Дисертація "Теоретико-методичні основи проєктування, адміністрування та використання хмаро орієнтованого середовища навчання майбутніх учителів інформатики".

Abstract

У дисертації подано теоретичне обґрунтування та нове вирішення проблеми використання хмаро орієнтованого середовища навчання в процесі підготовки здобувачів другого та третього ступеня вищої освіти за спеціальністю «014.09 Середня освіта (Інформатика)». Поняття «хмаро орієнтоване середовище навчання майбутніх учителів інформатики» трактується як система цифрових засобів (апаратних, комунікаційних, віртуалізованих), що функціонують відповідно до принципів хмарних обчислень та забезпечують повсюдний доступ здобувачів до інформаційних, обчислювальних ресурсів задля досягнення програмних результатів підготовки майбутнього вчителя інформатики. На основі вивчення джерельної бази обґрунтовано, що спроєктувати досліджуване середовище означає проаналізувати та визначити цільові, змістові, дидактичні вимоги до підготовки в ньому здобувачів освіти. Уточнено поняття «Адміністрування хмаро орієнтованого середовища навчання», що трактується як комплекс заходів щодо проєктування, розгортання, управління та обслуговування його складників (сервісів, платформ, інфраструктур), а також супроводу діяльності в ньому здобувачів освіти. Проведене дослідження спрямовано на розвиток хмаро орієнтованих середовищ навчання закладів вищої освіти в умовах реформування освіти, що вимагає розроблення науково-технічного та організаційно-методичного забезпечення. Вивчення досвіду підготовки майбутніх учителів інформатики свідчить, що в Україні та за кордоном актуальними є вивчення здобувачами концепцій і проблематики використання сучасних хмарних технологій, зокрема розгортання, адміністрування хмарних платформ та розроблення хмарних додатків і сервісів. На основі вивчення феномена відкритої освіти обґрунтовано, що ефективною формою надання освітніх ресурсів є масові відкриті онлайн-курси. Подано загальну методику дослідження проблеми розроблення теоретичних, технологічних і дидактичних засад проєктування, адміністрування хмаро орієнтованих середовищ та їх використання для навчання майбутніх учителів інформатики. Сформульовано гіпотезу, що ці методики є передумовою підготовки компетентних фахівців у галузях освіти та інформаційних технологій. Визначено завдання педагогічного експерименту та базу експериментально-дослідної роботи. Наведено опис кожного етапу проведення експерименту. У дисертації виконано моделювання хмаро орієнтованого середовища навчання майбутніх учителів інформатики, у результаті якого обґрунтовано концептуальну, дидактичну, сервісну та модель адміністрування середовища. Відповідно до цих моделей визначено дидактичні (повсюдність, інваріантність, моніторинг, контроль навчальної діяльності, можливість взаємодії учасників освітнього процесу, керованість ресурсів, відповідність різним моделям, перспективність) та технологічні (доступність, функціональність, підтримка загальноприйнятих мережних протоколів, легальність використання, гнучкість конфігурування, можливість інтеграції, контрольованість, захищеність) критерії добору складників середовища. Забезпечення підтримки освітнього процесу передбачає технічне та методичне поєднання в комбіновану хмару платформ (загальнодоступні та корпоративні), що реалізують усі сервісні моделі. Відповідно до кожної з моделей базовими вимогами до використання ХОСН у процесі підготовки майбутніх учителів інформатики визначено такі: • інтеграція фізичного та віртуального середовищ, підтримка дистанційного навчання, повсюдність навчання, забезпечення взаємодії усіх учасників освітнього процесу; • систематичність, неперервність і послідовність використання складників ХОСН на всіх рівнях здобуття вищої освіти, починаючи із застосування окремих сервісів, через моделювання у ХОСН роботи цифрових і мережних систем до розгортання хмарних платформ та розроблення здобувачами їх власних сервісів; • орієнтація на комбіновану модель хмарних обчислень передбачає поєднання платформ різних вендорів та провайдерів. Проаналізовано авторський досвід використання технологій адміністрування хмаро орієнтованого середовища навчання. Для забезпечення доступу учасників освітнього процесу до його ресурсів розроблено єдину систему автентифікації користувачів. Визначено послідовність етапів розгортання складників хмаро орієнтованого середовища навчання учителів інформатики, зокрема, проєктування бази даних облікових записів користувачів, розгортання загальнодоступних і корпоративних хмарних платформ, інтеграція хмарних платформ, розроблення хмарних лабораторій та імплементація до них масових відкритих онлайн-курсів. Відповідно до критеріїв добору складників середовища визначено хмарні платформи Google Workspace та Microsoft 365 як доцільні для розгортання в середовищі. Розроблено технології та методику адміністрування загальнодоступної хмарної платформи Google Workspace. Проаналізовано сучасні протоколи авторизації, розроблено технології інтеграції хмарних сервісів Google Workspace і Microsoft 365 щодо автентифікації користувачів та їх доступу до ресурсів. Обґрунтовано необхідність розгортання у ЗВО хмарних платформ, що реалізують модель «інфраструктура як сервіс». На основі порівняльного аналізу обрано для розгортання вільнопоширювані платформи Apache Cloudstack та Proxmox VE. Констатовано, що для виконання завдань розгортання слід дотримуватися положень розроблених моделей, а досягнення результату можливе без використання дороговартісного серверного забезпечення. На основі систематизації досвіду розгортання та використання в освітньому процесі платформ Apache Cloudstack та Proxmox VE доведено, що дотримання положень авторської методики дає можливості виконання значної кількості віртуальних машин і моделювання складних мережних інфраструктур. Для забезпечення продуктивності та гнучкості використання досліджуваних платформ у складі хмаро орієнтованого середовища навчання було виконано оцінювання продуктивності обраних корпоративних хмар, що дало можливість оцінити кількість здобувачів, які можуть одночасно отримувати обчислювальні ресурси певних характеристик. Розроблено технології резервного копіювання компонент хмарних інфраструктур, розгорнутих на основі платформ Apache Cloudstack та Proxmox VE. Обґрунтовано використання різних підходів до резервного збереження – повного, інкрементного та диференціального, а також дублювання хмарних і локальних сховищ. Обґрунтовано методичну систему та особливості реалізації методик використання ХОСН для розвитку фахової компетентності майбутніх учителів інформатики, що здобувають освіту на першому та другому ступенях. Згідно з дидактичною моделлю, на першому ступені вищої освіти доцільним є використання складників хмаро орієнтованого середовища як засобів організації освітньої діяльності. На основі аналізу освітньо-професійних програм було розроблено зміст і методику курсів базового освітньо-професійного рівня «Операційні системи», «Комп’ютерні мережі», «Адміністрування комп’ютерних мереж» та комп’ютерної практики з використанням розгорнутих у середовищі хмарних лабораторій. В основу авторської методики покладено концепцію комбінованого навчання з використанням масових відкритих онлайн-курсів. До зазначених лабораторій було імплементовано авторські навчальні матеріали, теми курсів мережної академії Cisco, віртуальні комп’ютери та мережі академічної хмари, сервіси загальнодоступних хмарних платформ Google Workspace та Microsoft 365. Розроблено методику підготовки здобувачів до створення та розгортання хмарних платформ, яку доцільно проводити у межах освітніх програм підготовки майбутніх учителів інформатики. З цією метою було розроблено курс «Основи хмарних технологій». Серед іншого в ньому реалізовано проєктну методику підготовки магістрантів до розгортання платформи Google Workspace у закладах середньої освіти. Навчання магістрантів розробленню власних хмарних сервісів показано на прикладі двох проєктів з програмування. Вони спрямовані на використання сучасних засобів програмування та опрацювання даних із загальнодоступних хмарних платформ і сервісів. Наведено аналіз результатів педагогічного експерименту. На констатувальному етапі з’ясовано, що, починаючи з першого курсу, студенти часто застосовують хмарні технології для вирішення навчальних задач, комунікації, збереження даних. Зроблено висновок про готовність здобувачів до застосування складників хмаро орієнтованого середовища та вивчення основ хмарних технологій. На формувальному етапі педагогічного експерименту підтверджено гіпотезу про позитивний вплив методики використання хмаро орієнтованого середовища на розвиток складників фахової компетентності здобувачів. Встановлено, що студенти бакалаврського рівня віддають перевагу практичним лабораторним заняттям перед теоретичними, зокрема затребуваним серед здобувачів є короткий виклад теоретичного матеріалу в поєднанні з відповідними практичними завданнями. Кореляційний аналіз у курсі «Операційні системи» засвідчив, що студенти розуміють та високо оцінюють рівнорівневі авторські завдання у формі есе. На формувальному етапі педагогічного експерименту не виявлено впливу попереднього досвіду чи статі студентів на їхні навчальні досягнення. На формувальному та підсумковому етапах педагогічного експерименту було виконано опрацювання результатів анкетування та оцінок майбутніх учителів інформатики другого магістерського рівня вищої освіти. Аналіз отриманих даних засвідчив наявність статистичних відмінностей між відповідями й оцінками магістрантів, отриманими на формувальному та підсумковому етапах експерименту. Констатовано що ефективним методом організації навчальної діяльності є участь магістрантів у реальних проєктах, які підвищують пізнавальний інтерес, дозволяють розвивати в здобувачів навички спільної роботи, усвідомлення важливості розв’язання завдань щодо розгортання хмарних сервісів у закладах освіти