Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Непрерывное экологическое образование (нэо) -проблемы, стратегия, тактика, пути решения 14
1.1. Проблемы геоэкологии Урала и Тюменской области 14
1.2. Формирование и состояние непрерывного экологического образования в России 18
1.3. Педагогические аспекты в системе непрерывного
экологического образования 29
1.4. Непрерывное экологическое образование в подготовке
инженеров - геологов нефтегазового профиля в техническом ВУЗе 40
ГЛАВА 2. Инновационные подходы к экологическому образованию в технических высших учебных заведениях 46
2.1. Виды обеспечения экологического образования 46
2.2. Информационные технологии в образовании. Дистанционное образование - одна из прогрессивных форм обучения 50
2.3. Специфика использования информационных технологий в экологическом образовании 56
2.4. Обзор используемых информационных технологий в экологическом образовании России 64
ГЛАВА 3. Методы исследований 70
3.1. Концепция и программа непрерывного экологического образования 70
3.2. Краткая характеристика региона, объектов, периода, объема, контингентов и методов исследования 83
3.2.1. Тюменская область — регион активного освоения природных ресурсов 83
3.2.2. Система непрерывного экологического образования в Тюменской области 87
3.2.3. Объекты исследования - программы образовательного процесса высшего образования 89
ГЛАВА 4. Состояние экологического образования в техническом вузе (на примере тюменского государственного нефтегазового университета) 97
4.1. Программное обеспечение экологических дисциплин геологических специальностей (в рамках стандартов ГОС) 97
4.2. Специфика подготовки инженеров-геологов по
специальности «Гидрогеология и инженерная геология» в ТюмГНГУ 111
4.3. Разработка и использование методологических программ для формирования экологического мировоззрения у студентов технического ВУЗа 115
4.3.1. Разработка методики многоуровневой экологической подготовки специалистов различной профессиональной деятельности... 115
4.3.2. Модель экологического обучения 121
4.3.2.1. Модель обучаемого в экологическом образовании 124
4.3.2.2. Представление модели обучаемого 125
4.3.2.3 Математическое описание модели обучаемого 133
4.3.3. Модель представления знаний в экологическом образовании 138
4.4. Выполнение работ экологической направленности во время практических и лабораторных занятий в ТюмГНГУ 141
4.4.1. Инновационные технологии на этапе высшего профессионального образования (в учебном процессе ТюмГНГУ) 141
4.4.2. Электронные учебно-методические комплексы 144
4.4.3. Особенности проведения виртуальных лабораторных практикумов на лабораторных и практических занятиях 145
4.4.4. Тестовый контроль в повышении качества оценки уровня знаний 149
4.4.5. Использование тестового контроля в учебном процессе ВУЗа 151
ГЛАВА 5. Реализация модели дистанционных образовательных процессов на примере специальности «гидрогеология и инженерная геология» в тюмгнгу 155
5.1. Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Геокриология» 155
5.2. Виртуальные комплексы лабораторных работ по дисциплинам «Механика грунтов» и «Инженерная геология» 159
5.3. Модуль оценки качественных показателей тестовых материалов. (На примере анализа результатов тестирования по дисциплине «Инженерная геология») 169
5.3. Пути совершенствования и развития экологического образования 173
Заключение 174
Список литературы 176
Список сокращений
- Проблемы геоэкологии Урала и Тюменской области
- Информационные технологии в образовании. Дистанционное образование - одна из прогрессивных форм обучения
- Программное обеспечение экологических дисциплин геологических специальностей (в рамках стандартов ГОС)
- Виртуальные комплексы лабораторных работ по дисциплинам «Механика грунтов» и «Инженерная геология»
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ускорение научно-технического прогресса привело к расширению мировоззрения человека, к увеличению масштабов восприятия и огромному накоплению знаний, что обусловило развитие телекоммуникационных технологий, привело к появлению технических средств и информационных систем.
Сегодня ни одна из сфер деятельности человека не обходится без информационных технологий, что позволяет осуществить в учебном процессе новые подходы, адаптированные к быстро изменяющимся условиям в педагогической деятельности, а именно: новые способы представления информации, возможность моделирования исследуемых объектов, процессов и явлений.
Развитие научно-технического прогресса усилило пагубное влияние современного человека на окружающую среду, привело к масштабному кризису, приобретающему все более глобальный характер. Особо остро разрушительное воздействие оказывается на геологическую среду, которая является важнейшей средой жизнеобеспечения человека и составляет основу развития растительного и животного сообществ. Прежде всего, негативному воздействию подвергаются северные районы, где осуществляется интенсивная добыча полезных ископаемых. В связи с этим возникла необходимость использования информационных технологий в экологическом образовании.
На сегодняшний день экологическая подготовка в технических вузах специалистов геологических направлений для работы в суровых климатических условиях не всегда осуществляется в полной мере. Экологическая взаимосвязь между науками является слабой, а в системе экологического образования связь программ уровней образования почти отсутствует. При этом современная система образования не может удовлетворить растущий спрос на обучение.
Практика показывает, что незнание специфики природы региона, ее особой чувствительности к внешним воздействиям, нередко приводит к профессиональным ошибкам, обуславливающим негативные последствия. Причина этого - отсутствие взаимосвязи современных образовательных и интеллектуальных ресурсов, вызванных узкой специализацией отдельных направлений научных исследований, что обусловило актуальность выполнения данной работы.
В связи с этим цель исследования заключается в разработке методологии внедрения информационных технологий в экологическое образование при подготовке специалистов геологического профиля.
Целью были определены следующие задачи:
проведение анализа и классификация современных информационных систем и тенденций их внедрения в непрерывное экологическое образование для выявления экологического и криологического аспектов в подготовке специалистов геологического профиля нефтегазового направления;
определение взаимосвязи применения современных методов, средств и технологий обучения на каждом этапе экологического образования;
разработка модели формирования многоуровневой системы непрерывного экологического образования с использованием современных информационных технологий;
возможность практической реализации программно-методического обеспечения предложенной модели с внедрением в учебный процесс основных результатов, полученных в ходе исследования.
Объект исследования: многоуровневая система экологического образования.
Предмет исследования: программы подготовки инженеров-геологов нефтегазового профиля.
Методы исследования:
изучение научно-методической, педагогической и технической литературы по исследуемой проблеме;
проработка содержания учебных планов специальностей геологического профиля нефтегазового направления на наличие экологических и криологических аспектов;
исследование математических описаний модели обучаемого;
разработка программного обеспечения для студентов высших профессиональных образовательных учреждений с целью модернизации экологического образования.
В работе защищаются следующие научные положения:
в современных условиях государственной политики в области образования возникает необходимость введения системы многоуровневого экологического образования на основе инновационных технологий при подготовке специалистов геологического профиля нефтегазового направления;
система предусматривает применение современных информационных технологий в многоуровневой экологической подготовке с включением следующих моделей:
информационная модель экологического обучения;
модель представления знаний в экологическом образовании.
3) реализация моделей предполагает введение в учебный процесс
таких программно-дидактических средств, как:
электронный учебно-методический комплекс (по дисциплине «Геокриология»);
комплекс виртуальных лабораторных работ (по дисциплинам: «Механика грунтов» и «Инженерная геология»);
модуль анализа качественных показателей тестов (на примере дисциплины инженерной геологии).
Научная новизна исследования:
предложены принципы создания программно-методического обеспечения для разработки, использования современных информационных технологий и повышения эффективности экологического образования инженеров-геологов в техническом вузе;
разработаны информационная модель экологического обучения и модель обучаемого, направленные на формирование научных, практических знаний и ценностных ориентации экологического сознания обучаемого;
представлена модель многоуровневой системы экологического образования, которая позволяет определять уровень экологической подготовленности на каждом этапе обучения и осуществлять совершенствование образовательного процесса на разных стадиях обучения для повышения его эффективности;
реализованы методологические программы и программно-дидактические средства для формирования экологического мировоззрения инженеров-геологов в образовательных учреждения высшего профессионального образования (с получением актов внедрения).
Практическая значимость. Теоретические исследования завершены созданием методологического и программного обеспечения системы экологического образования:
- представлена методика многоуровневой экологической подготовки
специалистов различной профессиональной деятельности (в
частности, специалистов геологического профиля), включающей: а)
модель экологического обучения и ее математическое описание в
информационных системах учебного назначения (ИСУН); б) модель
формирования знаний в экологическом образовании;
- апробированы и внедрены в учебный процесс технического
университета комплексы виртуальных лабораторных работ.
Автором разработаны и внедрены в учебный процесс Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ) комплексы виртуальных лабораторных работ по дисциплинам механики грунтов, инженерной геологии - для подготовки специалистов по специальности «Гидрогеология и инженерная геология» на кафедре «Криология Земли» Института геологии и геоинформатики, а также по дисциплине металловедения и трубопроводно-строительных материалов на кафедре «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов».
На разработанные программные средства имеются акты о внедрении данных лабораторных работ в учебный процесс.
Электронный учебно-методический комплекс по геокриологии используется в учебном процессе подготовки студентов по специальности «Гидрогеология и инженерная геология».
Кроме того, разработана и внедрена методика оценки качественных показателей тестовых материалов с целью повышения эффективности определения уровня знаний студентов.
Личный вклад автора заключается в разработке и внедрении:
- методики многоуровневой экологической подготовки специалистов
различной профессиональной деятельности технического (в данном
случае, геологического) профиля, включающей:
информационную модель экологического обучения;
модель представления знаний в экологическом образовании;
модель оценки качественных показателей тестовых материалов с целью повышения эффективности оценки уровня знаний (на примере дисциплины «Инженерная геология»);
- комплексов виртуальных лабораторных работ по дисциплинам:
- «Механика грунтов»;
- «Инженерная геология».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на X международной выставке «Нефть и газ» (2003 г., Тюмень); региональной научно-методической конференции «Управление качеством образования» (2003 г., Тюмень); межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы непрерывного технологического образования» (2003 г., Шадринск); научно-технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой промышленности и энергетике» (2003г., Тюмень); Всероссийском форуме «Образовательная среда-2005: Методы повышения уровня знаний» (2005 г., Москва); Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные методы и средства оценки качества образования» (2006 г., Москва); Всероссийском научно-техническом семинаре «Некрасовские чтения-2008 г.» (2008 г., Тюмень); Международной научной конференции «Европейская интеграция высшего образования» (2008 г., Бечичи, Черногория).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 22 работы, отражающие основные результаты исследований, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК:
Антипова А.Н., Кочурова В.В., Курчатова А.Н., Бойцов А.А. Многоуровневая система экологической подготовки студентов нефтегазового профиля. - Омский научный вестник.-2007.-№1 (52).- С. 122-127 - (Статья поступила в редакцию 03.11.06 г.).
Антипова А.Н. Введение инновационных технологий в систему экологического образования для подготовки специалистов нефтегазового профиля / СИ. Квашнина, А.Н. Антипова // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. - 2008. - №2. - С. 23-27.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (159 наименований) и 4-х
приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 175 страницах машинописного текста, иллюстрированного 8 таблицами и 45 рисунками.
Благодарности. Автор выражает благодарность за поддержку и помощь в разработке проблемы научному руководителю доктору медицинских наук, профессору Светлане Ивановне Квашниной, научному консультанту доктору физико-математических наук Борису Исааковичу Геннадинику за помощь в сборе и систематизации материалов, вошедших в основу данной работы, а также А.Н. Курчатовой и А.В. Бойцову за предоставленные материалы для электронного учебно-методического комплекса по геокриологии, кафедрам «Гидрогеология и инженерная геология», «Криология Земли», «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» за предоставленные методические материалы для разработки виртуальных лабораторных работ.
Автор признателен В.И. Колесову и В.В. Кочуровой за оказанную помощь и участие при выполнении работы, а также директору Научно-исследовательского института электронных образовательных ресурсов ТюмГНГУ Г.В. Колесову и коллегам за предоставленную возможность выполнения исследований.
Проблемы геоэкологии Урала и Тюменской области
Развитие научно-технического прогресса усилило пагубное влияние современного человека на окружающую среду и его здоровье, что привело к масштабному кризису, приобретающему все более глобальный характер. Особо остро разрушительное воздействие оказывается на геологическую среду, которая является важнейшей средой жизнеобеспечения человека и составляет основу развития растительного и животного сообществ. Нехватка площадей для обитания человека приводит к расширению масштабов освоения литосферы не только вширь, но и вглубь. Строение подземных метро, переходов, автостоянок существенно влияет на состояние земной поверхности. Загрязнение подземных вод промышленными стоками, химическими и коммунальными отходами, создание крупных водохранилищ и промышленных предприятий ухудшают состояние водной системы земной коры. Увеличение свалок бытовых отходов, низкий уровень их утилизации, нарушение рельефа естественных грунтов (отвалы, насыпи, намыв золы и т.д.), строительство крупных электростанций приводит к появлению новых необратимых геологических процессов [23].
Особый урон геологической среде наносит горнодобывающая, нефтегазодобывающая, сельскохозяйственная и военная деятельность человека. Увеличились масштабы добычи полезных ископаемых, возросло количество шахт [69]. На большинстве месторождений до сих пор используют старые «дедовские» способы добычи, не соответствующие уровню современных технологий и не учитывающие экологическое состояние добывающей деятельности [145]. Неконтролируемость этих изменений может привести к глобальным негативным изменениям на Земле.
Негативному воздействию со стороны человека, прежде всего, подвергаются северные районы, где осуществляется интенсивная добыча полезных ископаемых. Основные запасы природных ресурсов России сосредоточены в районах Уральского федерального округа и захватывают регионы Урала, Западной и Восточной Сибири и Крайнего Севера, которые являются наиболее чувствительными к техногенным воздействиям.
Все это определило актуальность проблем исследования геоэкологии Сибири и Крайнего Севера, обусловленных развитием экзогенных процессов в районах активного освоения природных ресурсов.
В большинстве случаев вопросы экологии затрагивают только состояние окружающей среды — атмосферу и биосферу, но не следует забывать о том, что эти компоненты тесно связаны с Землей - литосферой, которая является основой формирования жизнедеятельности на всей планете.
Увеличение темпов воздействия на геологическую среду привело к активизации природных и техногенных геологических процессов, вызванных хозяйственной деятельностью человека: оползни, сели, землетрясения, заболачивание и т.д. Масштабы техногенных воздействий стали существенно превышать природные (табл. 1.1), поэтому очень важно рассматривать роль экологических воздействий инженерно-геологических процессов, так как скорость их возникновения так велика, что человек не успевает предотвращать их появление [134]. геологических наук — инженерная геология. На этапе зарождения она рассматривала в основном, вопросы строительства — обоснование проектов строительства зданий, плотин, АЭС и ГЭС, дорог, карьеров и других хозяйственных сооружений. При этом инженерно-геологические процессы рассматривались с точки зрения экономической выгоды и полезности для человека, без учета влияния на экосистему.
По мере развития индустриализации круг рассматриваемых вопросов расширялся. Геологическое обоснование инженерно-строительной деятельности стало формироваться с учетом негативных последствий на литосферу, которую вследствие инженерно-хозяйственной деятельности человека, стали называть «геологической средой». В результате инженерная геология стала решать проблемы рационального использования и охраны геологической среды [69].
Современная инженерная геология базируется на знаниях в области естественных наук (физика, химия, высшая математика, биология, экология, география, астрономия) и прикладных (гидравлика, геодезия, климатология, информатика и др.). В состав современной инженерной геологии входят многие специальные разделы, имеющие уровень самостоятельных наук: механика грунтов, геокриология, инженерная гидрогеология, инженерная геофизика.
По мере развития науки стали рассматриваться вопросы экологии верхних горизонтов литосферы, что привело к появлению нового раздела исследований — инженерной геоэкологии. Одновременно с этим на стыке наук «география» и «экология» появилось новое научное направление - геоэкология, изучающая вопросы экологии ландшафтов и различных геосфер Земли и их взаимодействие [53, 102]. Основная задача геоэкологии - изучение экологических аспектов природопользования и вопросов взаимоотношения человека и природы [3]. Однако до сих пор нет единого и общепринятого определения геоэкологии. Геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, что приводит к различной трактовке данного предмета. Наиболее распространены два варианта:
Информационные технологии в образовании. Дистанционное образование - одна из прогрессивных форм обучения
Экологическое обучение является необходимым звеном в системе подготовки и повышения квалификации кадров различных специальностей и должностных категорий. Целью экологического обучения является повышение общей экологической культуры работников и накопление специальных знаний, необходимых в конкретных направлениях деятельности.
Основной формой получения знаний является непосредственный контакт с преподавателем. Но для передачи знаний преподаватель всегда использует различные вспомогательные средства для улучшения процесса обучения [153]. В последнее время широкое распространение получили информационные технологии, которые основываются на современных технических достижениях. Это непосредственно отразилось и на процессе обучения.
Существенное значение имеет обогащение методической основы в содержании экологического образования, особенно использование в процессе обучения инновационных способов общения (деловые и ролевые игры, "мозговой штурм" и др.), применение новых информационных технологий с употреблением компьютерных программ (в частности, игр, обучающих и контролирующих систем), интерактивного видео, экомониторинга, моделирования экологических процессов и многих других. Применение информационных технологий позволяет сформировать у учащегося определенные знания, умения и навыки, развитие личностных качеств [58, 67].
Компьютер с самого первого своего появления сразу же стал проблемой образования. Во-первых, он стал объектом изучения. Но уже через некоторое недолгое время в компьютере "обнаружились" возможности, которые можно было использовать и для изучения предметов непосредственно не связанных с компьютерной техникой [143].
Первое использование компьютеров в учебном процессе появилось в 50-е и 60-е годы XX века. На этом этапе начинается создание специализированных пакетов программ, ориентированных на создание и сопровождение прикладных обучающих программ - автоматизированных учебных курсов (АУК). Например, PLATO-IV, СПОК, АОС-ВУЗ, АОС-СПОК, АСТРА Наставник, Садко и др. Все эти и многие другие автоматизированные обучающие системы (АОС) были системами селективного типа [71, 72].
В 70-е годы XX века появилось новое поколение компьютерных средств поддержки процесса обучения — интеллектуальные обучающие системы (ИОС). Неудовлетворенность практиков возможностями программированного обучения стала причиной появления ИОС, где обучающие воздействия выбираются не педагогом, а самой системой, выбираются или генерируются в зависимости от целей обучения и с учетом текущего состояния знаний обучаемого. Для этого в обучающей системе представлены знания о том, чему обучать, как обучать и знания о самом обучаемом плюс имеются некоторые умения, позволяющие вести диалог с обучаемым. Такие системы позволяют адаптивно выдавать учебные воздействия, сопровождать решение задач, производить глубокую диагностику знаний обучаемого, что подразумевает реализацию еще целого ряда "интеллектуальных" возможностей.
К началу 80-х гг. к автоматизированным обучающим системам причисляли любые программы, предназначенные для информационной и функциональной поддержки процесса обучения: тесты, электронные учебники, лабораторные практикумы и т.д.
В конце 80-х гг. стало ясно, что интеллектуализация обучающих систем в первую очередь связана с практическим использованием при их разработке и реализации методов и средств, созданных в рамках исследований по экспертным системам. Это, в свою очередь, вызвало к жизни серьезные исследования по моделям объяснения в АОС, с одной стороны, и интеллектуальным технологиям формирования моделей предметной области, стратегий обучения и оценки знаний обучаемых на основе более сложных моделей самих обучаемых, с другой стороны. В этот же период были предложены классификации АОС, включая интеллектуальные АОС [128], и сделаны первые шаги в направлении разработки технологии создания обучающих систем различных классов.
С начала 90-х годов тенденцией является объединение с общих позиций компьютерной технологии обучения традиционных информационных, контролирующих, игровых и обучающих систем с диалоговыми системами для автоматизированного решения задач, средствами искусственного интеллекта (ИИ), экспертными системами и технологии гипермедиа [42]. Изменение технической базы, появление новых технологий программирования и завершение "жизненного цикла" ранних АОС послужили толчком создания новых программ, базирующихся на старых психолого-педагогических моделях. Всплеск появления таких систем наблюдается последние 10 лет.
Внедрение современных информационных технологий в экологическом образовании позволяет значительно усилить формирование профессиональной экологической компетенции, имеющей следующие характеристики: - творческое саморазвитие; - целостность; - системность; - критичность; - мобильность; - гибкость [55].
В качестве классификационных признаков программно-технических средств (ПТС), используемых в образовании, можно выделить: 1) По дидактической направленности: декларативные (по способу получения знаний): - компьютерные учебники; - учебные базы данных. процедурные (получение знаний по конкретной изучаемой области) - пакеты прикладных программ (111111); - тренажеры; - виртуальные лабораторные практикумы (ВЛП); - игровые программы, экспертно-обучающие системы (ЭОС) и другие компьютерные средства, которые позволяют обучающемуся в ходе учебного исследования получать (добывать) знания по изучаемой предметной области. по степени интеллектуализации: - системы программированного обучения (получение порции информации в определенной последовательности и контроль ее усвоения в заданных узлах учебного курса); - интеллектуальные обучающие системы (адаптация к знаниям и особенностям учащегося, гибкость процедуры обучения, выбор оптимального воздействия) [45].
2) По способу программной реализации программно-аппаратные комплексы можно разделить на три класса: - созданные с помощью прямого программирования на языке высокого уровня; - созданные с использованием средств объектного программирования; - созданные с помощью инструментальных авторских систем (ИАС) -мультимедийные учебники; - моделирующие ИАС; - ИАС для контроля знаний и педагогического тестирования; для организации лекционного сопровождения.
Программное обеспечение экологических дисциплин геологических специальностей (в рамках стандартов ГОС)
Отсутствие экологической подготовки в школе негативно сказывается на формировании личности, ориентированной на бережное отношение к природе, так как в этом возрасте в процессе развития личности закладываются основы экологического мировоззрения и сознания человека.
В ГОСах технических специальностей на изучение экологии отводится небольшой объем учебного времени: курс "Экология" составляет 30-50 аудиторных часов и входит в учебные планы практически всех специальностей и направлений подготовки, отличается преимущественно естественно-научным содержанием, независимо от характера вуза [146]. В таблице 4.1 представлен анализ образовательных программ специальностей геологического направления нефтегазового профиля, по которым осуществляется подготовка специалистов в ТюмГНГУ.
Этого недостаточно для того, чтобы посвятить студентов в мир Природы и ознакомить их с множеством взаимосвязей и закономерностей функционирования организмов и их взаимоотношений в природных экосистемах. Практически во многих технических ВУЗах отсутствует соответствующая методическая, лабораторная и техническая база, позволяющая обеспечить не только необходимыми теоретическими, но и практическими навыками в решении и предотвращении экологических последствий в соответствующей отрасли деятельности.
При проведении экологического практикума осуществляется ознакомление в основном с аналитическими методами контроля окружающей среды и отсутствует передача информации о взаимоотношениях организмов с окружающей средой и их состояние при антропогенном воздействии.
Одним из решений вышеуказанных проблем в развитии инновационных направлений деятельности ТюмГНГУ является внедрение криологического аспекта в образовательные программы [табл. 4.2] [73].
В результате проведенного анализа учебных программ подготовки специалистов геологического направления нефтегазового профиля можно сделать следующий вывод: подготовка специалиста данной отрасли требует учета не только профессиональной составляющей его деятельности, но и внедрения экологического и криологического аспекта профессиональной подготовки. Традиционные подходы в подготовке современного специалиста в области экологии недостаточно эффективны. Необходимо введение естественно-научных и социально-экономических дисциплин эколого - и криологоориентированных на «исследование и освоение северных регионов» [31].
В ТюмГНГУ в Институте геологии и геоинформатики осуществляется подготовка специалистов по дисциплине «Гидрогеология и инженерная геология». Подготовку по данной специальности осуществляет кафедра «Криология Земли». Кафедра создана как структурное подразделение Института геологии и геоинформатики ТюмГНГУ в 2001 году. На базе кафедры введены специализации 011409 «Природопользование в Субарктике» и 011410 «Инженерная геокрилогия» специальности 011400 «Инженерная геология и гидрогеология», имеющейся в Институте геологии и геоинформатики (выпускающая кафедра — кафедра «Гидрогеология и инженерная геология»). Учебный процесс по подготовке специалистов введенных специализаций начался в 2002-2003 учебном году.
Одной из основных задач кафедры является учебная работа со студентами и аспирантами всех естественно-научных и горно-технических специальностей ТГНГУ в рамках их общепрофессиональной подготовки по курсу «Криология Земли / геокриология» применительно к задачам этих специальностей.
С этой целью в учебные планы отдельных специальностей ИГиГ ТюмГНГУ были включены дисциплины криологического цикла («Основы геокриологии» для специальности «Земельный кадастр» и «Геокриология» для специальностей - «Безопасность технологических процессов и производств», «Безопасность жизнедеятельности», «Охрана окружающей среды», «Геология нефти и газа»).
Объектами профессиональной деятельности специалиста инженера-геолога являются: - изучение, анализ и оценка геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических условий территорий; - исследование состава, строения и свойств грунтов и мерзлых пород, геологических, геокриологических и антропогенных процессов; - изучение гидродинамического и гидрогео-химического режимов подземных вод; - проведение поисков и разведки месторождений подземных вод; - проведение изысканий для проектирования инженерных сооружений, осуществление инженерно-хозяйственной деятельности человека; - оценка экологических последствий техногенного воздействия на геологическую среду и подземные воды.
Подготовка по данной специальности предполагает получение студентами следующих знаний: - закономерности формирования гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических условий территорий; - строение, состав и свойства мерзлых пород и грунтов; - закономерности формирования и состав подземных вод; - закономерности развития и региональнаяприуроченность геологических, геокриологических и инженерно-геологических процессов; - выбор и обоснование рационального комплекса гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических методов при решении различных практических задач; - методы гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических исследований, правила и условия выполнения соответствующих видов работ; - требования, предъявляемые к геологическим, гидрогеологическим, инженерно-геологическим и геокриологическим полевым материалам и документации, действующие стандарты по ее оформлению; - принципы и современные методы анализа и математической обработки получаемой информации, физического и математического моделирования;
Виртуальные комплексы лабораторных работ по дисциплинам «Механика грунтов» и «Инженерная геология»
Закрепление теоретических знаний, полученных с помощью лекционного материала, осуществляется через комплекс виртуальных лабораторных работ, который позволяет ознакомиться с моделями, процессами и явлениями, протекающими в технологическом процессе.
Широкую работу в разработке виртуальных лабораторных работ и тренажеров ведет НИИ электронных образовательных ресурсов (НИИ ЭОР) ТюмГНГУ. Разработано 100 компьютерных лабораторных работ и тренажеров по 19 учебным дисциплинам. Лабораторные работы внедрены в учебный процесс ТюмГНГУ и активно используются при проведении лабораторных I практикумов [см. приложение 3].
Комплексы лабораторных работ по дисциплинам «Механика грунтов» и «Физика пласта» внедрены на кафедре «Криологии Земли», комплекс работ по дисциплине «Инженерная геология» на кафедре «Гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий» активно используются при подготовке студентов по специальности «Гидрогеология и инженерная геология» на кафедре [см. приложение 2, 4].
Комплексы лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов» и «Инженерная геология» используется для ознакомления студентов с методиками лабораторных определений физико-механических свойств грунтов. Каждая лабораторная работа включает интегрированный методический материал и трехмерные модели исследуемого оборудования. Все комплексы разработаны с использованием современных средств визуального программирования Microsoft Visual Basic 6.0, Measurement Studio (фирмы National Instruments), 3D Studio MAX 5.0 для трехмерного моделирования объектов и AdobeAcrobat5.0 для представления методической документации.
Комплекс виртуальных лабораторных по дисциплине «Механика грунтов» включает 4 лабораторные работы: 1. Определение плотности грунта; 2. Определение природной влажности грунтов; 3. Определение влажности глинистого грунта на границах текучести и раскатывания; 4. Определение сопротивления грунтов сдвигу в односрезном сдвиговом приборе. Целью работы «Определение плотности грунта» является определение плотности грунта методом режущего кольца (рис.5.4). Разработка тестовых материалов проводится в несколько основных этапов [7]: 1) Определение спецификации тестов (разделение учебного материала на дидактические единицы); 2) Разработка банка тестовых заданий (БТЗ); 3) Формирование тестов по каждому виду контроля; 4) Проведение апробации тестовых материалов; 5) Осуществление доработки и корректировки тестовых материалов в зависимости от результатов апробации.
Доработка и корректировка тестовых материалов осуществляется с помощью модуля статистического анализа результатов электронного тестирования, встроенного в систему Educon.
Использование модуля позволяет повысить качество тестовых материалов и проводить анализ уровня знаний студентов. Модуль предназначен для автоматизированного статистического анализа результатов электронного тестирования, проводимого преподавателями во время тестового контроля. В результате анализа преподаватель имеет возможность: - отслеживать уровень подготовки студентов в процессе обучения с целью обеспечения качественной подготовки студентов; - производить анализ своих тестовых материалов с целью их доработки и корректировки; - повысить качество своих тестовых материалов.
Качество тестовых материалов определяется совокупностью различных показателей, соответствующих не только этапам их разработки, но и этапам апробации.
Показатели качества тестовых материалов делятся на две категории: показатели качества тестового задания и всего теста. К показателям качества тестового задания относятся: - мера трудности заданий — уровень сложности задания. - вариация баллов - определение нетестового задания. - коррелируемость задания - мера дифференцирующей способности задания. К показателям качества теста относятся: і і 171
1) статистические показатели — зависимость распределения реальных баллов тестируемого от характеристической кривой теста.
2) валидность — это характеристика возможности теста измерять именно то свойство, которое должно измеряться у испытуемых. Валидность зависит от цели разработки и применения теста, от содержания и формы тестовых заданий, от условий проведения измерений и интерпретации результатов.
3) надежность - отражает точность педагогических измерений, степень постоянства, стабильности, устойчивости результатов тестирования. Надежным считается тест, который дает постоянные результаты, оценки при повторных предъявлениях.
4) практичность - заключается в доступности инструкций и содержания заданий теста для понимания тестируемого, состоящая в сравнительной простоте, как организации тестирования, так и проверки, подсчета результатов, подведения итогов.
Модуль статистического анализа результатов электронного тестирования осуществляет расчет следующих показателей (рис.5.22): — pj - мера трудности; - вариация S! - стандартное отклонение; — гху - коррелируемо сть задания; - г - показатель надежности тестовых результатов.
Таким образом, исследования современного состояния экологического образования в условиях ускорения экологического кризиса показали необходимость внедрения экологического аспекта на всех этапах непрерывной экологической подготовки от школы до технического вуза. Данный аспект позволит обеспечить формирование экологического сознания и культуры, соответствующих знаний, умений и навыков, направленных на гармонизацию отношений между человеком и окружающей средой для решения сложных экологических проблем. Внедрение такого аспекта позволит обеспечить система многоуровневой экологической подготовки, одним из аспектов которой является комплексное использование современных программно-дидактических средств на соответствующем этапе обучения, позволяющих улучшить качество подготовки.
Внедрение экологического аспекта в систему образования с использованием современных информационных технологий приведет к усилению интереса к изучаемым предметам, глубокому усвоению экологических знаний, развитию самостоятельности, активности и позволит более качественно решать сложные и жизненно-важные задачи.
Практическая реализация внедрения программных продуктов на примере специальности «Гидрогеология и инженерная геология» показала повышение уровня подготовки специалистов нефтегазового направления, особенно геологических специальностей, с учетом экологического и криологического аспектов на всех этапах обучения в техническом вузе.
