Аспекты подготовки будущих инженеров по специальности «Информационные технологии в образовании»

АСПЕКТЫ ПОДГОТОВКИ БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ

ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ»

И. Б. Государев,

кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационных и коммуникационных технологий РГПУ им. А.И. Герцена

1. Введение

Диапазон задач, решаемых при проектировании и реализации современного образовательного процесса, очень широк и выходит за рамки деятельности учителя-предметника и методиста. Разработка методических систем профильного обучения различным предметам с учетом тех инноваций, которые связаны с информационно-коммуникационными технологиями, не может осуществляться без участия специалистов по проектированию программных продуктов образовательного назначения, по проектированию технологической образовательной среды. Под технологической образовательной средой мы понимаем совокупность тех (компьютерных) технологий, а также их средств и продуктов, которые положены в основу реализации различных этапов и компонентов образовательного процесса. К числу наиболее важных (или инвариантных) из этих этапов следует отнести доставку содержания обучения и контроль результатов. Следует также выделить коммуникативный и проектно-исследовательский компоненты, обеспечивающие обмен информацией между субъектами и формирование компетенций, не зависящих от конкретного учебного предмета.

Проектирование и развертывание технологической образовательной среды - несомненно, одна из приоритетных профессиональных задач уникального специалиста - инженера по информационных технологиям в области образования. Эта задача относится к сфере педагогического дизайна. Формирование соответствующих компонентов профессиональной компетентности студентов предполагает наличие целостной концепции, которая должна быть положена в основу методической системы подготовки и формулирование которой с учетом современных тенденций образовательной системы являет отдельную проблему. Пока же сделаем попытку проиллюстрировать те аспекты подготовки студентов, которые можно выделить на основе анализа начального периода ее осуществления. Подготовка студентов-будущих инженеров по специальности «Информационные технологии в образовании» начата в РГПУ им. А.И. Герцена в 2003 году.

2. Веб-портфолио студента и дистанционная поддержка обучения

Термин «портфолио», ассоциирующийся с принятым в

среде дизайнеров способом предъявления уровня своей квалификации по примерам наиболее удачных/известных работ, синонимичен русскоязычному «портфель достижений». Портфель обучаемого рассматривается в контексте классификации педагогических технологий в работе [6] и определяется как «инструмент самооценки собственного познавательного, творческого труда ученика, рефлексии его собственной деятельности». В состав портфеля входят самостоятельно выполненные обучаемым работы, документы, подготовленные преподавателем и конкретные примеры реализации портфолио.

Однако портфолио можно трактовать и в несколько ином ключе. А именно, портфолио можно рассмотреть как метод и средство обучения и воспитания. Со стороны обучаемого портфолио выступает как средство отображения результатов его работы (подобно, например, рабочей тетради). Со стороны педагога портфолио выступает как средство контролирующей деятельности и как метод воспитания у обучаемого способности к рефлексии над своей учебной деятельностью. Контроль с помощью портфолио может быть как текущим, так и итоговым. Это обусловливает необходимость введения численных параметров, позволяющих формализовать процесс оценки. Например, можно ввести понятие скорости увеличения объема портфолио, рассматривая его прирост Ар = Р2 - Рь где Р2 - объем портфолио в единицах (документы, темы, модули) в момент текущей оценки, а Р1 -объем в момент предыдущей оценки. Если установить некоторую норму, среднюю скорость роста, то в процессе учебной деятельности можно сравнивать реальные показатели с нормой и оценивать деятельность на основе результатов сравнения.

Можно предложить и другие трактовки роли портфолио. Если портфолио определяется априори, причем не остенсивно (перечислением наименований входящих в него документов), а декларативно (описанием того, что должен представить обучаемый), то портфолио становится не чем иным, как моделью образовательного результата и далее, как следствие, средством оценки эффективности образовательного процесса (степени соответствия результатов целям). В нижеследующей таблице приведены некоторые возможные подходы (которые следует рассматривать интегративно) к определению роли портфолио.

Табл.1. Варианты трактовой роли портфолио студента

Роль портфолио Цель обучения Организационный компонент Образовательный продукт Профессиональное достижение

со стороны студента компонент мотивации предмет коммуникации инструмент рефлексии доказательство конкурентоспособн ости

со стороны преподавателя модель образовательного результата средство сравнительного анализа средство контроля и аттестации критерий эффективности обучения

Однако какова бы ни была модель портфолио, имеющийся богатый опыт зарубежных (в основном,

представляет интерес его технологическая реализация. американских) педагогов, например, [8]. Анализ различных

Для реализации портфолио в некотором конкретном ресурсов Интернета, в основном контента серверов

физическом виде необходимо проанализировать университетов и колледжей и материалов конференций (см.

список ресурсов), позволил заключить, что опыт американских педагогов (и студентов) демонстрирует целесообразность выбора в качестве основной стандартной физической формы воплощения портфолио веб-ресурса. Это обусловлено следующими характеристиками:

• гипертекстовая технология построения веб-ресурса, позволяющая реализовать связи между компонентами модели портфолио наиболее наглядно в виде перекрестных ссылок;

• структурированность, открытость, платформонезав исимость, переносимость и гибкость веб-ресурсов, позволяющие модифицировать веб-ресурсы, проводить поиск и сравнительный анализ и строить различные визуализации контента (сводные таблицы, деревья, диаграммы и т. д.);

• коммуникативная направленность веб-ресурсов, позволяющая обучаемым осуществлять информационное взаимодействие на базе своих портфолио.

При этом можно выделить два основных класса портфолио, реализуемых в виде веб-ресурса:

• творческое портфолио (персональная вебстраница);

• портфолио-шаблон (часть общей электронной системы вуза, в которой каждому обучаемому выделено место стандартного вида с рядом стандартных полей для заполнения).

В проанализированных источниках фигурируют термины «web-portfolio», «web based portfolio» и даже «webfolio» (им приблизительно синонимичны термины типа «e-portfolio»). Общий смысл этого термина сводится к тому, что размещение личных достижений учащегося (студента) на веб-странице позволяет осуществлять мониторинг прогресса учащегося.

На сервере Уоффордского колледжа веб-портфолио рассматривается как инструмент мониторинга личного,

Рис. 1. Функциональная модель учебного веб-сайта При помощи учебного веб-сайта решается весь набор педагогических задач, связанных с информационным обеспечением традиционного процесса обучения, а также задач, характерных для дистанционного обучения, например, тестирование в режиме он-лайн. Как можно

академического и профессионального развития, как способ визуализации планирования своей деятельности и соотнесения ее с деятельностью других обучаемых [11].

На сервере Центра интегративного обучения (Center for Integrated Studies) встречаем следующую формулировку: «Web portfolio - это коллекция работ, выбираемых обучаемым, чтобы проиллюстрировать развертывание, развитие своей карьеры. Работы сохраняются и представляются в виде веб-сайта со ссылками, которые показывают, как обучаемый понимает место своих достижений среди результатов других» [12].

Такая формулировка позволяет трактовать портфолио и как документальное, и как когнитивное достижение. Если бумажная реализация портфолио позволяет выделить отдельные его фрагменты, то web portfolio систематизирует их и интегрирует в цифровой форме. При этом гиперссылки в явном виде раскрывают то, как обучаемые видят связи между своими результатами, а также связи своих результатов с результатами других обучаемых. Отметим, что детальные рекомендации по формированию портфолио в виде веб-ресурса изложены в пособии [9].

Результаты проведенного анализа позволяют заключить, что целесообразным является введение термина «веб-портфолио», который предлагается определить следующим образом: «веб-страница или веб-сайт учащегося, который используется им для хранения результатов проектно-исследовательской деятельности, личных достижений, например, результатов участия в олимпиадах, конкурсах и иных интеллектуальных состязаниях».

В [2] автором описана модель ресурса дистанционной поддержки образовательного процесса), названная функциональной моделью учебного веб-сайта. Она включает пять компонент, представленных на схеме:

видеть на примере разработанного автором учебного вебсайта [10], он также служит для интеграции работ студентов - специальный раздел содержит ссылки на их веб-портфолио. При этом студенты могут обсудить портфели друг друга на специальном форуме, а также получить консультации преподавателя.

Тексты лекций, справочные материалы и другая учебная информация; ссылки и индексы

Поддержка портфелей студентов, проектов и исследований; задания; примеры, лабораторные работы

Средства онлайн-тестирования; веб-форумы, адаптивные инструменты

Рекомендации по использованию вебсайта в обучении

Расписание занятий, информация об авторе и авторских правах

Компоненты:

Содержательная

Деятельностная

Интерактивная

Методическая

Организационная

Представляется, что функциональная модель веб- методической направленности и тенденция к отражению портфолио может быть построена на основе модели индивидуальных характеристик автора. Предложим учебного веб-сайта. Ее специфику, очевидно, составляет рабочий вариант такой модели: отсутствие ярко выраженной дидактической или

Рис. 2. Модель веб-портфолио студента

3. Преподавание ряда ключевых дисциплин

Подготовка по специальности 073700 предполагает изучение множества дисциплин, среди которых

достаточно непросто выделить главные и второстепенные. Очевидно, впрочем, что отдельную группу составляют дисциплины, связанные с изучением языков и систем программирования, проектированием и программированием информационных систем. Однако здесь мы отметим дисциплины, которые предлагаем рассматривать в составе особой группы с точки зрения их задач, подхода к отбору содержания и организации обучения и с точки зрения проектирования их технологической образовательной среды:

• мультимедиа-технологии в образовании;

• веб-дизайн;

• информационные технологии в математике.

Первую из этих дисциплин мы считаем основной, а в

качестве главных задач этой дисциплины рассматриваем разработку веб-портфолио студента и изучение необходимых для его создания технологий.

Анализ понятий «мультимедиа» и «мультимедийные технологии» [5, 7] позволяет сформулировать рабочие определения:

1. Мультимедиа - термин, указывающий в сочетании с другими терминами (информация, средства, технология и др.) на интегрированное представление и обработку

различных форм информации - текстовой, аудиальной и визуальной, причем последняя включает анимацию и видео. Интегрированность подразумевает не просто наличие всех указанных составляющих, но их синхронизацию, взаимосодействие и направленность на решение общих задач. Отметим, что широкое использование перекрестных связей между разными фрагментами/блоками позволяет употреблять термин «гипермедиа» как преемник терминов «гипертекст» и «мультимедиа».

2. Технология - это (А) информационная модель деятельности по решению некоторой задачи в виде инструкций по выполнению шагов, необходимых для ее осуществления и (Б) результат реализации модели деятельности в программном виде (автоматизация некоторой деятельности/процесса).

3. Мультимедийные технологии - это обобщенное, собирательное название для различных технологий представления и обработки информации в разных формах (текст/графика/звук/анимация/видео) с помощью компьютера или специализированного аппаратного обеспечения. Пример - реализованная в некотором приложении технология разработки презентации.

4. Мультимедийным продуктом можно назвать результат применения мультимедийной технологии - как презентацию, документ с внедренными аудио/видеофрагментами, мультимедийную энциклопедию типа Microsoft Encarta, так и словарь со звуковым сопровождением, - т. е. к мультимедийным продуктам

относятся и мультимедийные приложения.

При отборе содержания дисциплины приходится решать основной вопрос: какие именно технологии следует счесть наиболее перспективными, так чтобы при выполнении своей работы в будущем студенты оказались «вооруженными» современным инструментарием. Система Macromedia Author Ware, например, позволяет разрабатывать интегрированные интерактивные

мультимедийные учебные курсы с размещением в Интернете или на CD. Наибольшую свободу разработчику предоставляют современные системы программирования (Borland Delphi, MS Visual Basic и т.д.). Однако учитывая принципы вариативности и дифференциации, следует выбрать некоторые технологии в качестве ядра содержания, а подробное изучение других осуществить в рамках индивидуальных проектов и курсовых работ. Предлагается в качестве ядра содержания рассмотреть веб-технологии.

Веб - это гипермедийный универсальный интерфейс к информационным ресурсам Интернета. Веб-технология -это технология разработки и доставки гипермедийного содержимого, основанного на различных предметных языках разметки. Предъявляемое пользователю содержимое представляет собой результат компоновки исходного текста на языке разметки типа XHTML или MathML (взятого из файла или сгенерированного сервером) и подключаемых ресурсов. Чаще всего в качестве ресурсов фигурируют:

• базы данных;

• файлы различных форматов;

• объекты ActiveX.

Отображаемая в окне пользователя веб-страница представляет собой интегрированный гипермедийный документ, а веб-сайт в целом - полноценный мультимедийный продукт.

Соответственно, ядром содержания и технологической основой деятельности по разработке конкретных продуктов могут стать именно веб-технологии при обязательном условии изучения используемых форматов файлов и видов ActiveX-объектов.

Подготовка веб-ресурса может осуществляться по-разному, однако автором статьи предложена общая методика обучения веб-технологиям [2], основанная на восхождении от абстрактного к конкретному: от изучения разметки как таковой к изучению инструментальных средств, приложений класса Macromedia Dreamweaver. Изучение разметки необходимо для понимания принципов формирования и отображения веб-документов и для обеспечения возможности контроля за генерацией кода разметки, к которой сводится работа любого визуального веб-редактора. Автором статьи созданы и многократно апробированы лабораторные работы и методические материалы по изучению комплекта технологий DHTML (Dynamic HTML), куда входят:

• базовый язык разметки (XHTML);

• язык форматирования (CSS);

• язык реализации интерактивности (JScript);

• средства расширения (мультимедийные фильтры, подключаемые шрифты, компоненты поведения).

Очень интересной и плодотворной представляется возможность интеграции в веб-документы мультимедийных ActiveX-объектов (прежде всего, Direct Animation). К числу функций этих объектов относится вывод различных геометрических фигур с учетом необходимых преобразований (проекции, повороты, масштабирование и т.д.) и анимации на основе поведений time. Компонент

HTML+TIME представляет собой результат интеграции в HTML языка Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL), который, наряду с другими предметными языками разметки, используется для обеспечения возможности представления и обработки информации на веб-страницах в разных формах. Изучение этого языка нужно считать существенным компонентом подготовки будущих инженеров, специализирующихся в области информационных технологий.

К числу важных задач, решаемых в рамках индивидуальных проектов и курсовых работ, относятся анализ мультимедийных веб-ресурсов образовательного назначения в Интернете, анализ веб-сайтов школ, веб-портфелей, организация студенческих мастерских.

Веб-технологии можно подразделить на клиентские и серверные. Клиентские технологии, могущие быть изученными и применяемыми без подключения к сети, в основном включены нами в состав содержания рассмотренной выше дисциплины. Серверные технологии требуют наличия удаленного или эмулируемого вебсервера, а их изучение тесно связано с изучением сетевых протоколов (HTTP, CGI) и таких языков программирования, как PHP. Особое положение занимают Flash-технологии, которые не обязательно должны быть использованы для создания веб-ресурсов, но получили широчайшее распространение именно в области разработки элементов графического дизайна веб-сайтов. Создание интерактивных Flash-продуктов, нацеленных на решение дидактических задач, осуществляется только с помощью программирования (на языке ActionScript), что в определенной мере роднит Flash-технологии с классическими серверными веб-технологиями.

В связи с этим изучение Flash-технологий и серверных веб-технологий предлагается считать задачей дисциплины «Веб-дизайн». Проектируя обучение этой дисциплине, следует учитывать принцип преемственности, развивая созданные для поддержки предыдущей дисциплины веб-ресурсы, системы лабораторных работ. Особенности изучения веб-дизайна в педагогическом вузе были рассмотрены автором в [1].

Отдельную сложную задачу представляет размещение на веб-ресурсах информации, имеющей выраженную предметную специфику. В качестве примеров можно привести химические формулы, географические карты. Для инженера, специализирующегося в области информационных технологий, неотъемлемым компонентом процесса подготовки является изучение способов представления средствами информационно -

коммуникационных технологий информации из разных предметных областей. Наиболее перспективным таким способом следует счесть использование предметных языков разметки (CML - химического, GeoML - географического и т.д.). Соответственно, обобщением этих языков является язык расширяемой разметки XML, изучение которого становится еще одной центральной задачей дисциплины «Веб-дизайн».

Самым же очевидным примером предметно-ориентированного применения веб-технологий является размещение математических текстов в Интернете. Созданию математических веб-ресурсов с помощью специализированных языков разметки посвящена статья [3]. Изучение математического языка разметки MathML предлагается считать одной из основных задач дисциплины «Информационные технологии в математике».

4. Заключение

В данной статье рассмотрены отдельные аспекты подготовки будущих инженеров в педагогическом вузе: информационное обеспечение учебного процесса, проектирование веб-портфолио студентов, а также преподавание ряда дисциплин, объединенных общим подходом к отбору содержания и организации процесса обучения. Анализируя различные аспекты подготовки студентов, мы пришли к выводу, который, как представляется, может стать одной из основ упомянутой выше целостной концепции подготовки инженеров. Этот вывод заключается в том, что методологической основой концепции должен стать педагогический дизайн, а технологической основой должны стать веб-технологии, рассматриваемые с позиций системного подхода. Средством интеграции образовательных результатов выступает веб-портфолио, а в качестве учебно-методического обеспечения рассмотренных выше дисциплин при обучении студентов РГПУ им. А.И. Герцена используется разработанный автором статьи учебный вебсайт, реализующий полномасштабную дистанционную поддержку процесса обучения дисциплинам и находящийся по адресу: http://design.gossoudarev.com.

Уточнению предполагаемой целостной концепции подготовки студентов-будущих инженеров в педагогическом вузе, модели профессиональной компетентности будущих инженеров и детальному рассмотрению ее компонентов автор предполагает посвятить дальнейшие исследования и публикации.

Литература

1. Государев И.Б. Изучение веб-дизайна в

педагогическом вузе // Наука и Школа. - 2003. - №1.

2. Государев И.Б. Педагогический дизайн учебных веб-сайтов при подготовке будущих учителей информатики к проектированию профильных курсов веб-технологий // Педагогический дизайн. Материалы научно-практической конференции. - СПб., 2004.

3. Государев И. Б. Подготовка будущих учителей информатики к проектированию профильных курсов веб-технологий: автореферат дисс. ...к.п.н.. - СПб., 2004

4. Государев И.Б. Разметка математических текстов на образовательных веб-сайтах // Наука и школа. - 2004, №3.

5. Григорьев С.Г., Гриншкун В.В. Мультимедиа в образовании. - М., 2002.

6. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: Учеб. пос. для студ. пед. вузов и системы повыш. квалиф. пед. кадров / Полат Е.С., Бухаркина М.Ю., Моисеева М.В., Петров А.Е.; под ред. Полат Е.С. - М., 2001.

7. Смолянинова О.Г. Развитие методической системы формирования информационной и коммуникативной компетентности будущего учителя на основе мультимедиа-технологий : Дис. ...д.п.н. - СПб, 2002.

8. Chappell D., Schermerhorn J.Jr., Using Electronic Student Portfolios in Management Education, Journal of Management Education, 23 (1999), 651.

9. Kimball M.. The Web Portfolio Guide: Cieating Electronic Portfolios for the Web. Texas Tech University, Longman, 2002.

10. http://design.gossoudarev.com.

11. http://www.wofford.edu/studentPortfolio/whatIsPortfol io.asp.

12. http://www.stolaf.edu/depts/cis/web_portfolios.htm.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ ЕСТЕСТВЕННЫМ

ДИСЦИПЛИНАМ

С.А. Жданов, В.Л. Матросов, Ю.С. Мардашев, Московский педагогический государственный

В отличие от традиционных технических средств обучения компьютерное моделирование сочетает визуальные и численно-экспериментальные методики. Известно [1], что визуальные паттерны непосредственно связанны с процессами восприятия. Визуализация объектов, например, пространственных распределений

электростатического или спинового зарядов предполагает картинку. Проблема заключается в том, насколько картинка способствует пониманию главных особенностей объекта. Известно, что изображение на сетчатке глаз содержит так называемое ретинальное изображение, которое должно позволить дать одну или несколько возможных интерпретаций. Выбор интерпретации содержит решение. Как следует из работы [1], однозначный выбор может быть сделан только в том случае, если используется блок сведений, накопленных в прошлом. Однако для того, чтобы перцептивное и интеллектуальное знание об объекте совпали, необходимо действие. В рассматриваемом случае под действием понимается математическое моделирование. Известно, что для построения математической модели необходимо иметь в своем распоряжении ряд формул, которые характеризуют отдельные свойства реального объекта.

Отражение этих свойств выдается на дисплее в виде плоских картин. Однако известно, что любой двумерный паттерн (плоская проекция электронного облака) может отвечать нескольким трехмерным формам. Именно поэтому

университет

в современной квантовой химии для более глубокого восприятия объекта используются проекции в разных направлениях трехмерного пространства. Для химии это существенно, ибо электронные распределения не поддаются непосредственному чувственному восприятию. Глубина квантовой картинки всегда неоднозначна в соответствии с принципом Гейзенберга, поэтому приходится использовать набор проекций.

Если исследуется новый, уникальный объект, то интерпретация предполагает логический выбор из набора сенсорных данных. Селективный отбор основан на решении абстрактных проблемных задач. Нет оснований считать, что логические действия являются исключительно человеческой способностью, предполагающей участие сознания [1].

Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман специально занимался компьютерным моделированием, чтобы глубоко понять квантовые явления в электродинамике [2, 3].

Для неформального восприятия сложных тем студентам весьма полезно поработать на компьютере с математической моделью. При этом учащийся совершает ряд действий, аналогичных обычному визуальному знакомству с объектом, когда мы слегка наклоняем голову или вращаем объект наблюдения. При моделировании в полной мере проявляется возможность развития самостоятельности и любопытства, столь необходимых для