3 ВВЕДЕНИЕ
Стремительно развивающийся процесс информатизации всех сфер жизни общества существенно влияет на состояние экономики, качество жизни людей, национальную безопасность, интеллектуальный потенциал общества и влечет за собой информатизацию образования, поднимая в результате внедрения новых информационных технологий организацию и качество образования на новый уровень. В Федеральных целевых программах «Электронная Россия», «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)» представлена новая парадигма f Российского образования, основанная на использовании информационных и телекоммуникационных технологий. Глобальная информатизация общества ставит перед высшим образованием задачу подготовки кадров для информационного общества. Основная тяжесть при решении этой задачи ляжет на специалистов в области информатики математиков,
программистов, специалистов по сетевым технологиям и информационной безопасности. Современные информационные технологии подразумевают использование мультимедийных систем и технологий, которые являются частью информатики
Проблемы информатизации образования, использования информационных технологий в образовании рассматривались в работах А.Г.Абросимова, С.А.Бешенкова, Я.А.Ваграменко, Т.Г.Везирова, Б.С.Герщунского, В.В.Грин-шкун, В.В.Грищук, А.П.Ершова, И.Г.Захарова, О.А.Козлова, К.К.Колина, В.М.Монахова, А.И.Назарова, И.В.Роберт, Б.С.Рябушкина, О.Ю.Скрябиной, А.Г.Толоконникова, А.А.Червовой, В.И.Швецова, С.А.Щенникова, Р.Р.Фокина и др. Теория и методика обучения информатике рассматривалась в работах В.В.Андреева, А.Г.Гейна, Л.Г.Гурбович, Т.В.Добудько, Т.Ю.Кита-евской, Э.И.Кузнецова, В.Л.Латышева, И.В.Онокова, В.И.Пугач, И.Г.Сема-кина, З.Ф.Смолова, В.А.Сухомлина, А.Я.Фридланда, М.В.Швецкого и др.
Набор учебных дисциплин, объединенных общим названием «информатика», появился в образовании в 80-х годах XX столетия. Слово
4
«информатика» понятийно расширило использовавшийся прежде термин «кибернетика», введенное еще Норбертом Винером в 1948 году. Кибернетика (от греч. kybernetike искусство управления) — наука об управлении, связи и переработке информации [155]. По мере развития научных направлений, входивших в кибернетику, возникали новые задачи и теории, формировалась весьма широкая область исследований, охватывающая теорию алгоритмов, теоретическое и прикладное программирование, теорию компьютеров и информационных сетей, базы данных, компьютерную лингвистику, искусственный интеллект и т. д. В 70-е годы термин «кибернетика» в нашей стране употреблялся все реже, а в начале 80-х для обозначения рассматриваемой области прочно вошел в обиход термин «информатика», воспринимаемый обычно как синоним английского "Computer Science". В последнее время информатику определяют как «фундаментальную науку, изучающую общие свойства информации, методы и системы ее создания, накопления, обработки, хранения и передачи с помощью средств вычислительной техники и связи» [104]. Оставаясь точной дисциплиной для математиков, информатика в современном мире вошла в повседневную жизнь в виде персонального и карманного компьютеров, сотового телефона и т.д., то есть в виде совокупности технологий, которые облегчают поиск нужной информации, помогают в профессиональной деятельности или частной жизни. В связи с этим появилась потребность изучать основы информатики как компьютерной грамотности людям самых разных специальностей, а термин «информатика», прочно закрепился не только в научной литературе, но и в образовании и обиходе.
Курс информатики введен и в школьную, и в вузовские программы для студентов, в том числе и нематематических специальностей. В связи с этим по отношению к проблеме изучения информатики как учебной дисциплины есть два подхода:
Подход с ориентацией на подготовку пользователя, т.е. человека, пользующегося готовыми программными продуктами и готовыми
5
технологиями. При таком подходе студент восходит по иерархической лестнице образования, проходя для достижения результата все положенные ступени: 1) элементарная и функциональная грамотность, 2) образованность, 3) профессиональная компетентность, 4) культура, 5) менталитет [25], [152]. Наиболее полно с педагогической и дидактической точек зрения этот подход реализован в школьном образовании. Для средней школы имеется ряд учебников и учебных пособий по курсу информатики. Не так хорошо обстоит дело с реализацией подобного подхода в вузовском образовании: здесь чаще всего информатика выступает как общеобразовательная дисциплина, помогающая в профессиональной подготовке написании рефератов, курсовых и дипломных работ, выполнении расчетов, чертежей и т.п. В этом случае информатика изучается с использованием некоторой совокупности готовых программных систем, для которых имеются созданные разработчиками руководства по использованию. Дидактическая система изучения конкретного курса (например, инженерной графики) выстраивает конкретную траекторию изучения программной системы (в данном случае, например, графического комплекса Autocad) для достижения образовательных целей.
2) Подход с ориентацией на подготовку разработчика новых систем и технологий. При таком подходе информатика является прикладной математической дисциплиной, включающей в себя знания из области проектирования компьютеров (computer engineering), программной инженерии (software engineering), теории информационных систем (information systems) и т.п. Учебные программы по информатике для математиков содержат различные разделы. Часть этих разделов инвариантна относительно времени — это фундаментальные понятия из теории информации, теории алгоритмов, теории автоматов, исследования операций, теории оптимального управления, теории распознавания образов и т.п.
Другая часть, повинуясь закону Мура1, устаревает или видоизменяется как минимум раз в два года. Отсюда возникает две проблемы. Первая проблема — это проблема оперативного обновления курсов и учебных планов в условиях быстрого развития технологий. Вторая, более сложная, проблема связана с подготовкой самих преподавателей. Во-первых, преподаватели просто не в состоянии охватить все новинки технологий и нового программного обеспечения. Во-вторых, новые технологии - это товар, которым торгуют создавшие его корпорации, и он не всегда доступен для преподавателей (иногда студенты узнают об этих технологиях раньше преподавателя) В таких условиях преподаватель должен опираться на имеющийся у него опыт, предыдущие знания и системный подход к предмету.
Отношение к мультимедиа пользователей «снаружи» и разработчиков «изнутри»
Рис.1
Первым университетом в России, начавшим целенаправленную подготовку специалистов в области кибернетики, стал Нижегородский государственный университет, где в 1963 году был создан факультет Вычислительной математики и кибернетики (ВМК). В Московском
1 Доктор Гордон Мур в настоящее время является почетным председателем совета директоров корпорации Intel.
7
государственном университете аналогичный факультет ВМК появился позднее, только в 1970 году. Выпускники таких факультетов ВМК стали получать квалификацию «математик» по специальности «прикладная математика».
Факультеты, начавшие подготовку студентов в области компьютерных технологий, первоначально были образованы на базе научных центров, в которых создавались первые российские вычислительные машины. Ученые и специалисты, работавшие в этих центрах, одновременно проводили занятия со студентами, и, исходя из своей личной практики и потребностей в необходимых знаниях, разрабатывали первые учебные программы. Выдающиеся ученые А.А.Ляпунов, А.Н.Колмогоров, Л.В.Канторович, В.М.Глушков, И.А.Полетаев, А.П. Ершов, А.И. Берг, М.Л.Цетлин, М.М.Завадский, П.П.Лазарев, А.Н.Тихонов, Д.А.Поспелов, С.Л.Соболев, С.А.Лебедев, Ю.И.Неймарк, Р.Г.Стронгин, и др. генерировали идеи первых учебных программ для студентов-математиков.
Вопрос о том, как преподавать информатику студентам-математикам, будущим специалистам по информационным системам, программистам, системным программистам, специалистам по компьютерной безопасности и др. до сих пор не решен окончательно и является предметом обсуждения ученых и преподавателей, как в нашей стране, так и за рубежом. Разрабатываются различные дидактические системы преподавания информатики, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки и имеет право на существование. Например, в [112] описываются следующие системы для вводных курсов: — модель с ориентацией на программирование, которая имеет варианты:
— с ориентацией на императивное программирование (imperative-first approach),
— с ориентацией на объектно-ориентированное программ-мирование (objects-first approach),
8 — с ориентацией на функциональное программировании
(functional-first approach),
подход с максимальным охватом материала (breadth-first approach), который начинается с общего обзора дисциплины,
стратегия с ориентацией на алгоритмы (algorithm-first strategy), которая фокусируется на алгоритмах, а не на синтаксисе,
модель с ориентацией на аппаратную часть (hardware-first approach), которая начинается с электронных схем, и постепенно продвигается наверх по все усложняющимся уровням иерархии абстрактных машин. и дидактические системы для основных курсов:
— Традиционный подход, в котором отдельные курсы посвящены самостоятельным темам
— Сокращенный подход, в котором предусмотрены курсы по более общим темам
— Интенсивный системно-ориентированный подход
— Подход с ориентацией на WWW, использующий сеть в качестве основного лейтмотива.
В России систематизация знаний в области информатики привела к созданию государственных образовательных стандартов. Для математиков — это специальности 010200, 010400, 010500, 010502, 510200, 511900, 510200, 351400, 351500, 075200 и др. [156].
Госстандарты в области информатики наряду с федеральными компонентами (обязательными дисциплинами) оставляют большое поле деятельности для разработки региональных компонет — учебных программ по дисциплинам, выбранным по усмотрению вуза. Региональные образовательные компонетны в исследовательских и инновационных университетах создаются на базе тематики научных исследований, проводящихся в имеющихся в регионе научно-исследовательских институтах, университетских научных подразделениях, предприятиях "high-tech"[138].
9
Территориальный учебно-научный и инновационный комплекс Нижегородского университета, институтов РАН и предприятий «хай-тек»
Ин-т прикладной физики РАН •,
Ин-т физики
микроструктур
РАН
Ин-т химии высокочистых веществ РАН
Ин-т
металлооргани-ческой химии РАН
НФ Института
машиноведения' РАН
НИИИС ИНТЕЛ Н.Н. НПО «Полет» НПО «РЕПЕР»
ТЕЛМА (МОТОРОЛА)
НПО «Салют»
Институт РАН
Базовый факультет
Научные
подразделения
Базовая кафедра
Филиал кафедры
Базовая лаборатория
Научное по/разделение
Научное подразделение
Аспир:
Дис совет
Подразделение
Филиал кафедры
Предприятие «хай-тек»
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
(исследовательский университет)
Факультет университета
Базовая кафе Дра
Научно[образовательный, центр (BRHE)
" ~" довання оборудованием
Центр коллективно
Кафедра
Кафедра
Кафедра
Базовая кафе яра
Кафедра
т
Лаборатория
Лаборатория
Лаборатория
i i
Базовая лаборатория
Базовая лаборат^я
Лаборатория
Научно-исследовательская часть ун-та
Аспирантура
Аспирантура
Аспирантура
Аспирантура
Аспирантура
Аспирантура
Ин-т аспирантуры и докторантуры университета
НИИ ННГУ
Научное подразделение
Научные подразделе ния
Базовая лаборатория
Базовая па6оратория
Инновационно-
технологический центр
Отдел трансфера технологи!'
Учебный центр поинноватиге
; . Дис. совет
¦_.!...:___
Дис. совет
Управление
международной
деятельности
Научно-исследовательский физико-технический ин-т ННГУ
НИИ Химии ННГУ
/ НИИ Прикладной \ математики и кибернетики ННГУ
НИИ Механики ННГУ
НИИ Молекулярной биологии и V региональной экологии ННГУ
--
Малое предприятие «хай-тек»
Малое предприятие «хай-тек»
В исследовательском университете студенты старших курсов проходят производственную практику и выполняют курсовые и дипломные работы в научных подразделениях, связанных с университетом.
Рис.2
В рамках этого направления студенты старших курсов проходят производственную практику и выполняют курсовые и дипломные работы в данных учреждениях.
Одним из больших преимуществ исследовательских университетов для студентов является активное участие преподавателей в процессе расширения границ дисциплины. Многие студенты получают возможность участия в исследовательских проектах во время учебы и поэтому приобретают целый ряд преимуществ:
- Интересный опыт творческого исследования.
- Связи с преподавателями, которые могут выступать в качестве студенческих наставников.
10
- Опыт работы над проектами, который может быть очень полезным как для будущей работы по специальности, так и для продолжения обучения в аспирантуре.
В рамках такой структуры образования студенты старших курсов проходят производственную практику и выполняют курсовые и дипломные работы в этих учреждениях. Так, в Нижегородском государственном университете специализация студентов-математиков в области мультимедиа проходит на базе лаборатории мультимедиа разработок Управления информатизации ННГУ.
За рубежом основным руководством для преподавания информатики, признанным во многих странах, является Computing Curricula 2001 [112], первая версия которой была разработана специальным комитетом по образованию профессионального общества АСМ (Association for Computing Machinery) и вышла в свет в 1968 году. В 70-х годах аналогичный документ выпустило другое профессиональное общество - IEEE Computer Society. В конце 80-х годов эти организации объединили свои усилия и в 1991 году выпустили Computing Curricula'91. В 2001 году вышла обновленная версия. Computing Curricula 2001 определяет набор знаний, которые должны покрывать университетские программы по информатике, и набор обязательных курсов по информатике. В последние годы многие отечественные вузы также учитывают это руководство при разработке собственных программ.
Мультимедиа, как часть информатики, имеет еще более короткую историю, и в этой области наблюдается быстрый прогресс методологии, программных и технических средств. Мультимедийные системы и технологии все больше проникают в нашу жизнь. Указания о том, что в учебном процессе необходимо уделять внимание дисциплине «мультимедиа» (мультимедиа системы, мультимедиа технологии), присутствует во всех стандартах и рекомендациях по преподаванию информатики. В школьных курсах информатики «мультимедиа», в основном, понимается как
11
интегрированное использование в интерактивной компьютерной системе оцифрованного текста, аудио, графики, анимации и видео, а о том, что понятие мультимедиа закрепилось за аппаратными средствами, говорится как об «узком» смысле слова «мультимедиа». Приблизительно так же трактуется мультимедиа и в вузовских курсах, ориентированных на пользователя мультимедиа систем. Но подобная концепция мультимедиа не рассчитана на математиков и программистов, разработчиков программ и технологий: для них изучение мультимедиа требует совершенно иного подхода к разработке учебной программы. Студент, изучающий курс «мультимедиа» с ориентацией на «подготовку пользователя», получает объём знаний, дифференцированный в соответствии со спецификой будущей профессиональной деятельности специалиста: от простого пользователя до разработчика-пользователя (будущий преподаватель информатики в школе, разработчик мультимедиа обучающих или информационных систем, режиссер мультимедийных программ и т.п.). С другой стороны, студент, изучающий курс «мультимедиа» с ориентацией на подготовку «разработчика новых систем и технологий» должен получить такие базовые знания, которые дадут ему возможность подняться над плоскостью знаний разработчика-пользователя и позволят создавать новые технологии, новые методы и новое качество в таких областях, как цифровое телевидение, сотовая связь, Интернет и др.
Обзор отечественных и зарубежных работ, посвященных исследованию теоретических и практических подходов обучения курсу «Мультимедиа» математиков — будущих разработчиков программного обеспечения, выявил недостаточную проработанность этого вопроса. Большинство исследователей рассматривают мультимедиа продукцию как средство повышения эффективности обучения, а также как инструмент, с помощью которого разрабатываются такие педагогические программные средства — см. работы Н.В.Алпатовой, Н.С.Анисимовой, Ю.С.Брановский, Ю.Н.Егоровой, В.А.Извозчиковой, Н.В.Клемешова, Е.С.Полат, И.В.Роберт, С.А.Христо-
12
невский, Н.В.Сафонова и др. В диссертационной работе И.И.Косенко [54] «Изучение мультимедиа в процессе профессиональной подготовки учителя информатики» мультимедиа рассматривается как объект изучения, как средство обучения и как инструмент деятельности обучаемых. В то же время в научно-педагогической литературе пока не получили развития проблемы преподавания мультимедиа технологий математикам, системным программистам, будущим разработчикам таких технологий.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена решением насущной задачи современного общества в подготовке специалистов для разработки новых технологий в области мультимедиа, что и определило проблему исследования
Проблема исследования
Проблема исследования заключается в разрешении противоречия между потребностью общества в специалистах, способных создавать новые технологии в области мультимедиа, и недостаточной разработанностью дидактической системы для формирования знаний в этой области.
Объект исследования
Процесс обучения курсу «Мультимедиа» студентов-математиков в классическом университете.
Предмет исследования
Содержание, методика, организация и средства обучения курсу «Мультимедиа» студентов-математиков в классическом университете.
Цель исследования
Разработка дидактической системы обучения курсу «Мультимедиа», позволяющей повысить уровень творческого мышления и профессиональной самостоятельности в данной области знаний.
Гипотеза исследования
1. Уровень творческого мышления и профессиональной самостоятельности студентов-математиков в области мультимедиа повысятся, если:
13
2. Специальный курс «Мультимедиа» для математических факультетов в классическом университете будет разработан таким образом, чтобы помочь сформировать системный взгляд на дисциплину и абстрагироваться от конкретных программных реализаций, увидеть общие пути создания мультимедиа систем и их анализа.
3. Содержание специального курса «Мультимедиа» будет спланировано таким образом, чтобы осветить наиболее важные темы с точки зрения разработчика: сжатие информации, кодирование обнаруживающее и исправляющее ошибки, дискретизацию, синхронизацию и т.п.
4. В процессе обучения работе с программными продуктами преподаватель будет обращать внимание студентов на практическую реализацию теоретических идей в данных конкретных системах, поощряя развитие у студентов навыков, необходимых для применения концептуальных знаний.
5. В процессе обучения создается благоприятная атмосфера для творчества студентов, поощряются их нестандартные идеи решения поставленных задач, преподаватель относится к ним, как к взрослым, как к коллегам в творческом процессе.
6. В процессе обучения студенты будут участвовать в реальных творческих проектах, работать как индивидуально, так и в команде, создавать новые технологические программные продукты.
7. В процессе обучения произойдет формирование творческих способностей студента, уровень творческого мышления повысится до уровня информационной культуры в области мультимедиа и произойдет становление студента как субъекта деятельности.
Для достижения поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать подходы, описанные в педагогической литературе, к обучению информатике студентов-математиков в классических университетах.
14
2. Проанализировать содержание учебных курсов по информатике, прослушанных студентами до начала изучения специального курса «Мультимедиа».
3. Разработать структуру, содержание и методику обучения спецкурсу «Мультимедиа» на базе университетской лаборатории мультимедиа разработок.
4. Экспериментально показать, что разработанная методика позволяет повысить уровень творческого мышления и профессиональной самостоятельности в области мультимедиа и поможет студентам не только создавать новые мультимедиа продукты, но и творчески развивать технологию создания таких продуктов, создавать новые технологии.
Методологическая и теоретическая основа исследований Методологической и теоретической основой исследований по теме диссертации явились труды Анри Пуанкаре, Генриха Вейля и др. об особенностях творческого мышления математиков, классические труды по дидактике Яна Амоса Коменского, Иоганна Генриха Песталоцци, Фридриха Дистервега, К.Д.Ушинского и работы современных авторов В.И.Андреева, М.Г.Гарунова, И.П.Подласого, Е.И.Смирнова. Системный подход основывался на работах фон Берталанфи, В.М.Лачинова, А.О.Полякова., личностно ориентированный подход к обучению базировался на работах Н.А.Алексеева, В.Б.Загорского, В.П.Струкалова, психолого-педагогические принципы обучения в вузе — на работах А.А.Вербицкого, В.В.Карпова, Р.М.Грановской, С.И.Самыгина, С.Д.Смирнова. Андрагогические основы вузовского образования изучались в работах М.Д.Махлина, Е.П.Тонконогой, С.И.Змеева, Т.Н.Ломтева, методика преподавания информатики — в работах Р.Р.Фокина, М.Нугмонова, Е.Ю.Огурцовой, Н.В.Сидоровой,
методологические принципы отбора содержания — в работах К.Г.Викторова, С.М.Кальнина, проектирование курсов по выбору в работе И.В Щукиной,, использование технических средств в обучении — в работах С.И.Архангельского, Л.С Зазнобина., В.М.Кузнецова, В.И.Петренко.
15 Методы исследования.
Теоретический анализ проблемы и предмета исследования основывается на аксиологическом, синергетическом, герменевтическом, гуманистическом, антропологическом, системном и деятельностном подходах. Эмпирический подход основывается на анализе педагогической, методической, психолого-педагогической, технической литературы по проблеме диссертации, изучении и анализе педагогического опыта, педагогических наблюдениях, анкетировании, проведении педагогического эксперимента, статистической обработке и анализе результатов.
Экспериментальная база исследования
Экспериментальные исследования проводились в группах студентов III, IV курсов, специализирующихся на кафедре математического обеспечения ЭВМ факультета Вычислительной математики и кибернетики (ВМК) Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского (ННГУ), в группах магистров первого года обучения ВМК ННГУ, в лаборатории мультимедиа разработок управления информатизации ННГУ при написании студентами и магистрами курсовых, дипломных работ и прохождении производственной практики.
Этапы исследования
На первом этапе выяснялось, какими знаниями в области мультимедиа обладают студенты третьего курса, прослушавшие до этого различные курсы по информационным технологиям, включая операционные системы, методы программирования, компьютерную графику, и каким они обладают уровнем творческого мышления и профессиональной самостоятельности.
На втором этапе формировался новый уровень творческого мышления и профессиональной самостоятельности. Второй этап можно разбить на подэтапы следующим образом:
- достижение информационной образованности в области мультимедиа;
- достижение информационной компетентности в области мультимедиа;
- достижение информационной культуры в области мультимедиа;
16
Формирование новых уровней творческого мышления обеспечивалось следующими средствами:
1. Прослушивание специального курса «Мультимедиа» и успешное выполнение зачетных курсовых работ.
2. Прохождение производственной практики в лаборатории мультимедиа разработок, консультации с сотрудниками лаборатории при выполнении производственных заданий.
3. Выполнение дипломной работы в лаборатории, самостоятельный выбор способа решения поставленных задач при постоянном обсуждении вопросов дипломного проектирования с научным руководителем и сотрудниками лаборатории.
Научная новизна исследования
1. Разработаны теоретико-методологические подходы для повышения уровня творческого мышления и профессиональной самостоятельности в области мультимедиа.
2. Определено содержание понятия «мультимедиа для разработчиков». Определен набор учебных разделов, входящих в понятие «мультимедиа для разработчиков».
3. Разработана дидактическая система для повышения уровня творческого мышления и профессиональной самостоятельности студентов-математиков в области мультимедиа.
Теоретическая значимость исследования
Заключается в разработке теоретико-методологического обоснования построения специального курса «Мультимедиа» как средства формирования творческого мышления и профессиональной самостоятельности в области мультимедиа на основе андрогогического и субъектно-деятельностного подходов к образованию старшекурсников.
Практическая значимость исследования
Разработаны программа учебного специального курса «Мультимедиа», планы практических занятий, темы курсовых и дипломных работ.
17 На защиту выносятся следующие положения
1. Теоретико-методологическое обоснование построения курса «Мультимедиа» на основе андрогогического и субъектно-деятельностного подхода к образованию старшекурсников.
2. Организационные формы, методы и средства обучения курсу «Мультимедиа» студентов-математиков в классическом университете.
3. Содержание курса «Мультимедиа» для студентов-математиков классического университета
Апробация и внедрение результатов исследования.
Результаты исследования были обсуждены и апробированы на научно-методических семинарах и заседаниях кафедры математического обеспечения факультета Вычислительной математики и кибернетики Нижегородского государственного университета, на Международной конференции по компьютерной геометрии и графике (1995, 1996), Всероссийской научно-практической конференции по графическим технологиям (1997, 1998, 1999, 2000,2001), 11 Международной конференции по Компьютерной графике и Машинному Зрению Graphicon"(2001, 2002), II Международной конференции "Новейшие информационные технологии как инструмент повышения эффективности управления" (2002), VI Международном конгрессе по математическому моделированию (2004), V и VI Международной научно-методической конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов (2004, 2005).
Результаты исследования внедрены в учебный процесс Нижегородского государственного университета, по предложенной методике обучалось более 200 студентов и магистров ННГУ.
Структура и основное содержание работы
Структура диссертации определена задачами диссертационного исследования, логикой раскрытия темы; диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка, иллюстраций и приложений. |
