CC BY
119
Организация индивидуального обучения будущих учителей информатики с применением современных информационных технологий
Никитин Петр Владимирович к.пед.н., ст. преподаватель кафедры математики и информатики и методики обучения математике и информатике,
ФБГОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 424001, (8362)425662 petrvlni@rambler. т
Аннотация
При подготовке будущих учителей информатики помимо психологопедагогических и методических аспектов обучения особое внимание необходимо уделить предметной составляющей. Информатика как наука имеет широчайший диапазон применения: от теории информации до методов вычислительной и прикладной математики и их применения к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний (программирование, мультимедиа, сетевые технологии, разработка вычислительных систем и программного обеспечения, социальная информатика, искусственный интеллект и т.д.). Каждое из данных направлений имеет свои сложности, свой подход к изучению с учетом интеллектуально-психологических особенностей обучаемых. Поэтому, возникает необходимость проведения мониторинга, систематизации и автоматизации определения индивидуальных способностей, возможностей и желаний будущих учителей информатики и на основе полученных результатов строить индивидуальную образовательную траекторию, тем самым помочь студентам сделать осознанный выбор углубленного изучения «своего» направления.
В данной статье рассматриваются методологические особенности организации индивидуального обучения будущих учителей информатики, основанные на двух педагогических подходах: междисциплинарной интеграции и внутренней дифференциации, с применением современных информационных технологий. Внедрение данной методики в процесс обучения будущих учителей информатики положительно влияет не только на повышение качества обучения, но и на научно-исследовательскую работу студентов.
In the preparation of future teachers of computer science in addition to psycho-pedagogical and methodological aspects of training, particular attention should be paid to the subject component. Computer science has a wide range of applications from information theory to the methods of computational and applied mathematics and their applications in fundamental and applied research in various fields of knowledge (programming, multimedia , networking , development of computer systems and software , social science , artificial intelligence and etc.). Each of these areas has its difficulties , its approach to the study taking into account the intellectual and psychological characteristics of students. Therefore , there is a need for monitoring , managing and automating the measurement of individual abilities, capabilities and desires of future teachers of computer science and on the basis of the results to build individual learning paths , to help them make an informed choice
in-depth study of "their" direction.
This article discusses the methodological features of the organization of individual training of future teachers of computer science, based on two pedagogical approaches: interdisciplinary integration and internal differentiation, with the use of modern information technology. The introduction of this technique in the process of training future teachers of computer science has a positive effect not only on improving the quality of teaching and research work of students.
Ключевые слова
Индивидуальное обучение, индивидуальная образовательная траектория, методика обучения информатике, междисциплинарная интеграция, дифференциация, информационные технологии, автоматизация обучения
Individual education, individual educational trajectory, computer science teaching methodology, interdisciplinary integration, differentiation, information technology, automation training
Индивидуальное обучение: определение, цели, принципы
В настоящее время традиционная система образования не полностью обеспечивает необходимые условия для развития человека, его способностей, самоопределения и самосовершенствования и т.п., как профессионального, так и личностного. Поиск новых путей и условий, определяющих успешность развития, самоопределения и самосовершенствования обучаемых, является важной педагогической задачей. Стремление более полно реализовать на практике личностно-ориентированную модель обучения актуализировали проблему организации индивидуального обучения в целях повышения качества образования.
Под индивидуальным обучением будем понимать организацию учебной деятельности обучаемых, предполагающую построение его индивидуальной образовательной траектории, на основе индивидуальной модели обучаемого в соответствии с личностными психолого-педагогическими характеристиками [1].
Основными целями индивидуального обучения являются: сохранение и дальнейшее развитие индивидуальности обучаемого, его потенциальных возможностей (способностей); содействие средствами индивидуализации выполнению учебных программ каждым обучаемым, предупреждение неуспеваемости обучаемых; формирование общеучебных умений и навыков (компетенций) при опоре на зону ближайшего развития каждого обучаемого; улучшение учебной мотивации и развитие познавательных интересов; формирование личностных качеств: самостоятельности, трудолюбия, творчества и т.п.
При организации индивидуального обучения необходимо учитывать следующие принципы: интеграция индивидуальной работы с другими формами учебной деятельности; обучение учащихся в индивидуальном темпе, стиле; использование индивидуального обучения по всем изучаемым предметам и т.д.
Таким образом, главными достоинствами индивидуального обучения являются: адаптация содержания, методов и темпов учебной деятельности
обучаемых к их особенностям; слежение за каждым действием обучаемых, за их продвижением от незнания к знанию; внесение необходимой коррекции в деятельность как обучаемого, так и преподавателя и т.д. Все это позволяет обучаемому работать экономно, постоянно контролировать затраты своих сил, работать в оптимальное для себя время, что, естественно, позволяет достигать высоких результатов в обучении.
Методологические особенности организации индивидуального обучения будущих учителей информатики
При подготовке будущих учителей информатики необходимо уделять внимание: во-первых, предметной подготовке, включающей в себя совокупность учебных дисциплин (более 12 дисциплин), направленных на формирование представлений об основах информатики как комплексной научной дисциплины и основных умений и навыков по применению и созданию современных информационных технологий на базе вычислительной техники в будущей профессиональной деятельности. Во-вторых, нельзя забывать и два других основных направления в подготовке будущих учителей - это психолого-педагогическое и методическое. Данные направления (психолого-педагогическое, методическое и предметное) обязательно должны быть взаимосвязаны, их единство и целостность являются необходимыми условиями профессионально-педагогической направленности обучения и воспитания студентов [2].
На данный момент разработаны основные концепции, обеспечивающие подготовку работников образования в области информатики и информационных технологий (Т.А. Бороненко, Я.А. Ваграменко, С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун,
A.П.Ершов, С.А. Жданов, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, И.В. Левченко, Д.Ш. Матрос,
Н.В. Софронова, М.В. Швецкий, и др.). Однако работы данных авторов в основном посвящены обоснованию содержания и методики подготовки учителя информатики в какой-то определенной области (программирования, сетевых технологий, методики обучения и т.п.). Изучаемые дисциплины предметной области в значительной мере рассматриваются изолированно, без взаимосвязи и выявления их интегративной значимости для будущей профессиональной деятельности. К тому же отметим, что содержание большинства дисциплин предметного блока рассчитаны на «среднего студента», без учета личного потенциала студента.
Исходя из выше сказанного, можно констатировать наличие следующих противоречий:
- между многообразием дисциплин, обеспечивающих предметную подготовку будущих учителей информатики, с одной стороны, и отсутствием механизмов междисциплинарной интеграции в предметной подготовке, с другой стороны;
- между личностным потенциалом студента (совокупность его способностей: интеллектуальных, познавательных, творческих, коммуникативных и т.п.), с одной стороны, и отсутствием научных подходов к выявлению вклада данного потенциала к определенному направлению информатики (программирование, мультимедиа, сетевые технологии, информатизация образования, методика обучения и т.п.), с другой стороны.
Данные противоречия могут быть устранены с применением в обучении будущих учителей информатики индивидуальной образовательной траекторией. Индивидуальная траектория обучения - это результат реализации личностного потенциала студента в образовании через осуществление соответствующих видов деятельности.
Разработку данной траектории будем реализовывать на основе двух педагогических подходах: внутренней дифференциации и междисциплинарной интеграции в профессиональной подготовке будущих учителей информатики с применением современных информационных технологий.
Вопросы междисциплинарного обучения (междисциплинарной интеграции) изучались многими учеными (Г. Бергер, Н.В. Борисов, В.Г. Буданов, В.И. Вершинин,
B. Каган, В.Н. Максимова, Э.М. Мирской, Н. Чебышев, Б. Чендов и др.). Анализируя труды данных авторов, можно заключить, что роль междисциплинарной интеграции закреплена общедидактическим принципом междисциплинарных связей, который подразумевает согласованное изучение научного аппарата (понятий, законов, методов
и т.д.) общих для родственных дисциплин [3]. Для организации междисциплинарной интеграции в высшей школе выделяют следующие общедидактические и психологопедагогические условия:
- согласованное изучение отдельных учебных дисциплин, при котором каждая из дисциплин использует научный аппарат другой дисциплины и готовит обучающихся к успешному усвоению понятий следующей (по времени) дисциплины;
- непрерывность и преемственность в развитии научного аппарата;
- обязательное единство в интерпретации научного аппарата для «общих» дисциплин;
- исключение дублирования понятий, законов, теорий и т.д. при изучении различных дисциплин;
- единый подход к содержанию одинаковых классов понятий, законов, теорий
и т.д.
ФГОС ВПО 050100 «Педагогическое образование» позволяет осуществлять междисциплинарную интеграцию предметной подготовки студентов, тем самым строить индивидуальные траектории обучения. В частности, в обучении будущих учителей информатики преподавателями кафедры математики и информатики и методики обучения математике и информатике МарГУ разработаны следующие образовательные траектории: в области информационных технологий, в области программирования, в области мультимедиа, в области сетевых технологий, в области информатизации и компьютеризации образовательного процесса, в области методики обучения информатики [4-6].
Вторым обязательным подходом в построении индивидуальной траектории обучения студентов является внутренняя дифференциация.
Дифференцированное обучение - это организация учебного процесса, при которой учитываются индивидуально-психологические особенности личности, формируются группы учащихся с различающимися содержанием образования, методами обучения [7].
Ключевым звеном организации дифференцированного обучения является диагностика индивидуальных особенностей студентов, таких как: память,
модальность, доминирование полушарий, организационные, коммуникативные, информационные, интеллектуальные навыки, уровень развития мотивационноволевой сферы и т.п.
В результате проведения диагностических тестов, мы получаем очень большой массив результатов, которые позволяют преподавателю реализовать уровневую дифференциацию по определенной дисциплине, а именно, выделить материал для общего уровня, материал для углубленной подготовки, материал для более углубленной подготовки.
Так в нашей методике мы выделяем три группы обучения: творческую, продуктивную и репродуктивную. Для репродуктивной группы обучения характерны следующие принципы: пробуждение интереса к предмету путем использования посильных задач, учебных программных средств, позволяющих студенту работать в соответствии с его индивидуальными способностями; ликвидация пробелов в знаниях и умениях; формирование умений осуществлять самостоятельную деятельность по образцу. Для продуктивной - поддержание учебной мотивации учащихся (через успешность студентов в заданиях средней сложности); развитие устойчивого интереса к предмету; закрепление и повторение имеющихся знаний и способов действий; актуализация имеющихся знаний для успешного изучения нового материала; формирование умения самостоятельно работать над задачей или с учебным программным средством. Для творческой: поддержание учебной мотивации студентов; развитие устойчивого интереса к предмету; формирование новых способов действий, умений решать задачи повышенной сложности, нестандартные задачи, творческие задания.
Отметим, что опираясь на принцип дифференциации обучения, необходимо творчески подходить к поиску и отбору учебного материала и индивидуализировать часть учебного процесса, направленного на формирование у студентов учебных навыков и умений по тому или иному направлению информатики. Ниже приведены примеры дифференцированных лабораторных работ при изучении темы «Программирование на языке JavaScript» дисциплины «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии» для разных групп обучения.
Для репродуктивной группы: написать сценарий реализующий генерацию двумерного массива заполненного случайными числами от 0 до 99. Количество строк и столбцов массива вводится с клавиатуры. Массив должен быть выведен на экран в виде таблицы, размерность которой совпадает с размерностью массива. Найти максимальный элемент и каким-либо образом выделить его при выводе массива.
Для продуктивной группы: написать игру «Холодно-Горячо». Смысл игры в следующем: в окне браузера находится текстовое поле и кнопка. Фон окна изначально Silver. После нажатия на кнопку, случайным образом задаются координаты секретного места, которое мы должны найти курсором мыши. Далее мы должны найти это секретное место (а точнее навести курсор в область вблизи этой точки). Сценарий JavaScript сообщает нам по мере приближения / удаления от секретного места о том, насколько мы близки / далеки от нашей цели. (Выводит в текстовое поле текст, соответствующий расстоянию до секретной области, а также меняет цвет фона документа характеризующий температуру - холодно, тепло, горячо и т.п. (рис. 1). Определите разрешение своего экрана и задайте расстояния в соответствии с ним.
Найдите секретное место, которое загадал компьютер!
_( Далековато.^ )
-600—800-ptf . )
( Цвет-фона-Aqua^[ У--''
Холодно! Загадать место!
Рис. 1. Игра «Холодно-горячо»
Для творческой группы: написать игру «Битва за планету Земля». Вы -доблестный защитник своей планеты. Полчища врагов в недрах своих подземелий готовятся выбраться на поверхность, напасть на Вашу планету и уничтожить жизненно необходимые, производящие кислород - зеленеющие леса. Ваша задача уничтожить как можно больше этих врагов, прежде чем они доберутся хотя бы до одного дерева. На страничке должна располагаться таблица N*N ячеек. В каждой ячейке находится элемент <ГМС>, имеющий уникальное имя. Итак, враги появляются из своих нор. Чтобы уничтожить врага - нужно щелкнуть по нему. После щелчка на враге появляется крест и через 300мс он пропадает, а на его месте снова пустая нора. Следует учесть, что враги появляются все быстрее и быстрее, т.е. интервал времени между появлением врагов уменьшается со временем (не следует уменьшать интервал далее, после того как он достигнет 200 мс). Как только
популяция врагов на экране достигает значения ( (N-^*(N-1) - 1) игра заканчивается, враги победили. Не забудьте вывод очков и интервала времени, а также кнопка «Начать игру» после запуска игры превращается в кнопку «Начать заново» и по нажатию игра сбрасывается.
Подобным образом составляются задания и по всем другим разделам и направлениям в области информатики и информационным технологиям.
Так же при организации индивидуального обучения необходимо использовать различные формы и методы и средства обучения. В частности, преподавателями кафедры математики и информатики и методики обучения математике и информатике МарГУ были разработаны электронные образовательные ресурсы, позволяющие студентам изучать соответствующий материал в удобном для них стиле, темпе и форме, так как содержат различные формы представления информации (демонстрационные примеры, текст, аудио, видео и т.д.).
Таким образом, путем междисциплинарной интеграции и внутренней дифференциации решается методологическая проблема организации индивидуального обучения будущих учителей информатики в предметной подготовке. Организацию данного обучения будем осуществлять средствами современных информационных технологий, для чего проведем анализ программных средств для осуществления индивидуального обучения.
Анализ программных средств организации индивидуального обучения
В настоящее время существует большое количество различных программных средств для организации индивидуального обучения. Одним из наиболее распространенных средств в данном направлении является использование интеллектуальных обучающих систем (ИОС). Одной из приоритетных задач, решающих с помощью ИОС является разработка алгоритмов адаптивного обучения.
Построение моделей адаптивного обучения, как правило, представлены двумя направлениями. Первое направление позволяет строить индивидуальную траекторию развития обучаемого в определенной предметной области в зависимости от его индивидуальных способностей, таких как модальность, внимание, мотивация, обученность, память, интеллектуальные, коммуникативные, организаторские навыки и т.д. Рассмотрим несколько примеров подобных систем.
Система ИКОС [8] представляет собой программу, в которой реализованы визуальный, аудиальный и дискретный типы репрезентативных систем, с помощью которых обучаемые получают наибольшее количество информации через зрение, звуки и логические умозаключения соответственно (рис. 2). То есть учебная информация в данной системе представлена с помощью мультимедиа средств, ее вывод происходит в соответствии с особенностями репрезентативной системы обучаемого. Так, если обучаемый визуал - то основное место на экране занимает графическая (рисунки, графики и видеофрагменты) учебная информация; если дигитал - то текстовая (в виде текстов, таблиц, формул), если аудиал - то предлагается прослушивание аудиозаписи той же самой учебной информации.
Рис. 2. Интерфейс системы ИКОС, соответствующий визуальному типу
ИОС серии МОНАП [9] представляет обучаемым учебную информацию в соответствии от степени их обученности. Определение свойств учебных задач и выдача подкреплений в данной системе осуществляются на основе идентификации умений обучаемого на каждом шаге обучения. В процессе обучения соблюдается принцип перехода от решения простых учебных задач к сложным. Переход к усвоению нового учебного материала осуществляется в случае успешного усвоения предыдущего материала. Так же в процессе обучения в данной системе осуществляется стабилизация субъективной степени трудности учебных задач для каждого обучаемого. Таким образом, ИОС МОНАП реализует алгоритмы адаптивного управления процессом обучения в выбранной предметной области. Кроме этого, ИОС МОНАП предоставляет автоматизацию проектирования подсистемы объяснений. Подсистема объяснений формирует ответ на вопрос обучаемого «ПОЧЕМУ?» в форме того правила в котором имела место ошибка, пока обучаемый решал учебную задачу, при этом используется база данных, содержащая совокупность, сформулированных педагогом.
Система QшzGшde [10] представляет собой адаптивный гипермедиа сервис для персонального доступа к тестам для самооценки. Она информирует обучаемых об их текущем уровне знаний и о целях обучения, с помощью адаптивных комментариев вместе с ссылками на тесты. QuizGuide группирует тесты, доступные обучаемому в тематические разделы (рис. 3).
Рис. 3. Интерфейс системы QuizGuide
Ссылка к каждому разделу имеет комментарий в виде иконки, изображающей мишень со стрелой или без стрелы. Количество стрел (от 0 до 3) отражает работу обучаемого над тестами данного раздела (отсутствие стрел показывает очень маленький прогресс, три стрелы показывают хорошее понимание темы). Цвет мишени отражает важность раздела при данной цели обучения. Разделы имеют структуру предпосылки и последствия. Каждый новый раздел представленный на лекции, отмечается ярко-синей мишенью. Разделы, являющиеся исходными для текущего раздела отмечены голубой мишенью. Изученные разделы отмечены серой мишенью. И наконец, необходимые, но еще не изученные в классе перечеркнуты крестом.
Система №уЕх [10] позволяет обучаемым просматривать комментарии к программному коду определенных программ на любом шаге и в любой последовательности. Система №уЕх использует эффективный адаптивный аннотационный подход, с использованием необходимых предварительных понятий и самое главное, что она не требует ручной индексации объектов образования. В результате №уЕх может виртуально использоваться любым преподавателем курсов программирования. Система №уЕх позволяет преподавателям, не знакомым с адаптивной гипермедией, добавлять их собственные примеры, обмениваться примерами или использовать примеры из цифровой библиотеки.
I i S. >'И « :110: < jmtal < Microsolt Internet tuptorer -IOIXI
tfcr fci! iv* f * Л1 fSti l0Gfe э-Ф с
Cuo <*«4< L10: capital.с
Olio, iiw uf*u< вэп О
V> LI 1. (^itibvid ' J0tnclu4l <ft4t9.k>
GUI r **1*0 1
101.11 <M*e4o«fft2c _J flMT. ItS.mt/• Kt« ttl |«ГС«Я1* */
^ Til J . — J mt с•»»•!•.eJ: /• »t4it)a|| in »tlM9 •/
v Ull lirlanaftt Г t Ном »mui2 iiiteiarti /* «mimI intMiK in 4*llwi V
X LI? с Amiu4 iimi\ wi. hfft 4-От Л» J <«ft JXt 1CJ 16). v> e*t4 :■ > uit л dc*« F<# t*6 tui'i
XLli* »ip It* «ж <t %,'лЫ fc* * btetr
X Ll2 ':«<".«*.£4? с J
.. J (ii> «id intereeit r«< nx»i ">i
w 1.12 с J jctiir'H U4»(c«|UaJ,
X L12 ип_С1_ЫЫс с Л
JCl. 14 int_r.44iiie J «lir»w9|_2*%«tC9t * / ICO/
Ollv uni t
0 LiV tut2 с III
OUVlUlW wj <1 1 • 1
d ■o Ytrrr**
Рис. 4. Интерфейс системы NavEx
Второе направление построения моделей адаптивного обучения учитывает факторы, которые соответствуют психофизиологическому состоянию обучаемого в процессе получения знаний. Подобные системы способны при формировании индивидуальной траектории обучения учитывать в реальном режиме времени не только уровень подготовки студента, но и его функциональное состояние. Функциональное состояние обучаемых может определяться по анализу клавиатурного подчерка, определению электрокожного сопротивления, диагностики вариационной пульсометрии, на основе метода анализа вариабельности сердечного ритма и т.п.
В качестве примеров подобных систем можно привести аппаратнопрограммный комплекс «Visual SGR», разработанный специалистами МГТУ им. Н.Э. Баумана [8]. Данный комплекс позволяет объективно определять психофизическое состояние человека на основе относительного изменения электрокожного сопротивления. Другим примером может служить автоматизированная адаптивная обучающая система, разработанная специалистами Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики [11]. В данную систему включен дополнительный контур обратной связи по функциональному состоянию студента. Данный контур следит за напряженностью организма обучающегося при работе в информационно-образовательной среде AcademicNT методом анализа вариабельности сердечного ритма.
Отметим, что кроме «программного кода» подобные ИОС требуют и специальных аппаратно-программных систем оценки функционального состояния обучаемого. Наиболее распространенными и эффективными средствами для использования в ИОС на сегодняшний день являются: bioMouse (компьютерная мышь, совмещающая возможности манипулятора и прибора для индивидуального контроля функциональных возможностей пользователя, в частности, определяет функциональное состояние организма на применении математического анализа параметров ритма сердца); видеокомпьютерная система; система виброизображения; система анализа клавиатурного подчерка и другие.
Кроме интеллектуальных обучающих систем, для организации индивидуального обучения существует большое количество автоматизированных систем, программных комплексов и различных методик и критериев, позволяющих осуществлять контроль знаний обучаемых [12-14].
Выделение нерешенных проблем исследования. Все вышеперечисленные программные продукты предоставляют возможность индивидуальной адаптации
определенного курса обучения к потребностям обучаемых или условиям обучения, но только в рамках отдельных предметных областей, так сказать «по глубине». Напомним, что предлагаемая нами методика индивидуального обучения будущих учителей информатики основана не только на дифференцированном подходе («по глубине»), но и на междисциплинарной интеграции («по широте»). То есть студент углубленно изучает определенную область информатики не только на конкретной дисциплине, но и в течении всего времени обучения, в том числе и за счет курсов по выбору и факультативов. Следовательно, компьютерная система должна учитывать предпочтение каждого студента и выдавать ему только необходимую информацию. Например, на дисциплинах «Программирование», «Решение задач на ЭВМ», «Программное обеспечение ЭВМ», изучаемые студентами на первых курсах, система позволяет организовывать дифференцированное обучение, с сохранением всех результатов в базе данных. Далее, в четвертом семестре в подготовке будущих учителей информатики появляются три дисциплины по выбору студента: «Компьютерная графика и издательское дело», «Разработка web-сайтов», «Организация работы в ЛВС». Система должна рекомендовать студенту изучать тот или иной курс в соответствии с его индивидуальными особенностями и результатами оценки знаний на предыдущих дисциплинах, после чего учитывать этот выбор на дисциплине «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии», так как данные вопросы на ней тоже рассматриваются [15] и т.д. То есть компьютерная система должна проектировать индивидуальную траекторию обучения студента в его профессиональной подготовке (информатика, теория и методика обучения информатики) на протяжении всего обучения в вузе.
Таким образом, для организации индивидуального обучения будущих учителей информатики, основанного на междисциплинарной интеграции и внутренней дифференциации, необходима адаптивная система обучения, направленная на: мониторинг индивидуальных особенностей обучаемых; построение индивидуальной траекторию обучения в определенной области информатики; выдачу учебной информации в разных формах представления (текст, аудио, видео и т.д.); дифференцированный контроль знаний обучаемых; представление результатов обучения и т.п. Поэтому, преподавателями кафедры математики и информатики и методики обучения математике и информатике была разработана автоматизированная среда построения индивидуальных траекторий обучения студентов (АСПИТС), позволяющая реализовывать описанную выше методику индивидуального обучения будущих учителей информатики (Свидетельство №2013661179, 2014).
Отметим, что разработанная АСПИТС имеет и обучающую функцию. Так алгоритм ее создания, проектирование базы данных, использование языков программирования, разметки и структурированных запросов, построение базы знаний и анализа данных рассматриваются в качестве примеров на дисциплинах «Современные языки программирования», «Информационные системы», «Искусственный интеллект» в подготовке будущих учителей информатики. Так же на дисциплине «Использование информационных и коммуникационных технологий в образовании» студенты с большим удовольствием проводят сравнительный анализ (технический и методический) использования разработанной среды с другими подобными системами, в том числе и перечисленных выше, в обучении учащихся.
Ниже рассмотрим основные возможности разработанной среды и результаты ее внедрения в процесс обучения будущих учителей информатики.
Автоматизированная среда построения индивидуальных траекторий студентов
АСПИТС представляет собой интеллектуальную обучающую систему, построенную по архитектуре «клиент-сервер», позволяющая организовывать индивидуальное обучение будущих учителей информатики на основе междисциплинарной интеграции и внутренней дифференциации. Она разрабатывалась на языке PHP 5.3.1 с использованием базы данных MySQL 5.1.40, с применением библиотек jQuery 1.6.1 и jQuery UI 1.8.11, которые позволили облегчить работу с DOM-моделью страниц и минимизировать затраты при написании скриптов AJAX запросов; с использованием HTML 5 и CSS 3, что позволило минимизировать затраты при создании дизайна системы и сократить объем подгружаемых изображений, так же в системе был использован Less -динамический язык стилевой разметки, который расширяет CSS динамическими возможностями, такими как переменные, примеси, операции и функции. Вся информация содержится в базе данных системы. База данных состоит из 32 взаимосвязанных таблиц, причем таблицы имеют внешние ключи (FOREIGN KEY), поэтому строки в них удаляются каскадом (ON DELETE CASCADE). Таким образом, при удалении определенных данных одной таблицы, автоматически происходит удаление связанных данных остальных таблиц. Внешние ключи обеспечивают целостность данных.
Входной точкой работы с АСПИТС является инициализация клиентского приложения, которое может быть запущено как в сети, так и в локальном варианте. Процесс авторизации обеспечивает возможность идентифицировать функционал системы с разрешениями, установленными для отдельных пользователей, а также сохранять персонифицированную историю обучения. В разработанной среде предлагается три типа пользователей: администратор, преподаватель, обучаемый. У администратора имеются права для просмотра любых данных, а также для формирования списка пользователей, изменения их профилей, дисциплин и назначения преподавателей по соответствующим дисциплинам. Преподаватель может создавать типовой учебно-методический комплекс, используя редакторы модели данных гипертекстового пространства. Среда позволяет преподавателю автоматизировать процессы подачи материала, контроля результатов учебной деятельности, тестирования, анкетирования, генерировать задания в зависимости от психолого-педагогических показателей конкретного студента. В зависимости от индивидуальных показателей студентов, программа проектирует индивидуальную траекторию обучения в определенной области информатики, выдает необходимые теоретические сведения, практические примеры и разъяснения в соответствии с изучаемой предметной областью и позволяет закрепить полученные знания в виде промежуточного и итогового тестирования.
После того, как пользователь прошел авторизацию, среда автоматически определяет его статус и предлагает доступные только для него возможности. Рассмотрим данные возможности для пользователей студент и преподаватель.
Пользователь «студент». После прохождения авторизации пользователя «студент» происходит персонализация его профиля. Доступными для него будут следующие модули: система анкетирования; учебные материалы; тестирование; результаты (рис. 5)
Рис. 5. Интерфейс программы АСПИТС
Система анкетирования предназначена для сбора и обработки эмпирических данных в форме анкетирования и тестирования респондентов. Студенту предлагается пройти ряд тестов для определения его индивидуальных особенностей (рис. 6).
Добро пожаловать!
Здесь Вы можете пройти анкетирование
[Выберите анкетирование]
[Выберите анкетирование]
Анкета определения уровня мотивации в информатике Анкета определения интеллектуальных способностей
Анкета определения доминирования полушарий
Анкета определения организационных способностей
Анкета определения коммуникативных способностей
Анкета определения информационных способностей
Анкета определения уровня развития мотивационно-волевой сферы
Рис. 6. Система анкетирования АСПИТС
Результаты анкетирования автоматически заносятся в соответствующую таблицу базы данных системы, после чего будут учитываться при проектировании образовательной траектории студентов и выдачи учебного материала. Кроме этого, результат каждого студента, можно импортировать в аналитическую платформу Deductor Lite (ООО «Аналитические технологии» г. Рязань), и на основе заранее обученной нейронной сети, применяя анализ «что-если», рекомендовать студентам для более углубленного изучения то или иное направление информатики (рис. 7).
лрмраич нроын «с Рис. 7. Окно вывода результата анализа «что-если»
Описанная процедура носит рекомендательный характер. Студентам только рекомендуется более детально изучать то или иное направление информатики (выбор курсовой работы по данному направлению, факультативов, курсов по выбору и т.д.), но, как показывает практика, большинство студентов (80-90%) соглашаются с данной рекомендацией и в последствии не жалеют об этом.
В модуле «Учебные материалы» студенту предоставляется учебная информация, соответствующая его профилю. То есть студенту доступны только разрешенные ему учебные материалы. Отметим, что каждая из изучаемых дисциплин предметной подготовки будущего учителя информатики разбивается на главы. По каждой главе учебной дисциплины предусмотрено тестирование. Студент не получит доступ к учебной информации следующей главы пока не пройдет тестирование по предыдущей. Материал предоставляется студентам в удобном для них стиле и форме, так как содержит различные формы представления информации (демонстрационные примеры, текст, аудио, видео и т.д.).
Система тестирования предназначена для прохождения промежуточного, итогового тестирования и выполнения лабораторных работ по соответствующим разделам и дисциплинам предметной подготовки.
После успешной авторизации студенту доступны только разрешенные ему ссылки в соответствующих разделах. После выбора раздела на экране появляется таблица со списком доступных данному пользователю тестов, количеством вопросов, временем на выполнение и сроки сдачи (рис. 8).
Рис. 8. Разделы тестирования пользователя «Студент»
Если дисциплина изучается впервые, то обучаемому предоставляется «первоначальное тестирование» с целью корректировки формируемого учебного контента. Если же у студента спроектирована траектория обучения по определенному направлению информатики, то АСПИТС анализирует имеющуюся об этом информацию, успехах обучаемого, на основе чего формирует учебный контент.
Пользователям предлагается задания с закрытой формой ответа (часть А), открытой формой (часть В) и развернутой (часть С). Причем, каждый из вопросов имеет свой уровень сложности, в зависимости от интеллектуальных способностей обучаемых. В системе предусмотрено три уровня сложности: уровень 1
(допустимый), уровень 2 (оптимальный), уровень 3 (продвинутый) (рис. 9).
Рис. 9. Интерфейс системы тестирования
Тестовые задания по уровню сложности (часть А, В) распределяются по следующему правилу: количество выдаваемых вопросов делится на два и
округляется до целого - это количество вопросов, которое соответствует уровню студента, далее оставшиеся вопросы делятся пополам, округляются до целого -вопросы более сложной группы, остаток - вопросы менее сложной группы. Например, если в определенном разделе тестирования будет 23 вопроса и студент
соответствует уровню 1, то ему система выдаст 12 вопросов уровня 1, 6 - уровня 2 и 5 - уровня 3. Вопросы части С, которые представляют собой творческие лабораторные работы, выводятся студентам в соответствии с их уровнем.
Усвоение изучаемого материала проверяется модулем промежуточного контроля, предназначенным для координации направления перехода между изучаемыми главами дисциплины. При успешном изучении главы дисциплины, осуществляется переход к следующей. Если же курс изучен полностью, то проводится итоговый контроль, в результате чего может быть осуществлен переход к изучению следующей дисциплины. Отметим, что при многократном неуспешном изучении определенной главы дисциплины до определённого порогового количества повторов, осуществляется переход на модуль «Интерент-тренажер». Интернет-тренажер позволяет обучающимся быстро получать необходимые теоретические сведения, практические примеры и разъяснения к каждому тестовому заданию, а так же устранять пробелы при изучении определенных разделов и закреплять полученные знания. В случае если результаты тестирования опять будут превышать пороговый уровень, то осуществляется корректировка индивидуальной траектории обучения преподавателем, так как АСПИТС на основе интеллектуальных алгоритмов не смогла добиться требуемого уровня знаний у студента.
По окончанию тестирования заполняется таблица результатов, которую студенты могут посмотреть в модуле «Результаты». В данную таблицу входит список всех частей, напротив которых выводятся итоги тестирования (рис. 10).
Вопрос Н81. МВИ&
ВООИЖЧЩМ
■опрос:
> !■—о-зрс* с тр«и» тнзшХтъяый номер сое гдит щ 7 яшиошя 0 1»* сииадея мгагъгро» 19 счч « •
гис4ом ООрЮМ
Кдчм! тиса) нм» • цмгмрцмой прурдаие зпкьтжп » минкчм} мя«т« и «"ишхи цегм нлячстош О^я «р* згхт тпэ*ьдо' чкммуъмх ицикямк и ке (««хь к«фу«к« и ммямгм) ю»ом«и «тч(1ми (Ип
Опреаетп» объем -лмот* о'КкЯямА -*рофаммэй ап* мпясм €0 мэмс^о*
вымогал Э Г^мигълм* а*шг 500
Рис. 10. Интерфейс просмотра результатов тестирования
Так как процесс обучения будущих учителей информатики занимает длительное время, то АСТИТС сохраняет состояние системы до следующей инициализации сеанса работы. Выход из системы возможен также и на этапе формирования контента. В этом случае будет сохранена текущая информация о сформированных модулях для последующего возобновления формирования контента после очередного запуска системы.
Пользователь «преподаватель». После прохождения авторизации пользователя «преподаватель» так же происходит персонализация его профиля. Преподаватель может создавать учебно-методические комплексы по дисциплинам на которые у него есть доступ. Раздел администрирования для преподавателя выполнен в виде WebOS, то есть рабочего стола с размещенными на нем элементами управления (Рис. 11).
Рис. 11. Раздел администрирования АСПИТС
Рассмотрим некоторые модули администрирования, доступные пользователю «преподаватель».
В модуле «Управление пользователями» преподаватель может добавлять, редактировать и удалять пользователей и учебные группы к которым будут доступны его дисциплины (рис. 12)
* -«
Омімим
ИіМІШ Дгтмамосгь Д**ствмя
> х'
ут дяи
шмзи
УВД!
Рис. 12. Модуль «Управление пользователями» АСПИТС
В модуле «Анкетирование» преподаватель может создавать вопросы тестирования и анкетирования, используя собственную шкалу измерений. Модуль имеет очень удобную панель администратора. Все результаты анкетирования хранятся в соответствующей таблице базы данных системы, поэтому преподаватель может проводить анализ результатов исследования и используя приложение «Автоматизированная система анализа результатов психолого-педагогических исследований» [16], встроенный в данный модуль, делать определенные выводы о своем исследовании (проверки гипотезы) не вникая в математическую статистику.
Модуль «Управление предметами» позволяет преподавателю создавать, редактировать и удалять главы «своих» дисциплин, а так же редактировать разделы и вопросы главы (рис. 13).
О Л і А
□
ЯШ
*** 1111
Гпмыпрммл г«*Комл е*?и Имч*ре* п и те^спооч*
Ндзадиив _ /Ілтя гпмга Вопросы гпмы 0*1кг*|м
♦«■»* • «і : А ВС ~~~ 1 ' их
АВС 1 йх 11
111 А В С ] их
1II и II I* ■ 1« г две 1 их 1
И И Я А 9 Й ^ ‘ |я а* гг я п » м 1 две Цх (.
Рис. 13. Интерфейс модуля «Управление предметами» АСПИТС
Кроме этого, в данном модуле преподаватель загружает и теоретический материал к каждой главе, нажав на соответствующую ссылку (название главы), тем самым создавать учебно-методический комплекс по дисциплине. Отметим, что учебный материал может быть представлен в различных формах представления информации (демонстрационные примеры, текст, аудио, видео и т.д.).
При редактировании списка вопросов определенного теста у преподавателя имеется возможность не только создавать новые задания (нажав на соответствующую ссылку), но и выбирать их из перечня уже существующих. Причем, как отмечалось выше, каждому вопросу будет соответствовать свой уровень (рис. 14).
ДОмкт» мпрос ч шйти «опра
ВОПРОСЫ ГЛАВЫ 'МУЛЬТИМЕДИА- (ЧАСТЬ А)
к) Заголовок Уровень Действия
35 Какой графический формат удобнее иеяол 1 « /у
37 С каким из амдеоэедактором можно работа 1 • ✓ X
36 Возможно пи установить программу обрабо 2 * ✓ X
1 34 Вам меобховмио создать отчет о прохокдеи V /У
I 40 Необходимо разместить а сети интернет аи ) . ух
Рис. 14. Создание вопросов разного уровня в системе
В модуле «Управление тестами» преподаватель указывает количество выдаваемых вопросов по каждой из частей, время на выполнение теста, дату последнего срока сдачи, перемешивание вопросов. Так же в данном модуле происходит администрирование модуля «Интернет-тренажер».
В модуле «Результаты тестирования» преподаватель может просматривать результаты тестирования «своих» студентов. Эти данные выводятся в виде таблиц, в которых отмечается количество верных ответов и общее количество вопросов по различным частям теста. Причем, преподаватель может просматривать результаты как отдельного студента, как и группы в целом (рис. 15). При наличии вопросов в части С, в соответствующем столбце данной таблице появляется поле для ввода
количества правильных ответов. С его помощью преподаватель, проверивший задания студента, может внести данные в систему.
Подымете** гирочгр*
I ИФ-Ы Гстатжггиад 3 П»рвм«|>#1у1кт»Т1»|ууП1»| по *•«»*•
|Липат>«юв Олег Алексеевич | Тестирование по теме 1
ГЯМгац " •
|Таомп •
*• Результаты группы ИФ-52 по тесту'Тест N*1*
ФИО Часть А Часть В Часть С
В«рмы« Вс# го В«рмы1 Вс«го В«рмык Всего ]
|ИМкэв ИМи Имио»« 12 17 11) 10 1 4
{Петро# АяьОрг МмаДло*»» В и 10 7 4
Сидоре* юры** 1 М 17 10 * 4
Рис. 15. Представление результатов тестирования студентов
Так же АСПИТС содержит модуль включения регистрации несанкционированных действий студентов при прохождении тестирования. В случае если студент, проходящий тестирование, пытается каким либо образом подменить свои результаты, то система не только блокирует данные действия, но и может анализировать и заносить их в специальный файл /^з/ТеєІЕггог.^, который состоит из следующих строк: дата действия; логин пользователя; внешнее сообщение, которое было выведено данному пользователю в ответ на его действие; внутреннее сообщение, с объяснением действий пользователя. По данным этого файла можно сделать вывод о том, насколько добросовестно тот или иной студент проходил тестирование.
Результаты внедрения разработанной методики в процесс подготовки будущих учителей информатики
Разработанная методика была внедрена в процесс обучения будущих учителей информатики в ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет». Результаты эксперимента доказывают положительное влияние разработанной методики не только на качество обучения будущих учителей информатики (рис. 16, 17), но и на научно-исследовательскую работу студентов (рис. 18).
мультимедиа Гф0раммф0е»««е сетевые теяиолвпм по.'ъхеатетъские
ТЄММЮМІ
| □ котрольная группа О экспериментальная грута
Рис. 16. Результаты теоретических знаний в области информационных
технологий
Рис. 17. Результаты выпускных квалификационных работ студентов по информатике и методике обучения информатике
Рис. 18. Результаты научно-исследовательской работы будущих учителей
информатики
Таким образом, разработанная методика индивидуального обучения, основанная на построении индивидуальной образовательной траектории будущих учителей информатики, которая реализуется через междисциплинарную интеграцию и внутреннюю дифференциацию, с учетом личностного потенциала студента и применением АСПИТС:
1) позволяет осуществлять личностно ориентированный подход к
подготовке в области информатики каждого студента, наблюдать за процессом его развития, а также отслеживать динамику этого процесса;
2) представляет законченную, целостную систему мониторинга качества обучения будущих учителей информатики, позволяющую оценить не только работу преподавателя и студента, но и целенаправленно ее планировать;
3) предоставляет возможность создания гибкой, многоуровневой и
разветвленной структуры управления учебно-познавательной и научно-
исследовательской деятельностью студентов в процессе его обучения в вузе.
Литература
1. Информатизация и компьютеризация образовательного процесса : монография /
В. А. Касторнова, О. В. Ларина, П.В. Никитин [и др.] ; Сиб. федер. ун-т ;
Краснояр. гос. пед. ун-т им. В. П. Астафьева [и др.]. - Красноярск : ООО «Центр информации», ЦНИ «Монография», 2014. - 212 с.
2. Никитин П.В., Мельникова А.И., Горохова Р.И. К вопросу о формировании предметных компетенций в области информационных технологий будущих учителей информатики // Электронный журнал «Вестник Московского государственного областного университета» [Сайт]. - 2013. - № 4. - URL: http://www. evestnik-mgou. ru/Articles/View/487.
3. Никитин П.В. Роль междисциплинарных связей в аспекте компетентностного подхода при подготовке будущих учителей информатики // Международный электронный журнал “Образовательные технологии и общество (Educational technology & Society)” - 2011. Т. 14. № 1. С.317-337. ISSN 1436-4522.
URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
4. Никитин П.В. Интеграция дисциплин в области мультимедиа в подготовке будущих учителей информатики // Интерент-журнал «Науковедение», 2014 №3 (22) [Электронный ресурс] - М.: Науковедение, 2014. - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/05PVN314.pdf
5. Никитин П.В. Формирование предметных компетенций в области информационных технологий будущих учителей информатики на основе междисциплинарного подхода : дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02 - М,. 2013. - 220 с.
6. Никитин П.В., Коляго А.Л. Интеграция дисциплин гуманитарного и профессионального циклов при подготовке будущих учителей информатики // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 5 (часть 2). - стр. 366-370.
7. Использование инновационных технологий в образовательном процессе : монография / Е. Н. Рогановская, Л.Н. Порядина, П. В. Никитин [и др.] ; Сиб. федер. ун-т ; Краснояр. гос. пед. ун-т им. В. П. Астафьева [и др.]. - Красноярск : ООО «Центр информации», ЦНИ «Монография», 2014. - 236 с.
8. Юрков, Н. К. Интеллектуальные компьютерные обучающие системы [Текст]: моногр. / Н. К. Юрков. - Пенза: ПГУ, 2010. - 304 с.
9. Галеев И.Х. Модель управления процессом обучения в ИОС // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2010. - V.13. - №3. - C.285-292. - ISSN 1436-4522.
URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
10. Петр Брусиловский, Сергей Сосновский, Майкл Юделсон. Притягательные ссылки: мотивационный эффект адаптивного аннотирования в обучающей гипермедиа [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ifets.ieee.org/russian/depository/trans.html
11. Разыграева В.А., Лямин А.В. Разработка автоматизированной адаптивной обучающей системы на базе информационно-образовательной среды AcademicNT // Дистанционное и виртуальное обучение. 2011. 5. С. 83-96
12. Галеев И.Х., Иванов В.Г., Аристова Н.В., Урядов В.Г. Сравнительный анализ программных комплексов TestMaker и ACT-Test // Международный электронный
журнал “Образовательные технологии и общество (Educational technology & Society)” - 2007. - Т. 10 -№ 3.- С.336-360. ISSN 1436-4522.
URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
13. Осадчий В.В. Компьютерная система рейтингового оценивания знаний, как средство повышения уровня знаний студентов. II Международный электронный журнал “Образовательные технологии и общество (Educational technology & Society)” - 2013. - Т. 16. - № 2. - С. 361-371. ISSN 1436-4522.
URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
14. Сафаров Р.Х., Панищев О.Ю. Численное моделирование инвариантности оценки знания относительно трудности тестовых заданий в рамках модели Г. Раша II Международный электронный журнал “Образовательные технологии и общество (Educational technology & Society)” - 2012. - Т. 15. - № 1. - С. 424-435. ISSN 14364522. URL:http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
15. Никитин П.В., Мельникова А.И., Горохова Р.И. Методические особенности обучения будущих учителей информатики на дисциплине «Компьютерные сети, интернет и мультимедиа технологии» II Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 4; URL: www.science-education.ru/118-14054.
16. Горохова Р.И., Никитин П.В. Возможности современных информационных технологий в проведении психолого-педагогических исследований // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" - 2012. - V.15. - №2. - C.390-411. - ISSN 14364522. URL: http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html.
