Разработка мультимедийных электронных образовательных ресурсов в Новосибирском техническом университете

ВведениеВ 2012 году Госдума РФ приняла Закон об образовании, позволяющий и рекомендующий учебным заведениям использовать программы электронного обучения (E-learning), дистанционные образовательные технологии при всех формах обучения и образовательных программах, реализуемых учебными заведениями [1]. Новые федеральные государственные стандарты ВПО предполагают активное использование в процессе обучения информационных технологий, что становится возможным при наличии в образовательных учреждениях соответствующего аппаратного (компьютеры, проекторы, интерактивные доски и т.д.) и программного обеспечения, называемого электронными образовательными ресурсами (ЭОР).ЭОР представляют собой учебные материалы, для воспроизведения которых используются электронные устройства; являются совокупностью учебно-методических ресурсов, способствующих эффективному освоению обучающимися учебного материала, входящего в учебную программу дисциплины (блока дисциплин) плана подготовки по одному из направлений (специальностей) [2].Полагают, что качество компетенций получаемых обучающимися повышается по сравнению с традиционным обучением за счет использования инновационных ИКТ-технологий и сред обучения (Е-learning). В США на сегодняшний день принята новая парадигма образования с явным акцентом на электронное обучение (E-learning): «Вместо аудиторий и классических библиотек – индивидуальная, каждодневная работа в сети преподавателей вузов и студентов». Основными источниками знаний в новой парадигме названы централизованно разрабатываемые, доступные через Интернет ЭОР, используемые как в учебной, так и в научной и производственной деятельности и Е-learning с общей тенденцией ежедневного обновления учебных материалов [3].Новое поколение Е-learning основано на использовании в учебном процессе виртуальных сред, компьютерных симуляций, виртуальных 3D миров c эффектом погружения. В отличии от E-learning, предполагающего использование дистанционных курсов, доставляемых учащимся с целью проведения обучения, E-learning 2.0 предполагает использование средств, основанных на сервисах Web 2.0.Согласно мнению Карла Кэппа, виртуальная среда – это отличный учебный инструмент и задача преподавателя заключается в переориентировании современных виртуальных технологий на обучение (Е-learning 2.0) [4]. Таким образом, в области образования стоит задача ориентировать виртуальные 3D миры c эффектом погружения, на обучение на основании реальных жизненных ситуаций. Созданы образцы электронных курсов, основанных на разборе реальных примеров, реализующие подлинное погружение в учебную среду, использующиеся в подготовке, например, медицинских работников, обучении специалистов по обслуживанию военной и космической техники и пр., которые позволяют лучше понять работу изучаемого объекта. Технология Е-learning 2.0 является частью развивающего обучения и способствует вовлечению обучающихся, выросших в эпоху ИКТ-технологий и визуально воспринимающих материал, в процесс обучения. По форме представления совокупных материалов ЭОР, основанные на технологии Е-learning 2.0 (лабораторные стенды с удаленным доступом, виртуальные лаборатории, тренажеры, компьютерные симуляции, игровые ситуации в виртуальных средах) относятся к мультимедийным ЭОР (МЭОР).  Мультимедийные электронные образовательные ресурсыОсновными преимуществами такого рода ресурсов называют: интерактивность (обучающийся становится активным участником ситуации, что обеспечивает расширение возможностей самостоятельной учебной работы за счет использования активно-деятельностных форм обучения); наглядность обучения; мультимедийность (взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного программного обеспечения с использованием современных технических и программных средств); возможность выполнения двух ролей в процессе обучения: одновременно являются как средством обучения, так и контролирующим мероприятием,В компьютерной среде с помощью имеющихся программных средств моделируется та или иная ситуация, проблема, задача, модель из профессиональной области. На этой основе отрабатывается принятие соответствующих технических или управленческих решений. Компьютерная симуляцияэто игровое средство обучения или отдельное задание в составе электронного курса, имитирующее реальную ситуацию или модель, в условиях которой участникам необходимо совершить ряд действий, связанных, как правило, c выбором/принятием решений. С точки зрения восприятия учебного материала, компьютерные симуляторы обладают способностью «переноса обучающегося в реалистичную игровую ситуацию». В правильно спроектированном симуляторе обучающийся должен действовать так же, как и в аналогичной жизненной ситуации. Это делает полученные знания более применимыми к жизни, чем знания, полученные в аудитории.Например, одной из важнейших составляющих при получении технического образования является лабораторный практикум. Традиционным считается выполнение лабораторных работ на экспериментальных установках в лаборатории ВУЗа или в специализированном центре. Однако возможна и частичная замена эксперимента виртуальным, тогда основной задачей будет являться организация виртуального лабораторного практикума с использованием компьютерных симуляций, интерактивных моделей и виртуальных интерактивных стендов с настраиваемыми параметрами.В настоящее время в Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) создаются разнообразные электронные средства учебного назначения, начиная от текста, переведенного в электронный вид, до унифицированных электронных учебно-методических комплексов (ЭУМК) по дисциплинам и приложениями с различным уровнем интерактивности. Тем не менее, внедрение развивающего обучения, как практика преобразований столкнулась с противоречием между имеющейся потребностью в создании ресурсов данного вида и недостаточными компетенциями преподавателей по их разработке.Особую актуальность проблема использования мультимедиа ресурсов приобрела в программах технических дисциплин, требующих усложненных МЭОР, таких как виртуальные учебные лаборатории, автоматизированные лабораторные стенды с удаленным доступом, компьютерные симуляции, успешно дополняющие традиционные электронные ресурсы профессионального образования. Для этой цели существует широкий набор инструментальных средств разработки интерактивных МЭОР, например, приложения на основе технологии Adobe Flash, Microsoft Silverlight или HTML5. Есть мнение, что обеспечить качество и технологичность создания интерактивных ЭОР в состоянии только коллектив профессионалов, специализирующийся в создании информационного продукта [5].Временные творческие коллективы для создания МЭОРАвторами предлагается создание временных творческих коллективов, в состав которых входит преподаватель-разработчик (специалист по дисциплине/курсу) и технический персонал специализированных лабораторий для разработки электронных интерактивных образовательных ресурсов (программист-разработчик, дизайнер экрана и т.д.), с четким разграничением задач и функций каждого члена коллектива.Например, для создания интерактивных стендов по пожарной безопасности на кафедре Безопасности труда (БТ) НГТУ и Институте дистанционного обучения (ИДО) использовалась совместная творческая работа авторов представленной разработки: преподавателя (специалиста в предметной области курса) и программиста-разработчика интерактивного мультимедиа ресурса.1. Функции преподавателя, дополняющего материалы курса интерактивными электронными мультимедиа ресурсамиТребования к преподавателю, использующему МЭОР в образовательном процессе, должны складываться из совокупности традиционных профессиональных компетенций и специфических, связанных с использованием современных ИКТ-технологий. Таким образом, необходимым условием успешной деятельности педагогов является компьютерная грамотность, знание предметной области, творческий подход к работе, а также готовность и желание использовать ИКТ-инструментарий в профессиональной деятельности. Преподаватель – разработчик ресурса продумывает и разрабатывает сценарий интерактивного ресурса, а также составляет методические указания по работе с ресурсом и предлагает обучающимся порядок выполнения работы.Обязательными элементами структуры методических указаний являются:– цель работы;– задачи, решаемые обучающимися для достижения цели;– краткие теоретические сведения (информационная часть – ссылки на нормативные материалы, или материалы, содержащие теоретические требования)– порядок выполнения задачи;– методы анализа полученных результатов;– требования по оформлению отчета (если есть)В задачу преподавателя-разработчика курса входит создание подробного технического задания для программиста, осуществляющего реализацию интерактивного ресурса (интерактивной модели, компьютерной симуляции, интерактивного стенда).2. Функции программиста-разработчика– проектирование согласно техническому заданию (этап 1).На этом этапе прорабатывается концептуальная логика работы системы, механизмов передачи данных в модели «клиент-сервер» согласно полученному техническому заданию. Разрабатывается модель защиты пользовательских данных от постороннего вмешательства и защиты серверных данных от возможных попыток подбора правильного ответа. Далее программистом проектируются механизмы взаимодействия клиентской части и серверной стороны, а также составляются блок-схемы алгоритмов программных модулей и диаграмм взаимодействия потоков входных и выходных данных проектируемой системы.– реализация разработки интерактивного мультимедиа ресурса (этап 2).Основная часть производственной деятельности программиста включает в себя подробную разработку дизайна интерфейса и реализация его посредством аппаратно-программных средств. Так, программная реализация спроектированной системы интерактивных стендов по пожарной безопасности написана на языке PHP 4 в среде разработке Notepad++, созданы взаимосвязанные программные модули согласно требованиям преподавателя – заказчика разработки. Работа программиста также включает обеспечение AJAX-взаимодействия клиентской части программного комплекса и серверной его части.– пост-релизные работы (этап 3).На заключительном этапе происходит согласование проделанной работы с преподавателем, внесение поправок и изменений в программный код и интерфейс клиентской части программы согласно техническому заданию с учетом замечаний преподавателя. Интерактивные стенды, разработанные в Институте дистанционного обучения НГТУ совместно с кафедрой безопасности труда НГТУ Разработанные приложения являются частью созданного ЭУМК «Пожарная безопасность» и размещены в электронной среде обучения НГТУ (раздел интерактивные стенды на сайте Центра дистанционного обучения «Комплексная безопасность»). Оба стенда реализованы с помощью технологии HTML5.  Рисунок 1. Интерактивный стенд «Классификация пожаров в зависимости от вида горящих веществ и материалов» в случае правильного ответа обучающегося. На рисунке 1 показан общий вид интерактивного стенда, который предполагает выбор и правильное размещение обучающимися объектов горения и соответствующих огнегасительных средств. Стенд представляет собой таблицу из 3 столбцов, в первом указан «класс пожара», во втором – «объект горения (что горит)», а в третьем – огнегасительные средства (чем тушат). В верхнем правом углу размещены движущиеся визуализированные объекты горения «твердые вещества» и «газы», которые обучающиеся должны правильно разместить на стенде согласно классам пожаров, определенных в федеральном законе № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [6]. Далее, обучающиеся выбирают огнегасительные средства, применяющиеся при тушении пожаров соответствующего класса, и также размещают на стенде.После правильного ответа обучающегося, фон стенда становится зеленым и всплывает окно «Поздравляем! Пожар потушен. Переходите к следующему стенду».При неправильном ответе обучающийся видит, что в строке с неправильно выбранным средством тушения возникает визуализация ПОЖАРА, т.е. пожар потушить не удалось и нужно правильно подобрать огнегасительные средства. Согласно визуализации (колеблющиеся языки пламени имитируют пожар) обучающийся видит, в каком окне неправильно выбраны средства тушения пожара, или объект горения не соответствует классу пожара. Разработанный стенд можно использовать как средство для обучения (стенд-тренажер) и/или в качестве контролирующего мероприятия для разных целевых групп обучающихся.   Рисунок 2. Общий вид интерактивного стенда «Классификация пожаров в зависимости от вида горящих веществ и материалов» при неправильном ответе (визуализация пожара).«Классификация помещений по взрывопожарной и пожарной опасности (Рисунок 3).Стенд, представленный на рисунке 3, состоит из пяти настраиваемых блоков (по числу категорий по взрывопожарной и пожарной опасности). Обучающимся предлагается выбрать из предложенных вариантов верные признаки помещения согласно классификации помещений по взрывопожарной и пожарной опасности и «настроить» стенд. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с табл.1. НПБ 105-03 [7]. Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, приведенным НПБ, от высшей (А) к низшей (Д).   Рисунок 3. Общий вид стенда с настраиваемыми параметрами «Классификация помещений по взрывопожарной и пожарной опасности. Например, категория А – взрывопожароопасная. Помещения и здания, в которых осуществляются технологические процессы, связанные с выделением горючих газов, ЛВЖ с температурой (варианты ответов: воспламенения, самовоспламенения, вспышки), не более не более/более 280 С, и при которых образуется избыточное расчетное давление взрыва не более/более 5 кПа. Пользователь настраивает (правильно выбирает) не менее трех параметров для каждой категории помещения.При верной настройке стенда цвет фона меняется на зеленый, а неверно настроенные параметры для какой-либо категории приобретают красную окраску. Всплывает окно «К сожалению, не все высказывания составлены верно, как только все блоки станут зелёными, можно будет перейти к следующей странице». Обучающийся настраивает стенд еще раз, пока он не становится зеленым во всех категориях. Всплывает окно «Поздравляем! Все высказывания корректны, переходите к следующему стенду».Работа с интерактивными стендами включается в самостоятельную работу обучаемых, и предполагает как изучение теоретических материалов, так и самостоятельное заполнение и настройку стендов в процессе обучения.Требования к уровню освоения интерактивных ресурсовПо окончанию работы со стендами обучаемый будет:– знать о правовых основах обеспечения пожарной безопасности в Российской Федерации;– оперировать понятиями категории помещений по пожарной опасности, знать классы пожаров и применяемые огнегасительные средства;– иметь представление о современных педагогических технологиях учебного процесса с применением активных методов обучения (работа с интерактивными мультимедиа ресурсами).ЗаключениеДо сих пор создание мультимедийных материалов удобных в использовании и имеющих необходимые элементы интерактивности для большинства преподавателей в НГТУ представляет достаточно сложный и трудоемкий процесс. Тем не менее, потребность в разработке интерактивных ЭОР и готовность преподавателей к их применению растет, а инструментальные средства для их создания активно развиваются. Все это в комплексе рисует весьма обнадеживающую перспективу широкого распространения мультимедиа ресурсов, успешно дополняющих материалы курса, в учебном процессе не только вузов, но и учреждений всех уровней образования.Список литературы1. Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации».2. Осин А. В. Электронные образовательные ресурсы нового поколения в вопросах и ответах / А. В. Осин, И. И. Калина // Документы и материалы деятельности федерального агентства по образованию за период 2004 – 2010 гг. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ed.gov.ru/news/konkurs/5692/#g6.3. Тихомиров В. П. Пленарный доклад на Международной конференции по e-Learning / В. П. Тихомиров ; Междунар. ассоц. открытого образования. – М., 2009.4. Kapp Karl M., O’Driscoll Tony. Learning in 3D: Adding a New Dimension to Enterprise Learning and Collaboration // Published by Pfeiffer : an imprint of Wiley. – 2010. – P. 419.5. Аветисян Д. Д. Образовательный контент для дистанционного обучения / Д. Д. Аветисян // Преподаватель. XXI век. – 2009. – №1. – С. 51-59.6. Федеральный закон № 123-ФЗ от 22 июля 2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности и изучить классы пожаров и рекомендованные огнегасительные средства».7. НПБ 105-03 от 30.06.2003. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.