Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ СЕТЕВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА 16
1.1. Компьютерные сети как базовый раздел предметной области «Информатика» и классификация сетей и сетевых технологий 16
1.2. Учебные компьютерные сети: назначение, проектирование, создание и уровни их использования в образовательном учреждении 28
1.3. Виртуальные машины как программный продукт и как средство для обучения профессиональной деятельности специалистов в области сетевых технологий 48
1.4. Компетентностный подход как современная основа обучения и характеристика специальной компетентности учителя информатики в области администрирования учебной
компьютерной сети 63
1.5. Построение методической системы и ее интерпретаций как методология исследования в области методики 71
1.6. Концепция обучения сетевым технологиям будущих учителей информатике в логике компетентностного подхода 75
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 93
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ СЕТЕВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ НА БАЗЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН 97
2.1. Анализ подходов к обучению сетевым технологиям в педагогических вузах и обзор существующих учебно-методических ресурсов по данной проблематике 97
2.2. Цели обучения сетевым технологиям и принципы отбора содержания в логике компетентно стного подхода к обучению 109
2.3. Содержание обучения сетевым технологиям будущих учителей информатики: концептуальные линии и структура содержания обучения 119
2.4. Метод целесообразно подобранных задач как базовый для поэтапного формирования умений, составляющих специальную компетентность учителя информатики в области
администрирования учебных компьютерных сетей 144
2.5. Виртуальные машины как основное средство обучения деятельности в области администрирования учебных компьютерных сетей 149
2.6. Формы обучения сетевым технологиям в педагогическом вузе 163
2.7. Варианты реализации методической системы обучения сетевым технологиям в педагогическом вузе 166
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 171
ГЛАВА 3. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ СЕТЕВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ ПОСРЕДСТВОМ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН В РАМКАХ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 173
3.1. Общая характеристика опытно-экспериментального исследования 173
3.2. Анализ состояния проблемы подготовки учителей информатики в области сетевых технологий 178
3.3. Использование факторного анализа для структуризации содержания обучения в рамках педагогического эксперимента 187
3.4. Использование математических методов и моделей для проверки сформированности знаний и умений в области сетевых технологий как составляющих специальной компетентности учителя информатики в этой области 192
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 204
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 207
БИБЛИОГРАФИЯ 209
ПРИЛОЖЕНИЯ 231
- Компьютерные сети как базовый раздел предметной области «Информатика» и классификация сетей и сетевых технологий
- Анализ подходов к обучению сетевым технологиям в педагогических вузах и обзор существующих учебно-методических ресурсов по данной проблематике
- Анализ состояния проблемы подготовки учителей информатики в области сетевых технологий
Введение к работе
Среди ведущих идей и направлений Концепции модернизации Российского образования особо можно выделить такие как информатизация, индивидуализация и фундаментализация образования. При этом, на наш взгляд, наиболее плодотворными в своем решении сегодня являются проблемы информатизации и индивидуализации образования, которые, как правило, решаются многими исследователями в области образования на базе информационных технологий, в частности, сетевых компьютерных технологий и технологий информационно-образовательных сред. Что касается фундаментали-зации образования, то ее проблемы решаются на уровне внедрения в образовательную практику технологий и идей деятельностной парадигмы образования, в частности, компетеитностного подхода.
Проблемам информатизации образования, применению информационных и в том числе сетевых технологий в образовании посвящены работы многих ученых (А.П.Ершов, К.К.Колин, И.В.Роберт, В.А.Извозчиков, Я.А.Ваграмеико, Р.М.Юсупое, В.П.Заболотский, Б.Я.Советов, В.ВЛаптев, А.Ю.Уваров, С.Д.Каракозов, А.А.Ахаян, Т.Г.Везиров, В.В.Гриншкун, С.А.Щенников, В.В.Шаравпн, В.З.Ямполъский и др.).
В нашем исследовании мы рассмотрим вопросы подготовки специалистов в области создания и развития единого информационно-образовательного пространства, которое образуют информационно-образовательные среды отдельных образовательных заведений, базирующиеся на использовании сетевых технологий.
Формирование единого информационно-образовательного пространства осуществляется сегодня в рамках региональных и федеральных программ, в том числе и в следующих направлениях, актуальных для нашего исследования:
- оснащение учебных заведений сетевым оборудованием для обеспечения использования в образовательной практике современных сетевых технологий;
- создание информационно-образовательных серверов учебных заведений, обеспечивающих сетевой доступ к образовательному контенту (учебным материалам), имеющемуся в учебных заведениях регионального и федерального уровней;
- обеспечение доступа к сети Интернет образовательных учреждений всех уровней;
- создание интегрированных информационных образовательных сред разного уровня.
Обеспечение решения указанных задач требует наличия в образовательных учреждениях и, прежде всего, в их наиболее массовом звене - общеобразовательных учебных заведениях - достаточного количества квалифицированных специалистов, обеспечивающих создание, развитие, а также профессиональное обслуживание информационных образовательных сред. Под обслуживанием информационных образовательных сред, как правило, понимается администрирование, мониторинг, обеспечение информационной безопасности образовательной среды конкретного учреждения на базовом уровне сетевых технологий - технологий компьютерных сетей.
В общеобразовательных учебных заведениях эта задача (программно-техническое сопровождение информационно-образовательной среды), как правило, возлагается на учителя информатики, который, таким образом, должен иметь соответствующую подготовку по данному направлению, т.е. обладать необходимым уровнем профессиональной компетентности. Решение этой задачи может достигаться как путем подготовки в рамках государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО), так и в рамках дополнительного образования.
Отметим, что проблемы подготовки 1Т-специалистов по направлению «Сетевые технологии» исследовались в работах В.А.Сухомлина, В.В.Сухомлина [2003], В.Г.Олифер, Н.А.Олифер [2001, 2006], А.В.Гиглаеого [2007], Б.Я.Советова [1994, 2006] и др., а вопросы подготовки и переподготовки учителя информатики в этом направлении нашли свое отражение (в большей или меньшей степени) в работах И.Д.Иванникова [1998], М.В.Швецкого [1994], В.В.Лаптева [2000, 2003], С.Д.Каракозова [2005], Р.В.Колбина [2007] и др.
Существующая тенденция ориентации результатов обучения на умение решать личностно-значимые и практико-ориентированные, важные в профессиональной деятельности задачи, а также ориентация нового поколения образовательных стандартов ГОС ВПО на компетентностный подход приводят к актуальности его использования и в нашем исследовании. Кроме этого, в рамках нашего исследования мы исходили из того, что компетентностный подход к обучению в настоящее время стал не только средством обеспечения будущего специалиста конкретными узкоспециализированными компетент- ностями, но и средством фундаментализации образования - на современном уровне понимания фундаментальных знаний (Ж.-Ф.Лиотар, К.К.Колин, Б.СГершунский, А.С.Лесневскнй, А.М.Новиков, Г.А.Бордовский,
А.С.Кондратьев, А.Д.Суханов и др.). А именно - средством, позволяющим формировать общие виды деятельности у будущего специалиста, направленные на «объяснения мира» в контексте изучаемого учебного предмета или дисциплины.
Отметим, что большой вклад в развитие идей и практики использования компетентностного подхода в образовании внесли своими исследованиями М.В.Рыжаков, А.В.Баранников, В.А.Козырев, Н.Ф.Радионова, В.И.Байденко, Ю.Г.Татур, И.А.Зимняя, С.Е.Шншов, В.А.Кальней, К.Г.Митрофанов, О.В.Соколова, А.Н.Тубельский, В.В.Шаповал и др. Укажем также, что проблемы совершенствования подготовки будущего учителя информатики в предметной области на основе компетентностного подхода, исследовались в работах С Д. Каракозова, О.Г.Смоляниновой, Д.Ш.Матроса, М.Б.Лебедевой, Е.В.Данилъчук, Г.А.Кручининой, Т.К.Смыковской и др.
Согласно компетентностному подходу1, компетентность «имеет дея-тельностный характер обобщенных умений в сочетании с предметными умениями и знаниями в конкретных областях» и проявляется в «умении осуществить выбор, исходя из адекватной оценки себя в конкретной ситуации». При этом под профессиональной компетентностью учителя понимается интегральная характеристика, определяющая способность специалиста решать профессиональные проблемы и типичные профессиональные задачи, возникающие в реальных жизненных ситуациях профессиональной деятельности, с использованием знаний, профессионального и жизненного опыта, ценностей и наклонностей. В процессе формирования профессиональной компетентности" будущего специалиста выделяются: (а) ключевые компетентности, от ажающие специфику определенной профессиональной деятельности; (б) базовые компетентности, необходимые для любой профессиональной деятельности, проявляющиеся в способности решать профессиональные задачи на основе использования информации, коммуникации (в т.ч. на иностранном языке), социально-правовых основ поведения личности в гражданском обществе; (в) специальные компетентности (специализированные и узкоспециализированные), отражающие специфику конкретной предметной сферы профессиональной деятельности.
Остановимся еще на одном положении, которое является более частным и, в то же время, определяющим в рамках нашего исследования при выборе средства обучения будущих учителей информатики сетевым технологиям. Реализуемая в компьютерной сети учебных заведений политика информационной безопасности, как правило, предоставляет обучающимся минимально необходимые права для работы с оборудованием и программным обеспечением. Поэтому будущий специалист (учитель информатики) практически не имеет возможности научиться профессионально решать задачи, связанные с использованием оборудования, сетевых технологий, требующих значительных прав доступа (установка программного обеспечения, настройка сетевой операционной системы, администрирование компьютерной сети, обеспечение безопасности ее функционирования и т.д.).
Таким образом, при организации обучения будущих учителей информатики решению профессиональных задач в области сетевых технологий, возникает «конфликт интересов». С одной стороны, у студентов имеется потребность в знаниях и умениях в области сетевых технологий, а у преподавателя - готовность предоставить им необходимую подготовку. В то же время, с другой стороны, общепринятая политика информационной безопасности, поддерживаемая в компьютерной сети учебного заведения и направленная на обеспечение ее устойчивого функционирования в условиях реального учебного процесса, серьезно затрудняет решение этой задачи.
Из необходимости разрешения указанного противоречия вытекает основная проблема данного исследования, обуславливающая его актуальность — обеспечение возможности полноценной и качественной подготовки будущих учителей информатики в области сетевых технологий, позволяющей им решать профессиональные задачи по проектированию, обслуживанию, настройке и администрированию компьютерных сетей образовательных уч реэкдетш, составляющих его специализированную компетентность в этой предметной области.
Объект исследования — подготовка будущих учителей информатики в области сетевых технологий.
Предмет исследования — методика обучения- будущих учителей информатики, направленная на формирование специальной (специализированной) компетентности будущего учителя информатики в области сетевых технологий.
Цель исследования — разработка методики обучения сетевым технологиям будущего учителя информатики посредством использования специального программного обеспечения — приложений виртуальных машин и сред в логике компетентностного подхода.
Гипотеза исследования заключается в следующем:
Методика обучения будущих учителей информатики, направленная на формирование специальной (специализированной) компетентности в области сетевых технологий, может быть построена, если при проектировании методической системы обучения
- содержание специализированного обучения будет выстраиваться с учетом модели деятельности специалиста в области администрирования телекоммуникационных (компьютерных) сетей и включать набор его типовых профессиональных задач;
- формы организации обучения будут отбираться на основе деятелъ-ностного подхода и основываться на модульной технологии;
- в качестве основного средства обучения будет использоваться специальное программное обеспечение — приложения виртуальных машин и сред.
Для достижения поставленной цели и подтверждения сформулированной гипотезы были поставлены и решены следующие задачи:
- первая группа (задачи теоретического характера, необходимые для обоснования отбора содержания обучения сетевым технологиям) - на основе анализа научной и методической литературы с опорой на онтологическое оп ределение информатики как науки выбрать и уточнить определения базовых понятий предметной области, а именно: информационные и сетевые технологии, компьютерная сеть, информационно-образовательная среда, учебная-компьютерная сеть и др.;
- вторая группа (задачи технологического характера, необходимые для осуществления отбора элементов методической системы обучения сетевым технологиям):
а) на основе анализа деятельности администратора компьютерной сети выделены и сформулировать основные (типовые) задачи сетевого администрирования;
б) осуществить отбор содержания, методов и форм обучения сетевым технологиям, соответствующих типовым задачам сетевого администрирования;
в) рассмотреть возможность использования в качестве средства обучения сетевым технологиям специального программного обеспечения - приложений виртуальных машин и сред.
- третья группа (задачи экспериментального характера, подтверждающие апробацию предложенного подхода к обучению и методики):
а) обосновать средствами педагогического эксперимента подход к обучению будущего учителя информатики основам сетевого администрирования;
б) провести экспериментальную проверку построенной методики обучения сетевым технологиям посредством виртуальных машин и сред в виде конкретной реализации методической системы обучения.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ зарубежной и отечественной научно-технической, методической и специализированной литературы по информационным и сетевым технологиям, построению информационно-образовательных систем и информационных сред учебных заведений, компьютерным сетям, приложениям виртуальных машин с целью выявления состояния и определения путей решения проблемы данного диссертационного исследования; изучение и обобщение педагогического опыта: анализ образовательных программ, учебников и учебных пособий для подготовки специалистов; анкетирование и метод экспертных оценок; методы математической статистики для обработки результатов исследования; топологическая сорти ровка на графах для структуризации содержания обучения; проведение педагогического эксперимента.
Теоретико-методологическая основа исследования: работы в области методологии информатизации образования (А.П.Ершов, К.К.Колин, И.В.Роберт, В.А.Извозчиков и др.); развитие идей фундаментализации образования (В.В.Лаптев, М.В.Швецкгш, Н.И.Рыжова, К.К.Колин, В.Г.Кгшелев, Б.Е.Саморуков, С.А.Тнхомиров и др.); разработки методических систем обучения конкретному предмету и совершенствования подготовки учителя информатики (А.М.Пышкало, В.В.Лаптев, М.В.Швецкий, Н.И.Рыжова, Т.А.Бороненко, Е.В.Даншъчук, С.Д.Каракозов, Е.А.Ракшпина, О.ГСмолянинова, Т.К.Смыковская и др.); развитие идей и практика внедрения компетентностного подхода в образовании (М.В.Рыжаков, В.А.Козырев, Н.Ф.Радионова, В.И.Байденко, Ю.Г.Татур; И.А.Зимняя, С.Е.Шшиов, В.КЗагвоздкнн, Д.А. Иванов, КГ.Митрофанов и др.); работы в области теории и практики технологии модульного подхода в обучении (П.А.Юцевичене М.А.Чошапое, Д.В.Черттевский, О.Б.Даутова, О.Н.Крылова, М.Б.Лебедева и др.); технологии администрирования компьютерных сетей (Э.Таненбаум, Стопинге, М.Спортак, В.Г.Олнфер, Н.А.Олнфер и др.); использование сетевых технологий в практике образовательных заведений и обучения (А.Ю.Уваров, С.Д.Каракозов, А.А.Ахаян, Т.Г.Везнров, В.В.Ипъин, В.В.Грнншкун, С.А.Щенннков, В.В.Шаравнн и др.); развитие средств виртуализации и их использование в учебном процессе (Я.Метлнс, Дою. Смит, Р.Наир, А.Гулътяев, С.Орлов, М.Розенблюм, Т.Гарфинкепъ, В.Стерши, В.Семёнов, Ю. Меркулов, А.Самогтенко, Ш.Н.Усманов, R.P.Goldberg, Robert М. Metcalfe, R.David Bog, M. Walter u др.)
Отметим, что в период с 2005 по 2007 гг. были проведены диссертационные исследования, в которых изучены вопросы, актуальные для нашей Работы: формирование профессиональной компетентности будущих учителей информатики Буяковской И.А. [2006], Гайдамак Е.С. [2006], Коткіша С.Д. [2006], Новиковой Л.А. [2007], Сидоровой Е.В. [2006] и др. ученых , построение методических систем, направленных на повышение качества подготовки будущих учителей информатики представлено в работах Китаевской Т.Ю. [2005], Меламуда В.Э. [2005], Кузнецовой Л.Г. [2007]; Киръяковой И.В. [2007], Копылова А. С. [2007] и др. ученых; проблемам разработки внедрения модульной технологии обучения посвящены работы Лебедевой М.Б. [2007],
Ковыневой М.Б. [2007], Сорокиной Н.В. [2004] и др. ученых4, разработка технологий тестовой формы контроля качества знаний будущих специалистов представлена в работах Морееа И.А. [2005], Козлова СВ. [2006], Шатовой КВ. [2007] и др. ученых.
Содержание применяемых методов исследования, конкретные проблемы, решаемые с помощью каждого из них, а так же экспериментальные материалы описаны в соответствующих разделах диссертации.
Логика и основные этапы исследования
На первом этапе исследования (2003-2004 гг.) проводился теоретический анализ специальной научной и технической литературы в области информационных, в том числе - сетевых, с целью определения уровня развития обучения в этих областях. Анализировалась методическая и психолого-педагогическая литература по проблемам информатизации образования, проводился анализ использования приложений виртуальных машин при обучении информатике в учебном процессе образовательных учреждений высшего профессионального образования. Анализировались проблемы в вопросах подготовки будущих учителей информатики в области сетевых технологий. В результате этого изучения выявлена необходимость проведения исследования по данной тематике, определена его методологическая база.
На втором этапе (2004—2005 гг.) был выполнен контент-анализ существующих учебных программ, монографий и учебных пособий, а также действующих Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования в области подготовки будущих учителей информатики; на основе проведенного анализа и материалов анкетирования преподавателей и специалистов в области сетевых технологий, а также с учетом требований, предъявляемых к учителям информатики на современном этапе информатизации, был произведен отбор материала для построения теоретической модели обучения сетевым технологиям (методической системы обучения) будущих учителей информатики. Были сформулированы гипотеза и концепция диссертационного исследования. Основной целью на этом этапе было проведение отбора содержания обучения сетевым технологиям, в частности — анализ существующих и актуальных на современном этапе информатизации методов и технологий данной предметной области, используемых для обеспечения функционирования компьютерных сетей. Кроме того, согласно сформулированным концептуальным линиям содержания обучения, с помощью математических методов и моделей была проведена структуризация содержания обучения сетевым технологиям, способствующая формированию специальной (специализированной) компетентности будущих учителей информатики в области сетевых технологий на ключевом, базовом и специальном уровнях в условиях предметной и специализированной подготовки будущего учителя информатики.
На третьем этапе (2005-2006 гг.) была проведена апробация разработанной методической системы обучения сетевым технологиям будущих учителей информатики в рамках педагогического эксперимента (в том числе экспериментальная проверка гипотезы, выдвинутой в диссертационном исследовании) и определены дальнейшие перспективы ее развития.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена следующими факторами: теоретическим обоснованием положений исследования и практической реализацией элементов построенной в рамках диссертации методической системы обучения сетевым технологиям посредством виртуальных машин; количественным и качественным анализом полученных результатов; использованием методов математической статистики для обработки результатов проведенного опытно-экспериментального исследования.
Научная новизна исследования определяется следующими идеями:
— предложен новый подход к обучению сетевым технологиям будущих учителей информатики, базирующийся на совокупности учебных профессиональных задач в области сетевого администрирования компьютерных сетей, отражающих структуру деятельности специалиста в этой области;
— выделены и сформулированы профессиональные задачи в области сетевого администрирования, совокупность которых определяет специальную (специализированную) компетентность учителя информатики на ключевом, базовом и специальном уровнях;
— построена методическая система обучения сетевым технологиям, в рамках которой учебные цели сформулированы в логике компетентностного подхода к обучению специалистов; структура содержания обучения базируется на предложенной автором структуре основных профессиональных задач специалиста в области сетевого администрирования учебных компьютерных сетей; в качестве основного метода обучения выбран метод целесообразно подобранных задач; базовым средством обучения являются виртуальные машины (среды).
Теоретическая значимость исследования состоит в обосновании предложенной методики обучения сетевым технологиям будущих учителей информатики и построенной в ее рамках методической системы обучения, а именно:
— в разработке концепции формирования профессиональной компетентности в области сетевого администрирования с использованием технологии виртуальных машин в логике компетентностного подхода на базе использования метода целесообразно подобранных задач, соответствующих структуре основных профессиональных задач специалиста в области сетевого администрирования компьютерных сетей;
— в обосновании классификации учебных профессиональных задач сетевого администрирования, определяющих ключевой, базовый и специальный уровни специализированной компетентности учителя информатики в области обеспечения функционирования учебной компьютерной сети образовательного учреждения.
Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что в рамках предложенной методики обучения сетевым технологиям будущих учителей информатики разработанная методическая система обучения с использованием виртуальных машин доведена до практической реализации в виде конкретного учебного предмета для базовой предметной и специализированной подготовки учителя информатики, который, в свою очередь, обеспечен необходимыми средствами обучения в виде лабораторного практикума и цифрового образовательного ресурса .
На защиту выносятся следующие положения: 1. В основу методики обучения сетевым технологиям на основе компетентностного подхода целесообразно положить модель методической системы обучения, в которой:
- цели и содержание обучения описываются совокупностью задач, определяющих специальную (специализированную) компетентность будущего учителя информатики на уровне администрирования телекоммуникационной (компьютерной) сети;
4Курс "Основы сетевых технологий»: обучение на базе использования виртуальных машин 1Ш2і//2ІШІШУ!кЛ1Ш Йлчд/
- базовым методом обучения является метод целесообразно подобранных задач, которые отражают основные этапы деятельности специалиста в области проектирования, настройки, обслуживания и администрирования компьютерной сети (системного администратора);
- основным средством обучения является специальное программное обеспечение — приложения виртуальных машин и сред.
2. Обучение сетевым технологиям будущих учителей информатики по предложенной методике позволит сформировать у них специализированную компетентность в области сетевого администрирования учебных компьютерных сетей на ключевом, базовом и специальном уровнях за счет использования виртуальных машин как базового средства обучения. Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические положения диссертационного исследования обсуждались на научно-практических конференциях в Мурманском государственном педагогическом университете (Мурманск, 2006, 2007 гг.), в том числе на международной научно-практической конференции «Информационно-образовательная среда современного вуза как фактор качества образования» (Мурманск, 2007 г.). а так же на Всероссийской научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании» в Институте информатизации образования РАО (Москва, 2007 г.),
Основные положения диссертационного исследования отражены в 9 публикациях автора, в числе которых 1 учебно-методическое пособие.
Результаты исследования прошли апробацию в рамках педагогического эксперимента и внедрены в практику профессиональной подготовки будущих учителей информатики Мурманского государственного педагогического университета (МГЛУ), а именно:
(1) в рамках курса «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии», прочитанного студентам специальностей: 050203.00 Физика с дополнительной специальностью «Информатика», 050201.00 Математика с дополнительной специальностью «Информатика», 050202.00 Информатика с дополнительной специальностью «Английский язык» физико-математического факультета (с 2003 по 2007 г.), 050708.00 Педагогика и методика начального образования с дополнительной специальностью «Информатика» факультета педагогики и психологии на очном и заочном отделениях (2003 г.); в рамках факультативного курса «Основы работы в операционной системе Linux» для студентов специальности 050203.00 Физика с дополнительной специальностью «Информатика» физико-математического факультета (2003 г.); в рамках курса по выбору «Основы сетевых технологий», прочитанного студентам специальности 050203 Физика с дополнительной специальностью «Информатика» физико-математического факультета (2006-2007 гг.).
Последовательность решения основных задач исследования определила структуру построения диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений (которые содержат анкеты и результаты педагогического эксперимента, программу учебного курса, примеры учебно-методических материалов для работы со студентами, примеры контрольно-измерительных материалов и другие материалы). Основной текст занимает 208 стр., в том числе 18 рисунков, 18 таблиц, библиография (284 наименования, из них на иностранном языке - 10)-22 стр., приложения - 40 ст
Компьютерные сети как базовый раздел предметной области «Информатика» и классификация сетей и сетевых технологий
В современном понимании информатика представляет собой комплексное научное направление, имеющее междисциплинарный характер. Она активно содействует развитию ряда других научных направлений и тем самым выполняет интегративную функцию в системе наук. Рассматривая место информатики в традиционно сложившейся системе наук (технических, естественных, гуманитарных) можно говорить, что мнения современных ученых сходятся в том, что в настоящее время информатика имеет черты различных наук и выступает комплексной междисциплинарной отраслью научного знания. [Колин, 2000, а]
В научной литературе присутствуют как гносеологические, так и онтологические подходы к определению понятия информатика. Рассуждая о неоднозначности определений рассматриваемого понятия, А.Я.Фридланд [Основные, 2005] приводит следующие факторы, влияющие на формирование различных точек зрения: (1) молодость науки; (2) скорость развития информатики; (3) уровень ее влияния на другие сферы деятельности; (4) невозможность выделения в настоящее время границ ее влияния; (5) тесная связь информатики со смежными науками: естественными, техническими гуманитарными и математикой.
Приведем определения понятия информатики, пытающиеся охватить его и гносеологические, и онтологические стороны. Информатику можно рассматривать как комплексную дисциплину: (1) естественная наука (фундаментальные и прикладные исследования), которая изучает общие свойства информации (данных и знаний), методы и системы для ее создания, накопления, обработки, хранения, передачи и распределения с помощью вычислительной техники и связи; (2) отрасль промышленности (опытно-конструкторские работы и производство), которая занимается проектированием, изготовлением, сбытом и развитием систем информатизации и их компонентов; (3) инфраструктурная область (профессиональная деятельность и эксплуатация систем информатизации), которая занимается сервисом и эксплуатацией систем информатизации, обучением и др. [Закономерности, 1987]. С точки зрения В.В.Лаптева и М.В.Швегрюго [2000] первое и третье значения термина информатика могут трактоваться как гносеологические, так как они относятся не к объективной действительности, а к ее отражению в науке, обозначая некоторые области знания. Второе из приведенных значений авторы относят к онтологическим, так как оно обозначает определенное явление социальной действительности как таковой, независимо от осмысления ее учеными.
В контексте нашего исследования будем находиться в рамках онтологического определения, поскольку нас в первую очередь интересуют средства и технологии, предоставляемые информатикой современному обществу и способствующие его информационному развитию во всех его сферах.
Напомним, что онтологическое определение обозначает определение явления социальной действительности как данного и приведем онтологическое определение понятия информатика, сформулированное В.В.Лаптевым, Н.И.Рыжовой, М.В.Швецким [2003, с.75-76]: «информатика - это комплексная научная и инженерная дисциплина: (1) объектом информатики являются информационные процессы любой природы; (2) предметом информатики являются новые информационные технологии, которые реализуются с помощью вычислительных (человеко-машинных) систем; (3) методологией информатики выступает вычислительный эксперимент».
Кроме этого определения, в котором информационные технологии выделены как неотъемлемая составная часть информатики, существует определение информатики, сочетающее ее двойственный характер, ее фундаментальность и технологичность. Согласно работам [Гриценко, Панынин, 1988; Математический, 1995; Ракитина, 2002; Лаптев, Рыжова, Швецкий, 2003; Раскина, 2005 и др.], (а) объектом информатики как науки выступают информационные процессы и научные основы их организации; (б) предметом - информационные технологии, реализующие их; (в) системообразующим элементом предметной области — информационные технологии в сочетании с компонентами теоретической и социальной информатики и средств автоматизации.
Понимая важность понятия информационные технологии как составляющей части информатики-науки, многие ученые в своих работах рассматривают и формулируют его (как в широком, так и в узком смысле) [Гриценко, Паньшин, 1988; Жалдак, 1989; В.А.Извозчиков, 1991; Макарова, 1992, 1997; Советов, 1994; Першиков, Савинков, 1995; Панюкова, 1998; Колин, 2000, б; Острейковский, 2000; Бешенков, Ракитина, 2001; Везиров, 2001; Угринович, 2002, а, б; Лаптев., Рыжова Швецкий, 2003, Гиляревский, 2003; Красильникова, 2003; Демкин, Можаева, 2003; Сухомлин, 2003; Щенников, 2003; Роберт, 2004, 2006; Фридланд, 2005; Раскина, 2005 и др.].
В своей работе мы будем придерживаться следующего определения: «информационная технология — это совокупность систематических и массовых способов создания, накопления, обработки, хранения, передачи и распределения информации (данных и знаний) с помощью средств вычислительной техники и связи, а также способов их соединения и рационального сочетания с немашинными процессами обработки информации» [Развитие, 1991, с.15-18].
В настоящее время, по мнению В.А.Сухомлина [2003], область информационных технологий представляет собой: (1) обширную, имеющую фундаментальный характер научную область знаний, объединяющую десятки крупных научных направлений, таких как: искусственный интеллект, вычислительная математика, инженерия программного обеспечения, когнитивная наука, архитектуры компьютерных систем, автоматизация научных исследований, Web-технологии и пр.; (2) важную часть информацио}іной индустрии и обширную область профессиональной деятельности, характеризующуюся стремительно расширяющейся сферой применения, кардинальным воздействием по существу на все виды деятельности и процессы современного общества; (3) актуальное образовательное направление («Информационные технологии» или «Computing») — одно из наиболее активно развивающихся, базовых для других научных и прикладных дисциплин.
Анализ подходов к обучению сетевым технологиям в педагогических вузах и обзор существующих учебно-методических ресурсов по данной проблематике
Анализ содержания обучения сетевым технологиям в существующих учебных курсах. Область сетевых технологий сегодня является одной из самых быстро развивающихся. Достаточно трудно представить себе функционирование организации без современной компьютерной сети. Это справедливо и для учебных заведений, в которых широко используются компьютерные сети. Как правило, задачи обслуживания и администрирования компьютерной сети школы возлагаются на учителя информатики, который должен быть готов к решению подобного рода задач.
Следует отметить, что основной для нас выступает специальность 050202 «Информатика» (квалификация - учитель информатики).
При рассмотрении подходов к обучению сетевым технологиям (в частности, проектированию, обслуживанию и администрированию компьютерных сетей), в рамках педагогических специальностей был проведен анализ содержания обучения сетевым технологиям в условиях высшего профессионального образования.
В результате анализа Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по специальностям: 050202 «Информатика», 050202.00 «Информатика с дополнительной специальностью» (квалификация - учитель информатики) [Государственный, 2000] нами были сделаны следующие выводы (см. Приложение 1, Таблица 1).
(1) Содержание дисциплины «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии», в основном, направлено на изучение глобальных компьютерных сетей и мультимедиа технологий (рассматриваются такие вопросы, как глобальные компьютерные сети, Интернет как технология и информационный ресурс (сеть), технология обмена файлами (FTP), мультимедиа и Интернет и др.) и не предполагает изучение других аспектов сетевых технологий (например, общие вопросы теории компьютерных сетей, проектирование и администрирование компьютерных сетей, вопросы информационной безопасности).
(2) Дисциплина «Программное обеспечение ЭВМ» направлена на пропедевтику вопросов сетевых технологий. В ней рассматриваются такие вопросы, как: операционные системы (ОС) как средство распределения и управления ресурсами, развитие и основные функции ОС, состав ОС, команды ОС, сетевые ОС, понятие об информационных процессах, принципы организации информационных процессов, компьютерные вирусы и приемы борьбы с ними.
(3) Ряд дисциплин могут быть обозначены в качестве поддержки и/или пропедевтики обучения сетевым технологиям, в частности:
— дисциплина «Компьютерное моделирование» рассматривает вопросы, связанные с построением информационных и математических моделей, проведением численного эксперимента, анализом и интерпретацией моделей и др. Этот материал может найти развитие при изучении вопросов проектирования компьютерных сетей.
— дисциплина «Архитектура компьютера» раскрывая такие технические вопросы как: центральные и внешние устройства ЭВМ, их характеристики; канальная и шинная системотехника; принципы управления внешними устройствами персонального компьютера, создает базовую основу для изучения различных способов соединения компьютеров в сеть (установка сетевых адаптеров, подключение модема, прямое соединение компьютеров, беспроводные технологии).
— дисциплина «Информационные системы» дает первоначальные представления об администрировании (на примере администрирования баз данных) и использовании технологии «клиент-сервер» (при изучении языка структурированных запросов SQL).
Можно считать, что перечисленные дисциплины формируют ключевой и базовый уровни специальной компетентности учителей информатики, но основную нагрузку несет курс «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии». В примерной программе дисциплины «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии»1 (составители — Жданов С.А., Каракозов С.Д., 2000 г.) представлены следующие разделы (и http://www.edu.ru/db/portal/spe/progs/030100_pp. 17.htm подразделы):
1. Компьютерные сети (основы сетевых технологий, локальные вычислительные сети, структурообразующее оборудование компьютерных сетей, программирование сетевых приложений, защита информации в сетях).
2. Мультимедиа технологии (мультимедиа информация - стандарты и средства представления и хранения, стандарты и средства компьютерного представления сценариев (скриптов) работы с мультимедиа-информацией).
3. Интернет технологии (сервисы и ресурсы Internet/Intranet, представление информации в сетях, мультимедиа и Интернет).
Данное содержание затрагивает достаточно широкий спектр вопросов в области сетевых технологий. Однако, без должного внимания остаются вопросы администрирования и проектирования компьютерных сетей — в подразделе «Защита информации в сетях» на теоретическом уровне рассматривается тема «Сетевое администрирование: проектирование, настройка и сопровождение сети», но отсутствуют лабораторные работы по данному материалу. Анализируя лабораторный практикум, предлагаемый авторами в программе, мы пришли к выводу, что представленные лабораторные работы не могут в полной мере способствовать развитию у будущих учителей информатики умений в области сетевого администрирования.
Анализ состояния проблемы подготовки учителей информатики в области сетевых технологий
Первой задачей опытно—экспериментального исследования было изучение состояния подготовки будущих учителей информатики в системе высшего профессионального образования по вопросам сетевых технологий и существующих подходов к отбору и структуризации содержания обучения, рассматривающего вопросы теории и практики использования компьютерных сетей, их аппаратной и программной составляющих.
Для этого был выполнен контент-анализ соответствующих действующих учебных программ и учебных пособий, Государственных стандартов высшего профессионального образования (см. 2.2.).
В результате проведенного исследования нами выделены следующие подходы при обучении сетевым технологиям (поисковый этап):
- подход, при котором рассматриваются вопросы структуры, компонентов, организации и функционирования локальных и глобальных компьютерных сетей, а также сетевое программное обеспечение и защита информации в сети [Могилев, 2004]
- подход, в котором главное внимание уделяется вопросам создания и использования информационных сетевых ресурсов, в том числе и распределенных [Ахаян, 2001; Везиров, 2001; Ильин, 2001; Щенников, 2003; Шара-вин, 2004; Шуклин, 2005 и др.]
- подход, базирующийся на представлении об учебной компьютерной сети как основе информационно-образовательной системы образовательного заведения включая сетевое администрирование в виде проектирования, настройки и сопровождения учебной компьютерной сети [Жданов, Каракозов, 2000; Каракозов, 2005, Каракозов, Рыжова, 2005 и др.].
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что в настоящее время преобладающими подходами в обучении сетевым технологиям будущих учителей информатики выступают первые два подхода.
На наш взгляд третий подход является наиболее правильным с точки зрения подготовки специалистов в области сетевых технологий в педагогическом вузе, поскольку отражает современные требования, предъявляемые к учителю информатики в области сетевого администрирования.
Данные выводы подтверждаются и результатами анкетирования специалистов в области использования компьютерных сетей, учителей информатики, преподавателей, обучающих студентов - будущих учителей информатики использованию сетевых технологий в своей профессиональной деятельности различных учебных заведений (всего 18 человек).
В анкету вошло 9 вопросов (см. Анкета 2, Приложение 3). Результаты анкетирования были сведены в таблицу (см. Табл. 11) и обработаны с помощью биномиального критерия т (см. описание метода в [Сидоренко, 2002]).
