Современные технологии преподавания информатики и информационных технологий

ООН по так называемому Киотскому протоколу установила для развитых стран обязательные нормативы снижения выбросов парниковых газов.

Выброс парниковых газов во многом связан с КПД применяемого энергетического оборудования: чем он ниже, тем больше топлива для достижения проектной мощности приходится тратить, тем, естественно, больше отходов попадает в атмосферу. Мосэнерго сейчас начало реконструкцию наиболее старых станций, таких как Каширская и Шатурская ГРЭС. Вводятся в строй высокоэкономичные и производительные газотурбинные установки (ГТУ) в Электростали, подобные ГТУ будут установлены в Жуковском и Химках. Расширяется Загорская гидроаккумулирующая электростанция, три крупных современных генерирующих агрегата будут установлены на Северной ГРЭС.

И если бы энергетики не работали постоянно и целеустремленно над проблемами экологии, то ситуация была бы куда хуже. Мосэнерго планомерно снижает выбросы вредных веществ в атмосферу. За последние три года выбросы снизились три раза, без изменения структуры сжигания топлива. Большим подспорьем для энергетиков становятся новейшие технологии и передовое оборудование. К примеру, страсти вокруг ТЭЦ-27 (Северной) бушевали до тех пор, пока на станции - впервые в российской энергетике - не была смонтирована датская система каталитической очистки дымовых газов от окислов азота. Ныне Северная ТЭЦ отвечает самым высоким мировым экологическим требованиям.

Согласно прогнозам, к 2010 году дефицит персонала в энергетической отрасли составит более 12%. Нехватка специалистов ощущается на всех этапах — от проектирования до инжиниринга, строительства и эксплуатации энергетических объектов. По оценкам экспертов, в 2008 году, дефицит проектировщиков составит 50%, руководителей проектов — 70%, монтажников — 50% и т.д.

Статистические исследования, выполненные в НОУ ВПО МИЭЭ (Московский институт энергобезопасности и энергосбережения), свидетельствуют о том, что только 50-55% главных энергетиков организаций имеют профильное высшее образование. Значительная часть главных энергетиков (30-35%) высшее техническое образование, остальные - только среднее или среднетехническое образование. Среди заместителей главных энергетиков или специалистов энергетических служб ещё больший процент работников, не имеющих высшего энергетического образования. В условиях, когда весь мир, в том числе Россия, переходит на сверхновые технологии (к примеру, нанотехнологии) невозможно ожидать от неподготовленных людей эффективной работы и внедрения инновационных программ развития энергетики на предприятиях и в организациях.

Кроме того, средний возраст главных энергетиков и их заместителей превышает 54 года, т.е. уже сегодня существует проблема подготовки кадрового резерва.

В настоящее время при подготовке специалистов–энергетиков используются практически все известные формы обучения. Рассмотрим их подробнее.

Дневная очная форма обучения продолжает оставаться самой эффективной. К преимуществам этой формы обучения относятся: постоянный контакт с преподавателем, наличие материальной базы, используемой в процессе обучения, регулярность обучения и контроля знаний. К недостаткам можно отнести: высокую стоимость проживания приезжих студентов, низкий размер стипендии. При платном обучении помимо перечисленных выше недостатков добавляется высокая стоимость обучения, растущая с каждым годом. Эта форма обучения подходит, прежде всего, для выпускников школ, колледжей и техникумов.

При вечерней очной форме обучения сохраняются такие преимущества, как контакт с преподавателем (но в меньшей степени, чем при очном дневном обучении), наличие материальной базы, регулярность обучения и контроля знаний. Очевидно, что такая форма обучения наиболее приемлема для работающих студентов, но при этом зачастую возникает конфликт между производственной необходимостью и строгим графиком учебного процесса, что накладывает определённые трудности при обучении.

Для заочного обучения характерен наименьший отрыв от производства при обучении (только на время установочных и экзаменационных сессий). Однако, при этом возрастает объём информации для самостоятельного изучения, ограничено время общения с преподавателем, кроме того, работодатели порою не готовы обеспечить работнику законное время для учёбы.

Отдельно следует сказать о качестве очного и заочного обучения. Во многих технических вузах материальная база устарела как морально, так и технически. Это связано с ограниченным финансированием ВУЗов и хотя существует положительная практика создания мощных федеральных университетов, но в целом вряд ли эта ситуация в ближайшее время изменится к лучшему. Поэтому в качестве решения задачи эффективной подготовки инженера-энергетика предлагается активное внедрение системы дистанционного обучения.

До сих пор считается, что дистанционная форма обучения является одной из форм заочного образования, но более правильно было бы говорить о ней, как о новой самостоятельной форме обучения. Это связано с тем, что контакт с преподавателем осуществляется постоянно, как при очной форме обучения. Однако студент может обучаться удалённо по индивидуальному графику.

Преимуществами дистанционного обучения являются:

  • стоимость обучения, которая как минимум в два раза ниже обычного;
  • возможность выбора траектории обучения;
  • свободный график изучения дисциплины;
  • произвольный выбор учебного места, исходя из удобства и подготовленности;
  • возможность постоянного общения с преподавателем в различных вариантах: on-line, off-line, телефон.

Однако, в системе дистанционного обучения есть определённые сложности. Курс дистанционного обучения требует от слушателей исключительной мотивированности, самоорганизации, трудолюбия и определенного стартового уровня. При дистанционном обучении специалистов-энергетиков возникают и проблемы методического характера, например, когда требуется продемонстрировать, как нужно выполнять какой-либо технологический процесс. Выходом из сложившегося положения является массовое внедрение в учебный процесс информационных технологий. Например, один из наиболее эффективных вариантов - анимация, с использованием виртуальных лабораторных стендов, на которых можно выполнять лабораторные работы с использованием интернет-технологий. Однако сегодня это затруднено в связи с рядом причин. Одна из них – неправильная организация внедрения инновационных технологий. Сегодня средний возраст профессора в ВВУЗе 65 – 68 лет, доцента 50-52 года. Безусловно, именно они являются основными носителями профессиональных знаний, но осваивать в таком возрасте сложные компьютерные программы им очень непросто.

Кроме того, не все студенты могут эффективно работать в сети Интернет и, к сожалению, пока не во всех населённых пунктах есть доступ к сети.

Решение этих проблем должно быть комплексным. Во-первых, для подготовки курсов дистанционного обучения необходимо создавать творческие коллективы (группы), возглавлять которые (быть наставниками) должны наиболее опытные учёные, педагоги из числа профессорско-преподавательского состава вуза, а членами коллектива – молодые специалисты, владеющие интернет-технологиями и способными перенимать знания и опыт наставников. Во-вторых. Традиционная последовательность прохождения дисциплин, когда обучение начинается с естественнонаучных дисциплин и дисциплин гуманитарного цикла, не позволяет избавиться от этой проблемы неумения работать в Интернете, а только усугубляет её.

Выход – пересмотр существующей структурно-логической схемы учебного плана и перестановка на первое место в последовательности обучения дисциплины «Информатика» и информационного блока «Порядок работы в системе дистанционного обучения».

Система дистанционного обучения НОУ ВПО МИЭЭ разработана на основе программного продукта «MOODLE»,который позволяет создавать курсы, базирующиеся в internet. «MOODLE» - это бесплатная, открытая система управления обучением (LMS). Система реализует философию «педагогики социального конструкционизма» и ориентирована прежде всего на организацию взаимодействия между преподавателем и учениками, хотя подходит и для организации традиционных дистанционных курсов, а так же поддержки очного обучения.

Разработанная в НОУ ВПО МИЭЭ структура преподавания информатики и информационных технологий представлена на рис.1. Согласно данной схемы, студент начинает своё обучение с изучения блока «Порядок работы в системе дистанционного обучения», состоящего из двух частей: «Первые шаги студента в систему дистанционного обучения» и «Интерактивного обучающего курса».

Первая часть доступна до непосредственного входа студента в систему и является для него введением, которое освещает такие понятия, как: дистанционное обучение, система дистанционного обучения, личный кабинет, форум, демокурс. В ней описаны процедуры входа в личный кабинет, изменение персонального профиля обучаемого и правила работы в форуме. Эта информация ориентирована на студента, испытывающего трудности уже при входе в систему и содержит основные пошаговые инструкции по их преодолению. Второй наиважнейший компонент – это описание таких вариантов связи со службой технической поддержки или преподавателем, как форум, электронная почта и телефон. А контакт с преподавателем – это одна из основ дистанционного обучения.

После входа в систему дистанционного обучения студенту становится доступна вторая часть, предназначенная для обучения навыкам работы с основными элементами курса - «Интерактивный обучающий курс», который состоит из демонстраций, разработанных с применением программы Adobe Captivate 2 (рис. 2).

Демонстрации созданы при подготовке интерактивного курса элементов курса и разбиты на четыре группы: информационные и практические материалы, используемые для совместной работы и общения элементы. Основу обучающего курса составляет подробное пошаговое руководство по управлению элементами курса и личными данными профиля пользователя.

Структура преподавания

Рис. 1. Структура преподавания информатики и информационных технологий студентам-энергетикам

Информационная часть содержит описание и демонстрацию возможностей таких элементов системы «MOODLE», как: пояснение, текстовая страница, веб-страница, ссылка на файл и глоссарий.

В практических материалах раскрывается устройство и тонкости использования уроков и тестов.

Совместная работа – представляет собой описание и пример реализации таких элементов как wiki и база данных и их настройка для совместной работы в процессе обучения.

Используемые для общения элементы реализованы на примере чата, посвящённому обсуждению системы «MOODLE» и форума по вопросам создания интерактивных демонстраций. Кроме того, даются навыки со встроенной системой обмена сообщениями.

После такой детальной подготовки и отработки базовых навыков студент полностью подготовлен к работе в системе дистанционного обучения и может приступить к работе над первым курсом «Информатика»

Курс в системе ДО

Рис. 2. Интерактивный обучающий курс работе в системе ДО

Основная цель курса «Информатика» состоит в достижении студентом умения получать, обрабатывать, передавать, сохранять и защищать информацию с помощью компьютера. ГОС Высшего профессионального образования содержит следующие требования к содержанию дисциплины «Информатика» для подготовки дипломированного специалиста по направлению 650900 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА»: понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации; технические и программные средства реализации информационных процессов; модели решения функциональных и вычислительных задач; алгоритмизация и программирование; языки программирования высокого уровня; базы данных; программное обеспечение и технологии программирования; компьютерная графика; локальные сети и их использование в решении прикладных задач обработки данных.

Коренное отличие информатики от других технических дисциплин, изучаемых в высшей школе, состоит в том, что ее предмет изучения меняется ускоренными темпами. В связи с этим необходимо взаимодействие между учебными программами общетехнических и специальных дисциплин, изучаемых студентами, и рабочей программой курса информатики, т.е. особенностью рабочей программы должны стать непрерывность и ранняя профессиональная ориентация курса информатики. Поэтому для студентов специальности 650900 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА» ядро курса составляют средства обработки информации, которые связаны с инженерными и математическими расчетами (на базе программных сред EXCEL и AutoCad) В состав курса также входят: устройство и принцип действия ЭВМ, программное обеспечение ЭВМ, локальные и глобальные сети, язык высокого уровня AutoLisp в среде AutoCad. Традиционно курс имеет теоретическую часть (лекции - 90 час.) и практическую часть (практические работы – 49 час, тесты – 20 час., итоговый тест – 1 час.). Некоторые лекции имеют обзорный характер, а по работе с AutoLisp в среде AutoCad и с VBA в MS Excel лекции имеют практическую направленность. При разработке курса было принято решение использовать структуру изображённую на рис.3 и состоящую из нескольких блоков. Каждый блок курса, кроме нулевого, привязан к отдельной изучаемой теме и содержит совокупность элементов системы дистанционного обучения, используемых при прохождении материала.

Нулевой блок содержит такие обязательные элементы, как:

  • программа курса;
  • рекомендуемый график изучения дисциплины;
  • методические рекомендации прохождения курса;
  • библиография.

Структура курса

Рис. 3. Структура курса «Информатика»

Для оперативного оповещения студентов об изменениях и добавлениях в курс служит новостной форум. Ещё один элемент системы типа форум используется для организации общения преподавателя или службы технической поддержки с обучаемыми. Для этого на форуме «Общение с преподавателем» созданы три основных темы:

  1. Как связаться с преподавателем? В этой теме перечислены все возможные варианты контакта с преподавателем и можно оставлять сообщения связанные с проблемами и трудностями взаимодействия «Преподаватель-студент»
  2. Вопросы по лекционному материалу. Тема предназначена для вопросов вызвавших трудности при изучении и требующих дополнительного раскрытия и проработки.
  3. Вопросы по тестам и упражнениям. Поднимаются вопросы по сложным моментам при прохождении промежуточного или итогового тестирования и решения практических упражнений.

Каждая тема представляет собой ресурс системы типа лекция и состоит из разбитого на учебные вопросы теоретического материала. После изучения каждого вопроса студенту задаётся один или несколько контрольных вопросов. Только после правильного ответа на контрольный вопрос изучаемого учебного вопроса студент может продолжить дальнейшее обучение.

После прохождения теоретического материала студент должен пройти тестирование. Он может пропустить его и перейти сразу к изучению следующей темы, но к итоговому тестированию будет допущен только после промежуточного тестирования по всем темам. При тестировании реализован механизм защиты от перебора. Он состоит в ограничении количества попыток ответов на вопросы тремя и вычитанием из попытки тестирования штрафных баллов при неправильном ответе (штрафной балл составляет 18% от оценки за вопрос). В итоге при трёх реализованных попытках, если оценка вопроса равна 4, студент набирает с учётом штрафных баллов: 4-4*2*0,18 = 2,56 балла, т. е. теряет 36% от возможного количества баллов.

Вопросы всех тестов неравнозначны и каждый вносит вклад в общую оценку теста пропорционально сложности вопроса. Наибольший вес имеют вопросы, связанные с расчётами, правильным написанием конструкций языков программирования и вопросы на логическую взаимосвязь теоретического и практического материала. Итоговый тест и часть промежуточных, ограничены по времени прохождения. Каждая попытка тестирования включает 70% случайным образом выбранных вопросов из банка заданий теста.

Завершив тестирование, если тема содержит практические задания, студент должен обязательно выполнить их и отчитаться перед преподавателем.

Таким образом, промежуточный контроль осуществляется на основе статистики посещаемости и работы студентов над теоретическим материалом и промежуточными тестами. Итоговая оценка складывается из баллов, набранных на итоговом тестировании и оценке практических занятий.

Методика оценки знаний очень важна и требует более подробного рассмотрения. Совокупная оценка складывается из четырёх основных компонентов:

  1. Прохождение лекционного материала. По результатам ответов на контрольные вопросы лекции.
  2. Промежуточные тесты.
  3. Результаты выполнения практических заданий.
  4. Итоговое тестирование.

Общее количество, которое может набрать студент составляет – 462 балла. Из них 165 баллов приходится на выполнение практических работ, 117 баллов может набрать студент при прохождении лекций, 100 баллов составляет результат итогового тестирования и 80 баллов приходится на промежуточные тесты.

При этом веса категорий оценки распределяются следующим образом:

  • Лекции – 10%
  • Тесты – 20%
  • Практические работы – 20%
  • Итоговый тест – 50%

Вес - это процент, который категория вносит в итоговую оценку. Результат применения весов категорий к элементам курса и вклад каждого ресурса в формирование общего итога отображён в таблице 1.

Таблица 1. Веса ресурсов курса «Информатика», в соответствии с категориями.

Оцениваемый ресурсМаксимальная оценка
Категория «Лекции»
Тема 1: «Основы информатики» 10
Тема 2: «Сети и сетевые технологии» 10
Тема 3. «Глобальные сети. Интернет» 7
Тема 4: «Технология разработки алгоритмов и программ» 15
Тема 5: «Основные математические методы, используемые при решении задач» 12
Тема 6: «Разработка систем автоматизации на языке VBA» 20
Тема 7: «Основы программирования на языке AutoLisp» 35
Тема 8: «Информационная безопасность» 8
ИТОГО категория «Лекции»: 117
Категория «Тесты»
Тест к теме: «Основы информатики» 20
Тест к теме: «Сети и сетевые технологии» 10
Тест к теме: «Технология разработки алгоритмов и программ» 10
Тест к теме: «Основные математические методы, используемые при решении задач» 10
Тест к теме: «Разработка систем автоматизации на языке VBA» 10
Тест к теме: «Основы программирования на языке AutoLisp» 10
Тест к теме: «Информационная безопасность» 10
ИТОГО категория «Тесты»: 80
Категория «Практические работы»
Практическая работа «Попадание точки в область заданную рисунком» 45
Практическая работа «Доступ к примитивам» 40
Практическая работа «Создание и программирование диалоговых окон» 40
Практическая работа «Основы применения VBA» 40
ИТОГО категория «Практические работы»: 165
Итоговое тестирование 165
Общее количество баллов 462

Для получения итоговой оценки не достаточно иметь некоторого неопределённого количества баллов. В таблице 2 приведёна градация результатов обучения по традиционной пятибалльной шкале.

Таблица 2. Пятибальная шкала оценивания результатов обучения

ОценкаПроцентное
соотношение, %
Количество
баллов
Отлично 83–100 383,46–462
Хорошо 70–82,99 323,4–383,41
Удовлетворительно 35–69,99 161,7–323,35
Неудовлетворительно 0–35 0–161,7

Из таблицы видно, что для получения удовлетворительной оценки студенту необходимо набрать минимум 161,7 балла, что возможно только в следующих случаях:

  1. Студент выполнил правильно все практические работы (165 баллов).
  2. Пройдены все промежуточные тесты и итоговый тест (180 баллов).
  3. Изучены лекции, пройдены промежуточные тесты (197 баллов).
  4. Изучены лекции, пройдены тесты и выполнены практические работы (362 балла)

Таким образом, студенту потребуется либо изучить лекции и пройти промежуточные тесты, а именно в этом и состоит наша задача, либо пройти все промежуточные тесты, а для этого необходимо знание теоретического материала, либо выполнить практические работы. Очевидно, что студент, выполнивший практические работы уже в достаточном объёме владеет теоретическим материалом, что позволит ему без проблем пройти промежуточные и итоговый тест.

Рассмотренные электронно-обучающие курсы разработаны и реализованы в НОУ ВПО «Московский институт энергобезопасности и энергосбережения» в двух вариантах:

  1. Для изучения дисциплины с помощью сети Интернет в системе дистанционного обучения «MOODLE»;
  2. На CD или DVD дисках для самостоятельного изучения без использования сети Интернет.

Анализ полученных в ходе апробации результатов свидетельствует о положительном восприятии студентами данных курсов и о хороших результатах по изучению дисциплины «Информатика».

Last modified: Friday, 22 March 2013, 7:38 PM