|
При поддержке Информационно-образовательная среда технического вуза
На опыте Московского государственного института электроники и математики (технический университет) рассматривается концептуальный подход к построению информационно-образовательной среды технического вуза. Данные разработки могут быть положены в основу применения новых информационных технологий в образовательном процессе. В статье приводятся примеры реализации среды на основе специальности «Проектирование и технология радиоэлектронных средств». Стратегическим направлением развития образовательных систем в современном обществе является обеспечение интеллектуального и нравственного развития человека на основе вовлечения его в разнообразную, самостоятельную, целесообразную деятельность в различных областях знания. Быстрое обновление знаний, включая базовые, в области технических наук ставит перед высшей школой задачу подготовки специалистов, способных:
Это направление развития признано главным в ходе реформ образовательных систем в ведущих странах мира — США, Великобритании, Канаде, Германии, Франции и др. При этом основной задачей процесса реформирования является подготовка необходимых обществу кадров в нужном количестве за минимальное время и при минимальных затратах. Анализ процесса реформирования образования ведущими университетами мира (Гарвардский университет, Wisconsin Technical College System), а также некоторыми Российскими вузами показывает, что, в сегодняшних условиях, он развивается в следующих основных направлениях:
Отличительными особенностями применения новых информационных технологий являются:
Традиционный подход к образованию, ориентированный на классно-урочную систему занятий, на слушание, а не на активную самостоятельную деятельность не позволяет оптимально использовать возможности появившихся в последнее время новых информационных технологий. К этим возможностям, прежде всего, относится возможность вовлечения каждого учащегося в активный познавательный процесс, направленный на самостоятельную деятельность, применение им на практике полученных знаний и четкого понимания, где, каким образом и для достижения каких целей эти знания могут быть применены. Это также возможность работать коллективно при решении разнообразных проблем, в сотрудничестве не только с преподавателями, но и со сверстниками, возможность свободного доступа к информации с целью формирования собственного независимого и аргументированного мнения по той или иной проблеме. Новые информационные технологии позволяют легко решить проблемы хранения, поиска и доставки информации учащимся. В настоящее время в вузах в электронном виде накоплены обширные информационные ресурсы, однако существующие примеры использования НИТ в вузах представлены фрагментарно. В первую очередь это происходит
Таким образом, в настоящее время необходима единая концепция построения информационно-образовательной среды, которая в полной мере учитывает новые возможности создания, распространения и применения многокомпонентных распределенных и интегрированных баз данных и знаний, ориентированных на образование, учитывающая национальные требования к системе образования и гармонизированная с мировыми тенденциями.
Достижения в области современных информационных и телекоммуникационных технологий находят всё большее применение в различных сферах человеческой деятельности, в том числе в образовании. Внедрение их в сферу образования привело к возникновению термина информационно-образовательная среда, понимаемого, обычно, как совокупность компьютерных средств и способов их функционирования, используемых для реализации обучающей деятельности. В состав компьютерных средств входят аппаратные, программные и информационные компоненты, способы, использования которых регламентируются в методическом обеспечении образовательного процесса. Анализ показывает, что возможные сферы применения информационно-образовательных сред не ограничивается образовательными учреждениями. Это крупные промышленные предприятия, военные и гражданские организации, ведущие самостоятельную подготовку и переподготовку кадров. Кроме того, в цивилизованных странах уже становится стандартом снабжать новые сложные машины и технологии компьютерными обучающими системами, облегчающими и ускоряющими процесс их освоения и внедрения. За рубежом разработку информационно-образовательных сред считают весьма дорогостоящим делом в силу его высокой наукоемкости и необходимости совместной работы высококвалифицированных специалистов: проектировщиков, психологов, преподавателей-предметников, компьютерных дизайнеров. Несмотря на это, многие крупные зарубежные фирмы финансируют проекты создания ИОС в учебных заведениях и ведут собственные разработки в этой области. В методологическом плане разработка и использование компьютерных средств поддержки обучения, с самого начала развивались по двум направлениям, слабо связанным между собой. Первое направление опирается в своей основе на идеи программированного обучения. В его рамках разрабатываются и эксплуатируются автоматизированные обучающие системы (АОС) по различным учебным дисциплинам. Ядром АОС являются так называемые авторские системы, позволяющие преподавателю-разработчику вводить свой учебный материал в базу данных и программировать с помощью специальных авторских языков или других средств алгоритмы его изучения. Характерными представителями АОС, построенных на технологии программированного обучения, длительное время являлись: за рубежом система PLATO, в нашей стране семейство АОС ВУЗ. С начала Однако эти системы решали частные задачи, их применение требовало специальной подготовки, а развитие и распространение полностью зависело от автора программы. Невозможность применения подобных программ на различных аппаратных платформах, фрагментарность, отсутствие универсального интерфейса и ряд других причин серьезно ограничивают их применение для построения информационно-образовательной среды. Второе направление компьютеризации обучения является как бы вторичным приложением компьютеризации различных отраслей человеческой деятельности (науки, техники, экономики и др.). Это отдельные программы, пакеты программ, элементы автоматизированных систем, предназначенные для автоматизации трудоемких расчетов, оптимизации, исследования свойств объектов и процессов на математических моделях и т.п. Применение таких программных систем в учебном процессе носит более массовый характер, чем использование универсальных АОС, как в нашей стране, так и за рубежом, но, в силу своей разобщенности в содержательном плане и отсутствия единой дидактической платформы, менее известно, не достаточно систематизировано и обобщено в научно-методической литературе. Среди многочисленных работ в нашей стране по адаптации отраслевых программных разработок для целей обучения определенной системностью и попытками дидактических и технических обобщений выделяются работы по созданию учебно-исследовательских САПР. Появление персональных компьютеров и доступа в глобальную сеть Интернет привнесло в сферу образования не только новые технические, но и дидактические возможности. Это простота диалогового общения, доступ к гигантским объемам информации и, конечно же, возможность визуализации. Применение графических объектов в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное чутье, образное мышление. А на рынке компьютерных технологий появляются еще более перспективные для целей профессиональной подготовки технические и программные новинки. Это оптические внешние запоминающие устройства на компакт-дисках CD-ROM с большими объемами памяти, инструментальные программные средства гипертекста, мульти — и гипермедиа системы «виртуальной реальности». Интеграция двух этих направлений с современными техническими средствами и глобальной сетью Интернет наполнило новым содержательным смыслом понятие информационно-образовательная среда. Ключевыми стали такие понятия, как «виртуальная лаборатория», «виртуальная экскурсия», «виртуальный класс», «виртуальный студенческий городок», «виртуальный университет». Все они могут быть обобщены понятием информационно-образовательная среда. С начала становления виртуальных университетов (ВУ) прошло около 10 лет. Это десятилетие стало эрой распределения образовательных ресурсов с помощью ВУ, которые, по мере расширения информационной инфраструктуры и развития сетей стали включать в себя виртуальные классы, студенческие центры, библиотеки и пр. Анализ мировых информационных ресурсов показывает, что в настоящий момент с помощью современных сетевых технологий можно получить доступ к значительному числу Открытых или Виртуальных университетов, включая Всемирную сетевую академию, Всемирный лекционный зал, Открытый университет Великобритании и др. Быстро расширяющаяся Всемирная сетевая академия включает в себя информационно-образовательные среды почти по 20 областям знаний, в их числе бизнес, гуманитарные науки, законодательство, здравоохранение, инженерное дело, искусство и др. Каждая область знаний, по сути, представляет собой информационно-образовательную среду, включающую определенное число программ, а каждая программа содержит ряд курсов. Например, информационно-образовательная среда в области «бизнес» состоит из 71 программы и 622 курсов, в области «общество» — из 32 программ и 790 курсов, а в области «здравоохранение» — из 42 программ и 491 курса. Построение ИОС на основе современных информационных технологий привносит в учебный процесс новые возможности: сочетание высокой экономической эффективности и гибкости учебного процесса, широкое использование информационных ресурсов, существенное расширение возможностей традиционных форм обучения, а также возможность построения новых эффективных форм обучения. Анализ структуры и состава, существующих информационно-образовательных сред Всемирной сетевой академии и Всемирного лекционного зала, как мировых лидеров в области применения современных информационных технологий в образовательных системах, позволяет выделить следующие основные особенности их построения. В основу построения этих информационно-образовательных сред положен принцип модульности, предполагающий представление отдельного курса как законченного модуля в узкой предметной области не связанного с другими курсами, справочными материалами и т.д. Такой подход к построению информационно-образовательных сред, по всей видимости, обусловлен дидактическими традициями западной системы образования, основанной на стандартизации не только образовательной программы, но и всех ее составляющих и имеет свои достоинства и недостатки. Достоинствами такого подхода являются:
К недостаткам такого подхода можно отнести:
В то же время процесс обучения с использованием информационно— образовательных сред наследует и основные элементы модели традиционной системы образования, такие как лекции, практические занятия, лабораторные практикумы, контрольные задания и пр. Анализ составляющих некоторой обобщенной существующей модели ИОС, позволяет выявить следующие особенности:
Это говорит о том, что методологические аспекты ИОС отстают от развития технических средств, поскольку в методическом плане ИОС интегрируют знания таких разнородных наук, как психология, педагогика, математика, кибернетика, информатика. Разработка ИОС для поддержки профессионального образования осложняется еще и необходимостью хорошо знать содержание предметной области и учитывать присущую ей специфику обучения. Именно отставание в разработке методологических проблем, «нетехнологичность» имеющихся моделей, методов и методик являются одними из основных причин разрыва между потенциальными и реальными возможностями фрагментов ИОС, разработанными на настоящий момент.
Введем определение ИОС как информационной системы, объединяющей посредством сетевых технологий, программные и технические средства, организационное, методическое и математическое обеспечение, предназначенное для повышения эффективности и доступности образовательного процесса подготовки специалистов. Анализ достоинств и недостатков, существующих ИОС, дидактических традиций российской системы образования, а также современного состояния информационных технологий и средств телекоммуникаций, позволяет сформулировать следующие принципы, на которых должны строиться проектируемые в настоящее время информационно-образовательные среды:
Сформулированные принципы построения ИОС делают необходимым рассмотрение информационно-образовательной среды, с одной стороны, как части традиционной образовательной системы, а, с другой стороны, как самостоятельной системы, направленной на развитие активной творческой деятельности учащихся с применением новых информационных технологий. Структура информационно-образовательной среды (ИОС) представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структура информационно-образовательной среды В отличие от известных подходов, основой разработанной ИОС, является дисциплинарное ядро, представляющее полный спектр дисциплин соответствующей специальности, который оговорен Государственным образовательным стандартом. Именно специальность, по которой проводится обучение, является тем информационно-образовательным продуктом, который востребован обществом. Известные ранее предпринятые попытки фрагментарно решить вопрос за счет построения некоторой образовательной среды на базе одной или нескольких дисциплин не приводили к успеху, поскольку при этом разработка оказывалась инородным телом в традиционной образовательной среде. Кроме дисциплинарного ядра в ИОС входят информационно-справочная база, интерактивные компоненты поддержки учебного процесса, а также блок сопровождения и администрирования учебного процесса. Дисциплинарное ядро Дисциплинарное ядро представляет собой большой гипертекстовый документ, связывающий в единое целое основную информацию по отдельным дисциплинам, который представляет завершенный продукт, как с позиций содержательной и информационной цельности, так и с позиций рынка. Таким завершенным продуктом в зависимости от поставленной задачи могут быть:
Каждая дисциплина, входящая в дисциплинарное ядро разрабатывается на основе соответствующих лекционных курсов (рис. 2).
Рис. 2. Пример конспекта лекций в окне браузера В структуре дисциплинарного ядра следует выделить следующие структурные уровни: дисциплина; тема; раздел; страница. Дисциплина соответствует требованиям образовательного стандарта по соответствующей специальности или утвержденной учебной программе по другим формам образования. Тема — часть лекционного курса по дисциплине, охватывающая определенные и смысловые понятия. Дисциплина и тема не связаны с технологией представления информации в WWW. Раздел — соответствует примерно одной лекции. Раздел разбивается на страницы HTML-документа. Раздел завершается тестом или каким-либо другим контролем усвоения материала. Дисциплина, тема и раздел определяются только информационным содержанием курса и составляют пункты оглавления. Они должны иметь первую вводную страницу с соответствующей общей исходной информацией (аннотация, узловые моменты, особенности изучения и т. п.) Информационно-справочная база Учебный процесс в ИОС технического вуза сопровождается развитым информационно-справочным обеспечением, которое включает в себя следующие разделы:
Наличие развитой информационно-справочной базы (ИСБ) существенно сокращает затраты времени при изучении соответствующих вопросов на поиск дополнительной и справочной литературы, позволяет оперативно через систему связей обратиться к необходимому разделу базы. При построении учебных курсов за счет информационно-справочной базы удается устранить повторы, например при изложении методов решения уравнений, которые встречаются в ряде курсов. Если эти методы одинаковы, то при этом достаточно каждый раз обратиться к каноническому изложению, представленному в физико-математическом справочнике в составе ИСБ. Кроме этого, наличие ИСБ позволяет высвободить часть времени лекционного курса, которое затрачивалось на изложения справочных данных, иллюстрирующих изучаемый материал. Это особенно важно для дисциплин конструкторско-технологического цикла, в которых велика практическая направленность и необходимы примеры технических решений и технологического оборудования. Совокупность отмеченных сведений сосредоточена в разделах ИСБ: материалы, фирмы, оборудование, стандарты. Важнейшим вопросом технически грамотного представления материалов является вопрос терминологии и стандартизованного применения буквенных обозначений физических величин. Несмотря на то, что существует значительное число соответствующих стандартов, не секрет, что многие преподаватели пользуются произвольными обозначениями, не всегда придерживаются терминологических стандартов. Наличие в ИСБ таких разделов, как «Стандарты» (рис. 3), «Термины и определения», «Глоссарий» позволяет поддерживать в пределах информационно-образовательной среды единую стандартизованную терминологию и использовать одинаковые обозначения для одной и той же физической величины, в каком бы курсе она не встречалась.
Рис. 3. Пример раздела «Стандарты» Визуализация и интерактивная поддержка учебного процесса Современные инструментальные средства, открывают широкие перспективы для визуализации и интерактивности учебного процесса. Применение графических объектов в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное чутье, образное мышление. Визуализацию в концепции информационно-образовательной среды следует понимать не только как насыщенность учебных материалов высококачественными цветными иллюстрациями (что само по себе очень полезно), но и как использование анимационных изображений, построенных на основе математических моделей изучаемого объекта или явления. В качестве примера можно привести анимационные изображения картины электромагнитного поля, построенной по его математической модели. К сожалению, печатное издание не может передать анимационный эффект, что определяет одно из достоинств ИОС, по сравнению с учебником.
Рис. 4. Анимация в составе учебного материала Интерактивные программы, органично встроенные в тексто-графические документы лежат в основе построения виртуальных лабораторных работ. Возможность самостоятельно менять параметры процесса, управлять измерительными приборами, изменять характеристики материалов позволяет для учащегося создать некую виртуальную творческую лабораторию, где он может не только изучить определенный раздел, но и развить в себе навыки исследователя. В качестве примера на рис. 5 приведена виртуальная лабораторная работа по курсу «Физика», посвященная изучению процесса заряда и разряда конденсатора.
Рис. 5. Виртуальная лабораторная работа по курсу «Физика» Следует отметить, что применение виртуальной лабораторной базы не исключает проведения лабораторных работ в реальной лаборатории, но позволяет заместить часть из них или более детально подготовиться к ним. Применение наукоемкого программного обеспечения Одной из дидактических функций ИОС является возможность использования в учебном процессе современного универсального наукоемкого программного обеспечения, такого как Mathematica, Spice и др. На сегодняшний день существует два основных подхода к применению наукоемкого программного обеспечения в образовательном процессе.
Рассматриваемая концепция предлагает третий, на сегодняшний день, оригинальный подход к использованию наукоемкого программного обеспечения в образовательном процессе. Это подход предполагает использование технологии «тонкого клиента», позволяющей реализовать удаленное использование универсального пакета через сеть Интернет. Пользовательским интерфейсом в такой реализации является Web-браузер на клиентском компьютере, а расчетной частью — ядро универсального пакета. Такой подход имеет следующие положительные аспекты:
На рис. 6 показан разработанный по такой технологии интерфейс, между Web-браузером и ядром пакета Mathematica.
Рис. 6. Пример Web-интерфейса с пакетом Mathematica Тестирование Одной из важнейших форм оценки качества подготовки специалиста является тестирование. При составлении вопросов для тестирования необходимо придерживаться следующих правил:
Тесты включают в себя вопросы, содержащиеся в программе дисциплины которые выносятся на контроль. Наиболее распространенными являются следующие типы вопросов:
На рис. 7 представлен вид экрана при тестировании. При необходимости процесс тестирования может быть ограничен по времени, для чего на экране помещаются часы.
Рис. 7. Вид экрана при тестировании Организация учебного процесса Важной задачей, требующей решения при создании ИОС, является задача организации учебного процесса. Разрабатываемая ИОС позволяет реализовать три модели учебного процесса:
Рис. 8. График учебного процесса Каждая из трех моделей имеет свои преимущества и недостатки. Так, либеральная модель, с точки зрения технической реализации, является самой простой. Она наравне с консервативной, позволяет работать с группой обучаемых, что является немаловажным не только для работы преподавателя, но и обучаемых, поскольку для молодой категории обучающихся важным, необходимым моментом обучения является соревновательность и борьба за лидерство в группе. Сложность технической реализации консервативной и адаптивной моделей примерно одинаковы, однако адаптивная модель позволяет учесть индивидуальные особенности обучаемого, что является несомненным преимуществом.
Дидактика применения ИОС в образовательной системе исходит из того, что наличие преподавателя в системе обучения является обязательным и его основная функция состоит не в передаче информации, а в управлении процессом обучения. Использование ИОС в процессе обучения строится на определенной дидактической концепции, которая определяет отбор содержания, методов, организационных форм и средств обучения для достижения педагогических целей. В качестве педагогических целей рассмотрим:
Достижение педагогических целей в работе обеспечивается за счет дидактических функций, закладываемых в ИОС, к которым относятся:
Реализация дидактических функций обеспечивается за счет применения при построении ИОС современных информационных технологий, обладающих следующими дидактическими свойствами, в первую очередь, к которым относятся:
Теоретическое осмысление традиционного учебного процесса позволяет выделить пять дидактических методов обучения: информационно — рецептивный, репродуктивный, проблемный, эвристический и исследовательский, которые охватывают всю палитру педагогического взаимодействия преподавателя и обучающегося как при очном контакте, так и при использовании информационно-образовательной среды. Рациональная, дидактически обоснованная последовательность обучения, предполагает следующие этапы работы в ИОС:
Заключение На основе изложенных концептуальных положений в Московском институте создана, внедрена в учебный процесс и развивается ИОС по направлению «Проектирование и технология электронных средств». На базе ИОС, на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» (РТУиС) МИЭМ создана система дистанционного обучения. Мы работаем в этом направлении с 1998 года, и у нас есть уже первые результаты. В настоящее время по этой форме на кафедре обучаются 30 студентов из Израиля, а четыре студента прошли весь цикл обучения и успешно защитили дипломные проекты. Наши адреса в сети интернет: Кечиев Л. Н., Путилов Г. П., Тумковский С. Р. Литература
Вернуться на главную страницу обзора |
