Защита диссертации Қадірбек Ақнұр на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D01511 - Информатика»

В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Қадірбек Ақнұр на тему «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровых технологий в области естественных наук» по образовательной программе «8D01511 – Информатика».

Диссертация выполнена на кафедре «Информатики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.

Язык защиты - казахский

Официальные рецензенты:

Шекербекова Ширинкыз Тилеубергеновна - кандидат наук, доцент

ЖАЙДАКБАЕВА ЛЯЗЗАТ КУАНДЫКОВНА - кандидат наук, доцент, Южно-Казахстанский университет имени Мухтара Ауэзова

Временные члены Диссертационного совета:

Алдабергенова Айгуль Оналбековна - кандидат наук, доцент, Жетысуский государственный университет имени И. Жансугурова, Преподаватель-исследователь

Мукашева Манаргуль Умирзаковна - кандидат наук, доцент, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, профессор

Научные консультанты:

Карелхан Нурсауле – доктор философии (PhD), и.о. доцента кафедры «Информатика», Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, (г. Астана, Республика Казахстан);

Peter Schmidt – доктор философии (PhD), профессор кафедры «Прикладная информатика», Экономический университет в Братиславе (г. Братислава, Словацкая Республика).

Защита состоится: 19 декабря 2024 года 10:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D015 – Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам» по специальности «8D01511 – Информатика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.

Ссылка: http://surl.li/vgdbin

Адрес: Астана қ., Қ. Сәтбаев көшесі, 2, № 302 ауд.

Аннотация (рус.): Актуальность исследования: В концепции развития высшего образования и науки в Республике Казахстан на 2023-2029 годы указано, что «обучение на протяжении всей жизни, которое стало актуальным трендом в последние десятилетия, повышает конкурентоспособность пользователей за счет развития интеллекта, структурного мышления, способностей к адаптации и самоорганизации, расширения круга знакомств, возможностей и представлений о мире, улучшения психического здоровья». В Законе Республики Казахстан «Об образовании» сказано о необходимости «создания условий для получения качественного образования, направленного на формирование, развитие и профессиональное совершенствование личности на основе общечеловеческих ценностей, достижений науки и практики». Новое гуманитарное образование, 100 новых учебников на казахском языке, в основной книге методик ведения исследовательского проекта Ричард Фейман сказал: «Мы находимся на пороге развития человечества. Наша борьба с проблемами не является основой. Делая все, что в наших силах, зная все достигнутое, совершенствуя решения, мы должны помогать будущим поколениям». В Послании Президента нашей республики народу Казахстана «Единство народа и системные реформы – прочная основа процветания страны» (2023 г.) отмечено, что особое внимание необходимо уделить способности страны реализовать огромный информационно-телекоммуникационный потенциал, то есть в новую цифровую эпоху имеет геополитическое значение подготовка специалистов, необходимых для того, чтобы Казахстан стал центральным цифровым хабом для большей части Евразийского региона, а в Послании «Новые возможности развития в условиях четвертой промышленной революции» (2018 г.) указано: «Необходимо усилить качество преподавания математики и естественных наук на всех уровнях образования. Это важное условие подготовки молодежи к новому технологическому положению». Качественное образование в вузах позволит сформировать профессиональную квалификацию будущих специалистов, социальные принципы, соответствовать общечеловеческим ценностям и быть конкурентоспособными на рынке труда. Необходимо создать возможности со стороны государства для подготовки высококвалифицированного специалиста. Чтобы быть в числе развитых стран мира, необходимо подготовить конкурентоспособных специалистов, способных создавать геоинформационные системы. Географическая информационная система (ГИС) - это компьютерная система, способная собирать, хранить, управлять и отображать данные, которые устанавливаются на любую последнюю модель рабочего стола и на которые ссылаются географические координаты. Географическая информационная система - это системы, которые создают, управляют, визуализируют и анализируют все типы данных. ГИС добавляет данные на карту, объединяя данные о местоположении со всеми типами описательной информации. Это создает основу для картографирования и анализа, используемых в научных целях и во всех областях. ГИС помогает понять модели, отношения и географический контекст. Среди преимуществ-улучшение взаимодействия и эффективности, а также улучшение качества управления и принятия решений. ГИС- современная технология для создания и анализа картографических представлений статистических объектов в реальном мире, а также для визуализации событий, происходящих в мире. Геоинформационная система может использоваться в таких областях, как образование, здоровье, строительство, экономика, экология, транспорт, туризм, право и т.д. В настоящее время, в связи с ростом населенных пунктов, прибегают к ГИС, чтобы добраться до местности, с экономией времени заказать любую вещь, решить туристические проблемы, освоить автомобили, получить услуги скорой помощи, решить уголовные проблемы и т.д. Все эти процессы мы используем ежедневно. В современном образовательном контексте изучение и применение фундаментальных изменений в области ГИС является важным аспектом, существенно влияющим на эффективность образовательных процессов и прогресс в научных исследованиях. ГИС- инновационные технологии, которые объединяют пространственные данные, анализ и визуализацию для более глубокого понимания географических явлений. Использование ГИС в образовании открывает обучающимся новые возможности для развития навыков пространственного мышления, анализа данных и решения проблем в различных дисциплинах. Геоинформационная система имеет ряд проблем в сфере образования, одна из основных проблем-ограниченный доступ к современным ГИС-технологиям из-за высокой стоимости программного обеспечения и оборудования. Создает неравенство между образовательными учреждениями и затрудняет доступ к высокотехнологичным инструментам для широкого круга обучающихся. Также возникает необходимость подготовки компетентных кадров в области ГИС. Внедрение актуальных курсов в образовательные программы и успешное использование ГИС обучающимися в будущей профессиональной деятельности обеспечивает практическую подготовку. Таким образом, обучение в сфере ГИС образования является фундаментальным фактором современного образовательного процесса, но требует решения вопросов, связанных с доступностью технологий и подготовкой кадров. На казахский язык переведено 100 новых учебников гуманитарного образования на казахском языке, утвержденных Республиканским научно-практическим центром «Учебник» Министерства образования и науки Республики Казахстан, в том числе учебник Хейвуда Я., Корнелиуса С., Карвера С. Х. «Введение в географические информационные системы». Процесс внедрения ГИС в образовательных учреждениях Республики Казахстан имеет ряд существенных проблем, которые включают отсутствие соответствующего финансирования, нехватку высококвалифицированных кадров, трудности в техническом и программном обеспечении, а также отсутствие теоретических и методических разработок. Требуются профессионалы в области географии и информационных технологий, использующие язык программирования Python в создании ГИС, обладающие знаниями, умениями, навыками работы с базами данных, умеющие создавать таблицы, запросы и выводить на карту результаты в создании данных в геоинформационной системе. По мировому рейтингу университетов QS активно развивается преподавание геоинформационных систем в высших учебных заведениях, что свидетельствует об их стремлении актуализировать учебный процесс в соответствии с требованиями современной геоинформационной практики и дает обучающимся большие возможности для приобретения новых знаний и навыков в данной области. Ведущие в мире университеты Массачусетского технологического института, Кембриджского университета, Оксфордского университета, Национального университета Сингапура, Токио и др. имеют несколько видов самых старых и ценных программ ГИС в мире и предлагают широкий спектр программ по геоинформационным наукам и технологиям. Кроме того, он известен своими программами геоинформатики и пространственного анализа, содержит программы высокого уровня по ГИС и обеспечивает высококачественное образование. Известны программами по геоинформатике и ГИС-приложениям, программами в области анализа данных и геоинформационных технологий в различных областях университеты стран СНГ, такие как Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Санкт-Петербургский государственный университет, Киевский национальный университет им. Т. Шевченко, Ташкентский государственный университет, Бакинский государственный университет, Белорусский государственный университет и др. В Республике Казахстан в Казахском национальном университете имени аль-Фараби проходят обучение по образовательным программам бакалавриата «6B07302 - Геоинформатика», магистратуры «7M07302-Геоинформатика» и докторантуры «8D07302-Геоинформатика». Основа образовательной программы ориентирована на различные учреждения, такие как образовательные учреждения, научно-исследовательские центры, производственные организации, национальные и региональные технологические центры ГИС, государственные органы и соответствующие министерства, для кадров, специализирующихся в области геоинформатики. В соответствии с приведенным обзором выявлена необходимость ГИС не только для обучающихся по этим образовательным программам, но и для обучающихся по образовательным программам в области естественных наук. В геоинформационной системе необходимо обучать специалистов в области естественных наук, работающих с картами, новым знаниям, умениям и навыкам работы с базами данных с использованием языка программирования Python. Таким образом, противоречие с необходимостью преподавания геоинформационной системы в высших учебных заведениях и ее отсутствием на практике обусловливает тему диссертационной работы «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук». Цель исследования: выявление и практическая реализация теоретических основ применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук. Объект исследования: Учебный процесс высших учебных заведений. Предмет исследования: Определение и реализация теоретико-практических основ внедрения в учебный процесс тем геоинформационных систем в преподавании цифровых технологий в областях естественных наук. Научный прогноз исследования: если бы были заложены теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук, то в ней повысился бы уровень теоретических знаний ГИС обучающихся в области естественных наук, сформировались бы новые практические умения и навыки, так как теоретические знания геоинформационной системы в профессиональном плане сформированы и в практическом плане язык программирования и картографирование имеют большое значение для создания баз данных и геоинформационных групп, управления, публикации и обновления элементов, выполнения сложных визуализаций, анализа данных, управления стандартными задачами. Были поставлены задачи исследования, связанные с объектом и предметом исследования, целью и научной гипотезой. Задачи исследования: - анализ общего применения геоинформационных систем и условий обучения в высших учебных заведениях на глобальном уровне и определение аппаратно-программного обеспечения теоретических основ создания геоинформационных систем; - создание модели теоретико-практических основ применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях; - разработка учебно-методического обеспечения применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях; - осуществление моделирования и картографирования новых объектов в геоинформационной системе; - экспериментально организовать применение геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук и статистически проанализировать результаты. Ведущая идея исследования: Позволяет обучающимся областей естественных наук формировать знания, умения, навыки посредством изучения теоретических представлений о ГИС, интеграции с созданием и практическим применением геоинформационных систем. Методологические и теоретические основы исследования: Законодательство и государственные программы Республики Казахстан, государственный общеобязательный стандарт высшего и послевузовского образования Республики Казахстан, педагогические методы и идеи оптимизации высшего образования; геоинформационные системы, поддержка языков программирования в создании геоинформационных систем, научные труды и исследования по обучению геоинформационных систем в высших учебных заведениях и передовые учебно-методические основы. Источники исследования: Закон Республики Казахстан «Об образовании», государственный общеобязательный стандарт высшего и послевузовского образования Республики Казахстан, Послание Президента Республики Казахстан народу Казахстана, нормативные правовые акты, отечественные и зарубежные научные труды по обучению геоинформационным системам, образовательные сайты. Методы исследования: Теоретический  анализ научной литературы на основе геоинформационных систем, определение особенностей программного обеспечения по педагогической модели, теме исследования; Эмпирический  анкетирование, тестирование, проведение педагогического контроля, собеседование, определение уровня сформированности знаний, умений и навыков обучающихся по темам; Статистический  уточнение характеристик знаний, умений и навыков, подтвержденных методами математической статистики. База исследования: Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Актюбинский региональный университет им. К. Жубанова, Атырауский университет им. Х. Досмухамедова. Этапы исследования: Первый этап (2020-2021 учебный год) - теоретико-поисковый, определяющий этап эксперимента. На данном этапе была выбрана тема «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровых технологий в области естественных наук», определены цели, задачи, перспективы исследования, формы проведения практико-экспериментальных работ, составлены вопросы анкетирования, проведен анализ научно-методической литературы, интернет-ресурсов по поставленным задачам, выполнен анализ учебно-информационных систем, дифференцирована структура среды, поддерживающей изучение геоинформационных систем. Второй этап (2021-2022 учебный год) - в соответствии с научной гипотезой и задачами исследовательской работы по теме «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук» на формирующем этапе разработана модель формирования знаний, умений и навыков обучающихся в системе образования по геоинформационным системам, определены основы повышения качества подготовки, практически систематизированы этапы работы и дифференцированы научно-методические результаты. Разработано учебное пособие «Использование языка программирования Python в создании геоинформационных систем», создан цифровой образовательный ресурс «Геоинформационные системы». Третий этап (2022-2023 учебный год) – заключительный этап, здесь тщательно проанализированы результаты исследований по теме «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук». Проведен статистический и математический анализ. Были предложены нулевая и альтернативная гипотезы, а для проверки гипотезы был использован критерий Пирсона х2. Выполнено оформление диссертации в соответствии с требованиями. Научная новизна и теоретическая сущность исследования: - определено аппаратно-программное обеспечение теоретических основ построения геоинформационных систем; - создана модель теоретико-практических основ применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях; - разработано учебно-методическое обеспечение применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях; - в геоинформационной системе осуществлено моделирование и картографирование новых объектов; - получены результаты статистического анализа с экспериментальной организацией применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук. Апробация и внедрение результатов исследования: обучающиеся образовательной программы «6B01524 – Подготовка педагогов географии», образовательной программы «6В01511-Информатика» Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева г. Астаны, образовательной программы «6В01506 - География» Актюбинского регионального университета им. К. Жубанова, образовательной программы «6В01510 – Учитель географии и истории» Атырауского университета им. Х. Досмухамедова» приняли участие в эксперименте, в содержание изучаемых дисциплин включены темы геоинформационных систем. Практическая значимость исследования: В содержание изучаемых дисциплин в областях естественных наук включены темы геоинформационных систем, по данной дисциплине разработано учебное пособие «Использование языка программирования Python в создании геоинформационных систем» и составлен цифровой образовательный ресурс «Геоинформационная система», который прошел аппробацию в учебном процессе. Составлена карта города Астаны в программе ArcGis Pro. Достоверность и обоснованность результатов исследования: Экспериментальные результаты по теме «Теоретико-практические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровых технологий в области естественных наук» обеспечены всесторонним обсуждением педагогической, учебно-методической литературы, систематическим проведением результатов исследований на различных этапах экспериментальной работы, математико-статистической обработкой полученных результатов, внедрением результатов исследований в учебный процесс. Выносимые на защиту положения: 1. Теоретические основы применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук: 1.1 определение аппаратно-программного обеспечения применения геоинформационных систем в учебном процессе в высших учебных заведениях; 1.2 систематизация программного обеспечения современных геоинформационных систем в соответствии с целью совершенствования знаний и формирования новых умений и навыков обучающихся; 2. Модель реализации теоретико-практических основ применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях: 2.1 целевой блок: целевая постановка основ и практической реализации геоинформационной системы по опыту передовых вузов по государственному законодательству, программам, QS-рейтингу, доказывающая актуальность темы исследовательской работы; 2.2 определение содержательно-методического блока содержания образовательной программы, включающего базовые дисциплины, методическое обеспечение, организационный процесс, методы и средства исследования, формы обучения, методы обучения и компоненты совершенствования знаний и формирования новых умений и навыков; 2.3 результативный блок-подтверждение достоверности прогноза, сформированного в результате исследовательской работы, с целью выявления новых знаний и навыков обучающихся в обучении геоинформационной системе, выбора мотивационных, содержательных, технологических компонентов, проведения опросов на основе выявленных показателей и критериев по компонентам. 3. Учебно-методическое обеспечение применения геоинформационных систем при обучении цифровым технологиям в областях естественных наук в высших учебных заведениях: 3.1 внедрение тем геоинформационных систем в содержание базовой дисциплины «применение цифровых технологий по отраслям», изучаемой в областях естественных наук; 3.2 обоснованность необходимости использования языка программирования по изучению базовой дисциплины и конкретизация использования учебного пособия «Использование языка программирования Python в создании геоинформационных систем»; 3.3 разработка цифровых образовательных ресурсов «геоинформационная система» для поддержки преподавания базовой специальной дисциплины; 3.4 Составление карты «Карта города Астаны, составленная в программе ArcGis Pro». 4. Разработка путей моделирования и картографирования на основе использования среды программирования для установки новых объектов в современных геоинформационных системах. 5. Положительные результаты экспериментальной работы по теоретико-практическим основам применения геоинформационных систем в обучении цифровым технологиям в областях естественных наук, обоснование поставленного прогноза. Обсуждение и реализация результатов исследования: Опубликованные статьи и научные труды описывают результаты исследования по теме диссертации. 2 статьи в ненулевых импакт-факторных изданиях информационного ресурса Scopus: 1. Results of geoinformation system training in higher education // World Transactions on Engineering and Technology Education (WTE&TE) - Vol. 22, № 1, March, 2024. - P. 24-30. 2. Setting up and implementing ArcGIS to work with maps and geospatial data with Python for teaching geoinformation systems in higher education // -2023. International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET) - Vol. 18 № 14, August, 2023. - P. 271-281. DOI:10.3991/ijet.v18i14.39833. 3 статьи в журналах рекомендуемых Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан: 1. Основы применения геоинформационных систем в областях естественных наук / / научный журнал "Вестник Евразийского национального университета им.Л. Н. Гумилева". Педагогика. Психология. Серия социология. 2021. № 4 (137), с - 360-371. 2. Особенности языка Python в работе с картой в ArcGis / / Вестник Казахского национального педагогического университета имени Абая серия" физико-математические науки " (2023).Том 82 № 2. 3. Жоғары оқу орындарында геоақпараттық жүйелердіоқытудың тиімділігі. «Қазақстан Республикасы Ұлттық Ғылым академиясының» РҚБ Хабаршысы ғылыми журналы. – сериясы №4 (410), Алматы, 2024ж. 282-295 б. 2 статьи в международных научных конференциях: 1. Features of the use of geoinformation systems in higher education //Vol. 2021, Scientific journal of the University of Economics in Bratislava 2021 - P.44-51. 2. Review of the effectiveness of new information technologies in the era of global digital technologies // Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russian Federation. 003 (2022). Учебное пособие: 3. «Использование языка программирования Python в создании геоинформационных систем «Астана: издательство ИП» Булатов А. Ж.". 2023-193 стр., ISBN 978-601-7046-01-9 Авторские свидетельства: - «Геоинформационные системы». Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом, № 41749 от 30.12.2022. - «Карты столицы Астаны в программе ArcGIS Pro». Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом, № 44456 от 10.04.2024. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех разделов, списка использованной литературы, заключения и приложений.

Диссертация

Список научных трудов

Отзыв научного консультанта

Отзыв зарубежного консультанта

Заключение комиссии по этической оценке исследований

Отзыв официального рецензента

Отзыв официального рецензента

Решение диссертационного совета

Защита диссертации: https://youtu.be/bp5n9GdzyfM