Теория и практика разработки информационно-деятельностной образовательной среды фундаментальной химической подготовки бакалавров технико-технологических направлений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

Н.М. Вострикова

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА РАЗРАБОТКИ  
ИНФОРМАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНОЙ  
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ  
ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ  
БАКАЛАВРОВ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  
НАПРАВЛЕНИЙ

Монография

Красноярск 
СФУ 
2019

УДК 378.147:66
ББК 74.480.27+34.3
В785

Р е ц е н з е н т ы: 
Н.П. Безрукова, доктор педагогических наук, профессор КГПУ 
им В.П. Астафьева;
С.А. Кузнецова, доктор химических наук, главный научный сотрудник ИХХТ СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

Вострикова, Н.М. 
В785 
 
Теория и практика разработки информационно-деятельностной образовательной среды фундаментальной химической 
подготовки бакалавров технико-технологических направлений : монография / Н.М. Вострикова. – Красноярск : Сиб. федер. 
 ун-т, 2019. – 222 с.
ISBN 978-5-7638-4144-2

Изложены теоретико-методологические основы модернизации фундаментальной химической подготовки бакалавров на младших курсах в информационно-деятельностной образовательной среде на базе смешанного обучения 
в соответствии с основными тенденциями развития высшего образования. 
Рассмотрены методические аспекты модернизации процесса обучения химическим дисциплинам на примере бакалавров-металлургов младших курсов: 
методика чтения лекции, модернизация лабораторного практикума, самостоятельной работы на основе интеграции традиционного обучения и современных 
педагогических технологий, в том числе технологии и моделей смешанного 
обучения.
Предназначена преподавателям химических дисциплин высшей школы, 
студентам, магистрантам, аспирантам химического и химико-педагогического 
направлений подготовки.

Электронный вариант издания см.: 
УДК 378.147:66

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 74.480.27+34.3

ISBN 978-5-7638-4144-2 
© Сибирский федеральный
университет, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .......................................................................................................5

Глава 1. Теоретико-методологические основы модернизации  
фундаментальной химической подготовки бакалавров  
технико-технологических направлений младших курсов .................9
1.1. Фундаментальная химическая подготовка бакалавров  
и проблемы ее реализации в высшей школе .......................................9
1.2. Исходные теоретико-методологические основания  
модернизации фундаментальной химической подготовки  ........... 17
1.3. Фундаментализация как основа модернизации  
фундаментальной химической подготовки бакалавров ................. 25
1.4. Химическая компетенция как показатель качества  
фундаментальной химической подготовки бакалавров ................. 38
1.5. Критическое мышление как важнейшее профессионально  
значимое качество бакалавров и его развитие в процессе  
фундаментальной химической подготовки ...................................... 46

Глава 2. Информационно-деятельностный подход  
к проектированию образовательной среды фундаментальной  
химической подготовки бакалавров технико-технологических  
направлений ............................................................................................. 59
2.1. Информационно-деятельностная образовательная среда  
фундаментальной химической подготовки  ..................................... 59
2.2. Модернизация организационных форм фундаментальной  
химической подготовки ..................................................................... 85
2.3. Концепция и теоретическая модель фундаментальной  
химической подготовки бакалавров  
в информационно-деятельностной образовательной среде  
смешанного обучения ........................................................................ 99

Глава 3. Методическая система и методика фундаментальной  
химической подготовки бакалавров-металлургов  
в информационно-деятельностной образовательной среде  
смешанного обучения  .......................................................................... 113
3.1. Целевой компонент и общая характеристика методической  
системы фундаментальной химической подготовки  
бакалавров-металлургов в информационно-деятельностной  
образовательной среде смешанного обучения .............................. 113

Оглавление

3.2. Модернизация содержание фундаментальной  
химической подготовки бакалавров ............................................... 118
3.3. Методическое обеспечение и методика чтения лекций  
в процессе фундаментальной химической подготовки  
в информационно-деятельностной среде смешанного обучения 142
3.4. Методическое обеспечение и методика организации  
лабораторного химического практикума  
и самостоятельной работы бакалавров-металлургов .................... 159
3.5. Мониторинговый инструментарий для оценки  
сформированности компетенций бакалавров-металлургов  
в процессе фундаментальной химической подготовки  
в информационно-деятельностной образовательной среде  
смешанного обучения ...................................................................... 181
Заключение ............................................................................................. 190
Список литературы .............................................................................. 193
Приложение  ........................................................................................... 215

ВВЕДЕНИЕ

Социально-экономические изменения в обществе, реализация 
масштабной программы развития экономики нового технологического поколения, наступление «биоцифровой эпохи», характеризующейся 
цифровизацией всех сфер его жизнедеятельности, синтезом новейших 
технологий, выдвигает новые задачи перед системой отечественного 
инженерного образования. В частности, актуализируется проблема качества профессионального образования, которое сегодня определено 
как главный фактор повышения конкурентоспособности российской 
экономики. Вместе с тем представители промышленного сектора, Ассоциации инженерного образования России признают несоответствие 
профессиональной подготовки требованиям международного рынка 
труда, недостаточную подготовленность выпускников высшей школы 
к производственной среде, дефицит знаний, оторванность их от практики, что вызывает неудовлетворенность работодателей и общества [93, 
с. 8]. Наряду с этим отмечается низкое качество материального обеспечения образовательного процесса, несоответствие его передовым технологиям, длительность цикла внедрения и обновления ФГОС и др. [141].
Сегодня система отечественной подготовки инженерных кадров 
находится в состоянии модернизации, основными направлениями которой являются фундаментализация, информатизация, усиление практикоориентированности, гуманизация. Стратегии развития инженерного 
образования в России разрабатываются, в частности, Координационным 
советом в области образования «Инженерное дело, технологии и технические науки» на период до 2020 г.
Методологической основой модернизации инженерного образования признан компетентностный подход. В соответствии с ним цель 
и результат образования формулируются через комплекс компетенций, 
связанных со способностью и готовностью выпускника видеть и решать 
проблемы в профессиональной и социальной деятельности. Переход от 
обязательных знаний, умений и навыков к комплексу компетенций, которыми должен обладать выпускник, отражен в государственных образовательных стандартах второго и третьего поколений. Изменена структура профессионального образования: с 2010 г. введен двухступенчатый, 

Введение

а с 2015 г. – трехступечатый формат подготовки специалиста: бакалавриат, магистратура, аспирантура. В настоящее время Министерством 
труда и социальной защиты утверждено более 800 профессиональных 
стандартов по рабочим специальностям и должностям специалистов.
На рубеже XX и XXI в. в России выполнен широкий спектр исследований, связанных с выявлением сущности базовых понятий «компетенция» / «компетентность», их структуры, подходы к их формированию, к оценке их сформированности в образовательном процессе. 
Ученые отмечают сложный характер компетентности и рассматривают 
ее как интегративное качество личности, приобретенное через проживание ситуаций, рефлексию опыта (Э.Ф. Зеер, Г.К. Селевко, Ю.Г. Татур и др.). Компетентность как интегральная характеристика личности 
определяется совокупностью приобретенных компетенций, которая 
реализуется выпускником в своей будущей профессиональной деятельности.
Согласно ФГОС ВО компетенция – это «способность применять знания, умения и практический опыт для успешной деятельности 
в определенной области». Среди составляющих компетенции выделяют активность, готовность, стремление человека выразить свои знания, умения, навыки, основываясь на ценностях, опыте в определенной 
деятельности, которые проявляются в деятельности, имея значение 
«знаю как». При этом ни компетенции, ни компетентности не являются 
фиксированным требованием или результатом образования профессиональной сферы, а способны развиваться, меняться на протяжении всей 
жизни [151].
Профессиональная компетентность определяется как «владение 
специалистом необходимой суммой знаний, умений и навыков, представляющих основу формирования профессиональной деятельности, 
общения и личности специалиста» [106]; как «характеристика деловых 
и личностных качеств специалиста, отражающая уровень знаний, умений, опыта, необходимых и достаточных для достижения цели трудовой 
деятельности; как «готовность личности мобилизовать собственные ресурсы (организованные в систему знаний, умений, способностей и личностных качеств), которые необходимы для эффективного решения 
профессиональных задач в типичных и нестандартных ситуациях, что 
предполагает и ценностное отношение личности к этим ситуациям» [6] 

Введение

и т. д. Профессиональная компетентность выпускника проявляется 
в профессиональной активности человека, характеризует его как субъекта профессиональной деятельности [4].
В соответствии с ФГОС ВО показателями качества профессионального образования на уровнях бакалавриата и магистратуры являются уровни сформированности общекультурных (ОК), общепрофессиональных (ОПК), профессиональных компетенций (ПК). Формирование 
собственно предметных компетенций, в том числе химической, стандартами не предусмотрено. Однако представляется, что в условиях перманентно меняющихся образовательных стандартов предметная компетенция является одной из значимым характеристик качества подготовки 
конкретной предметной области. 
В подготовке баклавров технико-технологических направлений 
возрастает роль фундаментальной естественно-научной подготовки, 
в том числе и химической. Проблемы развития химической компетенции, 
формирования компонентов профессиональных компетенций, профессионально значимых качеств личности, одним из которых является критическое мышление, в процессе фундаментальной химической подготовки, 
подходы к их решению обсуждаются в первой главе монографии.
Развитие и включение в процесс обучения современных ИКТ 
позволяет внедрить новые идеи и модели в сфере образования, обеспечивающие реализацию электронного, смешанного обучения на основе дистанционных образовательных технологий. Это актуализирует 
необходимость разработки новой образовательной среды обучения. 
Вопросам проектирования инновационнной образовательной среды 
фундаментальной химической подготовки бакалавров технико-технологических направлений младших курсов университета, определению 
её структуры, содержательного наполнения, интеграции традиционного 
обучения и современных педагогических технологий, в частности моделей смешанного обучения с учетом специфики химии как науки, в логике компетентностного и информационно-деятельностного подходов 
посвящена вторая глава. Обсуждаются основные направления модернизации лекции, лабораторных, семинарских занятий, организации самостоятельной работы бакалавров, мониторинг качества фундаментальной 
химической подготовки на основе разработанной структурно-функциональной модели фундаментальной химической подготовки бакалавров 

Введение

технико-технологических направлений младших курсов в информационно-деятельностной образовательной среде смешанного обучения.
В третьей главе на примере системы подготовки бакалавров-металлургов младших курсов представлена соответствующая теоретической модели методическая система и методика ФХП в ИДОС смешанного обучения. Обсуждаются особенности методической системы, 
приводятся конкретные примеры методики чтения онлайн-лекции, организации лабораторного химического практикума, самостоятельной 
работы бакалавров при использовании компьютерных обучающих программ, виртуальных лабораторных работ, мониторинговый инструментарий для диагностики сформированности химической компетенции, 
компонентов профессиональных компетенций, личностных качеств 
(критического мышления) на основе электронных обучающих курсов. 
Автор выражает свою искреннею благодарность рецензентам данного пособия за ценные замечания, которые были сделаны в процессе 
обсуждения рукописи.

ГЛАВА 1

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
МОДЕРНИЗАЦИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ 
ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
НАПРАВЛЕНИЙ МЛАДШИХ КУРСОВ

1.1. Фундаментальная химическая подготовка бакалавров  
и проблемы ее реализации в высшей школе

Химическое образование в подготовке специалистов технико-технологических направлений традиционно было направлено на формирование системы научных взглядов, способов творческой деятельности, 
компетенций, связанных с практическим применением химии в их будущей профессиональной деятельности. Бакалавры технико-технологических направлений подготовки должны владеть арсеналом химических, 
физико-химических методов исследования, востребованных в деятельности современного инженера, призванного обеспечивать инновационное развитие экономики страны. Однако анализ состояния химической 
подготовки бакалавров технико-технологических направлений, где химия не является профилирующей дисциплиной, показывает, что оно 
продолжает оставаться неудовлетворительным. В частности, отмечаются недостаточный уровень подготовки абитуриентов, поступающих 
на технические специальности, по естественно-научным дисциплинам 
(физика, химия) и математике, низкая мотивация познавательной деятельности, непонимание значения химических знаний в будущей профессии и т. д. [77, 80, 83, 114, 189]. 
Этот факт подтверждают данные проведенного нами констатирующего эксперимента. В табл. 1 представлены результаты входного тестирования по физике, химии, математике студентов, зачисленных на 
обучение по направлениям подготовки «Горное дело» Института горного дела и геологии (ИГДиГ) Сибирского федерального университета 
(СФУ) и «Металлургия» Института цветных металлов и материалове

Глава 1

дения (ИЦМиМ) СФУ, которое проводилось в начале сентября каждого 
учебного года.
Как следует из данных табл. 1, более 70 % студентов-первокурсников направления подготовки «Металлургия» имеют недостаточный 
уровень базовой подготовки по химии, необходимой для успешного обучения в техническом университете.

Таблица 1

Результаты входного тестирования студентов-первокурсников СФУ

Учебный 
год

Математика
Физика
Химия

Количество 
студентов

Процент 
правильно 
выполненных заданий, %

Количество 
протестированных 
студентов

Процент 
правильно 
выполненных заданий, %

Количество 
студентов

Процент 
правильно 
выполненных заданий, %
Направление «Металлургия» 
2014–2015
154
40 %
132
31 %
154
24 %
2016 –2017
144
35 %
133
31 %
144
21 %
Направление подготовки «Горное дело» 
2014– 2015
278
39 %
72
34 %
36
25 %
2016–2017
168
32 %
35
35 %
36
27 %

Значительная часть студентов-первокурсников обладает невысоким уровнем сформированности умений самоконтроля, они не готовытеоретически осмысливать факты науки, самостоятельно выполнять 
задания, лабораторные работы, решать задачи, применять логические 
приемы (анализ, синтез, выделения главного, обобщение, выявление 
причинно-следственных связей) при работе с учебным материалом, выстраивать индивидуальную траекторию обучения и т. д. [80, 114]. Поскольку бакалавриат – первая ступень профессионального образования, 
проблемы качества отечественного школьного образования отражаются 
на этой ступени особенно остро, что придает особую значимость исследованиям, связанным с результативным формированием и развитием компетенций бакалавра, в том числе и в процессе фундаментальной 
химической подготовки.
В последнее десятилетие проблемы химической подготовки специалистов разных направлений, как показал анализ литературных источников, исследовались И.П. Агафоновой [3], Е.Я. Аршанским [33], 

Теоретико-методологические основы модернизации ...

Н.П. Безруковой [26], Ю.Ю. Гавронской [65], О.С. Григорьевой [73], 
Н.Н. Двуличанской [76], О.И. Курдумановой [123], Т.Н. Литвиновой 
[127], В.Х. Усмановой [187], П.А. Оржековским [189] и др. Авторы отмечают большой вклад химических дисциплин в развитие научного мировоззрения, системного, критического, рефлексивного мышления будущих специалистов, проявляющегося в способности переноса знаний 
в нестандартные ситуации, в понимание прогностических функций теоретических знаний, способности к саморазвитию, в развитие ключевых 
и профессиональных компетенций.
Вместе с тем нарастающий объем информации, сокращение жизненного цикла многих знаний, умений, навыков, профессий, всё более 
тесная кооперация всех участников исследовательских и производственных процессов, характерных для мирового человеческого сообщества на данном этапе, актуализирует значимость фундаментальных научных знаний в подготовке бакалавров, магистров различных профилей 
[153, 163]. Реакция системы высшего инженерного образования на этот 
вызов времени в последнюю четверть ХХ в. состояла главным образом 
в экстенсивном расширении содержания образования путём включения 
новых вопросов в изучаемые естественно-научные дисциплины. Однако возможности этого пути практически исчерпаны. Очевидной становится необходимость решения комплекса дидактических проблем, связанных с конкретизацией целей, отбором содержания, поиском методов, 
форм и средств обучения, которые обеспечат подготовку молодых специалистов к профессиональной деятельности в условиях непрерывного 
обновления профессионально значимой информации. Это обусловливает необходимость проектирования инновационной образовательной 
среды предметной подготовки. 
С учетом того, что бакалавр – развивающийся специалист, нацеленный на дальнейшее профессиональное становление, основу его 
компетенций должны составлять фундаментальные знания по физике, 
химическим наукам, математике, универсальные методы и обобщенные способы деятельности, необходимые для успешного освоения 
специальных дисциплин и дальнейшего развития профессиональных 
компетенций в рамках программ магистратуры и аспирантуры. Как отмечается в работах [73, 108, 161], на фундаментальных знаниях будет 
базироваться широкий спектр производственной деятельности специ

Глава 1

алиста, будет раскрываться потенциал его саморазвития. Именно поэтому важнейшей тенденцией модернизации инженерного образования 
является фундаментализация.
Традиционно фундаментальная естественно-научная и математическая подготовка бакалавров технико-технологических направлений 
осуществляется на младших курсах. На констатирующем этапе исследования было проведено анкетирование 136 студентов 1–4-х курсов очной формы обучения специализаций «Металлургия цветных металлов» 
(МЦ), «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия» (МК), «Литейное производство черных и цветных металлов» (МЛ), 
«Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (БЖ) направления 
«Металлургия» СФУ по модернизированной нами анкете «Методологические знания», представленной в работе [18]. Результаты приведены 
в табл. 2–3.

Таблица 2

Показатели сформированности методологических знаний студентов-первокурсников  
направления подготовки «Металлургия» 2012–2013 уч. г. 

Компонент 
методологических 
знаний

Количество студентов, владеющих компонентами  
методологических знаний, %

Специализация

МЦ
МК 
МЛ и БЖ

Знаниевый
46,9
38,8
44,5

Деятельностный
38,8
29,8
24,7

Ценностное отношение
45,2
50,0
61,5

Таблица 3

Показатели сформированности методологических знаний студентов  
специализации «МЦ», 2012–2013 уч. г.

Компонент
методологических 
знаний

Количество студентов, владеющих компонентами  
методологических знаний, %

Курсы

1
2
3
4

Знаниевый
46,9
33,0
45,6
47,4

Деятельностный
38,8
20,8
26,4
33,9

Ценностное отношение
45,2
20,8
18,2
30,6