Инновационные компоненты информационно-предметной среды обучения биологии в вузе

Среди целей модернизации высшего образования выделяются повышение научного уровня выпускников и развитие творческой личности в условиях открытого информационного общества; для их достижения необходимо предоставить студенту возможность для самоактуализации, саморазвития, самореализации, самообразования и самовоспитания. Для обновления образовательного процесса недостаточно переосмыслить методологию отбора содержания образования, сменить парадигму образования, предусмотреть новые методы, организационные формы обучения. Очень важно создать соответствующую учебноматериальную базу, которая в совокупности со всеми компонентами системы обучения, воспитания и развития обеспечит условия, адекватные поставленным педагогическим задачам. В этой связи выделяются две особенности проектирования комплексов материальных средств в школе будущего.

Первая особенность касается смены целевых приоритетов: с ориентации на усвоение готовых знаний и опыта на процесс самостоятельного приобретения знаний и формирования механизмов, подходов к их усвоению, расширения возможностей различных видов коммуникаций, индивидуального и группового творчества обучающихся. Именно компьютерные технологии позволяют студенту осваивать информацию индивидуально и в приемлемом для него темпе. Телекоммуникационные технологии, мультимедиа, гипертексты, компьютерные игры, виртуальная реальность создают среду взаимодействующего обучения, которая является основой для творчества, развития способностей каждого, а также способствуют развитию серьезной исследовательской деятельности. Телекоммуникационные связи выступают в качестве основной площадки для развития дистанционного обучения, что позволяет создавать уникальные возможности получения полноценного образования и жителям отдаленных регионов, и детям с ограниченными возможностями.

Второй особенностью является осознание педагогическими кадрами необходимости внедрения в учебный процесс компьютерных технологий. В условиях информатизации учебного процесса функции педагога значительно расширяются и усложняются, характер труда приобретает проектировочную, организаторскую и консультативную направленность. Роль преподавателя не только остается ведущей, но и еще более усиливается. Это связано с тем, что педагогу необходимо осуществлять ее в новой педагогической среде, характеризующейся использованием современных информационных средств и увеличением воздействия на обучающихся реализуемой им стратегии и тактики обучения.

Педагогу приходится.

— проектировать и конструировать информационную технологию обучения;

разрабатывать на ее основе дидактический комплекс информационного обеспечения учебной дисциплины;

обосновывать логику организации взаимодействия с обучаемыми на коммуникативном уровне;

определять формы, методы и критерии управления их познавательной деятельностью;

моделировать структуры и алгоритмы взаимодействия обучающихся с ЭВМ;

формировать педагогические тесты и тестовые задания для организации контроля и самоконтроля.

Для того чтобы решать указанные задачи, необходима оптимизация уровня интенсификации обучения через разработку комплексного системного информационного обеспечения и технического оснащения интенсивного технологического процесса преподавательского труда. Суть основных принципов системного подхода к этому процессу заключается в следующем:

• • инвариативность требует максимума универсальности всех информационных технических средств, которые должны функционировать в целостном процессе преподавания знаний;
• • комплектование информационных технических средств обучения (ИТСО) предусматривает использование различных средств обучения, их увязку в целостный механизм;
• • обеспечение системного единства предполагает четкое соответствие выбранных технических средств обучения действующей системе, принятой за базу;
• • принцип совместимости и сопряженности требует, чтобы языки программирования, символы, коды, информационные и технические характеристики, структурные связи между разными информационными техническими средствами имели четкую совместимость в модульном техническом пространстве;
• • информационное единство означает единые способы представления информации;
• • комплексное формирование организационных модулей подразумевает использование конкретных информационных технологий, хорошую техническую оснащенность труда преподавателя;
• • агрегатирование с учетом преемственности предполагает соблюдение интеграционных процессов при макетировании и моделировании технической системы, ее комплектации, монтаже, наладке и внедрении;
• • параметрическое и техническое моделирование обеспечивает параметрические связи информационных технических средств обучения в системе и построение параметрических рядов ИТСО;
• • автономное и системное применение предусматривает возможность использования комплекса информационных технических средств в системном и локальном режимах;
• • программное совмещение означает совместимость стандартных пакетов программ и серийного программного обеспечения (по В. А. Трайневу).

Учитывая вышеизложенные принципы, нами разработан аудиторный технический комплекс для процесса обучения методике биологии.

Обучающему выделяется автоматизированный комплекс преподавателя (далее по тексту АКП). АКП организован по модульному принципу в виде своеобразных баз данных, обеспечивающих технологию ввода, систематизации, хранения и представления педагогу информации с использованием вычислительной техники. Каждый из модулей АКП содержит требуемую преподавателю для осуществления его профессиональной деятельности информацию и систему управления базами данных (СУБД). Структурно в состав АКП включены три модуля (рис. 3):

• • Модуль обучающегося представляет собой базу данных основных личностных и значимых профессиональных качеств студента. Он может состоять из трех взаимосвязанных субмодулей:
  • — субмодуль, включающий характеристики, отражающие социальнопсихологический и мотивационно-ценностный уровни его развития;
  • — субмодуль межличностного взаимодействия обучающегося: включает данные о развитии у него коммуникативных качеств; месте, которое он занимает в студенческом коллективе; его социометрическом статусе, характере межличностных отношений с товарищами;
  • — субмодуль учебно-познавательной деятельности обучающегося: содержит данные об уровне базовых и текущих знаний, навыков и умений студента; предысторию его обучения в вузе по циклам учебных дисциплин, которые им уже изучены или изучаются в настоящее время; характер его продвижения по соответствующим ступеням освоения содержания профессионального образования.
• • Модуль управления познавательной деятельностью обучающихся включает два субмодуля:
• — дидактического комплекса информационного обеспечения учебной дисциплины,
• — рейтинговой системы контроля и оценки знаний студентов.
• • Модуль поддержки принятия решений состоит из двух субмодулей:
• — рабочей документации по организации учебного процесса в вузе и на кафедре,
• — рабочей документации по организации учебного процесса при изучении конкретной учебной дисциплины.

Автоматизированный комплекс — это система поддержки деятельности преподавателя в учебном процессе. В ее состав входят средства информационной и инструментальной поддержки, средства диалога с обучаемыми, задания режимов работы. С их помощью преподаватель может как сам взаимодействовать с обучающимися, так и создавать свою замену в виде разработанного средствами инструментальной поддержки программного комплекса. Замена может быть полная или частичная, на различные интервалы обучения в зависимости отрешения преподавателя.

Рис. 3. Модульная система автоматизированного места преподавателя.

(по П. И. Образцову) Для студентов в аудитории также установлены аппаратно-программные средства, называемые автоматизированным рабочим местом студента (АРМ—С). Со своих рабочих мест обучаемые взаимодействуют с автоматизированным комплексом преподавателя. При этом для них взаимодействие с обучающим прозрачно: им может быть как сам преподаватель, так и разработанная им автоматизированная обучающая система (АОС). Для обеспечения такого эффекта необходим стандартный интерфейс обучаемого с РСАО. Стандартный интерфейс обучаемого действует в рамках автоматизированной учебной аудитории.

Для управления учебным процессом существуют два основных режима:

• — режим жесткого управления;
• — режим мягкого управления.

В режиме жесткого управления обучаемый имеет минимальные возможности для проявления инициативы. Он не может выбрать курс, раздел курса, вид учебного занятия. Выбор всего этого осуществляется системой при инициализации АРМ—С (по расписанию занятий). Обучаемый не может задавать или изменять режим управления учебным процессом на АРМ—С. Этот режим реализован для проведения занятий по расписанию и предназначен для сохранения преемственности в технологии обучения.

В режиме мягкого управления обучаемый со своего АРМ—С может по своему желанию (но в пределах выделенных ему временных интервалов) выбирать дисциплину, раздел, вид учебного занятия. Этот режим предназначен для самостоятельной работы обучающихся и проведения занятий по индивидуальным учебным планам и графикам. Преподаватель может составлять и редактировать учебные графики. Система обеспечивает его средствами задания каждому обучаемому отдельного учебного программного модуля или непосредственного диалога с преподавателем в различных сочетаниях на разных стадиях обучения. Педагогу предоставляется вся информация по процессу обучения.

В режиме мягкого управления обучаемому предоставляется выбор курса и раздела курса из списка доступных на данном этапе обучения. Он контролирует свою успеваемость, просматривает расписание, свои индивидуальные и стандартные планы и графики, а также посылает индивидуальные план и графики на утверждение преподавателю. Обучаемому предлагаются источники учебной информации по дисциплине.

Рабочее место преподавателя. Традиционным предметом оснащения современного кабинета по дисциплине «Теория и методика обучения биологии» является рабочий стол преподавателя, который называют демонстрационным столом. Само название говорит о его предназначении. Все то, что хочет продемонстрировать преподаватель, хорошо видно всем студентам в аудитории. Длина стола около 3 м. Он установлен стационарно на невысоком подиуме (высотой 30 см). Поверхность его решена в двух уровнях. Верхняя часть — демонстрационная, где осуществляется непосредственный показ студентам объектов наблюдения. На нижней размещены вспомогательные предметы, которые скрыты от студентов бортиком. Внимание студентов сосредоточивается только на изучаемом объекте. При таком оборудовании рабочего места рационально организованный труд преподавателя оказывает большое воспитательное воздействие, способствует формированию серьезного отношения к предмету. Проекционная аппаратура находится у противоположной стены аудитории и управляется дистанционно.

Автоматизированный комплекс преподавателя встраивается органично и эргономично в планировку кабинета методики обучения биологии согласно действующим санитарно-гигиеническим нормам и архитектурно-педагогическим требованиям. При демонстрации биологического эксперимента преподаватель или студенты работают за демонстрационным столом стоя, контролируя изображение на демонстрационном экране по изображению на мониторе компьютера, экран которого наклонен так, чтобы преподавателю было удобно смотреть на него сверху. Демонстрационный экран позволяет получить увеличенное цветное изображение изучаемого объекта, дает возможность обратить внимание обучающихся на отдельные, хорошо видимые детали. На него также проецируются видеофрагменты, запечатленные с помощью цифровой видеокамеры. Дистанционный пульт управления позволяет более свободно проводить данные процедуры.

Новый комплекс преподавателя методики обучения биологии предоставляет возможности

• — для постановки и проведения биологического эксперимента;
• — для сопряжения натурального эксперимента с работой на компьютерных измерительных системах с обработкой экспериментальных данных и отображением их на экране; для проецирования различных видов аудиовизуальных средств на экран;
• — для одновременного показа биологического объекта или явления, трансформации в режиме полиэкрана.

Чтобы обеспечить указанные виды деятельности педагога, рабочее место должно включать унифицированные модули, разделяющие рабочее пространство на три зоны:

• • демонстрации физиологического и экологического эксперимента и размещения оборудования для его реализации;
• • размещения монитора;
• • вспомогательная рабочая зона преподавателя для ведения записей, распечатки материалов на принтере, сканирования.

Рабочие места студентов в аудитории должны быть оснащены мониторами с изменением угла наклона. Система коммутации изолирована и имеет унифицированные выводы управления (розетки, вилки, кнопки, пульты), доступные и удобные для работы (трансляция аудиовизуальной информации в виде слайдов, транспарантов, эпипроекции, видео, вывода информации на интерактивный экран, создание полиэкрана).

Основой АКП и АРМ—С является мультимедийная аппаратура. Термин «медиа» происходит от латинского слова media, переводимого как среда, или носитель информации. Мультимедиа позволяет работать с информацией в различных видах, а не только в цифровом, как у обычных компьютеров. Мультимедиакомпью-теры — совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих воспроизводить звуковую и видеоинформацию. Мульти-медиакомпьютер имеет CD-ROM, звуковую карту, видеосистему, программный декодер, акустическую систему (колонки, наушники). Он является универсальным обучающим средством, которое с успехом можно использовать на самых различных по содержанию и организации учебных и внеучебных занятиях. При этом он вписывается в рамки традиционного обучения с широким использованием всего арсенала средств обучения.

Немаловажными элементами АКП являются мультимедийный проектор, сканер, принтер, цифровая фотокамера. Мультимедийный проектор — это компьютерное устройство, проецирующее компьютерное изображение на большой экран. Сканер распознает изображение, автоматически создает электронную копию, незаменим при создании иллюстративных материалов, проектировании и анимации. Принтер предназначен для вывода данных, занесенных в компьютер, на бумагу. Цифровая фотокамера производит «захват» изображений электронным образом и сохраняет их в виде цифровых слайдов, обеспечивая разнообразные возможности просмотра, редактирования и сохранения изображений. Цифровые изображения можно загружать в компьютер для просмотра и вывода на печать, отправлять как вложения по электронной почте, использовать в обычных и электронных публикациях, в том числе на страницах в Интернете.

К средствам ИКТ, используемым в процессе обучения биологии, относится компьютерный микроскоп. Компьютерный микроскоп дает возможность изучать организмы, органы, ткани, клетки, воспроизводить объекты на экране в видимом формате для обучаемого, делать при этом фотосъемку при различных увеличениях (до 200 раз). Использование специальных кювет микроскопа позволяет не только наблюдать на экране живые объекты, но и производить видеосъемку процессов (плазмолиз, открывание и закрывание устьиц) и поведения животных. Создается банк данных, который преподаватель использует на всех этапах занятия при объяснении и закреплении нового материала, проведении наблюдений, лабораторных работ, постановки эксперимента. Использование цветного принтера позволяет фиксировать на бумаге информацию, получаемую с помощью компьютерного микроскопа с последующим анализом.

Интерактивные доски являются компромиссом между привычными для преподавателя средствами и требованиями прогресса. Активное обучение — это способ организации учебного процесса, при котором получение учащимся знаний доминирует над их передачей преподавателем, а используемые методы, формы и средства стимулируют данный процесс, упитывают индивидуальные особенности учащегося и обеспечивают требуемый уровень мотивации. В ходе проведения групповых занятий (лекционных или семинарских) преподаватель использует объяснительно-иллюстративный метод изложения нового материала, работу учащегося у доски и другие наглядные методики. Наиболее комфортным средством для педагога в этом случае по-прежнему является доска, однако научно-технический прогресс диктует необходимость использования современных средств (об интерактивной доске и методиках ее применения см. далее в главе 21).

Не менее перспективна для развития творческой активности и самостоятельной деятельности студента компьютерная сеть.

Компьютерная сеть, по мнению Г. М. Коджаспировой, — это система взаимосвязанных компьютеров, предназначенная для передачи, хранения и обработки информации. Ярким примером такой сети является глобальная сеть Интернет. Глобальная сеть — объединение компьютеров, расположенных на удаленном расстоянии, для общего использования мировых информационных ресурсов. Интернет-технологии позволяют:

• — организовать совместные исследовательские работы студентов и преподавателей;
• — оказать оперативную консультативную помощь широкому кругу обучающихся;
• — оперативно обмениваться информацией, идеями, планами по интересующим вопросам;
• — формировать у партнеров коммуникационные навыки, культуру общения;
• — формировать навыки исследовательской деятельности.

Для того чтобы использовать вышеперечисленные средства информационных технологий в образовательном процессе, необходимо формировать банк программных средств. На современном этапе развития программно-аппаратных средств, опыта использования компьютеров в обучении и организации процесса обучения следует придерживаться следующей классификации программного обеспечения учебного назначения: электронные книги; предметно-ориентированные среды; лабораторные практикумы; тренажеры; контролирующие программы; справочники, базы данных учебного назначения.

Электронная книга представляет собой программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс. Она соединяет в себе свойства обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Электронные книги можно разделить на четыре блока:

• — энциклопедические, содержащие огромный объем информации по определенной тематике;
• — информационные с информацией целенаправленного характера;
• — обучающие, предназначенные для компьютеризации процесса обучения и повышения квалификации;
• — контролирующие, включающие комплекс вопросов, тесты с ответами и экспертную систему для анализа и оценки ответов.

Предметно-ориентированные среды предназначены для исследовательской деятельности студентов. Руководствуясь методическими указаниями, обучающийся оперирует объектами среды.

Лабораторный практикум позволяет проводить наблюдения за объектами, их свойствами, взаимосвязями и обрабатывать результаты наблюдений.

Тренажеры обеспечивают получение информации по теории и приемам решения задач, контроль и самоконтроль.

Контролирующие программы необходимы для проверки качества знаний.

Справочники служат для хранения и предъявления разнообразной учебной информации справочного характера.

Следует отметить, что организация информационно-предметной среды для профильного обучения биологии требует создания многофункционального средства, которое способно аккумулировать необходимые учебные материалы и представлять их в удобной для преподавателя форме, в то же время позволяет редактировать учебный материал и изменять структуру его представления.

Электронные дидактические средства существенно облегчают создание информационно-предметной среды, призванной развивать возможности студентов, вызывая у них активность, стимулируя и поднимая ее на более высокий уровень.

Актуальной задачей современного процесса обучения остается вопрос оптимального соотношения между реальным и компьютерным экспериментом.

Таким образом, на занятиях по дисциплине «Теория и методика обучения биологии» с использованием АКП и АРМ—С отрабатываются многие виды деятельности — от поиска до организации информации. Будущий учитель биологии приобретает большие возможности для освоения новых технологий, что обеспечивает необходимую базовую подготовку по основным направлениям применения средств новых информационных технологий.