CC BY
29
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТЕВОГО УЧЕБНОГО КУРСА «МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИКЕ»
А.И. Чучалин, д.т.н., проф., проректор по стратегическому планированию,
Тел.: (3822) 563814, E-mail: [email protected] Ю.Г Нехорошева, аспирант кафедры электрических машин и аппаратов,
Тел.: (3822) 563762, E-mail: [email protected] Томский политехнический университет. http://www.tpu.ru
The article is focused on the development and implementation of the network learning course
«Mathematical simulation in electromechanics».
Введение. В
настоящий период формируется особая среда обитания и жизнедеятельности людей - складывается информационное общество. Общество, в котором нет ни одной области человеческой деятельности, не связанной в той или иной степени с процессами получения и обработки информации. Общество, в котором знания являются основным капиталом и главным ресурсом экономики. Общество, в котором преобладают интеллектуальные работники, имеющие помимо безукоризненной профессиональной подготовки такие личностные качества, как самостоятельность, способность принимать ответственные решения, творчески подходить к любому делу и доводить его до конца, умение постоянно самосовершенствоваться и обновлять свои знания.
Отсюда вытекает основная задача современного профессионального образования, которая состоит не только в том, чтобы дать будущим специалистам некую сумму знаний, но и в том, чтобы вооружить их умением усваивать эти знания самостоятельно. И основной принцип правильного решения этой задачи - упор на самостоятельную работу студента, который должен стать не просто объектом, воспринимающим от преподавателя новые знания, а своего рода
исследователем в постижении их научных основ [1].
По мнению специалистов, использование информационных и коммуникационных технологий в обучении позволит перенести акцент с традиционного аудиторного обучения на самообучение и самообразование под руководством преподавателя. Однако для получения эффективных результатов должен быть подготовлен целый комплекс разнообразных учебных материалов, структурированных особым образом и размещенных на различных носителях информации, с реализованным в них гибким сценарием, способным подстраиваться под потребности и возможности конкретного обучаемого [2].
Разработанный на кафедре электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета сетевой электронный учебный курс «Математическое моделирование в электромеханике» представляет собой пример такого комплекса.
Описание курса. Технологической базой для создания и реализации курса послужила интегральная среда разработки и применения сетевых курсов WebCT (Web Course Tools), размещенная на учебном сервере университета.
WebCT - это универсальная система, позволяющая одновременно создавать
разнообразные учебные материалы,
управлять учебным процессом и организовывать взаимодействие между его участниками [3]. Многообразие инструментов, рассчитанных на реализацию широкого спектра педагогических технологий, и весьма удобный в использовании интерфейс дают возможность создать и реализовать интересный и эффективный курс, способный поддержать учебный процесс независимо от формы обучения, и в том числе организовать самостоятельную работу обучаемого. При этом от пользователей не требуется глубоких познаний в области программирования.
Учебный курс «Математическое моделирование в электромеханике» рассчитан на 128 часов (общая трудоемкость). Он покрывает все темы, предусмотренные образовательной программой по данной дисциплине, и включает как теоретическую, так и практическую части. Теоретическая часть курса посвящена изучению метода математического моделирования применительно к электромеханике. Практическая часть подразумевает выполнение лабораторных работ, целью которых является выработка практических навыков построения и использования функциональных моделей электромеханических преобразователей различных типов, на основе системных знаний их обобщенной математической теории [4-6].
Курс имеет стандартную блочную структуру и как система, функционирование которой направлено на поддержку учебного процесса, включает в себя следующие функциональные блоки: информационно-содержательный, контрольнокоммуникативный и коррекционно-
обобщающий [7].
Информационно-содержательный блок выполняет две функции - организационную и обучающую [7]. Он содержит такие элементы, как календарь, рабочую программу, учебник и лабораторный практикум. Последний был реализован посредством программного комплекса Е1соп2000, основой которого являются функциональные математические модели (линейные и нелинейные) электромеха-
нических преобразователей различных типов, построенные на базе систем дифференциальных уравнений, описывающих поведение объектов в различных режимах [8-10].
Контрольно-коммуникативный блок обеспечивает выполнение обучающей, контролирующей, коммуникативной, организационной и рефлексивной функций [7]. Данный блок содержит тесты по теоретическому материалу, а также электронные консультации, организованные в форме текстового обмена информацией посредством инструментов связи WebCT
- почты и чата. Они позволяют установить оптимальную обратную связь - дидактическое общение между участниками учебного процесса, без которого не возможна эффективная самостоятельная учебная деятельность.
Коррекционно-обобщающий блок
представлен инструментами «диспетчер студентов» и «диспетчер посещений» и включает результаты педагогического мониторинга образовательного процесса
- текущие и итоговые результаты учебной работы обучающихся, диагностику учебно-познавательного процесса и анализ результатов контроля. Мониторинг позволяет совершенствовать содержание, структуру курса и стратегию обучения. Таким образом, данный блок обеспечивает выполнение организационной, корректирующей, коммуникативной, рефлексивной и прогнозирующей функций [7].
Этапы формирования курса. Создание электронного учебного курса - это целенаправленный процесс, растянутый во времени. Наш опыт показывает, что он занимает около полугода. При этом следует отметить, что у педагога имелся полный учебно-методический комплекс по данной дисциплине.
Процесс формирования курса включал шесть основных этапов. Это - планирование, проектирование, реализация, апробация, коррекция и адаптация, в соответствии с результатами применения в учебно-воспитательном процессе.
На этапе планирования определялись общие цели и дидактические задачи, которые будут решаться путем использова-
ния электронного курса. Осуществлялись поиск и формализация возможных методов их решения, на основе модели процесса обучения и характеристик имеющихся данных и технологий. Производилась оценка ресурсов и времени, необходимых для его создания и реализации, а также был сформирован состав и определены роли участников рабочей группы.
На следующем этапе - проектирования - выявлялись общие требования к электронному курсу, разрабатывалась его структура и содержание. Осуществлялся выбор необходимого дидактического материала и программных средств. Изучались возможные сценарии предъявления обучаемым отобранных дидактических материалов. Определялись методы обучения, принципы оценивания и обратной связи, строились алгоритмы, по которым будет проходить взаимодействие обучаемых с курсом.
На этапе реализации происходила разработка и внедрение дидактических материалов курса, в соответствии с выбранной программно-инструментальной средой, и перевод формализированных методов решения дидактических задач в окончательную схему - сценарий действий электронного учебного курса [3].
Этап апробации включал экспериментальную интеграцию разработанного курса в образовательный процесс. Это позволило испытать его работоспособность, выявить возможные слабости, проверить заложенные в курсе сценарии и доказать или опровергнуть эффективность используемых методов обучения.
Завершающий этап - коррекции и адаптации - подразумевает внесение необходимых изменений в соответствии с результатами апробации.
Апробация разработанного сетевого курса. Целью эксперимента являлась отработка проведения занятий в режиме удаленного доступа и проверка работоспособности разработанного курса.
В задачи эксперимента входило:
1. Испытать дидактические и технические возможности образовательной среды WebCT в реальном учебном процессе в режиме удаленного доступа.
2. Отработать учебно-методическое обеспечение курса.
3. Провести экспериментальные занятия с использованием различных элементов электронного учебного курса в on- и off- line режимах.
4. Подготовить рекомендации по организации и проведению дистанционных занятий по курсу.
В эксперименте принимала участие группа студентов третьего курса направления подготовки бакалавров - 551300 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» очной формы обучения в количестве 12 человек.
В процессе обучения были задействованы все компоненты разработанного курса и инструментария образовательной среды: рабочая программа, учебник, лабораторный практикум, тесты текущего контроля, календарь, электронная почта, чат, дискуссия, инструменты мониторинга.
В курсе использовалась принятая в Томском политехническом университете рейтинговая система оценки знаний студентов, то есть в течение обучения студенты «накапливали» необходимое количество баллов, выполняя тесты текущего контроля и лабораторные работы, а в конце семестра - сдавали экзамен.
При проведении эксперимента отрабатывались следующие формы проведения учебных занятий с использованием сетевых технологий:
• самостоятельное изучение теоретического материала курса;
• консультации с помощью электронной почты и чата;
• лабораторный практикум - проведение исследований, оформление отчета по результатам и предоставление его на проверку преподавателю;
• сетевое тестирование знаний студентов.
Общая дидактическая схема обучения включала в себя три блока: очные лекционные занятия, самостоятельное дистанционное изучение и контролирующие мероприятия.
Лекционные занятия по дисциплине проходили в традиционной форме, в виде
аудиторных занятий, на которых студенты имели дополнительную возможность очно консультироваться с преподавателем.
Самостоятельное дистанционное изучение и контроль были реализованы с помощью сетевой технологии и разделены в свою очередь на три периода: первый контактный период, дистанционный период и второй контактный период [11]. При этом, «дистанционность» моделировалась отсутствием очного общения между обучаемыми и преподавателем.
Во время первого контактного периода, в виде установочного занятия, студенты познакомились с преподавателем, получили доступ к учебно-методическим материалам курса, ознакомились с его содержанием, учебным графиком, системой оценивания, порядком и формой проведения удаленных лабораторных занятий и тестирования, а также с инструментарием образовательной среды WebCT.
Во время дистанционного периода студенты работали уже самостоятельно, посредством разработанного сетевого курса. Занятия проходили по расписанию, в компьютерном классе, где обязательно присутствовал его администратор, задачей которого было следить за технической стороной процесса обучения. Следует отметить, что помимо отведенных аудиторных занятий, студенты имели возможность работать с курсом в любое время и из любого места, так как обучение в WebCT построено на использовании глобальной сети Internet.
В рамках экспериментальных занятий студенты, в соответствии с учебным графиком и планом, размещенном преподавателем в календаре курса, изучали теоретический материал, выполняли лабораторные исследования, оформляли и отправляли отчеты на проверку, проходили тестирование.
Руководство преподавателя осуществлялось в форме of- и on- line консультаций, с использованием коммуникационных инструментов WebCT - почты и чата, а также контроля и мониторинга учебного процесса.
Во время второго контактного периода было проведено очное собеседование преподавателя и студентов по итогам обучения и результатам эксперимента.
Основные выводы и рекомендации. В ходе эксперимента были:
1) испытаны дидактические и технические возможности WebCT в реальном учебном процессе в режиме удаленного доступа;
2) отработано учебно-методическое обеспечение курса;
3) апробированы, внесенные в рамки эксперимента, технологии проведения занятий в режиме удаленного доступа с использованием всех элементов разработанного электронного учебного курса в on- и off- line режимах.
4) подготовлены методические рекомендации по организации и проведению занятий в режиме удаленного доступа по курсу «Математическое моделирование в электромеханике» в соответствии с результатами экспериментальной апробации.
Эксперимент показал, что инструментарий образовательной среды WebCT, выбранной в качестве образовательной платформы, позволяет на достаточно высоком дидактическом и техническом уровне проводить учебные занятия в режиме удаленного доступа. Нами были успешно опробованы такие формы учебных занятий, как лабораторный практикум, тестирование, консультации и самостоятельное изучение теоретического материала посредством электронного учебника. Следует так же отметить, что в данную систему электронного обучения легко интегрируются разнообразные программные комплексы и обучающие программы, которые позволяют организовать одну из важнейших сторон учебного процесса - отработку практических навыков, тем самым, расширяя границы ее использования.
Однако, на основе анализа результатов эксперимента и опроса студентов был отмечен ряд недостатков дидактического обеспечения курса, а именно: недостаточная дидактическая полнота, модифи-
цируемость и дифференцируемость учебного материала.
Для их устранения, необходимо:
1. Расширить состав информационного блока курса, включив в него глоссарий и библиотеку курса (отсканированные полные или сокращенные тексты литературных источников по тематике дисциплины, в виде .pdf файлов).
2. Доработать структуру электронного учебника, выполнив горизонтальное расслоение учебного материала (по уровню сложности) для того, чтобы обучаемый имел возможность сам выбирать уровень глубины его освоения [12].
3. Разбить учебные модули на более мелкие по объему материала разделы, для повышения эффективности его усвоения.
4. Включить тесты/опросы для самопроверки, для реализации возможности
обучаемого самостоятельно контролировать качество закрепления знаний, умений и навыков.
5. Установить сроки доступности тестов текущего контроля и лабораторных работ, что будет являться для обучающихся дополнительным стимулом активизации работы.
В заключении отметим, что доработка курса и его активное использование позволит, во-первых, индивидуализировать учебный процесс, а во-вторых, будет способствовать формированию у студентов потребности и способности к самообразованию. Ведь только стремящийся к неоднократному переучиванию на протяжении всей своей жизни специалист может быть конкурентоспособным в современном динамичном информационном обществе.
Литература
1. Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации // Проблемы информатизации высшей школы: Бюллетень. - 1998. - № 3-4.
2. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: Учебное пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 192 с.
3. Игнатов И.Г., Соколова Н.Ю. Инструментальные средства поддержки обучения на основе сетевых технологий // Информатика и образование. - 2003. - № 3. - С. 52-61.
4. Chuchalin A.I.. Mathematical simulation in Electromechanics as a discipline at Technical University // 6th International Journal of theoretical Electrotechnics. - Thessaloniki: AUT. - 1996. - Sept. - pp. 29-33
5. Чучалин А.И. Математическое моделирование в электромеханике: Учебное пособие. -Томск: Изд. ТПУ, 1997. - 169 с.
6. Chuchalin A.I.. Mathematical simulation in Electromechanics: Textbook. - Tomsk: TPU, 1998. -168 p.
7. Скибицкий Э.Г. Дидактическое обеспечение процесса дистанционного обучения // Дистанционное образование. - 2000. - №1. - С. 21-25.
8. Чучалин А.И., Сипайлова Н.Ю., Королев С.Ф. Программный комплекс ELCON 2000: Руководство пользователя для студентов. - Томск: ТПУ, 2001. - 72 с.
9. Чучалин А.И. Математическое моделирование в электромеханике: Рабочая тетрадь. -Томск: Изд. ТПУ, 2001. - 84 с.
10. Chuchalin A.I.., Sipailova N.Yu., Korolev S.F. Teaching materials for the course: Mathematical simulation in Electromechanics // Proceedings of 6th Baltic Regional Seminar on Engineering Education.
- Wismar, Germany. - 1996. - pp. 178-181.
11. Введение в сетевые технологии обучения [Электронный ресурс]: Монография /Под ред. Л.Г.Титарева. - Режим доступа: http://mesi.ru/Pedagogika/Ibk/IBI/Monigrafuja/
12. Овчинникова К.Р., Соколинский Л.Б. Электронный учебный курс в системе открытого образования // Телематика'2002: Тез. докл. Всероссийск. науч.-метод. конф. (3-6 июня 2002 г., Санкт-Петербург). - СПб: Вузтелекомцентр. - 2002.
