Хмарні технології як засіб навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів
Authors:   , Маркова О. М. 
Published: May 2022

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.10 – інформаційно-комунікаційні технології в освіті (01 – Освіта/Педагогіка). – Криворізький державний педагогічний університет Міністерства освіти і науки України. – Кривий Ріг, 2018. Під час дослідження наукової проблеми використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів отримано такі основні результати: на підставі аналізу наукової літератури розкриті теоретичні засади навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів; досліджені можливості застосування засобів хмарних технологій у підготовці фахівців з інформаційних технологій; теоретично обґрунтовані методичні засади використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів; дібрані та класифіковані засоби хмарних технологій навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів; розроблена методика використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів та експериментально перевірена її ефективність. За результатами аналізу наукової літератури, нормативно-законодавчих документів з’ясовано, що забезпечення інноваційного розвитку України можливе на основі комплексного використання в професійній діяльності та професійній підготовці фахівців з інформаційних технологій хмарних технологій і технологій математичної інформатики. Доведено ключову роль математичної інформатики в зменшенні розриву між швидкоплинними змінами в галузі ІКТ та професійною підготовкою фахівців з інформаційних технологій за рахунок застосування технології комп’ютерного моделювання та відповідних програмних засобів навчання, насамперед – систем комп’ютерної математики. Визначено компетентність з математичної інформатики майбутніх фахівців з інформаційних технологій як особистісно-професійне утворення, яке включає систему знань, умінь, навичок, досвід навчально-дослідницької діяльності з математичної інформатики та позитивне ціннісне ставлення до неї й виявляється в готовності та здатності до модифікації наявних і розробки нових інформаційних технологій на основі моделей і методів математичної інформатики. Ключове поняття дослідження – хмарні технології (хмарні ІКТ) – визначено як сукупність методів, засобів і прийомів, використовуваних для збирання, систематизації, зберігання та опрацювання на віддалених серверах, передавання через мережу та подання через клієнтську програму всеможливих повідомлень і даних. Відповідно під хмарними технологіями навчання в дослідженні розуміються такі ІКТ навчання, що передбачають використання мережних ІКТ із централізованим мережним зберіганням та опрацюванням даних (виконання програм), за якого користувач виступає клієнтом (користувачем послуг), а «хмара» – сервером (постачальником послуг). Витоки хмарних технологій навчання містяться в застосуванні концепції «комп’ютерної послуги» до освітнього процесу, зокрема наданні місця для зберігання електронних освітніх ресурсів та мобільного доступу до них. Аналіз вітчизняного та зарубіжного досвіду використання хмарних технологій у підготовці ІТ-фахівців надав можливість обґрунтувати доцільність застосування в навчанні інформатичних дисциплін таких моделей надання хмарних послуг: «програмне забезпечення як послуга», «платформа як послуга» та «інфраструктура як послуга» на основі інформатичної технології віртуальних машин та педагогічної технології дистанційного навчання. З’ясовано, що розвиток хмарних технологій навчання відзначався неперервністю, взаємозумовленістю та інноваційністю й зумовлений імплементацією положень концепції «комп’ютерної послуги» в організацію освітнього процесу через надання місця для зберігання електронних освітніх ресурсів та мобільного доступу до них. Доведено, що однією з явних переваг використання хмарних технологій у підготовці майбутніх ІТ-фахівців у технічних університетах є можливість застосування сучасних засобів паралельного програмування як основи хмарних технологій. З урахуванням теоретично обґрунтованих методичних засад використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів визначено: зміст навчання спецкурсу «Основи математичної інформатики» (змістові модулі «Теорія алгоритмів», «Методи обчислень», «Теорія кодування», «Основи криптографії») для майбутніх фахівців з інформаційних технологій, цілі та технологію навчання, що об’єднує форми організації освітнього процесу й методи навчання (лекції, лабораторні заняття, самостійна робота студентів, навчальні конференції, консультації, індивідуальні заняття, навчально-дослідницькі проекти, контрольні заходи), а також засоби навчання основ математичної інформатики, провідними з яких є засоби хмарних технологій. У дисертації виокремлено засоби хмарних технологій навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів як сукупність хмаро зорієнтованих електронних освітніх ресурсів, що застосовуються для інформаційно-процесуального забезпечення виконання дидактичних завдань або їхніх фрагментів та спрямовані на реалізацію цілей навчання основ математичної інформатики і сприяють формуванню компетентності з математичної інформатики майбутніх фахівців з інформаційних технологій. Класифіковано засоби хмарних технологій навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів на 11 основних (хмаро зорієнтовані програмно-методичні матеріали, тестові системи, тренажери, практикуми, дидактичні демонстраційні матеріали, навчальні посібники та підручники, електронні довідники, системи підтримки навчання, навчальні лабораторії, системи комп’ютерної математики, середовища програмування) та 10 допоміжних (хмаро зорієнтовані додаткові науково-навчальні матеріали, електронна пошта, засоби аудіо- та відеозв’язку, операційні системи, засоби зберігання даних, текстові процесори, табличні процесори, засоби підготовки презентацій, системи управління базами даних, додаткові хмаро зорієнтовані компоненти). Доведено, що найбільш значущим засобом хмарних технологій навчання основ математичної інформатики є універсальні хмаро зорієнтовані системи комп’ютерної математики, такі як CoCalc, що інтегрують більшість виокремлених засобів. Методика використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів складається із цільового (формування компетентності з математичної інформатики майбутніх фахівців з інформаційних технологій), змістового (навчання основ математичної інформатики) і технологічного (хмаро зорієнтовані засоби ІКТ, методи та форми їх використання в навчанні математичної інформатики) блоків. Експериментальна перевірка розробленої методики у формі паралельного педагогічного експерименту та результати статистичного опрацювання отриманих даних підтвердили припущення щодо відсутності в розподілі студентів контрольної та експериментальної груп суттєвих розбіжностей на початку експерименту за рівнями навчальних досягнень (χ2емп = 3,89) та засвідчили наявність значущих на рівні 0,01 розбіжностей за рівнями навчальних досягнень (χ2емп = 20,06) після завершення педагогічного експерименту, що підтвердило гіпотезу дослідження. Наукова новизна та теоретичне значення одержаних результатів полягає в тому, що: вперше теоретично обґрунтовано та розроблено методичні засади використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів, дібрано та класифіковано засоби хмарних технологій навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів; удосконалено форми, методи та засоби навчання математичної інформатики студентів закладів вищої освіти шляхом розробки та впровадження хмаро зорієнтованих засобів навчання; дістали подальшого розвитку теорія та методика застосування програмних засобів інформатизації освіти, проектування та розвитку хмаро зорієнтованого навчального середовища, зміст методичних систем навчання інформатичних дисциплін та інформаційно-комунікаційних технологій у різних галузях освіти. Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблено та впроваджено в навчально-виховний процес закладів вищої освіти: методику використання хмарних технологій як засобу навчання основ математичної інформатики студентів технічних університетів, що складається із цільового (формування компетентності з математичної інформатики майбутніх фахівців з інформаційних технологій), змістового (навчання основ математичної інформатики) та технологічного (хмаро зорієнтовані засоби ІКТ, методи та форми їх використання в навчанні математичної інформатики) блоків; програму спецкурсу «Основи математичної інформатики» для студентів спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія»; хмаро зорієнтовані програмно-методичні матеріали навчання основ математичної інформатики (режим доступу: http://site.mathinfo.ccjournals.eu/). Виконане дослідження не вичерпує всіх аспектів аналізованої проблеми. Подальші наукові пошуки її розв’язання доцільні за такими напрямами: проектування хмаро зорієнтованого середовища навчання майбутніх фахівців з комп’ютерної інженерії; тенденції розвитку хмарних технологій у професійній підготовці та перепідготовці ІТ-фахівців; методика формування дослідницьких компетентностей майбутніх фахівців з інженерії програмного забезпечення засобами хмарних технологій. Результати дослідження можуть бути використані в системі професійної підготовки майбутніх фахівців з інформаційних технологій у закладах вищої освіти, у системі післядипломної освіти, у самоосвітній діяльності студентів.