COMPETENCE APPROACH TO DEVELOPMENT OFSCIENTIFIC AND EDUCATIONAL INTERNET RESOURCESFOR SCIENCE AND TECHNICAL EDUCATION.pdf Информатизация сегодня рассматривается как один из основных путей модернизации системы образования. Развитие информационных технологий и средств телекоммуникаций создает предпосылки для качественно нового подхода к формированию научно-образовательных и профессионально ориентированных программ обучения, методик и подходов к образованию. Появление скоростных телекоммуникаций и разработка технологий реального времени дают возможность создавать распределенные образовательные среды, построенные на технологиях удаленного доступа к современному научному и технологическому оборудованию, информационным ресурсам и электронным средствам обучения.Известно, что в основе преподавания естественнонаучных и технических дисциплин лежит изучение и демонстрация материала с использованием лабораторных приборов и установок различной сложности и стоимости. Одной из основных проблем, возникающих при дистанционном обучении студентов по таким специальностям, является организация удаленного доступа при проведении лабораторных и практических работ на специальном оборудовании. Наличие сетевых образовательных ресурсов открывает широчайшие возможности для изменения методологического подхода в высшей школе, расширения лабораторной и научно-технологической базы учебного процесса, организации переподготовки в актуальных областях инженерно-технического профиля. Благодаря информационно-коммуникационным технологиям становится возможным доставка образовательных услуг в любую точку мира, интерактивное взаимодействие участников образовательного процесса в режиме реального времени, реализация концепции сетевого дистанционного обучения на базе Интернет. Создание лабораторных установок удаленного доступа позволяет внедрить в учебный процесс практические занятия и лабораторные работы с использованием очень дорогого уникального оборудования, недоступного всем учебным заведениям.Ключевой особенность дистанционного образования является интерактивность. Под интерактивностью подразумевается, во-первых, взаимодействие студента с преподавателем и студентов между собой посредством тех сервисов, которые им предоставлены на специально созданном веб-ресурсе. Использование оболочек типа Learning Management System обеспечивает взаимодействие студента с учебным контентом, который должен обладать свойствами модульности построения и высокой степенью интерактивности. Это создает условия для вовлечения студента в заинтересованный самостоятельный процесс обучения, что и является важнейшим условием современного образования [1].Успешная профессиональная подготовка предполагает перестройку методологии всего образовательного процесса для поиска путей подготовки специалиста, способного самостоятельно овладевать новой информацией, результативно использовать информационно-коммуникационные технологии в процессе познания. На смену пассивному усвоению знаний должно придти обучение, основанное на компетентностном подходе к организации системы образования. В этой связи учебный процесс должен быть высокомобильным, опираться в своей основе на дистанционные, виртуальные, компьютерные и другие современные информационно-коммуникационные образовательные технологии. Компетентностный подход в дистанционном обучении направлен на организацию образовательного процесса как высокоэффективного вида деятельности студента по выбору индивидуальной образовательной траектории обучения, способствующей эффективному усвоению им основного содержания изучаемых дисциплин [2].Характерной особенностью компетентностного образования является модульное структурирование программного материала. Учебный модуль - это автономный блок, охватывающий концептуальную единицу изучаемой дисциплины, а также необходимые действия, позволяющие преподавателю и обучающимся достичь поставленной цели [3]. В состав учебных модулей включаются наиболее содержательно значимые программные вопросы, на основе которых можно разработать проблемные или проектные задания. При этом каждая ситуация неопределенности, используемая в процессе освоения учебной дисциплины, должна раскрывать определенную компетенцию. Под компетенцией мы понимаем не только одно из базовых качеств индивида (знания, навыки, ценностные установки, быстрота реакции, мотивы), имеющее причинное отношение к эффективному и наилучшему исполнению работы [4], но и модель, отражающую необходимые стандарты поведения. Овладение компетенциями приводит к формированию компетентности, т.е. способности индивида добиваться необходимых успехов в работе [5]. В применении к образовательному процессу компетентность - это способность принимать ответственные решения в ситуациях неопределенности на основе методологии научного исследования [6]. Структура рабочей программы учебной дисциплины, которую должен разработать преподаватель на основе образовательной квалиметрии, полностью соответствует требованиям к электронному учебно-методическому комплексу как совокупности дидактических и программно-технических средств обучения, включающих в себя:¬цели освоения дисциплины;¬место дисциплины в образовательной программе;¬компетенции обучающегося;¬структуру и содержание дисциплины;¬применяемые образовательные технологии;¬используемые оценочные средства;¬учебно-методическое, информационное и материально-техническое обеспечение дисциплины.Особое внимание преподавателя в процессе разработки рабочей учебной программы должно быть обращено на структуру и содержание дисциплины, а также соответствующие оценочные средства. При этом в качестве универсальной образовательной технологии рассматривается управляемое самостоятельное обучение, включающее в себя проблемный и проектный методы, а также мониторинг учебных достижений на основе результатов выполнения тестов рубежного контроля и проектных заданий.Приступим к рассмотрению процедур, которые используются в электронном учебно-методическом комплексе с целью обеспечения содержательной и конструктной валидности рабочей программы учебной дисциплины, а также надежности формирования компетентности обучающихся.1.Экспертиза программы учебной дисциплиныЭкспертный метод применяется в гуманитарных и социально-экономических исследованиях, когда ни один специалист не в состоянии учесть все отношения между элементами системы и приходится формировать экспертную группу, обладающую высокой конкордацией суждений [7]. Экспертиза программы учебной дисциплины представляет собой автономную диагностическую процедуру, позволяющую преподавателю оценивать весомость элементов определенного уровня структурирования относительно более высокого уровня, ориентируясь на интегральный показатель содержательной валидности (0,5). Добиться желаемого количественного показателя можно, учитывая, что разброс весомости элементов одного и того же уровня структурирования не должен превышать минимально допустимых статистических различий, фиксируемых в условиях педагогического эксперимента (±0,05).Соблюдение перечисленных условий позволяет реализовать стратегию мягкого рейтингового оценивания, когда весомость вопросов Вk, входящих в состав темы Tj, с учетом их количества NTj располагается в диапазоне (Bk/Tj)=(100/NTj±5)%, весомость тем в разделе (Tj/Pi)=(100/NPi±5)%, а весомость разделов в курсе - (Pi/K)=(100/NK±5)%. Комбинированная весомость каждого учебного элемента вычисляется по формуле(КВ)ijk=NK(Pi/K)NPi(Tj/Pi)NTj(Bk/Tj)/100000,(1)где (КВ)ijk - комбинированная весомость k-го вопроса, j-й темы, i-го раздела программы; NK - количество разделов в курсе; (Pi/K) - весомость i-го раздела относительно курса; NPi - количество тем в i-м разделе; (Tj/Pi) - весомость j-й темы относительно i-го раздела; NTj - количество вопросов в j-й теме; (Bk/Tj) - весомость k-го вопроса относительно j-й темы. Если комбинированная весомость вопроса превышает 10 условных единиц, то это значит, что мы имеем дело со структурным элементом, на основе содержания которого можно составить проблемное задание.Экспертиза программы учебной дисциплины предполагает последовательное внесение элементов примерной программы в бланк экспертизы, определение их относительной весомости в соответствии со стратегией мягкого рейтингового оценивания, расчет комбинированных весомостей и выделение структурных элементов, а также расчет содержательной валидности рабочей программы.2.Кластерный анализ модульной структуры учебной дисциплиныПоскольку в процессе разработки учебных модулей необходимо учитывать содержательную значимость структурных элементов, воспользуемся кластерным анализом и поставим в соответствие множеству учебных модулей множество структурных элементов. В качестве множества структурных элементов следует рассматривать выборочную совокупность Xn={x1, …, xn}, которую необходимо разбить на непересекающиеся подмножества множества учебных модулей Ym={y1, …, ym}. Характерной особенностью модульного структурирования учебной дисциплины является то, что метки кластеров yi изначально не заданы и даже неизвестно само множество Ym.Используем в качестве целевой функции ранговые диапазоны, полученные в результате процедуры квантования комбинированных весомостей структурных элементов [6], которые располагаются между их минимальным (xmin) и максимальным (xmax) значениями:1)структурный элемент I ранга, соответствующий диапазонуxmax ÷ (2xmax+xmin)/3,(2)позволяет разработать проблемные, а также проектные задания на основе взаимосвязей с другими структурными элементами I и II ранга; 2)структурный элемент II ранга, соответствующий диапазону(2xmax+xmin)/3 ÷ (xmax+2xmin)/3,(3)позволяет разработать проблемное задание, а также проектное задание на основе внутримодульной взаимосвязи с другим структурным элементом II ранга или межмодульной взаимосвязи со структурным элементом I ранга; 3)структурный элемент III ранга, соответствующий диапазону(xmax+2xmin)/3 ÷ xmin,(4)позволяет разработать проблемное задание.Чтобы учебный модуль отражал содержание одной из компетенций, в его состав необходимо включить хотя бы один структурный элемент II ранга, позволяющий разработать проектное задание на стыке содержания двух структурных элементов высших рангов. В этом случае оптимальное количество структурных элементов в учебном модуле подчиняется правилу 4±1 [8].Кластерный анализ модульной структуры учебной дисциплины предполагает последовательное квантование ранговых диапазонов комбинированных весомостей структурных элементов и расположение их в матрице проблемного кластера, определение границ учебных модулей с обязательным включением в каждый из них структурного элемента II ранга, вычисление элементов проблемного кластера, разработку проблемных заданий на основе содержания каждого структурного элемента с использованием процедуры конкордации, расчет конструктной валидности рабочей программы.3.Мониторинг учебных достиженийМониторинг предполагает отслеживание состояния образовательной системы с помощью регистрации количественных данных на примыкающих друг к другу интервалах времени, в течение которых индикаторы не могут существенно измениться. Поэтому необходимо измерять учебные достижения не реже трех раз в семестр. Под учебными достижениями понимаются совокупные результаты выполнения обучающимся теста рубежного контроля и проектного задания, предлагаемого в конце освоения учебного модуля. В случае выполнения проектного задания доля успешно разрешенных проблемных тестовых заданий увеличивается до ближайшего уровня компетентности: 0,50 или 1,00. В результате мониторинга учебных достижений с помощью метода расхождения медиан можно определить надежность образовательной системы, важнейшим элементом которой является рабочая программа учебной дисциплины [6]. Мониторинг учебных достижений предполагает последовательное внесение в тестовую оболочку проблемных заданий, вычисление доли правильного их выполнения каждым испытуемым, фиксирование выполнения проектного задания и вычисление учебных достижений обучающихся, расчет расхождения медиан результатов освоения двух примыкающих друг к другу учебных модулей и оценку надежности образовательной системы.Разработанный алгоритм электронного учебно-методического комплекса обладает явно выраженными итерационными возможностями и позволяет непрерывно совершенствовать рабочую программу учебной дисциплины в процессе ее использования.4.Управляемое самостоятельное обучениеКомпетентностный подход к организации образовательного процесса заключается в управляемом самостоятельном обучении на основе модульной структуры рабочих программ учебных дисциплин, органично включающих в себя проблемный и проектный методы обучения, а также мониторинг учебных достижений. Характерным примером проблемно-проектного обучения студентов и аспирантов является созданный в Южном федеральном университете интерактивный комплекс удаленного доступа к исследованию наноматериалов на базе многофункционального оборудования, который включает в себя все элементы управляемого самостоятельного обучения.¬Дистанционное обучение на основе интерактивного доступа к электронно-ионному сканирующему микроскопу и рентгеновскому фотоэлектронному микрозонду, что позволяет создавать наноматериалы и проводить исследования их атомного строения и поверхностной структуры.¬Интерактивные программные симуляторы наукоемкого оборудования и виртуальные лабораторные работы с реалистичным графическим 3D-представлением, методические материалы и электронные учебные пособия с модульным построением и тестированием.¬База данных экспериментальных результатов, содержащая сервисы, предоставляющие авторизованным пользователям возможность хранения, поиска, систематизации, редактирования и пополнения информации.Интерактивный комплекс «Исследование наноматериалов» реализован как многофункциональный веб-ресурс портального типа. Предлагаемые сервисы охватывают потребности как процесса активного дистанционного обучения, так и исследовательских работ, выполняемых с помощью универсальной системы удаленного доступа к различному географически распределенному наукоемкому оборудованию. Авторизация выполняется на главной странице, а выбор типа сервиса (Обучение, Исследования) − с помощью пунктов главного (горизонтального) меню. Работа комплекса рассчитана на различные категории пользователей: студенты, исследователи, преподаватели и т.д. Рис. 1. Структурно-логическая схема комплекса удаленного доступаПрограммно-аппаратный комплекс представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, созданных на основе современных информационно-коммуникационных технологий и программно-аппаратных решений, позволяет обеспечить новые возможности электронного обучения, дистанционные работы на уникальном оборудовании, проведение виртуальных лабораторных работ и научных исследований в интерактивном режиме, а также доступ к базам экспериментальных данных. Это создает возможность существенного расширения круга пользователей уникальным оборудованием, а также повышение квалификации сотрудников, работающих в области нанотехнологий. Компетентностный подход изначально заложен в построении учебного материала, которое опирается на программные симуляторы и удаленный доступ к наукоемкому оборудованию. Наиболее концептуально значимой единицей является изучение методик, заложенных в возможностях современного оборудования. При этом для каждого метода в известной степени достигается автономность от других изучаемых технологических методик, а также многоуровневость подхода. Обеспечивается эффективное обучение студентов, имеющих различные стартовые возможности и подготовку. Для профессиональной подготовки студентов и аспирантов в области технологических специальностей особенно оправдан кластерный метод. Он предусматривает овладение компетенциями в виде навыков работы на современном оборудовании, анализа полученных результатов, выбора наиболее эффективной методики и т. д. Таким образом, обучающийся по мере необходимости углубляется в физико-технологические особенности метода, которые он выбрал в качестве инструмента исследования. В определенном смысле стратегия обучения является обратной той, что используется при традиционном подходе, когда изучаются сначала общие законы и теоретические положения, а затем переходят к приложениям. Образовательная концепция комплекса удаленного доступа может быть кратко сформулирована следующим образом:¬от общего знакомства с оборудованием - к овладению пользовательскими навыками;¬от программного моделирования - к удаленному доступу к приборам;¬от дистанционного образования - к профессиональной работе в лаборатории.На рис. 2 представлен визуальный ряд объектов, 3D-моделей, предназначенных для изучения. Электронно-ионный сканирующий микроскоп Nova NanoLab 600 (FEI Company) позволяет, в том числе в режиме удаленного доступа через Интернет, исследовать структуру и элементный состав поверхности твердых тел с использованием методов растровой электронной и ионной микроскопии и рентгеновского электронно-зондового микроанализа, а также производить технологическую обработку материалов методом фокусированных ионных пучков.На рис. 3 показан рентгеновский фотоэлектронный микрозонд ESCALAB 250 (INTERTECH Corporation), позволяющий и в сетевом режиме проводить полный спектр РФЭС (XPS) исследований, с возможностью построения электронно-оптических изображений с выбранного участка. Сверхвысоковакуумный спектрометр позволяет проводить качественный и количественный анализ слоев от 0,5 нм, обладает возможностью регистрации спектров ионного рассеяния, ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии, сканирующей электронной и оже-микроскопии.Рис. 2. Программное моделирование и виртуальное представление наукоемкого оборудования и методик исследования Nova NanoLab 600Рис. 3. Программное моделирование и виртуальное представление наукоемкого оборудования и методик исследования ESCALAB 250Приведенные примеры использования программных симуляторов и удаленного доступа к наукоемкому оборудованию, предназначенных для интерактивного дистанционного доступа студентов и аспирантов, раскрывают нанотехнологии не только в естественнонаучной и технической областях исследования, но и в современных системах образования постиндустриального этапа развития общества. Предлагая обучающимся в качестве проектных заданий конкретные модели поведения сотрудника высокотехнологичной организации, образовательное учреждение обеспечивает востребованность выпускников университета на интеллектуальном рынке труда. Достижению этого результата способствуют экспертный анализ образовательных и учебных программ, кластерное проектирование их модульной структуры и мониторинговые исследования состояния системы образования. В результате кредитно-модульно-рейтинговая модель организации образовательного процесса представляет собой специфическую технологию, которая позволяет осуществить разработку учебного процесса с учетом личностных особенностей обучающихся и психологических механизмов влияния на их мотивацию, а также выстроить индивидуальные образовательные траектории, обеспечивающие успешность выпускников в последующей профессиональной деятельности.

Скачать электронную версию публикации