Информационные и сквозные технологии в предметной подготовке обучающихся

Внедрение и использование информационных и сквозных технологий в различных сферах человеческой деятельности, в том числе в образовании, в качестве средств обучения и воспитания является социальным заказом динамично развивающегося информационного общества и приоритетной задачей государственной политики современной России.

В Федеральном законе «Об образовании в Российской Федерации» различные средства информационных технологий, аппаратно-программные и аудиовизуальные средства, электронные образовательные и информационные ресурсы и иные материальные объекты (в том числе, например, робототехнические наборы, цифровые лаборатории, системы виртуальной и дополненной реальности и др.), необходимые для организации образовательной деятельности, определены как средства обучения и воспитания. Внедрение конкретных методов и средств обучения и воспитания зависит от многих факторов: решаемых педагогических задач, уровня и формы образования, предметной области, подготовленности педагогов, контингента обучающихся, материальнотехнической базы, а также немаловажна поддержка отрасли образования в целом со стороны государства [12].

О развитии информационного общества и реализации цифровой трансформации экономики и образования сказано во многих нормативно-правовых актах, в том числе в Указах Президента: «О стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы», «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации», «Об утверждении Доктрины информационной безопасности Российской Федерации», «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года». Развитие образования с целью обеспечения возможности самореализации и развития талантов детей и молодежи определено Президентом России как одна из национальных целей, реализуемых в рамках соответствующих национальных и федеральных проектов [9–11].

Национальный проект «Образование» ориентирован на развитие системы образования в целом с решением прорывных задач развития общего, дополнительного и профессионального образования. Для решения задач развития образования в рамках Национального проекта «Образование» реализуются Федеральные проекты: «Современная школа», «Успех каждого ребенка», «Цифровая образовательная среда», «Молодые профессионалы», «Социальная активность», «Социальные лифты для каждого», где ключе-

выми показателями являются: обеспечение возможности получить качественное, отвечающее современным требованиям общее образование повсеместно, включая сельскую местность; выявление, поддержка и развитие способностей и талантов детей и молодежи; реализация цифровой трансформации системы образования и внедрения в школах цифровой образовательной среды; обеспечение возможности получить профессиональное образование, соответствующее требованиям экономики и запросам рынка труда [3].

Для обеспечения возможности получить качественное профессиональное образование и решения задач цифровой трансформации системы высшего образования издано Распоряжение Правительства РФ «Стратегическое направление в области цифровой трансформации науки и высшего образования», в котором целью определено достижение цифровой зрелости образовательных и научных организаций за счет трансформации Цифровых сервисов, Информационных систем, Инфраструктуры и т. д. Внедрение современных цифровых инструментов направлено на повышение эффективности деятельности образовательных и научных организаций. Однако модернизация отрасли образования невозможна без привязки к процессам развития и цифровой трансформации других отраслей экономики [5].

Национальная программа «Цифровая экономика РФ» ставит целью решение задачи по обеспечению ускоренного внедрения цифровых технологий в экономику и социальную сферу и включает в себя следующие федеральные проекты: «Нормативное регулирование цифровой среды», «Кадры для цифровой экономики», «Информационная инфраструктура», «Информационная безопасность», «Цифровые технологии», «Цифровое государственное управление», «Искусственный интеллект», «Обеспечение доступа в Интернет за счет развития спутниковой связи», «Развитие кадрового потенциала и ИТ-отрасли». В национальной программе «Цифровая экономика РФ» одним из направлений является внедрение цифровых сквозных технологий, к которым отнесены: Большие данные, Нейротехнологии и искусственный интеллект, Технологии распределенного реестра (блокчейн), Квантовые технологии, Новые производственные технологии, Промышленный интернет, Компоненты робототехники и сенсорики, Технологии беспроводной связи, Технологии виртуальной и дополненной реальностей. Реализация национальной программы «Цифровая экономика РФ» ставит задачи внедрения информационных и сквозных технологий в образование, что является сегодня актуальной проблемой для научных исследований. Сквозные технологии в настоящее время являются как предметом изучения в отдельных дисциплинах, так и средством обучения и воспитания при предметной подготовке обучающихся на всех уровнях образования [2].

Очевидно, что образовательные организации с современным учебным лабораторным оборудованием, современными мастерскими и ресурсными центрами должны быть обеспечены специалистами и педагогами, готовыми решать задачи обучения и воспитания в новых условиях цифровой трансформации образования. Это, в свою очередь, требует от ученых, авторов и академического сообщества в целом разработки соответствующего учебного и методического обеспечения для всех уровней образования, от школы до аспирантуры. Процесс разработки учебного и методического обеспечения требует изучения особенностей внедрения информационных и сквозных технологий как средства обучения в различные предметные области (гуманитарная, естественнонаучная, физико-математическая, общетехническая и др.). Каждая конкретная предметная область на разных уровнях образования нуждается в изучении теоретических и практических основ эффективного использования информационных и сквозных технологий как средства обучения и воспитания и обеспечении ими.

Недопонимание сути использования в учебном процессе информационных и сквозных технологий как средства обучения и воспитания может дать отрицательный педагогический эффект. Перед использованием новых технологий педагог должен ста- вить перед собой вопросы следующего характера: Использование каких инновационных средств обучения может быть продуктивным для достижения цели данного занятия? Будут ли результаты данного занятия хуже, если не использовать никаких средств обучения, кроме традиционных?

Большой вклад в решение проблем информатизации и внедрения ИКТ в образование внесли: И.В. Роберт, Я.А. Ваграменко, В.П. Беспалько, Е.С. Полат, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, В.М. Монахов, Ю.А. Первин, В.А. Извозчиков и др. Однако динамично развивающиеся сегодня процессы интеграции информационных и сквозных технологий с образовательными технологиями требуют дальнейшей научно-методической поддержки, на что мы обратили внимание в своих исследованиях, которые находятся пока в начале пути [4, 6–8].

В Институте физики, технологии и информационных систем МПГУ мы начали реализацию магистерской педагогической программы «Сквозные технологии в образовании». В магистерских исследованиях решаются задачи использования различных информационных и сквозных технологий в предметной подготовке обучающихся школ, колледжей и вузов [1].

Рассмотрим структуру и содержание приоритетных сквозных технологий, изучаемых нашими магистрами.

Большие данные : методы и средства обработки естественных языков и машинного обучения; облачные вычисления и новые технологии управления базами данных; методы и средства визуализации, представления и использования больших данных; поисковые приложения; интеллектуальный анализ данных; распределенные файловые системы; распределенные базы данных.

Нейротехнологии и искусственный интеллект: методы и средства анализа и генерации естественного языка и речи; машинное зрение; нейронные сети и умный контроль; взаимодействие между собой систем с искусственным интеллектом; интерфейсы нервной системы и чтение сигналов с мозга.

Технологии распределенного реестра (блокчейн): распределенный реестр и хеширование данных; цифровые подписи и управление ключами; одноранговые информационные сети; криптография; цифровые финансы.

Квантовые технологии: информационная безопасность и квантовые технологии; квантовые датчики и измерения; симуляторы на базе квантовых технологий; квантовые вычисления; квантовые и смежные с ним технологии.

Новые производственные технологии: суперкомпьютеры; методы и средства имитационного моделирования; 3D-печать; 4D-печать; промышленная робототехника и умное оборудование; автоматизированные системы управления и контроля.

Промышленный интернет: технологии общения между машинами и идентификация устройств; машинные «органы чувств»; умное вычислительное оборудование и их «язык общения».

Компоненты робототехники и сенсорики: контроллеры, сенсоры и приводы для современной робототехники; технологии маневрирования роботов и беспилотных устройств; навигация и взаимодействие с окружающей средой; взаимодействие робота с человеком.

Технологии беспроводной связи: сети 5G; технологии RFID, NFC, Bluetooth, Wi-Fi; быстрый роуминг; технологии геолокации; беспроводная передача электроэнергии; лазерная передача информации.

Технологии виртуальной и дополненной реальностей: средства для трекинга; биологические измерители и контроллеры; оборудование для голосового ввода; оцифровка и вывод графического изображения; устройство для передачи вкуса и запаха; средства для визуализации двухмерной и трехмерной графики; средства VR/AR.

По каждой сквозной цифровой технологии разработаны дорожные карты, которые успешно реализовываются ведущими вузами и научными организациями нашей страны совместно с профильными государственными и коммерческими предприятиями. Сегодня уже есть сквозные технологии, которые изучены и разработаны на достаточно высоком уровне и вполне пригодны для продуктивного применения в образовании в качестве средств обучения и воспитания. Например, успешно проходят исследования по использованию в качестве средств обучения и воспитания в различных предметных областях следующие технологии: средства виртуальной и дополненной реальностей, оборудование для голосового ввода и техническое зрение, интеллектуальные робототехнические системы, средства имитационного моделирования, прототипирование и аддитивные технологии, базы знаний, голосовые помощники, системы машинного обучения и др.

В последние годы, в связи с использованием современных более мощных компьютеров, смартфонов и планшетов, дополнительных периферийных устройств, специального умного учебного оборудования, цифровых лабораторий, и особенно нейросетей и искусственного интеллекта, расширились полезные для образования возможности таких средств обучения и воспитания, как информационные ресурсы, онлайн-сервисы, средства моделирования, учебные тренировочные и тестовые приложения, справочники и энциклопедии, интерактивные учебные материалы и решебники.