Применение компьютерной техники в учебном процессе является мощным средством активизации познавательной деятельности студентов, расширения поля их самостоятельной работы. Развивающее и творческое обучение достигается за счет интерактивности взаимодействия обучаемого с компьютерной программой, за счет анализа получаемой самостоятельно информации и формулирования выводов по работе.

В последние годы Минобразования России огромное внимание уделяет проблеме информатизации образования. Постановлением Правительства РФ от 28.08.2001 г. № 630 утверждена Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды (2001–2005 гг.)». Одной из главных целей программы является «создание условий для поэтапного перехода к новому уровню образования на основе информационных технологий». Так в показатели аккредитации вузов включен показатель наличия электронной библиотеки. Необходимо не только наполнять электронными изданиями электронные библиотеки, но и создавать образовательную информационную среду.

Неотъемлемыми частями электронных изданий являются виртуальные модели, тренажеры и лаборатории.

Классификация виртуальных моделей, тренажеров и лабораторий

Чтобы понять, какое место занимают виртуальные модели, тренажеры и лаборатории, необходимо провести классификацию, основанную на их возможностях [1, 2].

1. Интерактивные демонстрации.В основном программы этого вида являются частью электронных учебников и играют роль либо вспомогательного средства для восприятия учебного материала, либо средства для наглядной демонстрации какого-либо эксперимента. Программы содержат небольшое число элементов интерактивности, но в то же самое время у спешно выполняют функции по показу проведения экспериментов.
2. Простые модели.Зачастую основной целью программ данного вида является описание какого-либо научного опыта. Созданные модели представляют собой набор лабораторных работ или исследований, объединенных по некоторому признаку. Коллекция простых моделей является полноценной виртуальной компьютерной лабораторией. Особенностью простых моделей является относительная простота их создания, так как в них представлен один простой процесс, описываемый одной или несколькими математическими формулами. Другой отличительной особенностью является то, что различные модели могут создаваться независимо разными программистами. Эти качества обуславливают распространенность простых моделей. При этом следует учитывать, что минусами подхода являются:
   • трудность расширения (при попытке включения в курс новой лабораторной работы требуется привлекать программиста, по существу создавая новую модель практически с нуля);
   • невозможность объединения моделей (две модели из различных лабораторных работ являются полностью обособленными и не могут взаимодействовать, описывая новое явление);
   • ограниченность обучающегося в действиях.

   Примерами виртуальных компьютерных лабораторий этого вида являются:

   • виртуальная лаборатория по общей физике (ИДО ТГУ)(http://ido.tsu.ru/russian/course.phtml?c=13&n=1);
   • компьютерный лабораторный практикум по физике (МГТА)(http://www.bitpro.ru/ITO/2001/ito/II/1/II-1-36.html).
3. Универсальные лаборатории для класса явлений.Программы данного вида имеют в основе своего функционирования мощный математический аппарат и соответственно являются сложными моделирующими системами. Универсальность таких систем обеспечивается системным подходом к моделированию и разработке моделей. Благодаря своим возможностям виртуальные компьютерные лаборатории могут быть используемы для реальных научных или производственных расчетов. Особенностью универсальных лабораторий является ярко выраженный компонентный подход. Благодаря своим характеристикам, на основе универсальных лабораторий существует возможность создавать не только сложные модели, но и достаточно простые, которые по силам для разработки одним программистом. Примерами относительно простой лаборатории, предназначенной для использования в образовательных целях, являются:
   • СhemLab for Windows от Model Science Software (http://modelscience.com);
   • «Живая» физика (http://www.int-edu.ru/soft/);
   • Сrocodile Chemistry от Crocodile Clips Ltd(http://www.crocodileclips.com/chem.htm).

   Примерами виртуальной лаборатории, предназначенной для использования в научных целях, являются:

   • Интернет-ориентированная кроссплатформенная интерактивная система визуализации математических моделей (http://mathmod.aspu.ru);
   • лаборатория исследования океана (http://gis.poi.dvo.ru/);
   • виртуальная лаборатория ядерной физики (http://nrv.jinr.ru/nrv/).

   Основными плюсами универсальных компьютерных лабораторий являются:

   • простота расширения (в составе программ этого типа имеются средства для добавления новых компонентов);
   • возможность объединения компонентов для построения большого количества моделей различных экспериментов.
4. Универсальные лаборатории.В возможности данных программ заложено использование в одном эксперименте явлений различной природы.Примерами лабораторий этого вида являются:
   • Crocodile Physics от Crocodile Clips Ltd (http://www.crocodileclips.com/phys.htm);
   • Electronics Workbench (http://www.interactiv.com);
   • система моделирования МАРС (ТУСУР) (http://toe.tusur.ru/index.php?id=8).

   В качестве примеров универсальных программных комплексов, пригодных для построения виртуальных лабораторий, охватывающих конкретную предметную область, можно привести:

   • MathCAD – универсальный пакет для проведения математических и инженерных расчетов, пользующийся широким признанием среди специалистов;
   • MATLAB with SIMULINK (MathWorks Inc.) – самый развитый по своим функциональным и интерфейсным возможностям ПК для моделирования и анализа систем автоматического управления;
   • LabVIEW BasePackage – среда графического программирования;
   • FutureLab (http://www.simulations-plus.com/futurelab/index.html).
5. Имитационные лаборатории.Стержнем имитационной лаборатории является возможность моделировать абсолютно любые процессы или явления и реализовать такие эксперименты, которые в реальной жизни недостижимы из-за больших затрат на их проведение или по причине невозможности создания необходимых условий для проведения эксперимента. В ходе выполнения эксперимента существует возможность использования явлений и процессов различной природы, а также возможность применения методов оптимизации эксперимента. Технология основана на идеи, что исследуемая система, полностью имитируется с помощью совокупности программных средств. Этот набор программных средств должен содержать в себе как минимум: какой-либо язык имитационного моделирования (например, Siman, Simula, GPSS и др.), средства для визуального представления моделей, средства оптимизации построенной модели и средства для удобного представления результатов моделирования и оптимизации. Примерами лабораторий этого вида являются пакеты VSMPL, AnyLogic, Arena, GPSS-PC.

Постановка задачи

В настоящее время процесс разработки программного обеспечения, в том числе и процесс разработки виртуальных тренажеров и моделей, представляет собой сложный трудоемкий процесс. Участие в нем требует специальной подготовки специалистов, которые смогут реализовать поставленные перед ними задачи. При этом в образовательных процессах должны участвовать конкурентноспособные и качественные модели, правильно реализующие задачи. С качественным представлением задачи лучше всего может справиться преподаватель в данной предметной области. Проблема в том, что для того, чтобы реализовать модель самостоятельно, преподавателю необходимо иметь навыки использования специализированных программных средств.

Решение этой проблемы возможно двумя способами:

• представление модели специалистам, реализующим ее, и совместная многократная поправка реализованной модели преподавателем и специалистами;
• использование среды, которая позволит преподавателю без наличия специализированных знаний реализовывать какие-либо виртуальные модели.

Из приведенной классификации можно выделить два класса: интерактивная демонстрация и простые модели. Создание объектов этих классов возможно при помощи среды, работа в которой доступна для преподавателей.

Объекты остальных классов сложны и их разработка требует непосредственного вмешательства специалистов.

Требования к функциональности. Разрабатываемая система должна обеспечивать возможность создания интерактивных демонстраций и простых моделей средствами визуального проектирования с максимально простым интерфейсом задания параметров моделей.

Требования к интерфейсу. Особенностью среды является привычность интерфейса, оформленного в стиле MS Office. Привычный интерфейс необходим для наиболее быстрой адаптации преподавателей.

Требования к выходным данным. Конечным продуктом среды, в которой будет происходить разработка, является исполняемый объект. Таким образом, преимуществом работы в такой среде является тот факт, что объекты, полученные в процессе проектирования, смогут работать самостоятельно, без использования среды проектирования.

Так как обучающие материалы расположены в web-среде, то исполняемый объект должен быть в формате, удобном для встраивания в web-содержание. Такими форматами могут выступать:

• объекты flash;
• web-страницы с использованием JavaScript;
• страницы, написанные на развивающемся языке HTML5;
• и прочие форматы.

Заключение

Предлагаемая среда позволит преподавателям самостоятельно создавать качественный программный продукт, встраиваемый в web-содержание. При этом разработка не требует многократного сотрудничества преподавателя со специалистами по реализации (программистами). Такой подход обеспечит снижение времени и трудоемкость разработки. Работа проводится в рамках магистерской диссертации.

 

ЛИТЕРАТУРА:

 

1. Стародубцев В. А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании / В. А. Стародубцев, Ф. В. Николаев // Томск : Дельтаплан, 2002. – 224 с.
2. Ефимов Е. Н. Построение классификации виртуальных лабораторий / Е. Н. Ефимов // Вестник ИжГТУ. – 2008. – № 1(37). – С. 115.

Существует несколько способов реализации индивидуализации обучения в компьютерных учебных пособиях. Наиболее распространенными являются предоставление учащимся возможности выбора уровня сложности, темпа и порядка изучения материала в обучающих программах и использование инструментальных средств, в частности, программ-оболочек, позволяющих варьировать языковое наполнение упражнений. В мультимедийной обучающей программе «Reward InterN@tive» (1999) предложен принципиально иной подход. Он заключается в том, что авторами предусмотрена возможность автоматической выборки из программы упражнений и заданий определенного типа и последующего их комбинирования в соответствии с потребностями обучающихся.

Программа «Reward InterN@tive», основанная на многоуровневом учебном комплексе «Reward» (Macmillan Heinemann ELT, 1996), состоит из 40 уроков для уровней elementary, pre-intermediate, intermediate and 20 уроков для уровня upper-intermediate. В каждом уроке представлены задания для работы над различными аспектами языка (фонетикой, лексикой, грамматикой) и видами речевой деятельности (чтением, говорением, аудированием и письменной речью). Материал организован в блоки, включающие 4-5 уроков, видеоурок на основе видеокурса «Reward», проверочную и контрольную работы. С помощью специального блока программы, названного авторами «Навигатор курса», пользователь (преподаватель, учащийся) может создавать индивидуальные курсы / программы обучения.

Навигатор курса предоставляет возможность:

1. Определить содержание и объем создаваемой программы обучения на основе выбора упражнений из:
   • разделов, посвященных определенным аспектам языка и видам речевой деятельности: «грамматика», «лексика», «фонетика», «темы», «говорение», «чтение», «аудирование», «письмо»;
   • структурных блоков «Reward lnterN@tive». Упражнения могут выбираться из всех, одного или нескольких разделов и блоков программы и комбинироваться в любой последовательности.
2. Сохранить созданные курсы. Впоследствии любой курс будет загружаться при выборе его из списка курсов (для этого в Навигаторе курса предусмотрена опция «Раскрыть список «Избранное»).

Таким образом, весь богатейший учебный материал мультимедийного курса «Reward InterN@tive» может эффективно использоваться для создания индивидуальных программ обучения, соответствующих конкретным образовательным потребностям учащихся.

Целью настоящей работы было создание мультимедийного курса лекций по избранным разделам общей, физической и органической химии в виде компьютерной презентации в формате Power Point. Тематика лекций соответствует рабочим программам, составленным на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Курсы лекций включают следующие темы: химическая термодинамика, химическая кинетика, растворы сильных и слабых электролитов, комплексные соединения, поверхностные явления и адсорбция, коллоидные растворы, электрохимические процессы, виды химической связи, основные классы органических соединений, полимеры. При разработке курса лекций для большей наглядности в описании химических процессов и реакций была использована анимация, представленная в уже имеющихся широко распространенных электронных учебниках и информационных ресурсах Интернета. Кроме того, в лекционный материал вставлялась цифровая видеозапись лабораторных экспериментов, проведенных и записанных в лабораториях кафедры химии НГТУ. Особое внимание уделялось условиям подачи материала: подбору оптимальной скорости появления информации на экране, видам анимации, выбору шаблонов оформления, а также дизайну презентации в целом. В курсе закрепляются понятия, которые необходимы для изучения последующих дисциплин, определённых учебными планами.

Анонимное тестирование студентов позволило определить уровень усвоения учебного материала, выявить наиболее трудные для восприятия темы, выделить разделы, вызвавшие наибольший интерес у студентов. Согласно результатам тестирования: 91–93 % студентов разных потоков оценивают лекции в целом положительно, 74 % – высказали пожелание и далее слушать мультимедийные лекции, у 82–85% – излагаемый материал вызвал интерес.

Список источников

1. Вострикова Т. И., Андрюшкова О. В., Чернова Е. Ю. Интегральное понятие качества образования в медицинском институте // Сборник межрегиональной учебно-методической конференции / НГМА. — Новосибирск, 1999.

Целенаправленное использование новейших информационных технологий, таких как мультимедиа и интерактивность, обеспечивает максимальную эффективность общения преподавателя с обучающимся и интенсификацию учебного процесса, что ведет к скорейшему внедрению СЗЕ.

Особое значение приобретают информационные обучающие системы, которые должны:

• являться удобным и эффективным средством получения знаний студентом, их закрепления и контроля;
• адаптироваться к целям обучения и способностям пользователя;
• реализовывать авторские методики обучения.

Как показал анализ существующих обучающих систем и инструментальных средств, разработанных, как правило, на основе устаревших технологий, ни одно из них в полной мере не удовлетворяет указанным требованиям.

Основные причины несоответствия обучающих систем образовательному процессу с использованием СЗЕ следующие:

1. Существующие системы не рассчитаны на развитие/эволюцию — использование новых информационных технологий, они консервативны (в большинстве своем, это просто HTML-редакторы). А СЗЕ подразумевает постоянное совершенствование учебных материалов (внедрение новых информационных технологий в обучение, новых дидактических технологий) и самосовершенствование преподавателей (повышение квалификации). Совершенствование в конкуренции: студент будет проходить курс у «лучшего и современного» преподавателя по «лучшим и современным» учебным материалам.
2. Возможности организации адаптивного (уровень знаний, изучаемая область и пр.) управления обучением в большинстве своем отсутствуют, за исключением систем DiscoverWare, GLPro, HyperMethod, но и они ограничены необходимостью программирования или построены на основе моделей обучаемых, жестко заданными шаблонами — отсутствие модели обучаемого сужает возможности системы по адаптации к обучаемому.
3. В рассмотренных системах отсутствуют системы адаптации к преподавателю (квалификация, изучаемый предмет и пр.), создающему электронный курс (за исключением ToolBook Assistant и TopClass, где адаптация выражается конечном набором шаблонов интерфейса).

Разрабатываемые средства изучения реализуются на основе расширения «классической» методики обучения посредством введения технологий мультимедиа и схем интерактивного представления информации. Предлагается методика интерактивного обучения. Старая схема «студент смотрит, как система выполняет очередной шаг и повторяет его» дополняется технологией мультимедиа и схемами интерактивного представления информации. Данная методика есть совокупность таких элементов освоения и приемов, как зрительное и логическое восприятие, системность, представление последовательности допустимых действий в конкретной ситуации и их результатов. Посредством повторения развивается моторная память, в результате чего лучше усваивается материал.

Методика призвана повысить уровень восприятия материала студентом на основе развития моторной памяти и сенсорики и дать возможность интерактивно получать опыт, работая параллельно с рассматриваемой программой.

Результаты разработки пилотной обучающей интерактивной мультимедийной системы:

• преподаватель, он же администратор системы, имеет возможность менять любой контент и имеет доступ к базе данных рейтингов студентов;
• программно реализуется структура системы, состоящая из модулей, каждый из которых имеет законченный вид. Благодаря этому система легко наращивается необходимыми элементами (расширение курса);
• система построена на основе разработанной, легко модифицируемой, расширяемой библиотеки классов. На основе данной библиотеки возможна разработка подобного рода систем;
• разработанная система имеет широкий спектр областей применения (учебные курсы по различным дисциплинам, презентации и пр.);
• легко реализуем удаленный доступ к системе за счет использования в основе WEB-ориентированных технологий;
• разрабатываемая система эффективна в образовательном процессе с автоматизацией зачетных единиц, удовлетворяя всем его требованиям. Кроме того, в полной мере применима в сфере дистанционного образования.

В докладе будут рассмотрены группа проблем, связанных с созданием информационно-обучающих систем для системы зачетных единиц, структура и свойства разрабатываемой системы, выделены основные достоинства и преимущества данной разработки.

• являться удобным и эффективным средством получения знаний студентом, их закрепления и контроля;
• адаптироваться к целям обучения и способностям пользователя;
• реализовывать авторские методики обучения.

Как показал анализ существующих обучающих систем и инструментальных средств, разработанных, как правило, на основе устаревших технологий, ни одно из них в полной мере не удовлетворяет указанным требованиям. Основные причины несоответствия обучающих систем образовательному процессу с использованием СЗЕ следующие:

1. Существующие системы не рассчитаны на развитие/эволюцию – использование новых информационных технологий, они консервативны (в большинстве своем, это просто HTML-редакторы). А СЗЕ подразумевает постоянное совершенствование учебных материалов (внедрение новых информационных технологий в обучение, новых дидактических технологий) и самосовершенствование преподавателей (повышение квалификации). Совершенствование в конкуренции: студент будет проходить курс у «лучшего и современного» преподавателя по «лучшим и современным» учебным материалам.
2. Возможности организации адаптивного (уровень знаний, изучаемая область и пр.) управления обучением в большинстве своем отсутствуют, за исключением систем DiscoverWare, GLPro, HyperMethod, но и они ограничены необходимостью программирования или построены на основе моделей обучаемых, жестко заданными шаблонами — отсутствие модели обучаемого сужает возможности системы по адаптации к обучаемому.
3. В рассмотренных системах отсутствуют системы адаптации к преподавателю (квалификация, изучаемый предмет и пр.), создающему электронный курс (за исключением ToolBook Assistant и TopClass, где адаптация выражается конечным набором шаблонов интерфейса).

Разрабатываемые средства изучения реализуются на основе расширения «классической» методики обучения посредством введения технологий мультимедиа и схем интерактивного представления информации. Предлагается методика интерактивного обучения. Старая схема «студент смотрит, как система выполняет очередной шаг и повторяет его» дополняется технологией мультимедиа и схемами интерактивного представления информации. Данная методика есть совокупность таких элементов освоения и приемов, как зрительное и логическое восприятие, системность, представление последовательности допустимых действий в конкретной ситуации и их результатов. Посредством повторения развивается моторная память, в результате чего лучше усваивается материал. Методика призвана повысить уровень восприятия материала студентом на основе развития моторной памяти и сенсорики и дать возможность интерактивно получать опыт, работая параллельно с рассматриваемой программой. Результаты разработки пилотной обучающей интерактивной мультимедийной системы:

• преподаватель, он же администратор системы, имеет возможность менять любой контент и имеет доступ к базе данных рейтингов студентов;
• программно реализуется структура системы, состоящая из модулей, каждый из которых имеет законченный вид. Благодаря этому система легко наращивается необходимыми элементами (расширение курса);
• система построена на основе разработанной, легко модифицируемой, расширяемой библиотеки классов. На основе данной библиотеки возможна разработка подобного рода систем;
• разработанная система имеет широкий спектр областей применения (учебные курсы по различным дисциплинам, презентации и пр.);
• легко реализуем удаленный доступ к системе за счет использования в основе WEB-ориентированных технологий;
• разрабатываемая система эффективна в образовательном процессе с автоматизацией зачетных единиц, удовлетворяя всем его требованиям. Кроме того, в полной мере применима в сфере дистанционного образования.

В докладе будут рассмотрены группа проблем, связанных с созданием информационно-обучающих систем для Системы зачетных единиц, структура и свойства разрабатываемой системы, выделены основные достоинства и преимущества данной разработки.