Компьютерные технологии в науке и образовании

УДК 378:331

Н. Н. Зиятдинов, Л. М. Дмитриева, А. Е. Серёжкина, М. Е. Дмитриев

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ

Ключевые слова: аспиранты, информационные технологии, повышение квалификации.

Описана структура, содержание и организационные условия преподавания дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании», предназначенной для обучения аспирантов технологического университета.

Keywords post-graduate students, information technologies, improvement of professional skills.

Structure, content and organizational conditions of teaching "Computer technologies in science and education", designed for teaching the post-graduate students of the technological University, are described.

Введение

Федеральный Закон «Об образовании в Российской Федерации», вступивший в силу 1 сентября 2013 года, одним из уровней профессионального образования (четвертым) установил подготовку кадров высшей квалификации [1, ст. 10, п. 5]. В Казанском национальном исследовательском технологическом университете такая подготовка осуществляется в аспирантуре. Учебный план аспирантуры всех направлений включает дисциплину «Компьютерные технологии в науке и образовании», изучение которой проходит в первом семестре первого курса.

В работе обосновывается структура и содержание этой дисциплины, рассматриваются организационные условия ее изучения и методика обучения.

Из истории обучения аспирантов компьютерам и информационным технологиям

Изучение аспирантами КНИТУ различных технологий, опосредствованных компьютером, началось задолго до вступления в силу нового закона об образовании. До середины 80-х годов XX века изучение вычислительной техники и программирования осуществлялось лишь в единичных вузах, инициативные аспиранты осваивали новые технологии самостоятельно. Переломной стала весна 1985-го года, когда было принято партийно-правительственное

постановление «О мерах по обеспечению компьютерной грамотности учащихся средних учебных заведений и широкого внедрения электронно-вычислительной техники в учебный процесс» [2]. Это постановление явилось одним из первых документов, призванных определять стратегию развития образования в стране и страны в целом, и было естественной, хотя и несколько запоздалой реакцией советского руководства на отставание страны в области компьютеризации. Академик Н.Н. Моисеев писал в газете «Известия», что «... новые экономическое мышление и механизмы невозможно воплотить в реальность без компьютеризации», «новая компьютерная идеология» должна пронизывать все звенья народного хозяйства» [2].

В постановлении была выражена надежда, что всестороннее и глубокое овладение молодежью электронно-вычислительной техникой получит широкое распространение и будет эффективным средством познания основ наук и дальнейшего развития научно-технического прогресса в нашей стране.

В марте 1987 года было опубликовано еще одно важное для системы образования и всей страны Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР, «О мерах по улучшению подготовки и использовании научно-педагогических и научных кадров» [3]. В соответствии с этим постановлением Госкомитетом СССР по народному образованию были введены в действие новые учебные планы и программы для аспирантов и соискателей высших учебных заведений, научно-исследовательских заведений и организаций. Были утверждены следующие программы:

• Основы педагогики и психологии высшего образования;

• Экономика СССР на современном этапе;

• Основы вычислительной техники;

• Основы математического моделирования.

Ректорам вузов предписывалось

организовать изучение этих дисциплин с учетом профиля подготовки аспирантов и соискателей со сдачей ими соответствующих экзаменов (зачетов) по месту обучения. Как правило, обучение дисциплинам, связанным с применением вычислительной техники, осуществлялось на факультетах повышения квалификации

преподавателей вузов (в стране к 1986 г. ФПК действовали в 95 вузах). Аспиранты вузов, не имевших ФПК, проходили обучение в других вузах. Управлением кадров Минвуза СССР для обучения аспирантов ряда вузов Казани был определен ФПКП вузов Казанского химико-технологического института.

Критерием составления первого учебного плана был «здравый смысл», отсутствовали какие-либо теоретические подходы к его составлению. Значительное время отдавалось получению аспирантами элементарных навыков общения с компьютером и простейших приемов программирования. К середине 90-ых годов XX века ситуация изменилась: выросло поколение, активно

использующее компьютер не только в учебе и работе, но и в быту, а также появилось множество прикладных информационных технологий, получил распространение интернет. В новых условиях встали вопросы о дифференциации обучения аспирантов с учетом направления их научной деятельности, о теоретическом обосновании перечня и содержания дисциплин, которые могли бы составить основу качественной информационно-технологической подготовки научно-

педагогических кадров для высшей школы. В ряде ведущих вузов страны началась переподготовка преподавателей вузов по программе «Педагогика высшей школы» с присвоением дополнительной квалификации «Преподаватель высшей школы, прежде всего предназначенной для молодых преподавателей и аспирантов. На ФПКП вузов Казанского государственного технологического университета в 1993-1994 учебном году обучение по программе «Педагогика высшей школы» прошли 25 преподавателей-стажеров. Обучение завершилось экзаменом по педагогике и защитой выпускной работы по технологии компьютерного обучения.

В августе 1994 года в КГТУ был открыт Центр подготовки и повышения квалификации преподавателей вузов Поволжья и Урала (ЦППКП вузов) для профессиональной переподготовки и повышения квалификации преподавателей вузов по указанной программе. Обучение осуществлялось по очной (9 мес.) и заочной (18 мес.) формам.

Благодаря началу обучения по новой программе, молодые преподаватели и аспиранты могли приобрести необходимые

общепрофессиональные и специальные знания по психологии, педагогике, технологии

профессионально ориентированного обучения, философии и методологии, информационным технологиям в науке и образовании. Слушатели изучали также организационные системы образования и проходили педагогическую практику. В число дисциплин, подлежащих изучению, были включены «Основы вычислительной техники», «Основы математического моделирования», «Технология компьютерного обучения».

Содержание обучения непрерывно изменялось, отражая накопленный опыт преподавателей, повышение компьютерной грамотности

обучающихся и изменение социокультурных условий [5-8]. Однако, дифференциация обучения в области информационно-технологических

дисциплин, учитывающая направления

профессиональной и научной деятельности слушателей, была незначительна. Частично решению этой проблемы способствовало обучение на ФПКП вузов. Как преподаватели, так и аспиранты на протяжении всего времени после опубликования постановления [2] имели возможность выбрать для изучения программный продукт и информационную технологию, отвечающие их интересам, что также не лишено было минусов, так как обеспечивало формирование узконаправленных умений. Кроме того, выбор программных продуктов осуществлялся только в

рамках направления «Математические методы решения задач химической технологии» [9].

Необходимость введения отдельной дисциплины для аспирантов подтверждается также выявленными нами различиями интеллектуального отношения аспирантов и преподавателей к информационным технологиям [10].

Введение в учебный план аспирантуры всех научных направлений дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» призвано сформировать у аспирантов достаточно широкий взгляд на проблему использования информационных технологий в науке и образовании и обеспечить изучение информационных технологий и программных продуктов, которые являются наиболее перспективными для направления научной деятельности аспиранта.

Структура дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании»

Целями освоения дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» являются

а) формирование системных знаний в области использования информационных технологий в науке и образовании;

б) формирование умений использования информационных технологий в своей педагогической и научной деятельности;

в) формирование психологической готовности обучающихся к использованию информационных технологий в научной и педагогической деятельности;

г) формирование мотивации обучающихся на саморазвитие в области использования информационных технологий и их научных и педагогических приложений.

Дисциплина имеет модульную структуру. Содержание одного модуля относится к вопросам интеграции информационных технологий с образованием, другого - с наукой.

В результате освоения материала модуля «Компьютерные технологии в образовании» аспирант должен знать:

• роль и функции информационных технологий обучения в информатизации образования;

• современное состояние и видеть перспективы развития информационных технологий в образовании;

• особенности использования психологических теорий в педагогических программных средствах;

• психологические особенности обучающихся и пользователей в процессе компьютеризированной деятельности;

• о психологических последствиях компьютеризации и информатизации;

• классификации компьютерных технологий обучения;

• классификации современных педагогических программных средств, их цели, функции, назначение;

• этапы разработки педагогических программных средств.

Аспиранты, завершившие изучение материала модуля «Компьютерные технологии в образовании», должны уметь:

• выбирать педагогические программные средства в соответствии с целями обучения;

• анализировать учебную деятельность в условиях применения компьютерных технологий;

• учитывать психологические особенности обучающихся в учебном процессе, опосредствованном компьютером;

• снижать интенсивность негативных психических явлений в процессе работы за компьютером

• использовать различные методы и формы проведения занятий с использованием педагогических программных средств;

• соблюдать дидактические принципы при компьютерном обучении;

• осуществлять педагогическое и методическое проектирование педагогических программных средств;

• писать сценарии обучающих программ;

• разрабатывать задания в тестовой форме по учебным дисциплинам.

Для аспирантов отрасли 13.00.00 второй модуль называется «Автоматизация в научных педагогических исследованиях». В результате его изучения аспиранты должны знать:

• содержание и функции тестового контроля знаний студентов;

• этапы разработки педагогических тестов;

• алгоритм статистической обработки тестовых результатов и процедуру улучшения характеристик теста.

И уметь:

• осваивать и внедрять в учебный процесс автоматизированные педагогические тесты;

• осуществлять программную реализацию сценария с помощью инструментального средства для создания педагогических программных средств;

• рассчитывать основные статистические характеристики заданий и теста;

• интерпретировать результаты обработки данных тестирования при конструировании и применении тестов;

• осуществлять процедуры по улучшению параметров теста;

• осуществлять автоматизированный сбор и обработку педагогической информации;

• выбирать оптимальные способы представления результатов педагогических исследований.

Для всех остальных направлений второй модуль называется «Инструментальные

программные средства для научных исследований».

В результате изучения материала этого модуля аспирант должен знать:

• возможности современных инструментальных программных средств (математических пакетов прикладных программ, специализированных и универсальных

моделирующих программ) для решения своих научно-исследовательских задач;

• этапы подготовки своих задач для их решения с применением инструментальных программных средств.

И уметь:

• оценивать проблему на возможность снижения трудозатрат на ее решение за счет применения современных компьютерных технологий

• осуществлять квалифицированный выбор инструментальных программных средств для наиболее эффективного решения проблемы;

• применять методики работы с различными инструментальными программными средствами для решения собственных задач из области научных исследований и образовательного процесса;

• представлять результаты, полученные в процессе решения конкретных задач, в текстовом, табличном и графическом виде;

• анализировать получаемые результаты с точки зрения адекватности рассматриваемой проблеме;

• осваивать новые инструментальные программные средства.

На изучение дисциплины отводятся 3 зачетные единицы (из них 1 зач. ед. - на самостоятельную работу).

Преподавание дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» в технологическом университете

Модульная структура дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» позволяет наилучшим образом организовать обучение. Ввиду того, что по отдельным отраслям науки учиться в аспирантуру поступают единицы, осложняется формирование учебных групп по принципу принадлежности к определенной отрасли. Осуществить его практически невозможно. Нелегко также спроектировать расписание, которое могло бы позволить успешную реализацию учебного процесса.

В КНИТУ материал модуля «Компьютерные технологии в образовании» изучают аспиранты всех отраслей науки по плавающему расписанию. Это возможно благодаря комплексу обучающих программ, с которыми аспирант работает в присутствии преподавателя. В состав комплекса входят такие программы:

• Информационные технологии в образовании. История и состояние на сегодняшний день;

• Технология компьютерного обучения и контроля. Проектирование обучающих программ;

• Основы математической обработки измерений в контролирующих педагогических программных средствах;

• Информационно-технологическое проектирование педагогических тестов;

• Программированное обучение на основе бихевиористского подхода;

• Проблемный подход в компьютерном обучении;

• Деятельностный подход в компьютерном обучении.

Все программы имеют нелинейную структуру, активно используют разнообразные виды обратной связи с обучающимся, что гарантирует усвоение материала.

Каждый аспирант знает объем работы и сам планирует время обучения в соответствии со своими текущими возможностями. Преподаватель может корректировать учебный процесс, вносить комментарии и разъяснения, осуществлять контроль.

В программный комплекс наряду с обучающими программами входит программа автоматизированного зачета, в которой предусмотрены два режима работы: самоподготовка и сдача зачета. Заказав режим самоподготовки, аспирант может познакомиться со всеми вопросами и проверить свои знания. В случае неверного ответа программа выдает расширенный комментарий. В режиме зачета программа принимает зачет, отведя на его сдачу фиксированное время. Часы с обратным отсчетом времени выведены на экран.

Назначение второго модуля - осуществить индивидуализацию обучения. Так, для аспирантов отрасли 13.00.00 предлагается изучение средств автоматизации в научных педагогических исследованиях. В рамках этого модуля аспиранты знакомятся с инструментальной системой БОСЕ№, предназначенной для создания автономных педагогических программных средств - демонстрационных, обучающих и контролирующих программ, а также с информационно-технологическим проектированием педагогических тестов. Результатом обучения являются педагогические программные средства, готовые к использованию в учебном процессе, а у аспирантов формируется ответственное отношение к компьютерному обучению и контролю знаний студентов, мотивация и психологическая готовность к такому виду деятельности.

В рамках второго модуля «Инструментальные программные средства для научных исследований» осуществляется еще большая индивидуализация обучения: аспиранты могут выбирать для изучения конкретный программный продукт или информационную технологию в зависимости от своих текущих потребностей или перспективы роста.

Программа предусматривает широкий спектр программных продуктов и технологий для обучения. Так, в настоящее время наиболее востребованы такие направления:

• Математические методы решения задач моделирования типовых процессов химической технологии с применением пакета МАТИСАО;

• Компьютерное моделирование и оптимизация химико-технологических процессов и систем с использованием универсальной моделирующей программы СИЕМСАО;

• Компьютерное моделирование и оптимизация химико-технологических процессов и систем с использованием универсальной моделирующей программы и№81М;

• Компьютерное моделирование гидродинамических и тепломассообменных процессов химической технологии с использованием программного модуля вычислительной гидрогазодинамики ANSYS FLUENT;

• Обработка данных естественно-научных и психолого-педагогических измерений c использованием пакета прикладных программ STATISTICA FOR WINDOWS;

• Автоматизация проектирования педагогических программных средств с помощью инструментальной системы DOCENS.

Последнее из перечисленных направлений наиболее популярно аспирантов, проводящих исследования в области исторических, философских, политических и других гуманитарных наук, так как позволяет приобщиться к новой неизвестной области знаний и осуществить интеграцию с близким для себя материалом.

Заключение

Научная и педагогическая деятельность на современном этапе развития общества предполагают владение новейшими

информационными технологиями. Специфика Казанского национального исследовательского технологического университета состоит в широком спектре направлений научных исследований, что создает определенные трудности в организации полноценного обучения аспирантов в области информационных технологий.

В процессе проектирования содержания дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» использован долголетний опыт повышения квалификации аспирантов и преподавателей на базе факультета повышения квалификации преподавателей вузов, центра «Системотехника», кафедр информационных технологий обучения и методологии инженерной деятельности Центра подготовки и повышения квалификации преподавателей вузов, а также опыт обучения аспирантов в различных вузах страны.

Модульная структура дисциплины позволяет дать аспирантам необходимые знания об информации, информационных процессах, моделях и технологиях; приобрести умения и навыки применения средств и методов обработки и анализа информации в своей педагогической и научной деятельности; помогает раздвинуть горизонты своего мировоззрения.

Интеграция модели с описанными организационными условиями и методикой использования обучающих компьютерных технологий позволяет осуществить целенаправленный дифференцированный подход к аспирантам, занимающихся самыми разнообразными научными исследованиями, сформировать мотивацию и психологическую готовность аспирантов к использованию информационных технологий в научной и педагогической деятельности, к саморазвитию в этой области.

Литература

1. Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-Ф3 «Об образовании в Российской Федерации»

(http://www.rg.ru/2012/12/30/obrazovanie-dok.html).

2. О мерах по обеспечению компьютерной грамотности учащихся средних учебных заведений и широкого внедрения электронно-вычислительной техники в учебный процесс. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 28 марта 1985 года №271.

3. Н. Н. Моисеев Информатика без иллюзий. Новая «компьютерная идеология» должна пронизывать все звенья народного хозяйства. Предпринимаем ли мы что-либо для этого? Известия. - 1989. - 29 янв.

4. О мерах по коренному улучшению качества подготовки и использования специалистов с высшим образованием в народном хозяйстве. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 13 марта 1987 г. №325.(http://www.school.edu.ru/laws.asp?cat_ob_no=5955 &ob_no=5015&oll.ob_no_to=).

5. Учебный план и программы по учебным курсам для слушателей факультета повышения квалификации преподавателей специальности «Использование ЭВМ в

учебной и научной работе, Изд-во Томск. политехн. инта, Томск,1984, 37 с.

6. С. Г. Дьяконов Учебно-программное обеспечение подготовки магистров высшей технической школы для получения дополнительной квалификации «Преподаватель вуза», Изд-во Казанск. гос. технолог. ун-та, Казань, 1999, 175 с.

7. Учебно-программное и справочно-библиографическое обеспечение информационно-технологического блока образовательной программы «Преподаватель высшей школы» /под. ред. В.В.Кондратьева, Изд-во Казанск. гос. технолог. ун-та, Казань, 2003, 188 с.

8. Учебно-программное обеспечение методологического и информационно-технологического блоков образовательной программы «Педагогика высшей школы» /под. ред. В.В. Кондратьева, Изд-во Казанск. гос. технолог. ун-та, Казань, 2009, 140 с.

9. Л. М. Дмитриева, Н. Н. Зиятдинов, Вестник Казан. тех-нол. ун-та,12, 132-134 (2010).

10. А. Е. Серёжкина, Вестник Казан. технол. ун-та,3, 337341 (2014).

© Н. Н. Зиятдинов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. «Системотехника» КНИТУ, nnziat@yandex.ru; Л. М. Дмитриева - канд. физ.-мат. наук, доцент каф. МИД, КНИТУ, dmitrieva_1946@icloud.com; А. Е. Сережкина - канд. психол. наук, доцент каф. МИД, КНИТУ, all-self@mail.ru; М. ЕМ. Дмитриев - канд. пед. наук, доцент каф. МИД, КНИТУ, michael-dm@yandex.ru.

© N. N. Zijatdinov - Doctor of Engineering Sciences, Full Professor, Head of the Department «Systems Engineering», KNRTU, nnziat@yandex.ru; L. M. Dmitrieva - Ph.D., Associated Professor of the Methodology of Engineering Activities Department, KNRTU, dmitrieva_1946@icloud.com; A. E. Serezhkina - Ph.D., Associated Professor of the Methodology of Engineering Activities Department, KNRTU, all-self@mail.ru; M. E. Dmitriev - Ph.D., Associated Professor of the Methodology of Engineering Activities Department, KNRTU, michael-dm@yandex.ru.