Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Концепция формирования виртуальной информационно-образовательной лаборатории в профессиональном образовании
1.1. Концепция информационно-образовательной среды в процессе информатизации системы высшего профессионального образования 13
1.2. Психолого-педагогические критерии функционирования виртуальной информационно-образовательной лаборатории в среде высшей школы 27
1.3. Дидактические аспекты обучения в условиях виртуальной информационно-образовательной лаборатории 42
1.4. Средства компьютерной поддержки учебного процесса 53
Глава 2 Практические вопросы реализации возможностей модели информационно-образовательной лаборатории
2.1. Особенности моделирования и понятие виртуальной реальности в рамках информационно-образовательной лаборатории 86
2.2. Организационные и технологические вопросы формирования модели информационно-образовательной лаборатории 100
2.3. Реализация модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в учебном процессе высшей школы 113
. 2.4. Критерии и оценки результатов исследования 125
Заключение 140
Литература 146
Приложения 161
- Концепция информационно-образовательной среды в процессе информатизации системы высшего профессионального образования
- Особенности моделирования и понятие виртуальной реальности в рамках информационно-образовательной лаборатории
- Реализация модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в учебном процессе высшей школы
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В последнее время благодаря бурному развитию телекоммуникационной техники, информатизации практически всех областей человеческой деятельности, росту скорости передачи информации в компьютерных сетях все чаще рассматривается вопрос о влиянии внедрения телекоммуникационной техники на качество образовательного процесса. Так как внедрение компьютерных технологий в обучение - объективный и неизбежный процесс, являющийся результатом научно-технического прогресса, то проблема виртуализации обучения, как одного из способов такого внедрения, является действительно актуальной. Качество и организация педагогического процесса изменяются при использовании телекоммуникационных технологий, а это значит, что неизбежно возникает необходимость рассмотрения методологических основ организации виртуального образовательного процесса и возможности применения традиционных педагогических методов в данных условиях. При этом важным является реализация современной концепции виртуального обучения: оно начинает рассматриваться не просто как удаленный инструктаж, а как равный по возможностям традиционному способ дать человеку глубокие знания. Виртуализация высшего образования способствует формированию высокого уровня информационной культуры будущих специалистов, а это важнейшая задача, стоящая перед системой высшего профессионального образования.
Сегодня ни у кого не вызывает сомнений та роль, которую играют информационные и коммуникационные технологии в образовании. Однако применение их в обучающем процессе зачастую сводится к использованию компьютерных учебников и тестовых оболочек, и только. Этого, конечно, недостаточно, чтобы говорить о целостной системе использования педагогических возможностей коммуникационных технологий в образовании. Данные технологии будут «работать» только в том случае, если позволят максимально «уплотнить» время передачи, получения и усвоения знаний, что позволит образовательному про-
4 цессу идти в ногу со стремительным потоком информации, соответствовать ее быстрому обновлению. Таким образом, возникает противоречие между образовательным заказом общества, уровнем развития информационных и коммуникационных технологий, современным информационным потоком и образовательным процессом, не имеющим методологической и научно-педагогической основы для осуществления на соответствующем уровне образовательного процесса в новых условиях информационного общества.
С другой стороны, движение современного общества к идее открытого образования, предполагает создание единого образовательного пространства, которое инициирует создание новой модели образования на основе совершенствования педагогических технологий, а также проявляется тенденция к созданию интегрированных образовательных систем на основе сетевых информационных технологий. Таким образом, создание систем виртуальных информационно-образовательных лабораторий позволит использовать богатый педагогический потенциал традиционного образования, перенеся его на новый уровень, уровень сетевых компьютерных технологий.
Проблемы информатизации образования являются предметом психолого-педагогических исследований Асмолова А.Г., Богоявленской Д.Б., Горвица Ю.М., Лаптева В.В., Лапчика М.П., Полата Е.С., Сластенина В.А., Е. И. Маш-бица, А. П. Ершова, Я. А. Ваграменко, А. А. Кузнецова, Э. И. Кузнецова, А. Г. Кушниренко, В. М. Монахова, И. В. Роберт. Особенностям дифференцированного обучения информатике и формированию информационной культуры и компьютерной грамотности посвящены труды С. А. Бешенкова, Ю. С. Бра-новского, И.М. Бобко, А. Г. Гейна, С. Г. Григорьева, Б. С. Гершунского, В. А. Каймина, В.Е. Яценко.
Теории и методике использования компьютерных средств и информационных технологий в профессиональной подготовке студентов посвящены докторские диссертации Ю. С. Брановского, М. И. Жалдака, Э. И. Кузнецова,
5 А. Л. Денисовой. Использованию и оценке эффективности использования отдельных информационных технологий в образовании посвящены научные исследования А. В. Соловова, С. К. Голубевой, Е. А. Локтюшиной, А. А. Беспаль-ко, Е. В. Кашириной, И. Ю. Морозова. Общетеоретическим и прогностическим вопросам использования телекоммуникаций в образовании посвящены работы Тихонова А.Н., Иванникова А.Д., Уварова А.Ю., Бухаркина М.Ю. и др.. В этих работах рассмотрены аспекты наиболее эффективного использования возможностей сетевых и телекоммуникационных технологий, наиболее значимые аспекты формирования творческих качеств личности в современной дидактической компьютерной среде, отбора содержания и организации информационной подготовки студентов различных специальностей, создания электронных учебников и других средств поддержки педагогического процесса. Однако вопросы формирования виртуальных информационно-образовательных лабораторий, как одной из составляющих методик учебного процесса в высшей школе в условиях современного профессионального образования изучены еще недостаточно. Поэтому в предлагаемой диссертации исследуются научно-педагогические и технологические основы формирования таких лабораторий как симбиоза различных, современных информационных технологий, объединенных вместе для наиболее плодотворного использования их в образовании. В основу исследуемой в диссертационной работе методики организации учебного процесса приняты потенциальные возможности технологии мультимедиа, а также сетевых и телекоммуникационных технологий. Большинство вышеупомянутых авторов именно им отводят значимую роль в современном образовании, небезосновательно подчеркивая перспективные аспекты их использования и одновременно отмечая недостаточную степень изученности методов их продуктивного применения с позиций педагогики, психологии и методики обучения.
В настоящем исследовании автор рассматривает наиболее важные аспекты формирования модели информационно-образовательной лаборатории с целью
использования ее в условиях современного образования и с точки зрения создания единой дидактической информационно-образовательной среды обучения студентов. По результатам вышеупомянутых исследований и принимая во внимание уровень современного развития педагогических компьютерных систем, можно сделать вывод, что разработка моделей новых методик применения компьютерных образовательных технологий, является перспективным средством создания и развития профессиональных обучающих систем современности, а исследование его научно-педагогических основ - актуальным и малоизученным направлением научной мысли в области педагогики, психологии и методологии.
Современные информационные технологии и компьютерные телекоммуникации, которые за несколько лет нашли свое выражение в интенсивно развивающейся гиперсистеме Интернет, открывают принципиально новые возможности накопления информации и доступа к ней, но при этом возникает противоречие между высоким уровнем этих технологий и недостаточной проработанностью методик их использования в образовании. Это противоречие и составило проблему нашего исследования. Значимость и актуальность такого рода исследований определяется в свете реализации положений, определенных в Концепции информатизации высшего образования Российской Федерации: системной интеграции информационных технологий, профессиональной направленности, создания и развития информационных систем и сред.
Цель исследования состоит в разработке научно-обоснованной концепции формирования модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в структуре профессионального образования и использования ее для создания единой дидактической информационной среды.
Гипотеза исследования предполагает, что использование в учебном процессе высшей школы методики моделирования виртуальных информационно-образовательных лабораторий по различным областям знаний на основе информационных и телекоммуникационных технологий позволит повысить эф-
7 фективность преподавания, а также реализовать профессиональную направленность обучения. Кроме того, ее использование приведет к повышению уровня информационной культуры обучающихся и позволит будущим специалистам адаптироваться к условиям работы во всемирном информационно-образовательном пространстве, которое в скором будущем станет необходимой реальностью современного человеческого мироздания.
В соответствии с целью и гипотезой были определены следующие задачи исследования:
проведение всестороннего анализа возможностей и потребностей использования современных средств информационных и телекоммуникационных технологий в профессиональном образовании;
создание теоретической модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории на основе современных достижений в области информационных образовательных технологий;
исследование психолого-педагогических, организационных и технологических возможностей использования модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в обучении студентов в рамках традиционного образования высшей школы, а также перспективы ее использования в системе дистанционного образования;
практическая реализация модели информационно-образовательной лаборатории на примере ее использования в определенной области знаний; - экспериментальное исследование для определения эффективности организации учебного процесса в рамках виртуальной информационно-образовательной лаборатории на основе существующих сетевых технологий.
Объектом исследования является процесс использования возможностей современных информационных и телекоммуникационных технологий в теоретической модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории.
Предмет исследования - научно-педагогические, организационные и технологические основы использования модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в профессиональном образовании студентов различных специальностей университета.
В процессе работы использовались следующие методы исследования:
всесторонний теоретический анализ первоисточников, проектов и кон-
цепций по вопросам информатизации образования, специализированной периодической литературы по вопросам образования в высшей школе с целью выявления современных особенностей и тенденций использования информационных технологий в педагогической деятельности;
анализ различных дидактических материалов, программных продуктов
компьютерной поддержки образовательного процесса, вузовских программ и содержания преподаваемых курсов по информационным технологиям и смежным дисциплинам;
разработка теоретической модели виртуальной информационно-
образовательной лаборатории основывалась на методах теоретического моделирования образовательных технологий;
для оценки качества учебного процесса в рамках разработанной модели
виртуальной информационно-образовательной лаборатории использовался метод групповых экспертных оценок, обработка данных исследования и эффективность проведенного эксперимента оценивалась с использованием математических методов;
проводилось педагогическое наблюдение, сравнительный анализ резуль-
татов учебной деятельности в различных группах обучаемых;
проходило анкетирование и тестирование студентов для оценки резуль-
тативности проводимого педагогического эксперимента. Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Введено и обосновано понятие виртуальной информационно-образовательной лаборатории на основе информационных и телекоммуникационных технологий, раз-
9 работана ее теоретическая модель. Сформулированы психолого-педагогические, организационные, технологические основы реализации в профессиональном образовании студентов различных специальностей университета учебного процесса с использованием этой модели. Исследованы условия использования модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории как одного из средств создания гуманистически-ориентированных и профессионально-направленных педагогических систем нового поколения.
Практическая значимость исследования связана с возможностью использования предложенных технологий организации учебного процесса в рамках виртуальной информационно-образовательной лаборатории для различных областей знаний. Кроме того, разработаны конкретные рекомендации по использованию средств информационных и телекоммуникационных технологий для обновления учебных материалов такой лаборатории, привлекая к этому процессу весь потенциал не только российского, но и мирового образовательного пространства. В качестве примера реализации обучения в рамках виртуальной информационно-образовательной лаборатории автором разработаны дидактические материалы по спецкурсу «Системы обработки графической информации», в которые входят структурированные теоретические материалы, система заданий, увязанная с соответствующим программным обеспечением, а также блок контроля качества усвоенных знаний. Более подробное описание этого спецкурса будет приведено в материалах о практическом использовании модели информационно-образовательной лаборатории.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались использованием различных методов исследования, адекватных предмету, цели и задачам работы, логике изучаемой дисциплины. Теоретические положения методологически обоснованны и связанны с концептуальными позициями информатизации высшего образования, репрезентативностью экспериментальных данных, использованием математического аппарата для оценки
10 результатов исследования и апробацией результатов исследования в практике преподавания.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Научно-педагогические основы формирования теоретической модели вир
туальной информационно-образовательной лаборатории - это соответствие
дидактических, психологических, организационных и технических возмож
ностей парадигме современного образования, основанного на приоритетном
і отношении к информатизации образования в целом, а высшей школы в осо-
бенности. Ориентация учебного процесса на личностные и профессиональные потребности обучаемого, на формирование информационной культуры
I будущего специалиста в свете современного образовательного заказа миро-
вого сообщества.
2. Теоретическая модель виртуальной информационно-образовательной лабо-
* ратории, включающая основополагающие принципы создания, систему це-
I лей и задач, условия эффективной организации ее функционирования,
\ структурные модули ее составляющие, технологии ее динамичного обнов
ления и репродуктивные функции в контексте теорий развивающего обуче-
ния и информатизации образования.
I 3. Практическая реализация возможностей информационно-образовательной
лаборатории в обучении студентов способствует повышению качества обучения и выполнению требований профессиональной направленности внедрения информационных технологий в образование, а также подготовке будущих специалистов к работе в условиях динамичного информационного потока. Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры информационных технологий в обучении и управлении Ставропольского государственного университета в период с 1997 по 2000 гг., на ежегодных
региональных научно-методических конференциях «Университетская наука -региону» (1997-2000 гг.), Всероссийских конференциях «Информатизация образования - 96», «Информатизация образования - 97», «Информатизация образования - 98» «Информатизация образования - 99».Основные материалы исследования изложены в семи публикациях. Результаты исследования внедрены в учебный процесс в Ставропольском государственном университете.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 188 с. Из них: 152 с. - основной текст, 16 с. - список использованной литературы и других источников информации из 165 наименований. В тексте содержится 8 схем и рисунков, 4 таблицы. Программный код компьютерных программ учебного назначения представлен в приложениях, а также на оптических и магнитных носителях.
Во введении раскрывается актуальность темы, определяются объект, предмет, цель, задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, методологическая основа и этапы исследования, формулируются гипотеза и положения, выносимые на защиту, характеризуется научная новизна, теоретическая и практическая значимость, представляются данные по апробации и внедрению результатов.
В первой главе представляются теоретические вопросы аспектов работы, исходные позиции автора, концептуальные основы моделирования, описание дидактических компонентов модели и их функциональное назначение.
Во второй главе описывается реализация разработанной модели информационно-образовательной лаборатории на технологическом уровне, уточняются, конкретизируются и корректируются научные положения и установки, связанные с использованием предложенной модели в учебном процессе, анализируются результаты эксперимента.
В заключении диссертации формулируются основные результаты исследования, теоретические выводы и практические рекомендации по использова-
12 нию модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в профессиональном образовании студентов различных специальностей университета.
В приложениях приведены аннотации к используемым в модели компьютерным программам учебного и учебно-прикладного назначения, вопросы контрольных тестовых заданий по изучаемому курсу и т.д.
Концепция информационно-образовательной среды в процессе информатизации системы высшего профессионального образования
Современный этап развития человеческой цивилизации называют периодом построения информационного общества. В развитых странах уже 60-70% трудоспособного населения занято в сфере обработки информации. Информатизация общества привела к изменению характера профессиональной деятельности на основе внедрения в нее новых информационных технологий (НИТ). Период 80-90-х годов - это период всеобщей информатизации человеческого общества, период, иногда называемый "информационным взрывом", который характеризуется резким увеличением объема информации, продуцируемой обществом в целом (удвоение объема информации происходит сейчас примерно через каждые два года) и увеличение зависимости каждого члена общества от этой информации. Исследования, проведенные экспертами ЮНЕСКО, показали, что за последние два десятилетия произошел действительно революционный переворот в использовании средств НИТ (если в 1970 году только 5% экономически активного населения владели информационными технологиями, то к 2000 году их доля возрастает до 64%), причем этот переворот связан не с теми людьми, кто по роду своей деятельности является профессионалами в области вычислительной техники (с 1970 года их доля среди работающих возросла с 0,5% до 4% к 2000г.).
Наиболее важными следствиями такого внедрения считаются: повышение производительности труда в информационной сфере промышленно развитых стран за счет информатизации трудноформализуемых процедур управления, делопроизводства и т.д. и социальная напряженность, вызванная необходимостью все более частой корректировки критериев профессиональной компетенции и, следовательно, социальных приоритетов в тех профессиональных группах, где успешно развивается процесс формализации знаний.
В ходе подготовки к профессиональной деятельности в рамках высшей школы необходимо научиться действовать в условиях внедрения и модернизации средств информационных технологий и к овладению новыми областями их применения, научиться готовности углублять и расширять обучение для получения обновляющихся знаний и предотвращения их старения. В этих условиях перед высшим и средним профессиональным образованием стоит задача подготовки специалистов к профессиональной деятельности с учетом активного применения НИТ.
Следует отметить, что именно экономически развитые и наиболее конкурентоспособные страны, больше других вкладывают (и материальных, и финансовых средств) в развитие образования. Мы становится свидетелями беспрецедентного по своим масштабам развития высшего образования, которое практически во всех странах переживает период реформ. Это зафиксировано во многих публикациях и документах, в том числе и Декларации и рекомендациях второго Международного Конгресса "Образование и информатика: политика в области образования и новые технологии", созванного ЮНЕСКО в сотрудничестве с Правительством Российской Федерации.
В России приоритетным направлением в процессе информатизации общества является информатизация образования. Еще в 1985 году одобрена общегосударственная программа создания, развития производства и эффективного использования компьютерной техники и автоматизированных систем управления, в том числе и в области образования. Кроме того, Министерством образования РФ была принята целевая программа информатизации образования Российской Федерации [91], с целью объединить и направить усилия участников образовательного процесса в области информатизации. Магистральным направлением этих работ является использование коммуникационных и сетевых технологий при решении образовательных задач. Наше общество, общество этапа информатизации и глобальной массовой коммуникации, характеризует процесс активного использования информации в качестве общественного продукта в условиях функционирования всемирной информационной среды или "сетевого пространства", позволяющей формировать информационный поток сообразно интересам и предпочтениям конкретного потребителя. Сегодня интенсивное развитие всемирной информационной среды позволяет обеспечить доступ к учебной информации без ограничения по объему и скорости, а также обращение к любому, сколь угодно удаленному, источнику информации. Реализация возможностей современных технологий информационного взаимодействия (мультимедиа, "виртуальная реальность") расширяет спектр видов учебной деятельности, позволяет совершенствовать существующие и порождает новые организационные формы и методы обучения. Это способствует обучению и воспитанию подрастающего поколения, открытого к интеллектуальному планетарному общению в информационном демократическом социуме.
Главный принцип открытого образования для всех, провозглашенный на проведенном в Москве конгрессе ЮНЕСКО "Образование и информатика", предполагает формирование единого мирового образовательного пространства, концепция которого строится на базе компьютерных телекоммуникаций, дистанционных форм обучения, формирования общемировых образовательных стандартов.
Прежде всего, надо учитывать то, что фундаментальным методом познания на всех этапах образования должен стать информационный подход, основа которого состоит в признании особой роли, которую играет информация в современном мире. Информация уже фактически стала новым фундаментальным понятием наряду с понятием материи и энергии - это объясняется формированием новой транснациональной инфраструктуры, которую сегодня принято называть просто «информационным обществом». В свете этого перехода затрагивается и система образования. В современном образовательном процессе все четче проявляется объективная тенденция к переходу на принципиально новую парадигму образования: от традиционного детерминированного иерархического подхода в организации и управлении в образовательном процессе к постепенному формированию условий для его самоорганизации, к возникновению организованности и целенаправленной упорядоченности [131].
Вышеперечисленное инициирует переход от авторитарных, иллюстративно-объяснительных методов обучения и механического усвоения фактологических знаний к овладению умением самостоятельно приобретать новое знание, пользуясь современными методами представления и извлечения знания, современными технологиями информационного взаимодействия с моделями объектов, процессов, явлений, представленных в предметных средах, и их имитациями. Таким образом, применение информационных и коммуникационных технологий инициирует развитие прогрессивных тенденций совершенствования образования, что, в свою очередь, определяет направления реформирования системы образования в связи с активно развивающимся процессом информатизации образования. Перечислим основные из этих направлений:
- совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, воспитания, соответствующих задачам развития личности обучающегося в современных условиях информатизации и массовой глобальной коммуникации современного общества;
- создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучающегося, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно-учебную, экспериментально-исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации, пользуясь современными методами и средствами информационного взаимодействия и коммуникации; - совершенствование механизмов управления системой образования на
основе использования автоматизированных банков данных научно 4 педагогической информации, информационно-методических материа лов, а также коммуникационных сетей;
- создание единого информационного образовательного пространства, обеспечивающего личностно-ориентированный подход, как в процессе обучения, воспитания так и в процессе информационного взаимодействия, дифференцированного по профессиональным интересам и пред , почтениям;
- самообразование, в частности, повышение квалификации при использовании инфраструктур информационных магистралей;
- создание и использование компьютерных психолого-педагогических тестирующих, диагностирующих методик контроля и оценки уровня знаний.
Решение задач, обозначенных этими направлениями, на современном этапе связывается с такими понятиями как образовательная среда, образовательное пространство и информационно-образовательная среда. Определим эти понятия более подробно Самое общее представление о пространстве связано с порядком расположения (взаимным расположением) одновременно сосуществующих объектов.
Говоря об образовательном пространстве, мы имеем в виду набор определенным образом связанных между собой условий, которые могут оказывать влияние на образование человека. При этом по смыслу в самом понятии образовательного пространства не подразумевается включенность в него обучающегося. Образовательное пространство может существовать и независимо от обучающегося. Понятие "образовательная среда" также отражает взаимо связь условий, обеспечивающих образование человека. В этом случае предполагается присутствие обучающегося в образовательной среде, взаимовлияние, взаимодействие окружения с субъектом (в нашем случае обучающимся). Закономерно возникает вопрос: какое из этих двух понятий в большей мере соответствует идее современного образования, которая состоит в "обращении" образовательного процесса к потребностям человека в общекультурном смысле? Представляется, что ответ на этот вопрос очевиден. Когда речь идет об образовательной среде, то имеется в виду влияние условий образования на обучающегося (точно так же, как и влияние обучающегося на условия, в которых осуществляется образовательный процесс). Это обратное влияние по существу задает направленность образовательной среды через включение значимых для человека знаний и использование комфортных, принимаемых студентами (учащимися) технологий обучения.
Информационно-образовательная среда - представляет собой организованную совокупность средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, ориентированную на удовлетворение образовательных потребностей пользователей. Или еще одно определение из Концепции создания единой информационной сети высшей школы Российской Федерации [89]: Информационно-образовательная среда (ИОС) - программно-телекоммуникационная среда, обеспечивающая едиными технологическими средствами ведение учебного процесса, его информационную поддержку и документирование в среде Интернет любому числу учебных заведений, независимое от профессиональной специализации и уровня образования.
Концепция создания и развития Информационно-образовательной Среды (ИОС) системы образования РФ (далее - Концепция) опирается на материалы эксперимента в сфере дистанционного обучения, проводимого Министерством образования РФ в ряде образовательных учреждений на протяжении 2 лет (с 1997 г. по 1999г.), согласно приказу №1050 от 30.05.97 «О проведении эксперимента в области дистанционного образования» и разработана во исполнение приказа 2389 от 02.08.2000г. «Об организации работ в области открытого образования». При создании системы Открытого Образования в полной мере используются накопленные в российской высшей школе научно-методический, кадровый и производственный потенциал, информационные ресурсы и технологии, опыт проведения дистанционного обучения, существующая телекоммуникационная инфраструктура и организационные структуры высшей школы. Одной из составляющих создания и внедрения в практику принципов Открытого Образования и является концепция формирования единой информационно-образовательной системы. В системе образования РФ в последние годы достаточно активно проводятся работы по интеграции компьютерных телекоммуникационных сетей и научно-методического обеспечения учебного процесса в высшей школе, очевидно стремление объединить наработки системы образования с новейшими информационными технологиями. Однако на сегодняшний день рассматривать перспективные образовательные проекты в отрыве от технологий такой уникальной информационной и транспортной среды, какой является Интернет непозволительно. С учетом достаточно успешного развития российского сегмента Интернет, именно эту транспортную среду передачи различных видов информации следует рассматривать как наиболее перспективную в целях создания информационно-образовательной структуры. Благодаря взрывному росту Интернета, университеты во многих странах мира еще более усилили свои поиски стать полностью подключенными к сетям. В результате, за последние несколько лет произошли существенные изменения в том, как используются компьютеры и компьютерные сети в учебных программах и управлении. Например, многие вузы на "паутине" выставили для всеобщего пользования свои цифровые архивные и рекламные данные.
В рамках Межведомственной программы "Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы" созданы национальная магистральная инфраструктура компьютерных телекоммуникаций, функционирует ряд региональных высокоскоростных сетей передачи данных, организованы средства доступа пользователей к сетевым ресурсам. Создание региональных точек концентрации компьютерных сетей — опорных точек RBNet, в том числе на основе региональных систем обмена типа Internet Exchange, позволяет осуществить обмен данными между различными сетями внутри региона и обеспечить им возможность совместного использования межрегиональных каналов связи. Федеральная университетская компьютерная сеть RUNNet (Russian University Network), являющаяся опорной сетью в системе образования, обеспечивает связь между всеми основными регионами России. Работа опорной сети строится на базе федеральных узлов, расположенных в крупных научно-образовательных центрах страны. Данная сеть с региональными узлами на базе центров НИТ (более 100 центров во всех основных регионах) и Internet-центров (26 центров на базе ведущих университетов) в настоящее время могут обеспечить межрегиональный уровень сетевого взаимодействия образовательных учреждений со скоростями обмена данными 128...2048 Кбит/с. К инфраструктуре системы образования кроме этой сети относятся еще сети RBNet, FREENet и другие, с опорными узлами на основе ЦНИТов и университетских узлов Интернет. Таким образом, можно говорить о существовании определенной телекоммуникационной основе информационно-образовательной структуры. В дальнейшем следует говорить о качественном информационном наполнении этой среды с целью обеспечения поддержки процесса обучения, научных исследований и управления образовательным процессом. Однако на данном этапе, несмотря на то, что сотни учебных заведений России не первый год имеют подключение к Интернет по выделенным каналам, еще рано говорить о массовом появлении в информационном пространстве их виртуальных представительств, работ виртуальных кафедр по специальностям, открытия виртуальных научно-исследовательских лабораторий. Хотя такой подход имеет целый ряд неоспоримых преимуществ в свете обмена и объединения усилий по многим направлениям научной, познавательной и образовательной деятельности. А интуитивное понятие использования возможностей Интернет-технологий как основы для перспективной образова 21 тельной среды вызвало появление массу различных разрозненных информационных ресурсов образовательного направления, не соответствующих ни учебным планам, ни методикам ведения учебного процесса. Как показывает анализ отечественной и зарубежной литературы, см. например [161, 162, 163, 127, 128, 84] формирование фонда информационных и иных ресурсов информационно-образовательных сред следует ввести с учетом следующих условий:
1. Учет изменения особенностей профессиональной деятельности в условиях информатизации общества при постановке целей и задач обучения.
2. Обеспечение преподавателей и студентов открытым и удобным доступом к информации и коммуникационным ресурсам всех видов.
3. Создание условий для развития интеллектуальных и творческих способностей студентов и творческого труда преподавателей.
4. Содержание учебных дисциплин должно соответствовать современному уровню развития науки и техники в их предметной области и иметь прогностический характер.
5. Учет изменения характера практической и экспериментальной деятельности в предметной области учебных дисциплин в условиях НИТ.
6. Расширение содержание обучения путем включения аспектов человеческих связей и динамических действий в контексте конкретной профессиональной деятельности.
7. Гуманизация общего образования и воспитания.
Особенности моделирования и понятие виртуальной реальности в рамках информационно-образовательной лаборатории
Целью нашего исследования является создание модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории, позволяющей организовать учебный процесс таким образом, чтобы в условиях предъявления новых требований к качеству знаний профессиональной подготовки выпускников высшей школы сформировать у студентов умения и навыки использовать научное содержание изучаемых дисциплин в качестве средства решения профессиональных проблем. Для достижения этой цели содержательная часть модельной структуры должна включать в себя материалы изучаемой дисциплины, усвоение и освоение которых, базируется на логике педагогической науки [156]. 1. В целях обоснования основных положений исследуемой концепции рассмотрим общие понятия теории моделирования применительно к нашему исследованию. Моделирование является основным методом исследований во всех областях знаний и научно обоснованным методом оценок характеристик сложных систем, используемым для принятия решений в различных сферах деятельности. Целью методологии моделирования является упорядочение получения и обработки информации об объектах, которые существуют вне нашего сознания, и взаимодействуют между собой и внешней средой. Основой моделирования является гипотеза, которая основывается на определенном количестве опытных данных, наблюдений, догадок. Гипотеза должна быть проверена в ходе специально проведенного эксперимента. При проверке правильности гипотезы в качестве метода суждения часто используют аналогию, которая является суждением о частном сходстве двух объектов. Уровень существенности сходства двух объектов понятие условное и относительное и целиком зависит от уровня абстрагирования, который определяется целью проводимого исследования. Можно считать, что аналогия связывает гипотезу и эксперимент. Гипотезы и аналогии должны обладать наглядностью и быть удобными для исследования. Такие логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить эксперименты, называются моделями. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
Обобщенно моделирование можно определить как метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам;
моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (второй системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Следует отметить, что с точки зрения философии моделирование — эффективное средство познания природы. Процесс моделирования предполагает наличие: объекта исследования;
исследователя, перед которым поставлена конкретная задача;
модели, создаваемой для получения информации об объекте и необходимой для решения поставленной задачи. Причем по отношению к модели исследователь является, по сути дела, экспериментатором, только в данном случае эксперимент проводится не с реальным объектом, а с его моделью. Надо иметь в виду, что любой эксперимент будет иметь существенное значение в конкретной области науки только при специальной его обработке и обобщении. Единичный эксперимент никогда не может быть решающим для подтверждения гипотезы, проверки теории. Поэтому исследователи должны быть знакомы с элементами современной методологии теории познания и, в частности, не должны забывать, что именно экспериментальное исследование, опыт, практика являются критерием истины.
Таким образом, модель является «заместителем» реального объекта [66], в рамках модели «устанавливаются и обосновываются все связи и отношения всех, функционирующих в системе потоков информации и средств ее передачи, переработки и накопления» [2]. В рамках нашего исследования в роли реального объекта выступает учебная лаборатория, оснащенная средствами новых информационных технологий, содержащая определенный объем учебного материала с удобным и понятным доступом к нему, а главное, позволяющая обращаться к всемирным информационным ресурсам по изучаемой теме и организованная на постоянное обновление учебного материала с использованием новинок в данной области знаний.
В нашей модели учебный процесс представляет собой целостный комплекс связанных друг с другом элементов, поэтому при моделировании следует обязательно учесть, что внедрение в эту систему новых составляющих, повлечет за собой изменение и перестройку других компонент учебного процесса. [9, 80]. По своей сущности сам учебный процесс связан с «непрерывным моделированием» [2], поэтому фактически модель учебного процесса в рамках виртуальной информационно-образовательной лаборатории является всего лишь его организационной основой и средством выражения его содержания в данный момент времени. Принципиально важным моментом проектирования организационной структуры данной модели является такая организация учебного материала, методов и средств обучения, контроля и самой педагогической деятельности, при которой динамическое обновление содержимого любого из компонентов учебного процесса не будет влиять на их связность и преемственность, а также сохранит логическую направленность обучения, необходимую для формирования профессионально значимых качеств личности. 2. В качестве основополагающих компонент модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории выступают новые информационные технологии (НИТ). На современном этапе различают следующие модели использования НИТ в компьютерных приложениях:
- Модель изучения, которая предназначена для изучения самого компьютера, его пользовательского интерфейса, программного обеспечения. Такая модель является своеобразным подготовительным этапом для реализации использования компьютера в других моделях;
- Модель существования, которая обладает наибольшим по силе воздействием на пользователя и осуществляет моделирование искусственных сред или виртуальной реальности с помощью средств мультимедиа. При этом пользователь воспринимает эту среду как реальность, в которой он некоторое время существует и осуществляет свою деятельность;
- Модель управления собственной информацией, которая осуществляет накопление пользователем собственных материалов, требующих специального внимания в смысле организации хранения, обновления и т.д. Данная модель требует определенной степени самостоятельности пользователя;
- Модель управления технологическим процессом, которая осуществляет действия по использованию компьютера в качестве интеллектуального интерфейса между пользователем и управляемым процессом; - Модель творчества, которая предполагает достаточную степень освоения компьютера пользователем, позволяющую использовать его как инструмент
для выполнения творческих заданий. К примеру, создание компьютерных рисунков можно рассматривать как творчество;
- Модель общения, которая позволяет, используя современные компьютерные технологии осуществлять передачу сообщений между пользователями. Такая модель может активно использоваться при осуществлении групповых
Реализация модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории в учебном процессе высшей школы
Целью нашего исследования является создание модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории, позволяющей организовать учебный процесс таким образом, чтобы в условиях предъявления новых требований к качеству знаний профессиональной подготовки выпускников высшей школы сформировать у студентов умения и навыки использовать научное содержание изучаемых дисциплин в качестве средства решения профессиональных проблем. Для достижения этой цели содержательная часть модельной структуры должна включать в себя материалы изучаемой дисциплины, усвоение и освоение которых, базируется на логике педагогической науки [156]. 1. В целях обоснования основных положений исследуемой концепции рассмотрим общие понятия теории моделирования применительно к нашему исследованию. Моделирование является основным методом исследований во всех областях знаний и научно обоснованным методом оценок характеристик сложных систем, используемым для принятия решений в различных сферах деятельности. Целью методологии моделирования является упорядочение получения и обработки информации об объектах, которые существуют вне нашего сознания, и взаимодействуют между собой и внешней средой. Основой моделирования является гипотеза, которая основывается на определенном количестве опытных данных, наблюдений, догадок. Гипотеза должна быть проверена в ходе специально проведенного эксперимента. При проверке правильности гипотезы в качестве метода суждения часто используют аналогию, которая является суждением о частном сходстве двух объектов. Уровень существенности сходства двух объектов понятие условное и относительное и целиком зависит от уровня абстрагирования, который определяется целью проводимого исследования. Можно считать, что аналогия связывает гипотезу и эксперимент. Гипотезы и аналогии должны обладать наглядностью и быть удобными для исследования. Такие логические схемы, упрощающие рассуждения и логические построения или позволяющие проводить эксперименты, называются моделями. Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
Обобщенно моделирование можно определить как метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам;
моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (второй системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Следует отметить, что с точки зрения философии моделирование — эффективное средство познания природы. Процесс моделирования предполагает наличие: объекта исследования;
исследователя, перед которым поставлена конкретная задача;
модели, создаваемой для получения информации об объекте и необходимой для решения поставленной задачи. Причем по отношению к модели исследователь является, по сути дела, экспериментатором, только в данном случае эксперимент проводится не с реальным объектом, а с его моделью. Надо иметь в виду, что любой эксперимент будет иметь существенное значение в конкретной области науки только при специальной его обработке и обобщении. Единичный эксперимент никогда не может быть решающим для подтверждения гипотезы, проверки теории. Поэтому исследователи должны быть знакомы с элементами современной методологии теории познания и, в частности, не должны забывать, что именно экспериментальное исследование, опыт, практика являются критерием истины.
Таким образом, модель является «заместителем» реального объекта [66], в рамках модели «устанавливаются и обосновываются все связи и отношения всех, функционирующих в системе потоков информации и средств ее передачи, переработки и накопления» [2]. В рамках нашего исследования в роли реального объекта выступает учебная лаборатория, оснащенная средствами новых информационных технологий, содержащая определенный объем учебного материала с удобным и понятным доступом к нему, а главное, позволяющая обращаться к всемирным информационным ресурсам по изучаемой теме и организованная на постоянное обновление учебного материала с использованием новинок в данной области знаний.
В нашей модели учебный процесс представляет собой целостный комплекс связанных друг с другом элементов, поэтому при моделировании следует обязательно учесть, что внедрение в эту систему новых составляющих, повлечет за собой изменение и перестройку других компонент учебного процесса. [9, 80]. По своей сущности сам учебный процесс связан с «непрерывным моделированием» [2], поэтому фактически модель учебного процесса в рамках виртуальной информационно-образовательной лаборатории является всего лишь его организационной основой и средством выражения его содержания в данный момент времени. Принципиально важным моментом проектирования организационной структуры данной модели является такая организация учебного материала, методов и средств обучения, контроля и самой педагогической деятельности, при которой динамическое обновление содержимого любого из компонентов учебного процесса не будет влиять на их связность и преемственность, а также сохранит логическую направленность обучения, необходимую для формирования профессионально значимых качеств личности. 2. В качестве основополагающих компонент модели виртуальной информационно-образовательной лаборатории выступают новые информационные технологии (НИТ). На современном этапе различают следующие модели использования НИТ в компьютерных приложениях:
- Модель изучения, которая предназначена для изучения самого компьютера, его пользовательского интерфейса, программного обеспечения. Такая модель является своеобразным подготовительным этапом для реализации использования компьютера в других моделях;
- Модель существования, которая обладает наибольшим по силе воздействием на пользователя и осуществляет моделирование искусственных сред или виртуальной реальности с помощью средств мультимедиа. При этом пользователь воспринимает эту среду как реальность, в которой он некоторое время существует и осуществляет свою деятельность;
- Модель управления собственной информацией, которая осуществляет накопление пользователем собственных материалов, требующих специального внимания в смысле организации хранения, обновления и т.д. Данная модель требует определенной степени самостоятельности пользователя;
- Модель управления технологическим процессом, которая осуществляет действия по использованию компьютера в качестве интеллектуального интерфейса между пользователем и управляемым процессом; - Модель творчества, которая предполагает достаточную степень освоения компьютера пользователем, позволяющую использовать его как инструмент
для выполнения творческих заданий. К примеру, создание компьютерных рисунков можно рассматривать как творчество;
- Модель общения, которая позволяет, используя современные компьютерные технологии осуществлять передачу сообщений между пользователями. Такая модель может активно использоваться при осуществлении групповых
