Содержание к диссертации
Введение
1. ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ 15
1.1 Взаимосвязь развития компьютерных систем и содержания обучения их эксплуатации 15
1.1.1 Развитие АВМ в России 15
1.1.2 Первые этапы разработок ЭЦВМ в России 28
1.1.3 Содержание обучения специалистов по обслуживанию и эксплуатации АВМ и ЭЦВМ 32
1.2 Проблемное обучение в средних профессиональных учебных заведениях 41
1.3 Структура и принципы построения модели методической системы профессионального обучения и эксплуатации аппаратно-программных средств 42
1.4 Планирование и оптимизация учебного процесса 48
1.5 Информационная среда и современные информационные технологии профессионального обучения 54
2. ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ 57
2.1 Педагогическая система профессионального обучения студентов колледжа 57
2.2 Деятельностный подход - основа моделирования цели и содержания профессионального обучения 65
2.3 Моделирование и оптимизация процесса обучения эксплуатации аппаратно программных средств 70
2.4 Основные методы, средства и формы обучения 78
2.5 Основы обучаемости студентов колледжа 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131
ЛИТЕРАТУРА 134
ПРИЛОЖЕНИЕ
- Развитие АВМ в России
- Первые этапы разработок ЭЦВМ в России
- Педагогическая система профессионального обучения студентов колледжа
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
На современном этапе стремительного развития компьютеризации общества и применения информационных технологий производственных процессов возрастают требования к уровню профессиональной подготовки студентов учебных заведений технического профиля, специализирующихся в области эксплуатации и практического использования программных и аппаратно-технических средств. Для успешного решения задач, стоящих при профессиональной подготовке специалистов в этой области, необходимо непрерывное совершенствование всего учебного процесса в техническом колледже, что требует дополнительных исследований по содержанию и приемам обучения информатике для дальнейшего формирования профессионализма и развития информационной культуры будущих специалистов.
Развитие методических основ изучения дисциплин аппаратно-программной области столкнулось со специфической проблемой, имеющей место, пожалуй, только в области вычислительной техники -стремительные темпы развития технических средств и программного обеспечения потребовали не менее стремительных темпов модернизации всех компонентов системы обучения, причем, по возможности, с упреждением этого развития.
Фактор непрерывного развития компьютерных систем существенно влияет на решение проблемы подготовки специалистов, поскольку появление новых версий таких систем, а также нового программного обеспечения (офисных пакетов, средств разработки, графических пакетов
и т.д.) требует также изменений модели использования этих систем в профессиональной деятельности будущих специалистов. Следствием такого положения вещей является то, что в настоящее время профессиональная подготовка специалистов не адекватно отвечает требованиям технического прогресса.
Все сказанное выше, указывает на актуальность данной тематики исследования.
Актуальность исследования определяется:
- потребностью народного хозяйства к подготовке специалистов по эксплуатации современных компьютерных систем и требованиями, предъявляемыми к качеству подготовки высококвалифицированных специалистов в этой области;
- становлением образования в области информатики и компьютерных систем компонентом технической культуры личности, без которого невозможна полноценная жизнь современного человека, его активная самореализация в обществе;
- требованиями рыночной экономической системы совершенствования и оптимизации учебного процесса, а также обеспечения гарантированного положительного конечного результата профессионального обучения.
Проблема исследования
Проблемам образования в условиях информатизации общества при использовании новых педагогических технологий посвящены многие труды И. Н. Антипова, Б. С. Гершунского, А. П. Ершова, В. А. Извозчикова, В. М. Монахова, А. А. Кузнецова, Э. И. Кузнецова, И. В. Марусевой, И. В. Роберт, И. А. Румянцева, Н. Ф. Талызиной, Г. А.
Бородовского, В. М. Зеленина, И. П. Кузьмина, М. П. Лапчика, В. Н. Максимовой, А. Е. Марона, Е. И. Машбица, Б. С. Медведя, Л. Л. Горбуновой, Е. Е. Дурноглазовой, О. И. Кочуровой, М. Б. Лебедевой, С. А. Маркова, Г. П. Чепуренко и других авторов. Приведем наиболее значительные работы:
Теоретические исследования по технологии проектирования учебного процесса, в которых раскрыта сущность педагогического проектирования во всех его аспектах, представлены в работах В. П. Беспалько, В.М. Монахова, O.K. Филатова, Д. В. Чернилевского и др.
Многие вопросы квалиметрии и практического проектирования оптимального учебного процесса в области математики, информатики и компьютерных систем решены специалистами школы В.В.Кузнецова: Поповым ПИ., Долинер ЛИ., Дементеевым ВВ., Середой К) А., Замогильновой Л.В., Ледовских И.А., Кузнецовой О.В., Бакушиным А.А., Виноградовой Г.В., Галениным Б.Г. и др.
Тем не менее, проблема построения оптимального профессионального обучения так и остается далекой от своего разрешения, о чем свидетельствует, в частности, планирование учебного процесса, реализуемое вне аппарата оптимального управления, практически во всех учебных заведениях.
Проблема исследования заключается в разработке основ оптимального профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем в средних профессиональных учебных заведениях. Данная проблема обусловлена противоречиями, состоящими в том, что:
- имеет место несоответствие между морально устаревшим техническим и методическим обеспечением учебного процесса и современными информационными технологиями;
- имеет место несоответствие между традиционной организацией учебного процесса и требованиями оптимального управления учебным процессом, обусловленными рыночной экономикой и необходимостью формировать процесс профессиональной подготовки студентов технических колледжей в соответствии с инновационными информационными технологиями и достижениями в области научно-методического обеспечения учебного процесса;
- имеет место несоответствие между наличием биологической адаптационных процессов, сопутствующих информационным взаимодействиям студента с окружающей средой, и традиционной методикой формирования учебного процесса, не учитывающей свойства и закономерности этих адаптационных процессов.
Объект исследования, система обучения в техническом колледже.
Предмет исследования: система профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем в техническом колледже.
Цель исследования состоит в совершенствовании методической системы профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем студентов технического колледжа.
Гипотеза исследования - эффективность профессионального обучения эксплуатации компьютерных комплексов может быть обеспечена при выполнении следующих условий: оптимальности управления учебным процессом, обеспечивающего полное соответствие организационных форм и методов профессиональной подготовки с техническими возможностями учебного заведения и выполненного на основе сетевого планирования;
использования в качестве доминирующей составляющей профессионального обучения компьютерной обучающей среды, обеспечивающей реализацию принципов развивающего обучения и развития творческой активности;
- активизации познавательного интереса студентов в процессе профессионального обучения;
- осуществления оценки результативности учебного процесса на основе адаптационных законов информационного взаимодействия учащихся с окружающей средой.
Проблема, цель и гипотеза исследования определили необходимость решения следующих задач.
Задачи исследования:
1. Выполнить анализ тенденций развития профессиональной подготовки студентов в области эксплуатации компьютерных комплексов в системе среднего профессионального образования, а также методов преподавания дисциплин, входящих в сферу изучения эксплуатации компьютерных систем и информационных технологий.
2. Обобщить опыт использования информационных технологий в системе профессиональной подготовки студентов технического колледжа в области эксплуатации компьютерных систем.
3. Разработать структуру методической системы обучения эксплуатации компьютерных систем и изучить особенности оптимального управления процессом обучения на основе сетевого планирования в условиях технического колледжа, а также разработать методы оценки результативности учебного процесса на основе адаптационных законов информационного взаимодействия учащихся с окружающей средой.
4. Провести педагогические эксперименты с целью проверки эффективности разработанных методов и учебно-методических материалов, а также оценки результативности предложенной методики профессионального обучения.
Методы исследования составили анализ литературных источников по философским, социальным, психолого-педагогическим и биофизическим проблемам, связанных с информатизацией общества и с педагогическими процессами; анализ литературы по вопросам математического описания процессов управления, вариационных методов, сетевого планирования; анализ литературы по вычислительной технике, информационным технологиям, программированию, а также методике преподавания в технических колледжах и других учебных заведениях; анализ учебных программ, учебников и учебных пособий; изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта информатизации образования; методы решения проблем в рамках системно-структурного подхода; методы моделирования и обработки результатов исследований,
основанные на теории вероятностей и математической статистики; методы проведения педагогических экспериментов.
Этапы исследования. Исследования проводились на базе Московского технического колледжа в течение 1996 - 2001 гг. и включали в себя четыре этапа.
На первом этапе было выявлено состояние рассматриваемой проблемы, проводились наблюдения за учебным процессом, анализировалась работа преподавателей; формулировались цель, задачи, гипотеза исследований.
На втором этапе проводились теоретические исследования, создавался концептуальный аппарат профессиональной подготовки студентов, разрабатывались научные подходы в области оптимального управления учебным процессом, создавались автоматизированные программы обучения.
На третьем этапе проводились педагогические эксперименты, оценивалась эффективность методов обучения и результативность управления и планирования, сопоставлялись различные варианты организации учебного процесса.
На четвертом этапе обобщались полученные результаты, формулировались основные выводы, осуществлялось внедрение полученных результатов в учебный процесс.
Научная новизна работы состоит в том, что: разработана концепция профессионального обучения эксплуатации компьютерных комплексов в условиях непрерывного совершенствования вычислительных систем и информационных технологий;
- проведен анализ скорости развития вычислительной техники на основе данных выпуска микропроцессорных систем и определен средний период смены содержания профессиональной подготовки студентов, специализирующихся в области эксплуатации компьютерных систем;
- разработаны и обоснованы практические подходы к формированию методической системы профессионального обучения эксплуатации компьютерных комплексов на основе введения доминирующего элемента - информационной обучающей среды, и организации ее структуры на основе сетевого планирования учебного процесса и тестирования его результативности, выполненного в соответствии с адаптационными процессами при информационных взаимодействиях в процессе обучения.
- разработаны учебно-методические материалы по обучению эксплуатации компьютерных систем, формирующие у студентов знания, умения и навыки по их практическому применению в профессиональной деятельности.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в: экспериментальном подтверждении гипотезы о применимости адаптационной закономерности обучаемости студентов для количественной оценки результативности профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем;
- обосновании методической системы профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем на основе введения
доминирующего элемента системы - информационной обучающей среды; - обосновании методики формирования структуры методической системы профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем, реализуемой на основе сетевого планирования учебного процесса и тестирования его результативности, выполненного в соответствии с адаптационными процессами, имеющими место при информационных взаимодействиях студентов в процессе обучения.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты исследований могут быть использованы как в средних, так и в высших профессиональных учебных заведениях.
Апробация результатов исследования.
Материалы диссертационной работы и основные выводы выполненных исследований докладывались и обсуждались на:
- заседании кафедры информатики и информационных технологий в системах управления Серпуховского военного института Ракетных войск (ноябрь,1999г);
- научных семинарах Московского технического колледжа (октябрь, 1999 г.; январь, 2000г., январь 2002г.);
- научном семинаре физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (февраль, 2000г.);
- 3-ей Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии» (МГУ-май 2001г.);
-научных семинарах ИНИНФО /МГОПУ им. М.А.Шолохова (июнь, ноябрь 2001г);
- на конференции МГОПУ им. М.А.Шолохова (январь 2002г.) Материалы данных исследований вошли в отчеты МГОПУ им. М.А.Шолохова за 2001г. по темам:
1) «Разработка методических основ экспертизы качества учебных программ и нормативной базы их сертификации ».
№ регистрации 1.1.1.4(357)499.
2) «Разработка методических основ экспертизы качества учебных компьютерных программ для общего и педагогического образования с целью обеспечения их государственной сертификации»,
№- регистрации 1.13.4.(00.0)357. 123.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Методическая система профессионального обучения студентов технического колледжа эксплуатации компьютерных систем, доминирующим элементом которой является информационная среда, обеспечивающая функционирование системы в современных условиях быстро развивающихся информационных технологий и формирующая структуру методической системы.
2.Методика оценки результативности профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем, построенная на основе адаптационных процессов, имеющих место при информационных взаимодействиях студентов в процессе обучения.
3. Методика оптимизации профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем, выполненная на основе сетевого планирования учебного процесса и творческой активности студентов
технического колледжа, обеспечивающей эффективное обучение в условиях информационной среды.
4. Комплекты учебно-методических материалов по профессиональному обучению эксплуатации компьютерных систем студентов технических колледжей.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается комплексной методикой исследования, соответствием использованных методов задачам исследования, использованием математических методов обработки результатов исследования, апробацией полученных результатов в учебном процессе.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из: введения, 3-х разделов и заключения, библиографии и приложений.
Развитие АВМ в России
Первая в СССР электронная аналоговая вычислительная машина (АВМ) с повторением решения была, разработана в 1946 г. коллективом под руководством Л. И. Гутенмахера. Однако толчком к развитию АВМ послужило создание в США в 1944 г. Б. Расселом решающего усилителя (РУ). 1949-1953 гг.
На основе такого решающего усилителя коллектив, возглавляемый В. Б. Ушаковым и В. А. Трапезниковым, в 1949 г. разработал АВМ на постоянном токе, положив начало созданию в СССР аналоговой вычислительной техники (АВТ). АВТ предназначалась в основном для моделирования в реальном масштабе времени линейных и нелинейных динамических систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями [16, 48]. Средства АВТ обеспечивали очень высокое быстродействие при сравнительно низкой стоимости, простое сопряжение с реальной аппаратурой, легкую перестройку от одной задачи к другой, удобное взаимодействие пользователя с машиной. Благодаря всему этому АВТ широко служили для математического и полунатурного моделирования ракет и ракетных комплексов, космических кораблей, самолетов, судов, энергетических установок и других объектов на всех этапах их создания. Кроме того, средства АВТ использовались для решения задач в медицине, биологии, химии и в других направлениях науки и техники [94, 108, 141].
В 1949-1950 гг. в НИИ-885 коллективом под руководством В. Б. Ушакова были созданы первые АВМ - ИПТ-1, ИПТ-2, ИПТ-3, ИПТ-4 и ИПТ-5, называемые интеграторами постоянного тока. Они предназначались для решения линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами. Основными разработчиками были А. А. Фельдбаум, Л. Н. Фидлер, Г. М Петров, Н. Б. Лакунин, JL В. Медведев, И. М Сущинскнй, С. И. Зубков, А. М Барышников. ИПТ-4 и ИПТ-5 выпускались серийно Пензенским заводом САМ, остальные были изготовлены в одном экземпляре. В 1951 г. В. Б. Ушаков вместе со своим коллективом был переведен из НИИ-885 в СКВ-245, 1957 г. -в НИИСчетмаш.
Разработанные в 1952-1953 гг. под руководством В. R Ушакова АВМ получают наименование «моделирующие установки постоянного тока» (Mill). Серийные АВМ МПТ-9; предназначались для решения линейных дифференциальных уравнений, Ml ГТ-11 - для решения нелинейных дифференциальных уравнений. Основными разработчиками их были Г. М. Петров, А И. Скачкова, А. М Барышников, В. Д. Точилов. 1954-1960 гг.
С 1954 г. новые АВМ получают название «моделирующие установки нелинейные» (МН). В течение 1954-1959 гг. под руководством В. R Ушакова разрабатываются и осваиваются в серийном производстве следующие АВМ: 1954 г.: МН-2, секционная АВМ для решения дифференциальных уравнений 6-го порядка (Витенберг И. М, Быков В. Г.); 1955 г.: МН-7, настольная АВМ 6-го порядка (Петров Г. М, Скачкова А. И., Попов В. А., Точилов В. Д.); 1955 г.; МН-8, первая в СССР прецизионная АВМ большой мощности, 32-го порядка с большим количеством переменных коэффициентов и нелинейных решающих элементов (Петров Г. М, Медведев Л. В., Панов В. А., Доброе Е. В., Москаленко Г. В.); 1959 г.: МН-11, АВМ 9-го порядка с автоматическим поиском решения по заданным критериям, с периодизацией до 100 Гц (руководители - Витенберг И. М., Ушаков В. Б., разработчики, Ерохин Е. А., Беляков В. Г. Лапин Е. И). В 50-е годы была разработана и запущена в серийное производство самая мощная и самая распространенная в военно-промышленном комплексе тех времен АВМ - «Электрон». Она была создана коллективом, работавшим в КБ-1.
В 1957 г. разрабатывается первая в мире полупроводниковая АВМ общего назначения МН-10 - настольная, 6-го порядка со шкалой 25 В (Ушаков В. Б., Петров Г. М., Лакунин Н. Б., Попов В. А., Степин В. С, Григорьев Г. В.). Однако технический уровень полупроводниковых приборов еще длительное время не позволял производить ее серийно. Наряду с перечисленными выше АВМ общего назначения в пятидесятые годы появляются специализированные АВМ.
Первые этапы разработок ЭЦВМ в России
В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМ первого поколения.
В 1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники ( ИТМ и ВТ) организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г. здесь была спроектирована машина БЭСМ (Большая Электронная Счётная Машина), а в 1952 г. началась её опытная эксплуатация.
В проекте вначале предполагалось применить память на трубках Вильямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной - 800 оп/с. Она имела трёхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 г. под названием БЭСМ - 2.
В этот же период в КБ, руководимом М. А. Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название "Стрела". Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводу САМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а одним из его помощников - Б. И. Рамеев, в дальнейшем конструктор серии "Урал". Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности "Стрелы": невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешней памяти применялись 45 - дорожечные магнитные ленты, а оперативная память - на трубках Вильямса. "Стрела" имела большую разрядность и удобную систему команд.
Первая ЭВМ " Стрела " была установлена в отделении прикладной математики Математического института АН ( МИАН ), а в конце 1953 г. началось серийное её производство.
В лаборатории электросхем энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ первого поколения под названием М-1.
В следующем году здесь была создана вычислительная машина М - 2, которая положила начало созданию экономичных машин среднего класса. Одним из ведущих разработчиков данной машины был М. А. Карцев, внёсший впоследствии большой вклад в развитие отечественной вычислительной техники. В машине М - 2 использовались 1879 ламп, меньше, чем в "Стреле", а средняя производительность составляла 2000 оп/с. Были задействованы 3 типа памяти: электростатическая на 34 трубках Вилъямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием обычного для того времени магнитофона МАГ - 8 [17,63,111]. 1955-1960 гг.
В 1955 - 1956 гг. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М - 3 с быстродействием 30 on / с и оперативной памятью на магнитном барабане. Особенность М - 3 заключалась в том, что для центрального устройства управления был использован асинхронный принцип работы. Необходимо отметить, что в 1956 г. коллектив И. С. Брука выделился из состава энергетического института и образовал Лабораторию управляющих машин и систем, ставшую впоследствии Институтом электронных управляющих машин (ИНЭУМ).
Ещё одна разработка малой вычислительной машины под названием "Урал" была закончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева.. Эта машина стала родоначальником целого семейства "Уралов", последняя серия которых ( "Урал -16" ), была выпущена в 1967 г. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили её широкое применение.
В 1955 г. был создан Вычислительный центр Академии наук, предназначенный для ведения научной работы в области машинной математики и для предоставления открытого вычислительного обслуживания другим организациям Академии.
Педагогическая система профессионального обучения студентов колледжа
Под системой мы будем понимать множество элементов, которые сами, представляя собой некоторые множества, формируют систему (основное множество) на основе каких-либо признаков, представлений, понятий и т.д. Примером такой системы в математике является система множеств, представляющая собой множество множеств.
Взаимодействия между элементами системы формируют структуру системы.
В тех случаях, где это имеет смысл, такие системы могут формировать кольца, полукольца, алгебры (например: 5 - кольцо, о - алгебра и т.д.).
Естественно, что системы формируются на основе фундаментальных порождающих структур:
-структуры порядка,
-алгебраической структуры,
-топологической структуры.
Пример структуры основных дисциплин по специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» представлен на рис. 2.1. и пример файловой структуры раздела по предмету «Внешние устройства ЭВТ» на рис. 2.2.
На рис. 2.3 представлена схема педагогической системы профессионально обучения, построенная в соответствии со схемой педагогической системы, предложенной проф. Д.В.Чернилевским, 2001г.
Содержательное наполнение этой системы представлено в Приложениях данной работы
В соответствии с технической направленностью колледжа, методическая система, являющаяся составной частью педагогической системы, включает в себя, как и в классических системах A.M. Пышкало, Д.В.Чернилевского и др., основные составляющие: цель, содержание, методы, организационные формы и средства обучения.
Классическая педагогическая система обучения ориентирована на традиционные аудиторные формы обучения. При этом отличительной
При выборе методов обучения решающим фактором является их сравнительная их эффективность, которая может быть определена вероятностью достижения целей обучения и затратами времени, материальных средств и усилий преподавателей и обучаемых.
Естественно, что в такой области, как эксплуатация аппаратно-программных средств, набор возможных методов обучения и их эффективность существенно зависят от наличия современных средств вычислительной техники и программного обеспечения учебного процесса. При этом большей вариативности возможных методов обучения соответствуют и более благоприятные возможности формирования оптимальной структуры учебного процесса в целом.
Построенная в виде сетевой структуры система этих мероприятий называется сетевым графиком учебного процесса, позволяющим определить критический (оптимальный) путь реализации учебного процесса. особенностью системы современного профессионального обучения эксплуатации компьютерных систем является наличие в системе доминирующего элемента - информационной среды, обеспечивающей активное использование информационных технологий в учебном процессе.
Отметим, что информационная среда является неотъемлемой составной частью общей среды обитания человека и, как следствие, обладает всеми атрибутами, присущими общей среде обитания человека, и поэтому правомерны такие понятия как: загрязнение информационной среды, информационный шум, экология информационной среды и т.д.
Естественно, что практическая реализация системы обучения может быть выполнена на основе модели деятельности специалиста, которая связана с такими понятиями, как:
-специалист, осуществляющий деятельность;
-предмет, на который направлена или с которым сопряжена деятельность специалиста;
-среда (или среды), в которых протекает деятельность специалиста.
На рис. 2.4 представлена модель подготовки специалиста, содержание которой в соответствии с результатами первого раздела изменяется с периодичностью в четыре года из-за быстрого развития аппаратно-программных средств.
