ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БАЗЫ ДАННЫХ» КАК ПРИМЕР ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БАЗЫ ДАННЫХ» КАК ПРИМЕР ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
Аннотация
Статья посвящена обсуждению некоторых аспектов применения в учебном процессе технологий онлайн обучения с элементами цифровизации образовательной деятельности. На примере цифровизации лабораторного практикума по дисциплине «Базы данных» автор повествует о существенной трансформации учебного процесса в связи с применением технологий удаленного доступа и средств информатизации рабочих мест преподавателя и студента на основе авторской информационной системы SQL-Start. Данная система предназначена для практического изучения конкретного раздела дисциплины «Базы данных» – языка структурированных запросов SQL, который, с одной стороны, показывает связь множества понятий теории реляционных баз данных, а, с другой стороны, ярко демонстрирует практическую значимость этого материала для подготовки специалистов в области информационных технологий. Автор кратко описывает возможности системы SQL-Start, которая позволяет организовывать учебный процесс и управлять им при проведении лабораторных занятий на ЭВМ.
1. Введение
Как известно, онлайн-обучение – эффективный инструмент получения новых знаний. Технологии дистанционного обучения шагнули далеко вперед, выйдя на новый уровень и став более доступными. Еще не так давно дистанционный формат обучения вызывал много споров и критики, считался сложно реализуемым инструментом с туманным будущим. Однако спустя всего несколько десятилетий он стал активно использоваться во всех образовательных направлениях в мировом масштабе. Нововведение пришло в системы школьного и высшего образования, в онлайн-школы по развитию персонала компаний и обучению клиентов.
Под онлайн-обучением до сих пор многими понимается работа преподавателя и ученика на расстоянии при помощи современных информационных технологий. На самом деле это понятие гораздо шире. Онлайн-обучение рассматривается как совокупность новейших технических средств, информационных методов и форм развития, которые позволяют реализовать организацию и проведение учебного процесса на расстоянии.
Специалисты утверждают, что за дистанционным обучением – будущее, и это подтверждается многими факторами. В частности, технологии онлайн-образования для таких социальных групп как школьники, студенты техникумов и ВУЗов, офисные сотрудники, работники предприятий и учреждений имеют ряд несомненных преимуществ:
- процесс обучения может происходить из любой точки мира и в любое удобное для его участников время;
- снимается ряд серьезных ограничений по доступу к образованию людям с ограниченными возможностями здоровья, жителям отдаленных и труднодоступных районов, гражданам иностранных государств;
- очевидно сокращение операционных затрат для сферы бизнеса, которые традиционно были связаны с арендой помещений, приглашением «дорогих» специалистов, командировочными расходами и т. п.;
- планирование самостоятельной учебной работы в удобное для обучаемых время;
- возможность одновременной удаленной работы с большим количеством слушателей из удаленных офисов или студентов из разных городов и стран мира;
- равный и оперативный доступ для всех обучаемых к учебным материалам, хранящихся в удаленных хранилищах;
- наличие в системе аналитического функционала и средств контроля процесса обучения с помощью различных текстовых и графических материалов, включающих отчеты и постоянный мониторинг успеваемости слушателей;
- возможность реализации принципа индивидуализации обучения, в том числе, в рамках непрерывного образования работающих сотрудников.
Одна из важнейших составляющих онлайн образования – его цифровизация. Это стало очевидным в связи с пандемией коронавируса 2020 года. Этот год и последующие годы были отмечены резким ростом публикаций на эту тему. Такие материалы можно сгруппировать на три характерные группы, которые исследуют проблемы дистанционного образования и цифровизации с диаметрально противоположных точек зрения: от всеобщего ликования до резких критических оценок.
Для публикаций первой группы характерен однозначный позитивизм в оценках перспектив цифрового образования и дистанционных технологий. Исследователи полагают, что цифровые технологии – залог прогресса как отдельно взятого человека, так и общества в целом
, , . Для этой точки зрения характерно рассмотрение развития общества с позиций макроэкономических процессов. В этом случае институты образования рассматриваются как вспомогательные инструменты экономики государства.Публикации второй группы исследуют реальный опыт цифровизации образования на примере конкретных проектов и вопросы практики внедрения цифровых технологий в различные предметные области
, , , . Для авторов этих публикаций характерен взгляд на цифровые технологии как на отдельный нейтральный инструмент, свободный от каких-либо ценностных установок.Для публикаций третьей группы характерно в целом негативное отношение к цифровизации высшего образования. В одних публикациях даются критические оценки этих процессов, другие авторы – взвешивают позитивные и негативные аргументы цифровизации
, , . Эти и многие другие публикации, посвященные исследованиям отдельных проблем взаимодействия цифровых образовательных технологий с нормами морали и этики, физическими и психологическими аспектами состояния личности, способствовали началу широких дискуссий в научном и педагогическом сообществах на эту тему.Сегодня для многих специалистов очевидно, что данный феномен – системное явление, требующее серьезных исследований. Они должны затрагивать философские, социально-культурные, политико-экономические и другие аспекты жизни общества. Этот феномен ждет своих исследователей. Однако его философское и иное осмысление невозможно без практик реализации дистанционных технологий на основе цифровизации образования. Возможно, такой опыт в дальнейшем и будет составлять основу для всестороннего осмысления этого явления.
2. Методы и принципы исследования
Цель настоящей статьи – иллюстрация переноса образовательного процесса из обычной компьютерной лаборатории в виртуальное пространство Интернета на основе цифровой трансформации учебного курса.
В 2021-2024 годах на кафедре фундаментальной информатики Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева было проведено исследование по цифровизации лабораторного практикума по дисциплине «Базы данных». Результатом проделанной работы стала информационная система SQL-Start, которая изменила организацию лабораторных занятий и позволила практически полностью автоматизировать учебный процесс. Идея создания этой системы появилась в разгар пандемии коронавирусной инфекции 2021 года. В этот период перед мировой системой образования встал выбор: что делать – остановить учебный процесс или массово уйти на «удаленку»
. Проделанное на кафедре исследование предполагало:1) проведение анализа организации лабораторных занятий по конкретной дисциплине;
2) выявление отдельных процессов, приводящих к потере учебного времени;
3) изучение возможностей автоматизации отдельных процессов, позволяющих уменьшить необоснованные потери учебного времени, помочь преподавателю максимально быстро проверить и оценить выполненные студентами лабораторные задания;
4) разработку концепции удаленного лабораторного практикума в виде информационной системы со всем необходимым для организации учебного процесса функционалом.
Пандемия устроила жесткую проверку на прочность всем имеющимся на тот момент техническим мощностям, программно-методическим средствам учебных учреждений, а также нервным системам учеников, студентов и преподавателей. В реальных условиях эпидемии немедленно проявились все проблемы и недостатки образовательной деятельности на базе ранее предложенных технологий удаленной работы
.Структура предложенной авторами информационной системы SQL-Start показана на рисунке 1
.Блок администрирования позволяет управлять группами студентов и направлениями подготовки по учебным годам.
Рисунок 1 - Структура информационной системы SQL-Start
- выбор контингента студентов;
- работа со списком студентов;
- открытие/закрытие сеанса работы для выбранного контингента;
- назначение заданий группе студентов;
- назначение индивидуальных заданий отдельным студентам;
- просмотр результатов выполнения лабораторных заданий;
- формирование отчетов с итогами выполнения заданий;
- просмотр статистики результатов выполнения заданий;
- просмотр сведений о сеансах работы;
- просмотр сведений о посещаемости занятий;
- управление доступом к сеансу работы для отдельных студентов;
- обмен сообщениями между преподавателем и студентом во время сеанса работы.
Перечисленные функции образуют рабочее место преподавателя.
Часть основных функций управления показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Основные функции управления
Рисунок 3 - Форма для просмотра результатов выполнения заданий
Заметим, что преподаватель в любой момент может отменить предложенные студентами решения, удалив их из хранилища решений. Можно сформировать отчет об итогах выполнения студентами определенного задания. Пример такого отчета в виде текстового документа показан на рисунке 5.
Рисунок 4 - Просмотр результатов выполнения задания (фрагмент)
Рисунок 5 - Отчет с результатами выполнения лабораторного задания
Рисунок 6 - Отчет с результатами выполнения всех заданий выбранной лабораторной работы (фрагмент)
Рисунок 7 - Общий обзор результатов работы по группе
Рисунок 8 - Обзор баллов по назначенным группе лабораторным работам
Рисунок 9 - Обзор результатов работы студента (фрагмент)
Рисунок 10 - Детализация выполненных заданий по конкретной работе
- аутентификация студента при входе в систему;
- выбор студентом одного из назначенных заданий;
- решение выбранного задания в среде «Решатель»;
- отправка решения задания на удаленный сервер для проверки;
- проверка, запись решения и его оценки в хранилище данных;
- отправка сообщения от студента преподавателю;
- получение студентов сообщения от преподавателя;
- просмотр студентом результатов своей работы в Личном кабинете;
- решение студентом произвольных задач в режиме свободного доступа без назначенных лабораторных заданий.
3. Основные результаты
Критика дистанционных технологий достаточно широка. Ее авторам видятся многочисленные риски и угрозы. Предлагаемые решения рассматриваются как «путь в неведомое», «нарушение сложившегося образа жизни и действий», «большой риск, авантюра с заранее неизвестным результатом» и так далее. Раскритиковать можно абсолютно любое решение. Однако авторам настоящего исследования было интересно проанализировать результаты внедрения предложенной системы в реальный учебный процесс. Самый главный результат внедрения – кардинальное изменение организации лабораторного практикума.
В доковидный период обычное занятие представляло собой последовательность следующих мероприятий:
- получение студентом лабораторной работы в виде текстового документа и выгрузки базы данных (в лучшем случае через сервер факультета, облачное хранилище и т. п.);
- запуск студентом web-сервера;
- импорт базы данных на компьютер студента;
- изучение постановки задачи;
- изучение предметной области, описанной базой данных;
- решение поставленной задачи;
- отчет перед преподавателем о проделанной работе;
- возможное изменение решения с учетом замечаний преподавателя и повторный отчет;
- выставление преподавателем баллов за выполненную работу.
Применение системы SQL-Start привело к совершенно другому сценарию событий:
- подключение к системе преподавателя;
- формирование преподавателем набора лабораторных заданий из Хранилища лабораторных работ для выполнения;
- открытие преподавателем сеанса работы для студентов;
- вход студента в систему;
- выбор студентом одного из заданий;
- изучение постановки задачи;
- изучение предметной области, описанной базой данных;
- решение студентом поставленной задачи;
- отправка решения на удаленный сервер для проверки;
- просмотр результата проверки решения в Личном кабинете студента;
- просмотр преподавателем общей картины с результатами работы студентов в разрезе групп, лабораторных работ и заданий.
Отдельные иллюстрации происходящих на занятии процессов показаны на рисунках 11-15.
Рисунок 11 - Монитор SQL-запросов рабочего места студента (верхняя часть формы)
Рисунок 12 - Монитор SQL-запросов рабочего места студента (средняя часть формы)
Рисунок 13 - Монитор SQL-запросов рабочего места студента (нижняя часть формы)
Рисунок 14 - Решатель задания (верхняя часть формы)
Рисунок 15 - Решатель задания (нижняя часть формы)
4. Заключение
Предложенное решение позволило полностью автоматизировать информационные потоки между преподавателем и студентом во время сеанса работы. Система обеспечила передачу студентам лабораторных работ, получение и централизованное хранение решений студентов, оценивание решений, формирование общей и детализированной картины успеваемости группы студентов по практикуму. Непроизводственные потери времени на занятии оказались около нулевой отметки. Экономия времени позволила в рамках учебного процесса обсудить решения, проанализировать типичные ошибки, рассмотреть варианты решения задач и т. п.
Особенность данного лабораторного практикума состояла в том, что основную часть запланированной работы студент должен проделать во время занятия. В начале каждого занятия студенту необходимо было сосредоточиться, собраться с мыслями, настроиться на положительный результат работы. В целях повышения мотивации студентов преподавателем был предложен лозунг для занятий – «На занятие – как на работу!». Смысл лозунга заключался в том, что на занятии моделировались условия реальной работы:
1) получение студентом задания;
2) изучение предметной области и структур данных;
3) изучение постановки задачи;
4) написание решения задачи;
5) проверка и отладка решения;
6) обоснование предложенного решения с учетом имеющихся в задании указаний;
7) обеспечение требуемого внешнего вида результата обработки данных.
Все эти действия студенту предлагалось проделать в установленный интервал времени. В связи с этими факторами важно было проследить за отношением студентов к предложенной организации занятий. Уже третий учебный год устойчиво наблюдается большая заинтересованность студентов в своей работе и ее результатах. Студенты положительно оценили наличие фактора объективности в оценке их работы, важность самостоятельной работы на занятии и ответственности за ее результаты. Следующий важнейший момент связан с ролью преподавателя на занятии. Она не ушла на второй план. В обязанности преподавателя по-прежнему входили важные образовательные функции: визуальная оценка решений студентов, контроль поведения и уровня самостоятельности работы студентов на занятии. В активе преподавателя осталась возможность дополнительного собеседования с любым студентом по текущему и пройденному материалу. Результатом такого контроля может оказаться корректировка заработанных студентом баллов. В системе есть такая возможность. Преподаватель имеет право на понижение баллов за предложенное студентом решение на основании веских причин. Пример такой корректировки баллов показан на рисунке 9.
Один из важных результатов включения подобной системы в учебный процесс – перенос традиционных рутинных мероприятий лабораторного занятия на «плечи» компьютера. Предложенное решение практически полностью автоматизирует информационные потоки между преподавателем и студентом. В частности, система, обеспечивает передачу учащимся заданий, прием и централизованный сбор решений, их оценивание, формирование общей и детализированной картины успеваемости конкретного контингента обучаемых. Важным результатом проделанной на кафедре исследовательской работы стало также создание дидактического материала, реализованного в виде централизованного хранилища лабораторных работ, размещенного на удаленном сервере. Практическая апробация предложенного лабораторного практикума легла в основу учебного пособия
.