Содержание к диссертации
Введение
1 Обучение и образовательные технологии 18
1.1 Особенности инженерно-технического образования 18
1.2 Ресурсы и ограничения системы образования 20
1.3. Концептуальные модели взаимодействия участников образовательного процесса 25
1.4 Образовательные порталы 30
1.5 Постановка задачи 36
1.6 Выводы 42
2 Информационные модели обучения 43
2.1 Структура памяти 44
2.2 Память и обработка информации 49
2.3 Кривые научения 52
2.4 Уточнение модели научения 54
2.5 Информационная модель студента 60
2.6 Информационная модель преподавателя 68
2.7 Взаимодействие студента и преподавателя 70
2.8 Выводы 74
3 Функции и структура образовательного портала 76
3.1 Структура образовательного портала 77
3.2 Алгоритмы взаимодействия с учебным материалом 78
3.3 Сетевые информационные образовательные ресурсы 84
3.4 Режимы дистанционного обучения 88
3.5 Схемы взаимодействия объектов образовательного процесса 90
3.6 Средства оценки качества обучения 94
3.7 Безопасность образовательных ресурсов 95
3.8 Общая структура библиотеки информационных ресурсов 98
3 9 Выводы 103
4 Примеры практической реализации 105
4.1 Реализация сайта (портала) 105
4.1.1 Обоснование выбора программных средств для создания 105
4.1.2 Содержание разделов образовательного портала 106
4.2 Реализация библиотеки программных средств 109
4.2 1 Описание работы библиотеки 109
4.2.2 Инструкция пользователя 122
4.3 Методология пополнения и использования программных средств библиотеки 127
4.4 Организация регистрации и распространения вновь разрабатываемых версий компонентов библиотеки 128
4.5 Вопросы сопровождения и организационного взаимодействия с разработчиками программного продукта 129
4.6 Выводы 130
Заключение 132
Список использованных источников 134
Приложение 1 151
Приложение 2 153
- Концептуальные модели взаимодействия участников образовательного процесса
- Уточнение модели научения
- Алгоритмы взаимодействия с учебным материалом
- Содержание разделов образовательного портала
Введение к работе
Происходящие в настоящее время изменения в общественной жизни и социальной политике государства, предъявляют качественно новые требования к системе образования и ее информационному обеспечению. В экономике развитых стран и в России, в том числе, происходят коренные изменения [18,117,118]:
- ускорение циклов производства и сокращение срока жизни товара и,
как следствие, быстрое совершенствование производства на основе новей
ших технологий;
-широкое применение информационных технологий при разработке новой продукции и при внедрении новых технологий;
-образование в ведущих зарубежных странах давно стало статьей государственного дохода;
- конкуренция постепенно переносится в научную сферу.
За последние годы существенно изменились российское образовательное пространство, экономические отношения и приоритеты социальной политики [7, 66]. Это сказывается на дальнейшем развитии образования и науки в России. Отметим, что в последнее время развивается много мелких фирм, занимающихся разработкой и внедрением наукоемких проектов В связи с этим образовательный процесс должен обеспечить качественное:
- высшее профессиональное образование;
повышение квалификации с получением сертификатов;
- получение второго высшего образования в соответствии с вы
бранной специализацией;
самообразование с получением сертификата в соответствии с требованиями экономики
Система образования обладает громадным потенциалом, но нуждается в реорганизации, во внедрении новых информационных технологий с ис-
5 пользованием Интернет Дальнейшее развитие системы образования может быть связано с:
применением дистанционного обучения;
построением образовательной системы по принципу открытой системы;
интеграцией в европейское сообщество
Поскольку образовательная система Российской Федерации должна развиваться с учетом перспектив рынка образовательных услуг не только внутри страны, но и за рубежом, рассмотрим особенности европейского образования.
ЮНЕСКО было разработано ряд документов [18, 137, 138, 139,140], в которых излагаются мировые тенденции и задачи развития высшего образования. Преобразования в этой области связаны с разрушением идеологических, социальных и экономических барьеров в Западной Европе. Там активно формируется единый рынок труда, увеличивается мобильность капиталов, интеллектуальной собственности и высококвалифицированной рабочей силы [18,110,115,116].
Решение поставленных задач достигается посредством:
введения сопоставимых степеней (введение приложений к дипломам);
введения двух циклов обучения: достепенного (бакалавр) и по-слестепенного (магистр и/или доктор),
внедрения системы кредитов по типу European Credit Transfer System (ECTS) перезачета единиц трудоемкости дисциплин в системе высшего и послевысшего образования;
содействия мобильности в образовательном пространстве (доступ студента к соответствующим курсам, а также признание и зачет полученных кредитов);
- обеспечения качества образования с целью разработки сопоста
вимых критериев качества и методологий;
- создания европейского пространства высшего образования путем
определения единого воззрения на совместные учебные планы и программы
обучения, проведение научных исследований, межинституциональное со
трудничество и практическую подготовку.
Отметим, что Болонское соглашение создает предпосылки создания единой системы образования. Основным направлением в решении задачи создания единого образовательного пространства служит определение структурного соответствия различных национальных образовательных систем стран Европы (двухуровневое образование и система кредитов) [7, 8, 69, 82, 89]. Этот шаг продиктован тем, что национальные системы высшего образования европейских стран, и России в том числе, имеют значительные различия и трудно поддаются сравнению, в связи с чем признание дипломов о высшем образовании затруднено.
Механизмами сравнения и передачи являются кредиты и оценки. Европейская система перевода кредитов (ECTS) представляет собой систему правил, с помощью которых можно определить уровень подготовки студента по дисциплине. Под понятием кредит подразумевается следующее:
- каждая изучаемая дисциплина имеет свой индекс трудоемкости,
который соответствует количеству часов в неделю, необходимому для изуче
ния. Сюда включаются все виды занятий; лекции, практические и лаборатор
ные работы, самостоятельная работа, курсовые проекты, экзамены и т.д.,
число кредитов определяет долю данной дисциплины в общей нагрузке. Учебное заведение заранее определяет количество кредитов для выполнения программы обучения.
Кредиты начисляются при успешном выполнении всего объема работы, предусмотренного учебным планом. Качество работы оценивается обычными баллами.
В настоящее время сформированы и используются три наиболее значимых системы накопления [69, 89] кредитов: US Credit System (американская система накопления кредитов), Credit Accumulation and Transfer Scheme
7 (английская система накопления и перевода кредитов) и European Credit Transfer System (Европейская система перевода кредитов) Все они создавались с разной целью, и различаются принципами учета учебной нагрузки [18, 103].
Исходя из сложившейся ситуации в мировом пространстве, Россия не может стоять в стороне от происходящих интеграционных процессов. Поэтому Министр образования Российской Федерации Филиппов В М. в сентябре 2003 подписал Болонскую декларацию, согласно которой в Европе к 2010 году должно появиться единое пространство высшего образования.
Рассмотрим особенности Российского образования и возникающие проблемы, требующие решения
Становление специалиста- инженера в России происходит за 5 или 5,5 лет. Из них 4,5 года учеба и полгода или год производственная практика и дипломирование. В учебном году 40 недель. Еженедельная нагрузка составляет 36 академических часов, что равно 27 астрономическим часам. В учебном плане по специальности все дисциплины разбиты на группы: общеобразовательные, профессиональные, специальные Существует еще региональный компонент, который определяется ВУЗом самостоятельно. В учебном плане региональный компонент составляет не более 20% нагрузки. Для ряда специальностей не более 5% [119]. Специальные дисциплины определяют направление обучения студента.
При переходе к европейской системе вычисления кредитов, предполагается, что нагрузка при очной форме обучения в течение года будет соответствовать 60 кредитам, в семестр - 30. Если студент набирает меньше, чем 30 кредитов, он должен оставить этот курс. Для получения степени бакалавра, в зависимости от срока обучения, студенту необходимо набрать 180 кредитов (три года обучения) или 240 кредитов (4 года)
Система ECTS предполагает, что возрастет мобильность студентов. То есть студент может выбрать ВУЗ, в котором он изучит выбранную им дисциплину. В западных ВУЗах дисциплины объединены в более крупные едини-
цы - предметные модули. Каждый модуль соответствует определенному количеству кредитов Предметные модули должны быть «выстроены» в соответствии с их рейтингом для каждой специальности
Вопросы, связанные с мобильностью студентов, решаются сложно Студент может перемещаться в пределах одного региона. Если под мобильностью понимать возможность изучения ряда дисциплин в других вузах, то выход из сложившейся ситуации может быть в применении дистанционной технологии обучения.
Свобода выбора последовательности изучения и глубины изучения дисциплин, на данный момент, ограничивается содержанием государственного образовательного стандарта (ГОС) и учебными планами по специальности
Суть кредитной системы ECTS это своеобразный рейтинг дисциплин. При переходе Российской системы образования к европейской, возникает несколько задач, требующих дополнительного рассмотрения. Прежде всего, необходимо определить отличие Российской системы образования от европейской, а при переходе к более крупным единицам обучения - модулям, необходимо определить их содержимое и трудоемкость для разных специальностей.
Таким образом, приведенные в настоящем разделе сведения требуют детального анализа технического образования и выделения его особенностей для качественного и количественного повышения управляемости учебным процессом и повышения качества образования в высших учебных заведениях
Вопрос о мотивации поступления в ВУЗ является актуальным для учебного заведения и преподавателей кафедр, поскольку от мотивации зависит поведение студентов при обучении [14, 15, 76, 77]. На основании исследований [14, 77] института комплексных социальных исследований Современной гуманитарной академии (ИКСИ СГА), проведенных в 2004 г., можно констатировать, что высшее образование считается необходимым и значимым
9 (79.2% опрошенных выпускников школ высказались за необходимость получения высшего образования)
В качестве основных мотивов получения высшего образования выделены следующие.
получение престижной высокооплачиваемой работы;
повышение уровня знаний, расширение кругозора,
возможность материального обеспечения и достойного уровня жизни;
получение хорошего образования, профессии, специальности;
самореализация.
Большинство из поступивших в ВУЗ, по окончании его, хотели бы заняться собственным бизнесом и владеть компанией, фирмой, предприятием либо сделать карьеру по полученной специальности. На основании вышесказанного можно определить основные цели, преследуемые студентом во время обучения в ВУЗе:
получить диплом. Все поступающие стремятся получить диплом, при этом необходимо отметить, что усилия, прилагаемые для его получения, зависят от мотивации;
получить диплом и знания. Поскольку большинство поступающих в качестве мотивации получения выбранного образования выбирают возможность трудоустройства, то они стремятся получить максимум знаний и умений по выбранной специальности;
- получить диплом и знания по интересующему направлению (выборочно). В данном случае студент знает, где он будет работать после окончания учебного заведения, поэтому выбирает для изучения те дисциплины, которые понадобятся ему по окончании ВУЗа, «ненужные», с его точки зрения, дисциплины он стремится изучить на уровне «знакомства»,
существует еще одна категория студентов, которая учится в ВУЗе для того, чтобы «скрыться» от армии, или их заставили родители, или они
пошли учиться «за компанию». Мотивация к получению знаний у этих студентов слабая и учатся они на низком уровне.
Определить мотивацию преподавателей оказывается гораздо сложнее. Получение материальных выгод не является сверхзначимой ценностью, ради достижения которой преподаватели занимаются профессиональной деятельностью. На основании социальных исследований, проведенных в [15, 53, 54, 76] можно выделить некоторое мотивационное ядро, включающее:
-возможность заниматься научной деятельностью, познавательный интерес к предметам и осуществление самореализации;
-наличие педагогических способностей, умственный характер труда, стремление передавать знания другим;
-удовлетворение от работы со студентами, от общения в творческом коллективе.
В образовательном процессе участвуют студенты и преподаватели. В своей профессиональной деятельности преподаватели используют различные образовательные технологии.
Законодательством предусмотрены следующие формы обучения: очная, заочная и очно-заочная (вечерняя). Под образовательными технологиями [62], как правило, понимается комплекс методов и форм обучения, основанных на использовании технических средств. Применение той или иной образовательной технологии зависит от того, какие педагогические задачи они решают и как используются. Каждые из технических средств (печатные, аудио, телевизионные, компьютерные) имеют свои сильные и слабые стороны.
Традиционные формы образования в результате своего развития систематизировали знания, умения и навыки, необходимые для подготовки специалиста. В результате, для каждой специальности имеется «жесткий» государственный образовательный стандарт и строгая последовательность изучения ряда учебных дисциплин. В свое время такой подход был оправданным. В настоящее время срок жизни профессий сокращается и возникает необходимость получения дополнительного, послевузовского образования. Удовле-
творение социальной потребности в непрерывном образовании связывают с обучением, использующим современные компьютерные технологии, а именно, с открытым и дистанционным обучением [80,101,102, 113]
Использование дистанционной, равно как и любой другой, технологии обучения зависит от того, какие образовательные задачи она призвана решать, насколько успешно происходит взаимодействие с учащимся и какие результаты она приносит.
Характерные черты дистанционного образовательного процесса:
Гибкость. При получении высшего образования, в любом случае, сохраняется порядок изучения дисциплин, рекомендованный принятым учебным планом по специальности. Но студент не привязан к аудиторным занятиям и выбирает для себя удобный режим изучения предмета.
Адаптивность Все студенты имеют разный уровень подготовки, если он недостаточен, то можно повторить материал, на который опирается данный раздел или тема, не прибегая к услугам преподавателя.
Модульность. Принцип модульности означает, что в соответствии с учебным планом дисциплина изучается в течение семестра. Весь блок материалов, необходимых для изучения в семестре, студент получает полностью за один раз Курс, как правило, составляет единый учебный комплекс.
Экономическая эффективность. Дистанционные технологии обходятся дешевле, чем обучение по очной классно-аудиторной технологии обучения
Ориентация на потребителя. Учащиеся выбирают те курсы, которые готовят по специальностям, имеющим спрос на рынке труда.
Опора на передовые информационные технологии. Дистанционное обучение в настоящее время ориентируется на Интернет технологии, а также используется традиционная пересылка учебных материалов почтой. Для поддержки этого направления обучения ВУЗ создает сайты и порталы.
Основным контингентом обучающихся по дистанционной технологии являются люди, которые по каким-то причинам не могут обучаться в отрыве
от производства или семьи, но хотят получить высшее образование или получить дополнительное образование. Существенно изменяется и роль преподавателя. Преподаватель занят подготовкой новых обучающих уроков, консультированием, обменом сообщениями со студентами с помощью сетевых технологий.
При дистанционном обучении применяются различные технологии:
- При использовании кейс-технологии учебно-методические материа
лы комплектуются в специальный набор, называемый кейс, и отправляются
студенту.
- Телевизионная технология, базирующаяся на использовании телеви
зионных лекций с консультациями.
- Сетевые технологии с использованием сети Интернет. Это наиболее перспективное направление развития дистанционной технологии. Сетевые обучающие ресурсы могут применяться не только для дистанционного обучения, но и для студентов учащихся по очной и заочной формам обучения.
Следует отметить, что в «чистом» виде ни одна из технологий не используется, применяется их комбинация. Многое зависит от того, какими средствами обладает образовательное учреждение. Дистанционное образование строится как система и процесс, связывающий студента с распределенными образовательными ресурсами, где центральным элементом является образовательный портал.
Оценка результатов обучения, с применением образовательных технология и без применения оных является сложной задачей Профессором Чис-тохваловым В. (Университет Дружбы народов) [117, 120, 122, 129] утверждается, что проблема аудиторных занятий «состоит в том, что неизвестна эффективность проведения аудиторных занятий, так как достоверного информационно-психологического анализа этого вида обучения не проводилось». «Качественный анализ эффективности, интенсивности, активизации или оптимизации обучения и взаимодействия с использованием образовательных технологий содержит не более 20% исследований» (Розина И.Н., 2002) [114].
Данные высказывания подтверждают необходимость проведения работ в направлении исследования новых образовательных технологий.
Отметим, что дистанционные технологии строятся по привычной очно-заочной форме обучения с жесткими границами, не позволяющими изменять студенту последовательность, глубину и содержание синтаксических единиц учебного плана Отсюда следует необходимость дальнейших работ по развитию дистанционных методов обучения с использованием образовательных порталов В рамках Болонского соглашения применение порталов с набором альтернативных разделов дисциплин может позволить студенту:
свободу выбора содержательной части дисциплины;
возможность изменения последовательности изучения как тем внутри дисциплины, так и последовательности дисциплин;
возможность «набора» кредитов, необходимых для зачета по данной дисциплине,
мобильность, то есть возможность выбора (при изучении конкретной дисциплины) преподавателя, кафедры, ВУЗа.
Применение порталов позволит создать условия для использования информационных технологий в образовании, науке и хозяйстве, а также создаст возможность включения России в образовательное пространство Европы.
Система образования является сложной системой, проблемы управления которой (на разных уровнях), рассматривались во многих работах: Ф.И. Перегудова, В.П. Тарасенко, Ю.П. Ехлакова, Ю.Л. Ершова, Б Л. Аграновича, П Л Брусенцова, В Ю. Крылова, И.П Чучалина, А Н. Тихонова, А.А Андреева, Ю.И. Титаренко, О.В. Поповой, А.Н. Татарникова и др [1, 3, 4, 63, 65, 78,104,105,129,136].
Переходные процессы в экономике требуют детального анализа процесса получения технического образования и выделения его особенностей для качественного и количественного повышения управляемости учебным
процессом и повышения качества образования в высших учебных заведениях.
Общая характеристика работы Актуальность исследования обусловлена:
пересмотром взглядов на систему образования;
- встраиванием в европейскую образовательную систему в рамках
требований Болонского процесса;
недостатком в системе образования порталов (среды информационного взаимодействия) по подготовке специалистов технических специальностей и востребованностью информационных образовательных ресурсов в этой области,
- необходимостью сохранения лучших черт Российского образова
ния, связанных с фундаментальной подготовкой.
Цель данной работы состоит в формировании требований к составу и содержанию процессов технологии получения знаний в системе высшего образования при подготовке специалистов технических специальностей с использованием образовательных порталов.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
проведение анализа системы высшего образования и технологий получения, обработки и передачи знаний;
исследование процессов обучения и управления с учетом технологий, основанных на применении образовательных порталов;
построение моделей и алгоритмов технологии обучения;
- проведение анализа существующих образовательных порталов,
формирование структуры и функций образовательного портала
Методы исследования вытекают из поставленных задач. При решении использованы методы системного анализа, математического моделирования, нелинейной динамики, имитационного моделирования, математической статистики и теории вероятностей, теоретико-множественный подход.
Основные положения, выносимые на защиту:
информационные модели управления, научения и взаимодействия субъектов образовательного процесса;
требования к образовательному порталу с учетом тенденций в развитии информационных технологий и реформ высшего образования, а также современных требований работодателей;
структура портала и информационных ресурсов; алгоритмы технологии обучения. Научная новизна работы состоит в-
методологии учебного процесса инженерного-технического образования на основе образовательных порталов;
информационных моделях: участников образовательного процесса, студента, преподавателя, взаимодействия студент-студент и преподаватель-студент, трехкомпонентнои модели накопления знаний, позволяющих сформулировать принципы управления обучением,;
новых алгоритмах технологического процесса обучения с использованием образовательных порталов;
реализации образовательного портала и библиотеки виртуальных лабораторных практикумов
Практическая значимость и теоретическая ценность работы заключается в возможности использования полученных научно-технических результатов, моделей и сформированных требований при разработке новых образовательных порталов и анализе функционирующих, а также сравнении полученных их характеристик с целью повышения качества предоставления образовательных услуг.
Данная работа является обобщением результатов, полученных при выполнении НИР и проектов:
1. «Разработка и внедрение в практику системы подготовки специалистов, обеспечивающей генерацию новой массовой волны предпринимателей
наукоемкого бизнеса» (Приоритетный национальный проект «Образование» 2006, контракт .№ 257).
«Создание библиотеки лабораторных практикумов в режиме многопользовательского доступа по сети Интернет» (Федеральная программа «Создание системы открытого образования за 2002 год», контракт № 1.6.2.19).
«Система адаптивного обучения «Нейрос» (Федеральная программа «Создание системы открытого образования за 2001 год». Регистрационный номер-01200300162).
«Создание информационно-программной среды научно-образовательного комплекса Томска для работы со знаниями и объектами интеллектуальной собственности)) (Научно-техническая программа «Интеграция 2002-2005», контракт № 2093).
«Защита образовательных ресурсов отрасли» (Федеральная программа «Создание системы открытого образования 2003-2005», контракт № 14038).
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, систему открытого образования, что подтверждено соответствующими актами о внедрении
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Образовательная среда: сегодня и завтра» (Москва, 2004, 2005 гг.); 2-ой Всероссийской конференции "Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании" (Москва, 2001г.); международной конференции «Развитие единой образовательной информационной среды» (Владивосток, 2003г.): международной конференции и Российской научной школе: «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Москва, 2001-2006г.); 10-ой всероссийской научно-
методической конференции «Телематика 2003» (С.-Петербург, 2003г.); IV всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития» (Барнаул, 2005г.); V всероссийской научно-практической конференции «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития» (Томск, 2006г.). XI международной научно-методической конференции (посвященной 15-летию образования системы Центров НИТ в России) «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово, 2006г.); международной конференции "Инженерное образование и наука в мировом пространстве" GEER, посвященной 110-летию основания Томского политехнического университета и 100-летию первого выпуска Сибирских инженеров (Томск, 2006г.): VII международной научно-практической конференции "Информационная безопасность" (Таганрог, 2005г.); международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2004г): международной научно-методической конференции «Развитие инновационной деятельности студентов высших учебных заведений» (Зыряновск, Казахстан, 2006г.); международной научно-методической конференции, посвященной 90-летию высшего математического образования на Урале (Пермь, 2006г); региональной научно-методической конференции «Современное образование: Инновации и конкурентоспособность.» (Томск, 2001-2005гг.)
По теме исследования опубликовано 29 статей и тезисов докладов, 3 учебных пособия, в том числе в двух изданиях, рекомендованных ВАК.
Достоверность результатов исследования подтверждается корректным применением методов системного анализа, моделирования, сравнением с результатами, полученными другими авторами.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложения. Объем основной части диссертации составляет 150 стр , список литературы включает 140 наименований.
Концептуальные модели взаимодействия участников образовательного процесса
Анализируя вопросы, возникающие в системе образования, необходимо решать, с какой точки зрения будем подходить к их решению: - с точки зрения студента (родителей); - с точки зрения образовательной системы; - с точки зрения преподавателя; - с точки зрения потребителя (работодателя); - с точки зрения государства Целевые функции у каждого из участников образовательного процесса разные. От позиции, с которой будем рассматривать обучение студента (образовательный процесс), зависит модель системы и методологические вопросы, на решение которых она будет направлена. Для каждого из участников образовательного процесса критерии качественного образования различны.
Для системы образования показатели качества обучения определяются критериальными значениями показателей государственной аккредитации конкретного ВУЗа Для руководства ВУЗа - в качестве основного критерия может выступать успеваемость и научная активность студентов, что совпадает с критериями, определяемыми Федеральным агентством по образованию Для преподавателей - подготовка студента по соответствующей дисциплине. Для родителей и самих студентов - насколько «удачно» они устроились после окончания ВУЗа Данный критерий зависит от многих составляющих: востребованность направления подготовки, рейтинг ВУЗа, профессиональная подготовка студента. Последнее, напрямую связано с критериями качества, выдвигаемыми Федеральным агентством по образованию Для работодателей в современном обществе - критерии несколько другие. Кроме общепрофессиональной и специальной подготовки оценивается степень готовности к самостоятельной работе, стремление к непрерывному обучению и коммуникативные качества Основной задачей преподавателя и системы образования является предоставление качественного образования.
В состав системы образования входят непосредственные участники образовательного процесса (преподаватели, студенты) Образовательную среду можно рассматривать по отношению к студенту в качестве внешней системы. Студент «погружен» в нее полностью, если рассматривать студента очного обучения, и частично для студента заочного отделения.
В качестве управляющих элементов выступает руководство ВУЗа, Министерство образования и науки РФ, Федеральное Агентство по образованию. Регулирующим элементом (влияющим на принятие решений, как студента, так и преподавателя) является работодатель. И над всей этой структурой стоит в качестве управляющего элемента - государство и его интересы. Модель взаимодействия приведена на рисунке 1.1.
Система многофункциональная, каждый участник образовательного процесса имеет свои целевые функции, свои критерии качества, свою динамику и может быть представлен в виде подсистемы. Поскольку цели ВУЗа, Федерального агентства по образованию и Министерства образования и науки в отношении подготовки специалистов совпадают, объединим их в одну систему [21]. Когда работодателем являлось государство, данная структура была цельной. В настоящее время в качестве работодателей выступают еще и коммерческие структуры, которые оказывают влияние непосредственно на студента. В этом случае критерии качества, выдвигаемые работодателем в отношении базовой подготовки специалиста, могут не полностью совпадать с критериями качества, определяемыми Федеральным агентством по образованию. Выход из создавшейся ситуации возможен при налаживании тесных контактов между работодателями и профильными ВУЗами. Например, создание при ВУЗах современных наукоемких предприятий, имеющих заказ от ВУЗа и тесно связанных с преподавательским составом выпускающих кафедр, где выпускники могли бы получить необходимые навыки.
С учетом вышесказанного, преобразованная модель взаимодействия примет вид, приведенный на рисунке 1.2. Полученная модель не учитывает некоторые особенности и тенденции современного образовательного процесса, а именно: использование Интернет и подготовку студентов на основе положений Болонского процесса. Поскольку обучение с использованием образовательных порталов находится в стадии становления, возникает много неопределенных и неисследованных связей между порталом, студентом, ВУЗом, Агентством по образованию РФ, работодателями и преподавателями
Рассмотрим еще одну модель взаимодействия (рисунок 1.3) В ней Федеральное агентство по образованию непосредственно оказывает управляющее воздействие на процесс образования и влияет на образовательный портал. Например, «Российский портал открытого образования». Преподаватель осуществляет работу со студентом через образовательный портал, в случае дистанционного обучения и непосредственно во время лабораторных сессий
Связи с работодателями осуществляются через сайты, где работодатели публикуют свои сведения о вакансиях. Возможны также связи предприятий непосредственно с ВУЗами. Двухуровневая подготовка студентов (бакалавриат, магистратура) оказывается оторванной от работодателя.
В модели, предложенной на рисунке 1.4, Биржа труда входит в состав образовательного портала. В этом случае возникает обратная связь: студент или слушатель курсов будет знать условия приема на работу в интересующую его фирму и необходимый уровень образования (бакалавр или магистр). Преподаватель, будет информирован о том, «что должен знать студент (слушатель)» и вести подготовку с учетом требований работодателя. Федеральное агентство по образованию будет иметь обратную связь и оперативно менять образовательную политику и направления подготовки. Для более тесного сотрудничества, необходимы и другие связи между работодателем и ВУЗами. Уточненная модель приведена на рисунке 1.5.
Уточнение модели научения
Если принять за точку отсчета знания и модель мира, которые должны знать студенты, согласно ГОС - Z, то получим:
Тем не менее, если учитывать знания преподавателя (считаем, что он знает больше, чем требует ГОС) и принять состояние его знаний за точку отсчет, то получаем:
Данный пример лишь качественно показывает возможность использования данного подхода, но при уточнении модели мира, векторов состояний и передаваемых знаний может принимать и численные значения. Например, в простейшем случае можно ограничить понятийную модель мира и ввести битовую меру знаний - «знает»/«не знает», тогда расстояние будет принимать вполне определенное и количественно выраженное значение.
В живых системах не говорят об оптимальности в том смысле, как это понимается в технических системах. Для них вводят принцип удовлетворения. То же самое касается и систем обучения.
Выходной параметр YBUX(t) и состояние обучаемого X(i) могут находиться на некотором уровне (в некоторых пределах), достаточном для дальнейшего обучения. Если уровень недостаточен и студент не стремится его повысить, то со временем он перестает понимать, о чем идет речь. Эта ситуация возникает в том случае, когда студент не ходит на лекции (особенно первые -когда преподаватель вводит определения предметной области опираясь на которые, в дальнейшем строит весь курс лекций) и не занимается самостоятельно. Отрабатывая только практические занятия, на которых не полностью повторяется лекционный курс, он снижает свой уровень знаний. Данная ситуация также заложена в модели, описываемой выражением 11.
Человек может учиться самостоятельно, без соответствующих социальных структур (институтов, техникумов, университетов и т.д.). Известно, что обучаться с "учителем" быстрее, легче и проще, чем без "учителя". Рассмотрим модель преподавателя. V- M"-? мотивация - цели-? стратегии обучения-? источник информации Здесь F - внешние воздействия; М\ - модель мира преподавателя; Вмп - вектор мотивации; Qun - вектор целей; Rn - стратегия обучения; Д,п - формирование источника обучения (лекции, практики, лабораторные работы и т.д.). М - модель мира преподавателя, которая уточняется, т.е. выстраивается в более корректную и четкую, во время подготовки занятий. Изменение модели мира происходит на стадии вербализации. Если модель мира - расплывчатая (недостаточно структурирована), то вербализировать ее (построить отображение) сложно. В качестве планомерного воздействия внешней среды на преподавателя можно принять, прежде всего, руководящие документы Агентства по образованию, к которым относится ГОС по специальности. При анализе ГОС, используя свою модель мира и исходя из мотивации (Вмп), строится вектор педагогических целей (Qa). В соответствии со своей моделью мира каждый преподаватель разрабатывает учебную программу. Учебная программа по дисциплине, по существу, является декомпозицией ГОС на более мелкие единицы. Педагогическая цель обучения (уровни) состоит, согласно Блуму Б.С., из 6 уровней: - знание - конкретного материала, терминологии, фактов, способов и средств обращения с конкретным материалом и т.д.; - понимание - объяснение, интерпретация, экстраполяция; применение; - анализ - элементов, взаимосвязей, принципов построения; - синтез - единичное обобщение, разработка плана и возможной системы действий, получение системы абстрактных отношений; - оценка - суждение на основе имеющихся данных, внешних критериев. Исходя из вектора целей, система принятия решений строит стратегию обучения. Необходимо отметить следующее: - каждая семантическая единица ГОС может быть декомпозирована на более мелкие единицы - ключевые понятия дисциплины. Если обратимся к рабочим программам, то в них как раз и дается более полная расшифровка дисциплины; - каждой лексической единице рабочей программы преподаватель ставит в соответствие уровень обучения. Преподаватель формирует источник информации для студента - лекции, практические и лабораторные работы, задания на курсовые и реферативные работы и т.д. Происходит вербализация модели мира преподавателя (символьные и речевые сообщения). Мпреп0даватсл„ - Д,п. Источник информации для студента можно рассматривать как целостную систему, определяющую основные положения соответствующей дисциплины. Из данной модели был исключен анализ качества источника информации и качества обучения.
Алгоритмы взаимодействия с учебным материалом
Алгоритм взаимодействия с учебным материалом с учетом структуризации материала и длительности изучения темы, показан на рисунке 3.6.
На основании достигнутых результатов формируется список разрешенных тем в соответствии со структурой дисциплины. Фиксируется выбранная тема, начало и конец ее изучения. Начало определяется загрузкой ОИР. Конец изучения - моментом начала контроля по теме. Определяются вопросы для контроля знаний по правилам: - количество задаваемых вопросов по изучаемой теме определено за ранее при структуризации материала преподавателем и много меньше обще го числа вопросов по теме. Вопросы выбираются случайным образом. - На основании данных: времени изучения текущей темы, времени изу чения предыдущих тем, и процентного содержания использования понятий предыдущих тем в текущей теме, вычисляется количество вопросов (из пре дыдущих тем), которое необходимо задать при текущем опросе студенту. Считаем, что накопление и забывание материала соответствует законам, при веденным в разделе 2.5. Если студент не ответил на вопросы из текущей темы, то формируется блок вопросов из предыдущих тем, с целью определения пробелов и напоминания забытого материала. Количество задаваемых вопросов и темы определяются аналогично предыдущему. Материал структурирован и вопросы, формируемые системой управления, соответствуют темам. Они фиксированы, поэтому можно определить темы и разделы не до конца усвоенные студентом. В данной системе учитываются процессы накопления и забывания информации, уровень остаточных знаний и структуризация материала. Предложенный алгоритм позволит определять последовательность тем в дисциплине и обеспечивать лучшее усвоение знаний. В отношении информационных ресурсов, с учетом моделей рассмотренных во второй главе, и разработанного алгоритма управления определим: - управление изучением необходимо строить таким образом, чтобы постоянно использовать предыдущий материал, рассмотренный в предшествующих темах. В этом случае материал закрепляется в долговременной памяти: - информационные ресурсы должны быть хорошо структурированы, а основные термины предметной области вынесены в глоссарий; - изучаемые дисциплины должны быть частично упорядочены по времени изучения; - при подготовке дисциплин, изучаемых параллельно и не только, не обходимо применять междисциплинарный подход; - в информационные образовательные ресурсы, как правило, включены разделы, показывающие как решать типовые задачи, проверку которых осу ществлять с помощью ЭВМ. Данные положения накладывают следующие требования на систему управления процессом обучения, а именно: система дистанционного обучения должна проводить регулярный мониторинг состояния обучения каждого студента. при длительном «отсутствии» обратной связи требовать подтверждения результатов достигнутых на предыдущем этапе. Студенты, обучающиеся по дистанционной технологии, достигают максимального уровня научения в разные моменты времени. Как было показано, структурированность и согласование во времени ОИР обеспечивает более полное усвоение и накопление знаний. Для своевременного мониторинга необходимо применять автоматизированные системы, позволяющие, на основе хорошо структурированного материала, обеспечивать контроль успеваемости и доступ к следующему обучающему информационному ресурсу. Очевидно, что разработку образовательного сайта (портала) необходимо начать с построения библиотеки образовательных информационных ресурсов и структуризации образовательных ресурсов. 3.3 Сетевые информационные образовательные ресурсы Учебный материал представляет собой комплексное учебно-методическое и программное обеспечение, объединенное в сетевой курс. С технической точки зрения необходимо обеспечить удобство доступа к обучающим информационным ресурсам не только со стороны обучающихся, но и со стороны администраторов и преподавателей их создающих и модифицирующих. В образовательном портале собирается информация, которую необходимо хранить в некотором хранилище данных. Очевидно, что хранимые информационные ресурсы могут иметь различное назначение. Информационные ресурсы разделяются на классы, для которых созданы схемы описания, позволяющие сформировать единый библиотечный каталог [64]. В основе библиотеки информационных ресурсов образовательного портала лежит единая и целостная структура, обеспечивающей поддержку и оперативный доступ к электронным образовательным Интернет-ресурсам. Каждый ОИР при публикации в сети Интернет содержит, как минимум, два блока: - общую (мета) информацию, описывающую образовательный ресурс в удобной для автоматической обработки форме; - содержательные образовательные материалы, включенные в ОИР. Система метаданных (метаописание) [64,126] является центральным логическим компонентом для публикации любой информации в сети, поскольку организует совокупность электронных информационных ресурсов и обеспечивает возможность проведения над ними действий: - поиска отдельных информационных ресурсов и их совокупностей; - ввода, обработки, хранения и исключения информационных ресурсов; - управления правами доступа к ОИР. Разработано несколько моделей метаописаний ресурсов: GEM (Gateway to Educational Materials), Дублинское ядро (Dublin Core), IMS/LOM. Модель, принятая для реализации каталога ОИР образовательного федерального портала (Informika), содержит подмножество полей IMS/LOM http://www.imsprojcct.org/mctadata/index.cfm. Метаписание - одноуровневое и содержит минимальный набор полей. Модель метаописания, принятая для реализации открытого образования http://www.openet.ru/ базируется на модели IMS. В отличие от портала Informika содержит большее число полей и допускает многоуровневое описание ресурса[64,126]. Необходимо отметить, что образовательный портал это не только и не столько библиотека всевозможных ресурсов, но и система, включающая возможность управления и планирования обучением. Важное место здесь занимают библиотеки «обучающих» программных продуктов и текстовых материалов к ним, обеспечивающих изучение учебных дисциплин в соответствии с ГОС по специальности. Многие дисциплины достаточно объемны (до тысяч часов учебного плана) и обширны (много тем). Возникает необходимость с одной стороны обращения к ним по частям, с другой стороны восприятия их как одного целого. Поэтому в метаописания ОИР необходимо ввести дополнительные метаданные: номер специальности, а также название и номер дисциплины в соответствии с ГОС.
В результате рассмотрения, было предложено двухуровневое (многоуровневое) описание ОИР. Добавлены дополнительные метаданные: номер специальности, а также название и номер дисциплины в соответствии с ГОС [41, 124]. Структура предложенного метаописания, приведена в приложении 2.
Содержание разделов образовательного портала
В качестве веб-сервера был выбран "Apache. В настоящие время "Apache" является одним из самых надежных и распространенных WEB-серверов. Основной конкурент Apache, IIS от Microsoft, но данный момент Microsoft практически признала поражение, косвенным подтверждением этому может служить то что, IIS даже отсутствует в ХР Home Edition, а в ХР Professional Edition не устанавливается по умолчанию. Он бесплатен, что является, несомненно, большим преимуществом. Так же его большой плюс в том, что он является мультиплатформенным т.е. существуют его реализации под разные операционные системы.
В качестве языка написания серверной части был выбран PHP . РНР -это скрипто-язык, встраиваемый в HTML, который интерпретируется и выполняется на сервере. Язык РНР отличается простотой синтаксиса, хорошими средствами взаимодействия с базами данных, совместимостью с широким спектром платформ и огромным числом всевозможных расширений, предлагаемых его многочисленным поклонникам. РНР 4, кроме того, поддерживает многопоточные Web-серверы, обладает средствами буферизации вывода, механизмами оптимизации выполнения программ и имеет массу других дополнительных функций. Одним из главных достоинств РНР является тот факт, что он внедряется прямо в HTML-код, поэтому программисту не приходится писать программу с множеством команд для простого вывода HTML. Код HTML можно чередовать с РНР по мере необходимости. Еще одним немаловажным достоинством РНР является возможность взаимодействия с большим количеством СУБД: Microsoft SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, MySQL. Последняя является бесплатным программным продуктом, поэтому связка PHP+MySQL довольно часто используется в Интернете.
В качестве СУБД для хранения информации был выбран MySql. MySQL - быстрая, надежная система управления реляционными базами данных. База данных позволяет эффективно хранить, искать, сортировать и получать данные. Сервер MySQL управляет доступом к данным, позволяя работать с ними одновременно нескольким пользователям, обеспечивает быстрый доступ к данным и гарантирует предоставление доступа только имеющим на это право пользователям. MySQL является многопользовательским, многопотоковым сервером. Он применяет SQL (Structured Query Language-язык структурированных запросов), используемый по всему миру стандартный язык запросов в базы данных. Результаты сравнительных тестов производительности, выполненных фирмой-изготовителем, можно посмотреть на странице http://web.mvsql.com/benchmark.htmL Многие из этих сравнительных тестов показывают, что MySQL работает на порядок быстрее конкурирующих продуктов. MySQL мультиплатформеннен, он может использоваться в среде различных UNIX систем, а также в среде Microsoft Windows. Так же он является бесплатным, что тоже не маловажно. Ведется история изменений, дополнений, реорганизации как собственно образовательного портала, так и библиотеки свободно распространяемых программных средств организации и проведения автоматизированных лабораторных практикумов в режиме многопользовательского удаленного доступа по сети Интернет Приводится информация по содержания проекта. В данном разделе приводятся основные материалы Библиотека программных средств по организации и проведению лабораторных практикумов содержит набор программного обеспечения, документации на программное обеспечение, примеры практической реализации для организации и проведения лабораторных практикумов. Базовый вариант библиотеки содержит прототип программного обеспечения для организации и лабораторных практикумов. Лабораторные практикумы Раздел содержит модули по наполнению клиентской части библиотеки для организации и проведения лабораторных практикумов. Описание ПО Содержит документацию на разработанное программное обеспечение и лабораторные практикумы. Инструкции по проведению лабораторных практикумов. Добавление модулей разработчиков в библиотеку Приведены правила создания и условия добавления собственных модулей для организации и проведения автоматизированных лабораторных практикумов: Библиотека программных средств по организации и проведению лабораторных практикумов является расширяемым средством, позволяющим создавать и использовать собственные лабораторные практикумы. Библиотека носит модульный характер и любой желающий, создавший по определенным требованиям модуль может подключить к ней и распространять. Условия для подключения программных средств по организации и проведению лабораторных практикумов в сети Интернет: 1. Сообщите сведения о разработчике программного средства: Фамилия, имя, отчество, ученая степень, ученое звание, краткое и полное наименование организации, должность, рабочий адрес, рабочий телефон, факс, адрес электронной почты, адрес Веб-сайта. 2. Сведения об организации и проведению лабораторных практикумов: наименование модуля и предполагаемое использование его в базовый вариант программного средства. 3. Сведения о разрабатываемом лабораторном практикуме: наименование специальности, тема лабораторного практикума, рабочая программа, перечислите специальности, которым данный лабораторный практикум может быть использован, список литературы для практикума.
