Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ПРЕПОДАВАНИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК»

Осипова Н.А. 1
1 ФГАОУ ВО «Томский политехнический университет»
Описаны средства и методы, применяемые при изучении дисциплины «Техногенные системы и экологический риск». Раскрывается методика обучения и применения интерактивных компьютерных технологий для повышения эффективности усвоения знаний. Представление материала в виде алгоритма, использование наглядных и точных блок-схем позволяют существенно упростить усвоение знаний. Описаны принципы дифференциации практической и теоретической частей курса и механизм интеграции дидактических ресурсов для достижения поставленной цели. Подход эффективен при изучении слабо формализованных дисциплин междисциплинарного характера.
автономный блок
алгоритм
интерактивный учебный курс
формализация содержания курса
экспертно-обучающая система
междисциплинарность
оценка риска
экологический риск
1. Байденко В.И. Компетентностный подход к проектированию государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (методологические и методические вопросы) : методическое пособие. – М. : Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2005. – 114 с.
2. Осипова Н.А., Рихванов Л.П. Проблемы экологической безопасности и устойчивого развития в учебных дисциплинах при подготовке специалистов–геоэкологов // Безопасность жизнедеятельности. - 2008. – № 3. – C. 52-55.
3. Осипова Н.А. Техногенные системы и экологический риск : учебное пособие. – Томск : Изд-во ТПУ, 2005. – 110 с.
4. Паронджанов В.Д. Как улучшить работу ума: алгоритмы без программистов – это очень просто! – М. : Дело, 2001. – 360 с.
5. Подход к разработке интерактивного учебного курса по физике с использованием АСУ ПДС / Лисичко Е.В., Созоров Н.Г. // Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Повышение качества непрерывного профессионального образования» 20-23 апреля 2006 г., Красноярск. – 2006. – 246 с.
6. Созоров Н.Г., Кропачев А.В., Нестеренко Т.Г. Интерактивный учебный курс как современное средство подготовки специалистов по техническим специальностям // Новые информационные технологии в университетском образовании : материалы XII Междунар. конф. – Новосибирск, 2007.
7. Созоров Н.Г., Печенкин А.С. Технология разработки экспертно-обучающих систем по фундаментальным дисциплинам // Образовательный стандарт вуза. Совершенствование содержания и технологии учебного процесса. Тез. докл. : сб. – Томск : Изд-во ТПУ, 1997. – 19 с.
8. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования. Бакалавриат. Направление подготовки 05.03.06 Экология и природопользование. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.sgu.ru/sites/default/.../05.03.06_ekologiya_i_prirodopolzovanie.do. (дата обращения 14.05.15).
9. Petrushin V.A. An Authoring Language for Intelligent Tutoring Systems Implementation / Proceedings: East-West Conference on Emerging Computer Technologies in Education – Moscow: International Centre for Scientific and Technical Information, 1992. - P. 249-255.
10. Sozorov N.G., Hodashinsky L.A. The Trainee Psychology-Pedagogical Card and The Instructor Knowledge Formalization/Proceedings: East-West Conference on Emerging Computer Technologies in Education – Moscow: International Centre for Scientific and Technical Information, 1992. - P. 299-301.

Развитие компетентностного подхода в образовании в условиях введения федерального государственного стандарта [1; 9] стимулировалось целым рядом факторов. Возрастает динамика протекания процессов, многократно возрастают информационные потоки, увеличивается уровень неопределенности окружающей среды. Эти изменения диктуют необходимость формирования личности, умеющей жить в условиях неопределенности, личности творческой, ответственной, стрессоустойчивой, способной предпринимать конструктивные и компетентные действия в различных видах жизнедеятельности.

Реализация компетентностного подхода выдвигает серьёзные требования к методике обучения и требует особого подхода и применения интерактивных компьютерных технологий для повышения эффективности усвоения знаний.

Преподавание учебной дисциплины «Техногенные системы и экологический риск» при подготовке бакалавров по направлению «Экология и природопользование» [2] требует особого внимания и применения новейших образовательных технологий по целому ряду причин.

Направление «Техногенные системы и экологические риски, с ними связанные», как предмет научных исследований, является крупной междисциплинарной областью знаний, вбирает в себя соответствующие методы и разделы частных наук. Понятие риска – одно из самых широко применяемых в текущей литературе. Риск представляет собой одну из фундаментальных категорий междисциплинарной природы. Сама жизнь и происходящие повсеместно события являются источником пополнения наших знаний об антропогенезе и негативном воздействии техногенного фактора на окружающую среду и здоровье человека. Растет число природных и техногенных катастроф в мире и объем информации о них, что стимулирует бурный рост развития научных исследований в данной области. Освоение данного курса идет параллельно с синтезом нового знания. Курс очень важен для студентов как с общемировоззренческих, так и с узкопрофессиональных позиций.

У науки о рисках, как у всякой развивающейся науки, еще только формируется понятийный аппарат. Как у всякой не устоявшейся области знаний, неизбежен разнобой в терминологии. Квалифицированная оценка экологического риска требует от эколога инженерных знаний, знаний основ экотоксикологии, безопасности жизнедеятельности и еще множества узких и широких вопросов из самых различных областей знаний – географии, биологии, правовых основ природопользования и т.д.

Сложность заключается еще и в том, что техногенные системы многообразны, поэтому невозможно дать студентам исчерпывающую информацию «на все случаи жизни». И, наконец, чрезвычайно широк круг рассматриваемых в курсе проблем. Необходимо оценивать последствия и научиться предвидеть самые разнородные опасности, начиная от использования некачественных косметических препаратов и заканчивая оценкой риска аварий на атомных АЭС.

В рабочей программе и учебном пособии по дисциплине [3] подчеркивается, что будущий бакалавр должен понимать принципы и основы взаимодействия «здоровье – окружающая среда», владеть определёнными знаниями в области геологии, химии, биологии, токсикологии, эпидемиологии, необходимыми для работы в этих сферах, уметь применять методики, связанные с оценкой экологических рисков в рамках междисциплинарного подхода, активно участвовать в управлении экологическими рисками.

Таким образом, содержание и структура курса слабо поддаются формализации и структурированию. Можно было предположить, что использование современных компьютерных технологий поможет лучшему усвоению материала, повышению его доходчивости и восприятия.

Создание экспертно-обучающих систем – инновационный и перспективный подход к разработке интерактивных методов обучения и использованию компьютерных технологий в образовании [7; 9].

Для активизации познавательной деятельности студентов и упрощения формализации профессиональных знаний нами применен алгоритмический подход [5]. Действительно, представление материала в виде алгоритма, использование наглядных и точных блок-схем позволяют существенно упростить путь усвоения знаний, упорядочить работу ума [4]. Алгоритмы играют огромную роль в истории человеческой деятельности в целом и в процессе умственной деятельности в частности. Алгоритм - это точно описанная последовательность действий или «шагов», ведущая к поставленной цели, будь то решение задачи или реализация какого-либо замысла. Чтобы алгоритм стал живым и наглядным, применен метод его проектирования – алгоритмический язык «Дракон». С математической точки зрения, это язык программирования, включенный в программу курса информатики высшей школы. С точки зрения пользователей - это язык доходчивости, наглядности, взаимопонимания, язык развития интеллекта. Он создавался для того, чтобы улучшить взаимопонимание специалистов разного профиля в больших коллективах разработчиков, когда для решения проблемы требуются специалисты из разных областей узкопрофессиональных знаний. Вышесказанное в полной мере относится к обсуждаемому курсу, основа которого - межпредметные связи, а путь для понимания – синтез естественно-научного и инженерного знания.

Рис. 1. Технология формализации учебной дисциплины

На рисунке 1 представлена технология формализации учебной дисциплины. Весь материал дифференцируется на теоретическую и практическую часть. Теоретическая часть представлена деревом теоретических модулей. Каждый теоретический модуль состоит из совокупности дидактических ресурсов, необходимых и достаточных для достижения учебных целей модуля. На рисунке 2 представлена «ветвь дерева» экологического риска, а именно классификация опасностей и рисков.

Рис. 2. Теоретический модуль «Классификация опасностей и рисков»

Алгоритмы, которые являются стержневой основополагающей частью автономного блока по модулю «Классификация опасностей и рисков», позволили упростить усвоение темы: классифицированы самые разнородные по характеру протекания и генезису негативные явления и события. Для этого выделен ряд классификационных признаков, и самые разнородные события (как потенциально возможные, так и имевшие место) находят свое место в предложенной классификации. При огромном фактическом материале, который постоянно пополняется в действительности, это чрезвычайно актуально для систематизации знаний. В перспективе предполагается, что возможность точно классифицировать негативные явления по ряду признаков в рамках данной классификации поможет в выборе методики оценки риска таких и аналогичных событий. Ведь сейчас оценка риска производится специалистами в самых различных отраслях знаний. Даже если говорить только об оценке риска, связанного с химическим загрязнением окружающей среды, подходы к оценке риска самые разнообразные: санитарно-гигиенический - оценка риска для здоровья человека; экологический - риски нарушений состояния биоты; инженерный - оценка вероятности наступления самих таких событий и т.д.

Вся практическая часть разбита на автономные блоки, обеспечивающие формирование умений разного уровня. Стержневым элементом автономного блока является алгоритм. Каждый шаг алгоритма преподаватель-разработчик увязывает с дидактическими ресурсами теоретических модулей, автономными блоками нижнего уровня и справочными материалами. В результате достигается интеграция опорных дифференцированных знаний, приобретенных умений и справочных ресурсов на каждом шаге практической профессиональной деятельности. На рисунке 3 представлены классы задач, решаемых в процессе освоения дисциплины.

Рис. 3. Классы задач по курсу «Техногенные системы и экологический риск»

Тем самым мы сознательно дифференцируем и практическую и теоретическую часть на слоты [6; 10], а затем выбираем и комбинируем нужные слоты под конкретную цель шага, что делает этот шаг практической профессиональной деятельности осознанным и понятным. Ограниченная совокупность необходимых и достаточных ресурсов на каждом шаге благоприятно влияет на психику обучающихся и создает комфортные условия процесса обучения для студента. Преподаватель–обучающий, со своей стороны, также имеет возможность мониторинга на каждом шаге, причем для каждого студента в отдельности, и, следовательно, возможность оперативно отреагировать на деятельность студента. Преподаватель–разработчик имеет возможность по результатам мониторинга внести коррекцию в содержание автономного блока. На примере автономного блока «Оценка риска для здоровья» (рис. 4) показана технология формализации содержания фрагмента учебной дисциплины.

Рис. 4. Алгоритмизированная схема оценки риска здоровью:

ПВВ – потенциально вредные вещества; ЭВВ – эмиссия вредных веществ; ПОВ – потенциально опасные вещества; НОВ – наиболее опасные вещества; LADD – среднесуточная доза в течение жизни (Live Average Daily Dose); КО – коэффициент опасности; R инд – индивидуальный канцерогенный риск

Таким образом, вовлечение студента в предложенную технологию обучения делает его активным участником процесса синтеза новых знаний, позволяет вывести на уровень активного партнерского взаимодействия с однокурсниками, преподавателями и группой разработчиков. Чтение курса в аудитории с обратной связью позволяет контролировать усвоение материала непосредственно в процессе лекции с помощью широкого набора обучающих, диагностирующих, итоговых тестов, тестов-тренажеров. Наличие обратной связи со студенческой аудиторией побуждает познавательную активность студентов, что стимулирует преподавателей и разработчиков к дальнейшей систематизации материала.

Рецензенты:

Дутова Е.М., д.г.-м.н., профессор кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;

Язиков Е.Г., д.г.-м.н., профессор кафедры геоэкологии и геохимии ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.


Библиографическая ссылка

Осипова Н.А. АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ПРЕПОДАВАНИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕХНОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК» // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19716 (дата обращения: 27.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074