Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния в обеспечении информационной базы для обучения 11
1.1. Анализ структур информационных учебных материалов 11
1.1.1. Структуры печатных учебных материалов и основные требования к ним 11
1.1.2. Структуры компьютерных учебных материалов 14
1.2. Анализ образовательных систем на основе системного подхода 16
1.3. Активизация познавательной деятельности в обучении 19
1.3.1. Дидактический аспект активизации познавательной деятельности обучаемых 20
1.3.2. Психологический аспект активизации познавательной деятельности 24
1.3.3. Задачный подход активизации познавательной деятельности и развития творчества 30
1А. Системогенетика познавательной деятельности 34
1.4.1. Оценка количества информации, включаемой в оборот
знаний 34
1.4.2. К решению проблем активизации познавательной деятельности в современных условиях 36
1.5. Выводы к первой главе 38
2.1. Контуры управления в познавательной деятельности 39
2.2. Общая характеристика информации, формируемой в процессах познавательной деятельности 45
2.3. Основные проблемы качества в обучении, вызванные увеличением объемов научно-технической информации 48
2.4. Декомпозиция времени изучения дисциплины 52
2.4.1. Декомпозиция познавательной деятельности обучаемого 52
2.4.2. Квалиметрия временных параметров в учебной
деятельности 59
2.5. Выводы ко второй главе 65
3. Экспериментальные исследования семантических искажений в студенческих конспектах 66
3.1. Цели и задачи исследований 66
3.1.1. Постановка задачи 66
3.1.2. Цели и задачи экспериментальных исследований 68
3.2. Методика экспериментальных исследований 68
3.2.1. Подготовка и основные операции 68
3.2.2. Методика обработки результатов эксперимента. 69
3.3. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 72
3.3.1. Виды семантических ошибок, искажающих понимание текста лекции 72
3.4. Расчеты для количественной оценки семантических искажений 76
3.5. Выводы к третьей главе 83
4. Модульный принцип создания электронных учебных пособий... 84
4.1. Инфраструктуры образовательных систем и управления ими 84
4.1.1. Кибернетический аспект познавательной деятельности... 89
4.2. Концепции информационно-образовательной среды 94
4.2.1. Тенденции интеграции учебных и электронных средств.. 94
4.2.2. Технологический учебник 95
4.3. Основные требования к учебно-информационным материалам для самостоятельной формы обучения, разработанные на основе дидактики и предшествующего опыта... 98
4.4. Состав основных источников знаний для студентов 101
4.5. Модульный принцип формирования учебных пособий 105
і 4.5.1. Модульный принцип в технике 105
4.5.2. Модульное представление учебных материалов 110
4.6. Особенности структур информационных учебных модулей и их электронных версий 114
4.6.1. Обоснование структуры информационных учебных модулей 114
4.6.2. Технологические операции формирования информационных модулей 117
4.7. Выводы к четвертой главе 118
Основные результаты работы 119
Список используемой литературы
- Структуры компьютерных учебных материалов
- Основные проблемы качества в обучении, вызванные увеличением объемов научно-технической информации
- Цели и задачи экспериментальных исследований
- Концепции информационно-образовательной среды
Введение к работе
История человеческого общества свидетельствует, что в государствах, достигших высокого уровня экономического развития и уровня жизни, образование было и является одним из приоритетных стратегических направлений. В современную эпоху в таких государствах процесс подготовки специалистов с высшим образованием ведется опережающими темпами по отношению к существующему уровню и темпам развития государства. Это означает, что система образования этих государств является развивающейся, внедряющей новые методы и средства в подготовку специалистов завтрашнего дня. В настоящее время одним из таких перспективных средств являются информационные технологии - технологии использования * компьютерных и телекоммуникационных средств для выполнения сбора, хранения, обработки, отображения, передачи и использования информации *< [134] в том числе и в сфере образования.
Актуальность работы. Несмотря на большие достижения в течение последних десятилетий, в системе высшего образования имеют место немало проблем, вызванных: резким увеличением объемов информации, которая содержит последние достижения науки и техники; необходимостью постоянного внесения новой информации в учебный материал, то есть непрерывного дополнения и обновления учебного материала, особенно для специальных дисциплин; обеспечением своевременной доступности студентам нового учебного материала; ** - переходом на индивидуальные, дистанционные формы обучения; - противоречием между непрерывно увеличивающимся объемом учебной информации и неизменным временем усвоения образовательных программ.
Постоянное обновление учебного материала, совершенствование методов и средств его создания, предъявления, усвоения важны не только для студентов старших курсов, но и для повышения квалификации, а также переподготовки дипломированных специалистов. Все это в совокупности определяет качество подготовки специалистов с высшим образованием и является основой для непрерывного образования, а также совершенствования и дальнейшего развития интеллектуального потенциала государства. * Актуальность изложенных выше проблем отражена отчасти в таких международных и государственных документах, как труды II всемирного «, конгресса ЮНЕСКО по образованию и информатике [37, 134], федеральная целевая программа «Электронная Россия» [134], концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России [61], межвузовская научно-техническая программа «Создание системы открытого образования» [125], работы Исследовательского центра «Проблем качества подготовки специалистов» и др. Изложенные выше проблемы дополняют основные группы проблем обеспечения качества высшего образования, представленные в [120, с. 42-45, 121]. Профессионально квалифицированный ж специалист XXI века должен обладать, помимо своих профессиональных знаний, способностью эффективного использования новых возможностей от информатизации общества, в первую очередь предоставляемых информационными ресурсами, информационными технологиями [58]. Концепции информатизации инженерного образования входят в противоречие с его современной парадигмой, так как она не учитывает последние достижения в области наноэлектроники и информатики, тенденций и темпов их развития и перспектив использования в инженерной практике.
Одним из эффективных средств решения проблем подготовки * специалистов, удовлетворяющих современным требованиям, являются информационные технологии, которые начали применяться в вузах с 70-х ^ годов XX века. Немногим ранее и примерно в эти же годы большое развитие получили технические средства обучения, а также дидактика - направление педагогики, изучающая общие методы и средства обучения. Ее концепции, методы, ориентированные как на аудиторное (групповое), так и на индивидуальное обучение, получили развитие и дали хорошие результаты в СССР, США и в государствах Европы.
Однако дидактика не учитывала информационные изменения в обществе, а именно, резкое увеличение объемов научно-технической информации, которую необходимо собрать, отобрать, срочно переработать и представить как учебный материал, необходимый для подготовки специалистов, удовлетворяющих требованиям не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня. Действительно, с позиции теории надежности, представление и изучение * устаревшего материала в специальных дисциплинах эквивалентно отказу в процессе подготовки специалистов. Поэтому своевременное внесение нового учебного материала, обеспечивающего его усвоение в заданные сроки, остается актуальной задачей вузов в современную эпоху. Для ее решения требуется поиск соответствующих методов и средств.
С другой стороны, технические средства обучения (ТСО) и информационные технологии в виде программированных обучающих курсов или обучающих и контролирующих программ, внедрявшиеся в учебный процесс, не обеспечивали простоту освоения и удобство использования за пределами вузов-разработчиков этих средств. Эти средства не обеспечивали также способность к модернизации учебного материала и использовались * практически лишь в вузах-разработчиках для изучения разделов дисциплин, таких как, математика, физика, программирование, химия и других ч естественных дисциплин, не получив широкого внедрения в других вузах.
Поэтому поиск, разработка методов и средств, обеспечивающих создание нового учебного материала для специальных дисциплин, его своевременную модернизацию и доступность, а также усвоение с заданным качеством, в соответствии с квалифицированными требованиями и временным интервалом обучения, отведенным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, является актуальной задачей для исследователей и разработчиков информационных средств обеспечения учебного процесса в вузе.
Объект исследований - информационное обеспечение и структуры управления образовательными процессами.
Предмет исследований - методы, технологии обеспечения качества учебной информационной базы.
Цели и задачи работы. Целью работы является нахождение методов и средств повышения качества учебного процесса в системе открытого образования, обеспечивающих учебному материалу для специальных дисциплин возможность модернизации, а также его усвоение в соответствии с квалификационными требованиями и временным интервалом, отведенным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
Исследование познавательных и образовательных процессов с позиций теории систем, теории управления и инженерной психологии, что позволит выявить компоненты в этой деятельности, максимально влияющие на время изучения дисциплины, качество усвоения учебного материала.
Исследование и анализ традиционных и нетрадиционных принципов и обучающих технологий, что позволит выявить и отобрать наиболее эффективные для формирования нового учебного материала, его использования в системе открытого образования и управления.
Провести исследования и анализ основных источников знаний, методов и средств формирования учебного материала и компьютерных технологий, что позволит обосновано предложить новые организационно-методические и технологические решения - модульные технологии для создания электронных форм учебных материалов по спецдисциплинам, а также управления образовательными процессами.
Выполнить экспериментальные исследования и систематизацию семантических ошибок в традиционных конспектах лекций, подтверждающих полезность модульных технологий.
На основе проведенных исследований разработать модульную технологию создания учебного материала.
Методы исследования. Используются два метода: теоретический и экспериментальный. Теоретический заключается в анализе процессов познавательной деятельности с позиций теории управления и теории систем на лингвистическом, теоретико-множественном, логико-алгебраическом и топологическом уровнях представления учебного материала, в обосновании и создании методологии формирования информационной части учебных компьютерных модулей, алгоритмов процессов самоконтроля и контроля знаний.
Экспериментальный метод заключается в качественной и количественной оценке семантических искажений в лекционном материале студентов путем сбора, систематизации, статистической обработки и анализа конспектов лекций студентов по новой дисциплине.
Научная новизна работы.
Предложена новая модульная технология создания учебного материала, обеспечивающая сочетание достоинств традиционного лекционного материала и учебников, и отсутствие их недостатков,
На основе проведенных исследований выявлено, что в деятельности обучаемых доминирующим по времени является осмысление получаемой учебной информации. Для уменьшения этого времени сформулированы основные критерии к ее содержательной части.
Впервые выполнены экспериментальные исследования семантических ошибок в конспектах лекций студентов на примере дисциплины «Теория информационных процессов». Проведена классификация этих ошибок, дана их количественная оценка.
4. Разработана концептуальная модель обучающей системы как организационно-технической, содержащей функциональные и обеспечивающие компоненты с двумя информационными контурами организационного управления.
На защиту выносятся:
Технология создания учебных модулей как средство повышения качества образования.
Критерии минимизации времени усвоения учебного материала на основе результатов исследований деятельности обучаемого, как последовательности информационных процессов.
Структура образовательной системы, как организационно-технической, содержащей функциональные и обеспечивающие компоненты.
Классификация семантических ошибок, а также их количественная и качественная оценка.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе предложенной в работе методики были созданы информационные учебные модули. Использование модульного принципа при построении содержательной части учебной информации обеспечили ей динамичность и способность к модернизации, а также переносимость в другие дисциплины. Предложенные рекомендации по формированию учебных информационных модулей обеспечивают усвоение учебного материала с минимальными для студента временными и умственными затратами за счет снижения времени на осмысление воспринятого учебного материала.
Внедрение разработанного программного продукта подтверждено актами Московского государственного горного университета, Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета) и Московского государственного индустриального университета.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях.
1. Платонова О .В., Закорюкин В.Б., Концепции формирования электронного учебника на основе инженерного образования для радиоэлектронных специальностей // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2000. * 2. Платонова О.В., Закорюкин В.Б., Оптимизация процессов изучения учебного материала // Системные проблемы качества, математического ч моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий.
Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2000.
Платонова О.В., Закорюкин В.Б., К формированию критериев качества электронных учебников // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2001.
Платонова О.В., Закорюкин В.Б., Применение методов моделирования для учебных модулей в дистанционном обучении // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2002. г 5. Платонова О.В. Обеспечение качества средств информационных технологий в сфере образования // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2002. - С. 77-78.
6. Закорюкин В.Б., Платонова О.В. К решению проблем минимизации времени изучения дисциплины // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2002.-С. 78-81.
7. Платонова О. В. Дистанционное обучение: взгляд изнутри // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. "* и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2002 г.
8. Платонова О.В. Декомпозиция времени изучения дисциплины // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2003.
9. Платонова О.В. Экспериментальные исследования забываемости лекционного материала студентами // VIII международная научно- практическая конференция «Наука - Сервису». - Москва, 2003. - С. 198-200
Платонова О.В., Закорюкин В.Б., Модели временных затрат на изучение дисциплины // 52 НТК МИРЭА. Сб. тр. 4.1. Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики (технический университет). - М., 2003 г.
Закорюкин В.Б, Платонова О.В., Структура учебных модулей и их электронных версий» // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий. Мат-лы межд. конф. и Рос. науч. школы. Часть 5, - М.: Радио и связь, 2004. -С. 133-135.
Платонова О.В., Закорюкин В.Б. «Технология создания учебных модулей как средство обеспечения информационной базы управления обучением» // Современные информационные технологии в управлении и образовании, Сб. науч. тр. М: ФГУП НИИ «Восход», МИРЭА, 2005 г., С. 204-209.
Структуры компьютерных учебных материалов
Анализ библиографических источников по учебно-познавательным процессам [137] - [50] позволил выделить следующие признаки, характерные для познавательной деятельности студентов: - познавательная деятельность всегда целенаправленна и связана с выбранной профессией; она характеризуется проявлением различных мотивов, интересов; - представляет собой систему взаимосвязанных мыслительных действий, эмоциональных отношений к объектам познавательной деятельности и результатам этой деятельности; - организуется и проводится в учебном коллективе имея и коллективный и индивидуальный характер, а также осуществляется под непосредственным контролем и руководством ведущего преподавателя; - связана с психическими процессами, зависящими от воздействий внешней среды и внутреннего состояния обучаемого, и имеет свойственные психологии закономерности и противоречия. Современная теория обучения в вузе базируется на концепции развития личности обучаемого и формирования специалиста в процессе активной познавательной деятельности [6, 13, 19, 24, 51, 52, 112, 113].
Выдвижение принципов активности в качестве важного условия решения задач повышения качества и эффективности процесса обучения, совершенствования знаний обучаемых, требует поиска путей активизации учебно-познавательной деятельности. Исследования в области психологии, дидактики и частных методик в последние годы были направлены на решение этой магистральной задачи современной дидактики. Разработка принципа активности в психологии и дидактике шла в направлении совершенствования содержания и форм обучения [63, 64, 80], усиления активизирующего влияния методов и средств обучения на познавательную деятельность обучаемых [24, 127, 128, 129]. В этом направлении достигнуты определенные положительные результаты. Психологический аспект проблемы активизации познавательной деятельности обучаемых нашел отражение в работах [6, 24, 103, 127, 128], Выгодского Л.С., Зинченко В.П. [51, 52], Леонтьева А.Н. [68], Матюшкина A.M. [74], Грачева Н.М. [32] и других ученых. В психологических исследованиях освещены различные аспекты проблемы активизации познавательной деятельности: определение уровней и видов познавательной активности, обусловленность уровня познавательной активности возрастными и индивидуальными различиями, психологические условия мотивации активного учения, формирования приемов познавательной деятельности, развития познавательного интереса [13, 19,127].
Обзор и анализ библиографических источников позволил выделить три аспекта активизации познавательной деятельности: дидактический, психологический, кибернетический.
Дидактический аспект нашел отражение в исследованиях Субетто А.И. [127, 128, 129], Бабанского Ю.К. [13], Беспалько В.П. [19], Вергасова В.М. [24], Кузьминой Н.В. [63] и др.
В дидактике активизацию связывают с содержанием образования [127], методами обучения [57, 80, 63], постановкой перед обучаемыми учебно-познавательных задач и проблемного подхода, осуществлением дифференцированного подхода, изменением характера труда преподавателя в учебном процессе [74, 113].
В частных методиках накоплен положительный опыт использования в обучении различных приемов и средств активизации учения. Анализ средств активизации показывает их разнообразие и то, что реализация принципа активности на практике осуществляется на различных этапах учебного процесса. Каждое из указанных средств имеет свою специфику формирования, выполняет свою дидактическую функцию. Но в то же время все средства тесно связаны между собой и в совокупности образуют систему средств активизации.
Гносеологическими основаниями всех определений человеческой деятельности посредством активности является ее прямая экстраполяция на человека и его деятельность. Нужно отметить, что эта мысль значительно раньше была высказана С.Л. Рубинштейном при анализе соотношений деятельности и активности [51]. Деятельность определена им, как система субъективно-объективных и субъективно-субъективных отношений, выражающих силы субъекта.
Использование понятий деятельности позволило изучить сознание и личность человека в процессе обучения через познание им окружающего мира. Поэтому в дидактике в первую очередь идет речь о познавательной деятельности индивида как составной человеческой деятельности.
Познавательная деятельность обладает всеми свойствами, присущими феномену человеческой деятельности: целеполаганием, мотивацией, предметностью, осознанностью и др. Особенностью познавательной деятельности является ее спиралеобразное развитие, т.к. на этапе «самооценка, самоконтроль» познавательный интерес мотивирует новые цели и способы познавательной деятельности, цикл познания повторяется каждый раз на новом, более сложном материале и на качественно более высоком уровне. По Субетто А.И. [127] ступень познавательной спирали характеризует опыт умственной деятельности, который зависит от количества знаний, приобретенных в процессе познавательной деятельности, способствующих новому познанию.
С позиций психологии активность субъекта - это его способность преодолевать внешние и внутренние ограничения (барьеры) деятельности, в том числе познавательной (интеллектуальной). В учебной группе познавательная деятельность носит профессиональную направленность; ее особенности связаны с организацией всего процесса подготовки специалистов. Познавательная деятельность обучаемых регламентируется требованиями и инструкциями, положениям об организации учебного процесса, различными документами, определяющими учебно-воспитательный процесс [51, 52,113].
Познавательная деятельность обучаемых осуществляется не только в ходе учебных занятий, факультативов и иных элементов учебно-воспитательного процесса, на нее существенное влияние оказывает, система взаимоотношений; морально-психологический климат, сложившийся в учебной группе; уровень организации учебно-познавательного процесса, умение преподавателя вызвать интерес к изучаемой теме, побудить желание к познавательной деятельности [5, 8, 55].
Основные проблемы качества в обучении, вызванные увеличением объемов научно-технической информации
Многообразие видов практической деятельности обуславливает непрерывный рост объемов знаний (3Jс 1п представляющих подмножества социальной информации в виде первичных и вторичных документов: проектной документации, описаний изобретений, научных и технических публикаций, на основе которых выполняются новые разработки. Основными источниками этой информации, т.е. средой существования знаний, являются государственные и отраслевые периодические и непериодические (книжные) издания. Процесс становления научно-технической информации (НТИ) условно изображен на рис. 2.5. как носителей знаний. ЭСЕ - элементарная семантическая единица НТИ. Хор - время оформление рукописи, X и " время редактирования, Xп время подготовки к публикации, Xри вРемя распространения информации. Основными потребителями научно-технической информации (НТИ) являются профессионально подготовленные специалисты высокой квалификации - научные работники, инженеры, преподаватели вузов.
Смысловая завершенность публикаций позволяет рассматривать их как семантические единицы информации - СЕИ [66], или как элементарные семантические единицы - ЭСЕ [48] - компоненты информационных ресурсов. Эта информация наиболее доступна пользователям той отрасли, где она сформирована в виде первичных документов: проектах, научно-технических сборниках, а также в других организационно-технических и распорядительных документах. Это, в основном, планируемые документы, времена издания которых обычно относятся к различным календарным срокам их формирования: год, полугодие, квартал, месяц. Появление такой информации представляется для ее основных потребителей - организаций отрасли - как непрерывно-дискретный процесс, где появление любой СЕИ является квазислучайными событиями.
Для остальных потребителей информация из отраслевых организаций, публикуемая в периодических изданиях ВИНИТИ, ВИМИ и др. представляется, как непрерывно-дискретные случайные нестационарные процессы, где каждая СЕИ появляется в случайный момент времени [48, 70, 75].
Опыт просмотра и анализа научно-технических периодических изданий показывает, что увеличение количества публикаций по определенному виду деятельности свидетельствует о качественных изменениях в интересуемой предметной области знаний и о возможных в ближайшее время принципиально новых разработках (см. табл.2.1). Для преподавателей специальных дисциплин такая информация свидетельствует о целесообразности отбора и систематизации публикаций и создания на этой основе новых тем в учебных дисциплинах.
В научной деятельности, как познавательном процессе, выделяют три этапа, представленные в табл. 2.1.
Познавательная деятельность - это и приобретение знаний в соответствующей предметной области и создание новых знаний. Развитие техники и общества связано закономерно с ростом объемов информации. Часть этой информации необходима для приобретения профессиональных знаний на современном уровне [145, 148, 149]. Поэтому объем информации, необходимый для обучения непрерывно растет, а вместе с тем время, отводимое на освоение учебной программы согласно ГОС ВПО, не увеличивается. Если не вводить новый материал, то специалист не будет подготовлен к работе с современной техникой. Следовательно, возникает проблема подготовки специалистов с учетом регулярных внесений новых объемов информации, отражающих как современное состояние, так и тенденции к изменению технического уровня в соответствующей профессиональной деятельности.
Научно-техническая информация включает в себя в явной и неявной формах новые знания, которые необходимо быстрее предъявлять для подготовки современных специалистов.
Отсюда возникает проблема сокращения времени усвоения учебного материала каждой дисциплины при сохранении требований к качеству подготовки специалистов. Формализовано постановка задачи исследований может быть выражена так. Имеется: 1) Монотонно возрастающий объем НТИ - ъ/.нти, который является источником учебной информации \s для специальных дисциплин;
2) Нормативы времени обучения const j требования к качеству подготовки специалистов регламентированы ГОСВПО. Требуется: 1) Найти метод формирования учебного материала спецдисциплины, который:
а) Позволит разрешить противоречие между растущим объемом \J и неизменным временем обучения Тоб ПРИ обеспечении требуемого качества подготовки специалистов;
б) Обеспечит новой учебной информации способность к модернизации, ее своевременную доступность и переносимость в дисциплины по другим специальностям;
в) Определит, какие параметры деятельности обучаемого целесообразно эффективно использовать для управления процессом обучения.
Цели и задачи экспериментальных исследований
Для качественной и количественной оценки семантических искажений и потерь на кафедре ИТС МИРЭА были проведены экспериментальные исследования содержания конспектов лекций студентов по новой дисциплине «Теория информационных процессов», изучаемой на 2-м курсе (в 4-ом семестре). Учебник и учебные пособия по данной дисциплине отсутствуют.
Целью исследований является:
1) Определение и систематизация видов семантических искажений, имеющих место в конспектах студентов;
2) Количественная и качественная оценка семантических искажений в целом и их отдельных видов;
3) Формирование рекомендаций для исключения семантических искажений при использовании модульных технологий создания учебных материалов.
Исходным учебным материалом, подлежащим конспектированию студентами в аудитории, является текст лекций по дисциплине «Теория информационных процессов». Согласно учебному плану по специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» эта дисциплина является региональной компонентой в группе общепрофессиональных дисциплин. Содержание текста лекций, составленное в соответствии с рабочей программой дисциплины, включает: теоретический материал, примеры, вопросы для самоконтроля знаний (текст лекций записан на магнитном носителе).
Изложение теоретического материала и примеров было в поточной аудитории, где слушателями были 6 групп студентов 2-го курса. Время чтения лекций - февраль - март 2002 г., периодичность - 1 лекция в неделю. Начало лекций в 16 час.10 мин., т.е. это были последние аудиторные занятия, начало которых было в 9 час. 15 мин. Усталость студентов проявлялась в локальных разговорах на последних рядах аудитории и в выражениях лиц сидящих в первых рядах. Инструментальные средства преподавателя - традиционные: широкая стеклянная доска и мел. В начале лекции преподаватель обращался к студентам, задавая вопросы по теме предыдущей лекции, чтобы вспомнить ее, после этого преподаватель приступал к изложению следующей темы.
Основные определения лектор давал под диктовку, чтобы студенты имели возможность сделать их подробную запись. В конце каждой лекции выдавалось устное задание на самостоятельную работу: повторить на следующий день лекции, внести в конспект исправления, сформулировать, что неясно в записанном конспекте.
Спустя месяц после прочтения третьей лекции, студентам было выдано задание: сделать электронные версии конспектов лекций, выполнив при этом расшифровку сокращенных слов, а также исправления обнаруженных искажений в записях, после чего представить конспект в распечатанной форме. Представленные конспекты сравнивались с текстом лекций преподавателя, в результате чего выявлялись семантические ошибки, сделанные студентами.
Сравнение выборки из четырех распечатанных конспектов студентов с текстом лекций преподавателя - эталоном - позволяет обнаружить семантические искажения, выполнить их качественный анализ и систематизировать по различным видам. В приложении 1 дана электронная версия одного из конспектов студента.
В целях наглядности результаты сравнения представляются в табличной форме, где в соответствующих столбцах размещаются фактические данные, искаженные семантические единицы информации, эталонные единицы, а также результат сравнения - вид семантических искажений: текстовых, графических, формульных. Форма таблицы дана в приложении 2.
В качестве семантических единиц информации целесообразно выбирать их минимальные единицы, искажения которых изменяют смысл информации или делают невозможным ее понимание. Такими элементарными семантическими единицами информации (ЭСЕ) являются предложения, рисунки, формулы.
Для статистической обработки семантических искажений введены следующие обозначения: /уш - общее количество элементарных семантических единиц информации в конспекте М; №= 1,2,3,4 - номер анализируемого конспекта. При этом NCM = NTM + NPM + N I M (3-D где Уу Ш " количество текстовых ЭСЕ в конспекте М; 7V рм - количество графических ЭСЕ в конспекте М; ТУФЛ/ - количество формульных ЭСЕ в конспекте А/.. Числовые значения ЭСЕ определяются для каждого конспекта путем простого подсчета. Соответственно этим видам ЭСЕ обозначены следующие виды семантических ошибок Псм бщее количество семантических ошибок в конспекте М} причем Нсм Нтм flpM ЇІФМ- (3.2) где flTM - количество текстовых ошибок в конспекте М; Ирм количество графических ошибок в конспекте М; ТІФМ " количество формульных ошибок в конспекте М.. Общее число искажений в выборке из m конспектов Пс 2-і Нем м Числовые значения искаженных ЭСЕ берутся из таблицы в приложении 2. По этим значениям вычисляются частотности семантических искажений в каждом конспекте Ы и общая \JCX _ ТІСМ _ "V"1 Осм -А т , Vc Z OCM, (3.3) і V см м=і а также выборочные средние значения семантических ошибок в выборке конспектов из М= \ис\-Ц Осм. (3.4)
Выборочная дисперсия семантических ошибок в данной выборке м=\ и соответственно выборочное средне-квадратичное отклонение В результате сравнения выборки из Ы = 4 конспектов студентов с эталонным, составленным преподавателем, было обнаружено множество семантических ошибок в записях студентов, искажающих смысл содержания лекций и затрудняющих их понимание и усвоение. Данные об этих ошибках приведены таблично в приложении 2, в столбцах 2,3,4,5, а в столбце 7 дана оценка вида семантической ошибки. В соответствии с выбранными видами ЗСЕ, выделены три основные вида семантических ошибок: а) в текстах; б) в графическом материале (рисунки, диаграммы), в) в формулах. Результаты сравнения представлены в таблице 3.2, из которой следует, что все семантические ошибки можно рассматривать как случайные события, не имеющие в явном виде связи между их количеством и объемом конспекта Из таблицы 3.2 (столбцы 6, 7, 8, 9) следует, что доминирующими во всех конспектах являются текстовые ошибки flm, их доля QTM от общего числа ошибок в конспекте (столбец 10) находится в пределах от 62,8 до 77,78 %, то есть разброс составляет 11%. Доли рисуночных иРМ и формульных (1ФМ ошибок (столбцы 11, 12) изменяются в больших пределах. Наглядные примеры текстовых ошибок приведены в таблице 33. Вместе с этим, доли искаженных рисуночных Q, Рим и формульных ц. ФИМ ЭСЕ в % от их количества в конспекте ]уТМ (столбцы 14,15) достигают 50 %. Это свидетельствует либо о неумении, либо о невнимательности зарисовывания с доски.
Из сравнения данных в столбцах 2, 6, 13 таблицы 3.2 следует, что наибольшая доля семантических ошибок имеет место в конспекте 3 с наименьшим количеством ЭСЕ М:м = 8 Очевидно, студент был на лекции очень невнимательным. Просмотр семантических ошибок (см. таблицу в приложении 2, столбец 4) позволяет сделать вывод о непригодности данного конспекта для самостоятельной работы студента.
Концепции информационно-образовательной среды
Очевидно, что решение всех проблем подготовки специалистов в XXI веке, сформулированных в [58, 59], связано прямо или косвенно с созданием учебного и методического обеспечения, организованного в виде единой информационно-образовательной среды (ИОС) [61] для системы открытого образования [56, 61, 125, 129]. В [40] у И.И. Дзегеленка, такая среда именуется ЕИПО - единое информационное пространство образования.
Инфраструктура ИОС представляет собой системно организованный комплекс информационных ресурсов, средств телекоммуникаций и организационно-методического обеспечения, ориентированный на образовательные потребности. Этот комплекс, являюпдийся динамической развивающейся системой, должен удовлетворять критериям пользователей, которые были сформированы акад. В.А. Трапезниковым применительно к средствам управления, а также быть согласованным с концепциями обеспечения качества ВПО, сформированными Н.А. Селезневой в [120, 121].
В государственных образовательных стандартах ВПО по таким направлениям подготовки специалистов как «Информатика и вычислительная техника». «Прикладная математика» и др. доминирующая часть специальных дисциплин является принципиально новой по сравнению со специальными дисциплинами, содержащимися в учебных планах 90-х годов XX века. Появление новых дисциплин отражает развитие науки и техники, теории и практики в данных направлениях, а также тенденции их развития. Учебные пособия и учебники по таким дисциплинам практически отсутствуют. А лекционный материал, создаваемый преподавателями высшей квалификации для первого года изучения, еще подлежит регулярной доработке и дополнениям.
Научно-методическая работа преподавателя спецдисциплины ориентирована на синтез нового учебного материала, обладающего практической ценностью и своевременной доступностью.
В федеральной целевой программе [136] отмечено, что "использование информационных технологий и сети Интернет в общеобразовательных школах пока еще ограничено и очень слабо связано с учебным процессом. Использование интернет-технологий в учебном процессе требует создания электронных учебных материалов нового поколения". Их создание возможно на основе интеграции электронных средств обучения с учебными средствами на традиционных носителях. Результатом этой интеграции должен стать учебник нового типа со средствами технологической поддержки процессов обучения. В них необходимо использование многофункциональных информационных систем на различных платформах и обеспечение интерактивности процесса обучения. Создание таких систем должно идти не путём формирования лишь программной поддержки функционирующих учебных пособий, а путём интеграции трёх составляющих: учебной информации, дидаїсгических инноваций, информационных технологий [68]. Результатом этой интеграции должна быть качественно новая учебная продукция, в которой реализуется формула: "информация + дидактика + компьютер " (в традиционных учебниках присутствует одна составляющая -информация, в электронных - две: информация + компьютер). Для системы открытого образования - это специализированная информационно-образовательная среда.
Согласно исследованиям одним из критериев, определяющих целесообразность внесения в учебный материал новых тем, разделов, является частота публикаций по данной предметной области за некоторый конечный интервал времени, например, по количеству рефератов в реферативном журнале за квартал, полугодие, год.
Однако не вся новая научно-техническая информация, содержащаяся в периодических изданиях, может быть непосредственно использована для внесения в спецдисциплины. Отобранная в периодических изданиях информация подлежит систематизации по каким-либо признакам и тщательной переработке, чтобы быть пригодной для учебных целей. В результате новый материал, сформированный преподавателем, может быть дополнением в одну из тем изучаемой дисциплины. Новый материал может быть представлен и в виде отдельной темы, представляющей семантически завершенную единицу — информационный учебный модуль, увеличивающую по объему рабочую программу и содержание изучаемой дисциплины.
Общеизвестно, что существуют учебники по спецдисциплинам, в содержании которых представлен новый теоретический материал, взятый из диссертационных работ. Он характерен сложными для осмысления студентами текстом, громоздкими математическими выражениями в общем виде, отсутствием математического анализа представленных выражений и их графической интерпретации. Такой учебный материал сложен для изучения и применения в инженерной практике.
Моделью учебника нового типа может быть технологический учебник с программно-управляющим сопровождением, в котором основной объём отведён не просто учебной информации, а основанной на нетрадиционных методиках и приёмах её активного освоения. По терминологии А.И. и И.А. Башмаковых [16, с. 24-25] это — компьютерный учебный курс (КУК).
Согласно исследованиям А.И. и И.А. Башмаковых [16, с.9], компьютерные средства обучения по инженерным и специальным техническим дисциплинам являются абсолютными аутсайдерами в создании использовании в системе высшего профессионального образования. Сегодня им традиционно отводится роль вспомогательных учебно-методических средств, переносимость которых в другие вузы практически невозможна.
Технологический учебник состоит из двух частей: теоретической и методической. Проведенный в главе 2 анализ познавательной деятельности, как совокупности информационных процессов позволил составить требования к формированию преподавателем теоретической части учебного материала. Выполнение этих требований в тексто-графической части лекционного материала позволит минимизировать одну из составляющих информационно-образовательной деятельности, а именно, время осмысления То предъявляемого теоретического материала как в традиционной форме обучения, так и при самостоятельном изучении темы. Теоретическая часть является основой, на основе которой формируется система дидактических блоков таких как; повторение, самоподготовка, самопроверка, поиск алгоритма, составление задачи, решение задачи, программированные задания, экспресс-задачи, опыты и наблюдения, решение проблемы преобразование, знаний в систему, «давайте поиграем», экспериментальные задания. В [71, 72, 76] дидактические блоки предназначены для самостоятельной работы учащихся над программным материалом, в них излагается и методика обучения этому предмету.
Учебник нового типа должен обладать следующими чертами: 1) предоставлять студентам фундаментальные знания; 2) ориентировать преподавателей на технологический подход в обучении, при котором форма и структура и содержание учебника отражают новые тенденции в современной дидактике, психологии, частных методиках; 3) стимулировать активную самостоятельную работу учащихся, развивать их творчество; 4) обеспечивать дифференцированный подход в обучении; 5) широко использовать возможности проблемного изложения материала; 6) апеллировать не только к уму, но и к эмоциям обучаемых; 7) обеспечивать интерактивность процесса обучения при соответствующей программной поддержке.
В соответствии с принципом функциональности, новое средство обучения, являющееся результатом интеграции классических и новых информационных образовательных технологий, должно объединять все функции, которые были свойственны первоначальному виду образовательных технологий, получивших развитие в программированных учебниках и пособиях, и приводить к новым свойствам этих процессов.
Принцип саморазвития выступает как следствие принципа системности, поскольку проектируемые информационно-технологические системы должны быть открыты для последующего совершенствования, развития и модернизации.
В учебник необходимо заложить принцип интерактивности, предусматривающий самоконтроль и самооценку. Учебный материал должен излагаться не в форме монолога, а обеспечивать диалог с обучаемым, в нем должна присутствовать возможность индивидуального продвижения и опережающего изучения курса.
