О г л а в л е н и е

В в е д е н и е 8

Глава 1. Метамодель обучения информатике в высшей школе как теоретико-методологическая основа дидактического исследования 30

1.1. Общенаучные основания метамоделирования в структуре современного научного знания 30

1.2. Особенности методологии современной информатики в условиях информатизации общества и образования 53

1.3. Современные проблемы обучения информатике в высшей школе и пути их решения 76

Выводы по главе 1 104

Глава 2. Разработка стратифицированной метамодели обучения информатике в высшей школе и содержания ее верхних уровней 106

2.1. Структура четырех уровней разрабатываемой метамодели и ее метауровень (уровень 1) 106

2.2. Целевой уровень (уровень 2) разрабатываемой метамодели и структура его главных профилей 146

Выводы по главе 2 182

Глава 3. Разработка содержания нижних уровней метамодели обучения информатике в высшей школе 184

3.1. Содержательный уровень (уровень 3) разрабатываемой метамодели и структура его главных профилей 184

3.2. Процессуальный уровень (уровень 4) разрабатываемой метамодели и структура его главных профилей 221

Выводы по главе 3 260

Глава 4. Совершенствование обучения информатике в высшей школе посредством применения метамодели 264

4.1. Разработка учебных курсов по информатике для различных специальностей. 264

4.2. Педагогический эксперимент по оценке эффективности метамодели и его результаты 294

Выводы по главе 4 304

З а к л ю ч е н и е 307

Список использованной литературы 313

Приложение 1 352

Приложение 2 385

Приложение 3 387

Приложение 4 391

Приложение 5 395

В в е д е н и е

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Конец XXи началоXXIвека войдут в историю как время перехода человечества от индустриального к постиндустриальному и информационному обществу. Переходный период характеризуется смещением общественных приоритетов от материальных и энергетических к информационным ресурсам. Идет процесс информатизации общества. Он вызывает кардинальные изменения в сфере политики, экономики, науки, культуры, техники, образования, в других сферах деятельности человека. Профессиональная деятельность уже не может быть успешной, если специалист не обладает адекватными навыками работы в современной информационной среде, не владеет информационной культурой. Процесс информатизации общества инициирует процесс информатизации образования, в особенности - информатизации высшей школы. Информатика наряду с философией и математикой по отношению к другим областям знаний начинает рассматриваться в качестве системообразующей науки. Она стала и одной из основных учебных дисциплин. Основные причины этого следующие:

1. состояние информационного взрыва в различных сферах деятельности человека, отсюда необходимость применения современных информационных технологий;

2. наличие социально-политических и научно-технических предпосылок для максимальной открытости и доступности разнообразной информации.

В качестве основных социально-политических предпосылок следует отметить признание большинством государств и народов демократических ценностей, приоритета прав и свобод личности, ценностей открытого общества, тенденции к интеграции народов и государств в мировое сообщество, интеграции национальной политики, экономики, науки, культуры, образования в мировую политику, экономику, науку, культуру, образование.

В качестве основных научно-технических предпосылок назовем тенденцию к междисциплинарности в современной науке, к развитию изучающих междисциплинарные подходы наук - общей теории систем (системологии), синергетики, кибернетики, информатики и других. Эти науки широко используют метамоделирование, т.е. моделирование моделей, в том числе разработанных средствами других наук. Моделирование на более высоком уровне абстракции (метамоделирование) позволяет выявлять глубинные закономерности, относящиеся к большому числу явлений разнообразной природы.

Наше исследование основывается на идеях фон Берталанфи Л., Бордовского В.А., Бордовского Г.А., Буча Г., Воробьева В.И., Гершунского Б.С., Дегтярева В.Г., Извозчикова В.А., Клира Дж., Коуда П., Кузнецова Э.И., Лаптева В.В., Нечаева В.В., Олейникова А.Я., Роберт И.В., Румянцева И.А., Хамова Г.Г., Юнга К.Г. и других, посвященных проблемам современного образования, методике обучения информатике в высшей школе, использованию метамоделирования в качестве метода исследования.

Современное профессиональное образование должно быть гу­манистическим, личностно-ориентированным, развивающим, междис­циплинарным. В условиях научно-технического прогресса оно должно быть опережающим (готовящим специалиста в соответствии с требованиями завтрашнего дня) и непрерывным (обеспечивающим человеку возможность учиться в течение всей его жизни). Высшая школа должна обеспечивать разнообразие в содержании и методике подготовки специалистов даже в рамках одного направления или специальности, а обучаемый как творческая личность должен иметь определенную степень свободы в выборе особенностей своего образования. Отсюда необходимость вариативности, диверсификации, индивидуализации. Новая парадигма образования в значительной степени обусловлена революционными явлениями в информатике, т.к. новые информационные технологии, такие как Web-технологии,Java-технологии и другие решительно затрагивают сферу образования. Качественное улучшение информационных технологий сделало доступными для педагогов совершенно новые инструменты, например,HTMLиXML, позволяющие строить информационные педагогические системы на совместной сInternet-технологией основе.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена:

• необходимостью массового внедрения динамически развивающихся информационных технологий в процесс формирования современного специалиста, что невозможно без повышения эффективности и динамизма методики обучения информатике в высшей школе;

• широким использованием метамоделирования в качестве одного из основных методов динамично развивающихся междисциплинарных исследований, способным гармонизировать динамику развития информатики с динамикой методики обучения информатике.

ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ. Достаточно длительный пери­од существования в высшей школе информатики как учебной дисцип­лины позволяет выявить характерные трудности и противоречия ее преподавания и изучения:

1. Исключительно быстрый прогресс методологии современной ин­форматики, программных и технических средств. Прогресс в раз­витии программных средств находит до некоторой степени удов­летворительное отражение в содержании обучения информатике, чего нельзя сказать о методологии современной информатики и о технических средствах.

2. Учебный материал быстро теряет актуальность и постоянно тре­бует замены более современным. Причем устаревает не только со­держание, но и структура. Отсюда трудности в реализации прин­ципов модульного и опережающего обучения, отсутствие единого мнения о принципах отбора содержания.

3. Невозможность становления методики обучения информатике классическим путем, как для других учебных дисциплин. Невоз­можно в результате длительного преподавания некоторого содер­жательного блока постепенно подобрать для него оптимальную методику.

4. Существующие методические, программные, технические разработки, относящиеся к обучению информатике, как правило, быст­ро теряют актуальность и устаревают. Их развитие и модерниза­ция затруднена, поскольку они выполнены вне современной интеллектуальной методологии информатики.

Отмеченные трудности и противоречия в наибольшей степени затрагивают высшую школу, где следует изучать не основы науки, а саму науку. Проблема постоянного обновления содержания здесь стоит острее, чем в средней школе.

Подобные же проблемы, связанные с быстрым научно-техническим прогрессом, возникали бы при разработке и эксплуатации информационных систем и аппаратно-программных комплексов, если бы современная информатика не располагала методологией, позволяющей эти проблемы решать. В основе методологии современной информатики лежат:

1. метамоделирование на основе теории открытых систем;

2. объектно-ориентированный подход;

3. системная интеграция.

Эта методология позволяет создавать открытые информационные системы силами многочисленных независимых и конкурирующих между собой производителей, более того, она позволяет совершенство­вать и развивать эти системы. Системы называются открытыми, по­скольку основываются на открытых спецификациях - открыто обсуж­даемых соглашениях между производителями, потребителями, экспер­тами по соответствующим вопросам. Созданные открытые системы без существенных изменений имеют возможность добавления и изменения функций (расширяемость/масштабируемость); переноса в другую сре­ду функционирования (мобильность/переносимость); взаимодействия с другими системами (интероперабельность); легко осваиваемы (дружественность). В скобках указаны постулируемые свойства открытых систем.

Если в исследуемой области построение математической модели невозможно или нецелесообразно, то методология современной информатики допускает моделирование в условиях частичной формализации. Следовательно, эту методологию можно приложить к интеллектуальной и творческой деятельности, в частности - к обучению. Тогда в условиях информационного взрыва она может способствовать наиболее эффективному и экономному использованию интеллектуального и творческого потенциала. Разработанные таким образом системы обучения также будут расши­ряемы/масштабируемы; мобильны/переносимы; интероперабельны; дружественны. Для снятия остроты указанных выше трудностей и противоречий в обучении информатике в первую очередь следует обеспечить приложение методологии современной информатики к существующим методам, формам, средствам обучения, преобразовав их в открытые системы обучения.

КОНЦЕПЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в возможности рас­пространения из области информационных систем на область систем обучения информатике постулируемых свойств открытых систем: расширяемость/масштабируемость; мобильность/переносимость; интероперабельность; дружественность. В результате появится возможность:

• увеличения уровня адекватности содержания обучения информатике ее современным достижениям;

• создания новых методических, програмных и технических разработок для обучения информатике в рамках ее современной методологии, которые не будут быстро терять актуальность, будут способны к дальнейшему развитию и комплексному применению;

• более рационального использования существующих средств, форм и методов обучения.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - процесс моделирования обучения информатике в высшей школе по трем группам специальностей относительно изучения информатики в циклах общих, общепрофессиональных и специальных дисциплин.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - стратифицированное метамоделирование обучения информатике в высшей школе посредством использования:

• теории открытых систем;

• объектно-ориентированного подхода;

• системной интеграции.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в совершенствовании и практической реализации теории обучения информатике в высшей школе по трем группам специальностей относительно изучения информатики в циклах общих, общепрофессиональных и специальных дисциплин:

• Группа 1. Специалисты в какой-либо области информатики. Дисциплины области знаний "Информатика" явно присутствуют в циклах общих, общепрофессиональных, специальных дисциплин. В последних тематически присутствует не вся информатика, а лишь отдельные ее области, связанные с данными специальностью и квалификацией.

• Группа 2. Информатика, как правило, явно присутствует в циклах общих дисциплин, а в циклах общепрофессиональных и специальных дисциплин присутствует неявно в качестве отдельных тем, а не дисциплин.

• Группа 3. Информатика явно не присутствует нигде, неявно присутствует лишь в виде фрагментов отдельных тем, а не дисциплин и не тем, может также присутствовать в виде факультативов.

ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в том, что в условиях современного постиндустриального общества реализация предлагаемой теории метамоделирования обучения информатике в высшей школе сделает возможным для подготавливаемых специалистов различных профессиональных направлений существенное повышение качества образования в результате:

• возможности увеличения уровня адекватности содержания обучения информатике ее современным достижениям;

• возможности создания новых методических, програмных и технических разработок для обучения информатике в рамках ее современной методологии, которые не будут быстро терять актуальность, будут способны к дальнейшему развитию и комплексному применению;

• возможности более рационального использования существующих средств, форм и методов обучения.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Обосновать целесообразность применения метамоделирования на основе теории открытых систем к методике обучения информатике в высшей школе для повышения динамизма последней.

2. Разработать структуру стратифицированной метамодели обучения информатике в высшей школе и содержание ее метауровня путем адаптации теории открытых систем к методике обучения информатике.

3. Разработать содержание целевого уровня метамодели обучения информатике в высшей школе для динамического решения вопроса "Зачем учить?"

4. Разработать содержание содержательного уровня метамодели обучения информатике в высшей школе для динамического решения вопроса "Чему учить?"

5. Разработать содержание процессуального уровня метамодели обучения информатике в высшей школе для динамического решения вопроса "Как учить?"

6. Обосновать эффективность практического применения разработанной метамодели для совершенствования обучения информатике в высшей школе.