Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты обучения учителей информатики; в области моделирования- аппаратно-программных средств на базе специализированных программных сред . 13
1. Анализ; научно-педагогической и учебно-методической литературы по подготовке учителей, информатики в области моделирования; и изучения аппаратно-программных средств компьютера информационной сред...13
2.. Анализ возможностей специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств ... 26
3. Педагогические цели использования специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств ...38
4. Требования к уровням обученности учителей информатики, в области моделирования аппаратно-программных средств ...52
Выводы по главе 1 62
Глава 2. Методические подходы к обучению учителей информатики в области моделирования аппаратно-программных, средств на базе специализированных программных сред 66
1. Принципы формирования содержания обучения учителей информатики моделированию; аппаратно-программных средств на базе специализированных программных сред 66
2. Блочно-модульная структура и содержание курса «Моделирование аппаратно-программных средств» 76
3. Методические рекомендации по организации обучения моделированию аппаратно-программных средств. 89
4. Экспериментальная проверка уровня; обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств на базе специализированных программных сред 102
Выводы по главе 2 113
Заключение 118
Библиография 123
- Анализ возможностей специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств
- Требования к уровням обученности учителей информатики, в области моделирования аппаратно-программных средств
- Блочно-модульная структура и содержание курса «Моделирование аппаратно-программных средств»
- Экспериментальная проверка уровня; обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств на базе специализированных программных сред
Введение к работе
Актуальность исследования. В период становления информационного общества возрастает роль информатики как фундаментальной отрасли научного знания, формирующей представление об информации, информационных процессах, объектах и явлениях, а также методах и средствах их представления и моделирования на базе информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). Изучение информатики открывает новые возможности для овладения такими современными методами научного познания как формализация, моделирование и компьютерный эксперимент, в результате чего происходит совершенствование содержания обучения, изменяются его методы и средства, как в системе высшего профессионального образования, так и в системе среднего общего образования.
Вопросам отбора содержания и разработки методики обучения информатике в общем и профессиональном педагогическом образовании посвящены работы Бешенкова С.А., Жданова С.А., Кузнецова А.А., Кузнецова Э.И., Лап-чика М.П., Ракитиной Е.А., Роберт И.В., Хеннера Е.К. и др. Одной из содержательных линий образовательной области «Информатика» является формализация и моделирование, которая относится к научным основам этого предмета, являясь базой многочисленных приложений ИКТ, связанных с моделированием в различных областях деятельности, и изучается как в средних, так и в высших учебных заведениях. Исследования, посвященные обучению учителей информатики и учащихся средних учебных заведений информационному моделированию (Бешенков С.А., Бугайко Е.В., Галыгина И.В., Гейн А.Г., Линькова В.П., Ракитина Е.А., Сметанников А.Л. и др.), рассматривают вопросы его применения при изучении дисциплин естественнонаучного цикла. В ряде работ моделирование рассматривается как метод познания при изучении большинства содержательных линий информатики, в том числе: информация и информационные процессы, компьютер, компьютерные телекоммуникации и др. В частности, вопросы моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети рассматриваются лишь в аспекте информационного моделирования их структуры.
Вместе с тем, в настоящее время большинство образовательных учреждений сталкиваются с организационными, техническими и материальными сложностями при организации обучения в области аппаратного и программного обеспечения компьютера и информационной сети на реальном оборудовании с установленным на нем программным обеспечением (ПО), экспериментирование с которыми может привести к сбоям или временному прекращению функционирования оборудования. Зачастую при проведении практических занятий нет возможности выделить учащимся компьютеры для изучения аппаратных средств, установки, настройки и тестирования ПО конкретной группой учащихся; в большинстве случаев при установке и настройке ПО требуется наличие полномочий администратора, которые не предоставляются
учащимся, исходя из необходимости обеспечения безопасности компьютеров и информационной сети образовательного учреждения; установка и настройка некоторого ПО продолжительна по времени и т.п.
Перечисленные сложности возникают при организации обучения на реальном оборудовании, заменить которое можно используя модели, отображающие функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети, созданные на базе специализированных программных сред.
В настоящее время разработано большое количество разнообразных специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети (например, Microsoft Virtual PC, Oracle VM VirtualBox, VMware Workstation, Bochs, QEMU и др.), отличающихся друг от друга реализацией эмуляции аппаратного обеспечения, совместимостью с оборудованием компьютера, быстродействием, работой с графикой и пр.
Возможности этих специализированных программных сред позволяют обеспечить: эмуляцию аппаратных компонентов модели; установку и функционирование на модели различного ПО; подключение модели к локальной сети и сети Интернет; изоляцию процессов функционирования модели от других процессов компьютера и др. Благодаря указанным возможностям на одном компьютере может быть создано несколько различных видов моделей аппаратно-программных средств: модель персонального компьютера (неподключенного/подключенного к сети Интернет), модель локальной сети на основе одноранговой или серверной архитектуры. В структуру всех моделей включается необходимое для реализации целей моделирования аппаратное и программное обеспечение. Разработанные модели отображают функционирование соответствующих аппаратно-программных средств в реальном времени, что обеспечивает возможность их использования при организации обучения в области архитектуры компьютера, информационных сетей, системного и прикладного ПО.
Таким образом, специализированная программная среда, моделирующая структуру и функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети (далее СПС), обеспечивает: создание, изменение, функционирование модели аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети за счет эмуляции аппаратных компонентов (процессора, оперативной памяти, жесткого диска, сетевой карты и др.) и визуализации на экране компьютера процессов установки и функционирования программных компонентов модели.
При этом под моделью аппаратно-программных средств, созданной на базе СПС, будем понимать информационную модель (динамическую модель-изображение) (Зинченко А.П., Панов Д.Ю.), отображающую средствами программы функционирование аппаратно-программных средств компьютера и
информационной сети. Модель создается на основе определенной структуры аппаратно-программных средств как фиксированного упорядоченного множества компонентов, входящих в состав компьютера и/или информационной сети, и отношений между ними. Процесс моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС предполагает воспроизведение динамического изображения основных компонентов и процессов функционирования аппаратно-программных средств.
Рассмотрению вопросов функционирования и классификации СПС, возможных задач, решаемых с их помощью на различных предприятиях, посвящены работы Гультяева А.К., Козлова А.О., МетлисаЯ., ПраттаЯ., Розенб-люма М., Харриса Т., Хэнда С. и др. Вопросы применения СПС при обучении сетевым технологиям в вузах рассматривают Винокуров А.Ю., Ляш О.И. и др.
Вместе с тем, в настоящее время процессам моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС не уделяется должного внимания в аспекте решения следующих задач: визуализации процессов функционирования аппаратно-программных средств в режиме реального времени; обеспечения безопасной работы компьютера и информационной сети образовательного учреждения при возможных ошибочных действиях обучающегося или воздействии компьютерных вирусов и других вредоносных программ, вызывающих сбои функционирования моделей; осуществления экспериментально-исследовательской деятельности при изучении архитектуры компьютера, информационной сети, системного и прикладного программного обеспечения.
Учитывая вышеизложенное, проблема исследования обусловлена противоречием между существующими подходами к обучению учителей информатики в области архитектуры компьютера, информационных сетей, системного и прикладного программного обеспечения, не реализующими возможности моделирования аппаратно-программных средств компьютера, информационной сети, а также процессов их функционирования, и нереализованно-стью возможностей специализированных программных сред, обеспечивающих создание моделей, отражающих функционирование аппаратно-программных средств компьютера, информационной сети, реализацию информационных процессов, а также визуализацию протекающих процессов в реальном времени без использования реального оборудования.
Актуальность исследования определяется необходимостью теоретического обоснования содержания и разработки методических подходов по организации обучения учителей информатики в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети в условиях реализации возможностей специализированных программных сред.
Объект исследования - обучение учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на
базе использования специализированных программных сред.
Предмет исследования - содержание и методические подходы к обучению учителей информатики моделированию структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети с использованием специализированных программных сред.
Цель исследования заключается в разработке теоретических аспектов, а также методических подходов к обучению учителей информатики в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети без использования реального оборудования на базе специализированных программных сред.
Гипотеза исследования: если обучение учителей информатики моделированию структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети будет осуществляться в условиях реализации возможностей специализированных программных сред, педагогических целей их использования и принципов формирования содержания обучения, то это обеспечит достижение большинством учителей эвристического и творческого уровней обученности в данной области.
Для достижения цели и подтверждения сформулированной гипотезы определены следующие задачи исследования:
-
Провести анализ научно-педагогической и учебно-методической литературы по подготовке учителей информатики в области моделирования и изучения аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети.
-
Выявить возможности специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети, а также педагогические цели их использования.
-
Разработать требования к уровням обученное учителей информатики в области моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред.
-
Сформулировать и обосновать принципы формирования содержания обучения учителей информатики в области моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред.
-
Разработать содержание и методические рекомендации по организации курса обучения учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред, а также провести экспериментальную проверку уровня обученности в рамках разработанного курса.
Методологической основой исследования явились работы в области: педагогики и психологии (Бабанский Ю.К., Берулава М.Н., Беспалько В.П., Краевский В.В., Леднев B.C., Никандров Н.Д., Сластенин В.А., Фельд-
штейн Д.И. и др.); теории и методики обучения информатике в общем образовании (Бешенков С.А., Босова Л.Л., Кузнецов А.А., Кушниренко А.Г., Ра-китина Е.А., Семакин И.Г., Угринович Н.Д., и др.); теории и методики обучения информатике в профессиональном педагогическом образовании (Жданов С.А., КайминВ.А., Кузнецов Э.И., Лапчик М.П., Матросов В.Л., Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. и др.); использования средств ИКТ в учебном процессе (Ваграменко Я.А., Гужвенко Е.И., Касторнова В.А., Козлов О.А., Лавина Т.А., Латышев В.Л., Мартиросян Л.П., Мухаметзя-нов И.Ш., Роберт И.В., Рудинский И.Д., Тарабрин О.В. и др.); обучения моделированию в высшей и средней школе (Бешенков С.А., Гейн А.Г., РакитинаЕ.А., Хеннер Е.К., Фролов И.Т., ШтоффВ.А. и др.), автоматизации и управления технологическими процессами в образовании (Данилюк С.Г., Надеждин Е.Н., Сердюков В.И., Романенко Ю.А., Павлов А.А. и др.).
Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования: изучение и анализ научно-педагогической и учебно-методической литературы по проблематике исследования; анализ отечественного и зарубежного опыта использования специализированных программных сред, моделирующих аппаратно-программные средства; наблюдение, беседы с преподавателями и учителями информатики, анкетирование; проведение педагогического эксперимента и анализ его результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость состоят в: выявлении возможностей специализированных программных сред в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети; выявлении педагогических целей их использования; разработке требований к уровням обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред; формулировании и обосновании принципов формирования содержания обучения учителей информатики в данной области.
Практическая значимость исследования состоит в разработке: блочно-модульной структуры и содержания курса «Моделирование аппаратно-программных средств»; методических рекомендаций по организации обучения; контрольно-измерительных материалов для проверки уровней обученности учителей информатики в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред.
Предложенное содержание разработанного курса и методические рекомендации к нему могут быть использованы: в процессе обучения студентов педагогических специальностей, изучающих информатику; при обучении студентов по направлениям «Информатика и вычислительная техника», «Прикладная информатика»; в процессе повышения квалификации, подготовки и переподготовки учителей информатики общеобразовательной школы,
преподавателей информатики средних профессиональных учебных заведений, образовательных учреждений дополнительного образования учащихся; при обучении кадров информатизации образования.
Этапы исследования:
На первом этапе (2008-2009 гг.) осуществлен анализ научно-педагогической и учебно-методической литературы в области подготовки учителей информатики; выявлены возможности СПС, моделирующих аппаратно-программные средства компьютера и информационной сети, и педагогические цели их использования.
На втором этапе (2009-2010 гг.) разработаны требования к уровням обученное учителей информатики, моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС; сформулированы и обоснованы принципы формирования содержания обучения учителей информатики в данной области; разработана блочно-модульная структура и содержание курса «Моделирование аппаратно-программных средств»; разработаны методические рекомендации по организации обучения и контрольно-измерительные материалы для проверки уровней обученности учителей информатики в данной области.
На третьем этапе (2010-2011 гг.) проведена экспериментальная проверка уровней обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС, проведен анализ результатов, оформлено диссертационное исследование.
Апробация результатов исследования. Ход и результаты исследования обсуждались на заседаниях кафедры прикладной информатики, научно-методических семинарах и конференциях в ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» (2008 - 2011 гг.), заседаниях ученого совета при Учреждении РАО «Институт информатизации образования» (2010 - 2011 гг.), XXXIV международной электронной научной конференции «Новые технологии в образовании» (г. Воронеж, 2010 г.), конференции «Информационные и коммуникационные технологии в современном образовательном учреждении» (г. Великий Устюг, 2010 г.), всероссийской научно-практической конференции «Развивающие информационные технологии в образовании: использование учебных материалов нового поколения в образовательном процессе» («ИТО-ТОМСК-2010») (г. Томск, 2010 г.), V международной интернет-конференции «Новые технологии в образовании» (НТО-5) (г. Таганрог, 2010 г.), VIII всероссийской с международным участием научно-практической конференции «Проблемы информатизации образования: региональный аспект» (г. Чебоксары, 2010 г.), международной научно-практической конференции «Профессиональная деятельность учителя в условиях информатизации образования» (г. Москва, 2010 г.), научно-практической конференции «Информационное и методическое обеспечение образовательного процесса» (г. Череповец, 2010 г.), международной научно-
практической конференции «Развитие отечественной системы информатизации образования в здоровьесберегающих условиях» (г. Москва, 2010 г.).
Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет», а также в учебный процесс НОУ «Учебный центр «Стелс-Про» г. Череповец.
Обоснованность и достоверность проведенного исследования, его результатов и выводов обусловлены: методологической и теоретической обоснованностью исходных данных; опорой на теоретические разработки в области педагогики, психологии, использования ИКТ в учебном процессе, моделирования, теории и методики обучения информатике; совокупностью разнообразных методов исследования, адекватных сути проблемы; согласованностью полученных выводов с результатами педагогического эксперимента.
Положения, выносимые на защиту.
-
Теоретические аспекты обучения учителей информатики в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе специализированных программных сред основаны на реализации педагогических целей использования специализированных программных сред, требований к уровням обученности и принципов формирования содержания обучения учителей информатики в данной области.
-
Реализация методических подходов, представленных в виде разработанной блочно-модульной структуры и содержания обучения, методических рекомендаций, обоснованного сочетания организационных форм и методов обучения, обеспечивает формирование знаний и умений в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети при использовании специализированных программных сред.
Структура диссертации состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.
Анализ возможностей специализированных программных сред, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств
В настоящее время не существует устоявшейся терминологии в-области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети. Для обозначения программ, на базе которых осуществляется это моделирование, используются различные термины: «эмулятор», «программа-эмулятор», «виртуальная машина» и др.
В исследовании для обозначения данных программ будем использовать термин «специализированная программная среда, моделирующая структуру и функционирование аппаратно-программных средств компьютера и» информационной сети».
Дадим .следующие определения. Под специализированной программной средой, моделирующей структуру и функционирование аппаратно-программных средств, компьютера и информационной сети, далее ЄГІС будем понимать программу, обеспечивающую: создание, изменение; функционирование модели аппаратно-программных средств компьютера и, информационной сети за счет эмуляции аппаратных компонентов (процессора, оперативной памяти, жесткого диска, сетевого адаптера и др.) и визуализации на экране компьютера процессов установки ц функционирования программных компонентов модели.
При этом под моделью аппаратно-программных средств, созданной на базе СПС, будем понимать информационную модель (динамическую модель-изображение) (Зинченко А.П., Панов Д.Ю. [10]), отображающую средствами программы функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети. Модель создается на основе определенной структуры аппаратно-программных средств как фиксированного упорядоченного множества компонентов, входящих в состав- компьютера и/или информационной сети, и отношений между ними. Процесс моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС предполагает воспроизведение динамического изображения основных компонентов и процессов функционирования аппаратно-программных средств.
Концепция СПС появилась в 60-х годах XX века. Работы по их созданию начались в Компьютерной лаборатории Кембриджского университета (Великобритания) группой специалистов (Харрис Т., Хэнд С. и др.) под руководством ПраттаЯ., которые рассматривали их как средство расширяющее функциональность оборудования [138, 139, 140]. Затем работы по созданию СПС продолжились в 90-е годы XX века в Стэнфордском университете (США) под руководством профессора информатики Розенблюма М. с целью «преодоления ограничений оборудования, и ОС» [141].
В. настоящее, время разработано большое количество разнообразных СИС, моделирующих структуру и функционирование аппаратно-программных средств компьютера и информационной? сети: Хеп, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V, Microsoft Virtual PC, Oracle VM VirtualB ox, VMware Workstation и др.,. отличающихся друг от друга областью применения, принципами функционирования, реализацией эмуляции аппаратного обеспечения, совместимостью с оборудованием компьютера, быстродействием, работой с графикой, поддержкой ОС и др:
Разнообразие СПС приводит к выделению их типов;,, обладающих схожими принципами работы или назначением. Типологию СПС, в зависимости от способа их взаимодействия с ОС, установленной на. компьютере, рассматривают в своих работах ГультяевА.К. [23] и Метлис Я. [75], выделяя следующие типы СПС: автономные (являются промежуточным программным слоем, отделяющим ОС, от аппаратного обеспечения компьютера), зависимые (работающие на базе ОС, установленной на компьютере), гибридные (сочетающие возможности автономных и зависимых СПС).
Рассмотрим типологию СПС, выделив критерии, которые, с нашей точки зрения, принципиально важны для использования СПС при разработке моделей аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети с учетом: механизма доступа к ресурсам компьютера, возможности эмуляции аппаратных ресурсов, области применения разрабатываемых моделей [65].
В зависимости от механизма доступа к ресурсам компьютера выделим следующие типы СПС: с аппаратным, программным, программно-аппаратным доступом к ресурсам.
Аппаратный доступ к ресурсам основан на использовании СПС аппаратно-поддерживаемых возможностей функционирования моделей аппаратно-программных средств, заложенных непосредственно в схемотехнику и микропрограммы современных процессоров Intel и AMD, что обеспечивает высокую производительность работы моделей. Корпорации! Intel и AMD разрабатывают процессоры, обладающие расширенным набором/ инструкций (Virtual Machine Extensions (VME)) и режимов, работы, позволяющих СПЄ напрямую использовать ресурсы аппаратуры. Примером СПЄ с аппаратным доступом к ресурсам.является МісгоБоп: Virtual PC 7.
Программный доступ к ресурсам основан на использовании СПС специального программного модуля, отслеживающего процессы функционирования модели и предоставляющего ей необходимые аппаратные ресурсы за счет переадресации команд ОС, выполняемой на модели, к ОС, функционирующей на компьютере. Примером СПС с программным доступом к ресурсам является Хеп 1.0.
Программно-аппаратный доступ к ресурсам компьютера осуществляется за счет комбинирования программного и аппаратного доступа, что наиболее часто встречается в настоящее время. В некоторых СПС, например, в Microsoft Virtual PC 2007, пользователь может сам подключить к программному доступу аппаратный доступ, если процессор компьютера его поддерживает. Примерами СПС с программно-аппаратным доступом к ресурсам являются: Oracle VM VirtualBox, Microsoft Virtual PC 2007, Parallels Workstation и др.
В зависимости от возможности эмуляции аппаратных ресурсов выделим следующие типы СПС: с полной эмуляцией, с частичной эмуляцией, без эмуляции аппаратных ресурсов.
Требования к уровням обученности учителей информатики, в области моделирования аппаратно-программных средств
Основываясь на перечисленном перечне типовых задач профессиональной деятельности учителя информатики, а также, учитывая современное состояние организации обучения учащихся средних общеобразовательных учебных заведений в области информатики в условиях профильной школы, можно сделать вывод о том, что учителя информатики должны осуществлять обучение информатике в рамках курса «Информатика. и ИКТ» как на базовом, так и на профильном уровне, включая разделы этого курса, рассматривающие аппаратное и программное обеспечение компьютера и информационной сети.
В 3 гл.1 были рассмотрены педагогические цели, задачи, а также преимущества использования моделей аппаратно-программных средств созданных на базе СПС, при организации обучения в области аппаратного и программного обеспечения компьютера и информационной сети по сравнению с организацией такого обучения непосредственно с использованием реального оборудования. Исходя из этого в 3 гл.1 выделены разделы профильного курса «Информатика и ИКТ», при изучении которых педагогически целесообразно использование моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СІЇС [60 61].
Также учитель информатики должен организовывать обучение учащихся в рамках элективных курсов по информатике в предпрофильной и профильной подготовке [58, 71]. Одной из основных целей элективных курсов является самостоятельный выбор профессии, осуществляемый в контексте социализации личности в результате анализа человеком своих внутренних ресурсов, в том числе и своих способностей, и соотнесение их с требованиями профессии. Элективные курсы по информатике могут обеспечить наиболее полное удовлетворение индивидуальных образовательных потребностей учащихся в области информатики восполнить недостаток профориентационной направленности базового и даже профильного курса «Информатика и ИКТ», ориентируя учащихся на выбор наиболее востребованных в настоящее время, а по прогнозам кадровых агентств и в будущем, ИТ-специальностей таких как: программист системный администратор, специалист по информационным системам администратор баз данньщ специалист по информационным ресурсамш др; [59; 63; 64, 70].
В настоящее время разработано большое количество разнообразных. элективных курсов nos информатике, предназначенных для; информационно-технологического» и физико-математического профилей: «Персональный компьютер: настройка и техническая поддержка» [94, 95]:, «сновьъ компьютерных сетей» [85; 86], «Глобальные и локальные сети: создание, настройка и использование» [37,38] и; др., в; которых рассматриваются! аппаратное обеспечение компьютера и информационной сети, а. также установка;, настройка и тестирование различного ПО;, включая С m другое системное ПО. Обучение в рамках данных курсов предполагает использование реального оборудования [85; 86, 94, 95]; что не может быть реализовано в большинстве образовательных учреждений по причинам; рассмотренным в 1 гл. 1, или презентаций [37, 38]; позволяющих выполнить отдельные элементы настройки аппаратного и программного обеспечения: учащимися, что не обеспечивает в полной мере практическую направленность обучения; Технология же обучения, основанная на моделировании аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС, позволяет обеспечить практическую направленность обучения в рамках перечисленных элективных курсов, без использования реального оборудования.
В настоящее время в нашей стране все большее внимание уделяется; дополнительному образованию школьников как фактору их самореализации, Основное предназначение дополнительного образования - удовлетворение постоянно изменяющихся социально-культурных и общеобразовательных потребностей учащихся. Важнейшими особенностями дополнительного образования являются: нацеленность на решение проблем социальной адаптации и профессионального самоопределения школьников; высокая? степень индивидуализации образовательного процесса. Средние общеобразовательные учебные заведения, а также образовательные учреждения дополнительного образования школьников предлагают большое количество разнообразных курсов по информатике, среди которых много курсов, рассматривающих аппаратное и программное обеспечение компьютера и информационной сети. При организации обучениям рамках данных курсов также целесообразно использование моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на" базе СПЄ [57].
Аппаратно-программные средства компьютера и информационной сети изучаются на ИТ-специальностях в средних профессиональных учебных заведениях (230103.51 «Автоматизированные системы обработки информации и управления (по отраслям)», 230105.51 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», 230106.51 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники-и компьютерных сетей», 230101.51 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и др.).
На перечисленных выше специальностях в соответствии с ГОС СПО изучается дисциплины: «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем», одна из дисциплин, рассматривающих периферийные аппаратные средств («Технические средства информатизации», «Периферийные устройства вычислительной техники»); «Операционные системы и среды»; одна из дисциплин, рассматривающих информационные сети («Компьютерные сети»; «Компьютерные сети и телекоммуникации»; «Программное обеспечение компьютерных сетей и Web-серверов» и др.). В 3 гл.1 выделены темы указанных дисциплин, при изучении которых использование моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС является целесообразным.
Блочно-модульная структура и содержание курса «Моделирование аппаратно-программных средств»
Данный принцип предполагает реализацию следующих блоков содержания обучения: - теоретического, в котором рассматриваются теоретические аспекты моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС, включая типизацию СПС, их возможности, виды создаваемых моделей и др.; - технологического, в котором рассматривается выбор и использование СПС для разработки различных видов моделей аппаратно-программных средств (модели персонального компьютера, не подключенного к информационной сети; модели персонального компьютера; подключенного к сети Интернет; модели локальной сети на основе одноранговой архитектуры; модели локальной сети на основе серверной архитектуры), описание этапов их разработки, осуществление интеграции моделей друг с другом и др. - методического, в котором рассматриваются педагогические цели использования СПС при организации обучения учащихся средних учебных заведений в области аппаратного и программного обеспечения компьютера и информационной сети; формы, методы и средства обучения учащихся в данной области; методика обучения учащихся в области аппаратного и программного обеспечения компьютера и информационной сети с использованием моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС и др.
Каждый из указанных выше блоков разделен на модули, что обеспечивает учет требований к обучению на конкретном этапе с учетом профильных предпочтений и учебных часов, отводимых на усвоение учебного материала.
Таким образом, формирование содержания обучения учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС осуществляется на основе общих, дидактических, а также сформулированных и обоснованных в исследовании. частнометодических принципов, к которым относятся принципы: реализации возможностей СПС, моделирующих аппаратно-программные средства компьютера и информационной сети; обеспечения информационной безопасности аппаратно-программных средств и информационных ресурсов компьютера и информационной сети; интеграции моделей аппаратно-программных средств, созданных на базе СПС; осуществления информационной деятельности на базе СПС; практико-ориентированности при использовании СПС и созданных на их базе моделей в профессиональной деятельности учителя информатики; реализации блочно-модульного подхода к формированию содержания обучения. Целью обучения учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС является: формирование знаний, умений и навыков в области разработки моделей аппаратно-программных средств с использованием СПС; формирование умений использования созданных моделей в профессиональной деятельности; формирование потенциала творческого развития и самостоятельного усвоения новых объектов рассматриваемой области.
Исходя из цели обучения, определим задачи курса «Моделирование аппаратно-программных средств»: формирование совокупности знаний в области принципов работы, типологии и возможностей СПС в области моделирования структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети, видов создаваемых моделей, этапов их разработки на базе СПС; овладение умениями и навыками работы с различными СПС; овладение различными видами информационной деятельности, осуществляемой в процессе моделирования и организации работы с созданными моделями; овладение методикой обучения информатике по разделам, связанным с аппаратным и программным обеспечением компьютера и информационной-сети, с использованием моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС; овладение опытом самостоятельного усвоения новых знаний, умений, навыков; формирование опыта творческой деятельности в области моделирования аппаратно-программных средств с использованием СПС. Обучение учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств с использованием СПС должно иметь дифференцированный характер в зависимости от уровня предшествующей подготовки учителей информатики, их профильной ориентации и интересов. Рассмотрим блочно-модульную структуру курса «Моделирование аппаратно-программных средств», содержание которого составлялось с учетом возможностей СПС, рассмотренных в 2 гл. 1, педагогических целей использования СПС, рассмотренных в 3 гл.1, и принципов формирования содержания, рассмотренных в 1 гл.1. Основные направления обучения выделены нами в три блока: теоретический, технологический, методический. В теоретическом блоке рассматриваются теоретические аспекты моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС: принципы функционирования, типология СПС, их возможности в области моделирования аппаратно-программных средств; сравнительные характеристики различных СПС; виды моделей аппаратно-программных средств, разрабатываемых на баз СПС и др. В технологическом блоке рассматриваются технологические аспекты моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС: выбор и использование СПС для разработки выделенных видов моделей; описание этапов их разработки; интеграция разработанных моделей и др. В методическом блоке рассматривается методика обучения в области аппаратного и программного обеспечения компьютера и информационной сети на основе моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС, в том числе: педагогические цели использования СПС при организации обучения учащихся; формы и методы проведения занятий; методическая разработка тем курса информатики, связанных с аппаратным и программным обеспечением компьютера и информационной сети, с использованием моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС и др. Каждый блок курса состоит из ряда модулей, отражающих тематику соответствующего блока. Предлагаемая блочно-модульная структура содержания курса «Моделирование аппаратно-программных средств» обобщенно представлена на схеме 1.
Экспериментальная проверка уровня; обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств на базе специализированных программных сред
Педагогический эксперимент по проверке уровня обученности учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС проводился в три этапа: констатирующий, формирующий, заключительный.
На констатирующем этапе в эксперименте приняли участие учителя информатики средних общеобразовательных учебных заведений гг. Вологда; Череповец, Великий Устюг, а также студенты 5-го курса специальности 050202 «Информатика» ГОУ ВПО «Череповецкий государственный. университет». На формирующем этапе в эксперименте приняли участие учителя информатики средних общеобразовательных учебных заведений г. Череповец, а также студенты 5-го курса специальности 050202 «Информатика» ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет». На заключительном - учителя информатики, прошедшие обучение в рамках формирующего этапа эксперимента и учащиеся средних общеобразовательных учебных заведений г. Череповец.
На констатирующем этапе эксперимента для выявления целесообразности организации обучения учителей информатики в области моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС проводилось анкетирование студентов и учителей информатики, в котором приняли участие 43 респондента.
Полные результаты анкетирования представлены в Приложении 2. Анкетирование показало, что: 1) большинство опрошенных оценивают свою подготовку в области аппаратного и программного обеспечения как достаточную для изучения СПС. 2) по самооценке анкетируемых только 5% из них хорошо представляют себе возможности СПС, а более половины респондентов впервые услышали о существовании таких средств; 3) все респонденты, ранее работавшие с СПС, испытывали затруднения при знакомстве с данными средами; 4) большинство респондентов (91%) высказались за организацию спецкурса по обучению учителей информатики моделированию аппаратно-программных средств с использованием СПС. Полученные результаты анкетирования позволили сделать вывод о целесообразности организации обучения студентов и учителей информатики моделированию структуры и функционирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС. Формирующий этап эксперимента проводился со студентами и учителями информатики, из которых была сформирована экспериментальная группа (24 человека). Для выявления первоначально уровня обученности в области моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС испытуемым был предложен тест, содержащий 10 вопросов с вариантами ответов (тест представлен в Приложении 3). При разработке теста были соблюдены следующие требования к тестам [5]: задания теста должны быть сформулированы определенно, чтобы его решение было однозначным; «валидность теста» - характеристика теста, отражающая его способность получать результаты, соответствующие поставленной цели.
На основе соответствия набранных баллов и уровней обученности [96] (до 69%) баллов - репродуктивный уровень, 70-79% баллов - адаптивный уровень; 80-89% баллов эвристический уровень, 90-100% баллов -творческий уровень) был сделан следующий вывод: все тестируемые находятся на репродуктивном уровне обученности и не владеют необходимым запасом знаний в области моделирования аппаратно-программных средств на базе СПС.
При этом математическое ожидание количества правильно выполненных тестовых заданий М(Х)=2; среднеквадратичное отклонение ст(Х)=1,5; средний коэффициент усвоения / =0,2. Далее были проведены занятия в рамках разработанного курса «Моделирование аппаратно-программных средств» (программа курса представлена в Приложении 1).
По окончании обучения для выявления уровня обученности достигнутого студентами и учителями информатики в области моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС было проведено итоговое тестирование, включающее задания на выявление умений использовать СПС при моделировании аппаратно-программных средств (тест приведен в Приложении 4).
Математическое ожидание количества правильно решенных тестовых заданий составило М(Х)=8,2; среднеквадратичное отклонение сг(Х)=0,98; средний коэффициент усвоения #„.=0,82, причем после окончания обучения 100% обучающихся имели коэффициент усвоения Ко 0,7. При этом творческого уровня обученности достигли - 33,3%, эвристического - 41,7%, адаптивного — 25%, что подтверждает гипотезу исследования.
На заключительном этапе эксперимента для проверки эффективности обучения учителей информатики в области моделирования аппаратно-программных средств компьютера и информационной сети на базе СПС было проведено обучение учащихся средних учебных заведений на базе НОУ «Учебный центр «Стелс-Про» г. Череповец по курсу «Установка и настройка ПО» (64 часа).
В этапе эксперимента приняли участие 3-е преподавателей информатики учебного центра «Стелс-Про», прошедшие обучение по курсу «Моделирование аппаратно-программных средств» в рамках формирующего этапа эксперимента, и 3-е преподавателей этого же центра, не проходившие обучение на формирующем этапе эксперимента.
Выбор места проведения заключительного этапа эксперимента был обусловлен тем, что преподаватели информатики НОУ «Учебный центр «Стелс-Про» представляли собой наибольшее количество обучавшихся в рамках курса «Моделирование аппаратно-программных средств», работающих в одном образовательном учреждении, что позволило сформировать наибольшую выборку по учащимся средних учебных заведений (60 человек), которая была разделена на две группы: экспериментальную и контрольную. Численность каждой группы составила 30 человек.
