Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве

New Educational Strategies in Modern Information Space - 2022

Ru
En

Заболотная В.В.

ПГУ им. Т.Г. Шевченко, г. Рыбница,

Приднестровская Молдавская Республика

 

Междисциплинарные задачи профессиональной направленности для формирования компетенции в области информатики при подготовке инженеров

 

В статье рассматривается проблема формирования компетенции в области информатики в процессе подготовки бакалавров инженеров. Описывается разработанная автором система междисциплинарных задачи профессиональной направленности, основанная на таксономии познавательных действий Д. Кратвола, направленная на формирование компетенции в области информатики будущих инженеров.

 

Zabolotnaya, V.V.

PSU named after T.G. Shevchenko, Rybnitsa

The Pridnestrovian Moldavian Republic

 

Interdisciplinary tasks of professional orientation for the formation of competence in the field of computer science in the training of engineers

 

The article deals with the problem of the formation of competence in the field of computer science in the process of training bachelors of engineers. The system of interdisciplinary tasks of professional orientation developed by the author is described, based on the taxonomy of D. Kratvol's cognitive actions, aimed at the formation of competence in the field of computer science of future engineers.

 

В связи со стремительными изменениями, происходящими в промышленности, которые заключаются не только в оборудовании предприятий вычислительной техникой, но и в формах организации и содержании инженерной деятельности, сопряженных с применением информационных технологий, цель обучения бакалавров инженерного направления подготовки можно сформулировать, вполне однозначно – это формирование компетенций в области информатики, способствующих развитию профессиональных компетенций будущих инженеров.

 

Ключевым аспектом формирования компетенций в области информатики является специальным образом сконструированная система междисциплинарных задач профессиональной направленности, направленная на накопление у бакалавров системных знаний о сущностях предметной области и развитие готовности осуществлять познавательные действия.

 

Предлагаемый автором подход к разработке междисциплинарных задач профессиональной направленности базируется на таксономии педагогических целей Б. Блума [9] и так называемой «пересмотренной» таксономии Блума, разработанной его последователем Дэвидом Кратволом (David Krathwohl). Иерархия познавательных целей, предложенная Бенджамином Блумом, бесспорно, способствует формированию у студентов мыслительных навыков более высокого уровня, но, как и любая теоретическая модель, требует доработки в соответствии с требованиями современной образовательной деятельности. Поэтому Дэвид Кратвол предложили обновлённый вариант таксономии Блума, на который повлияло распространение интернета и новых информационно-коммуникационных технологий. Для описания целей обучения в рамках этого подхода предложена двумерная таблица, в которой выделены когнитивные процессы, позволяющая более точно и глубоко охарактеризовать каждую категорию таксономии. Категория знаний состоит из фактологических, концептуальных, процедурных и метакогнитивных знаний [1]. Модель развития познавательных процессов [10] состоит в иерархии познавательных действий, объединенных в следующие категории: запоминать, понимать, применять, анализировать, оценивать, создавать.

 

Рассмотрим систему междисциплинарных задач профессиональной направленности, разработанную автором для формирования компетенций в области информатики бакалавров инженерного направления подготовки в рамках базовой для подготовки информационному циклу дисциплин: «Информационные технологии».

 

Обучение информатике начинается с развития ведущих понятий, сформированных в школе, с учетом направления профессиональной подготовки инженера. Понятие «информация» в школьном предмете «Информатика» – это любые сведения, являющиеся объектом хранения передачи и преобразования. В контексте выбранного направления профессиональной подготовки «информация» представляется в виде сообщения и передается от источника к получателю с помощью некоторого физического процесса, который называют сигналом. Фактологические знания, которыми должен овладеть бакалавр инженерного направления подготовки при изучении дисциплины «Информационные технологии», – знания о системообразующих терминах информатики, которые формируют понятийное ядро предметной области и взаимосвязаны с выбранным направлением профессиональной деятельности. Так в разделе «Общие характеристики процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации» уточняется понятие «информационной системы» как автоматизированная информационная система управления технологическими процессами (АСУТП), широко используемая при организации поточных линий, изготовлении микросхем, поддержания технологического цикла в машиностроении и т.д.

 

Концептуальный уровень знаний предполагает формирование у студентов знаний о категориях, принципах, теориях, моделях, подходах к классификации, характерных для предметной области. Применительно к информатике это: аппаратно-программные средства реализации информационных процессов; операционные системы; технологии создания и обработки текстовой, числовой, графической и мультимедийной информации; разработка информационных моделей; разработка алгоритмов обработки данных и разработка программного обеспечения для решения профессиональных задач; методы защиты информации. Так, например, в разделе «Программные средства реализации информационного процесса» ведущими становятся: программное обеспечение для инженерных расчетов (MathCAD, MathLab), программное обеспечение для построения конструкторской документации (Autodesk AutoCAD, Autodesk Inventor. КОМПАС-3D) и программное обеспечение АСУТП. Раздел «Компьютерные сети» [6] дополнен понятиями, которые связаны с промышленными сетями контроллеров, а раздел «Базы данных» – интегрированными системами управления (ERP-, CPM-, MES-, EAM-, LIMS-системы).

 

Модель развития познавательных процессов согласно пересмотренной таксономии Дэвида Кратвола [10] представляет собой описание иерархии познавательных действий, объединенных в категории: запоминать, понимать, применять, анализировать, оценивать, создавать. Такая иерархия познавательных действии соответствует сущности деятельности бакалавров в области автоматизации технологических процессов и производств, базирующейся на их готовности разрабатывать программные продукты для решения профессиональных задач. Эта деятельность предполагает создание новых продуктов на базе фундаментальных, концептуальных знаний, опыта анализа и оценки чужих программ, включает этапы разработки информационных моделей, алгоритмов и структур данных, программной реализации, анализа, оценки, интерпретации полученных результатов.

 

Приведем примеры междисциплинарных задач профессиональной направленности [2], рассматриваемых в рамках дисциплины, ориентированных на достижение целей обучения в соответствие с уровнями знаний и категориями познавательных действий.

 

Для формирования умений решать задачи исследовательского типа, например, задачи исследования разомкнутой линейной системы, рассматриваемые в курсе «Теория автоматического управления», целесообразно ее рассматривать в курсе «Средства автоматизации и управления», в котором формируются знания о том, какие виды систем существуют и какой математический аппарат необходимо использовать при ее решении. При этом на первом этапе обучения в курсе «Информационные технологии» студенты изучают инструментарий ввода и преобразования моделей линейных систем в среде MatLab.

 

Для решения задач моделирования, связанных с построением, симуляцией и визуализацией работы электрических схем в курсе «Моделирование систем и процессов» студентам необходимы знания законов электрических цепей, уравнения для токов и напряжений электрической цепи, которые они получают при решении подобного рода задач в курсе «Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления». В курсе «Информационные технологии» формируются умения программирования для решения подобных задач в среде MatLab; изучается инструментарий для передачи данных из рабочей области в модель, функций, аргументов и возвращаемых значений.

 

Еще одним примером может являться решение студентами в рамках дисциплины «Оборудование автоматизированного производства» задачи проектирования регулятора для линейной системы. Решение рассматриваемой задачи основано на знаниях, полученных при изучении дисциплины «Цифровые системы управления», в которой у студентов формируются знания о том, что такое регулятор, какие существуют виды регулятора и т.п. Также решение основано на знаниях основ автоматизированного проектирования, основных компонентов и обеспечения проектирования, получаемых в рамках изучения дисциплины «Введение в CAD-системы». Соответственно в курсе «Информационные технологии» формируются умения моделировать параллельное и последовательное соединения, замыкания обратной связью при проектировании регулятора в среде MatLab [3].

 

По мнению автора, метакогнитивные знания – это обеспечение регуляции собственной интеллектуальной деятельности. Накопление знаний этого уровня происходит в рамках выполнения исследовательских проектов, курсовых работ и выпускных квалификационных работ.

 

Знания и умения, сформированные в рамках изучения дисциплины «Информационные технологии» позволят создать условия для развития профессиональных компетенций и обогатить инструментарий для решения задач профессиональной направленности в процессе изучения специальных дисциплин. Бакалавр будет обладать собственным опытом решения задач профессиональной направленности с использованием профессиональных средств ИТ и может эффективно применять полученные знания при освоении специальных дисциплин.

 

Система междисциплинарных задач профессиональной направленности, ориентированных на формирование компетенций в области информатики и последующего развития профессиональных компетенций будущего инженера, включает следующие классы задач, в соответствие с уровнями знаний и категориями познавательных действий:

  • формирование знаний об основных принципах работы современных информационных технологий и использовании их для решения задач профессиональной деятельности,
  • формирование знаний об основных характеристиках процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации, технических и программных средствах реализации информационного процесса,
  • формирование умений решать междисциплинарную задачу профессиональной направленности с новым содержанием на примере компьютерной модели.
  • формирование умений участвовать в работах по расчету и проектированию процессов изготовления продукции с использованием современных информационных технологий,
  • формирование умений анализировать учебные материалы, примеры решения задач,
  • формирование умений решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной культуры с применением информационно-коммуникационных технологий,
  • формирование умений разрабатывать алгоритмы и компьютерные программы, пригодные для практического применения.

 

Представленный в статье подход к обучению бакалавров инженерного направления подготовки информатике, основанный на системе междисциплинарных задач профессиональной направленности, предполагает также применение электронных образовательных ресурсов. Ресурсы включают теоретический материал по темам и презентации, акцентирующие внимание на ведущих аспектах темы, выводы, вопросы и задания для саморефлексии, тесты. Практическая деятельность студентов по освоению предмета поддержана лабораторными работами. Ресурс функционирующий на базе ПГУ им. Т.Г. Шевченко (http://atpp.rfpgu.ru/) [7].

В ресурсе «Информационные технологии в инженерных расчетах» представлена возможность создания преподавателями курсов различной тематики, в каждом курсе может быть несколько разделов, в каждом из разделов может быть от одной до нескольких занятий [4]. Также в каждом разделе присутствует возможность сдачи лабораторной работы (загрузки на сервер для просмотра преподавателем) и обсуждения темы на форуме. Ресурс содержит краткое описание характеристики и возможностей программных пакетов MathCAD и Multisim и этапов решения инженерных задач, включая: разработку виртуальной модели, программную реализацию, тестирование. Профессионально выполненные демонстрационные примеры решения задач, включенные в ресурс, помогут студентам научиться анализировать предметную область, самостоятельно создавать собственные виртуальные модели в программном пакете Multisim и оценивать их качество [5]. 

 

Электронный образовательный ресурс «Промышленные сети контроллеров» включает тексты лекций, статьи ученых по промышленным сетям, видео с выступлениями ученых и практиков на тематических конференциях, ссылки на видео-уроки по сетям, список литературы, обязательной для освоения студентами и ссылки на источники, примеры выполнения заданий [8].

 

Ресурс «Информационные технологии для построения конструкторской документации» содержит подробные инструкции по разработке конструкторской документации с помощью программных пакетов AutoCAD и Компас-3D, примеры чертежей, разработанных студентами прошлых лет обучения, примеры их использования в осуществлении проектных работ, тестовые задания по каждой теме для саморефлексии, задания для самостоятельной работы.

 

Для педагога ЭОР является эффективным средством управления учебной деятельностью в рамках аудиторных и дистанционных занятий и дает возможность студенту самостоятельно выстраивать индивидуальную траекторию обучения [1].

 

Представленный подход к подготовке бакалавров инженеров с применением системы междисциплинарных задач профессиональной направленности в иерархии познавательных действий позволяет обеспечить преемственность информационных и специальных дисциплин, направленных на формирование компетенций в области информатики, развитии профессиональных компетенций будущих инженеров, готовых эффективно решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной культуры с применением информационно-коммуникационных технологий.

 

Литература:

  1. Баранова Е.В., Симонова И.В. Развитие алгоритмической компетенции студентов при подготовке учителей информатики в условиях цифрового образования / Е.В. Баранова, И.В. Симонова // Перспективы науки. – 2019. – №8(119). – С. 113-123.
  2. Заболотная, В.В. Применение междисциплинарных задач профессиональной направленности в обучении информатике студентов инженерного направления / В.В. Заболотная // Перспективы науки. – 2018. – №1(100). – С. 54-60.
  3. Заболотная В.В. Организация самостоятельной работы бакалавров с использованием электронного образовательного ресурса / В.В. Заболотная // Региональная информатика и информационная безопасность. Сборник трудов. – СПб.: СПОИСУ, 2016. – С. 231 – 235.
  4. Заболотная В.В., Симонова И.В. Организация асинхронной самостоятельной работы при обучении информатике бакалавров-инженеров с использованием электронных образовательных ресурсов / В.В. Заболотная, И.В. Симонова // материалы конференции «Информационно-коммуникационные технологии в педагогическом образовании». – Издательство: Кузбасская государственная педагогическая академия, 2019. – №1(58). – С. 144 – 153.
  5. Заболотная В.В., Симонова И.В. Применение электронных образовательных ресурсов для организации асинхронной самостоятельной работы при обучении информатике бакалавров-инженеров на младших курсах / В.В. Заболотная, И.В. Симонова // сборник статей II Международной научно-практической конференции «Образовательная динамика сетевой личности». – Издательство: Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург), 2019. – №1(58). – С. 139 – 147.
  6. Заболотная В.В. Реализация информационно-технологической компетентности инженеров в процессе решения профессиональных задач / В.В. Заболотная // в сборнике статей по материалам научной конференции с международным участием «Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве». – Издательство: Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург), 2018 г. – С. 21-26.
  7. Заболотная В.В. Электронный образовательный ресурс для организации самостоятельной работы и развития компетенции в области информатики бакалавров-инженеров / В.В. Заболотная // в сборнике статей по материалам международной научно-практической конференции «Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве». – Издательство: Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург), 2020 г. – С. 144-151.
  8. Заболотная В.В. Формирование компетенции в области информатики бакалавров-инженеров с использованием электронных образовательных ресурсов / В.В. Заболотная // в сборнике научных статей по материалам международной научно-практической конференции «Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве». – СПб.: Астерион, 2021 г. – С. 120-127.
  9. Baranova E.V., Simonova I.V., Bocharov M.I., Zabolotnaia V.V. (2019). The development of students' algorithmic competence by means of electronic learning resources // Proceedings 16th International Conference on Cognition and Exploratory Learning in Digital Age. 2019. Pp. 77-84. DOI: 10.33965 / celda2019_201911L010
  10. Krathwohl, D. R. A Revision of Bloom’s Taxonomy. Theory into Practice. V 41. #4. Autumn, 2002. Ohio State University.

Оставить комментарий: