Что такое знания?
advertisement
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИЯ ЗНАНИЙ В РАЗРАБОТКЕ АПИМ В.Н. Козлов, А.С. Масленников, В.Н. Кимков В.Л. Петров ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1 Технология – форма движения материи прогрессирующей и управляемой человеком природно-социальной совокупности процессов целенаправленного изменения различных форм вещества, энергии, информации. 2 «Технология по С.С. Гусеву» – это некоторый способ человеческого отношения к окружающей действительности, порожденный практической ориентированностью познания. 3 Технология по В.П. Каширину прогрессирующая и управляемая человеком природно-социальная совокупность процессов целенаправленного изменения различных форм вещества, энергии и информации, протекающая в различных системах в соответствии с их специфическими законами строения и функционирования 4 Технология по А.И. Ракитову охватывает: инструментальную систему, совокупность операционных процедур; систему деятельности, детерминированную инструментальной системой и систему управления деятельностью и т.д. 5 Технология по Д. Гелбрейту 6 Технология в рамках современной науке ученого систематизированное применение научного (организованного) знания для решения практических задач представляется как склонность и в уникальном событии искать повторяющиеся черты», «стандарт технологии» фактор, порождающий новое знание Интеллект – способность к мышлению и рациональному познанию. Интеллектуальный потенциал личности – уровень интеллекта. Информационный потенциал – совокупность знаний. «Интеллектуально-информационный дуализм» - двойственный смысл интеллектуального и информационного потенциалов личности. Информационный потенциал Информационный потенциал Интеллектуальный потенциал Интеллектуальный ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА потенциал Структура интеллектуального и информационного потенциалов СОЗДАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Формирование трех составляющих: моделей объектов предметной области, методов анализа объектов, методов синтеза новых объектов, формируемых интеллектуальными технологиями. Синтез новых объектов методами Математические и информационные математики и модели объектов предметной области информатики анализ объектов Триада «модели – анализ – синтез» - объект интеллектуальных технологий ТЕОРИЯ ЗНАНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ (как можно создавать содержание !) Теория Метод Объекты Категории Базисные категории совокупность методов. направленная совокупность операций над объектами. основные категории научных знаний и дисциплин. области знаний и образовательной дисциплины минимальные семейства категорий: – базисные объекты: понятия, законы и др. как минимальная система образующих исходных понятий, законов и др.; – базисные операции (действия) как минимальную систему необходимых операций над понятиями; – базисные методы как направленные совокупности базисных операций над базисными объектами (понятиями, явлениями и др.). Базисные категории можно вводить рекурсивно. Пример. Базисные объекты различных уровней: числа и независимые числовые переменные; числовые функции (операторы, отображений), отображающие числовые множества друг на друга; уравнения, неравенства, включения, сравнения (синтетические конструкции), задающие отношения равенства, неравенства, «включенности», «сравнения» между числовыми переменными (среди которых могут быть неизвестные); абстрактные конструкции современной алгебры, функционального анализа, аксиоматические построения, где наиболее высока понятийная роль базисных категорий. Базисные операции различных уровней: алгебраические операции над числами, функциями; функциональные преобразования; операции предельного перехода, которые являются основой для введения важных операций дифференцирования и интегрирования числовых функций; разложение функций по базисным элементам. Технология математического творчества Принципы математического творчества Категоризация базисных моделей Определение базисных методов (динамизм) Системность Единство Психологическая готовность Историзм Принципы математического творчества ПРИНЦИПЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ИНТ) И ТЕОРИИ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ (ТНЗ) (как формируются ИНТ) ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ принцип целостности принцип идентифицируемости принцип алгоритмичности принцип передачи принцип генерации принцип вариативных фундаментов Системный подход к ИНТ базируется на принципах: • «принцип целостности» как рассмотрение ИНТ в виде полного набора интеллектуализующих методов; • «принцип идентифицируемости» как возможность выявления сущности ИНТ, используемых в науке; • «принцип алгоритмичности» как представление ИНТ методов совокупностью операций (этапов или шагов); • «принцип передачи» как возможность формирования ИНТ у обучающихся; • «принцип генерации» как возможность применения ИНТ для создания новых объектов научного труда. ПРИНЦИПЫ ТЕОРИИ ЗНАНИЙ И ОБРАЗОВАНИЕ «Что такое знания?» Иерархия фундаментов интеллектуальных технологий: – гуманитарный фундамент как общий тип фундамента; – фундаменты областей научных знаний – математических, естественно-научных, физических, химических и др.; – фундаменты отраслевых научных знаний; – фактологический фундамент как основа системы знаний; Содержание учебной дисциплины – это «проекция» содержания научной области знания на содержание учебной дисциплину соответствующего профиля. Области знаний Типы фундаментов Математический фундамент Гуманитарный фундамент Фактологический фундамент ... Физический фундамент МАТЕМАТИКА Гуманитарные науки Физика Классическая математика Математические гуманитарные науки Математическая физика Гуманитарноматематические науки Фактологическая математика ... Физическая математика Классические гуманитарные науки Гуманитарнофизические науки Фактологические гуманитарные науки ... Фактологическая физика ... Классическая Физика МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН («Чему учатся студенты, как и чему их учат преподаватели ?») Содержание учебных дисциплин – это реализация трех категорий научных областей знаний в содержание учебных дисциплин. «б а з и с н ы е объекты» «б а з и с н ы е операции» базисные понятия, явления и другие базисные составляющие различного уровня сложности; над базисными объектами, представляющие минимальную совокупность операций над базисными объектами различных уровней сложности; «б а з и с н ы е как минимальные целенаправленные методы» совокупности базисных операций различных уровней сложности, формирующие новые объекты различных уровней сложности. Пример. Первые системные обобщения в области научного знания принадлежат великому русскому химику Д.И. Менделееву, которому удалось создать систему, «синтезирующую новые знаний» ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИЯ ЗНАНИЙ В ОБРАЗОВАНИИ РОССИИ (какова роль интеллектуальных технологий в российском образовании?) Компетентность Компетенции – интегральная совокупность компетенций – это знания, умения, навыки (ЗУН) в определенной профессиональной области и социально-личностные качества, обеспечивающие успешность деятельности выпускников. КОМПЕТЕНТНОСТЬ СПОСОБНОСТЬ, ГОТОВНОСТЬ И НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЯТЬ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ, НАВЫКИ И СОЦИАЛЬНО-ЛИЧНОСТНЫЕ КАЧЕСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ УСПЕШНОСТЬ К определению компетентности Об актуальности разработки компетентностных моделей содержания образования (как использовать ИНТ и ТНЗ ?) Определения компетенций и компетентностей Авторы, источник Понятие «компетенция (competence)» необходимо для объяснения парадоксальной, весьма Дэвид К. Макклелланд распространенной ситуации, в которой высокие оценки по изученным учебным дисциплинам не прогнозировали ни успех выпускников учебных заведений в жизни, ни эффективное выполнение ими профессиональной деятельности. Компетенция – мотивированная способность к выполнению какой-то работы на приемлемом J. Raven уровне. Четыре способа определения компетенций: «Глоссарий терминов рынка труда, – компетенции, основанные на параметрах личности; разработки образовательных – компетенции, основанные на выполнении задач и деятельности; программ и учебных планов» – компетенции, основанные на выполнении производственной деятельности; европейского фонда образования – компетенции, основанные на управлении результатами деятельности. Определение пяти ключевых компетенций, которыми должны обладать молодые европейцы: Совет Европы – политические и социальные компетенции для развития демократических институтов; – компетенции для жизни в поликультурной среде; – мастерство устной и письменной коммуникации; – компетенции доступа к информации; – способность учиться на протяжении всей жизни. Компетенция – понятие, охватывающее способности, готовности, знание, поведение, С. Адам, Г. Влуменштейн и др. необходимые для определенной деятельности (профессиональные, методические и социальные компетенции). Компетенция интерпретируется как потенциал ситуативно-адекватной возможности Стандарты в европейском деятельности в весьма широко рассматриваемых полях. профессиональном образовании: Компетенция – это образовательный успех относительно конкретного обучающегося, его характеристики способностей и пригодностей к собственно ответственному действию в широком контексте компетентностного подхода профессиональных, культурных, экономических и социальных отношений. Определяется три типа компетенций: Учебный план – профессиональные, (стандарт), принятый в Германии – личностные (персональные), 1 декабря 2000 года – социальные. Профессиональные компетенции означают готовность и способность выпускников на основе знаний и умений целесообразно (в соответствии с требованиями «дела»), методически организованно и самостоятельно решать соответствующие проблемы и задачи, а также оценивать результаты своей деятельности. Личностные (персональные) компетенции представляют собой готовность и способность индивидуума осмысливать, самооценивать и презентировать шансы своего развития, принимая во внимание требования и ограничения со стороны семьи, профессии и общественной жизни; кроме того, эти компетенции включают в себя способность проявлять свои дарования, осмысливать и развивать свои жизненные планы и амбиции. Личностные (персональные) компетенции охватывают такие личностные качества, как самостоятельность, критическое конструктивное мышление, надежность, самоуважение, осознание ответственности и долга. К их числу также принадлежат развитые осознанные ценностные представления и саморефлектирующая ориентация на ценности. Социальные компетенции означают готовность и способность формироваться и жить в социальном взаимодействии, учитывать изменения и потребности в самоадаптации, понимать и соблюдать правила и принципы рациональной дискуссии, ведущей к достижению согласия с другими. В рамках проекта была предпринята попытка определить набор компетенций общих для всех степеней. Проект «настройка образовательных Первоначально был составлен список 85 умений и компетенций, выделенных как значимые институтами высшего структур» (европейская комиссия, образования и компаниями. европейская ассоциация университетов, в По рабочей классификации были выделены три категории компетенций: проекте приняли участие университеты – инструментальные, из всех стран-участниц Болонского – межличностные, процесса) – системные. Инструментальные компетенции – когнитивные способности, способность понимать и использовать идеи и соображения; методологические способности, способность понимать и управлять окружающей средой, организовывать время, выстраивать стратегии обучения, принятия решений и разрешения проблем; технологические умения, умения, связанные с использованием техники, компьютерные навыки и способности информационного управления; лингвистические умения, коммуникативные компетенции. Конкретизированный набор компетенций: – способности к анализу и синтезу; – способность к организации и планированию; – базовые общие знания; – базовые знания по профессии; – коммуникативные навыки в родном языке; – элементарные компьютерные навыки; – навыки управления информацией (способность извлекать и анализировать информацию из различных источников); – способность решать проблемы; – способность принимать решения. Компетенции: Tuning project – инструментальные компетенции, включающие когнитивные, методологические способности, технологические и лингвистические умения, связанные со способностью выражать чувства, способностью к критике и самокритике, а также с социальными умениями, такими как умение работать в команде и т.д.; системные компетенции как умения и способности, касающиеся целых систем. Виды компетенций: Компетентностная – ключевые (key skills), модель в образовании Великобритании – активные (core skills), – базовые (base skills). Компоненты компетентности: Компетентностная – компетенции, которые выполняет з н а н и е по отношению к человеческой деятельности: модель в образовании США, профессор Дж. Стретч - знание-описание (описание окружающего мира и внутреннего состояния человека); – знание-объяснение (выход на теоретический уровень); – синтезированное (или системное) знание (синтез знаний, чтобы они стали единым целым); – знание-предсказание (прогноз); – знание-intervention (активное вмешательство в процесс); – контролирующее знание (управление процессом познания); – у м е н и я: – умения мыслить критически, – кооперативные умения, то есть умения существовать в коллективе и работать в команде, – умения делать осознанный и правильный выбор… Компетенции – это личностные качества, необходимые для выполнения определенных функций, решения определенных М. Мелия, генеральный директор компании «ММзадач именно в данной организации. КЛАСС» Деятельностные (профессиональные) компетенции – это готовность и способность целесообразно действовать в В.И. Байденко соответствии с требованиями дела; методически организованно и самостоятельно решать задачи и проблемы, а также самооценивать результаты своей деятельности. Три основные группы компетентностей: В.И. Байденко – общие, – профессиональные, – академические. Трудовая компетенция означает успешность решения набора сходных задач профессиональной деятельности на основе С.А. Маруев имеющихся знаний, умений, навыков необходимых черт личности. Классификация компетенций: – ключевые, независимые от области профессиональной деятельности и присущих, в идеале, всем членам общества; – профессиональные, обеспечивающие основу для выбранной области деятельности; – трудовые, связанные с выполнением работы на конкретном рабочем месте. Для формирования компетенций каждого следующего уровня используются компетенции верхнего уровня. Технологическая компетенция – это владение знаниями, навыками и способностями для решения набора сходных профессиональных задач с использованием конкретной технологии. Обобщенная статическая модель компетентности специалиста (актуализация компетенций) представляет собой матрицу, каждой ячейке которой соответствует множество имеющихся компетенций определенного класса. Классы компетенций (строки матрицы): ключевые, профессиональные, трудовые. Классы компетенций (столбцы матрицы): социальные, персональные, технологические. Последнее описание можно рассматривать как системную характеристику компетенций (прим. авторов). К о м п е т е н т н о с т ь – актуальное, формируемое личностное качество, основывающаяся на знаниях, интеллектуально- и личностно-обусловленная социально-профессиональная характеристика человека. Компетенция – предметная область, в которой индивид хорошо осведомлен и в которой он проявляет готовность к выполнению деятельности. К о м п е т е н т н о с т ь – интегрированная характеристика качеств личности, результат подготовки выпускника вуза для выполнения деятельности в определенных областях (компетенциях). Виды компетенций применительно к педагогической профессии: – общекультурные, – методологические, – предметно-ориентированные. К о м п е т е н т н о с т ь – это интегральное свойство личности, характеризующее его стремление и способность (готовность) реализовать свой потенциал (знания, умения, опыт, личностные качества и др.) для успешной деятельности в определенной области. Три основные г р у п п ы к о м п е т е н т н о с т е й : – компетентность в общенаучной сфере, являющаяся базой соответствующей профессии, – компетентность в широкой (инвариантной к различным специальностям) области профессиональной деятельности; – компетентность в узкой (специальной) области профессиональной деятельности. П р о ф е с с и о н а л ь н о – п е д а г о г и ч е с к а я к о м п е т е н т н о с т ь реализуется через пять элементов или видов компетентностей: – специальная и профессиональная компетентность в области преподаваемой дисциплины; – методическая компетентность в области способов формирования знаний, умений у учащихся; – социально-педагoгическая компетентность в области процессов общения; – дифференциально-психологическая компетентность в области мотивов, способностей, направлений учащихся; – аутопсихологическая компетентность в области достоинств и недостатков собственной деятельности и личности. Элементы с т р у к т у р ы профессиональной к о м п е т е н т н о с т и учителя: – профессиональные психологические и педагогические знания; – профессиональные педагогические умения; – профессиональные психологические позиции, установки учителя, требуемые от него профессией; личностные особенности, обеспечивающие овладение учителем профессиональными знаниями и умениями. Н. Хомский, И.А. Зимняя Ю.В. Фролов, Д.А. Махотин Ю.Г. Татур Н.В. Кузьмина А.К. Маркова ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИИ ЗНАНИЙ В НАЦИОНАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УНИВЕРСИТЕТАХ Принципы применения интеллектуальных технологий в национальных исследовательских университетах. Основу образования и научной деятельности НИУ составляют инновационная и исследовательская направленность. ЗАДАЧИ НИУ: инновационные и исследовательские технологии НИУ реализуют: Подготовка кадров для разработки перспективных технологических укладов на основе: Структура технологий - ориентацией подготовки кадров для обеспечения приоритетных направлений развития науки и техники, утвержденные Президентом Российской Федерации. - прогнозирования новых технологических укладов в научных и образовательных областях; - создания адекватных стандартов образования, научной, международной и других видов деятельности НИУ; - разработки и внедрения инновационных технологий обучения и контроля на основе согласованных моделей содержания теории знаний и интеллектуальных технологий. определяется системными принципами подготовки кадров, которые сформулированы выше Высокие интеллектуальные технологии (ВИТ) – совокупность организационных мероприятий, методов, системных средств, технологических установок, направленных на формирование новых знаний за рамками известных технологий, когда имеется системная ориентация личности в рамках известных технологий с целью получения интеллектуального продукта для решения задач приоритетных направлений развития науки и формирования перспективных технологических укладов. Весьма значимыми для интеграции образования и науки являются соответствующие эталоны и стандарты естественнонаучных и технических областей знания. В первом случае стандарты и эталоны знаний создаются преимущественно в классических университетах, а во втором – в технических университетах, соединяющих идею классического университетского образования с техникой. «Критерии инновационности» определяют критерии отличий классической исследовательской деятельности от инновационной исследовательской деятельности, позволяющих: формировать объекты с принципиально новыми или существенно лучшими качественными свойствами на основе известных законов, явлений, принципов или методов. создать объекты опережающих технологических укладов; создать объекты инноваций в сферах науки, техники или технологий, которые отличаются инновационными качествами от известных объектов новыми законам, явлениям, принципам или методами функционирования Средства обеспечения инновационности «Структурный принцип». Декомпозиция проблемы и агрегирование подпроблем является одним из важнейших принципов: – декомпозиция предполагает анализ и получение оценки проблемы на основе изучения свойств ее частей; – агрегирование – метод исследования на основе объединения подзадач в единую задачу. «Взаимосвязанность и согласованность подпроблем» необходима для учета всех свойств целого, разделенного на части:.– принцип согласования взаимодействий; – принцип развязывания взаимодействий; – принцип прогнозирования взаимодействий. «Принцип целеполаганий и ограничений». Цели и ограничения – главные категории принципа целеполагания, используемые для формулировки задач. «Принцип допустимости, рациональности и оптимальности». «Принцип ориентации на качественный результат». «Интегрированный триадный принцип – «целеполагание–средство–результат». Данный принцип требует рассмотрения проблемы в обобщенном варианте, когда анализируются:– соответствие целей и средств достижения целей; – несоответствие целей и средств достижения целей; – соответствие целей и результатов; – несоответствие целей и результатов; – соответствие средств и результатов; – несоответствие средств и результатов. «Принцип идентификация согласованности «целей– средств–результатов»:– соответствие целей средствам, которые требуется идентифицировать; – соответствие средств необъявленным целям, которые необходимо идентифицировать для обеспечения корректности схемы принятия решений с учетом идентифицированных целей; – ситуации несогласованности, которые поддаются идентификации или формированию вариантов целей и средств. СИСТЕМНО-ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЕТЕНТНОСТНЫЙ ФГОС ВПО ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ, ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ И ИННОВАЦИОННЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ БАКАЛАВРОВ И МАГИСТРОВ (НА БАЗЕ ОПЫТА ГОС ВПО 2007 г.) Результаты деятельности и структура компетенций БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ: 1.1. Компетенции в области теории знаний, (умений и навыков): - понятия и модели, - операции и методы (КТЗ) 1.2. Компетентность как готовность и необходимость применять знания, умения и навыки (КПЗУН) Г С Э Д КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА Математи Инновати Физика Химия ка ка Б.1.1.1.1: КТЗ на базе историкологических моделей знаний математик и Б.1.1.2.1: КПТЗ в сфере решения учебных задач математик и Б.1.1.2.1: КТЗ на базе историкологических моделей физики Б.1.1.2.2: КПТЗ в сфере решения учебных задач физики Б.1.1.1.3: КТЗ на базе историкологических моделей химии Б.1.1.3.2: КПТЗ в сфере решения учебных задач химии КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Математи Инновати Физика Химия ка ка Б.1.1.1.4: М.1.1.1.1: КТЗ на КТЗ на базе в базе области категоритехнологи альноческих логичесукладов и ких нововве- моделей дений математик Б.1.1.2.4:К и ПТЗ М.1.1.2.1: для КПТЗ анализа в сфере поколений решения техники новых задач математик и М.1.1.1.2: КТЗ на базе категориальнологических моделей физики М.1.1.2.2: КПТЗ в сфере решения новых задач физики М.1.1.1.3: КТЗ на базе категориальнологических моделей химии М.1.1.2.3: КПТЗ в сфере решения новых задач химии М.1.1.1.4: КТЗ в области технологи формирования технологи й М.1.1.2.4: КПТЗ в постановк еи методов решения задач нововведений Продолжение Результаты деятельности и структура компетенций АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЙ: 2.1. Профессиональные базовые компетенции (ПБК) 2.2. Межотраслевые компетенции (МК) Г С Э Д КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА Математик Физика а Химия Б.2.2.1.1: ПБК по анализу и синтезу учебных математических отрасле-вых задач Б.2.2.2.1: МК для понимания основ межотраслевых учебных моделей математики Б.2.2.1.3: ПБК по анализу и синтезу учебных химических отраслевых задач Б.2.2.2.3: МК для понимания основ межотраслевых учебных моделей химии Б.2.2.1.2: ПБК по анализу и синтезу учебных физических отраслевых задач Б.2.2.2.2: МК для понима-ния основ межотраслевых учебных моделей физики КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Инноватик Математик Физика а а Б.2.2.1.4:П БК по анализу и синтезу учебных инновационных отрасле-вых задач Б.2.2.2.4: МК для анализа учебных критических технологий отраслей М.2.2.1.1: ПБК для анализа межотраслевых ма тематическ их задач М.2.1.1.2: МК для анализа реальных межотраслевых моделей математики М.2.2.1.2: ПБК для анализа межотраслевых физичес-ких задач М.2.1.2.2: МК для анализа реальных межотраслевых моделей физики Химия М.2.2.1.3: ПБК для анализа межотраслевых химичес-ких задач М.2.1.3.2: МК для анализа реальных межотраслевых моделей химии Инноватик а М.2.2.1.4: ПБК для анализа инновационных межотрасле вых задач М.2.2.2.4. МК для анализа реальных критических технологий отраслей Продолжение Результаты деятельности и структура компетенций ПРИМЕНЕНИЕ НАУЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: 3.1. Интегрированные компетенции и технологии (ИКТ) 3.2. Компетенции по оценке качества технологий (КОТ) Г С Э Д КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА Математик Физика а Б.3.3.1.1: ИКТ по синтезу учебных моделей матема-тики Б.3.3.2.1: КОТ моделей математики и технологий Б.3.3.1.2: ИКТ по синтезу учебных моделей физики Б.3.3.2.2: КОТ моделей физики и технологий Химия Б.3.3.1.3: ИКТ по синтезу учебных моделей химии Б.3.3.2.1: КОТ моделей химии и техноло-гий КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Инноватик Математик Физика а а Б.3.3.1.4: ИКТ по синтезу учебных моделей инноватики Б.3.3.2.4: КОТ по менеджмен -ту оценки моделей и технологий М.3.3.1.1: ИКТ по синтезу интегрированных моделей математики М.3.3.2.1: КОТ по анализу оценок математики и критериев инновационности М.3.3.1.2: ИКТ по синтезу интегрированных моделей физики М.3.3.2.2: КОТ по анализу оценок физики и критериев инновационости Химия Инноватик а М.3.3.1.3: М.3.3.1.4: ИКТ по ИКТ по синтезу творчесинтегриким рованных решениям моделей инновахимии ционных М.3.3.2.3: задач КОТ М.3.3.2.4: по анализу КОТ оценок по химии и критериям оценок и инновацион критериев -ности инноваци- учебных онности проектов Продолжение Результаты деятельности и структура компетенций 4. ИННОВАЦИОНН ЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: 4.1. Компетенции по управлению проектами и менеджменту (КУПМ) 4.2. Компетенции по генерации знаний и технологий (КГЗТ) Г С Э Д КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА Математ Физика ика Химия Б.4.4.1.1: Б.4.4.1.2: Б.4.4.1.3: КУПМ КУПМ КУПМ по по по анализу анализу анализу технологи технологи технологи й й й математи физики химии ки Б.4.4.2.2: Б.4.4.2.3: Б.4.4.2.1: КГЗТ по КГЗТ по КГЗТ по адаптации адаптации адаптации и и и разработк разработк разработк е учебных е учебных е уче- моделей моделей бных физики химии моделей математи ки КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Инноват Математ ика ика Физика Химия Б.4.4.1.4: М.4.4.1.1: М.4.4.1.2: М.4.4.1.3: КУПМ КУПМ КУПМ КУПМ по по по по разработк синтезу синтезу синтезу е и технологи технологи технологи управлен й й й ию математи физическ химическ инноваци ческих их их ями моделей моделей моделей Б.4.4.2.3: М.4.4.2.1: М.4.4.2.2: М.4.4.2.3: КГЗТ по КГЗТ по КГЗТ по КГЗТ по генерации разработ- разработ- разработк знаний и ке ке е техноло- реальных реальных реальных гий моделей моделей моделей творчеств математи физики химии а ки Инноват ика М.4.4.1.4: КУПМ по инноваци онному проектирован ию М.4.4.2.4: КГЗТ по генерации знаний, технологий творчеств а БАЗИСНЫЕ КОМПЕТЕНТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ЗНАНИЙ, УМЕНИЙ И НАВЫКОВ ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ ЗНАНИЙ Общая структура методов теории знаний основана на дифференциации образовательных программ и содержания дисциплин (модулей) на основе моделей: - «исторической логики (ИЛ)»; - «категориальной логики (КтЛ)»; - «системной логики» (СЛ); - «концептуальной логики (КнЛ)» Формы представления знаний методами теории знаний Формы представления Методы Историкологический метод (ИЛМ) Категориальнологический метод (КтЛМ) Системнологический метод (СЛМ) Концептуальнологический метод (КнЛМ) Фактологическая форма (ФФ) представления содержания Классическая форма (КФ) представления содержания Базисная Форма (БФ) представления содержания ФФ ИЛМ КФ ИЛМ БФ ИЛМ ФФ КтЛМ КФ КтЛМ БФ КтЛМ ФФ СЛМ КФ СЛМ БФ СЛМ ФФ КнЛМ КФ КнЛМ БФ КнЛМ Базисные концептуально-логические КЗУН теории знаний включают следующие группы категорий: – базисные концептуально-обобщенные объекты, – базисные концептуально-обобщенные операции и их результаты, – базисные концептуально-обобщенные методы, Теория знаний в разработке квалиметрии и АПИМ для оценки уровня сформированности компетенций. Неоднозначность понимания содержания преподавателями и обучающимися приводит к «понятийному дуализму (плюрализму)», который может иметь многочисленные формы. Сущность «понятийного дуализма» определяется противоречиями 1 2 «модель содержания дисциплины для преподавателей» «модель содержания дисциплины для обучающихся» «неоднозначность понимания моделей» «неопределенность моделей» «отсутствие моделей содержания» «обучение фактологии» (работа на память) Пример. В течение ряда лет фирма Microsoft проводила конкурс среди студентов вузов по программированию, в котором побеждали студенты технических вузов. Однако в один из последних годов задания на олимпиаде были существенно изменены. Эти задания формулировались примерно следующим образом: разработать программное обеспечение для безопасного управления полетами самолетов гражданской авиации в аэропортах Европы. Решение задачи требует применения иерархии технологий, определяющие «подводные и надводные части айсберга»: 1 2 3 4 –формулировка содержательной постановки проблемы, включающие цели, средства и результаты; – декомпозиция проблемы на математическом, физическом или концептуальном уровнях с учетом исторического развития логики решения аналогичных задач; – определение математических постановок задач и подзадач; – реализация предложенных решений в виде программного продукта. Пример. Фирма Samsung отдает предпочтение математикам для работы программистами, поскольку опыт показывает, что в течение одного-трех месяцев работы математики становятся высококвалифицированными программистами. Интервальные оценки степени владения различными логиками и компетенциями. Интервальные оценки уровней владения логиками мышления и компетенциями для различных образовательных и квалификационных групп Уровни Выпускник образования и средних квалификации школ Фактологическ ие логики и компетенции (ФЛК) Бакалавры Магистры, Кандидаты специалисты наук Доктора наук + + + + + ИЛ КЗУН + + + + + КтЛ КЗУН - - + + + СЛ КЗУН - - - + + КнЛ КЗУН - - - - + БАЗИСНЫЙ ПРИНЦИП В РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА Примеры базисных КЗУН. МАТЕМАТИКА 1. Линейная алгебра. Базисные категории: матрица; определитель; система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ); линейный оператор; собственные числа (СЧ) и собственные векторы (СВ) линейного оператора. Б а з и с н ы е о п е р а ц и и: совокупность операций над базисными категориями. Базисные методы: методы Крамера, Гаусса, обратной матрицы, КронекераКапелли для решения линейных алгебраических систем; методы вычисления СЧ и СВ матриц линейного оператора, решение СЛАУ общего вида. Приложения. СЛАУ применяются в векторной алгебре, аналитической геометрии, теории неопределенного интеграла, методе наименьших квадратов и других разделах математики. О с т а т о ч н ы е з н а н и я. П р и м е н е н и е. П е д а г о г и ч е с к и е и з м е р и т е л ь н ы е м а т е р и а л ы. 2. Производная и дифференциал функции одной переменной. Базисные понятия: производная, дифференциал, возрастание и убывание функции, локальный экстремум функции. Б а з и с н ы е о п е р а ц и и: совокупность операций над базисными категориями. Базисные методы: теоремы о производных и дифференциалах; необходимые и достаточные условия экстремума дифференцируемых функций; формула Тейлора для представления функции многочленом; методы вычисления неопределенностей; вычисление приближенных значений функции; правило Лопиталя для вычисления неопределенностей. Приложения. Дифференцирование применяется в математическом анализе, в естественных науках, экономике, инженерных дисциплинах и др. О с т а т о ч н ы е з н а н и я. П р и м е н е н и я. П е д а г о г и ч е с к и е и з м е р и т е л ь н ые м а т е р и а л ы. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 1.1. Электрические и магнитные цепи, электрические измерения. Базисные понятия, явления и элементы: электрический ток, напряжение, потенциал, электродвижущая сила (ЭДС), мощность, энергия, частота, фаза, сопротивление, индуктивность, электрическая емкость, проводимость, резонанс, электрическая цепь, электрическая схема, узел, ветвь, контур; магнитный поток, магнитная индукция, магнитодвижущая сила (МДС) гистерезис, магнитная цепь, магнитопровод. Б а з и с н ы е о п е р а ц и и: совокупность операций над базисными понятиями, явлениями и элементами. Базисные методы: методы теории функций комплексного переменного на основе различных представления комплексных чисел; методы решения линейных алгебраических систем с комплексными матрицами; методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений; методы временных диаграмм; векторный метод; комплексный метод; метод математического моделирования цепей на основе контурных токов; метод эквивалентных преобразований; метод узловых потенциалов; метод эквивалентного генератора. О с т а т о ч н ы е з н а н и я. П р и м е н е н и е. П е д а г о г и ч е с к и е и з м е р и т е л ь н ые м а т е р и а л ы. ЭЛЕКТРОНИКА Базисные понятия, явления и элементы: явление электронно-дырочной проводимости в полупроводниках; основные элементы электронных цепей: диод, тиристор, транзистор, микросхема, выпрямитель, инвертор, пульсации напряжений, фильтры, стабилизатор, импульсный преобразователь, усилитель, обратная связь, операционный усилитель, компаратор, триггер, счетчик импульсов, регистр, дешифратор, мультиплексор, микропроцессор. Б а з и с н ы е о п е р а ц и и: совокупность операций над базисными понятиями, явлениями и элементами. Базисные методы: методы моделирования статических характеристик электронных цепей с применением непрерывных или разрывных функций; методы математического моделирования процессов транзисторов Эберса-Мола и др.; методы дискретной математики для описания процессов в микросхемах; методы решения дифференциальных уравнений для анализа переходных и установившихся процессов в устройствах аналоговой и цифровой электроники; методы анализа электронных схем с применением ЭВМ. О с т а т о ч н ы е з н а н и я. П р и м е н е н и е. П е д а г о г и ч е с к и е и з м е р и т е л ь н ые м а т е р и а л ы. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕМАТИКИ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ, ОПЕРАЦИИ И МЕТОДЫ Математические понятия (объекты) Математические операции (действия) над объектами Математические методы (совокупность операций) Пример. Примеры нестрогих определений имеют вид: понятие шара иллюстрируется мячом; с понятием куба связано его представление в виде игральной кости; понятие окружности представляется ее моделью в виде обруча. Операции дифференцирования для различных заданий функций Объекты Операция 1 Дифференциро вание dy f x( x) dx у f ( x) 2 явно заданной функции: dy f xdx dx dx f x( x) f ( x, y ) 0 3 неявно заданной функции: f x( x, y ) f x f y yx 0, yx f x / f y у f (t ), x g (t ) 4 параметрически заданной функции: dy dx f t dt g t dt f t / g t Определения уравнений и неравенств Схема формирования различных классов уравнений и неравенств в математике Операции Алгебраические операции над конструкциями математики Дифференцирование конструкций математики Интегрирование конструкций математики Функциональные преобразования конструкций математики Сравнения по модулю объектов математики Ур а в н е н и я Алгебраические уравнения Неравенства Алгебраические неравенства Дифференциальные уравнения Интегральные уравнения Функциональные уравнения Дифференциальные неравенства Интегральные неравенства Функциональные неравенства Уравнения-сравнения Неравенства-сравнения Обратные технологии интервальные оценки уровней сформированности знаний, умений и навыков Пример. Пусть задачи поставлены таким образом, что требуется не только умение решать задачи, но и формировать их. Как упоминалось выше, весьма эффективно при этом использовать «обратные технологии». Обратные технологии – это технологии, которые использованы при формировании (составлении) исходных задач, причем владение обратными технологиями весьма важно для получения осознанного высшего или среднего образования. ТОЧКА ПРЯМАЯ ФИГУРА Определение точки Определение прямой Определение фигуры Обратные технологии как «технологии генерации задач», когда по указанным плоским «траекториям заданных классов» могут перемещаться объекты с заданными скоростями, для которых можно определить «точки встречи», «условия развязки» и др. Это иллюстрирует «прозрачность» обратных технологий формирования задач. Обратные интеллектуальные технологии для задач геометрии Операции Объекты Сдвиг Точки Задачи: числовой прямой, 1) анализ расстояний между плоскости или пространства сдвинутыми точками отрезка числовой оси, плоскости, пространства 2) синтез заданных сдвигов точек по заданным ограничениям по расстоянию на прямой, плоскости или в пространстве Отрезки числовой оси, Задачи для отрезков: плоскости или пространства 1) анализ и синтез требований по заданным расстояниям или углам к граничным точкам сдвинутых отрезков на числовой оси, плоскости или в пространствах Плоскости в Задачи анализа и синтеза для алгебраических структурах сдвинутых плоскостей (линейных пространствах векторов или функций и др.) Многообразия Задачи анализа и синтеза для многообразий, преобразованных сдвигом Пересечение Задачи: 1) анализ расстояний между точками отрезка числовой оси, плоскости, пространства 2) синтез условий пересечения отрезков числовой прямой, плоскости, пространства Задачи для прямых: 1) анализ и синтез требований по условиям пересечения к граничным точкам отрезков на числовой оси, плоскости или в пространствах Задачи анализа и синтеза для пересекающихся плоскостей Задачи анализа и синтеза для пересекающихся многообразий понятийно-операциональная технология формирования комплекса задач Пример. Рассмотрим алгоритм формирования задач по алгебре, относящихся к разделам, связанных с решением уравнений, на основе схемы «понятия – операции»: Шаг 1: принимаем, что X = a. Шаг 2: sin X = sin (a). Шаг 3: ln | sinX | = ln |sin(a)|. Тогда ln | sinX | = b, и в результате можно получить один из вариантов задачи по формированию нелинейного алгебраического уравнения. Пример (технологии введения элементарных функций). Примеры формирования агрегатов Операции Функции «+» «–» sin x + сos x sin x – cos x сos x – sin x «*» sin x * сos x «/» tg x ctg x «EXP» exp(sin x) exp(cos x) К определению классических и «обобщенных» тригонометрических функций Окружность Эллипс Гипербола Экспонента Синусоида sin x – sin x – sh x – expsin x – Ssin x – классический эллиптически гиперболиче экспоненциа «синусоидаль (круговой) синус й синус ский синус льный синус ный» синус cos x – cos x – ch x – классический эллиптически гиперболиче (круговой) косинус й косинус ский косинус tg x, ctg x – tg x, ctg x – th x, cth x – классические эллиптически гиперболиче (круговые) тангенс е тангенс и ские тангенс и котангенс котангенс и котангенс txpcos x – экспоненциа льный косинус txptg x,expctg x – экспоненциа льные тангенс и котангенс Scos x – «синусоидаль ный» косинус Stg x, Sctg x – синусоидальн ые тангенс и котангенс Характеристика применения математического фундамента для описания базисных моделей методов общепрофессиональных дисциплин Математика Теоретические Схемо-техника как базисная основы наука электротехники Базисное понятие – уравнение Теория автоматическог о управления Системный анализ и принятие решений Уравнения систем Защита информации Уравнения электрических цепей Уравнения электронных цепей Уравнения динамики систем Вычисление пределов или производных Вычисление пределов или производных Вычисление пределов или производных Анализ асимптотическ их свойств Анализ предельных свойств Базисные Вычисление методы – частотных или интегральные передаточных преобразования характеристик Фурье или Лапласа Анализ частотных свойств, вычисление передаточных характеристик Вычисление асимптот процессов, вывод соотношений для частотных или передаточных функций Модели принятия решений с помощью частотных свойств Модели компьютерны х сетей на основе частотных свойств Базисные операции – lim, d/dt Уравнения компьютерны х сетей Генерация знаний в образовании и науке создает новые знания как деятельности интеллектуальные продукты в различных сферах человеческой ПРИНЦИПЫ ГЕНЕРАЦИИ ЗНАНИЙ: историчности аналогий экстраполирования системной категориальности интегративности другие принципы Оценки характеристик инновационных технологий генераций знаний Область знаний Математика Физика Химия Электроника Технологии генерации знаний 1.Историко-логические технологии. Характеристика новых знаний 1. Экстенсивные знания, 2. Системнологическиетехнологии Историко-логическая технология Интегрирующие технологии 2. Знания системнокатегориальной общности Экстенсивные результаты Историко-логические технологии Интегрирующие технологии Уравнения математической физики химических процессов Электронная эмиссия, полупроводниковые эффекты (приборы) Квантовые эффекты и квантовые вычисления на основе квантовой механики и вычислительных методов Интервальные оценки уровней компетентности и уровней интеллектуальных технологий выпускников Интервальные уровни владения компетенциями 1 Минимальный уровень сформированности компетенций (владение «прямыми технологиями») 2 Верхний уровень владения компетенциями как знаний, умений и навыков обеспечивает решение типовых задач, предусмотренных основными образовательными программами (ООП) ВПО соответствует владению «прямыми и обратными технологиями» как технологиями решения типовых и нестандартных задач. МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ «ИДЕНТИФИКАЦИИ – ОБУЧЕНИЯ – КОНТРОЛЯ» Моделирование – метод исследования на основе принципов подобия. Подобие в теории знаний реализуется на основе структур языков, грамматик, текстов и др. Интеллектуальные технологии: Модели знаний, умений, навыков (ЗУН) Объекты Операции Методы Теории (Об) (Оп) (Мет) (Т) 1. Идентификации моделей ЗУН (Ид) Ид Об Ид Оп Ид Мет Ид Т 2. Обучения моделям ЗУН (ОБ) ОБ Об ОБ Оп ОБ Мет ОБ Т 3. Навигации ЗУН (НВ) НВ Об НВ Оп НВ Мет НВ Т 4. Контроля ЗУН Кн Об Кн Оп Кн Мет Кн Т обучающихся (Кн) На основе квалиметрии каждого из этапов формируются оценки качества, структура оценок определяется дифференцированно по категориям или интегративно в целом Пример идентификации метода Гаусса для решения линейных уравнений. Метод Гаусса – это направленная последовательность линейных операций над строками матрицы линейной алгебраической системы, позволяющая преобразовать исходную матрицу к верхней треугольной матрице (основа прямого хода метода Гаусса). Пример идентификации методов решений уравнений на основе понятий собственных чисел и собственных элементов операторных уравнений. Метод решения – представление решения в виде линейной комбинации собственных элементов с параметрами, являющимися функциями от собственных чисел.
