Организация учебной деятельности будущего инженера

С целью подготовки инженера требуемого уровня организуется учебная деятельность. На рисунке 1 представлена функциональная модель подготовки будущего инженера.


Рис. 1. Функциональная модель подготовки будущего инженера


Учебный материал по приведенной схеме представляется в виде базы знаний и базы учебных проблем, которые являются динамическими базами и в быстро развивающихся областях деятельности необходимо их частое обновление.

Для обеспечения всесторонней доступности к хранилищу учебных знаний и учебных проблем, а также автоматизации процесса подготовки и диагностики состояния развития будущего инженера, целесообразно внедрение виртуальной поддержки по той или иной дисциплине, в том числе по дисциплине «Информатика».

Обеспечение учебной дисциплины виртуальной поддержкой при подготовке будущих инженеров предполагает обязательное наличие виртуального кабинета в Web-сети. Нами с этой целью выбрана виртуальная среда обучения  MOODLE.

Moodle это инструментальная среда для разработки как отдельных онлайн-курсов, так и образовательных веб-сайтов. В основу проекта положена теория социального конструктивизма и ее использование для обучения. Moodle предполагает широкий спектр возможностей для полноценной поддержки процесса обучения в дистанционной среде разнообразные способы представления учебного материала, проверки знаний и контроля успеваемости [3].

Moodle используется без модификаций на операционных системах Unix, Linux, FreeBSD, Windows, Mac OS X, Netware и любых других системах, поддерживающих PHP. Данные хранятся в единственной базе данных: MySQL и PostgreSQL (наилучшая поддержка), но могут быть использованы и коммерческие системы управления базами данных. Moodle легко инсталлируется, не вызывает затруднений и обновление программы при переходе на новые версии.

В настоящий момент систему Moodle используют для обучения крупнейшие университеты мира.

Возможности поддержки процесса обучения в Moodle:

Преимущества обучения в Moodle:

Виртуальный кабинет не заменяет кабинет дисциплины в его традиционной форме, а дополняет его и позволяет, используя компьютерные технологии, осуществлять более быструю работу с информацией. Виртуальный кабинет позволяет организовать учебное пространство для студентов, создать оптимальный доступ к учебной информации, обеспечивает оперативную педагогическую помощь студентам, дает возможность студентам поделиться своими достижениями.

Виртуальный кабинет по дисциплине «Информатика» создает реальные возможности построения открытой системы обучения, а оптимальный доступ к необходимой информации в любое время суток делает познавательную деятельность студента более эффективной.

На рисунке 2 приведена общая структура организации виртуального кабинета по дисциплине «Информатика» на базе системы дистанционного обучения Moodle, содержащая пять основных блоков, каждый из которых реализует определенные цели.

Рис. 2. Структура организации виртуального кабинета преподавателя

по дисциплине «Информатика»


Первый блок содержит основные сведения о дисциплине «Информатика»: краткое содержание, рекомендованную литературу, презентацию дисциплины.

Во втором блоке представлен курс лекций по дисциплине «Информатика», формирующий базу знаний в рамках дисциплины. Традиционный носитель информации лекция претерпевает существенные изменения, которые в первую очередь связаны с отсутствием необходимости конспектирования лекции. Это обстоятельство, в свою очередь, дает дополнительные возможности в связи с появлением «дополнительного» времени на изучение дополнительных разделов или усиления практической части курса.

Обязательным условием обучения для закрепления полученных знаний на лекции является выполнение домашнего задания по пройденной теме. Для этого в виртуальном кабинете в разделе лекции находятся все лекции по пройденным темам, однако с учетом пройденного материала учебный материал выдается по частям, причем в начале каждой части задается вопрос и в зависимости от ответа, направляется процесс обучения по той или иной ветви изучения материала:

Таким образом, студент самостоятельно проверяет уровень усвоения материала на лекционном занятии и в случае необходимости имеет возможность обратиться к помощи виртуального кабинета. При этом преподаватель получает подробные сведения о выполнении домашнего задания каждым студентом (Рис. 3).

Рис. 3. Схеме работы студента с лекцией в виртуальном кабинете преподавателя


Третий блок система диагностики состояния компетенции (тесты на полноту и целостность знаний), позволяющая контролировать теоретическую часть обучения. Компьютерное тестирование это средство, которое позволяет с минимальными затратами времени преподавателя объективно проверить знание большого количества студентов. Компьютерные тестирования положительно воспринимаются студентами и главным их преимуществом является автоматическая проверка результатов и исключение влияния человеческого фактора.

В четвертом блоке виртуального кабинета по дисциплине «Информатика» представлена база учебных проблем. Наличие виртуального кабинета по дисциплине «Информатика» позволяет реализовать на практическом занятии дифференцируемый и индивидуальный подход к студентам. Теоретический материал на практическом занятии не повторяется, а разбираются цели изучения темы на основе анализа одной-двух типовых задач. Затем студент работает самостоятельно, а преподаватель оказывает дозированную индивидуальную помощь.

В пятом блоке представлены результаты контроля полноты и целостности освоения знаний студентов, а также уровень развития их проектно-конструктивных способностей по изучаемой дисциплине «Информатика».

В целом, на основе этих блоков создается информационно-деятельностная виртуальная среда обучения. 

Еще одной положительной чертой применения в обучении виртуального кабинета и системы дистанционного обучения Moodle является возможность использования синхронных и асинхронных средств коммуникации. Синхронные коммуникации средства общения в режиме реального времени. К ним относятся чаты, аудиоконференции, видеоконференции, вебинары и др. Асинхронные коммуникации средства общения, позволяющие обмениваться информацией с задержкой по времени (электронная почта, форум, система обмена файлами, тематические рассылки и пр.).

Синхронные и асинхронные коммуникации представляют собой единое целое и обеспечивают решение следующих задач:

Особо следует отметить роль форумов, организуемых преподавателями по наиболее актуальным вопросам. Форумы позволяют изложить свое мнение даже тем студентам, которые по каким-либо причинам не могут высказаться в аудитории, предъявить свою аргументацию, познакомиться с суждениями однокурсников и студентов, обучающихся на других потоках, вступить в спор и получить квалифицированную оценку своего выступления преподавателем. Конечно, проведение таких мероприятий требует значительного увеличения затрат преподавательского труда.

Неоспоримым преимуществом виртуального кабинета является существенное расширение возможности получения студентом консультаций. Консультирование осуществляется в дни и часы, установленные графиком семестровых консультаций преподавателя, и проводится как в очной форме, так и в режиме реального времени. Консультирование обучающихся в режиме on-line в идеале предполагает, что максимальное время ожидания студентом ответа от преподавателя не должно превышать 30 минут. Консультации со студентами в режиме on-line проводятся в вечернии часы два раза в неделю: через день после практического занятия и за день до следующего практического занятия, что направлено на то, чтобы студент в это время был занят практически важным делом; а также на отучение от синдрома «последнего дня», т.к. опрос студентов показал, что задания по всем предметам выполняются студентами вечером перед сдачей преподавателю на проверку.

Структура организации баз учебных проблем по дисциплине «Информатика»

Согласно федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования требования к результатам освоения основных образовательных программ бакалавриата формируются в терминах «способностей».

Очевидно, для того, чтобы приобрести требуемый ФГОС ВПО комплекс способностей, необходимо иметь хранилище знаний и учебных проблем по возрастанию сложности, на основе которого будет реализована подготовка (учебная деятельность) по развитию способностей и приобретению знаний [4].

Следует отметить что, любая задача без наличия усвоенных знаний для студента является проблемой. Поэтому в процессе усвоения знаний и развития способностей, хранилище учебных проблем в рамках компетенций постепенно преобразуется студентом в хранилище задач, которые он знает как решать.

Для заполнения хранилища знаний и хранилища учебных проблем по дисциплине «Информатика» необходимо определить содержание подготовки будущего бакалавра в рамках дисциплины «Информатика».

Для отбора и структурирования содержания подготовки будущего инженера в рамках дисциплины «Информатика» была разработана и внедрена следующая последовательность действий.

       1. Анализ ФГОС ВПО для определения направления подготовки в рамках дисциплины «Информатика»[5]:

2. Анализ профессиональной деятельности будущего инженера для определения способностей, развитие которых связано с производственно-технологической, организационно-управленческой, научно-исследовательской, инновационной, проектной, исследовательской деятельностью, осуществляемой и необходимой в будущем [6].

3. Отбор содержательной составляющей дисциплины «Информатика» на основе компетентностного и проектно-деятельностного подходов и следующих принципов: модульности; оптимального сочетания фундаментальности и профессиональной направленности; опережающего обучения (индивидуализации, концентрации, интенсификации обучения, самопознания) [6].

4. Проектирование содержания в виде универсального дидактического комплекса, включающего дидактические материалы и универсальный дидактический комплект для студента [5]:

На основании вышеизложенной схемы нами составлена универсальная система модулей по дисциплине «Информатика»:

Модуль 1 основные понятия информатики;

Модуль 2 - технические и программные средства реализации информационных процессов;

Модуль 3 - компьютерные сети: основные типы протоколов компьютерных сетей; глобальная сеть Internet; алгоритм информационного поиска в режиме удаленного доступа;

Модуль 4 - информационные системы: структура, классификация ИС, специализированные поисковые ИС; безопасность информационных систем технические и программные средства защиты информации; базы данных;

Модуль 5 информационные технологии: виды информационных технологий, основные компоненты;

Модуль 6 компьютерная графика;

Модуль 7 основы алгоритмизации и технологии программирования: языки программирования высокого уровня; технология программирования;

Модуль 8 модели решения функциональных и вычислительных задач;  применение типовых численных методов решения математических задач аналитически и с помощью современных информационных технологий.

На рисунке 4 приведены состав, структура модулей и блоков базы учебных проблем и базы знаний по дисциплине «Информатика».


Рис. 4. Состав и структура базы знаний и базы проблем по дисциплине «Информатика»


Для достижения оптимального сочетания фундаментальности и профессиональной направленности содержания дисциплины «Информатика» среди определенных выше модулей возможно выделить фундаментальные, т.е. составляющие основу для других дисциплин и определяющие общую культуру любого инженера, и профессионально-значимые модули, то есть те, которые должны сопровождаться профессионально-ориентированными задачами. Естественно, что для различных направлений подготовки будущего инженера будут выделены различные профессионально-значимые модули. Поэтому преподаватель перед началом изучения дисциплины «Информатика» должен составить технологическую карту для конкретного направления подготовки, чтобы будущий инженер мог следить за собственным состоянием подготовленности по дисциплине «Информатика».

Сложность учебной проблемы оценена через трудность ее решения экспертом. В свою очередь, трудность решения проблемы оценена значением производительности труда эксперта (пусть существует проблема Х сложности Р(Х) раб/час эксперта, например, Р(Х)=0,5 (раб/час), что означает, что эксперт может за 1 час через внутреннюю (интеллектуальную) деятельность решить только половину проблемы Х и это характеризует ее сложность). В сущности сложность Р(Х) час/раб проблемы Х может быть разложена экспертом на составляющие сложности: формализации Р(А) час/раб; конструирования Р(В) час/раб; исполнения решения Р(С) час/раб проблемы. Причем Р(Х)=Р(А)+Р(В)+Р(С) [7].

Базы учебных проблем по дисциплине «Информатика»

На основании таблицы 1, характеризующей распределение трудоемкости по решению проблем по дисциплине «Информатика», и с учетом принятого в педагогике показателя достаточности уровня знаний в 80%, составлен пентагон требуемого состояния владения академической компетенцией в рамках дисциплины «Информатика» (Рис. 5).


Таблица 1. Специфика распределения трудоемкости по решению проблем (раб/час)

Модуль

С

В

А

Модуль 1

0,3

1,5

-

Модуль 2

10,8

9,7

4,5

Модуль 3

-

0,3

0,8

Модуль 4

9

2,3

9

Модуль 5

2,3

-

1,8

Модуль 6

4

-

8

Модуль 7

3

12,5

4

Модуль 8

3

6

9

Итого:

32,4

32,3

37,1




Рис. 5. Требуемое состояние владения академической компетенцией в рамках дисциплины «Информатика»


Итак, база учебных проблем по дисциплине «Информатика» для развития деятельностного потенциала будущего инженера состоит из проблем разбитых по модулям дисциплины.

По каждому из модулей подобрана база учебных задач классифицированных по уровням сложности и приоритетному развитию тех или иных способностей, также рассчитано требуемое состояние владения академической компетентностью в рамках дисциплины «Информатика».

Заключение

Полнота и целостность знаний совместно с уровнем развития проектно-конструктивных способностей будущего инженера влияют на развитие его деятельностного потенциала и помогают в преобразовании потока проблем в поток результатов.

С целью подготовки инженера требуемого уровня организована учебная деятельность. Учебный материал представлен в виде базы знаний и базы учебных проблем. В целом, база знаний и база учебных проблем являются динамическими базами и в быстро развивающихся областях деятельности необходимо их частое обновление.

Для составления баз учебных проблем определено содержание дисциплины «Информатика», составлена универсальная система модулей.

Для обеспечения всесторонней доступности к хранилищу учебных проблем, а также автоматизации процесса подготовки и диагностики состояния развития будущего инженера, внедрена виртуальная поддержки по дисциплине «Информатика». Для этого осуществлено проектирование баз учебных проблем по дисциплине «Информатика» в виртуальной среде обучения MOODLE.

Спроектированная база учебных проблем может быть применена в учебном процессе вуза для обучения по дисциплине «Информатика».

Литература

  1. Нуриев, Н.К. Ключевые способности поддержки деятельности и формализованные условия потенциальной компетентности специалиста / Н.К. Нуриев, Л.Н. Журбенко, С.Д. Старыгина // Вестник Казанского технологического университета. № 5. Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. С. 199-205.
  2. Нуриев, Н.К. Методология проектирования дидактических систем нового поколения / Н.К. Нуриев, Л.Н. Журбенко, Э.Р. Хайруллина, А.Р. Абуталипов и др. Казань: Центр ииновационных технологий, 2009. 456 с.
  3. Анисимов, А.М. Работа в системе дистанционного обучения Moodle: учебное пособие Харьков, ХНАГХ, 2009. 292 с.
  4. Нуриев, Н.К. Подготовка инженеров в дидактических системах нового поколения. / Н.К. Нуриев, С.Д. Старыгина, титов А.Н., Пашукова Е.В. // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" 2011 V.14. N 4. С. 386-403. ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
  5. Зайцева, О.Н. Проектирование информационно-компьютерной подготовки бакалавров технологического направления / О.Н. Зайцева // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)". 2009. V.12. № 4 С. 407-416. ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
  6. Зайцева, О.Н. Организация информационно-компьютерной подготовки бакалавров по направлению химическая технология (технология полимерных и композиционных материалов) в национальном исследовательском университете /О.Н. Зайцева // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)". 2010. V.13. № 4 С. 347-356. ISSN 1436-4522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
  7. Нуриев, Н.К. Цифровая модель деятельности потенциального инженера / Н.К. Нуриев, Л.Н. Журбенко, С.Д. Старыгина // Alma mater (Вестник высшей школы). 2011. №10. С. 49-55.