ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕОРИЯ ЗНАНИЙ В РАЗРАБОТКЕ АПИМ В.Н. Козлов, А.С. Масленников, В.Н. Кимков В.Л. Петров
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1Технология – 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 систематизированное применение научного (организованного) знания для решения практических задач 6Технология в рамках современной науке ученого представляется как склонность и в уникальном событии искать повторяющиеся черты», «стандарт технологии» - фактор, порождающий новое знание
Информационный потенциал Интеллектуальный потенциал ОБРАЗОВАНИЕ Информационный потенциал Интеллектуальный потенциал НАУКА 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. 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 математики и информатики анализ объектов Математические и информационные модели объектов предметной области Триада «модели – анализ – синтез» - объект интеллектуальных технологий
ТЕОРИЯ ЗНАНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ (как можно создавать содержание !) Теория совокупность методов. Метод направленная совокупность операций над объектами. Объекты основные категории научных знаний и дисциплин. Категории области знаний и образовательной дисциплины Базисные категории 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 Категоризация базисных моделей Принципы математического творчества 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 МАТЕМАТИКА Гуманитарные науки Физика Математический фундамент Классическая математика Математические гуманитарные науки Математическая физика Гуманитарный фундамент Гуманитарно- математические науки Классические гуманитарные науки Гуманитарно- физические науки Фактологический фундамент Фактологическая математика Фактологические гуманитарные науки Фактологическая физика... Физический фундамент Физическая математика 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. «базисные объекты» базисные понятия, явления и другие базисные составляющие различного уровня сложности; «базисные операции» над базисными объектами, представляющие минимальную совокупность операций над базисными объектами различных уровней сложности; «базисные методы» как минимальные целенаправленные 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 – интегральная совокупность компетенций Компетенции – это знания, умения, навыки (ЗУН) в определенной профессиональной области и социально-личностные качества, обеспечивающие успешность деятельности выпускников. КОМПЕТЕНТНОСТЬ СОЦИАЛЬНО-ЛИЧНОСТНЫЕ КАЧЕСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ УСПЕШНОСТЬ ПРИМЕНЯТЬ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ, НАВЫКИ И СПОСОБНОСТЬ, ГОТОВНОСТЬ И НЕОБХОДИМОСТЬ К определению компетентности
Об актуальности разработки компетентностных моделей содержания образования (как использовать ИНТ и ТНЗ ?) Определения компетенций и компетентностейАвторы, источник Понятие «компетенция (competence)» необходимо для объяснения парадоксальной, весьма 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. Дэвид К. Макклелланд Компетенция – мотивированная способность к выполнению какой-то работы на приемлемом уровне. J. Raven Четыре способа определения компетенций: – компетенции, основанные на параметрах личности; – компетенции, основанные на выполнении задач и деятельности; – компетенции, основанные на выполнении производственной деятельности; – компетенции, основанные на управлении результатами деятельности. «Глоссарий терминов рынка труда, разработки образовательных программ и учебных планов» европейского фонда образования Определение пяти ключевых компетенций, которыми должны обладать молодые европейцы: – 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. Совет Европы Компетенция – понятие, охватывающее способности, готовности, знание, поведение, необходимые для определенной деятельности (профессиональные, методические и социальные компетенции). С. Адам, Г. Влуменштейн и др. Компетенция интерпретируется как потенциал ситуативно-адекватной возможности деятельности в весьма широко рассматриваемых полях. Компетенция – это образовательный успех относительно конкретного обучающегося, его способностей и пригодностей к собственно ответственному действию в широком контексте профессиональных, культурных, экономических и социальных отношений. Стандарты в европейском профессиональном образовании: характеристики компетентностного подхода
Определяется три типа компетенций: – профессиональные, – личностные (персональные), – 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. Учебный план (стандарт), принятый в Германии 1 декабря 2000 года В рамках проекта была предпринята попытка определить набор компетенций общих для всех степеней. Первоначально был составлен список 85 умений и компетенций, выделенных как значимые институтами высшего образования и компаниями. По рабочей классификации были выделены три категории компетенций: – инструментальные, – межличностные, – 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. Проект «настройка образовательных структур» (европейская комиссия, европейская ассоциация университетов, в проекте приняли участие университеты из всех стран-участниц Болонского процесса)
Компетенции: – 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. Tuning project Виды компетенций: – ключевые (key skills), – активные (core skills), – базовые (base skills). Компетентностная модель в образовании Великобритании Компоненты компетентности: – компетенции, которые выполняет з н а н и е по отношению к человеческой деятельности: - 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… Компетентностная модель в образовании США, профессор Дж. Стретч Компетенции – это личностные качества, необходимые для выполнения определенных функций, решения определенных задач именно в данной организации. М. Мелия, генеральный директор компании «ММ- КЛАСС» Деятельностные (профессиональные) компетенции – это готовность и способность целесообразно действовать в соответствии с требованиями дела; методически организованно и самостоятельно решать задачи и проблемы, а также самооценивать результаты своей деятельности. В.И. Байденко Три основные группы компетентностей: – общие, – профессиональные, – академические. В.И. Байденко Трудовая компетенция означает успешность решения набора сходных задач профессиональной деятельности на основе 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). С.А. Маруев
Компетентность – актуальное, формируемое личностное качество, основывающаяся на знаниях, интеллектуально- и личностно-обусловленная социально-профессиональная характеристика человека. Н. Хомский, И.А. Зимняя Компетенция – предметная область, в которой индивид хорошо осведомлен и в которой он проявляет готовность к выполнению деятельности. Компетентность – 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. Ю.В. Фролов, Д.А. Махотин Компетентность – 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 группы компетентностей: – 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. Ю.Г. Татур Профессионально – педагогическая компетентность 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. Н.В. Кузьмина Элементы структуры профессиональной компетентности 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. 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: - 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. Структура технологийопределяется 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 ГСЭДГСЭД КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Математи ка ФизикаХимия Инновати ка Математи ка ФизикаХимия Инновати ка БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ: 1.1. Компетен- ции в области теории знаний, (умений и навыков): - понятия и мо- дели, - операции и методы (КТЗ) 1.2. Компетент- ность как готовность и необходимость применять зна- ния, умения и навыки (КПЗУН) Б : КТЗ на базе историко- логичес- ких моделей знаний математик и Б : КПТЗ в сфере решения учебных задач математик и Б : КТЗ на базе историко- логичес- ких моделей физики Б : КПТЗ в сфере решения учебных задач физики Б : КТЗ на базе историко- логиче- ских моделей химии Б : КПТЗ в сфере решения учебных задач химии Б : КТЗ на базе в области технологи ческих укладов и нововве- дений Б :К ПТЗ для анализа поколений техники М : КТЗ на базе категори- ально- логичес- ких моделей математик и М : КПТЗ в сфере решения новых задач математик и М : КТЗ на базе категори- ально- логичес- ких моделей физики М : КПТЗ в сфере решения новых задач физики М : КТЗ на базе категори- ально- логичес- ких моделей химии М : КПТЗ в сфере решения новых задач химии М : КТЗ в области технологи формиро- вания технологи й М : КПТЗ в постановк е и методов решения задач нововве- дений
Результаты деятельности и структура компетенций ГСЭДГСЭД КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Математик а ФизикаХимия Инноватик а Математик а ФизикаХимия Инноватик а АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЙ: 2.1. Профессио- нальные базовые компетенции (ПБК) 2.2. Межотрас- левые компе- тенции (МК) Б : ПБК по анализу и синтезу учебных матема- тических отрасле-вых задач Б : МК для понимания основ межотра- слевых учебных моделей математики Б : ПБК по анализу и синтезу учебных физичес- ких отраслевых задач Б : МК для понима-ния основ межотра- слевых учебных моделей физики Б : ПБК по анализу и синтезу учебных химичес- ких отраслевых задач Б : МК для понимания основ межотра- слевых учебных моделей химии Б :П БК по анализу и синтезу учебных иннова- ционных отрасле-вых задач Б : МК для анализа учебных критичес- ких технологий отраслей М : ПБК для анализа межотра- слевых ма тематическ их задач М : МК для анализа реальных межотра- слевых моделей математики М : ПБК для анализа межотра- слевых физичес-ких задач М : МК для анализа реальных межотра- слевых моделей физики М : ПБК для анализа межотра- слевых химичес-ких задач М : МК для анализа реальных межотра- слевых моделей химии М : ПБК для анализа иннова- ционных межотрасле вых задач М МК для анализа реальных критичес- ких техноло- гий отраслей Продолжение
Результаты деятельности и структура компетенций ГСЭДГСЭД КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Математик а ФизикаХимия Инноватик а Математик а ФизикаХимия Инноватик а ПРИМЕНЕНИЕ НАУЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: 3.1. Интегриро- ванные компетенции и технологии (ИКТ) 3.2. Компете- нции по оценке качества технологий (КОТ) Б : ИКТ по синтезу учебных моделей матема-тики Б : КОТ моделей матема- тики и техноло- гий Б : ИКТ по синтезу учебных моделей физики Б : КОТ моделей физики и технологий Б : ИКТ по синтезу учебных моделей химии Б : КОТ моделей химии и техноло-гий Б : ИКТ по синтезу учебных моделей иннова- тики Б : КОТ по менеджмен -ту оценки моделей и техноло- гий М : ИКТ по синтезу интегри- рованных моделей математики М : КОТ по анализу оценок матема- тики и критериев инноваци- онности М : ИКТ по синтезу интегри- рованных моделей физики М : КОТ по анализу оценок физики и критериев иннова- ционости М : ИКТ по синтезу интегри- рованных моделей химии М : КОТ по анализу оценок химии и оценок и критериев инноваци- онности М : ИКТ по творчес- ким решениям иннова- ционных задач М : КОТ по критериям инновацион -ности учебных проектов Продолжение
Результаты деятельности и структура компетенций ГСЭДГСЭД КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ БАКАЛАВРА КОМПЕТЕНЦИИ И ФУНДАМЕНТЫ ЗНАНИЙ МАГИСТРА Математ ика ФизикаХимия Инноват ика Математ ика ФизикаХимия Инноват ика 4. ИННОВАЦИОНН ЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: 4.1. Компе- тенции по управлению проектами и менеджменту (КУПМ) 4.2. Компетен- ции по генерации знаний и технологий (КГЗТ) Б : КУПМ по анализу технологи й математи ки Б : КГЗТ по адаптации и разработк е уче- бных моделей математи ки Б : КУПМ по анализу технологи й физики Б : КГЗТ по адаптации и разработк е учебных моделей физики Б : КУПМ по анализу технологи й химии Б : КГЗТ по адаптации и разработк е учебных моделей химии Б : КУПМ по разработк е и управлен ию инноваци ями Б : КГЗТ по генерации знаний и техноло- гий творчеств а М : КУПМ по синтезу технологи й математи ческих моделей М : КГЗТ по разработ- ке реальных моделей математи ки М : КУПМ по синтезу технологи й физическ их моделей М : КГЗТ по разработ- ке реальных моделей физики М : КУПМ по синтезу технологи й химическ их моделей М : КГЗТ по разработк е реальных моделей химии М : КУПМ по инноваци онному про- ектирован ию М : КГЗТ по генерации знаний, техноло- гий творчеств а Продолжение
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 Фактологическая форма (ФФ) представления содержания Классическая форма (КФ) представления содержания Базисная Форма (БФ) представления содержания Историко- логический метод (ИЛМ) ФФ ИЛМКФ ИЛМБФ ИЛМ Категориально- логический метод (КтЛМ) ФФ КтЛМКФ КтЛМБФ КтЛМ Системно- логический метод (СЛМ) ФФ СЛМКФ СЛМБФ СЛМ Концептуально- логический метод (КнЛМ) ФФ КнЛМКФ КнЛМБФ 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 между: 1 «моделью содержания дисциплины для преподавателей» «моделью содержания дисциплины для обучающихся» 2«неоднозначностью понимания моделей», «неопределенностью моделей», «отсутствием моделей содержания», «обучением на основе фактологии» (работа на память) и сущностными основами.
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 –формулировка содержательной постановки проблемы, включающие цели, средства и результаты; 2 – декомпозиция проблемы на математическом, физическом или концептуальном уровнях с учетом исторического развития логики решения аналогичных задач; 3 – определение математических постановок задач и подзадач; 4 – 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 образования квалификации Выпускник и средних школ Бакалавры Магистры, специалисты Кандидаты наук Доктора наук Фактологическ ие логики и компетенции (ФЛК) 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, Кронекера- Капелли 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.
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. ЭЛЕКТРОНИКА
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕМАТИКИ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ, ОПЕРАЦИИ И МЕТОДЫ Математические операции (действия) над объектами Математические понятия (объекты) 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 Опе- рация 1234 Дифференциро вание явно заданной функции: неявно заданной функции:параметрически заданной функции:
Определения уравнений и неравенств Схема формирования различных классов уравнений и неравенств в математике ОперацииУравненияНеравенства Алгебраические операции над конструкциями математики Алгебраические уравнения Алгебраические неравенства Дифференцирование конструкций математики Дифференциальные уравнения Дифференциальные неравенства Интегрирование конструкций математики Интегральные уравнения Интегральные неравенства Функциональные преобразования конструкций математики Функциональные уравнения Функциональные неравенства Сравнения по модулю объектов математики Уравнения-сравненияНеравенства-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. ТОЧКАОпределение точки ПРЯМАЯОпределение прямой ФИГУРАОпределение 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 СдвигПересечение Точки числовой прямой, плоскости или пространства Задачи: 1) анализ расстояний между сдвинутыми точками отрезка числовой оси, плоскости, пространства 2) синтез заданных сдвигов точек по заданным ограничениям по расстоянию на прямой, плоскости или в пространстве Задачи: 1) анализ расстояний между точками отрезка числовой оси, плоскости, пространства 2) синтез условий пересечения отрезков числовой прямой, плоскости, пространства Отрезки числовой оси, плоскости или пространства Задачи для отрезков: 1) анализ и синтез требований по заданным расстояниям или углам к граничным точкам сдвинутых отрезков на числовой оси, плоскости или в пространствах Задачи для прямых: 1) анализ и синтез требований по условиям пересечения к граничным точкам отрезков на числовой оси, плоскости или в пространствах Плоскости в алгебраических структурах (линейных пространствах векторов или функций и др.) Задачи анализа и синтеза для сдвинутых плоскостей Задачи анализа и синтеза для пересекающихся плоскостей МногообразияЗадачи анализа и синтеза для многообразий, преобразованных сдвигом 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 «+»«+»«–»«–»«*»«*»«/»«/»«EXP» sin x + сos xsin x – cos xsin x * сos xtg x exp(sin x) сos x – sin xctg x exp(cos x) К определению классических и «обобщенных» тригонометрических функций ОкружностьЭллипсГиперболаЭкспонентаСинусоида sin x – классический (круговой) синус sin x – эллиптически й синус sh x – гиперболиче ский синус expsin x – экспоненциа льный синус Ssin x – «синусоидаль ный» синус cos x – классический (круговой) косинус cos x – эллиптически й косинус ch x – гиперболиче ский косинус txpcos x – экспоненциа льный косинус Scos x – «синусоидаль ный» косинус tg x, ctg x – классические (круговые) тангенс и котангенс tg x, ctg x – эллиптически е тангенс и котангенс th x, cth x – гиперболиче ские тангенс и котангенс txptg x,expctg x – экспоненциа льные тангенс и котангенс Stg x, Sctg x – синусоидальн ые тангенс и котангенс
Математика как базисная наука Теоретические основы электротехники Схемо-техникаТеория автоматическог о управления Системный анализ и принятие решений Защита информации Базисное понятие – уравнение Уравнения электрических цепей Уравнения электронных цепей Уравнения динамики систем Уравнения систем Уравнения компьютерны х сетей Базисные операции – lim, d/dt Вычисление пределов или производных Анализ асимптотическ их свойств Анализ предельных свойств Базисные методы – интегральные преобразования Фурье или Лапласа Вычисление частотных или передаточных характеристик 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 Характеристика применения математического фундамента для описания базисных моделей методов общепрофессиональных дисциплин
Генерация знаний в образовании и науке ПРИНЦИПЫ ГЕНЕРАЦИИ ЗНАНИЙ: историчности аналогий экстраполирования системной категориальности интегративности другие принципы создает новые знания как интеллектуальные продукты в различных сферах человеческой деятельности
Оценки характеристик инновационных технологий генераций знаний Область знанийТехнологии генерации знаний Характеристика новых знаний Математика1.Историко-логические технологии. 2. Системно- логическиетехнологии 1.Экстенсивные знания, 2. Знания системно- категориальной общности ФизикаИсторико-логическая технология Экстенсивные результаты ХимияИнтегрирующие технологии Уравнения математической физики химических процессов ЭлектроникаИсторико-логические технологии Интегрирующие технологии 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 1Минимальный уровень сформированности компетенций (владение «прямыми технологиями») как знаний, умений и навыков обеспечивает решение типовых задач, предусмотренных основными образовательными программами (ООП) ВПО 2Верхний уровень владения компетенциями 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. Модели знаний, умений, навыков (ЗУН) Интеллектуальные технологии: Объекты (Об) Операции (Оп) Методы (Мет) Теории (Т) 1. Идентификации моделей ЗУН (Ид) Ид ОбИд ОпИд МетИд Т 2. Обучения моделям ЗУН (ОБ) ОБ ОбОБ ОпОБ МетОБ Т 3. Навигации ЗУН (НВ)НВ ОбНВ ОпНВ МетНВ Т 4. Контроля ЗУН обучающихся (Кн) Кн ОбКн ОпКн МетКн Т 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.