Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Современное образование должно адекватно отвечать на формирующиеся со стороны рынка труда запросы, а также обеспечивать подготовку высококвалифицированных кадров, способных развиваться в цифровой среде с использованием инновационных средств обучения [1]. Структура национального проекта «Образование», реализуемого в период с 2019 по 2024 годы, включает ряд федеральных проектов и программ: «Современная школа», «Успех каждого ребенка», «Учитель будущего» и «Цифровая образовательная среда», каждый из которых по-своему вносит вклад в развитие профессиональных компетенций учителей, в том числе являясь инструментом дополнительного профессионального образования [1].

Информационные технологии стали неотъемлемым элементом образования. Применение информационных образовательных технологий повышает ре­зультативность учебного процесса, мотивирует студентов к учебно-познавательной деятельности, способствует организации самостоятельной работы студентов, позволяет им получать новые знания и умения. Широкие возможности информационных технологий в организации процесса обуче­ния способствуют подготовке высококвалифицированных специалистов, востребованных на рынке труда [2].

Остаются актуальными исследования применения информационных технологий в учебном процессе. Преподаватели вузов широко используют в образовательном процессе системы дистанционного обучения и автоматизированного тестирования студентов. Так, в работе [3] обсуждается необходимость применения в высшей школе образовательных сайтов с большой базой учебных материалов. Образовательные сайты необходимы в работе преподавателям и студентам при подготовке мультимедиапрезентаций, при проведении фронтальных опросов в группе, определении уровня освоения учебной дисциплины. По мнению ряда авторов [4, 5, 6], информационные технологии, в том числе электронные образовательные ресурсы, позволяют обучающимся самостоятельно изучать новый материал, выполнять практические и лабораторные задания, проводить виртуальные эксперименты, что способствует повышению качества подготовки студентов.

Федеральный проект «Учитель будущего поколения России» (2021) дал возможность существенно модернизировать материально-техническую базу педагогических университетов России. Созданы современные образовательные пространства – межфакультетские Технопарки универсальных педагогических компетенций и педагогические технопарки «Кванториум», призванные улучшить подготовку будущих педагогов и усилить связь педагогических университетов со средними общеобразовательными учреждениями [7].

Технопарки в педагогических вузах являются площадками, оснащенными высокотехнологичным оборудованием, нацеленным на подготовку высококвалифицированных педагогических кадров, разработку инновационных технологий и идей, в том числе для системы дополнительного образования детей [8]. В настоящее время дополнительное образование детей рассматривается как важнейшая составляющая образовательного пространства, которая сочетает в себе воспитание, обучение и развитие личности ребенка, поэтому является социально востребованной, однако нуждается в постоянном внимании и поддержке со стороны общества и государства [8, 9]. Система дополнительного образования детей, в том числе на базе технопарков универсальных педагогических компетенций, способствует не только развитию творческого потенциала у обучающихся, но и решению проблемы самоопределения и профессиональной ориентации старшеклассников [10]. Исследования, проведенные в Благовещенском ГПУ [11], указывают на повышение мотивации к получению педагогического образования среди школьников после знакомства с межфакультетским Технопарком универсальных педагогических компетенций.

Целями создания технопарков в педагогических вузах являются развитие научно-образовательной и творческой среды в образовательных организациях, внедрение эффективных моделей образования [8]. Актуальным является обучение студентов – будущих преподавателей цикла естественно-научных и технологических дисциплин педагогическим методикам и технологиям с использованием современного оборудования и технических средств Технопарков, в том числе в целях подготовки их к преподаванию в детских технопарках «Кванториумах», в «Точке роста», в «IT-кубе» [12].

Технопарки универсальных педагогических компетенций позволяют создать необходимые условия для обновления содержания высшего педагогического образования с целью развития у обучающихся современных компетенций и навыков, в том числе функциональной (естественно-научной и информационной) грамотности, критического и креативного мышления, навыков поисково-творческой деятельности, а в конечном счете –повышения качества образования [10, 13]. Технопарки дают возможность использовать в образовательном процессе такие инновации, как компьютерные технологии обучения, интерактивные мультимедиа, обучение на основе web-технологий, online обучение, кейс-технологии [6]. В связи с этим возникает необходимость разработки лабораторных практикумов для студентов, актуальных при изучении методики преподавания школьных предметов, а также отдельных вузовских дисциплин [7] и прохождении учебных практик проектно-исследовательского характера.

Цель исследования – изучить возможности использования интерактивных ресурсов Технопарка универсальных педагогических компетенций в образовательном процессе ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет» (ЮУрГГПУ).

Результаты исследования и их обсуждение. Работа в лаборатории «Генетика, оптика, физиология» Межфакультетского технопарка универсальных педагогических компетенций ЮУрГГПУ способствует расширению возможностей самообразования и повышению интереса студентов к будущей профессиональной деятельности. Данная лаборатория оснащена современным интерактивным оборудованием, в том числе цифровой учебной лабораторией по физиологии человека «BiTronics Lab» (ЭМГ, ЭКГ, ЭЭГ, КГР, фотоплетизмография, спирометр, SpO2, динамометр и др.), для проведения исследований в области нейрофизиологии человека. Программное обеспечение системы «BiTronics Lab» позволяет студентам изучать физиологические процессы организма человека в рамках таких учебных дисциплин, как «Физиология человека и животных», «Возрастная анатомия, физиология и культура здоровья», «Экология человека», а также при осуществлении самостоятельной проектно-исследовательской деятельности (табл. 1) [6].

Таблица 1

Тематическое планирование учебных дисциплин с использованием ресурсов Технопарка и Кванториума

Так, на лабораторно-практических занятиях по дисциплинам «Физиология человека», «Возрастная анатомия, физиология и культура здоровья» обучающиеся могут провести мониторинг функционального состояния мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной, центральной нервной и вегетативной систем, определить уровень адаптации организма к воздействию стресс-факторов, в том числе уровень психоэмоциональных и физических нагрузок. Цифровая лаборатория «BiTronics Lab» [14] позволяет обучающимся регистрировать, обрабатывать и анализировать биосигналы человека: мышечную активность, пульс, электрокардиограмму, электроэнцефалограмму, механические колебания грудной клетки, сопротивление кожи, что дает возможность понять взаимосвязи между биологией, информатикой, математикой и робототехникой. Выполняя задания лабораторных работ, обучающиеся отрабатывают навыки проведения учебного и научного эксперимента; закрепляют межпредметные связи для комплексного изучения современных информационных технологий и биотехнологий; изучают принципы работы сложных технических приборов, знакомятся с основами создания человеко-машинных интерфейсов [14]. С помощью компьютерной программы «BiTronics Lab» результаты физиологических исследований можно сохранять, систематизировать и анализировать в динамике. Используя графический редактор ПО «BiTronics Lab», результаты исследований можно продемонстрировать на мониторе компьютера, а также провести статистическую обработку полученных данных и их визуализацию.

Цифровая лаборатория «BiTronics Lab» предназначена не только для проведения учебных лабораторно-практических занятий – выполнения студентами лабораторных и демонстрационных работ, но и для осуществления проектной и исследовательской деятельности обучающихся – как студентов, так и школьников. Для этих целей может быть использован и учебный комплекс изучения инженерно-биологических систем (Набор-конструктор «Юный нейромоделист», модули ЭМГ, ЭКГ, ЭЭГ и т.д.) «BiTronics Lab». Практически по каждому разделу физиологии в цифровой лаборатории «BiTronics Lab» предусмотрены исследовательские работы (табл. 2). Работы исследовательского характера могут быть использованы студентами при выполнении курсовых работ, выпускных квалификационных работ, а также при организации проектно-исследовательской деятельности со школьниками, например в рамках учебной практики «Проектно-исследовательская работа» и производственной практики «Технологическая (проектно-технологическая)».

Таблица 2

Тематика исследовательских работ по физиологии человека на основе ресурсной базы цифровой лаборатории «BiTronics Lab»

В рамках реализации сотрудничества Технопарка ЮУрГГПУ (в частности, лаборатории «Генетика, оптика, физиология») с образовательными организациями г. Челябинска и Челябинской области проводятся экскурсии и мастер-классы для обучающихся и учителей, поддержка деятельности профильных классов естественно-научной и психолого-педагогической направленности, обучение талантливых ребят в рамках проектной деятельности, планируются курсы повышения квалификации педагогов. Ориентиром для дальнейшей работы может служить разработанная в лаборатории «Инжевика» ФИТ НГУ программа, используемая при построении образовательного курса по нейротехнологиям для учащихся 9–11-х классов [15]. Программа на основе ресурсов технопарака – комплекта «Система для регистрации восьмиканальной ЭЭГ» «BiTronics Lab» – специально разрабатывалась для преподавания нейротехнологий учащимся школ и позволяет конструировать доступные и эффективные системы для работы с вызванными потенциалами мозга человека.

Для получения глубоких знаний студентами по дисциплинам «Гистология с основами эмбриологии» и «Биология развития организма» на базе лаборатории Технопарка «Генетика, оптика, физиология» созданы необходимые условия для микроскопических исследований – студенты могут использовать световой и электронный микроскопы, фотокамеры, программное обеспечение, необходимое для визуализации на мониторе компьютера клеточных и тканевых структур, проведения морфометрических исследований, сохранения и анализа полученной информации.

Еще одним инструментом, помогающим студентам трансформировать материал учебника в осознанное знание, является обучающий программный продукт – интерактивный анатомический стол «Пирогов» [6]. Учебные занятия по дисциплинам «Анатомия человека», «Возрастная анатомия, физиология и культура здоровья», «Гистология с основами эмбриологии» с использованием интерактивного анатомического стола «Пирогов» становятся более интересными, наглядными, познавательными, поскольку программное обеспечение позволяет не только визуально ознакомиться с анатомическим материалом (3D-моделями человеческого тела), но и получить необходимую текстовую информацию об изучаемом объекте. С помощью интерактивного анатомического стола «Пирогов» студенты изучают строение органов и систем человеческого тела в трехмерном режиме, а также на основе фотоматериалов, полученных с помощью компьютерной томографии (КТ), магниторезонансной томографии (МРТ) и ультразвукового исследования (УЗИ). Фотографии с изображением анатомических срезов, подготовленных по методу Н.И. Пирогова, дают возможность изучить формы и взаимное расположение органов в полостях тела человека [6].

В рамках дисциплины «Основы медицинских знаний» данное интерактивное оборудование используется на лабораторно-практических занятиях, касающихся неотложных состояний человека: «Оказание первой помощи при заболеваниях основных систем жизнеобеспечения» (функционирование органов сердечно-сосудистой и дыхательной систем, физиометрические методы исследования), «Оказание первой помощи при травмах» (строение опорно-двигательного аппарата, топография костей в скелете человека), «Виды кровотечений и оказание первой помощи при них» (топография артерий и вен, кровоснабжение внутренних органов). В целях развития мотивации к соблюдению принципов здорового образа жизни, а также для расширения кругозора обучающихся наряду с изучением строения органов в нормальном состоянии можно рассмотреть и морфофункциональные изменения в органах человека при 40 патологических состояниях (например, легкие в норме и при эмфиземе, здоровая печень и печень, пораженная циррозом). Программное обеспечение интерактивного анатомического стола «Пирогов» позволяет преподавателям по окончании обучения осуществлять проверку полученных студентами знаний: создавать тестовые задания, проводить тестирование в обучающем и контролирующем режиме [6].

По дисциплине «Анатомия человека» для студентов профилей обучения «Биология. Химия» и «География. Биология» были разработаны и проведены лабораторные занятия по ряду разделов анатомии: «Опорно-двигательный аппарат», «Нервная система», «Спланхнология – учение о внутренних органах», «Сердечно-сосудистая система». В ходе изучения раздела «Сердечно-сосудистая система» студенты знакомились с топографией и детализированным строением сердца (раздел «Топографическая анатомия» в меню интерактивного стола «Пирогов»), закономерностями расположения кровеносных сосудов в теле человека (раздел «Анатомия человека» в меню интерактивного стола «Пирогов»), с патологиями сердечно-сосудистой системы и возможными причинами их развития (раздел «Патология» в меню интерактивного стола «Пирогов»). На занятиях были изучены следующие вопросы: строение сердца на макро- и микроуровне, особенности строения клапанного аппарата сердца и сосудов, расположение структур проводящей системы сердца и их характеристика, классификация кровеносных сосудов (артерий, вен, капилляров) в зависимости от топографии и морфофункциональных характеристик. Для лучшего усвоения нового материала в ходе занятия студенты в рабочих тетрадях заполняли таблицы сравнительного и обобщающего характера, выполняли схематические рисунки и решали кейс-задачи. При изучении строения стенки сердца и кровеносных сосудов на микроуровне наряду с фотоматериалами, представленными на интерактивном столе «Пирогов», студенты-биологи имели возможность рассмотреть гистологические препараты данных органов под микроскопом, визуализировать изображение на мониторе компьютера и более детально ознакомиться с тканевыми структурами.

Для самостоятельного изучения студентам было предложено изучить циркуляцию крови по сосудистой системе, камеры сердца и сосуды, которыми начинаются и заканчиваются большой и малый круги кровообращения, рассмотреть особенности кровоснабжения органов человека (головного мозга, сердца, печени, легких, почек и др.), распределить сосуды на магистральные и периферийные (привести примеры), показать «коллатерали» и «анастомозы» на конкретном примере сосудов. В случае возникновения затруднений при поиске необходимого сосуда или структуры сердца студенты могли ознакомиться со справочным материалом, представленным на всплывающей вкладке интерактивного анатомического стола «Пирогов».

Наряду с изучением нормальной анатомии сердца и сосудов проводилось коллективное обсуждение вопроса развития патологических состояний органов сердечно-сосудистой системы (например, «инфаркт миокарда», врожденные патологии клапанного аппарата сердца, «аневризма аорты», атеросклероз сосудов и др.) и их профилактики. Также в рамках изучения дисциплины «Анатомия человека» проходила актуализация знаний по дисциплине «Основы медицинских знаний», касающихся оказания первой помощи при наружных (артериальных, венозных) и внутренних кровотечениях.

Проверка знаний студентов по материалам изученной темы проводилась в форме устного опроса с использованием интерактивного анатомического стола «Пирогов» (версия без обозначений, для контроля), однако программные возможности оборудования позволяют проводить и тестовый контроль (раздел «Проверка знаний» в меню интерактивного стола «Пирогов») по всем разделам «Анатомии человека».

Заключение. Таким образом, образовательное пространство Межфакультетского технопарка универсальных педагогических компетенций ЮУрГГПУ позволяет развивать универсальные компетенции у студентов, осуществлять повышение квалификации преподавателей вузов и общеобразовательных организаций, проводить профориентационную работу со школьниками. Лаборатория «Генетика, оптика, физиология» технопарка ЮУрГГПУ, оснащенная цифровым интерактивным оборудованием, способствует расширению возможностей самообразования, проектно-исследовательской деятельности обучающихся, повышает интерес студентов и школьников к педагогической деятельности, позволяет сделать акцент в обучении на интегративном (междисциплинарном) подходе, способствующем формированию функциональной грамотности и метапредметных результатов обучения; при этом повышается эффективность образовательного процесса.