Инновационные технологии в развитии образовательно-исследовательской среды учебного заведения

Тенденции совершенствования высоких технологий обуславливают возрастание их роли в развитии человечества. Именно инновации лежат в основе стабильного экономического роста, модернизации всех сторон жизни общества, прогресса как технологического, так и социального. Не является исключением и сфера образования - изобретение нового, его развитие и внедрение наиболее присуще процессу познания, опыту и открытию, что, в конечном счете, является основной целью обучения. Будучи носителем и катализатором инноваций, система образования призвана играть в этом процессе ключевую роль. Это предопределяет значение инновационных технологий в процессе модернизации учебно-исследовательской среды высших и профессиональных учебных заведений.

Постановка проблемы

Современный этап развития информационного общества характеризуется процессами трансформаций, которые затрагивают как базовые парадигмы образования, формы и содержание, технологии электронного обучения, так и взаимодействие науки, технологий и производства [1]. В настоящее время, рассматривая проблемы внедрения и применения ИКТ-технологий, вряд ли можно обойтись без категории электронного научно-образовательного пространства, которое формируется как в пределах учебного заведения, региона, системы образования отдельных стран, так и в глобальном плане [2, 1]. В связи с этим возникает необходимость фундаментальных исследований возможных направлений и перспективных путей развития информационной образовательной среды учебных заведений в свете тенденций совершенствования инновационных ИКТ. Это необходимо для того, чтобы снизить риски в области поиска наилучших решений информатизации образовательной среды, а также привести ее в соответствие современному уровню развития науки и технологий.

Отмечают два основных фактора, которые определяют тенденции развития высокотехнологической среды учебных заведений - это массовость и непрерывность в образовании на базе активного использования ИКТ [1]. Обеспечение принципов массовости и непрерывности характеризует современный этап развития электронного пространства обучения. При этом основной акцент смещается от массового внедрения отдельных программных продуктов к созданию распределенной среды, решений, направленных на интеграцию и объединение, кросс-платформенное распространение, поддержку сетевых распределенных структур и сервисов [1,3,4,5]. В связи с этим, интеграционные процессы в организации и развитии инновационной среды учебных заведений и подходы к их осуществлению сделаны предметом статьи.

Интеграционные процессы в развитии инновационной образовательной среды региона

Процесс информатизации современных образовательных систем предполагает внедрение инновационных средств и технологий, направленных на повышение общего качества обучения, создание условий равного доступа к лучшим образцам электронных ресурсов, гибкости, надежности, безопасности и комфорта работы аппаратного и программного обеспечения, реализации дифференцированного и системного подхода. Актуальные проблемы касаются определения наиболее целесообразных путей проектирования гибкого и мобильного доступа к качественным учебным ресурсам, как коллективным, так и индивидуальным; создания единой информационно -технологической среды, позволяющей объединить процессы обучения и исследования, подготовки и повышения квалификации; интеграции ресурсов для разных уровней образования [1,3,5,6,7,8].

К сожалению, в развитии информационно-образовательного пространства высшей школы можно отметить ряд негативных тенденций. Существует противоречие между потенциальными возможностями использования современных инженерных решений организации ИКТ-инфраструктуры обучения и недостаточным уровнем их внедрения и применения в учебном процессе. Это требует изучения подходов к введению инноваций в информационно-образовательную среду учебных заведений, анализа возможных путей ее развития в свете новых тенденций совершенствования средств ИКТ.

Процессы развития инновационной среды высшего образования могут рассматриваться как на национальном уровне, так и на уровне региона, ВУЗа

• [1,4,7,9].    Особую роль здесь играет продуктивная интеграция учебных заведений в процесс экономического развития, что позволяет рассматривать их в контексте региональных инновационных систем [4, 7, 10].

Принципы внедрения инноваций предполагают целенаправленные, ориентированные на научно-технологический прогресс, подходы. В то же время, все более важную роль начинают играть потребности в социальных, сервисных, образовательных и других инновациях, а не только технологических. Это приводит к необходимости введения более широкого толкования инновации, которое охватывало бы влияние искусства, гуманитарных и социальных наук на научно -технический прогресс, особенно в свете глобальных проблем, таких как климатические и демографические, которые имеют и глобальные, и региональные аспекты [9].

Следует отметить особое значение, которое придают в последнее время холистическим тенденциям в сфере внедрения инноваций [9, 11]. То есть, предпочтение отдается инновациям, направленным на планирование долгосрочной перспективы, формирование надежного партнерства в сфере науки и бизнеса на основе общих принципов, установление деловых связей, не зависящих от одноразового финансирования. Холистический подход предполагает рассмотрение проблем инновационного развития региона в целом, охватывая не только технологические инвестиционные проекты, но и внедрение социальных и организационных инноваций. Это требует объединения усилий как со стороны представителей бизнеса, так и социальных, научных, образовательных институций для определения наиболее предпочтительных путей развития. Выход от внедрения в производственный процесс многих полезных инноваций, если они не направлены на получение немедленной прибыли, может быть далеко не всегда очевидным с самого начала. С этим связаны трудности внедрения холистического подхода.

В инновационных системах региона задействованы такие субъекты, как исследовательские и производственные организации, поставщики сырья и сервисов, предприниматели, потребители, а также социальные структуры и общественность. Интеграция университетов в инновационные системы является сильным толчком развития как экономических и социальных процессов, так и информационно -образовательной среды. Учет этих аспектов необходим в процессе внедрения инноваций, ориентированных на устойчивое развитие, охватывая такие факторы, как рост регионального предпринимательства, формирование инициативности и социального партнерства, определяющих ключевые измерения территориального развития в целом [8, 9].

В этой связи, на первый план выходит именно развитие человеческих ресурсов университета и его региональных партнеров, что требует новых типов навыков и компетентностей, которых часто недостает выпускникам. К числу таких навыков относятся лидерство, способность целостного видения проблемы, так же, как и способность критического оценивания достижений, самооценивания [8, 9]. Именно нехватка высококвалифицированных кадров и отсутствие стратегического подхода к проектированию ИКТ инфраструктуры учебного заведения есть одной из причин недостаточной системности решений информатизации высшего образования, что препятствует созданию единой высокотехнологической платформы учебного заведения [5,7].

Отмечают следующие четыре направления, в рамках которых можно было бы рассматривать перспективы интеграции университетов в процессы регионального развития [9, 11]:

• -    бизнес-инновации, с которыми тесно связаны исследовательские функции университета;

• -    развитие человеческих ресурсов, происходящее через учебные функции;

• -    социальное развитие;

• -    институциональное развитие региона, предполагающее привлечение руководящих кадров и персонала университета к созданию гражданского общества.

В частности, роль университетов может состоять в определении наукоемких направлений технологического развития региона. Участники инновационного процесса направляют свою деятельность на поиск и приобретение необходимой информации, знаний и навыков, привлечение ресурсов (человеческих, интеллектуальных, резервов научно-исследовательского сотрудничества) для использования рыночных возможностей создания технологических ниш ускоренного экономического роста. Университеты могут играть ключевую роль в этом процессе, внося свой вклад в формирование региональных стратегий и определения приоритетов местной специализации с учетом интеллектуальных ресурсов, навыков и компетентностей научно-производственных кадров, существующих как в самих университетских структурах, так и в местном бизнесе [4, 6,10].

Интеграционные процессы в развитии инновационной образовательной среды ВУЗа

Процессы объединения и интеграции касаются не только инновационной среды региона в целом, но и инновационного развития самих ВУЗов. Эти процессы реализуются через создание межуниверситетских корпораций и консорциумов, в основе которых лежит сетевая распределенная структура подготовки кадров и повышения квалификации [4, 5].

На основе современных сетевых технологий появляется возможность обращения к удаленным образовательным ресурсам в режиме он-лайн. Например, так может быть реализовано использование ресурсов виртуальных лабораторий и лабораторных комплексов удаленного доступа, ресурсов кабинетов и лабораторий университетов для проведения демонстрационных экспериментов [5]. В последние годы средства и технологии информационно-коммуникационных сетей получили дальнейшее развитие, в частности, на основе концепции облачных вычислений, когда вычислительные ресурсы (например, сети, серверы, файлы данных, программное обеспечение и услуги) становятся доступными пользователю в качестве веб-сервиса [3, 12, 13, 14]. Благодаря данному подходу сетевые ресурсы и вычислительные мощности могут гибко настраиваться на информационно-ресурсные и компьтерно-процессуальные потребности пользователя [3]. Эта концепция существенно меняет существующие представления относительно организации доступа и интеграции приложений, т.к. возникает возможность управления более крупными ИКТ-инфраструктурами, позволяющими создавать и использовать независимо друг от друга как индивидуальные, так и коллективные «облака» в пределах общего облачно ориентированного образовательного пространства [3,15 ].

Прикладные приложения, пространство для хранения данных и вычислительные мощности становятся доступными пользователю на основе механизма аутсорсинга, который осуществляют ИКТ-компании через распределенную сеть облачной инфраструктуры со сверхмощными процессорными, коммуникационными возможностями и средствами для хранения данных. Благодаря данному механизму можно развивать образовательные сервисы, которые требуют реализации разнообразных, достаточно мощных вычислений и значительных объемов памяти [12, 13].

Несмотря на существенное внимание, которое уделяют многие авторы как в Украине, так и за рубежом вопросам развития и моделирования информационнообразовательной среды систем открытого образования [2, 4, 6, 7, 16], остаются недостаточно освещенными некоторые существенные аспекты. Это вопросы определения путей, моделей, методик проектирования и формирования компонентов среды с использованием инновационных ИКТ-технологий, в частности облачных. Это одна из причин отставания информационно-образовательной среды учебных заведений от современного уровня развития технологий.

В связи с этим требует рассмотрения понятие облачно-ориентированной образовательно-научной среды, т.е. - ИКТ-среды учебного заведения, в которой отдельные дидактические функции, а также некоторые принципиально важные функции осуществления научных исследований делают целесообразным координированное и интегрированное использование сервисов облачных технологий.

Как свидетельствуют статистические данные, отсутствие высокотехнологичной экспериментальной базы сдерживает развитие научнопедагогических исследований, могущих привести к общественно-значимым результатам и их внедрению в практику. В связи с этим не происходит желаемого роста экономики, науки и образования, процесса развития инноваций. Таким образом, есть необходимость приведения сети центров подготовки научных и научно-педагогических кадров в соответствие реальному процессу выполнения научных и научно-педагогических работ, а их, в свою очередь - к внедрению в практику.

Формирование инновационной ИКТ-инфраструктуры учебного заведения могло бы способствовать решению указанных проблем, преодолению разрыва между процессом научного поиска, например, педагогического, и уровнем внедрения и использования его результатов. Для этого необходима среда, которая объединяла бы образовательные ресурсы учебного назначения и поддержки научного исследования, охватывала бы различные уровни обучения, включая как подготовку специалистов, так и кадров высшей квалификации.

Тенденция, связанная с процессами интеграции образовательных пространств высших учебных заведений, предполагает их участие в формировании региональных кластеров. Кластеры являются одной из форм кооперации в сфере научной, исследовательской и инновационной деятельности и представляют собой объединения фирм и организаций, которые имеют отношение к определенному роду производственной деятельности [4]. Кооперация может происходить в форме обмена информацией, общего использования ресурсов, объединения в плане процессов подготовки и трудоустройства кадров. В частности, одним из преимуществ создания университетских кластеров есть передача непрофильных функций, которые включают в себя организацию и поддержку функционирования ИКТ инфраструктуры ВУЗа, профессионалам, для чего в составе кластера формируют отдельное ИТ-подразделение [4, 5]. Таким образом, обеспечение функционирования высокотехнологической инфраструктуры происходит из единого центра на основе аутсорсинга, то есть ИКТ-сервисы, необходимые системе, реализуются с помощью другой системы, внешней по отношению к ней.

Тенденция укрупнения высших учебных заведений, получившая распространение за рубежом [7, 9], сейчас проявляется и в Украине. Она состоит в создании регионального университета, в составе которого могут объединяться многие ВУЗы. Введение единой технологической платформы функционирования регионального учебного заведения на основе облачных вычислений является путем решения многочисленных проблем, возникающих при объединении ИКТ -инфраструктуры обучения в единую сеть, дающую возможность доступа к лучшим образцам электронных средств и ресурсов учебного назначения тем заведениям, где нет соответствующих мощных ИКТ подразделений и материально -технических ресурсов.

Кроме того, в рамках сетевого взаимодействия могут реализовываться сотрудничество университетов с академическими организациями и бизнес- структурами, процессы подготовки и повышения квалификации кадров, осуществление международных проектов, реализация связей школ и ВУЗов.

Инновационные модели облачных решений организации образовательной среды

Различные виды аутсорсинга мощностей и ресурсов облачной ИКТ-инфраструктуры позволяют предоставить пользователю электронные учебные ресурсы, составляющие содержательное наполнение облачно-ориентированной среды, а также обеспечить процессы создания и поставки образовательных сервисов. Согласно этому подходу уже сегодня получили заметное распространение ИКТ-средства нового поколения, которые благодаря своим пользовательским свойствам соответствуют особенностям строения и функций сетевой облачной ИКТ-инфраструктуры (iPAD, imPad, iPad-Hibrid, Reder, iPhone, SmartPhone, iPod, мультимедийные доски с Интернет доступом и др.) [3].

Основные виды облачных технологий [12, 13, 14] отражают возможные направления использования ИКТ-аутсорсинга для создания образовательных сервисов.

SaaS ( Software-as a Service ) – «программное обеспечение как сервис» - может использоваться для предоставления студентам доступа к электронной почте, операционным системам, приложениям, прикладным программам через Интернет. Эти сервисы применяют с целью обеспечения процесса обучения и научных исследований специализированными программными средствами и оборудованием удаленного доступа, а также для реализации процессов, требующих значительной обработки и большого объема вычислений (например, обработки данных экспериментов).

PaaS ( Platform as a Service ) – «платформа как сервис». В отличие от средств SaaS, которые более ориентированы на пользователя, данный вид услуг больше предназначен для разработчика. В качестве сервиса предоставляется некоторый набор программ, служб и библиотек или же интегрированных платформ для создания собственных веб-приложений. Данный вид сервисов может быть использован для разработки интегрированных приложений учебного назначения, которые можно использовать «в облаке», как для организации индивидуальной, так и коллективной работы.

IaaS ( Infrastructure as a Service ) – «инфраструктура как сервис», предназначена для запуска любых приложений на облачном аппаратном обеспечении по выбору пользователя. В состав IаaS могут входить аппаратные средства (серверы, системы хранения данных, клиентские системы и оборудование); операционные системы и программное обеспечение (средства виртуализации, управления ресурсами); программное обеспечение связи между системами (средства сетевой интеграции, управления ресурсами, управления оборудованием), предоставляемые через Интернет.

Использование данной технологии позволяет избавиться от необходимости поддержания сложных инфраструктур обработки данных, клиентских и сетевых приложений. В частности, пользователи могут получать в свое распоряжение полностью готовое для работы виртуализированное рабочее место. При этом возникает возможность предоставления значительного объема учебного контента средствами достаточно дешевого аппаратного обеспечения (это может быть ноутбук, нетбук и даже смартфон).

Таким образом, благодаря механизму аутсорсинга появляются предпосылки для реализации практически любых образовательных сервисов средствами облачных технологий. Это создает основания для развития холистического подхода к построению моделей подготовки специалиста, который основывается на построении многоуровневых системных коллекций электронных ресурсов, созданных для разных типов специализации и учебного назначения.

С целью проектирования состава и функций облачно-ориентированной образовательной среды регионального учебного заведения целесообразно использовать гибридную сервисную модель ее структуры (рис.1). В состав этой модели входят образовательные облачные сервисы (ООС) и электронные образовательные ресурсы (ЭОР), которые становятся доступными пользователям через облачный хостинг. Это означает, что ресурсы хранятся на виртуальных серверах в дата центре, или на виртуальных облачных серверах, т.е. организуется гибридный подход к использованию мощностей серверов.

Виртуальный сервер в ЦОД Виртуальный сервер в облаке

Рис.1. Гибридная сервисная модель облачно-ориентированной учебноисследовательской среды

Структура электронных коммуникаций гибридной сервисной модели облачноориентированной среды изображена на рис.2. Непосредственной организацией и налаживанием образовательных услуг с использованием сервисов ИКТ занимаются: администратор, обеспечивающий доступность ИКТ-сервисов; тьютор, участвующий в создании с их помощью образовательных сервисов и организатор, который занимается вопросами взаимодействия между различными уровнями и компонентами среды. Структура среды подразделяется на подсистемы внутри базового учебного заведения, возможно, регионального уровня, в состав которого могут, в свою очередь, входить несколько учебных заведений. Студенты, которые являются пользователями образовательных облачных сервисов, на данной схеме не показаны.

Возможна дальнейшая детализация взаимосвязей и коммуникаций на разных уровнях среды.

Рис.2. Модель электронных коммуникаций облачно-ориентированной среды регионального учебного заведения

Оценка и анализ дальнейших перспектив развития инновационной образовательной среды ВУЗов

Таким образом, возникают новые подходы к созданию, внедрению и использованию электронных ресурсов современной информационно -образовательной среды открытого образования и подготовки кадров, в основе которых лежит холистическая концепция организации среды обучения и аутсорсинг основных функций обеспечения ИКТ-сервисов. Это дает возможность:

• -    объединения процессов создания и использования электронных ресурсов для поддержки обучения и научного исследования в составе единой образовательноисследовательской среды регионального учебного заведения;

• -    интеграции процессов подготовки, переподготовки кадров и повышения квалификации, а также процессов подготовки на разных ступенях образования по модели: школа-ПТУЗ-ВУЗ-производство, за счет обеспечения доступа к электронным ресурсам единой образовательной среды;

• -    решения или значительного смягчения проблем объединения электронных ресурсов регионального учебного заведения в единую сеть;

• -    обеспечения доступа к лучшим образцам электронных ресурсов и сервисов тем подразделениям или заведениям, где нет мощных служб ИКТ-поддержки обучения;

• -    реализации инвариантности процессов предоставления и использования ресурсов единой образовательной среды в зависимости от цели, уровня обучения или учебного предмета и таким образом - создание возможности персонифицированного доступа;

• -    создания условий для более высокого уровня унификации, стандартизации и повышения качества электронных ресурсов, что приведет к появлению лучших образцов ЭОР и более массовому их применению.

В перспективе - формирование интегральных (отраслевых, национальных) баз, коллекций данных, ресурсов, которые становятся доступными для различных учебных заведений благодаря сервисам облачных технологий.

Заключение

Охарактеризованы основные направления развития и внедрения инноваций в образовательно-исследовательскую среду высших учебных заведений. Отражены подходы к интеграции процессов введения инноваций на уровне региона и ВУЗа. Выявлены целесообразные пути развития и внедрения облачно-ориентированной ИКТ-платформы учебного заведения для реализации холистических подходов к подготовке специалиста. Определены направления использования облачных сервисов для проектирования учебно-образовательной среды регионального высшего учебного заведения. Приведены модели электронных коммуникаций распределенной среды открытого образования с применением облачных технологий, которые могут быть использованы при проектировании образовательных систем и сервисов. Реализация проекта осуществляется в рамках общей научно-исследовательской лаборатории Института информационных технологий и средств обучения НАПН Украины (г.Киев) и Криворожского государственного университета (г.Кривой Рог),