Применение метода проектов при обучении магистрантов педагогического образования жизненному циклу информационной системы

УДК 378.02:37.016 ББК 74.5 74.00

Маслова Н.В.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ МАГИСТРАНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЖИЗНЕННОМУ ЦИКЛУ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Maslova N. V.

THE USE OF PROJECT-BASED LEARNING IN GRADUATE MASTER TECHER EDUCATION LIFE CYCLE OF INFORMATION SYSTEM.

Ключевые слова: метод проектов, магистранты педагогического образования, методика, жизненный цикл информационной системы.

Keywords: project method, Master Teacher Education, methodology, life cycle of information system.

Аннотация: в статье описано использование метода проектов в разработанной автором методике на заключительном этапе обучения магистрантов педагогического образования разделам информатики, связанным с проектированием и созданием информационных систем. Использование метода проектов способствует формированию готовности будущих выпускников участвовать в разработке информационной среды образовательного учреждения.

Abstract: the article presents the use of project-based methodology developed by the author in the final phase of training graduate Master Teacher Education science sections relating to the design and construction of information systems. The use of the project contributes to the formation of future graduates ready to participate in the development of the information environment of the educational institutions.

Сегодня в сфере образования интенсивно осуществляется процесс информатизации, который затрагивает как содержание обучения, так и управление педагогическим процессом. Во многих образовательных учреждениях разрабатываются, используются и развиваются информационные среды. Актуален вопрос о взаимодействии и интеграции информационных сред различных образовательных учреждений всех уровней образования, которые будут поддерживать непрерывность образовательного процесса и академическую мобильность студентов.

Идея информационной среды впервые была предложена Ю.А. Шрейдером, который рассматривает информационную среду не только как проводник информации, но и как активное начало, воздействующее на её участников [15]. Важными системообразующими составляющими информационных образовательных сред являются информационные системы (ИС). Подготовка специалистов образования, на практике готовых самостоятельно проектировать, раз-

рабатывать, сопровождать ИС, представляется непростой задачей, учитывая сложность и многоаспектность предметной области. Проведённый анализ научных статей, учебных материалов, различных электронных ресурсов, показал, что материалов, связанных с вопросами проектирования и разработки информационных систем, очень много, и студентам сложно в них ориентироваться. Теоретические основы разработки ИС рассматриваются отдельно от вопросов реализации в конкретных программных средах. В сложившейся ситуации актуальными представляются задачи разработки новых подходов к подготовке специалистов в области ИС, отбора содержания обучения, отвечающего современным научным представлениям информатики, средств информационных технологий в условиях их быстрого развития, поиска новых форм и методов обучения.

Автором разработана методика обучения магистрантов педагогического образования разделам информатики, связанным с

проектированием и разработкой ИС, основанная на детальном изучении студентами всех этапов жизненного цикла информационной системы (ЖЦИС), ориентированная на овладение выпускниками теоретическими знаниями в области проектирования и создания ИС в сочетании с практическими навыками разработки.

Жизненный цикл информационной системы представляет собой последовательность этапов и выполняемых на них процессов. Анализ стандартов ГОСТ 34.601-90, ISO/IEC 12207:2008 и Rational Unified Process (RUP), научной и учебной литературы по проектированию ИС [1, 8,

12, 13], личный опыт автора по созданию ИС позволяет условно выделить следующие основные этапы жизненного цикла, которые будут являться системообразующими составляющими содержания обучения магистрантов педагогического образования разделам информатики, связанным с проектированием и созданием информационных систем:

- разработка требований. На данном этапе формулируются основные требования к разрабатываемому программному обеспечению. От того, насколько полно определены функции и требования, насколько правильно приняты принципиальные решения, определяющие процесс проектирования, во многом зависит стоимость разработки и ее качество;

- проектирование - проводится логическая проработка функциональной и системной архитектуры ИС;

- реализация. На данном этапе жизненного цикла информационной системы создаются подсистемы и их соединяют в единое целое;

- тестирование. Этап тестирования заключается в проверке на соответствие ИС требованиям, определенным на этапе разработки требований, и отсутствие системных ошибок;

- внедрение. На данном этапе происходит установка и ввод системы в действие;

- сопровождение - обеспечение штатного процесса эксплуатации системы на предприятии заказчика.

Концептуальные основы методики -компетентностный подход и личностно-

ориентированное обучение предполагают выстраивание студентами индивидуального образовательного маршрута, применение активных методов обучения, в том числе и метода проектов на заключительном этапе обучения [4]. Аспекты обучения студентов проектированию и созданию ИС были рассмотрены в статьях [5,6].

Перечислим специальные компетенции выпускника, способного строить и развивать информационную среду образовательного учреждения, сформулированные в

[5]:

- наличие представлений об управлении образовательным учреждением;

- готовность использовать средства проектирования информационной среды (например, язык визуального моделирования Unified Modeling Language);

- владение средствами реализации информационной системы (система управления базами данных, среда программирования, язык программирования);

- способность вести диалог с заказчиками и сотрудниками, которые непосредственно будут использовать информационную систему;

- готовность создавать и администрировать базу данных (БД), создавать клиентское приложения для работы с базой данных;

- способность представить свой проект информационной системы заказчику;

- готовность обучать пользователей и осуществлять техническую поддержку системы в целом.

Оценка уровня сформированности у студентов перечисленных компетенций основывается на таксономии педагогических целей Б. Блума, который выделил уровни мыслительного поведения обучающихся и сопоставил им следующие категории целей обучения [7,14,16]:

- знание - способность воспроизвести или запомнить факты, не обязательно понимая их. Студент запоминает и воспроизводит употребляемые термины, конкретные факты, знает правила и принципы.

- понимание - способность понимать и интерпретировать освоенную информацию. В качестве показателя понимания может выступать интерпретация материала

студентом (объяснение, краткое изложение), предположение о дальнейшем ходе явлений или событий (предсказание последствий, результатов), преобразование (трансляция) материала из одной формы выражения в другую, например, из словесной формы - в математическую.

- применение - использование изученного материала в новых ситуациях, например, применение идеи и концепции к решению проблем. К этой категории относится применение правил, методов, понятий, законов, принципов, теорий.

- анализ - умение разбить материала на составляющие так, чтобы ясно выступала его структура, например, вычленение частей целого, выявление взаимосвязей между ними, осознание принципов организации целого.

- синтез - умение комбинировать элементы так, чтобы получить целое, обладающее новизной. Таким новым продуктом может быть сообщение (выступление, доклад), план действий, схемы. Достижение соответствующих учебных результатов предполагает деятельность творческого характера, направленную на создание новых схем, структур.

- оценка - умение оценивать значение того или иного материала (утверждения, художественного произведения, исследовательских данных и т. д.). Данная категория предполагает достижение учебных результатов всех предшествующих категорий.

Совокупность выделенных уровней иерархически выстроена (рисунок 1) и означает, что способность студента работать на каждом уровне обязательно предполагает, что он готов осуществлять мыслительную деятельность на всех предыдущих. Например, чтобы учащийся мог применить знания (уровень 3), он должен иметь необходимую информацию (уровень 1) и понимать её (уровень 2). Иначе говоря, каждый уровень базируется на всех предыдущих.

Компетентностный поход предполагает оценку успешности обучения через оценку достижений обучающихся, которые заданы ожидаемыми результатами. В таблице 1 в соответствии с категориями целей обучения по Б. Блуму представлены ожидаемые результаты обучения студентов проектиро-

ванию и созданию ИС, как готовность к осуществлению определённых видов деятельности.

Рисунок 1

Разработанная методика способствует формированию представленных специальных компетенций. Содержание обучения проектированию и созданию информационных систем магистрантов педагогического образования, специализирующихся в области информатики, отобрано согласно принципам научности, наглядности, систематичности и последовательности изложения теоретического материала, принципу связи теории с практикой. Выделены следующие учебные блоки [6]:

- «Введение в информационные системы» знакомит студентов с общими требованиями к ИС, с моделями жизненного цикла ИС. На этом этапе актуализируются знания студентов, полученные в бакалавриате, формируется целостное представление о понятии «Жизненный цикл ИС»;

- «Проектирование и создание баз данных» является ключевым, формирует у студентов как теоретические знания в области проектирования БД, так и практические навыки работы с соответствующим инструментарием;

- «Разработка клиентских приложений к базе данных» связан с этапом реализации ИС. На этом этапе студенты на основе проекта информационной системы разрабатывают готовый программный продукт и тестируют его;

- «Средства проектирования информационных систем» расширяет представления студентов о возможностях использования ЦМЪ-диаграмм при проектировании ИС, с которыми магистранты познакомились при изучении в бакалавриате дисциплины «Технологии проектирования ИС»;

Таблица 1 - Ожидаемые результаты обучения студентов проектированию и созданию ИС как готовность к осуществлению определённых видов деятельности_____________________

Категория целей Ожидаемые результаты обучения

Знание - воспроизводить определения ИС; - описывать этапы жизненного цикла ИС, диаграммы классов, диаграммы вариантов использования, диаграммы состояний, клиент-серверной архитектуры; - формулировать правила нормализации БД

Понимание - систематизировать процессы, протекающие на каждом этапе жизненного цикла ИС; - выявлять проблемы, которые могут возникнуть на каждом этапе ЖЦ ИС; - интерпретировать UML-диаграмм; - понимать принципы работы ИС на основе клиент-серверной технологии

Применение - создать ИС по готовым UML-диаграммам и описанию предметной области; - разработать баз данных на основе СУБД InterBase/Firebird; - применить принципы построения графического интерфейса пользователя при создании клиентских приложений; - следовать принципам оформления программного кода при написании кода программы

Анализ - анализировать поставленную задачу и предметную область разрабатываемой ИС; - определять список требований к ИС; - строить UML-диаграммы

Синтез - сформулировать техническое задание на основе списка требований и UML-диаграмм; - разрабатывать ИС управления образовательным процессом; - организовать работу в группе над одним проектом

Оценка - представлять проект ИС; - оценивать, обсуждать существующие ИС и ещё не реализованных ИС

- «Этапы жизненного цикла ИС», задача которого сформировать у студентов целостное представление о сущности, принципах и методах реализации, взаимосвязях всех этапов жизненного цикла ИС.

Содержание обучения построено таким образом, что студенты сначала изучают различные средства проектирования и создания ИС. Выполняя задания после каждой темы, магистранты создают первый проект информационной системы и получают опыт работы с графическими средствами проектирования систем, системой управления базами данных и визуальной средой программирования. Первые четыре учебных блока знакомят студентов с принципами функционирования реляционной ИС на основе клиент-серверной архитектуры, формируют у магистрантов готовность создавать базы данных и клиентские приложения по подробному описанию структуры БД и требований к информационной системы. Последний учебный блок содержит теоретический материал о жизненном цикле ИС в целом, от момента зарождения идеи о необходимости создания системы до ввода её в эксплуатацию и подготовки новых версий программного обеспечения. Такая модель содержания обучения даёт возможность акцентировать внимание студентов на процессах, протекающих на каждом этапе жизненного цикла ИС, и сформировать у них целостное представление о ЖЦ ИС.

В разработанной методике метод проектов занимает центральное место при обучении студентов учебному блоку «Этапы жизненного цикла ИС». В процессе обучения студенты совместно с преподавателем разбирают и анализируют процессы, протекающие на каждом этапе жизненного цикла. Затем студенты-разработчики представляют отчёт преподавателю-

заказчику о результатах проведённой работы на каждом этапе жизненного цикла зачётного проекта. Выбор темы, предметной области, сложности зачётного проекта ИС осуществляется в зависимости от индивидуальных особенностей студентов (опыта программирования и работы со средствами проектирования и создания информационной системы) и их будущей профессиональной деятельности. Разрабатывая свой проект, магистранты овладевают опытом проектной деятельности. Учебное проектирование направлено в первую очередь на овладение студентами способами и приёмами самостоятельного решения учебнопрофессиональной задачи - проектирование, создание и внедрение ИС в управление учебным процессом.

Метод проектов — это способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, оформленным тем или иным образом (проф. Е.С. Полат) [10]. Использование метода проектов способствует развитию познавательных навыков студентов, умений самостоятельно конструировать свои знания, умений ориентироваться в информационном пространстве, формированию критического мышления.

Каждый проект от возникновения идеи до полного своего завершения проходит ряд ступеней своего развития, образующих жизненный цикл проекта, который разделён на следующие фазы (рисунок 2) [11, 291с.]:

- фаза проектирования (целеообразования), результатом которой является построенная модель и план ее реализации. Первая фаза проекта включает этапы формирования требований и проектирование ИС;технологическая фаза (целевыполнения), результатом которой является реализация системы. Вторая фаза включает следующие этапы жизненного цикла ИС: реализация, тестирование;

- рефлексивная фаза (контроля, оценки и рефлексии), результатом которой является оценка реализованной системы и определение необходимости либо ее дальнейшей коррекции, либо «запуска» нового проекта. На рефлексивной фазе проекта осуществляется этап ввода в эксплуатацию и сопровождение информационной системы.

Жизненный цикл учебного проекта схож с жизненным циклом информационной системы (см. рисунок 2), что позволяет эффективно использовать метод проектов при обучении проектированию и созданию ИС, в особенности на завершающем этапе, предполагающем самостоятельную поэтапную разработку студентами проекта ИС.

Магистранты педагогического образования в рамках цикла дисциплин бакалавриата «Методика обучения и воспитания (информатика и информационные технологии в образовании)» познакомились с методом проектов, как с одним из методов обучения. При изучении блока «Этапы жизненного цикла ИС» и выполнении учебного проекта по проектированию и созданию информационной системы представление студентов о данном методе обучения обогащается, они получают новое знание о возможностях использования метода проектов при обучении информатике. В структуре учебного проекта выделяют этапы [2,3,9]:подготовительный этап (погружение в проект) - формулировка темы и постановка проблемы. Выбор предметной области осуществляется преподавателем с учётом индивидуальных особенностей и будущей профессиональной деятельности студентов. Магистранты объединяются в группы по 4-6 человек и выбирают ответственного за выполнение проекта, исследуют предметную область проекта и анализируют готовые варианты ИС в данной сфере, формулируют тему и цель учебного проекта;

- планирование деятельности. Магистранты самостоятельно формируют список требований, консультируются с преподавателем (который выступает в роли заказчика) и составляют график работ с указанием ответственных за их выполнение. По результатам деятельности на данном этапе студенты представляют в виде доклада обоснованный список требований к ИС и график выполнения работ;

- этап разработки проекта (осуществление деятельности по решению проблемы). После утверждения списка требований разработка ИС переходит на этап

Рисунок 2 - Фазы жизненного цикла проекта

проектирования, на котором студенты самостоятельно разрабатывают модель информационной системы, состоящей из диаграмм вариантов использования, классов, состояний. После одобрения преподавателем модели системы, магистранты создают БД и программное обеспечение. Преподаватель помогает группе справиться с возникающими техническими проблемами при реализации системы;

- оформление результатов. На данном этапе рабочая группа тестирует ИС и создает документацию: руководство пользователя, руководство программиста, описание системы;

- презентация результатов. Создаётся презентация продукта и осуществляется его защита;оценка результатов. Студенты совместно с преподавателем оценивают созданную ИС: сопоставляя функционал системы со списком требований, анализируют графический интерфейс программы, обсуждают проблемы, возникшие, при выполнении проекта, и пути их решения. На заключительном этапе рассматриваются дальнейшие пути развития созданной системы. Преподаватель оценивает по заданным критериям представленные студентами отчёты о проделанной работе и разработанную ИС.

Критерии оценки проекта должны быть понятны студентам и их количество не должно превышать 7-10. Оценивается прежде всего работа студентов на каждом этапе жизненного цикла ИС в целом, работоспособность готовой информационной системы и её презентация. В [2] представлены следующие параметры оценки проекта:

значимость и актуальность выдвину-

тых проблем, адекватность их изучаемой тематике;

- корректность используемых методов исследования и методов обработки получаемых результатов;

- активность каждого участника проекта в соответствии с его индивидуальными возможностями;

- коллективный характер принимаемых решений (при групповой проекте);

- характер общения и взаимопомощи, взаимодополняемости участников проекта;

- необходимая и достаточная глубина проникновения в проблему; привлечение знаний из других областей;

- доказательность принимаемых решений, умение аргументировать свои заключения, выводы;

- эстетика оформления результатов проведенного проекта;

- умение отвечать на вопросы оппонентов, лаконичность и аргументированность ответов каждого члена группы.

Разработка учебного проекта ИС в рамках предложенной методики не предусматривает оценивание значимости и актуальности выдвинутых проблем, так как тему проекта выбирает преподаватель.

Групповая работа студентов над проектом способствует формированию готовности работать в команде. Группа студентов выбирает ответственного за организацию работы на каждом этапе ЖЦ информационной системы, который будет представлять отчёты о проделанной работе, проводить презентацию проекта, а так же поможет оценить преподавателю активность участников рабочей группы в проектировании и

создании ИС.

При работе над проектом может быть несколько вариантов распределения видов деятельности (заданий) внутри рабочей группы. Например, идеальная модель функционирования рабочей группы - каждый студент участвует на всех этапах разработки ИС, что способствует формированию у магистрантов целостного представления о жизненном цикле информационной системы. Педагогический эксперимент показал, что каждый студент, как правило, принимает участие не более чем на 3-4 этапах выполнения учебного проекта. При разработке методики на основе анализа содержания обучения были выделены основные виды деятельности студентов в процессе проектирования и создания ИС (таблица 2).

Анализ результатов педагогического эксперимента позволил оценить сравнительную сложность и трудоёмкость выде-

ленных видов учебной деятельности студентов (см. таблица 2). При апробации методики в среднем 30% студентов получили за участие в реализации проекта 40 баллов, 40% - 50 баллов, 30% - 65 баллов. Результаты педагогического эксперимента показали, что студенты активно принимают участие в разработке проекта ИС.

Метод проектов в рамках обучения магистрантов жизненному циклу информационной системы способствует формированию готовности будущих специалистов в области информатики решать проблемы информатизации предметной области будущей профессиональной деятельности, предусматривающие интеграцию знаний, умений студентов из различных областей науки, связанных с предметной областью, использование навыков работы со средствами проектирования и разработки ИС.

Таблица 2 - Основные виды деятельности студентов в процессе проектирования и создания ИС

Виды деятельности студентов при создании ИС Б аллы

Организация работы группой, составление отчетов и презентаций І 0

Исследование предметной области и существующих ИС ее автоматизации, представление отчета І 0

Формирование списка требований и представление его заказчику І 0

Создание модели ИС, состоящую из описания системы и диаграмм вариантов использования, классов, состояний) І 5

Создание БД 5

Создание графического интерфейса программы 5

Создание программного кода І 0

Тестирование ИС 5

Создание руководства пользователя и руководство программиста 5

Участие в обсуждении путей дальнейшего развития созданной ИС 5

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Грекул, В.И., Денищенко Г.Н., Коровкина Н.Л. Проектирование информационных систем: курс лекций: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности в области информ. технологий. - М.: Интернет-ун-т информ. технологий, 2005. - 304 с.

2. Кукушин, B.C. Теория и методика обучения.— Ростов н/Д. : Феникс, 2005. — 474 с.

3. Лапчик, М.П. и др. Методика преподавания информатики: учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; под общей ред. М.П. Лапчика. - М.: Академия, 2001. - 624 с.

4. Маслова, Н.В. Методика обучения студентов проектированию и разработке информационных систем с использованием метода проектов / URL:

http://www.emissia.org/offline/2010/1486.htm [дата обращения 07.11.2012]

5. Маслова, Н.В. Методика обучения студентов созданию графического интерфейса информационных систем // Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве: Сборник научных статей. - СПб.: Лема, 2012. - 208 с.

6. Маслова, Н.В. Формирование специальных компетенций магистров педагогического образования, профиль «Информатика», в области создания информационных систем // Вестник Томского государственного педагогического университета. Выпуск 7(122). - Томск, 2012. - 281 с.

7. Милорадова, Н.Г. Психология и педагогика: учебник. — М.: Гардарики, 2005. -

335 с.

8. Орел, А.А., Ромакина О.М. Информационные системы: учебное пособие. - Саратов: Изд-во СГУ, 2004. - 87 с.

9. Пахомова, Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении: пособие для учителей и студентов педагогических вузов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: АРКТИ, 2005. — 112 с.

10. Полат, Е.С. Метод проектов / URL: http://www.iteach.ru/met/metodika/a 2wn3.php [дата обращения 21.10.2012]

11. Профессиональная педагогика: учебник для студентов, обучающихся по педагогическим специальностям и направлениям / под ред. С.Я. Батышева, А.М. Новикова. - Изд, 3-е, перераб. - М.: ЭГВЕС, 2009. - 456 с.

12. Рудаков, А.В. Технология разработки программных продуктов: учеб. пособие для студентов сред. проф. образования. - 2-е изд. - М: Академия, 2006. - 208 с.

13. Смирнова, Г.Н., Сорокин А.А., Тельнов Ю.Ф. Проектирование экономических информационных систем. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 512 с.

14. Таксономия педагогических целей [Электронный ресурс]. / URL: http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com content&view=article&id=251:2009-07-12-14-55-53&catid=44:2009-03-04-05-29-41&Itemid=56 [дата обращения 03.12.2012]

15. Шрейдер, Ю.А. Социокультурные и технико-экономические аспекты развития информационной среды // Информатика и культура. - Новосибирск, 1990. - С. 50-81.

16. Bloom B.S. Taxonomy of Educational Objectives: The Classification of Educational Goals.New York, 1956.