Включение в состав новой образовательной среды современных средств коммуникации отражает потребность реализовать сетевые формы организации учебного процесса. Организация системы образования по сетевому принципу – это его функционирование в соответствии с принципами соорганизации, характерными для постиндустриального, информационного общества. Именно сетевая форма может в полной мере реализовывать возможности, необходимую структуру и логику (культурную событийность) образовательной траектории обучающегося. В такой форме организации образования ситуации самоопределения, самопроектирования и самоорганизации становятся не побочным, а целевым образом проектируемым эффектом образования.

В ИКОС во многом изменяются роли субъектов образовательного процесса. Во главу угла становится сам обучающийся - его мотивы, познавательные потребности, психологические особенности. Деятельность преподавателя в условиях информационно-коммуникационной среды приобретает характер «тьюторства», наставничества, выполнения функций координатора и партнера по образовательной деятельности. Исходя из целей обучения, интересов обучающегося, уровня его учебной подготовки, преподаватель формирует и направляет образовательный процесс в целях развития личности обучающегося. В этих условиях содержание деятельности преподавателя существенно меняется, в частности, ему приходится реализовывать ряд функций, которые при традиционном обучении порой вообще отсутствуют.

Приоритетным направлением в информационно-коммуникационной образовательной среде становится личностно-ориентированное обучение, способное объединить различные педагогические технологии – обучение в сотрудничестве, модульно-рейтинговая система обучения, технология контекстного обучения и др. При всем многообразии арсенала технологий обучения и форм организации образовательного процесса, преимущественными могут считаться те, которые ориентированы на самостоятельную деятельность обучаемого, где явно может быть представлен «продукт» этой деятельности, который может быть оценен преподавателем и сокурсниками, востребован в учебной или практической деятельности. Среди них особое место занимает технология проектной учебной деятельности, в основе которой лежит развитие познавательных навыков обучаемых, умений самостоятельно структурировать и актуализировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, формирование у будущих специалистов критического и творческого мышления, умение увидеть, обосновать и успешно решить проблему.

Такая среда обеспечивает развитие активной жизненной позиции обучающихся, их самоопределения, при которых у студентов мобилизуется поиск собственных ориентиров, идеалов, жизненных и профессиональных позиций и устремлений, а не пассивное принятие готовых.

В результате можно сделать следующий основной вывод: информационно-коммуникационную образовательную среду, формируемую на базе средств ИКТ, целесообразно разрабатывать в рамках личностно-ориентированной модели обучения с ориентацией на достижение образовательных результатов, адекватных современным представлениям о целях и ценностях образования – формирование познавательных потребностей, системы ценностных отношений и жизненных устремлений, овладение универсальными способами деятельности, приоритетное формирование у студентов исследовательских и проектных умений и способностей. Только в этом случае средства ИКТ, электронные образовательные ресурсы, как важнейшее средство такой образовательной среды, смогут проявить свои специфические дидактические свойства и тем самым принципиально (по целевому и результативному основанию) преобразовать образовательную деятельность, в которую они включаются.

Во второй главе рассматриваются методические особенности контента информационно-коммуникационной образовательной среды в биологических и химических дисциплинах.

В нашем исследовании проводится анализ возможностей электронных образовательных ресурсов для применения их в учебном процессе в химических и биологических дисциплинах. Подчеркнем, что методическая эффективность использования компьютеров как средства обучения химическим и биологическим дисциплинам требует тщательного анализа и оценки. Прежде чем разрабатывать и внедрять в учебный процесс электронные образовательные ресурсы, необходимо определить потребности в них системы образования, обозначить целесообразность их использования.

В развитие исследований структуры личности специалиста-естественника, проведенных рядом исследователей, в частности, С.А.Паничевым, в диссертации показано, что новые требования к образовательным результатам проявляются в личности специалиста в трех основных проекциях:

- в формировании его «профессионального мира», который отражает научное мировоззрение и научную картину мира на основе знаний, полученных в процессе обучения и последующей исследовательской деятельности. Профессиональный мир специалиста-естественника является специфическим отражением, своеобразным «срезом» окружающей действительности, причем направленность такого «среза» определяется спецификой тех задач, на решение которых направлена его познавательная активность в ходе профессиональной деятельности. Внешний мир предстает в сознании специалиста как бы препарированным посредством использования для его отражения системы научных понятий и моделей, специфичных для каждой научной дисциплины. В результате специалист вычленяет из реальности свой профессиональный мир, определяет в этом мире свои интересы, получает возможность направить на него свою познавательную активность. Все это, ко всему прочему, во многом определяет менталитет и корпоративные ценности в данной среде;

- в успешности деятельности в «профессиональной среде», которая определяется уровнем овладения методологией, освоенными способами деятельности и технологиями, рядом профессионально важных личностных качеств (ответственность, коммуникативность, самоконтроль, профессиональная самооценка т.д.), а также развитием способностей (познавательные, коммуникативные, организаторские способности).

- в овладении им «профессиональными средствами», с помощью которых субъект реализует свою познавательную и преобразующую деятельность.

Исходя из такого понимания личностных ресурсов, которые должны развиваться в процессе подготовки в вузе специалистов в области естественных наук, можно, с одной стороны, сформировать позиции относительно содержания образования (контента среды), с другой стороны, подойти к определению потребностей системы образования в компьютерных средствах обучения, формирующих новую образовательную среду.

В целом потребности в средствах обучения на базе ИКТ в общем виде можно опосредовано определить, исходя из анализа дидактических возможностей этих средств (визуализация учебного материала, повышение интерактивности обучения, доступ к новым источникам знаний, оперативность контроля и т.д.), что и сделано в целом ряде психолого-педагогических и методических работ. Однако очевидно, что такой анализ создает только общее представление о потенциале средств ИКТ в повышении эффективности образовательного процесса. Более детальная картина складывается при обосновании типологии этих средств по их методическим функциям (Д.Веллингтон, А.А.Кузнецов, И.В.Роберт, Л.О.Филатова и др.). Следующим шагом в этом направлении, сделанным в данной работе, является соотнесение дидактических возможностей и методических функций средств ИКТ с планируемыми образовательными результатами. Это позволило выделить типы средств ИКТ, использование которых в образовательном процессе приоритетно для развития ресурсов личности, наиболее важных для будущих специалистов определенного профиля (для специалистов в области естественных наук - предметно-ориентированные программные среды, предназначенные для моделирования изучаемых объектов и явлений, программные средства, позволяющие обрабатывать результаты учебных экспериментов и др.).

Возможен и другой подход, когда для определения потребностей в средствах ИКТ учебного назначения исходят из общих целей и задач образования. В рамках такого подхода С.Г.Григорьев и В.В.Гриншкун, например, полагают, что основные потребности системы образования в этих средствах можно объединить в четыре основные группы: потребности, связанные с необходимостью формирования определенных знаний, которые при традиционном обучении не могут найти требуемого опытного обоснования; потребности, связанные с необходимостью овладения студентами типовыми репродуктивными умениями; потребности, обусловленные необходимостью формирования умений творческого типа, овладевая которыми студенты получают субъективно новое знание путем самостоятельного поиска; потребности, обусловленные необходимостью формированию у обучаемых личных качеств, способствующих развитию нравственности молодого поколения.

Выделенные указанными авторами группы основных потребностей существенно коррелируют с целями и содержанием дисциплин естественнонаучного профиля. Опираясь на сформулированные группы потребностей системы образования в средствах ИКТ, выделим группы задач, которые можно решать с помощью компьютерных средств обучения, направленных на повышение эффективности образовательного процесса при изучении химических и биологических дисциплин.

К первой группе относятся задачи, решение которых связано с большим объемом вычислительной работы, которую обычными средствами выполнить невозможно. Примеры задач данной группы - квантово-химические расчеты, обработка результатов рентгеноструктурного анализа, кинетическое описание сложных химических реакций, компьютерное планирование синтеза, биологическая статистика.

Ко второй группе относятся задачи, связанные с визуализацией учебного материала и результатов самостоятельной работы студентов при изучении химических и биологических дисциплин: построение диаграмм, графиков, трехмерное изображение молекул, изображение механизмов реакций; иллюстрации животного и растительного мира; демонстрация строения и физиологических процессов человека и животных и т.д.

Современная трактовка принципа наглядности требует не только адекватной презентации содержания, но также организации деятельности обучаемых по его усвоению. Наличие машинной графики дает возможность улучшить понимание и запоминание учебного материала. Особенно эффективно использование компьютера не только как средства иллюстрации, но и как средства самостоятельной работы студентов с учебной информацией, представленной в графической форме.

В курсе обучения физической химии широко применяют графики, позволяющие иллюстрировать соотношения между переменными. В изометрической проекции можно изобразить сложные трехмерные диаграммы, такие как орбитальные или энергетические функции переходных состояний. Немалый потенциал для учебного процесса несет в себе возможность получения параметров для построения графиков в реальном времени. При изучении химии возможно использовать изображения молекул, уровень абстракции которых возрастает от твердых молекулярных орбиталей до формального изображения, такого как проекции Ньюмана и Фишера.

В курсе биологии для повышения наглядности можно представить в трехмерной графике органоиды клетки, основные процессы в клетках во время митоза и мейоза из курса цитологии. При изучении вопросов генетики, целесообразно показать в виде графиков вариационную изменчивость. Значительные возможности для повышения эффективности усвоения материала имеет наблюдение за хромосомами в трехмерном пространственном изображении, возможность увидеть различные схемы кроссинговера, решетки Пеннета, трехмерные модели спирали ДНК и РНК.

К третьей группе относятся задачи моделирования. Компьютерные модели являются мощным средством, расширяющим возможности активного обучения. Учебное моделирование способствует наглядному представлению изучаемого объекта, повышению интереса у студента к этой форме обучения, а изучение процессов в динамике – более глубокому усвоению учебного материала.

Г.Вернен и М.Шанон отмечают, что имеется множество причин применения моделирования при изучении химии, так как химическая наука сама построена на моделях как средствах понимания и прогнозирования практически всех изучаемых аспектов. Через моделирование формируется системно-комбинаторное мышление, умение решать реальные задачи. В химическом образовании моделирование используют также для экспериментально труднодоступных систем. Одной из сложностей обучения химии является невозможность увидеть изучаемые объекты.

Моделирование формирует научную картину мира у студентов. Приведем пример компьютерного программно-методического комплекса "Агрегатное состояние вещества", который может быть использован для моделирования процессов перехода воды из одного агрегатного состояния в другое. В состав программного комплекса входят две программы: программа DEMO, состоящая из демонстрационной и моделирующей частей и программа START, содержащая только моделирующую часть. Демонстрационная часть содержит динамические иллюстрации, проводящие аналогию между процессами изменения потенциальной и кинетической энергий. Моделирующая часть реализует графическую модель поведения молекул воды при агрегатных переходах.

Другим примером электронного образовательного ресурса для моделирования элементов и сложных систем, конструкции, процессов для различных областей естествознания является инструментальное программное средство Stratum Computer. Данное средство позволяет на основе простейших функциональных элементов создавать модели без знаний языков программирования, что значительно сокращает временные затраты преподавателя

К четвертой группе задач относится создание компьютерных информационно-справочных и обучающих систем (электронные учебники, справочники, глоссарии, энциклопедии и т.д.), которые являются источниками информации для самостоятельного обучения студентов. В недалеком будущем, обучаемый при подготовке к занятиям и на занятиях сможет получить любую информацию, имея доступ к компьютеризированному каталогу книг и периодических изданий, а также к любому организованному хранилищу информации и многим различным банкам данных.

Пятая группа задач связана с использованием компьютерных тренажеров, предназначенных для формирования и закрепления умений и навыков, а также для самоподготовки студентов. Выполнение упражнений и задач с использованием компьютера дает ряд преимуществ. Главное из них состоит в немедленной обратной связи со студентом в случае верных и неверных ответов. В программу, в зависимости от сущности задачи, может быть заложена возможность анализа и объяснения студенту сути допущенной ошибки. В качестве примера подобного рода средств можно указать на один из первых пакетов учебно-тренировочных программ, написанных для дополнения основного учебника - Concentrated Chemical Concepts.

Шестая группа задач включает задачи, направленные на осуществление химического и биологического эксперимента, который осуществляется в рамках лабораторного практикума. Химия и биология - это науки экспериментальные. Работа в лаборатории не только вносит соответствующий вклад в развитие практических навыков, но также помогает студентам связать теоретические закономерности и концепции со своими собственными наблюдениями и действиями. В настоящее время в силу ряда причин (высокие цены на реактивы и оборудование и др.) время, отводимое на практические работы, постоянно сокращается. В этих условиях использование виртуальных лабораторий с соответствующим программным обеспечением может стать реальным и достаточно эффективным решением этой проблемы. При этом можно совмещать применение имитационного моделирования и проведение реальных экспериментов. Здесь целесообразно использовать разнообразные подходы: предлабораторное моделирование, предварительный контроль готовности студентов к лабораторной работе, сбор и обработка данных, послелабораторное моделирование.

Инструменты учебной деятельности в виде компьютерных средств обучения создают среду, мотивирующую студентов более интенсивно анализировать изучаемый предмет и выдвигать при этом свои идеи и предлагать свое видение рассматриваемых проблем. Они являются инструментами, помогающими студентам не только формировать собственные представления, но и преобразовывать их с помощью создания соответствующих баз данных, электронных таблиц, презентаций, семантических сетей, новых моделей изучаемых процессов и объектов. Иначе говоря, образовательные среды на базе компьютерных средств обучения инициируют деятельность, в которой студенты сами конструируют свои знания, а не воспринимают мир таким, каким его интерпретирует для них учебник и преподаватель.

Состав средств обучения определяет инструментальную составляющую среды. К другим важнейшим компонентам среды следует отнести ее контент и организацию образовательной деятельности в ней (организационная составляющая).

Если рассматривать ту часть контента, которая должна быть отражена в компьютерных средствах обучения, то можно сказать, что электронные образовательные ресурсы целесообразно наполнять таким содержанием, которое наиболее эффективно может быть усвоено только с помощью средств этой информационной технологии. Предметно-ориентированные среды и средства компьютерного моделирования, как наиболее адекватные средства формирования профессионально важных качеств личности, должны, прежде всего, содержать профессионально значимую проблему, решение которой ориентировано на использование указанных средств.

Предлагаемый при компьютерной технологии обучения предметный материал должен быть представлен в виде системы, то есть состоять из нескольких блоков содержания, которые, в свою очередь, могут быть представлены в виде систем со своими подсистемами и т.д. Связи между блоками содержания, их взаимное расположение и распределение во всем объеме обучения должны быть четко выражены и понятны обучаемому в момент нахождения правильного ответа или решения проблемы. При компьютерной технологии обучения наиболее удобна связь подчинения одного элемента другому – иерархия. Таким типом связи часто удается показать логику учебного предмета и логику научного рассмотрения изучаемого объекта. Одно из важнейших преимуществ компьютерной технологии при изучении химико-биологических дисциплин в высшей школе – многосторонность рассмотрения изучаемого объекта, процесса или явления. Это позволяет использовать компьютер для решения различного рода задач и проблем, то есть компьютер вводится в качестве инструментального средства в познавательный процесс при проблемном методе обучения

2 его операциональное описание и тем самым осущетвить его технологизацию. Это дает возможность перенесения научных методов в учебный процесс в рамках соответствующих дидактических методов обучения. В рамах такого подхода особенно актуализируется использование компьютерных средств обучения, основанных на методах компьютерного моделирования. Именно они, являясь носителями соответствующей технологии обучения, одновременно являются и инструментом научной деятельности, средством реализации новых научных методов, привнесенных в естественные науки и другие отрасли научного знания информатикой. Овладение методами и средствами компьютерного моделирования, безусловно, можно отнести к универсальным способам действия, операциональным ресурсам личности, т.е. к новым образовательным результатам.

В третьей главе диссертации рассмотрены характеристики и свойства информационно-коммуниационной образовательной среды и принципы ее построения.

Проблемы проектирования компьютерных средств обучения (последовательность, содержание проектировочной деятельности на каждом конкретном этапе и т.д.) рассмотрены в работах Р.В. Бочковой, М.М. Буняева, Г.М. Киселева, Т.А.Сергеевой, Л.Ю.Невуевой, О.К.Филатова и др.

Отдельные аспекты информационного взаимодействия в учебном процессе, отличия информационно-коммуникационной предметной среды (ИКПС) от традиционной среды обучения, состава и условий функционирования ИКПС стали предметом исследования целого ряда работ (М.И.Башмаков, К.Г.Кречетников, С.В.Панюкова, С.Н.Поздняков, Н.А.Резник, И.В.Роберт и др.).

Методологическим обобщением этих исследований стало учебно-методическое пособие «Информационные и коммуникационные технологии в образовании» под ред. И.В.Роберт, в которой требования к среде и принципы ее формирования рассмотрены с позиций информационной структуры учебных взаимодействий в среде и оценки качества учебного процесса, реализуемого в ней. Опираясь на эту работу, мы конкретизируем ее позиции применительно к обучению химии и биологии и, вместе с тем, развиваем в нашем исследовании несколько иной аспект в анализе требований к среде и принципам ее построения. Если в указанной работе эффективность функционирования среды оценивается в основном с точки зрения организации и структур информационных потоков, а требования к среде и ее характерные особенности формулируются посредством анализа условий повышения качества образовательного процесса в условиях применения средств ИКТ, то в данном исследовании реализован несколько иной подход. Во-первых, исходя из темы этого исследования, главным критерием оценки среды является не столько качество образовательного процесса, сколько качество результата, его адекватность новым требованиям к образованию. Во-вторых, важнейшим для нас ориентиром в требованиях и принципах построения среды явился не анализ различных структур информационного взаимодействия и функций средств ИКТ в их эффективной реализации (что, безусловно, очень важно), а потенциал различных видов учебной деятельности, привнесенных в среду за счет использования этих средств, с точки зрения формирования на их основе принципиально новых образовательных результатов.

Таким образом, нами предлагается следующая логическая последовательность построения инструментального и организационного компонентов образовательной среды:

Личностные результаты (мотивации, потребности, ценностные отношения и т.д.) формируются в деятельности, требующей существенного расширения функционала традиционной образовательной среды. Речь, прежде всего, идет об обеспечении доступа обучаемых к новым источникам учебной информации (ресурсы Интернет, информационно-справочные системы, базы данных и т.д.). Одним из примеров программных средств, расширяющих арсенал источников учебной информации, может стать разработанный нами «Электронный справочник терминов и основных реакций» по курсу химии.

Вторым фактором достижения таких личностных результатов, как мотивация, развитие познавательных потребностей и др. является возможность значительного расширения круга личностно и социально важных задач, которые можно решить в учебном процессе за счет использования ресурсов компьютера. Важную роль здесь играет подбор степени трудности задач. Излишне простые задачи не требуют от студента умственных усилий, а потому тормозят развитие его способностей, их решение не переживается обучаемым как успех. Более трудные задачи, безусловно, могут вызвать затруднения и ошибки при решении. Однако это не рассматривается нами как негативный результат с точки зрения мотивации учения. Многие из ошибок активизируют творческий потенциал учащихся и положительно сказываются на развитии их способностей, а также на мотивационной сфере. Мы считаем необходимым закладывать в программное средство конструктивную реакцию на ошибки обучаемых, особенно если таковые связаны с поисками способа решения предъявленной задачи. В этом случае реализуется принцип побуждения обучаемых к поиску, когда при ошибочном решении даются ориентирующие указания, направляющие тем самым действия студентов.

Средствами создания учебно-познавательный мотивации могут выступать не только содержание учебного задания, но и формы организации деятельности (игровая, учебно-игровая, коллективная, групповая, индивидуальная), арсенал которых гораздо обширней в информационно-коммуникационной среде.