На современном этапе развития военного образования прослеживаются тенденции формирования обучающей среды на основе активной познавательной деятельности курсантов. Одним из условий ее развития является активная обучающая среда. В положениях Концепции Федеральной целевой программы развития образования до 2015 года [2], а также в современной модели образования, ориентированной на решение инновационных задач экономики (Модель 2020) [3], указываются базовые компетенции современного человека – коммуникационная, информационная, компетенции самообучения и саморазвития. Новые условия формирования обучающей среды, направленные на удовлетворение запросов конкретных потребителей образовательных услуг, определяют для субъектов процесса обучения развитие данных компетенций и, как следствие, включенности их в активную совместную деятельность.

Решение проблемы обеспечения выпускников военных учреждений профессионального образования актуальными знаниями, навыками и современными компетенциями возможно, на наш взгляд, лишь путем разработки и внедрения прогрессивных моделей образования, одной из которых является виртуальное образование на основе новой образовательной парадигмы – компетентностного подхода в подготовке военных специалистов.

Понятие “среда” также отражает взаимосвязь условий, обеспечивающих развитие человека. В этом случае предполагается его присутствие в среде, взаимовлияние, взаимодействие окружения с субъектом. На наш взгляд, данные термины применимы и для характеристики понятий “образовательное пространство” и “информационное пространство”, “образовательная среда”, “информационная среда”. Педагогическая среда предполагает  взаимовлияние и взаимодействие окружения с субъектами педагогического процесса.

Образовательная среда – не новое понятие. Ее связывают с обра-зовательным процессом как часть общей среды, имеющей с ним активное взаимодействие и существенное взаимовлияние, т.е. среда существенно влияет на образовательный процесс, в то время как процесс также оказывает влияние на среду, изменяет ее и подстраивает под себя. В последнее время, вследствие перемен в военном образовании, интерес к образовательной среде значительно вырос, и ей стали отводить большие, чем ранее, роль и значение. Само понятие образовательной среды также было подвержено переосмыслению, рассмотрению с новых позиций и в новых аспектах.

Наше понимание образовательной среды в военном вузе, следующее: образовательная среда в военном вузе определяется как совокупность факторов, определяющих обучение и развитие курсанта, военно-экономические условия, влияющие на обучение, характер информационных и межличностных отношений, формирование профессиональных компетенций военных специалистов.

В Концепции информатизации сферы образования Российской Федерации [4], употребляется термин “информационная среда”. При этом уточняется его понимание. Авторы дают следующее определение: “под информационной средой понимается совокупность программно-аппаратных средств, информационных сетей связи, организационно-методических элементов системы высшей школы и прикладной информации о предметной области, понимаемой и применяемой различными пользователями, возможно с разными целями и в разных смыслах”.

Концепция информационной среды впервые была предложена Ю.А. Шрейдером, который справедливо рассматривает информационную среду не только как проводника информации, но и как активное начало, воздействующее на ее участников [5].

Образовательная среда — это часть социокультурного пространства, зона взаимодействия образовательных систем, их элеметнов, образовательного материала и субъектов образовательных процессов. Образовательная среда также обладает большой мерой сложности, поскольку имеет несколько уровней – от федерального, регионального до основного своего первоэлемента – образовательной среды конкретного учебного заведения и класса. Образовательная среда также создается индивидом, поскольку каждый развивается сообразно своим индивидуальным особенностям и создает свое собственное пространство вхождения в историю и культуру, свое видение ценностей и приоритетов познания. А поскольку всякое знание личностно, поскольку образовательная среда каждого есть, в конечном счете, особое, личностное пространство познания и развития [6].

Учебная, или обучающая, среда включает в себя все, что окружает курсанта, оказывая влияние на его развитие. Обучающая среда – это специально организованная среда, направленная на приобретение курсантами определенных профессиональных навыков, формирование профессиональных компетенций. В ней формы обучения в военном вузе становятся подвижными и доступными для изменения. Иначе говоря, это внешняя организующая сила, стимулирующая процесс обучения и развития.

Для более полного освещения взаимодействия преподавателя и курсанта, опосредованного программно-педагогическими средствами (виртуальным симулятором и обучающими программами) целесообразно использовать понятие информационной сети, представляющей собой совокупность взаимодействующих источников и потребителей информации [7]. Известно, что информационная сеть состоит из одного источника информации, одного потребителя информации (информационной нагрузки) и связывающих их каналов, по которым перемещается информационный поток. Если следовать аналогии с электрическими цепями, потребителя информации можно охарактеризовать информационным сопротивлением – временем реакции на полученную информацию. Источник информации в этом случае характеризуется информационным напряжением, которое определяет его способность генерировать информационный поток.

При использовании в ходе занятия двух источников информации – преподавателя и виртуального симулятора, оснащенного программно-педагогическими средствами, можно построить информационные цепи двух видов: как последовательным соединением источников, так и параллельным. Последовательное соединение источников целесообразно использовать, когда велико информационное сопротивление нагрузки вследствие плохой подготовленности или слабых познавательных способностях курсанта. В этом случае они получают подлежащую усвоению информацию сначала от преподавателя, затем закрепляют полученные знания с помощью симулятора, т.е. информационные напряжения складываются и сила информационного потока (по аналогии с электрическим током) не ослабевает. Если информационное сопротивление потребителя низкое (курсанты хорошо воспринимают подлежащую усвоению информацию), то лучше использовать параллельное соединение источников, когда преподаватель и симулятор задействованы в ходе занятия одновременно. В этом случае при том же информационном напряжении через нагрузку проходит большой информационный поток, равный сумме потоков, генерируемых двумя источниками и усвоение знаний будет более интенсивным[8].

В качестве дидактических условий учебно-познавательной деятельности курсантов при формировании базовых профессиональных компетенций специалистов наземного обеспечения ВВС с применением виртуальных симуляторов мы выделяем следующие:

- целенаправленность на результат обучения;

- мотивационную заинтересованность;

- овладение алгоритмами самоконтроля;

- четкость выполнения операций;

- предварительную подготовленность курсанта в области информатики как пользователя.

Только максимально полное соблюдение указанных выше дидактических условий может обеспечить наиболее полное раскрытие возможностей виртуальных симуляторов.

Симуляторы — программные и аппаратные средства, создающие впечатление действительности, отображая часть реальных явлений и свойств в виртуальной среде. [9] В обучение на базе компьютера виртуальный симулятор используется как ключевая составляющая обучающей среды. Это термин может означать как использование виртуального симулятора в аудитории, так и в более широком значении он относится к структурированной среде, где компьютеры используются с целью обучения. Обычно это понятие не включает в себя использование компьютера, где обучение – это второстепенный элемент.

Виртуализация образования может рассматриваться как объективный процесс движения от очного через дистанционное к виртуальному образованию, которое вбирает в себя лучшие свойства очного, заочного, дистанционного и других форм получения образования. Виртуальное обучение – это целенаправленный, организованный процесс взаимодействия курсантов с преподавателями, между собой и со средствами обучения, причем он некритичен к их расположению в пространстве и во времени.

Таким образом, на наш взгляд, профессионально-ориентированная образовательно-обучающая среда с применением виртуальных симуляторов в военном вузе – это совокупность условий и факторов, способствующих возникновению и развитию информационного и дидактического взаимодействия между преподавателем, курсантами и виртуальными симуляторами, направленных на формирование профессиональных компетенций военных специалистов.

Бурный рост информационного потока, появление новых методов обучения, в том числе и дистанционных, диктует образовательным учреждениям внедрять наиболее эффективные способы работы со студентами. Такие способы обучения в образовании принято называть инновационными.

В связи с этим не удивительно, что центральным современным требованием нашего государства стало придание высшему образованию России инновационного характера. А именно, его развитие и повышение конкурентоспособности по сравнению с зарубежными образовательными системами.

Что такое инновация? Иннова́ция, нововведе́ние (англ. innovation) — это внедрённое новшество, которое востребовано рынком. Оно обеспечивает качественный рост эффективности определенных процессов или продукции.

В целом, для сферы образования, инновационность – это степень новизны результатов нововведения. Данный критерий является основным, потому что высокая степень инновационности подразумевает высокий уровень развития обучающих программ, повышенный интерес, как преподавателей, так и обучающихся.

На сегодняшний момент многие учебные заведения всячески стремятся к повышению качества  предоставляемых образовательных услуг, в основном за счет внедрения  в учебный процесс инноваций и новых подходов в обучении. Стоит понимать, что в нынешних экономических условиях это не просто дань моде, а средство выживания различных университетов и институтов.

Одной из основных целей внедрения инноваций в образовательный процесс является обеспечение интеграции образования и науки. Это предполагает более тесную связь образования с практикой. Другая важная цель – повысить интерес обучающихся, дать им новый опыт и ощущения от процесса, что в итоге приведет к улучшению успеваемости.

Анализируя особенности инноваций в сфере образования, можно понять, что здесь в наибольшей степени уместно следующее определение: инновация в образовании есть внедрение абсолютно нового или усовершенствования в значительной степени продукта (услуги), или процесса, либо нового метода обучения.

Отсюда можно разделить инновации в образовании условно на четыре группы:

Инновационный продукт – новое знание как продукт научного исследования. Создание оптимальных в экономическом плане образовательных систем, инновационных образовательных комплексов;

Процессные инновации – образовательная технология, как услуга по новому способу изучения предмета;

Организационные и маркетинговые инновации, которые проявляются в расширении академической мобильности, интеграции в мировое образовательное пространство, корпоративности университетской среды, усиление преемственности и укрепление связей между различными уровнями образования.

Использование инноваций в образовании, с одной стороны, совершенствует непосредственно образовательные процессы, а с другой, готовит людей к использованию новых технологий. При этом для потребностей образования применение самых продвинутых технологий, как например, в промышленности, вряд ли можно считать первоочередной необходимостью. Инновации – это, скорее, инструмент, с помощью которого можно сформировать новое творческое отношение учащихся к решению проблем современной жизни.

В инновационном обучении, студенты должны ориентироваться  на развитие своих познавательных и личностных возможностей.

Обучающиеся действуют как субъекты образовательного процесса. Преподаватель занимает позицию их партнера – помощника в освоении ими  нового опыта. Такая модель позволяет формировать навыки творческого решения нестандартных задач и не вырабатывает склонность к шаблонным действиям и решениям.

Помимо этого, в инновационном обучении, в отличие от  традиционного, поощряется занятие обучающимися не просто активной, а инициативной позиции в учебном процессе. Они не просто «усваивают» учебный материал, а сами активно его познают, вступают в активный диалог. Вследствие применения таких подходов происходит эволюционная трансформация традиционного обучения в инновационное.

На военной кафедре, инновации способствуют выполнению основной задачи – формированию профессиональных навыков у будущих военных специалистов-выпускников. Государство заинтересовано в создании высококвалифицированных специалистов, и инновационные методы обучения способствуют этому.

В рамках  модернизации образования становится актуальной необходимость внедрения на военных кафедрах институтов инновационных образовательных программ, в соответствии с которыми обязательными компонентами образовательного процесса являются использование в учебном процессе новых научных знаний.

Целью инновационной образовательной программы является усовершенствование отдельных этапов образовательного процесса, внедрение каких либо новых решений, которых ранее не было в системе данного учреждения.

Стоит отметить, что еще до начала внедрения инновационных компонентов в образовательный процесс, необходимо провести соответствующую подготовку. Для этого требуется оснастить учреждения с военными кафедрами необходимой для инновационной деятельности ресурсной базой, а также технологиями и кадрами. Прежде всего, у военного вуза, наметившего себе инновационный путь развития, должна быть адекватная материально-техническая база.

Военная кафедра является учебным формированием вооруженных сил государства при гражданском высшем учебном заведении, для подготовки военнослужащих категории офицер, сержант или рядовой для определенных видов и родов войск. Материально техническая база – важнейшее ее составляющее, что включает в себя совокупность материальных, технических средств и оборудованных объектов, предназначенных для обучения студентов в соответствии с планами боевой подготовки. Основой технического оснащения учебной материально-технической базы являются учебно-тренировочные средства. Для формирования инновационного обучения, эти средства нуждаются в качественном обновлении в соответствии с нынешним развитием технологий.

Далее следует отметить инновационные разработки, которые уже внедрены в материально техническую базу и нашли место в образовательном процессе на военной кафедре МИРЭА:

1.Электронные учебники. Специальные устройства или программное обеспечение, используемые в образовательном процессе. Это могут быть не просто материалы по определенному предмету, а обширная энциклопедия по всему курсу, содержащая иллюстрации и даже 3D макеты. Из плюсов стоит отметить: быстрый и простой доступ к информации, возможности моментальной правки и внесения данных, удаленная доступность, долговечность, возможность хранения видео и аудио записей помимо текста.

Как правило, электронные учебники содержат в себе тесты, практику и задачи, что позволяет проверить усвоенный материал. Электронные учебники – это один из важнейших элементов инновационного обучения, формирующие доступное и полезное информационное пространство.

Помимо учебников, в электронном варианте предоставляются методические пособия и визуализированные лекции.

2.Виртуальные симуляторы и тренажеры. При обучении на военной кафедре у студентов, на первом этапе, возникает проблема понимания того, к чему их готовят, и с чем они будут работать. Приоритет теории над практикой не способствует достаточному пониманию, а предоставить всем обучающимся реальную аппаратуру очень часто является невозможным.

Именно эту проблему призваны исправить виртуальные симуляторы и тренажеры, которые знакомят учащихся с прототипами аппаратуры. В обучении на базе компьютера виртуальный симулятор используется как ключевая составляющая обучающей среды. Но помимо компьютера, необходим и опытный педагог, который будет направлять процесс обучения, и следить за правильным использованием программ.

3.Комплекс учебно-тренировочных средств (КУТС). Этот комплекс сочетает в себе большинство доступных на данный момент инновационных методов обучения. Является своеобразным симбиозом электронной энциклопедии и виртуального симулятора. Он обладает серьезными преимуществами по сравнению с обычными симуляторами, т.к. контроль за обучающимися происходит на новом технологическом уровне (веб-камеры и серверная проверка), а также содержит в себе исчерпывающие материалы по курсу обучения.

Применение комплекса учебно-тренировочных средств позволяет:

- повысить эффективность подготовки специалистов связи в рамках выделенного на специальную подготовку времени;

- снизить расход ресурсов для проведения боевой подготовки;

- предотвратить вывод из строя техники связи, связанный с неумелой эксплуатацией на начальном этапе ее освоения;

- повысить эффективность проведения групповых занятий, самостоятельной работы под руководством преподавателя, практических занятий;

- повысить качество отработки взаимодействия экипажей боевых машин и командиров подразделений;

- более эффективно и в режиме реального времени провести плановый и внезапный контроль уровня подготовленности студентов.

Кроме перечисленных преимуществ применения КУТС при подготовке и проведении занятий, выявляются и преимущества «второго уровня», в более широкой перспективе образовательного процесса.

К ним с большой долей очевидности относятся: повышение качества образования и конкурентоспособность образовательной системы; выявление и апробация новых методов и подходов в обучении; развитие творческого потенциала обучаемых; возможность изменения принципов преподавательской деятельности; повышение степени активности обучающихся; активное ведение практической и исследовательской деятельности.

Помимо усовершенствования материально-технической базы и процессов обучения, нужно уделить особое внимание развитию профессиональных компетенций преподавателя.  Необходимо разработать систему стимулов, обеспечивающих заинтересованность преподавателя в постоянном  совершенствовании образовательного процесса. Система аттестации и оплаты труда преподавателей должна  создавать стимул для карьерного роста преподавателя. Основным курсом этой системы должно стать повышение качества преподавания и непрерывное профессиональное развитие.

Внедрение инновационных компонентов в образовательный процесс  не должно быть стихийным, поскольку не все инновации дают положительный результат. Инновационные компоненты должны внедряться поочередно, поскольку так легче будет выявлять те компоненты, которые себя не оправдывают.

Инновационные компоненты могут внедряться во все стадии образовательного процесса. При этом весьма важно обеспечить качественное обновление  методической и технологической базы процесса обучения.

Таким образом, принятый курс на внедрение инноваций в образовательный процесс является необходимостью и важнейшей насущной потребностью, поскольку он служит «двигателем» развития всей системы образования.

Несмотря на все плюсы, сложность использования инноваций в образовании кроется в достаточно длительном периоде их внедрения и в отложенном результате. Инновации подразумевают под собой риски, поэтому необходим постоянный и качественный мониторинг результатов их внедрения в образовательный процесс. Для полноценного и комплексного обновления системы необходимо, так же, обратить внимание на организационные инновации, обеспечивающие сам учебный процесс. К ним следует отвести укрепление взаимосвязей между высшими учебными заведениями, а так же создание и расширение единого информационного межвузовского пространства.

Одним из направлений реализации учебно-тренажерных комплексов такого класса является проектирование систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) ВВТ – мультимедийных анимационных имитаторов, предназначенных для виртуального воспроизведения состояний физических объектов созданием иллюзии действий с реальной техникой при различных условиях, включая возникновение внештатных и аварийных ситуаций. Основной их особенностью является максимально полное воспроизведение внешнего вида физических устройств и элементов управления ими, а также движения отдельных элементов в соответствии с происходящими физическими процессами. Изучаемая военная специальная техника, не только дорогостоящая, массогабаритная, нередко используемая в обучении в ограниченном числе или в единственном экземпляре, но и является источником повышенной опасности. Поэтому отработка действий специалистов на этой технике в аварийных и внештатных экстремальных ситуациях недопустима, так как это может привести к травматизму (гибели) личного состава. Применение систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) специальной техники в учебном процессе военного вуза позволит отрабатывать умения и навыки на отдельных моделях реального объекта и имитировать выполнение различных технологических операций индивидуально, без вмешательства других обучающихся. Это обеспечит повышение качества подготовки специалистов, в том числе их психологическую устойчивость, воспитание самостоятельности при принятии решений в случае возникновения аварийных и внештатных экстремальных ситуаций.

Под качеством систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) ВВТ понимается совокупность свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять потребности в соответствии с назначением. Уровень качества – это относительная характеристика, основанная на сравнении значений показателей качества виртуального симулятора с базовыми значениями. Оценка качества данного программно-педагогического средства может быть произведена путем оценивания его показателей с установленными требованиями.

В общем виде задача разработки (синтеза) заключается в выборе оптимальной (или рациональной), в том или ином смысле структуры системы и ее параметров при заданных характеристиках внешней среды и с учетом ограничений, накладываемых на систему. Следовательно, задача проектирования систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) специальной техники как сложной системы может быть сформулирована таким образом – найти такой вариант структуры программы виртуального симулятора, которая удовлетворяла бы совокупности исходных данных, а именно:

совокупности внешних условий;

совокупности ограничений на структуру и параметры симулятора;

совокупности показателей качества, которые должны быть учтены при разработке;

совокупности ограничений, накладываемых на показатели качества;

в обладании наилучшими значениями совокупности показателей качества в смысле заданного критерия предпочтения.

Общей задачей и главным содержанием проектирования при разработке симулятора является создание виртуального образа, максимально достоверно имитирующего функционирование физического объекта. Для обеспечения достоверности виртуального образа необходимо, прежде всего, обеспечить визуальное сходство интерфейса симулятора и его адекватную интерактивную реакцию на управляющие воздействия обучаемого, выступающего в роли оператора объекта симуляции.

При управлении работой объекта изучения ВВТ, являющегося физическим объектом моделирования, оператор осуществляет воздействие на органы управления и отслеживает показания контрольно – измерительных приборов (КИП), размещенных на пульте управления. Поэтому интерфейс программы симулятора визуально должен представлять собой имитацию пульта управления объекта изучения ВВТ.

Процедура проектирования систем освоения объектов изучаемой специальной техники симуляторного типа реализуется поэтапно.

На первом этапе формулируются основные требования к создаваемому программному продукту:

– визуальное сходство интерфейса программы симулятора с пультом управления объекта симуляции (то есть определяющие совокупность показателей качества, учитываемых при разработке):

– обоснованные  понятные приемы воздействия на органы управления и адекватная, ожидаемая реакция ассоциируемых с ними графических объектов интерфейса программы;

– достоверные хронометрические характеристики отклика математической модели процессов протекающих в имитируемой схеме;

– схожее с реальным графическое представление результатов расчета, в виде имитации работы КИП, расположенных на пульте управления объекта изучения ВВТ;

– адекватная (соответствующая реальной) реакция программы на неправильные (не предусмотренные инструкцией по эксплуатации объекта симуляции) действия обучаемого.

Указанные показатели определяются также как внешнесистемные характеристики удовлетворение которым должно обеспечиваться либо на лингвистическом, либо на количественном уровне.

Главным содержанием начального этапа проектирования является анализ работы симулятора в целом и декомпозиция общей задачи симулятора на структурном уровне в виде самостоятельных подсистем (элементов, блоков) для последующих этапов проектирования.

Задача декомпозиции проектируемого изделия на более простые элементы (блоки, узлы) решается функционально-узловым (модульным) методом проектирования, который позволяет формировать структуру симулятора в виде модулей, выполняющих определенные функции.

Структура программы симулятора как учебно-тренажерного средства (УТС) должна удовлетворять заданным как внешнесистемным, так и внутрисистемным характеристикам и определяется как их совокупность. Эта зависимость является уравнением связи между внешнесистемными и внутрисистемными характеристиками.

Внешнестистемные характеристики описывают симулятор с точки зрения требований эксплуатирующих организаций (воинских частей) и рассматриваются как совокупность следующих требований:

- визуального сходства интерфейса программы симулятора с пультом управления изучаемой специальной техники;

- к воздействиям неадекватной реакции соответствующих приборов на ассоциированными с ними графические объекты;

- к хронометрическим характеристикам отклика математической модели процессов, протекающих в имитационной схеме;

- к результатам функционирования контрольно-измерительных приборов (КИП) и органов (переключателей, вентилей и т.д.), расположенных на пульте управления объекта симуляции.

С математической точки зрения внутрисистемные характеристики  выполняют функцию независимых переменных задачи проектирования и определяют значения внешнесистемных характеристик, которые в свою очередь определяют эффективность и назначение проектируемого изделия. Внутрисистемные характеристики рассматриваются как совокупность хронометрических, технических, эргонометрических, дидактических и других требований:

На втором этапе с учетом заданных требований формируется модульная структура, включающая в себя: модуль интерпретации графических данных, который преобразует графическую информацию, поступающую в него в виде изменяющихся координат в значения физических величин, характеризующих управляющие воздействия оператора; модуль визуализации результатов расчета преобразует физические величины, полученные в результате математического моделирования физических процессов в графический вид; модуль расчета содержит алгоритм, построенный на основе математической модели детального описания физических процессов, происходящих в имитируемой системе объекта изучения ВВТ.

Завершающий этап проектирования характеризует разработку комплексной математической модели, описывающей поведение схемы моделируемой установки, пригодной для алгоритмического описания и функционирования применительно к реальному и изменяемому масштабу времени, что является наиболее сложной задачей при создании виртуального симулятора.

Соблюдение при проектировании рассмотренных требований, предъявляемых к структуре программ систем освоения объектов изучаемой специальной техники симуляторного типа, будет способствовать успешному освоению дисциплин будущими специалистами в военном вузе.