CC BY
32
УДК 519.95
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДГОТОВКИ В ВУЗЕ
© Т.Ю. Китаевская
Ключевые слова: содержание обучения информатике; технологический подход; формализованные методы. Рассматривается концепция проектирования содержания непрерывного обучения информатике в вузе, базирующаяся на формализованных методах. Описывается технологический подход к решению задачи формирования программы непрерывной информационной подготовки и отбора содержания обучения информатике в вузе в соответствии с направлением и уровнем подготовки выпускников.
Важной стратегической задачей современного этапа развития образования России является интеграция в мировую образовательную систему. Новое поколение российских образовательных стандартов направлено на реализацию принципов болонского процесса и предусматривает двухступенчатое высшее образование, а также автономность вузов в определении важной части содержания образовательной программы.
В настоящее время знания устаревают очень быстро. Особенно это актуально для дисциплин информационного цикла. Обеспечение в новых условиях соответствующего качества образования требует модернизации содержания профессиональной подготовки в области информатики. Таким образом, необходим технологический подход к организации содержания обучения информатике.
С целью повышения эффективности планирования образовательного процесса информатике в вузе необходимо на уровне стандартов сформулировать требования к информационной компоненте содержания обучения по каждому имеющемуся направлению, разработать программу непрерывной информационной подготовки и затем отобрать содержание обучения информатике в вузе в соответствии с направлением и уровнем подготовки. Оценим возможность решения каждой из этих задач с привлечением формализованных методов.
Задача 1. Формирование квалификационных требований к информационной подготовке. В формализованном виде квалификационные требования можно представить как множество пар, состоящих из объекта изучения (объекта, которым или с которым будет оперировать будущий профессионал) и уровня усвоения (уровня профессиональных действий или алгоритма деятельности).
Информатика как учебный предмет представляет собой систему общих и специальных понятий, т. е. понятий, являющихся общими для всей предметной области, и понятий, характеризующих отдельно ее части. В качестве объектов информатики, которые использует выпускник в будущей профессиональной деятельности, выступают объекты, соответствующие фундаментальным системообразующим понятиям - основным понятиям из области кибернетики. Выделение
объектов изучения возможно на основе применения технологической базы систематизации понятий учебного курса «Информатики», разработанной Т.А. Кувал-диной [1]. Автор выделяет следующие типы понятий информатики:
- материальные объекты (компьютер, процессор, локальная сеть и др.);
- процессы (передача информации, обработка информации и др);
- события и факты (наличие объектов, количество характеристик);
- абстрактные понятия («Язык», «Число», «Информация» и др.);
- закон, правило или теория (свойства логических операций, теория передачи информации и др.);
- процедуры или технологии (формализация знаний, тестирование и др.).
В своей деятельности в зависимости от имеющегося уровня квалификации и типа объекта выпускник реализует определенный выработанный алгоритм действия с ним. Очевидно, каждое направление специализации предполагает тот или иной уровень освоения объекта изучения, достаточный для дальнейшего использования при решении профессионально значимых задач с привлечением методов и средств информатики. Например, по отношению к материальному объекту «локальная сеть» пользователю достаточно иметь понятие, знать назначение этого объекта и его основные свойства, а также уметь применять по назначению для решения задач коммуникации, в то время как технологу необходимо знать последовательность действий по их изготовлению, уметь управлять процессом производства с заданными характеристиками.
Если для каждого объекта предметной области «Информатика» будет решен вопрос о возможных алгоритмах действий с ним, т. е. о выделении уровня квалификации (системе таксономических - категориальных целей), достаточного для каждого из направлений, то совокупность таких пар позволит задать квалификационные требования к информационной подготовке специалистов, достаточные для формирования
содержания обучения на уровне учебных программ предмета «Информатика».
Для предметной области «Информатика» выделяют следующие уровни квалификации: пользователь, исследователь, конструктор, оператор, техник, технолог. Уровень квалификации является формальным представлением алгоритма деятельности выпускника. Такое представление квалификационных требований к выпускнику позволяет автоматизировать формирование части классификатора направлений, характеризующей требования к информационной подготовке специалиста. Эксперты, имеющие опыт работы в данном и смежных направлениях, отбирают множество объектов из предметной области «Информатика», с которыми, по их мнению, придется оперировать специалисту, а также уровень квалификации (уровень знаний и умений), необходимый для эффективного использования этого объекта информатики. Экспертная обработка заключается в формировании обобщенных оценок объектов на основе оценок, данных различными экспертами. Задачи, решаемые выпускниками с университетским образованием, связаны с исследовательской работой, решением практических задач, педагогической деятельностью. Каждая из трех групп требований подвергается специальному анализу применительно к соответствующему профилю специалиста с привлечением по каждому из трех направлений групп экспертов, имеющих опыт работы в своей отрасли. Возможным инструментом является метод принятия решений на основе согласования с большинством. Использование подобных методов находит свое применение в педагогических исследованиях для определения наиболее значимых факторов. В соответствии с этим методом для каждого объекта вычисляется групповая оценка значимости каждого фактора по формуле:
П
Щ = Щ. ■ Г (суммирование ведется по/),
г
где Ы/ - оценка г-го фактора/-м экспертом (например 0, или 1);/ - номер эксперта (/ = 1.. .и); г - номер объекта (г = 1...к); и - количество объектов; к - количество экспертов; Г/ - коэффициент компетентности /-го эксперта, Т.Г/ = 1; суммирование ведется по / (коэффициент компетентности может быть вычислен непосредственно на основании оценок, полученных в ходе экспертизы).
В массив объектов включаются наиболее значимые, т. е. те, групповая оценка которых удовлетворяет заданному ограничению (например, Ы1 > 0,5). Далее для каждого значимого объекта определяется уровень квалификации. Выбор уровня квалификации также может быть осуществлен с использованием метода, описанного выше. Метод легко формализуется и может быть реализован в автоматизированной системе при составлении квалификационной характеристики информационной составляющей содержания обучения.
Представление квалификационной характеристики выпускника в области информационной подготовки в эксплицитной форме соответствует методу отбора содержания обучения, овладение которым способно гарантировать соответствие уровня подготовки выпускника уровню квалификационных требований, предъявляемых к информационной компоненте образования.
Однако предварительно необходимо создать базу для такого отбора, т. е. непрерывную программу изучения информатики.
Задача 2. Формирование содержания на уровне программы непрерывного изучения области знаний «Информатика». Основные элементы содержания образования (по Я.И. Лернеру) представлены знаниями, способами деятельности (умениями и навыками), опытом творческой деятельности и опытом эмоционально-ценностного отношения к миру [2]. Содержание, проектируемое на уровне программы изучения когнитивной области, отражает знания об объектах и способах деятельности, предназначенных для усвоения обучаемыми. В соответствии с традициями дидактики в качестве основных единиц отбора содержания примем дескрипторы - базовые понятия, обладающие семантической устойчивостью и контрастностью. Построение содержания следует осуществлять на основе тезауруса предмета «Информатика». Отличительная особенность тезаурусного метода состоит в том, что с его помощью можно определить не только содержание, но и метод его обработки, т. е. соотнести логику науки с логикой учебного предмета. Таким образом, на первом этапе построения модели содержания обучения информатике необходимо выделить группы взаимосвязанных дескрипторов относительно независимых от других и сформировать массив тем на основе тезауруса предметной области «Информатика». Дескрипторы, определяющие тему, задают знания и способы деятельности, которые могут усваиваться на разных уровнях. Согласно модели, описанной И.Я. Лернером, выделяются три уровня:
- осознанное восприятие и запоминание, когда используемый образец выделяется в «чистом виде» (уровень I);
- перенос образца в различные знакомые ситуации (уровень II);
- творческое использование знаний и способов деятельности, когда осуществляется их перенос в новые, ранее не знакомые ситуации (уровень III) [2].
Таким образом, можно говорить о содержании темы и цели ее изучения. Под содержанием темы понимаем элементы содержания обучения, связанные с группой дескрипторов, наполняющих тему. Перечень дескрипторов с указанием уровней усвоения элементов содержания можно считать целью изучения темы, а совокупность уровней изучения элементов содержания -уровнем усвоения темы. Разумеется, для того чтобы тема могла быть изучена на определенном уровне, необходимо задать требования к уровню подготовки обучаемого. Эти требования представляют собой совокупность дескрипторов, имеющих формально-логические связи с дескрипторами, определяющими тему и находящимися на низших уровнях иерархии в тезаурусе, а также уровней усвоения связанных с ними элементов содержания. Разумеется, цели изучения одних тем являются условиями для возможного изучения других тем. Структура, состоящая из названия темы, ее содержания, целей изучения темы и требований к изучению темы на уровне, соответствующем целям, представляет собой модель изучения темы на заданном уровне. Таким образом, в формализованном виде может быть описано содержание обучения. Решение задачи построения обобщенной программы непрерывного изу-
чения информатике представляет собой последовательную реализацию следующих этапов:
1) этап I. Формирование массива тем (тематический рубрикатор) предметной области «Информатика»;
2) этап II. Формирование содержания тем: указание определяющих тему дескрипторов (объектов) с набором уровней усвоения содержания;
3) этап III. Формирование требований к начальному уровню готовности к изучению темы: набор дескрипторов с заданным уровнем усвоения соответствующих знаний и способов деятельности, обеспечивающих усвоение содержания с заданным уровнем;
4) этап IV. Формирование множества уровней усвоения по каждой теме (целей обучения);
5) этап V. Формирование группы критериев достижения цели при изучении темы для каждого уровня изучения;
6) этап VI. Определение времени изучения темы в зависимости от уровня усвоения содержания.
В качестве оценки продолжительности времени обучения используется детерминированная (в случае, когда учебные дисциплины изучались неоднократно и продолжительность может быть определена на основе метода имитационного моделирования, изложенного в следующей главе) и вероятностная оценка (в случае, когда речь идет о разработке новых специальностей).
При расчете вероятностной оценки времени обучения специальности может быть применен метод статистического усреднения, при котором на основе оптимистической и пессимистической оценок продолжительности процесса обучения получают наиболее вероятную оценку времени. Используется кривая распределения вероятности времени (мода кривой соответствует наиболее вероятной оценке времени) или эмпирическая формула:
Т = (3Тшт + 2Тшах) / 5 ,
и дисперсия - мера неопределенности данной оценки:
ст2 = 2 ■ (Тшах _Тш!п) / 25 .
Объединение всевозможных моделей изучения тем (учебных задач) представляет собой обобщенную программу непрерывной подготовки по информатике.
Теперь остается в соответствии с заданными квалификационными характеристиками отобрать из общей совокупности темы и модели их изучения для достижения квалификационных требований к информационной подготовке специалистов, а затем с учетом уже имеющегося уровня подготовки абитуриентов сформировать программу обучения информатике.
Задача 3. Формирование требований к обязательному минимуму содержания образовательной программы подготовки в области информатики.
Построение дифференцированного содержания обучения информатике в вузе осуществляется в результате отображения квалификационных требований во множество моделей содержания отдельных тем, каждая из которых по существу является обобщенным учебным заданием. Конкретизация целей учебного предмета и установление определенного отношения с его содержанием осуществляется группой ученых и практиков-
экспертов. Для установления соответствия между квалификационными требованиями - целевой моделью подготовки специалиста, представленной таксономическими категориями, и содержанием обучения информатике используются подходы, предлагаемые М.В. Клариным и В. Оконем [3]. С учетом описания целей обучения и уровней усвоения конкретизируются таксономические категории, и осуществляется переход к содержательным целям. Их совокупность определяет отбор тем (учебных заданий), необходимых для достижения уровня квалификационных требований к информационной подготовке специалиста. С учетом уже имеющегося уровня информационной подготовки обучаемых производится коррекция содержания отдельных тем и в результате - содержания учебного предмета: из содержания исключаются объекты, соответствующие достигнутым целям. Таким образом, оптимизируется содержание на уровне учебной программы изучения дисциплины для конкретного направления подготовки.
Описанный подход обеспечивает алгоритмичность построения учебных программ, позволяет использовать аппарат математического и компьютерного моделирования для автоматизации трудоемких процедур анализа содержания, связанных с большим количеством объектов и связей между ними.
Перечислим возможные методы и средства, позволяющие использовать такую организацию отбора содержания в автоматизированных системах.
Концептуальная модель содержания обучения информатике специалистов в вузе отражает формальнологическую структуру предметной области «Информатика» и строится с использованием аппарата, сочетающего сетевое моделирование и тезаурусный метод построения системы понятий, разработанного Т.А. Ку-валдиной [1]. Установлено, что применение сетевых моделей, составленных на основе элементов теории сетей Петри, является эффективным инструментом отбора и систематизации объектов изучения и налаживания «обратной связи» - оптимальной процедуры проверки и оценки качества подготовки специалистов и позволяет автоматизировать многие процедуры, связанные с проектированием содержания обучения. При отборе факторов (дескрипторов, уровней квалификации, уровней усвоения содержания и др.), определяющих содержание и качество подготовки специалистов, используется метод экспертной обработки по принципу согласованности с оценками большинства, а также изложенный М.В. Швецким метод главных компонент применительно к выбору факторов, которые влияют на отбор содержания обучения [4]. Построение обобщенной модели минимума содержания обучения на уровне программы дисциплины возможно с применением теории множеств, алгебраических структур и структурного анализа [5-6]. Определение времени изучения отдельных тем дисциплины и времени обучения дисциплине в целом производится с помощью вероятностной оценки и аппарата имитационного моделирования [7]. Имеющийся арсенал формализованных методов и средств позволит автоматизировать технологию проектирования части стандарта, связанной с определением требований к минимуму информационной подготовки выпускников вуза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кувалдина Т.А. Применение методов искусственного интеллекта для анализа и проектирования тезаурусов учебных дисциплин. Волгоград, 2003.
2. Лернер И.Я. Процесс обучения и его закономерности. М., 2005.
3. Оконь В. Введение в общую дидактику. М., 2010.
4. Швецкий М.В. Методическая система фундаментальной подготовки будущих учителей информатики в педагогическом вузе в условиях двухступенчатого образования. СПб., 1994.
5. Kitaevskayu T.Yu. Modeling educational programs using a Computer // International Scientific Journal «Acta Universitatis Pontica Euxinus». Varna: Technical University, 2010. V. 2. P. 534-537.
6. Китаевская Т.Ю. Проектирование обучения информатике с использованием автоматизированных систем: монография. М., 2004.
7. Арзамасцев А.А., Китаевская Т.Ю., Зенкова Н.А. Алгоритмы проектирования учебных планов: монография. М., 2004.
Kitayevskaya T.Y. TECHNOLOGICAL ASPECTS OF DESIGN OF CONTINUOUS TRAINING INFORMATION IN UNIVERSITY
The concept of designing the content of lifelong informa-ticslearning in university, based on the converging-formal methods is considered. The technological approach to the problem of the formation of the program of continuous training and selection of the information content of informatics teaching at university, in accordance with the direction and level of training is described.
Key words: informatics teaching content; technological approach; formal methods.
Поступила в редакцию 23 ноября 2012 г.
