Цели профессионально ориентированной математической подготовки учителя информатики в рамках изучения дисциплины "Методы и средства защиты информации"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Московский педагогический государственный университет»

Цели профессионально ориентированной математической подготовки учителя информатики в рамках изучения дисциплины «методы и средства защиты информации»

Котова Лидия Владимировна Старший преподаватель Кафедры теории чисел Математического факультета

Аннотация

В статье в терминах предметнопрофессиональных компетенций представлена многоуровневая система целей профессионально ориентированного обучения основам защиты информации бакалавров-информатиков педагогического образования; сформулированы критерии диагностики уровня сформированности предметно-профессиональных компетенций в результате изучения дисциплины «Методы и средства защиты информации»; приведены примеры использования построенной модели в педагогической практике.

GOALS OF PROFESSIONALLY-ORIENTED MATHEMATICAL TRAINING OF AN IT TEACHER WITHIN THE “METHODS AND MEANS OF INFORMATION PROTECTION" COURSE

Kotova Lydia V.

Senior Lecturer at the Department of the theory of numbers, Faculty of Mathematics, Moscow Pedagogical State University (MSPU)

Abstract. The article, in terms of subject- professional competencies, presents a multilevel system of training objectives of teaching basics of information protection to those who are earning their bachelor's degree in IT from a pedagogical university. It also gives the main criteria for detecting the maturity of subject-professional competences as a result of studying the “Methods and Means of Information Protection” course, as well as the examples of using the constructed model in the pedagogical practice.

В условиях бурного развития цифровых технологий подготовка будущего учителя информатики носит очень «подвижный» характер. Требования к его фундаментальным знаниям должны соответствовать быстрым изменениям, происходящим в развитии информационных технологий, а в некоторых областях и опережать их. К классическим математическим линиям, сопровождающим обучение информатики (дискретная математика, теория алгоритмов), добавляются алгебраическая и теоретико-числовая. Особенно актуальным это становится в связи с вопросами защиты информации [1].

Подготовка учителей информатики на математическом факультете МПГУ ведется в рамках направления подготовки «Педагогическое образование» (уровень бакалавриата), профили «Информатика», «Информатика и Математика», «Математика и Информатика», «Информатика и Экономика». На завершающей ступени обучения предусмотрено изучение дисциплины «Методы и средства защиты информации» (далее - МСЗИ). Дисциплина знакомит студентов с различными аспектами проблемы защиты информации в условиях современной цифровой среды. Она представляет собой междисциплинарный курс, реализующий интеграцию гуманитарной, фундаментальной и методической составляющих подготовки будущего специалиста, служит базой для формирования общей и профессиональной культуры, быстрой адаптации к новым специализациям, теоретической основой широкого развертывания прикладных разработок. Содержание дисциплины имеет модульную структуру, позволяющую варьировать ее изучение с учетом уровня предварительной подготовки студентов по математике и программированию, в соответствии с целями предметной подготовки в рамках дополнительного профиля.

При постановке целей освоения дисциплины мы опирались на компетентностную модель подготовки будущего учителя, в которой основные требования к результату обучения выражаются способностью к осуществлению профессиональной деятельности, готовностью к непрерывному профессиональному и личностному росту, приобретаемыми социальными навыками. При этом профессиональная направленность обучения становится и его основной целью, и основным критерием отбора содержания, выбора методов и форм обучения, и объединяющим фактором для совмещения профилей.

Структура профессиональной компетентности рассматривалась в работах А. А. Андреева, В. И. Байденко, Л. И. Берестовой, И. А. Зимней, Д. А. Махотина, В. Д. Шадрикова, О.Ю. Заславской. Наиболее близким направлению нашего исследования является построение «дерева» целей обучения - формируемых при изучении интегративного курса компетентностей, описанное в работе М. В. Литвиненко [2].

При таком подходе речь идет о построении многоуровневой системы целей освоения дисциплины, состоящей из внешних, внутренних и вспомогательных компетенций.

К двухуровневой системе внешних компетенций мы относим, прежде всего, нормативные требования к результатам освоения ООП бакалавриата (внешние нормативные компетенции), которые сформулированы в Федеральном образовательном стандарте высшего образования в терминах овладения студентами общекультурными (ОК), общепрофессиональными (ОП) и профессиональными (П) компетенциями.

Второй уровень образован требованиями к качеству предварительной предметной подготовки студентов, то есть компетенциями, которые должны быть сформированы к моменту начала изучения дисциплины (внешние входные компетенции). Мы называем эти (и все представленные ниже) компетенции предметно-профессиональными (ППК), поскольку, характеризуя тот или иной уровень предметной подготовки, они в опосредованном, «снятом» виде отражают и большинство общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций, формируя основу целостной профессиональной компетентности педагога [3].

Под внутренними мы понимаем компетенции, формируемые в рамках изучения базисной составляющей самой дисциплины. Они естественным образом уточняются при постановке точечных целей освоения того или иного модуля.

Вспомогательными мы называем компетенции, которые могут быть сформированы в рамках изучения вариативной составляющей дисциплины, параллельного изучения дисциплин по выбору смежной тематики, индивидуальной учебно-исследовательской деятельности студентов при написании курсовых (КР) и выпускных квалификационных работ (ВКР).

Многоуровневая иерархия компетенций представлена на рис. 1 (серым цветом выделены внешние нормативные компетенции, голубым - внешние входные, белым - внутренние, синим - вспомогательные).

Рис. 1. Многоуровневая модель целей изучения дисциплины МСЗИ

Внешние нормативные компетенции для дисциплины МСЗИ выражаются: способностью использовать естественнонаучные и математические знания для ориентирования в современном информационном пространстве (ОК-3); способностью к самоорганизации и самообразованию (ОК-6); способностью использовать базовые правовые знания в различных сферах деятельности (ОК-7); готовностью сознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности (ОПК-1); готовностью к профессиональной деятельности в соответствии с нормативно-правовыми актами сферы образования (ОПК-4); готовностью реализовывать образовательные программы по учебному предмету в соответствии с требованиями образовательных стандартов (ПК-1); способностью использовать современные методы и технологии обучения и диагностики (ПК-2); способностью организовывать сотрудничество обучающихся, поддерживать активность и инициативность, самостоятельность обучающихся, развивать их творческие способности (ПК-7); способностью проектировать образовательные программы (ПК-8); способностью проектировать индивидуальные образовательные маршруты обучающихся (ПК-9); способностью проектировать траектории своего профессионального роста и личностного развития (ПК-10); готовностью использовать систематизированные теоретические и практические знания для постановки и решения исследовательских задач в области образования (ПК-11); способностью руководить учебно-исследовательской деятельностью обучающихся (ПК-12) [4].

Они уточняются и дополняются внешними входными компетенциями разных уровней: ППК математической подготовки информатиков - ППК криптографического модуля - ППК алгебры и теории чисел. На уровне математической подготовки в целом они выражаются знанием основных законов логики математических рассуждений; умением проводить доказательные рассуждения; знанием основных математических структур, пониманием общей структуры математического знания, взаимосвязей математических дисциплин; умением использовать математику как универсальный язык науки, строить математические модели исследуемых проблем, решать практические задачи с помощью построенных моделей. На уровне криптографического модуля и дисциплин «Алгебра» и «Теория чисел» - знакомством с классическими разделами теории чисел и алгебры, их основными методами и теориями; осознанием практической значимости основных разделов алгебры и теории чисел для решения современных прикладных задач; умением применять теоретические знания в этих дисциплинах к решению практических задач.

Многоступенчатость системы целей обеспечивается последовательным проецированием внешних целей на проектируемые внутренние цели дисциплины (рис. 2).

Рис. 2. Система взаимосвязи внешних и внутренних компетенций, формируемых в результате изучения дисциплины МСЗИ

Разрабатывая внутренние ППК МСЗИ, мы исходили из того, что цели изучения дисциплины в целом и каждого конкретного модуля, в частности, имеют теоретические (Т), прикладные (П) или общепрофессиональные (ОП) аспекты. Для (Т)-целей характерны требования «ознакомиться, изучить соответствующую теорию, метод и т. д».; для (П)-целей - требования «уметь реализовывать алгоритмы, использовать приложения теории к решению задач и т.д.»; для (ОП)-целей - требования «уметь определять возможность применения изученного к последующей профессиональной деятельности» [1].

Именно, (Т)-цели (ТППК) МСИЗ - следующие: знает старинные и современные способы шифрования, их классификацию и историю возникновения (ТППК-1); осознает исторические аспекты развития криптографии как науки, задачи, стоящие перед современные математикой в контексте криптографических проблем (ТППК-2); знает положения основных нормативных документов, регламентирующих деятельность в области защиты информации (ТППК-3); владеет основными математическими методами и принципами построения криптосистем, методами криптоанализа (ТППК-4); знает базовые направления математических разработок, направленных на совершенствование защиты информации (ТППК-5).

К (П)-целям (ПППК) МСЗИ относятся: умеет шифровать и дешифровывать сообщения классическими методами подстановки и перестановки, цифровыми способами (ПППК-1); способен реализовывать алгоритмы симметричных и ассиметричных криптосистем (ПППК-2) способен оценивать трудоемкость арифметических операций и алгоритмов (ПППК-4); умеет решать математические задачи криптографического содержания (ПППК-5); осознает прикладные аспекты математических и междисциплинарных разработок в области защиты информации (ПППК-6).

(ОП)-целями (ОПППК) МСЗИ являются: способен использовать изученный материал для освещения школьникам современных условий организации защиты информации, в том числе информационной защиты работы банковской сферы (ОПППК-1); готов использовать полученные знания для демонстрации школьникам на доступных их пониманию задачах важность получения новых знаний и развития новых теорий в математике для технологического прогресса (ОПППК-2); готов к разработке урочных и внеурочных занятий по современным вопросам математики и информатики (ОПППК-3); готов организовывать проектную деятельность школьников, связанную с вопросами обработки и защиты информации (ОПППК-4);. способен помогать школьникам в подготовке к криптографическим олимпиадам (ОПППК-5).

Для каждого модуля перечисленные выше (Т)-, (П)- и (ОП)-цели дисциплины детализируются в соответствии с точечными задачами, стоящими перед модулем.

Например, базисный модуль М7 «Факторизация натуральных чисел» знакомит студентов с теоретико-числовыми проблемами, возникшими в связи с задачей вскрытия системы RSA. Для его изучения требуется знание основных разделов алгебры теории чисел; необходимы и навыки программирования (внешние ППК). Актуальными внутренними ППК дисциплины являются для данного модуля ТППК-2, ТППК-5, ПППК-6, ОПППК-2, ОПППК-3, ОПППК-4, ОПППК-5.

Уточняя их, мы получаем следующие ТППК, ПППК и ОПППК модуля М7:

знает классические и современные алгоритмы разложения натуральных чисел на множители, теоретические обоснования применения изученных методов (ТППК М7);

осознает, как использование классических идей наряду с развитием новых теорий помогает создавать алгоритмы, позволяющие решать задачи, возникающие с развитием новых технологий; умеет реализовать различные алгоритмы факторизации, на практике проверять эффективность (неэффективность) их применения в конкретных случаях (ПППК М7);

умеет использовать полученные сведения для демонстрации школьникам на доступных их пониманию задачах важность получения новых знаний и развития новых теорий в математике для технологического прогресса; выделять доступный для школьников материал для организации урочной и внеурочной деятельности (ОПППК М7).

Детализация ППК МСЗИ на уровне модулей может иметь разную «окраску» и в зависимости от дополнительных профилей подготовки студентов, и в связи с конкретными целями освоения дисциплин по выбору (д/в) смежной тематики, индивидуальной работы со студентами и т. д. Пример такой вариативной модели уточнения целей можно увидеть на рис. 3.

Рис. 3. Модель уточнения целей изучения базисного модуля М4

Эффективность разработанной системы целей зависит от согласовано построенной системы обратной связи, роль которой выполняет диагностика уровня сформированности внутренних ППК МСЗИ в совокупности с оценкой внешних и вспомогательных компетенций.

Используя исследования А. О. Алексеева, Ю. К. Бабанского, В. Н. Буркова, В. А. Глотова, Е. И. Деза, В. М. Полонского, В. А. Черкасова, А. М. Черкашина и др. и опираясь на особенности нашей дисциплины, мы выделили следующие принципы комплексной оценки уровня сформированности ППК МСЗИ: комплексности, многоуровневости и иерархичности, непрерывности формирования, приоритетности оценки уровня индивидуальной исследовательской работы студента в ходе выполнения лабораторных исследовательских работ.

В силу специфики дисциплины, основную нагрузку по формированию оценки уровня сформированности ППК МСЗИ несет контроль качества выполнения лабораторных исследовательских работ в рамках изучения каждого модуля дисциплины. Мы выделяем четыре уровня заданий для таких работ: репродуктивный (Р), репродуктивно-поисковый (РП), поисково-исследовательский (ПИ) и исследовательско-проектировочный (ИП), учитывая их теоретический, прикладной или общепрофессиональный характер [2]. В табл. 1 можно увидеть примеры заданий различного типа и уровня.

Примеры заданий для лабораторных исследовательских работ

Таблица 1

Показатели сформированности ППК модуля

Таблица 2

Оценку уровня сформированности ППК каждого модуля мы получаем на основании отчетов о выполнении соответствующих лабораторных исследовательских работ. Критерии оценки представлены в табл. 2.

Учитывая оценки, полученные за каждый модуль, индивидуальные рейтинговые коэффициенты, баллы за самостоятельные работы, теоретические опросы и онлайн-тесты в системе Moodle, мы формируем предварительную оценку уровня сформированности внутренних ППК МСЗИ. Существенное влияние на общую оценку оказывает сдача зачета и анализ вспомогательных ППК, полученных в ходе индивидуальной учебно-исследовательской работы студента в рамках изучения дисциплин по выбору, выполнения курсовых работ и подготовки ВКР.

Многолетний опыт работы с использованием разработанной модели позволяет говорить о ее эффективности. Реализация многоуровневой системы целей через систему заданий, отвечающих конкретным уточненным на каждом этапе целям, способствует усилению профессиональной направленности обучения методам и средствам защиты информации будущих учителей математики и позволяет варьировать обучение в соответствии с уровнем предварительной подготовки обучающихся и с учетом дополнительных профилей обучения.

профессиональный обучение образование компетенция

Список литературы

1. Котова Л. В. Условия реализации профессиональной направленности обучения математике при подготовке учителей информатики // Наука и школа. - 2014. - № 6. - С. 57-63.

2. Литвиненко М. В. Структурно-функциональная модель индивидуальной траектории обучения в условиях информатизации образования: автореф. дис. ... д-ра пед. наук. - М., 2007. - 48 с.

3. Деза Е. И. Подготовка учителя математики в системе вариативного образования: моногр. - М.: МПГУ, 2012. - 212 с.

4. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования. Уровень образования - Бакалавриат. 44.03.05 Направление подготовки: педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).

References

5. Kotova L. V. Usloviya realizatsii professionalnoy napravlennosti obucheniya matema- tike pri podgotovke uchiteley informatiki. Nauka i shkola. 2014, No. 6, pp. 57-63.

6. Litvinenko M. V. Strukturno-funktsionalnaya model individualnoy traektorii obucheniya v usloviyakh informatizatsii obrazovaniya. Extended abstract of ScD dissertation (Education). Moscow, 2007. 48 p.

7. Deza E. I. Podgotovka prepodavateley matematiki v sisteme variativnogo obrazovaniya: monogr. Moscow: MPGU, 2012. 212 p.

8. Federalnyy gosdarstvennyy obrazovatelnyy standart vysshego obrazovaniya. Urov- en obrazovaniya - Bakalavriat. 44.03.05 Napravleniye podgotovki: pedagogicheskoye obrazovaniye (s dvumya profilyami podgotovki).

Размещено на Allbest.ru