Interactive technologies of training in the distributed system of physical and mathematical and natural-science educatio.pdf Формирование личности происходит на разных стадиях развития обучающегося и на разных уровнях образования. И роль системы образования в этом весьма ответственна, поскольку на каждом уровне имеется возможность оценить, сформировать, развить, усилить индивидуальные, личностные способности ребенка, погрузив его в атмосферу творчества и конструирования знаний. Классики педагогики подчеркивали важность и необходимость творческого развития личности обучающегося. Так, В.А. Сухомлинский отмечал: «…втискивая в головы обучающихся готовые истины, учитель не дает ученикам возможности даже приблизиться к источнику мысли и живого слова, связывает крылья мечты, фантазии, творчества. Из живого, активного, деятельного существа ребенок нередко превращается как бы в запоминающее устройство. Духовная жизнь ребенка полноценна лишь тогда, когда он живет в мире игры, сказки, музыки, фантазии, творчества» [1]. Основную задачу педагогики Л.С. Выготский сформулировал так: «…жизнь раскрывается как система творчества, постоянного напряжения и преодоления, постоянного комбинирования и создания новых форм поведения. Таким образом, каждая наша мысль, каждое наше движение и переживание является стремлением к созданию новой действительности, прорывом вперед к чему-то новому...» [2]. Вместе с тем школьное образование в России по-прежнему остается нацеленным на формирование у выпускника определенного объема знаний и умений в разных предметных областях, часто без учета индивидуальных способностей к восприятию и освоению информации, интересов самой личности. Очевидны также и противоречия, проявляющиеся в содержании процесса обучения. Потребность в приобретении будущих профессиональных компетенций, связанных с выбором профиля, не обеспечивается практической подготовкой обучающихся. Так, пониманию предметов физико-математического, естественнонаучного циклов недостает экспериментальной и практической составляющих учебной деятельности. Выпускники школ часто испытывают трудности в восприятии и понимании картины мира, оказываются неспособными улавливать связи между понятиями и явлениями, отличающимися от привычных, а также имеют сложности в общении и принятии решений в нестандартных ситуациях. В связи с этим в числе основных направлений модернизации системы образования должно быть создание оптимальных и равных условий для обучения, с одной стороны, способствующих обогащению знаниями и формированию компетенций, необходимых для последующего овладения профессией, с другой - выявлению и развитию индивидуальных способностей обучающихся, их творческого потенциала, личностных качеств [3-6]. В числе ключевых компетенций личности выступают мыслительные компетенции (умения анализировать, обобщать, систематизировать, абстрагировать, синтезировать), речевые компетенции (умения передавать информацию), а также исследовательские компетенции (умения выявлять, прогнозировать, анализировать и решать проблему). Приоритетную значимость сохраняют и развивают информационно-коммуникационные компетенции (умения находить, обрабатывать, анализировать, оценивать и использовать информацию), обеспечивающие вхождение в информационное, культурное, образовательное, экономическое и социальное пространство, в том числе на мировом уровне. Вовлеченность в различные пространства предоставляет доступ к знаниям, информации, информационным услугам, возможность реализовать творческие способности, осуществить межкультурные коммуникации, сформировать культурные сообщества и многое другое с применением информационных и телекоммуникационных технологий. В свою очередь формирование компетенций напрямую связано с развитием личностных качеств учеников: - мобильность в приобретении знаний, в освоении новых специальных навыков; - активность и инициативность в различных мероприятиях, ориентированных на развитие интеллектуальных способностей, творческих качеств; - настойчивость в достижении результатов и их применении к практической реализации и др. Личностные качества, раскрываясь в познавательной деятельности, проявляются у обучающихся в выборе наиболее эффективных форм организации самостоятельной учебной и исследовательской работы, в умении применять полученные знания и приобретенные навыки при решении нестандартных, творческих задач, в участии в проектах, конкурсах, олимпиадах, конференциях, а также в отношении с окружающим миром и выстраивании взаимоотношений со сверстниками, педагогами, родителями. К сожалению, несмотря на значительные затраты со стороны государства, система общего образования не отвечает вызовам современного общества, основанного на достижениях современной науки и техники. Особое беспокойство вызывает снижение интереса у учащихся школ к изучению физико-математических и естественнонаучных предметов, монотонность и неэффективность учебной деятельности, отсутствие мотивации к поступлению в вуз на технические специальности, требующие глубоких знаний по этим предметам. Отсутствие современного лабораторного оборудования в школах, фрагментарная подготовка учителей школ в области современных достижений науки и дефицит междисциплинарных знаний, недостаточная система популяризации науки и профориентации среди учащейся молодежи являются основными причинами снижения качества общего образования. В этих условиях наиболее эффективным механизмом решения проблем повышения качества физико-математического и естественнонаучного образования является взаимодействие школ с вузами. Тесное взаимодействие вуза со школами отражает сущность российского классического образования. В вузах сосредоточен научно-педагогический потенциал, имеется современная лабораторная база, мощная информационно-вычислительная система. Вузы имеют колоссальный опыт работы с талантливыми детьми: открытие специализированных школ при вузах, школ юных, «малых» факультетов, кружковая работа в вузовских лабораториях, олимпиады - все эти формы способствовали не только повышению уровня образованности, но и являлись основным средством воспитания интереса детей к исследовательской, творческой деятельности, привлечения молодых талантов в науку. Одним из важных направлений государственной политики по повышению качества школьного образования стало введение профильных классов, в которых акцент делается на освоение специальных дисциплин. Программы углубленного изучения способствуют интеграции общего и высшего образования, обеспечивают преемственность между школой и вузом, решают проблемы поступления детей. Одной из главных проблем эффективной работы профильных классов является кадровая обеспеченность учебного процесса. Дефицит квалифицированных учителей в школах - основной фактор, сдерживающий развитие системы профильного обучения и обеспечения доступа каждого ребенка к качественному преподаванию. В сегодняшних условиях решить эту проблему можно, привлекая вузовских преподавателей и ученых к совместной деятельности в связке «вуз - школа». При этом учителя школ будут получать знания из «первых рук», от профессионалов, владеющих современными знаниями. Участие ученых в работе школы также имеет колоссальное значение для формирования личности: даже просто беседа или лекция ученого может стать определяющей в становлении жизненной траектории ребенка. Важным преимуществом системы «вуз - школа» является возможность использования учебной лабораторной базы и оборудования центров коллективного пользования, которое сегодня в достаточном количестве имеют вузы, активно участвующие в реализации федеральных целевых программ (рис. 1). Применение средств и технологий удаленного доступа позволяет организовать лабораторный практикум и демонстрационный эксперимент в школах с использованием оборудования вузовских учебных и научных лабораторий. Работа школьников на современном оборудовании, участие их в выполнении исследовательских проектов имеют исключительное значение не только для повышения качества образования, но и для воспитания их личностных качеств, развития талантов, привлечения в науку. Совершенствование технических средств и телекоммуникаций, составляющих основу сетевых технологий, привело к значительному прогрессу в информационном обмене и созданию качественно новой распределенной информационно-образовательной среды [7-10]. В Томском государственном университете большое внимание уделяется формированию сетевого образовательного пространства, являющегося информационной и коммуникационной средой для проведения учебных занятий на новой технологической основе. Для системы общего образования перспективны учебные занятия, проводимые преподавателями университета в «распределенной аудитории» профильных классов, когда одновременно на занятии присутствуют школьники нескольких групп, разделенных территориально. Занятия в распределенной аудитории проводятся в реальном времени, при этом часть школьников находится в аудитории ТГУ вместе с преподавателем, а другая часть присутствует на занятии в школьных классах. Для организации таких форм учебной деятельности применяются технологии видеоконференц-связи, вебинары, облачные технологии - модель предоставления повсеместного и удобного сетевого доступа к общему пулу конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, серверы, приложения, сети, системы хранения и сервисы) (рис. 2). В качестве ресурсов могут выступать программное обеспечение (Software as a Service, SaaS), платформы (Platform as a Service, PaaS) для создания и развертывания набора необходимых приложений, инфраструктура (Infrastructure as a Service, IaaS), включающая все необходимые вычислительные ресурсы. Главным инфраструктурным элементом в новой концепции обработки огромных массивов данных является Центр обработки данных ТГУ (ЦОД ТГУ), представляющий собой программно-аппаратный комплекс для обработки, хранения и передачи данных, обладающий высокой эксплуатационной готовностью [11]. Оборудование ЦОДа включает набор 20 высокопроизводительных сервер-лезвий IBM Blade HS22V, 11 сервер-лезвий HP ProLiant BL460сG6, размещенных в специальных шасси для cерверов-лезвий IBM BladeCenter H, смонтированных в телекоммуникационных шкафах. В состав оборудования входят электронные хранилища данных (дисковые массивы) емкостью 500 Тб и системы жизнеобеспечения с системой управления микроклиматом, системой мониторинга окружающей среды APC NetBotz Rack Monitor 450 и гарантированным бесперебойным электропитанием. Оборудование ЦОДа в целях обеспечения безопасности размещено на двух площадках, соединенных между собой высокопроизводительными каналами связи с использованием высокопроизводительного коммутационного оборудования. В ЦОД ТГУ используется централизованная система удаленной установки программного обеспечения, использующая виртуальную среду VMware, которая позволяет обслуживать множество пользователей при минимальном количестве обслуживающего персонала и ускорить время развертывания однотипных систем. Программное обеспечение, установленное в ЦОД ТГУ, имеет лицензии на сетевой доступ. Удаленный доступ к ресурсам, размещенным в ЦОД ТГУ, способствует организации разноплановой деятельности педагога с использованием набора современных версий программных продуктов. С учетом особенностей преподавания физико-математических дисциплин, связанных с формализованным представлением содержания знаний и большой долей учебного практикума, нами разработана и применяется комбинированная технология видеоконференц-связи и вебинара, что позволяет организовать сетевые занятия, сопровождающиеся демонстрационными экспериментами, интерактивными анимационными моделями, виртуальными лабораторными работами, тренажерами, конструкторами виртуальных экспериментов и т.д. (рис. 3). Так, демонстрационный эксперимент в процессе сообщения новых знаний используется для презентации физических явлений, формирования физических понятий, установления связей между явлениями и применением их в современной технике. Особенно существенна роль демонстрационного эксперимента в развитии у обучающихся наблюдательности, образного мышления, умения делать обобщения на основе наблюдаемых фактов, предвидеть ход течения наблюдаемого процесса и т.д. Необходимость сопровождения рассказа преподавателя с демонстрацией физических явлений и процессов объясняется тем, что в демонстрационном эксперименте школьники получают наглядное подтверждение изучаемых закономерностей, развивают образное мышление и логику физических закономерностей. Направляющее слово преподавателя концентрирует внимание на главном, существенном в объекте наблюдения. Слово преподавателя не только руководит зрительным восприятием, но и помогает учащимся делать выводы, формулировать заключения. Зрительные образы демонстрационных опытов сохраняются в памяти лучше, чем теоретический материал, и выполняют функции опорных элементов знания, на которых выстраивается учебный материал. Кроме того, проведение демонстрационных экспериментов позволяет заинтересовать обучающихся в предмете, привлечь к изучению данной области познаний, привлечь будущих абитуриентов в университет, развивает наблюдательность и образное мышление, позволяет научиться делать выводы и обобщения на основе наблюдаемых фактов, дает возможность в процессе преподавания физики не только вести изложение учебного материала с опорой на реальный эксперимент, но и призывает учащихся к проведению мысленного эксперимента в тех случаях, когда оборудование кабинета или особенности изучаемого материала не позволяют провести демонстрацию «живого» опыта. Во время сетевых занятий преподаватель, используя возможности удаленного управления интерактивными досками и видеотерминалами, расположенными в школьных классах, может проводить опрос учащихся, в свою очередь учащиеся могут задавать вопросы преподавателю и получать пояснения к ним. Схема, включающая комбинированную технологию видеоконференц-связи и вебинара, апробирована в ТГУ при проведении занятий в заочной физико-математической школе и программах по работе с одаренными детьми. Необходимое оборудование для такой технологии представлено на рис. 4. Комбинированная технология основана на использовании системы видеоконференц-связи Polycom QDX 6000, оснащенной PTZ-камерой Polycom EagleEye QDX, и применении вебинара на основе Adobe Connect. Для работы технологии также необходимы: - матричный коммутатор Kramer VP-4x4K, позволяющий микшировать видеосигналы и при необходимости выводить их на различные устройства: проектор интерактивной доски, проектор экрана или плазменную панель; - усилитель Kramer VP-200K, позволяющий дублировать видеосигнал с компьютера преподавателя на дополнительный монитор; - масштабатор видеосигнала Kramer VP-413 для проецирования композитного видеосигнала или сигнала источника S-Video в WUXGA/HD. Схема аудиокоммутации представлена на рис. 5 и включает в себя базовый микрофон системы Polycom, а также дополнительный микшер, необходимый для получения / передачи звука в вебинар и вывода на устройство воспроизведения звука. Аудиомикшер позволяет дополнительно усилить звуковой сигнал и при необходимости разделить вывод между устройствами. Перед проведением занятия схема настраивается таким образом, чтобы в основной и удаленной аудитории на интерактивную доску (или экран) выводилось содержимое из вебинара, а сигналы с камер - на плазменные панели (или экран). Работа в вебинаре осуществляется в едином виртуальном классе, вход в который производится с основных компьютеров, к которым подключены интерактивные доски в аудитории. Это позволяет осуществлять совместную работу с доской и различными образовательными ресурсами. Если заранее не была произведена настройка, то осуществляется запись предустановок положения камер в память системы Polycom, благодаря чему в ходе проведения занятия переключение между ними возможно осуществлять по сигналу с пульта дистанционного управления. Организованная таким образом образовательная информационная среда является многовариантной, что предоставляет школьнику возможность выбора, изначально закладывая разно-образные образовательные траектории. Современные системы видеоконференц-связи представляют собой, как правило, программно-аппаратные платформы и обладают большими функциональными возможностями. К основным достоинствам этих платформ можно отнести: - использование камер с высоким разрешением, оптическим зумом и возможностью дистанционного управления и предустановок; - высокочувствительные широкополосные микрофоны, поддерживающие режим стерео с высоким разрешением, эхо- и шумоподавление и защиту от радиопомех; - использование современных стандартов, таких как H.239; - поддержку нескольких источников видеосигнала (для подключения дополнительных камер, документ-камер или персональных компьютеров); - возможность задействовать низкоскоростные каналы связи в диапазоне от 256 кбит/с до 4 Мбит/с. Аппаратные возможности таких систем позволяют проводить on-line встречи с высоким качеством и минимальными временными затратами на подготовку и настройку оборудования, однако имеют слабые возможности по работе с передаваемым контентом, который позволил бы расширить возможности совместной работы и разнообразить учебный процесс. В основном это стандартные функции по демонстрации презентаций и совместной работы с документами. Наибольшими возможностями для совместной работы обладают вебинары. Вебинар - система проведения on-line мероприятий в веб-среде. В отличие от систем видеоконференц-связи это программная платформа, которая также поддерживает видео в режиме реального времени, VOIP-связь и инструменты для совместной работы, но требующая дополнительного оборудования, подключаемого к персональному компьютеру (ПК). При использовании стандартных компьютерных мультимедиасредств, таких как веб-камера и настольный микрофон, качество видеосвязи, как правило, значительно хуже, чем в системах конференц-связи, к тому же в вебинаре отсутствуют развитые системы их управления. Главным преимуществом вебинаров являются возможности по работе с передаваемым контентом и инструменты для совместной работы: - демонстрация презентаций; - интерактивная доска (whiteboard); - совместный доступ к экрану или отдельным приложениям (screen sharing); - возможность отдавать контроль над мышью и клавиатурой; - аннотация экрана; - мониторинг присутствия участников; - возможность менять ведущего; - модерация on-line встреч; - запись хода веб-конференции; - дополнительные модули: текстовый чат, примечания, файлы, ссылки, опросы, вопрос-ответ, режим подготовки, область только для докладчика. Комбинирование этих двух технологий позволит в значительной степени повысить качество образовательного процесса и в значительной степени разнообразить формы образовательной деятельности для распределенных аудиторий. К основным преимуществам такого подхода можно отнести: - отсутствие необходимости привязки преподавателя к определенному месту в аудитории благодаря широкополосному микрофону и управляемым камерам с заранее настроенными точками наблюдения (ведение традиционного урока); - возможность наблюдать за распределенными аудиториями и удаленно управлять камерами, меняя угол и точки обзора (например, переключаясь между аудиторией и учениками, выступающими у доски или за кафедрой), управление микрофонами; - совместную работу на интерактивной доске (любой модели, используя встроенные средства самой доски); - совместную работу с рабочим столом, файлами, приложениями и документами. Возможность передачи прав на управление выбранным аудиториям или отдельным учащимся; - возможность использования дополнительных инструментов: мгновенный обмен файлами, проведение опроса в распределенных аудиториях, вопрос-ответ, резюме занятия, запись хода встречи. Такая форма организации учебного процесса может в значительной степени снизить опосредованность общения преподавателя с удаленными участниками, повысить качество обучения и способствовать развитию информационно-коммуникационных компетенций обучающихся. Полученный опыт организации распределенных занятий предоставляет школьникам большие преимущества. Очевидно повышение наглядности изучаемого материала, ускорение процесса передачи информации, изменяется характер познавательной деятельности, активизируются формы проверки и закрепления знаний, создаются условия для развития личностных качеств. При этом в образовательный процесс вовлекаются квалифицированные научно-педагогические кадры, подготовленные в профессиональной среде и владеющие навыками использования информационных и телекоммуникационных технологий. Совершенствование образовательного процесса как с методической, так и с технологической стороны способствует эффективному использованию информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе и повышению качества образования школьников.

Скачать электронную версию публикации