Курсовая с практикой на тему Разработка курса по использованию облачных технологий для студентов профессионального обучения (информатика) (на примере обучение студентов РФ и КР)

Содержание:

Введение 3
Глава 2. Практическая разработка курса 9
2.1. Информационно-образовательная среда для формирования курса использования облачных технологий 9
2.2. Учебно-методическое обеспечение курса подготовки студентов и методические рекомендации по его использованию 15
2.3 Педагогический эксперимент по использованию облачных технологий для студентов профессионального обучения (информатика) 19
Заключение 24
Список литературы 27
Приложение 1 51

Введение:

Актуальность исследования. Обеспечение конкурентоспособности государства в условиях рыночной экономики определяет потребность в собственных промышленных технологиях и разработках для формирования производственной базы. В соответствии с “Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года”, в современных условиях глобальной конкуренции на мировом рынке государственная политика инновационного развития ориентирована на создание и развитие комплексов высокотехнологичных производств, которые обеспечиваются инженерными кадрами.
Анализ научно-педагогических исследований в области профессионального образования (Батышев С. Я., Леднев Б. К., Новиков А. М. и др.), Проектирование содержания профессионального образования (Краевский В. В., Кубрушко П. Ф.,Лернер И. Я. и др.), становление инженерного образования (Мануйлов В. Ф., Митин Б. С., Федоров И. В. и др.) показали, что подготовка современного инженера осуществляется с учетом сложившихся традиций подготовки инженерных кадров в области фундаментальных наук. В то же время достижения в области научно-технического прогресса, необходимость учета международных стандартов, а также изменения в экономике страны, связанные с широким использованием информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), определяют особые требования к подготовке инженерных кадров с рядом компетенций, связанных с использованием средств ИКТ в организации и управлении высокотехнологичными предприятиями.
Анализ работы в области подготовки кадров для высокотехнологичных отраслей промышленности (Китаева Л. А., Савельева Н. Х., Прозорова Г. В. и др.) показали, что перед инженерами стоят задачи, связанные с формированием организационно-производственных структур, сочетающих высокий уровень гибкости мобильности и автоматизации, с оперативным управлением производственными и корпоративными ресурсами, основанными сегодня на использовании различных типов информационных систем (ИС), способствующих автоматизации управления технологическим оборудованием, проектированию и подготовке производства, взаимодействию с заказчиками, персоналом, финансами, документооборотом и др. Однако эти исследования не в полной мере учитывают особенности организации и функционирования ИС на предприятиях, связанные со сбором, хранением и анализом больших объемов данных (“ большие данные «); с доступом к данным ИС, в том числе удаленным (при работе в информационных сетях в условиях территориально распределенного производства); с реализацией ресурсоемких вычислений с использованием облачных технологий-наиболее оптимальных средств реализации этих процессов. Под облачные технологии, опираясь на исследования Галкина Джи.С., Кузьмина М. В., Пивоварова Т. С., Чупракова Н.И., Шевченко В. Г. и др., под которыми мы будем понимать совокупность методов, приемов и средств, позволяющих осуществлять хранение, управление и распределенный обмен информационными ресурсами, а также программно-аппаратными средствами, расположенными на удаленных серверах, с целью обработки больших объемов данных и выполнения ресурсоемких расчетов.
Проведен анализ профессиональных стандартов, отражающих требования к специалистам в области информационных технологий (“специалист по информационным системам”, «специалист по интеграции прикладных решений» и др.) позволило констатировать необходимость в инженерах, способных реализовать все этапы жизненного цикла ИС (организация управления производством ИС, создание и модификация ИС, их сопровождение, отладка и администрирование) с использованием облачных технологий.
В соответствии с особенностями профессиональной деятельности использование средств разработки ИС с использованием облачных технологий осуществляется при информационном взаимодействии субъектов образовательного процесса, работодателей и интерактивных электронных образовательных ресурсов. По материалам исследования лавина Т. А., Лапенок М. В., Насс О. В., Роберт И. В. и т.д. рассматривая вопросы организации и реализации информационно-образовательной среды (ИОС) вуза, а также требования и принципы ее функционирования, мы определяем ИОС на основе облачных технологий как совокупность условий осуществления информационного взаимодействия в рамках групповой проектной деятельности на основе удаленного доступа между субъектами образовательного процесса, работодателями и интерактивными электронными образовательными ресурсами. IOS, основанная на облачных технологиях, включает в себя следующие компоненты: облачные сервисы различного функционального назначения для доступа к программно-аппаратным средствам и набор интерактивных электронных образовательных ресурсов.
Таким образом, анализ научно-педагогических исследований показал, что подготовка инженерных кадров не учитывает особенностей функционирования современных высокотехнологичных предприятий, связанных с: хранением и обработкой больших объемов данных; выполнением ресурсоемких расчетов; разработкой распределенных ИС. Также не рассматриваются методические подходы к формированию компетентности студентов в области использования средств разработки ИС с использованием облачных технологий в условиях информационного взаимодействия субъектов образовательного процесса, работодателей и интерактивных электронных образовательных ресурсов.
Эти противоречия позволили определить исследовательскую проблему, заключающуюся в несовпадении теоретико-методологических подходов к подготовке студентов-будущих бакалавров ИС-разработчиков, не ориентированных на использование облачных технологий при хранении и обработке больших объемов данных, выполнении ресурсоемких вычислений, а также коллективной дистанционной разработке информационных систем, кадровых требований к высокотехнологичным предприятиям.
Актуальность исследования определяется необходимостью теоретического обоснования и разработки методических подходов к формированию содержания, учебно-методического обеспечения и методических рекомендаций учебного курса по формированию компетентности студентов-будущих бакалавров-разработчиков информационных систем в использовании средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий в информационном взаимодействии субъектов образовательного процесса, работодатели и интерактивные электронные образовательные ресурсы в соответствии с требованиями высокотехнологичных предприятий.
Объект исследования: использование инструментальных средств разработки информационных систем.
Предмет исследования: разработка информационных систем с применением облачных технологий.
Цель исследования: теоретически обосновать и разработать курс по использованию облачных технологий для студентов профессионального обучения (информатика) (на примере обучение студентов РФ и КР).
Гипотеза исследования: если теоретические и методические подходы к подготовке будущих бакалавров-разработчиков информационных систем будут основаны на реализации: принципов отбора содержания, модульной структуры и учебно-методического обеспечения курса подготовки в области использования инструментальных средств разработки информационных систем с применением облачных технологий, то большинство студентов — будущих бакалавров-разработчиков информационных систем достигнет эвристического и творческого уровней сформированное™ компетентности в данной области.
Задачи исследования:

Методологическую основу исследования составили работы в области: теории педагогики и психологии (Беспалько В.П., Краевский В.В., Леднев B.C., Сластенин В.А. и др.); содержания профессионального образования и подготовки кадров (Батышев С.Я., Краевский В.В., Кубрушко П.Ф., Новиков A.M., Поляков В.А. и др.), компетентностного подхода в образовании (Байденко В.И, Вербицкий A.A., Зеер Э.Ф., Зимняя И.А. и др.); использования информационных и коммуникационных технологий в процессе подготовки профессиональных кадров (Бешенков С.А., Ваграменко Я.А., Коваленко М.И., Козлов O.A., Мухаметзянов И.Ш., Роберт И.В., Сердюков В.И., Тихонов А.Н., Шихнабиева ТЛИ. и др.).
Методы исследования, используемые для решения поставленных задач и проверки гипотезы: теоретические: анализ научно-педагогической, профессиональной и методической литературы в области подготовки студентов; анализ нормативно-правовых материалов (ФГОС ВО, профессиональные стандарты, должностные инструкции, квалификационные требования); анализ основных профессиональных образовательных программ, рабочих программ в области разработки информационных систем; эмпирические: наблюдение; беседа; анкетирование; опытно-экспериментальная работа; статистические: статистическая обработка полученных экспериментальных данных.
Научной новизной и теоретической значимостью исследования являются: выявление возможностей использования облачных технологий в процессе разработки информационных систем и подготовки студентов-будущих бакалавров-разработчиков информационных систем; формулировка принципов отбора содержания подготовки студентов к использованию облачных технологий при разработке информационных систем.; обоснование концепции компетентности студентов в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий, разработка ее структуры, содержания, а также требований к знаниям, навыкам, опыту их реализации для каждого уровня компетентности; обоснование и разработка модульной структуры и содержания учебного курса по формированию компетентности; обоснование использования информационно-образовательной среды при подготовке студентов к разработке информационных систем.
Практическая значимость исследования заключается в разработке: модулей учебного курса по формированию у студентов компетентности в использовании средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий «средства разработки информационных систем», который включает в себя шесть модулей («проектирование и разработка информационных систем», «средства разработки Web-ориентированных информационных систем”, «средства управления базами данных», «средства разработки программного обеспечения информационного ядра информационных систем», » инструментальные возможности облачных вычислений», «Организация информационных систем предприятий с использованием облачных технологий“); учебно-методическое обеспечение курса” инструментальные средства разработки информационных систем», а также методические рекомендации по его использованию в информационном взаимодействии субъектов образовательного процесса, работодателей и интерактивных электронных образовательных ресурсов.
Научно-исследовательские материалы могут быть использованы в технических вузах при подготовке бакалавров по направлениям в области информатики и вычислительной техники.
Структура работы: введение, две главы, заключение, список литературы.

Заключение:

В ходе теоретического исследования были получены следующие основные выводы и результаты:
Определены возможности использования облачных технологий в процессе разработки информационных систем: обеспечение хранения и доступа к данным информационных систем; распределенная обработка и анализ больших объемов данных; выполнение ресурсоемких вычислений с использованием вычислительной техники; проектирование инфологических, даталогических и физических моделей данных; программирование модулей информационных систем на различных языках с поддержкой основных библиотек и шаблонов; совместная распределенная разработка информационных систем с поддержкой контроля версий проектных файлов. Рассмотрены возможности использования облачных технологий в процессе подготовки студентов-будущих бакалавров-разработчиков информационных систем: организация хранения и доступа к образовательному контенту с поддержкой синхронизации с различными устройствами, имеющими доступ к сети Интернет; коммуникационное взаимодействие между субъектами образовательного процесса и интерактивными электронными образовательными ресурсами; осуществление различных видов автоматизированного контроля успеваемости студентов, а также анкетирование и анкетирование.
Теоретически обоснована и развита структура и содержание компетентности студентов в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий, которая представлена инвариантной и переменной составляющими.
Инвариантная составляющая содержания компетентности отражает основные аспекты развития информационных систем и позволяет создать систему знаний и умений в области использования средств разработки информационных систем. Вариативная составляющая содержания компетенций определяется особенностями профессиональной деятельности на высокотехнологичных предприятиях и направлена на формирование знаний и умений в области использования облачных технологий, а также опыта применения этих знаний и умений в реальных профессиональных условиях. Выделены четыре уровня компетентности будущих бакалавров в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий-репродуктивный, адаптивный, эвристический и творческий. Для каждого уровня определяются знания, умения и опыт, которыми должен обладать будущий бакалавр-разработчик информационных систем.
Разработана модульная структура содержания учебного курса по формированию компетентности студентов в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий, которая представлена комбинацией из шести модулей. Темы первого модуля направлены на изучение основных понятий информационных систем и архитектуры их проектирования в соответствии с моделями жизненного цикла информационных систем. Изучение тем второго модуля направлено на формирование знаний и умений в области использования средств разработки информационных систем, доступ к которым осуществляется через Интернет. Темы третьего модуля направлены на изучение: инструментов проектирования реляционной модели данных; методов управления многопользовательскими транзакциями. Темы четвертого модуля направлены на формирование знаний и умений в области использования средств создания, модификации и управления данными в реляционной базе данных. Темы пятого модуля ориентированы на изучение возможностей облачных технологий для: проектирования моделей данных; программирования модулей информационных систем; коллективного развития информационных систем. Темы шестого модуля направлены на изучение: моделей внедрения облачных технологий на предприятиях; безопасности и конфиденциальности корпоративных данных при использовании облачных технологий.
Разработано учебно-методическое обеспечение формирования компетентности студентов в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий, включающее: программу курсовой работы; набор интерактивных электронных образовательных ресурсов; оценочные фонды фонда (задания на проведение текущего, промежуточного, итогового контроля); описание организационных форм и методов обучения; методические рекомендации по выполнению лабораторных и практических работ, прохождению текущего, промежуточного, итогового контроля и самоконтроля, организации и реализации индивидуальных проектных заданий в информационно-образовательной среде на основе облачных технологий.
Педагогический эксперимент по проверке уровня подготовки студентов в области использования средств разработки информационных систем с использованием облачных технологий проводился в три этапа: констатирующий, формирующий и итоговый.

Фрагмент текста работы:

Глава 2. Практическая разработка курса

2.1. Информационно-образовательная среда для формирования курса использования облачных технологий

Достижение планируемых результатов обучения — формирование компетентности студентов — будущих бакалавров-разработчиков ИС в области использования инструментальных средств разработки ИС с применением облачных технологий связано с необходимостью создания соответствующих условий, оптимальных для освоения модульной структуры содержания подготовки в рассматриваемой области и предусматривающих осуществление учебной деятельности с использованием современных образовательных технологий, организационных форм, а также методов и средств обучения.
Опираясь на исследования Лавиной Т.А. [148], Лапенок М.В. [89], Роберт И.В. [148] и др., под такими условиями, в основе которых лежит информационное взаимодействие между субъектами образовательного процесса, работодателями и электронными образовательными ресурсами (ЭОР), будем понимать информационно-образовательную среду (ИОС).
Вопросы создания и использования ИОС нашли отражение в исследованиях различных ученых, рассматривающих понятие ИОС с точки зрения следующих подходов:
— технологического (Абросимов А.Г. [1], Путилов Г.И. [140] и др.), в соответствии с которым ИОС представляет собой совокупность аппаратного и программного обеспечения, а также информационных ресурсов, размещенных в ней;
— информационно-коммуникационного (Захарова И.Г. [53], Лавина Т.А [88; 148], Роберт И.В. [148], Шмис Т.Г. [206] и др.), включающего в понятие ИОС помимо технологической составляющей, комплекс ресурсов (интеллектуальных, организационных, методических и др.), необходимых при реализации образовательного процесса;
— личностно-ориентированного (Ильченко О.А. [66], Тулохонова И.С. [189] и др.), в соответствии с которым технологическая и информационнокоммуникационная составляющие ИОС дополняет личностно-ориентированная, предназначенная для личностного развития и раскрытия творческого потенциала студентов.
Исследователи определяют цель функционирования ИОС как полное и оперативное удовлетворение информационных потребностей студентов и преподавателей в рамках учебного процесса [164; 233]. В соответствии с этим, выбор технологического решения создания ИОС зависит от дидактических функций среды и потребностей субъектов учебного процесса, а также определяется совокупностью принципов ее построения [161; 169]:
— технологическая полнота: ИОС должна предоставлять всем участникам учебного процесса достаточное для решения поставленных дидактических задач количество сервисов;
— содержательная полнота: предоставляемый обучающимся контент, включающий в себя учебные и организационные материалы, должен обеспечить удовлетворение информационных потребностей студентов как в рамках аудиторной, так и самостоятельной работы;
— дидактическая обусловленность коммуникации: в ИОС должны быть реализованы различные виды удаленного взаимодействия субъектов учебного процесса;
— оперативность доступа и коммуникации: в ИОС должны быть обеспечены возможности получения удаленного доступа к учебному контенту и коммуникации в любой момент времени, удобный для субъектов учебного процесса;
— обеспечение управления учебным процессом: необходимо наличие модулей ИОС, позволяющих реализовать мониторинг учебной деятельности обучающихся за счет сбора, обработки и хранения информации об успешности хода обучения (системы тестирования, электронный журнал успеваемости и т. д.);
— технологическая унификация: кроссплатформенность сервисов, предоставляемых в ИОС;
— минимальная достаточность технологий: в состав ИОС включается минимально необходимый набор инструментов, необходимых для обеспечения принципа технологической полноты;
— ориентация на индустриальные решения: при выборе средств построения ИОС предпочтение следует отдавать широко распространенным системам, которые гарантируют техническую поддержку, а также обеспечиваюют взаимодействие и обмен опытом между различными образовательными организациями.
Приведенная группа принципов является основой решения технологической задачи построения ИОС: выбора программного обеспечения для создания архитектуры и дальнейшего администрирования ИОС [76], а также разработки, формирования, хранения и реализации оперативного удаленного доступа к размещенным в ИОС ЭОР [164; 169].
На сегодняшний день ИОС может быть реализована с использованием ряда специализированных проприетарных и свободно распространяемых инструментальных средств [28; 43]: авторские продукты; системы управления контентом; системы управления обучением; системы поддержки обучения; образовательные платформы; виртуальные среды обучения и т. д. Ко всем перечисленным инструментальным средствам предъявляются следующие требования [154]:
— расширяемость (возможность подключения неограниченного числа дополнительных сервисов в соответствии с потребностями субъектов учебного процесса);
— минимальная достаточность (подключение и использование необходимого набора сервисов);
— функциональная полнота (реализация всех необходимых функций);
— метапредметностъ (возможность использования контента любого содержания);
— кроссплатформенностъ (независимость от аппаратной платформы);
— интегрируемость (объединение в единой среде различных инструментов);
— оперативность и мобильность (постоянный доступ к информации и осуществление коммуникационного взаимодействия при наличии подключения устройства к сети Интернет).
На сегодняшний день наибольшее распространение в практике образовательных организаций высшего образования при выборе технологического решения НОС получили системы управления обучением (Learning Management System, LMS), обеспечивающие поддержку и реализацию учебного процесса. Однако, опыт использования различных LMS (WebTutor, eLearningServer, Прометей, Moodle и др.), как проприетарных, так и свободно распространяемых позволил выявить ряд присущих им ограничений [164; 177]:
— ограниченность представления учебного контента логикой среды;
— избыточность представленных в LMS сервисов;
— низкий уровень поддержки совместной работы обучающихся;
— не в полной мере реализованная возможность наполнения среды обучающимися (концепция Web 2.0);
— ограничения взаимной интеграции сервисов LMS и сторонних инструментов;
— высокие затраты и техническая сложность поддержки и сопровождения.
Таким образом, использование LMS ограничивает возможности индивидуализации учебного процесса, создания учебного контента обучающимися, совместной проектной деятельности в сети и т. д. Кроме того, несмотря на достаточное количество предоставляемых сервисов, во многих LMS отсутствует поддержка проведения вебинаров и видеоконференций, организации мобильного обучения и т. д.
В связи с обозначенными ограничениями построения ИОС на базе LMS, в рамках исследования предлагается альтернативное решение — облачные технологии, возможности использования которых в процессе подготовки студентов описаны в гл. 1, и. 1.2.
Технологическая реализация ИОС на базе облачных технологий требует отбора облачных сервисов, обеспечивающих достижение дидактических целей, решение учебных задач. В исследовании Лапенок М.В. [89] определен необходимый набор сервисов для функционирования ИОС:
— сервисы настройки параметров функционирования (настройка прав и привилегий по доступу к учебному контенту, формирование студенческих учебных групп, подготовка отчетов и т. д.);
— сервисы настройки информационного взаимодействия, организованного между субъектами учебного процесса (синхронная и асинхронная связь);
— сервисы представления учебных материалов (работа с учебным контентом: создание, редактирование, использование шаблонов и др.);
— сервисы управления учебным процессом (формирование расписания, автоматизация проведения тестового контроля, формирование статистики обучения и др.).
Результаты сравнительного анализа образовательных возможностей облачных технологий (на примере облачных сервисов Google Apps) и инструментальных модулей ряда проприетарных и свободно распространяемых LMS (на примере WebTutor, eLeamingServer, Прометей, Moodle) в достижении основных дидактических целей представлены таблице 1 [177].

Таблица 1 — Сравнительный анализ дидактических возможностей инструментальных модулей LMS и облачных сервисов

Системы LMS WebTutor LMS
eLearning
Server LMS Moodle LMS
Прометей Облачные сервисы Google Apps
Изучение нового учебного материала
Встроенный в систему редактор курсов + + + + +
Поддержка контента различного типа + + + + +
Интерактивность и мультимедийность ЭОР + + + + +
Проведение вебинаров + + +/- +/- +
Импорт курсов в формате Scorm + + + + —
Импорт контента из сторонних ресурсов + + + + +
Закрепление/повторение изученного материала
Поддержка асинхронного взаимодействия + + + + +
Электронная почта + + + + +
Мгновенный обмен сообщениями + + + + +
Совместная проектная деятельность в сети — — — — +
Наличие среды разработки проектов — — — — +
Хранение и обмен файлами + + + + +
Веб-конференция, вебинар + +/- +/- +/- +
Виртуальная классная доска + — +/- — +
Календарь планирования мероприятий + + + + +
Контроль результатов обучения
Поддержка различных типов вопросов + + + + +
Использование в тесте изображений, видео + + + + +
Ограничение времени выполнения заданий + + + + +/-
Доступ к результатам тестирования + + + + +
Анализ результатов тестирования + + + + +
Адаптация сложности вопросов к уровню студента — — — — —

Проведенный сравнительный анализ продемонстрировал возможность установления практически полного соответствия между инструментальными модулями наиболее распространенных LMS и облачными сервисами Google Apps, обеспечивающих возможность поддержки учебного процесса, организации самостоятельной работы обучающихся, применения смешанных технологий обучения.