Modern technologies of engineering TRAINING as A method of realization of the modular training principle.pdf ВведениеВ настоящее время переход к инновационному пути развития, основанному на знаниях, провозглашается целью государственной политики страны, а образование отнесено к сфере общенациональных стратегических интересов России. Это нашло отражение в развитии образовательных и разработке профессиональных стандартов.Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) третьего поколения предусматривают осуществление перехода от преподавания набора конкретных учебных дисциплин к системе обучения, направленной на достижение студентами совокупности конкретных целей учебно-познавательной деятельности, формирование профессиональных компетенций посредством реализации индивидуальной образовательной траектории. При этом система обучения строится по модульному принципу.Еще в 1974 году на конференции ЮНЕСКО, прошедшей в Париже, было рекомендовано «создание открытых и гибких структур образования и профессионального обучения, позволяющих приспосабливаться к изменяющимся потребностям производства, науки, а также адаптироваться к местным условиям» [1]. Модульное обучение отвечает этим требованиям наилучшим образом. В России оно появилось в конце 80-х годов и активно развивается в последние годы. В работе [2] обобщаются многие идеи, рассматриваются цели модульного обучения, его преимущества перед традиционными технологиями обучения, принципы конструирования модулей и модульных программ. Принципы модульного обучения активно используются при проектировании электронных образовательных ресурсов [3].В структуре основных образовательных программ (ООП) нового поколения в каждом цикле обучения выделяют инвариантные (обязательные для изучения) и вариативные (выбираемые вузом и студентами) модули. Именно совокупность взаимосвязанных вариативных модулей обеспечивает тот или иной профиль в рамках выбранного направления подготовки. Так, например, практически все ООП по техническим направлениям в базовой (инвариантной) части математического и естественнонаучного цикла содержат такие образовательные модули (дисциплины), как математика, физика, информатика и экология. И только вариативная часть задает профиль подготовки студентов. Примерная основная образовательная программа (ПООП) бакалавриата по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника», разработанная МГТУ им. Н.Э. Баумана и утвержденная приказом №337 Министерства образования и науки России от 17 сентября 2009 года, в блоке профессионального цикла содержит образовательный модуль «ЭВМ и периферийные устройства». В аннотации учебной программы этого модуля представлены цели, задачи, основные профессиональные компетенции, знания, умения, навыки, приведен перечень разделов и тематика работ лабораторного практикума. Заметим, что содержательное (тематическое) наполнение даже модулей базовой части циклов становится прерогативой конкретного вуза. Рассмотрим структуру образовательной программы по направлению подготовки бакалавриата 230100 «Информатика и вычислительная техника», реализованной в Петрозаводском государственном университете (ПетрГУ) на базе модульного принципа обучения. Модульное построение образовательного модуля «ЭВМ и периферийные устройства»Различают модульное построение ООП на базе образовательных модулей (ОМ) и модульное построение учебной дисциплины. На рис.1 приведен фрагмент основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавриата 230100 «Информатика и вычислительная техника».Рис. 1. Модульное построение основной образовательной программы Образовательный модуль «ЭВМ и периферийные устройства» состоит из двух дисциплин: «Микропроцессорная техника» и «Организация ЭВМ и систем». Эти дисциплины объединены комплексной дидактической целью по формированию таких профессиональных компетенций, как: - овладение системой знаний об основах построения и архитектуры ЭВМ, параметрах и характеристиках цифровых и аналоговых элементов ЭВМ; - умение выбирать, комплексировать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах и сетевых структурах;- умение ставить и решать схемотехнические задачи, связанные с выбором системы элементов при заданных требованиях к параметрам [4].Каждая из перечисленных выше дисциплин в соответствии с её дидактической целью делится на тематические модули. Поскольку в модули входят крупные блоки информации, то формулировки частных дидактических целей могут содержать не только указания на объем изучаемого материала, но и на уровень его усвоения. Тематические модули дисциплины «Микропроцессорная техника» представлены на рис.1. Дисциплина «Организация ЭВМ и систем» состоит из следующих модулей: архитектура процессоров, система памяти, параллельные системы, новые типы архитектур, обмен информацией в микропроцессорной системе, интерфейсы, периферийные устройства, тенденции развития средств вычислительной техники. В тематических модулях учебная информация делится на порции и компонуется в учебные элементы. Каждый тематический модуль состоит из 5-8 таких элементов. Первый учебный элемент образовательного модуля или дисциплины всегда является установочным. Он реализует принцип осознанной перспективы. Назначение установочного элемента - формирование мотивации успешного изучения модуля посредством разъяснения его места и значения в системе обучения по выбранному направлению, указания роли модуля в овладении будущей специальностью. Студенты должны понимать и осознавать цели учения, которые в соответствии с принципом модульного обучения призваны выступать в качестве значимых результатов их деятельности. Остальные учебные элементы тематического модуля вариативны и решают частные дидактические задачи, опираясь на разные виды деятельности студента. Одним из главных достоинств тематического модуля является возможность его встраивания в другие дисциплины. Например, модуль «система памяти», содержащий в его базовой части параграфы: - иерархия запоминающих устройств; - понятие виртуальной памяти;- страничное распределение;- сегментное распределение;- странично-сегментное распределение;- свопинг,может изучаться в таких дисциплинах, как «Информатика», «Микропроцессорная техника», «Операционные системы», «Организация ЭВМ и систем». При этом в соответствии с принципом динамичности появляется возможность добавлять новые параграфы с учетом социального заказа и/или углублять знания, излагаемые ранее. Если в дисциплине «Информатика» даются основополагающие знания по теме, то, например, в дисциплине «Микропроцессорная техника» в связи с быстрым развитием флеш-памяти, появлением технологии Strata Flash в учебном элементе «иерархия запоминающих устройств» появляется новый параграф. Изложение материала по теме «сегментно-страничное распределение памяти» в дисциплине «Операционные системы» направлено на формирование у студентов знаний о функциях операционной системы по управлению памятью, а в дисциплине «Организация ЭВМ и систем» этот же материал дополнительно призван обеспечить навыки вычисления физического адреса при сегментной и сегментно-страничной адресации памяти. В зависимости от индивидуальных возможностей и потребностей студента может существенно различаться доля самостоятельной работы по освоению данного материала, что увеличивает гибкость построения модульной программы.Принцип действенности и оперативности знаний предполагает организацию учебного процесса, обеспечивающую неразрывную связь знаний с умениями и навыками, проявляемую в разных видах деятельности студента. Собственно, оценить уровень усвоения материала и факт формирования определенных профессиональных компетенций преподаватель может только в практической деятельности студента, поскольку именно в этом случае обучение ведет к осознанному и прочному усвоению знаний и развитию интеллекта [5].В таблице приведены названия учебных элементов тематического модуля «обмен информацией в микропроцессорной системе» в дисциплине «Организация ЭВМ и систем» с указанием их взаимосвязи с частными дидактическими целями и видами деятельности студента, обеспечивающими достижение этих целей. В полной же мере продемонстрировать свои способности решать на современном уровне задачи профессиональной деятельности, грамотно излагая специальную информацию, студент имеет возможность в основном в ходе итоговой государственной аттестации, проходящей в форме выпускной квалификационной работы и/или государственного экзамена.ТаблицаВзаимосвязь дидактических целей и видов деятельности студента в учебных элементах модуля «обмен информацией в микропроцессорной системе»Учебные элементы модуляЧастные дидактические целиВиды деятельности11Обмен по прерываниям. Система прерываний PC-совместимых компьютеровЗнать систему прерываний в PC-совместимых компьютерах; Понимать особенности организации программных и аппаратных прерываний; Отличать маскируемые прерывания от немаскируемых; Знать алгоритм обслуживания маскируемых прерываний; Уметь конфигурировать прерывания от заданных устройств; Иметь представления об исключенияхТеоретическое обучение; Решение вычислительных задач; Поиск информации по вопросам семинара; Аудиторная самостоятельная работа; Выполнение лабораторной работы «Исследование работы подсистемы прерываний ПЭВМ»; Изучение функциональности программы checkit.exe; Самостоятельная работа с сетевой версией дисциплины22Структура контроллера прерывания. Каскадирование контроллеровЗнать основные блоки и регистры программируемого контроллера прерываний 8259А; Уметь рисовать схему каскадного включения контроллеров прерыванийТеоретическое обучение; Выполнение чертежных работ; Решение качественных задач; Выполнение тестовых заданий; Самостоятельная работа с дополнительной литературой 33Режимы работы контроллера прерыванийПонимать особенности режимов работы контроллера прерывания44Расширенный программируемый контроллер прерываний знать причину появления в системе прерываний расширенного программируемого контроллера прерываний; Понимать источники прерываний; Иметь представление о режимах работы и взаимодействии стандартного 8259А и расширенного контроллеров прерываний55Обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). Структура контроллера прямого доступа к памятиЗнать структуру подсистемы прямого доступа к памяти; Понимать блок-схему контроллера ПДП; Уметь рисовать схему соединения двух контроллеров ПДП; Знать алгоритм реализации обмена в режиме ПДПТеоретическое обучение; Тестирование знаний; Тыполнение лабораторной работы «Дисковая подсистема ПК»; Изучение программ fdisk и format; Создание логического диска; Самостоятельная работа с электронным учебником; Подготовка докладов и презентацийТаким образом, принципы модульного обучения требуют активизации студентов в педагогическом процессе. Если традиционные методы обучения наряду с несомненными преимуществами (систематический характер обучения, организационная четкость, логически правильное, упорядоченное представление материала и др.) ориентированы на фронтальные (поточные) формы проведения занятий по единой программе, то с развитием самоуправления процессом получения знаний у студента появляется возможность выстраивания собственной траектории обучения по одному из предложенных преподавателем алгоритмов:1)последовательно изучать обе дисциплины по системе очного обучения, углубляя свои знания и вырабатывая соответствующие умения и навыки, что соответствует традиционному обучению с использованием новых педагогических технологий;2)при достаточно высоком среднем балле по предшествующим дисциплинам профессионального цикла изучать дисциплину «Микропроцессорная техника» дистанционно. По данному курсу представлены два электронных учебника [6]. Лабораторные работы можно выполнять в режиме удаленного доступа к оборудованию [7] и в режиме симуляции в свободно распространяемом программном обеспечении;3)при высоком балле по дисциплине «Микропроцессорная техника» осваивать курс «Организация ЭВМ и систем» дистанционно [8]. Часть практических работ, связанных с оборудованием, необходимо выполнить непосредственно в лаборатории.Модуль контроля качества обученияОтслеживание качества образовательных результатов осуществляется через развитую систему контроля, которая является важной составляющей одного или нескольких тематических модулей и задается траекторией обучения. В рамках очной системы обучения входной контроль, необходимый при переходе к изучению нового тематического модуля, проводит преподаватель посредством фронтального опроса в начале лекции или наводящих вопросов по ходу изложения материала. Дистанционные формы обучения имеют довольно развитые формы контроля, включая вопросы перед началом изучения или по завершении темы, тестирование, общение с преподавателем по электронной почте или в системе мгновенного обмена сообщениями. Текущий и промежуточный контроль применяются при всех образовательных траекториях после изучения каждого тематического модуля как в форме самоконтроля, так и в процессе выполнения студентом практических и лабораторных заданий. Перечислим формы промежуточного контроля некоторых учебных элементов тематического модуля «архитектура процессоров»:1)решенные вычислительные задачи по теме «Особенности адресации памяти в реальном и защищенном режимах работы процессоров IA-32»;2)отчеты по лабораторным работам: «Исследование семантического разрыва в современных ЭВМ», «Методика определения модели процессора для семейства IA-32» и «Исследование работы подсистемы памяти ПЭВМ», включающие тексты программ и ответы на контрольные вопросы;3)ответы на вопросы семинара по теме «Режимы работы процессоров IA-32, особенности адресации памяти в реальном и защищенном режимах, механизм реализации прерываний и исключений»;4)результаты контрольного тестирования по темам «Архитектура процессора i386» и «Архитектура современных процессоров семейства х86». Выходной (обобщающий) контроль проводится в конце изучения дисциплины или всего образовательного модуля. По дисциплинам «Микропроцессорная техника» и «Организация ЭВМ и систем» разработаны итоговые тесты, включающие 180-230 вопросов по основным тематическим модулям. При прохождении теста фиксируется время ответа на вопрос. Для получения зачета необходимо набрать не менее 4,0 баллов. Тесты представлены в разработанной на физико-техническом факультете ПетрГУ автоматизированной системе тестирования знаний студентов «Iq.karelia.ru», удостоенной Золотой медали на региональном конкурсе Интернет-ресурсов [9]. Эта система позволяет преподавателю учитывать состояние текущей готовности студента к выполнению теста, варьировать время ответа на вопрос, количество и уровень сложности предъявляемых вопросов. Преподаватель проводит диагностику ошибок, анализирует часто повторяющиеся ошибки, выявляя пробелы в усвоении материала, с целью внесения соответствующих изменений и уточнений в отдельные тематические модули. Открытая публикация результатов тестирования, постоянный розыгрыш призов, стимулирует студентов к систематическим и плодотворным занятиям. Внедрение модульного обучения хорошо согласуется с балльно-рейтинговой системой (БРС) оценки достижений учащихся, успешно используемой в учебном процессе на физико-техническом факультете ПетрГУ, благодаря внедрению Комплекса многоплановой поддержки образовательного процесса [10]. Входящая в состав комплекса специализированная автоматизированная информационная система «Кондуиты» (электронный учет текущей посещаемости и успеваемости студентов с балльно-рейтинговой оценкой успеваемости) делает процесс внедрения БРС достаточно простым для преподавателей и прозрачным для студентов, обеспечивая наглядность оценки результатов обучения, активизируя работу студентов в семестре, у которых появляются стимулы управления своей успеваемостью. Интеграция «Кондуитов» с подсистемой регистрации и единой удалённой сквозной авторизации студентов обеспечивает в реальном времени контроль посещаемости занятий в компьютерных классах с отображением занятости компьютеров. Взаимодействие с подсистемой онлайн-тестирования знаний (Iq.karelia.ru) позволяет по запросу переносить результаты контрольных тестов студентов в соответствующие контрольные точки БРС.Студент, работая с преподавателем в течение семестра, уже с первой недели видит, как повышается составляющая его оценки по дисциплине, и в конце семестра может с высокой вероятностью определить ее возможное итоговое значение. А преподаватель имеет возможность варьировать сложность и количество контрольных точек, необходимых для успешного освоения дисциплины, в зависимости от уровня подготовки студентов. Благодаря интеграции системы "Кондуит" с инфраструктурой беспроводного сегмента локальной сети ПетрГУ значительно повышается мобильность пользователей системы. Например, сервис оповещения студентов о выставленных баллах предоставляет возможность практически в реальном времени отправлять уведомления о таких событиях на зарегистрированные в сегменте Wi-Fi мобильные устройства студентов.ЗаключениеРеализация принципа модульного обучения в современных технологиях инженерной подготовки позволяет преподавателю:- перейти от авторитарного взаимодействия с обучающимися к демократичному, открытому стилю, от монолога к диалогу;- позиционировать себя в организации учебного процесса как консультанта, управляющего познавательной и поисковой деятельностью студента, а не только как хранителя и транслятора информации;- гибко строить содержание из тематических модулей, интегрировать различные виды и технологии обучения, выбирать наиболее подходящие из них, не ограничиваясь иллюстративно-объяснительными информационными формами обучения;- варьировать формы входного, промежуточного и обобщающего контролей, основываясь на возможностях современных информационно-коммуникативных технологий.В результате меняется позиция студентов в образовательном процессе - повышается их активность, формируется мотив к самосовершенствованию, развивается интерес к профессиональной деятельности. Обучающиеся получают возможность самостоятельно работать с предложенной им индивидуальной учебной программой в удобном для них темпе, определив свои сильные и слабые стороны, грамотно выстроить собственную образовательную траекторию.

Скачать электронную версию публикации