| Воскресенье, 19.05.2024, 09:57 | Главная | Регистрация | Вход |
|
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
Каталог статей
Дисс21
Следует отметить, что для гуманитарных систем, к числу которых относится педагогика, невозможно однозначно (гарантированно) предсказать результат их развития и поэтому педагогическое проектирование (как и педагогические технологии) имеют вероятностный прогностический характер. По аналогии с квантовой физикой Э.Н. Гусинский формулирует принцип неопределенности гуманитарных систем. Согласно этому принципу невозможно создать универсальный педагогический инструментарий (технологию) и получить с его помощью гарантированный результат в изоморфных учебных ситуациях, что связано с многофакторным характером педагогического взаимодействия. Состав (регламент) проектировочной деятельности преподавателя определяется логикой научного исследования, выраженной в определенной последовательности этапов - от появления замысла до подтверждения педагогических приращений в практике. Согласно В.А. Ченобытову структура процесса проектирования - это связи между отдельными этапами проектирования. Это связи преемственные, когда каждый последующий шаг закономерно вытекает из предыдущего и подготавливает наступление следующего. Состав проекта- это состав проектируемой педагогической системы (образовательной или воспитательной) с указанием и описанием ее элементов (компонентов), системообразующего фактора и системообразующей деятельности. Структура проекта— это описание связей между элементами (компонентами) проектируемой системы, обозначение ее "архитектуры", иерархии компонентов, движения от замысла до получения полезного педагогического результата в виде позитивных личностных изменений субъектов, включенных в реализацию проекта. Как отмечает в одной из своих работ В.Я. Синенко, на сегодняшний день имеется более пятнадцати модификаций структуры процесса педагогического проектирования, отличающихся по регламенту и степени декомпозиции этапов. В самом общем виде (Н.В. Кузьмина) это последовательность этапов целеполагания, прогноза, конструирования практики из прогноза и далее получение и оценка результата. В более подробном рассмотрении В.В. Сериков выделяет: • разработку замысла; • задание цели; • определение состава условий, ведущих к новообразованию; • обобщенная характеристика педагогической ситуации; • динамическое структурирование процесса; • нахождение педагогического средства для реализации задуманного; • определение вариантов поведения педагога при реализации проекта; • диагностика результатов. Технологические процедуры педагогического проектирования, разрабатываемые В.М. Монаховым, составляют последовательность: • определение дефицита компетентности; • формулирование цели в виде образа компетентности; • диагностика расхождений; • выбор траектории проектирования; • создание совокупности микроцелей проектирования; • целеобразование; • реализация проекта в виде технологической карты процесса; • определение критериев эффективности функционирования проекта. Скорее всего, как это констатирует и В.Я. Синенко, нет необходимости создавать универсальный, всеобщий подход к педагогическому проектированию такой многопрофильной, полифункциональной и вариативной структуры как педагогическая деятельность. На всех уровнях педагогического проектирования (стратегическом и тактическом, концептуальном и технологическом, системы методического обеспечения и системы управления, всего учебного курса и отдельной темы) есть общее, специфичное и частное, есть свои нюансы и особые подходы. Поэтому в основу нашего подхода к проектированию системы мультимедийных дидактических средств мы выбрали триаду: система ценностей - система целей - система способов достижения целей. На этой основе предлагается следующая последовательность этапов педагогического проектирования, отражающая предмет диссертационного исследования. Первый этап реализует прогностическую функцию педагогики как теории обучения, развития и воспитания. Его можно назвать этапом парадигмальной идентификации. Центральная, главная задача этого этапа- на основании аксиологического подхода к профессиональному высшему образованию выстроить «систему отсчета» для проектирования, моделирования и конструирования предполагаемой педагогической, методической или дидактической системы. Методической основой здесь служит принцип антиципации - опережающего отражения социальной и педагогической действительности. Теоретической базой проектирования выступают принципы общей педагогики, социологии педагогики и ее философии. Процессуальная цель этапа- определение направления вектора развития системы образования в нашей стране с учетом мировых тенденций и создание обобщенного образа желаемого будущего. В процессе проектирования формируется генерализованное описание будущих процессов, строятся схемы-прототипы (модели), определяется перечень основополагающих условий и факторов. Таким образом, первый этап включает в себя, в основном, анализ внешней среды высшего профессионального образования. Результатом этапа должно стать ценностно-целевое структурирование направлений желаемых изменений в подготовке выпускников образовательных учреждений. Критический реализм в применении к сфере образования определяет основную направленность проектировочной деятельности преподавателя на втором этапе. Процессуальная цель этапа - выявление несоответствий реально сложившейся педагогической практики с желаемым образом будущего, формализованного в схеме (модели). На этом этапе необходимо определить границы применимости традиционно используемых подходов, принципов, методов и форм обучения, развития и воспитания, а также те факторы и условия, которые ограничивают развитие, тормозят внедрение новшеств, сковывают инициативу участников педагогического процесса. Определяются уровни педагогического проектирования. К стратегическому уровню относятся концепции образовательных учреждений, дидактических систем, систем воспитания, программы развития образования, технологии обучения и т.д.; к тактическому - учебные и учебно-тематические планы, планы-конспекты уроков, планы воспитательных мероприятий, учебные программы и т.д. Уровень проектирования системы мультимедийных дидактических средств мы относим к уровню стратегического проектирования. Реализация интегративной функции педагогики, связана с конструктивным использованием знаний, заимствованных из других областей науки и практики. Поэтому методологической основой аналитического этапа может служить подход, обычно используемый в системе тотального менеджмента качества (TQM) и заключающийся в поиске самых слабых звеньев в организации разных видов деятельности. Если цель проектирования не ограничивается тактическим уровнем улучшения отдельной составляющей педагогического процесса, а затрагивает основы, то осуществляется глубокий пересмотр модернизируемой системы на основе методологии реинжиниринга (А. Файоль, М. Хаммер и Дж. Чампи, Е.Г. Ойхман, Э.В. Попов и др.). Глубокое переосмысление предполагает исследование и ревизию не только способов ведения педагогических процессов (или более узких дидактических), но и более фундаментальных вопросов - что модернизируемая система делает, как и почему она это делает, и что должно быть согласно прогнозу. Задача реинжиниринга должна быть поставлена в терминах процессов. Нельзя вместо общего процесса рассматривать только его некоторый фрагмент, выполняемый некоторым компонентом системы. Суть реинжиниринга выражается в процедуре поиска, оценки педагогических возможностей и применения любых ресурсов, позволяющих существенно развить и обогатить учебно-воспитательный процесс за счет новых педагогических подходов, форм организации образовательного процесса, новых методических систем и систем средств обучения. Результатом анализа и целеполагания становятся отражение сущности предлагаемых изменений в виде перечня требований, которым должны удовлетворять новые или модернизированные системы, базовые принципы построения системы, назначение и роли (ведущие функции) компонент системы, их взаимодействие. На следующем, третьем этапе проектируется организация и управление конструированием (мотивационное, программное, методическое, дидактическое обеспечение и материальное воплощение) системы. Здесь используются возможности параллельного, восходящего или нисходящего (фрактальной декомпозиции) конструирования системы отдельным исполнителем или коллективом единомышленников. Необходимо отметить, что зачастую объем проектно-конструкторских работ может превосходить временной и квалификационный ресурс одного преподавателя, возникают ограничения финансового, организационного и материально-технического порядка. Поэтому естественно возникновение временных творческих коллективов, работающих по согласованному регламенту (договору). Техническое задание на этап конструирования формируется на основании предыдущей проектной работы. На четвертом этапе организуется ввод созданных систем учебного назначения в педагогический процесс, производится оценка достигнутых
педагогических приращений и корректировка состава и структуры системы. На этапе ввода производится тактическое педагогическое проектирования отдельных видов учебных занятий (аудиторных и внеаудиторных,. директивных и по выбору обучаемых) с учетом новых возможностей. Дальнейшая детализация имеет целью проектирование конкретных, тематически определенных лабораторных работ, практических занятий и лекций. Поясним предлагаемую процедуру педагогического проектирования на отдельных этапах более подробно. Цели высшего профессионально ориентированного обучения: привести обучающихся (студентов) к овладению знаниями и способами деятельности на уровне профессиональной компетенции, а также ввести их в контекст духовной и материальной культуры, обеспечить условия для интеллектуального, эмоционального, мотивационно-потребностного развития личности. Социальная, личностно-развивающая и трансляции культуры - таковы важнейшие функции системы образования. На основании четырехкомпонентной структуры культуры по И.Я. Лернеру и М.Н. Скаткину (знания о человеке, природе, обществе; способы деятельности, передаваемые через обучение; опыт творчества и эмоционально-ценностное отношение к изучаемым объектам, другим людям и самому себе), а также на основании работ В. Шукшунова, В.Взятышева, Л.Романковой, В.Сергиевского и других педагогов можно предложить следующую модель функционирования системы непрерывного личностно ориентированного образования (указание целей, условий реализации и взаимосвязей), представленную на рис. 5. Она была принята в качестве исходной «системы отсчета», в пространстве ценностей и целей которой выполнялось проектирование ММ ПДК.
Общекультурное и фунда ментальное ЛИЧНОСТНО ОРИЕНТИРОВАННОЕ НЕПРЕРЫВНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Профессиональное специализированн
Природа Потребность самообразован Абилитация и самовыражение Творческая деятельность
Человек Мировоззре ние Сферы деятельности Менеджмент
Обществ Ценностные ориентиры Цели деятельности Проектирование
Естественнонаучное и гуманитарное видение Стиль мышления Стиль деятельности Исследование
Индивидуальны е смыслы
Многоаспектное и системное восприятие мира и ответственности
Предназначение личности Методология деятельности
Рис. 5. Схема целей, ценностей и связей в личностно ориентированном непрерывном образовании Системообразующим фактором здесь является учет потребности личности в самообразовании и саморазвитии, самовыражении и творческой деятельности. Результатом (ожидаемой ценностью) является квалифицированный специалист, обладающий профессиональной и методологической компетенцией, способный к креативной деятельности и адаптирующийся к изменяющимся экономическим и социальным условиям. Парадигма природосообразного устойчивого развития мирового сообщества в условиях глобализации экономических, социокультурных, политических, образовательных и научных взаимосвязей требует воспитания нового поколения в духе осознания человеком своего места в мире, как неотъемлемой части природы, без которой его существование невозможно, как наиболее интеллектуального и высокодуховного существа, несущего ответственность за будущее биосферы. Это требует отказа от антропоцентрической философии и замены ее на философию согласованного гармоничного развития человека и природы, их коэволюции (К.К. Колин, Н.Н. Моисеев, В.Ф. Шукшунов и др.). На этой основе необходимо, на наш взгляд, формировать мировоззрение, ценностные ориентиры и стиль мышления учащихся. Многоаспектное и системное восприятие мира и ответственности человека в нем является основой для понимания обучаемыми предназначения личности, мотивированного выбора целей и стиля деятельности, возможности изменения сферы деятельности для более успешной самореализации в обществе. Последнее мотивирует и актуализует потребность в дополнительном профессиональном или фундаментальном образовании так, что цикл воспроизводится. Этому соответствует центральная (отражающая цели воспитания и развития) часть схемы, представленной на рис. 5. Внешним контуром, обеспечивающим возможность самореализации в творческой креативной деятельности, является процесс овладения общекультурной базой, получения естественнонаучного фундаментального (трансдисциплинарного) знания и специализированных профессиональных знаний параллельно с освоением методологии исследовательской, проектной и административно-управленческой деятельности (менеджмента). Процессуальная реализация приведенной схемы образования, основанного на признании приоритета личности в обществе, способна предоставить человеку образовательные услуги, позволяющие учиться непрерывно, обеспечит возможность получения современного естественнонаучного, общекультурного и профессионального знания. Подобная система дает возможность каждому обучаемому выстроить ту образовательную траекторию, которая наиболее полно соответствует его личностным образовательным и профессиональным потребностям. Таким образом, создается возможность многомерного движения специалиста в образовательно-профессиональном пространстве, его развития через повторяющееся обучение. Представленная на рис. 5 модель отражает наши представления о том, что является ценностями и целями системы непрерывного образования (творческая личность, обретенные личностные смыслы и методология деятельности) и при каких условиях они достигаются (системное восприятие мира и места человека в нем, профессиональная специализация). Эти представления наследуются на последующих этапах педагогического проектирования в виде общих ориентиров (системы отсчета). Для уточнения роли и места проектируемого комплекса в педагогическом процессе необходимо обратиться к составу дидактической системы, включающей в себя: обучаемых, обучающих, дидактические цели обучения (сформированность знаний и отношений коммуникаций, опыт творческой деятельности) и дидактические процессы, составляющими которых являются содержание обучения, формы обучения, средства и методы обучения. Дидактическая система рассматривается нами как часть более высокого уровня педагогической системы, а через нее и общей системы образования. В рамках дидактической системы цели и содержание обучения определяются с учетом внешних и внутренних факторов: социального заказа, частично отраженного в приведенной на рис. 5 модели, образовательных стандартов профессионального образования (ГОСВПО), возрастных особенностей обучаемых, возможных вариантов обеспечения учебного процесса в конкретном вузе. Выделение в составе дидактической системы обучающих и обучаемых подчеркивает важность ролевого и целеполагающего характера деятельности каждого из участников педагогического процесса. Отсюда следует необходимость обеспечения мультимедийным инструментарием как студентов, так и преподавателя. На наш взгляд активными элементом дидактической системы и основанной на ней технологии обучения являются обучающий и средства обучения, развитие которых определяет совершенствование методов обучения, форм обучения, дидактические цели и процессы. Как показывает установившаяся педагогическая практика, в конкретных образовательных учреждениях цели, содержание и формы обучения директивно определяются вышестоящими организациями (например, ГОС ВПО, примерными министерскими программами и др.) и в меньшей степени обусловлены деятельностью преподавателя. Сказанное не исключает
возможность активной роли обучаемого и введения новшеств в организацию форм обучения, например, организации лабораторно-практических занятий в компьютерных классах. Однако выбор авторской (собственной) методической системы и дидактических целей напрямую связаны с профессиональной компетенцией преподавателя и определяют результат его труда. Формы обучения:
Лабораторные работы Метод lJ^g-4^Qwacm<^7
••(^Мстод 2^--| 4-|^<^0^^
заочная, дистанционная
Рис. 6. Схема отношений в дидактической системе
занятия Семинары (коллоквиумы) Самостоятельная работа .
На схеме отношений в рамках дидактической системы представленной на рис. 6 выделена совокупность методов и средств обучения, составляющая основу проектирования технологии обучения. Здесь возможны отношения, когда: (а) один метод обучения строится на применении одного дидактического средства; (б) один метод основывается на использовании многих дидактических средств; (в) совокупность методов связана между собой комплексом применяемых средств обучения. Следует иметь в виду, что отношения между методической системой преподавателя и формами и видами организации учебного процесса аналогичны рассмотренным (а - в). В частности, практические занятия могут быть проведены по одной технологии, самостоятельная работа - по другой, лекционный курс может включать элементы нескольких методов обучения. Предпочтение должно быть отдано комплексному применению средств и методов на каждом аудиторном занятии. С учетом очевидной вариативности условий и подготовленности субъектов педагогического процесса в высшей школе, строить технологии обучения на основании единственного, универсального дидактического средства (например, электронного курса или некой универсальной программной среды) нам представляется малопродуктивным (сродни задаче проектирования универсального средства передвижения во всех средах — на суше, в воде и в воздухе). Более прагматичным решением, по нашему мнению, может быть разработка спектра традиционных и инновационных дидактических средств на основе самых общих принципов с тем, чтобы предоставить возможность преподавателю использовать его персонифицированную (личную) методическую систему и конструировать по модульному принципу техническую поддержку учебно-воспитательного процесса в зависимости от профессиональной ориентации вуза и/или факультета. Необходимость рассмотрения структур, представленных на рис. 5, 6, диктуется опорой на рекомендации метода реинжиниринга рассматривать не только узкие рамки перепроектируемого процесса, но и критического анализа того, как осуществляются процессы во внешнем окружении и какова связь объекта проектирования с окружением. Переходя к более конкретному процессу педагогического проектирования ММ ПДК, следует выделить несколько ключевых моментов. Во-первых, с учетом содержания обучения и имеющегося опыта преподавания дисциплины необходимо сформулировать конкретизированные дидактические цели комплекса с различных точек зрения: формально-логической, предметно-содержательной и с позиции деятельности преподавателя и студентов. Затем на основании анализа дидактических свойств различных ресурсов, способных обогатить процесс обучения, разрабатывается структура будущего комплекса, выделяется специфика необходимых компонентов, определяется характер связей между модулями, т. е. определяется концептуальная модель ММ ПДК. Только после этого начинается проектирование необходимых модулей системы, в рамках которого разрабатываются общие дидактические задачи системы и специфические для' различных компонентов, анализируются дидактические процессы, выделяются диагностируемые цели; определяются превалирующие методы обучения, реализуемые с помощью отдельных компонент; анализируются особенности взаимодействия преподавателя и студентов на конкретных видах учебных занятий и те изменения, которые внесет применение на них ММ ПДК с точки зрения общепрофессиональной подготовки и мотивации учения; уточняются взаимные связи между модулями и традиционными дидактическими средствами. В итоге на этом этапе определяются контуры интегральной модели обучения, основанной на мультимедийных дидактических средствах. Следующий этап предполагает непосредственное конструирование базовых модулей и их расширений, обеспечивающих более глубокое или более широкое усвоение учебного материала, решаются вопросы интеграции ММ ПДК в ОИС вуза. Существенное значение имеет тот факт, что представленная далее концептуальная модель комплекса является децентрализованной, точнее -полицентрической. В ней все базовые модули считаются равноценными и равнозначными для достижения стратегических целей построения дидактической системы. Поэтому реализацию ММ ПДК можно вести в параллельном варианте разработки нескольких модулей отдельными исполнителями и/или коллективами исполнителей при общем менеджменте процесса руководителем проекта. Важно чтобы был реализован общий подход на основе принципов мультимедийности и максимальной интерактивности, обеспечивающей приоритет самостоятельной познавательной и прикладной деятельности обучаемых. В принципе блоки расширения к отдельным модулям (а они могут иметь свою внутреннюю структуру) могут создаваться позднее, на этапе апробации и корректировки ММ ПДК или же некоторые ранее разработанные программные средства могут подключаться к создаваемым основным модулям. Здесь естественно совмещаются методики фрактальной декомпозиции (нисходящая технология проектирования) и методика восходящего конструирования средств обучения. Открытость полицентрической модели обеспечивает перманентное обновление как содержания компонент, так и их структуры по мере общего развития техники и педагогической практики. С точки зрения достижения педагогической эффективности, как основной цели проектно-конструкторской деятельности, исходные требования к совокупным свойствам программно-методического комплекса дисциплины (состав целеполагания) можно сформулировать в виде следующего перечня. Комплекс (как материализованная составляющая дисциплинарной образовательной информационной среды вуза) должен обеспечить: • технологичность организации учебного процесса (его педагогического проектирования и реализации), эффективность поиска, обработки и представления учебно—познавательной информации и баз профессиональных знаний; • полноту и целостность дидактического цикла: изучение нового материала, его закрепление в учебной деятельности, контроль усвоения концептуального и методологического содержания дисциплины; • качественно новый уровень и содержание задач, которые планируется решать субъектам образовательного процесса, мотивацию учения и превращение учебной деятельности в живое заинтересованное решение проблем; • компьютерную программную поддержку всех видов учебных занятий и возможность вариативного использования комплекса в учебной деятельности преподавателя (конструирование курса); • возможность самостоятельного и вариативного использования его со стороны студента (выбор индивидуальной траектории учения, свободное творческое самовыражение студентов, не ограниченное рамками предмета и бюджета времени); • комплексное мультимедийное информационное обеспечение познавательной деятельности, освоение опыта эмоционально-ценностного освоения содержания дисциплины и гармонизацию развития когнитивной (знания) и аффективной (чувства) сфер личности студентов в педагогическом процессе; • директивное и скрытое управление познавательной деятельностью обучаемых, возможность ее выхода за пределы предметной области конкретной дисциплины; • опережающее формирование потребности и навыков использования информационных технологий в познавательной деятельности как студентов, так и преподавателей; • согласование и оптимизация в едином образовательном процессе традиционного и инновационного компонентов. От свойств и функций используемых средств обучения во многом зависит содержание и эффективность познавательной деятельности. Электронные формы учебных материалов (компоненты инновационного методического комплекса) гораздо более требовательны к дидактическим условиям их применения, чем традиционные составляющие, что необходимо иметь в виду при проектировании комплекса. Компьютерные и мультимедийные технологии- это дорогостоящие технологии и их использование может быть оправдано лишь в том случае, если весь их огромный потенциал, т. е. их дидактические свойства смогут быть максимально эффективно использованы в практике образования (Е.С. Полат). Кроме того, потребность в новых видах деятельности (использования новых информационных технологий) может быть сформирована только в процессе их практического освоения. Поэтому необходимым условием педагогического проектирования является анализ различных форм электронных учебных материалов как новых дидактических средств, выявление их свойств и определение способов их интеграции в учебный процесс. Под дидактическими свойствами мы понимаем совокупность тех свойств и качеств электронных технических средств, которые могут быть использованы в процессе обучения (Е.В. Хмельницкая, А.В. Хуторский). 2.2. Электронные издания Электронные издания представляют собой аутентичные копии соответствующих печатных изданий в цифровой форме хранения, обработки и передачи информации. Они предназначены для индивидуального использования в открытом доступе или при подписке и рассылке по электронной почте и для создания электронных библиотек. Как электронные аналоги текстовых сообщений, они обладают наименьшей мультимедийностью среди всех электронных пособий. Многие электронные издания печатных материалов прошлых лет создаются сегодня путем сканирования печатной продукции, с последующим распознаванием текста и графики. В ряде случаев электронные издания учебных пособий отличаются в лучшую сторону, по сравнению с изданиями на ротапринте или ризографе, если они создаются специально для этих целей и используют все богатство компьютерного дизайна, как одного из элементов общей гуманитарной культуры (П. Калинников). Они могут предоставляться студентам или другим удаленным пользователям по сети Интернет, с использованием редакторов компрессии (архиваторов). Как вариант, комплект всех электронных изданий по какой-либо дисциплине может быть записан на компакт-диск и предоставлен индивидуальному потребителю или передан в филиалы и представительства института дистанционного образования (В.И. Струнин, СЛ. Тимкин). В процессе подготовки к внутривузовскому изданию учебных пособий, методических указаний, практикумов и т. д., как правило, сначала создаются их электронные формы. Поэтому у активно работающего преподавателя автоматически начинает создаваться основа его индивидуальной электронной библиотеки, пополняемая впоследствии материалами сетевых изданий и за счет творчества его студентов (электронные формы рефератов, отчетов по лабораторным работам и индивидуальным заданиям). Следует также отметить электронные документы, авторами которых являются студенты. Как показывает практика преподавательской работы, все большее число студентов применяют современную офисную технику (текстовые и графические редакторы, сканеры, цветные струйные принтеры) для подготовки и представления преподавателям своих рефератов, индивидуальных заданий, отчетов по лабораторным работам и курсовым проектам. При этом электронная форма создается ранее печатной. Следует поощрять эту форму работы студентов. Аргументами «за» является то, что: • это самостоятельная и креативная деятельность обучаемых; • она воспитывает привычку и потребность использования в повседневной жизни (учебе) компьютерных технологий; • закрепляет учебный материал в процессе неоднократного обращения к нему в процессе редактирования и верстки; • создает экземпляр для электронной библиотеки самого студента и его преподавателя. Прием поощрения прост: показ рефератов предшественников, таких же студентов, и постановка вопроса «Кто сделает лучше?». Аргументом «против» является, возникающая при этом, проблема верификации авторства работы— настолько профессиональными оказываются некоторые из представляемых работ. Проблема, впрочем, актуальна и для рукописных отчетных документов. Сомнения отпадают, если студент предоставляет другие свои работы того же качества или же в процессе защиты представленной работы. Следует отметить, что потребительские и учебные свойства электронных изданий (как и всех других электронных форм) во многом определяются характеристиками используемых мониторов. При размере элементарной точки изображения 0,23—0,28 мм электронные шрифты проигрывают полиграфическим текстам (П. Калинников). К этим недостаткам часто присоединяется мерцание и дрожание изображений на экране компьютера. В некоторых случаях это может вызывать «фотогенную эпилепсию» у особо предрасположенных к ней пользователей (И.Р. Семин). 2.3. Компьютерные практикумы моделирования процессов и виртуальные лабораторные работы Применение компьютерной, аналоговой вычислительной, электромеханической техники в учебном процессе является мощным средством активизации познавательной деятельности студентов, расширения поля их самостоятельной работы. Развивающее и креативное обучение достигается в данном случае за счет интерактивности взаимодействия обучаемого с компьютерной программой, за счет анализа получаемой самостоятельно информации, синтеза выводов по работе и их обобщении при составлении письменного отчета [104-106, 143, 251— 254]. Оглядываясь назад, во временной ретроспективе, можно отметить, что многие кафедры университетов пережили период увлечения электромеханическими тренажерами, «сердцем» которого являлся шаговый переключатель, выбирающий очередной вопрос среди множества, представленных на стенде. Правильный ответ студент отмечал нажатием кнопки с соответствующим номером, итоговая оценка высвечивалась индикаторными лампочками. Это был шаг вперед, по сравнению с аналогичным тестированием на бумажном носителе (по методичкам, по книжечкам). В целом, такого типа тренажеры выполняли функцию «натаскивания» студента по определенному объему учебного материала, они активно использовались в период зачетной сессии. Аналоговые вычислительные комплексы и электронные вычислительные машины (ЭВМ) типа «Проминь» и ЭВМ серии ЕС использовались в учебном процессе выпускающими кафедрами для курсового и дипломного проектирования и практически не находили применения на общеобразовательных кафедрах, ведущих основную работу со студентами младших курсов. Для последних на кафедрах, в течение определенного периода времени, разрабатывались варианты использования в учебном процессе программируемых калькуляторов, что было особенно полезно в физических лабораториях. По настоящему широкое использование ЭВМ в образовательной деятельности стало возможным после появления более или менее доступных диалоговых вычислительных комплексов (ДВК) и первых персональных компьютеров (ПК). На их базе в вузах стали организовываться дисплейные или компьютерные классы. Новые возможности ЭВМ позволили их применение не только в качестве тренажеров, программируемых вычислительных средств или средств тестирования, но и в качестве средства математического имитационного моделирования различных эффектов, процессов и явлений. Стали развиваться два направления компьютерного моделирования: виртуальные эксперименты и лабораторные работы (особенно по дисциплинам физического и технического профиля) и направление «чисто математического» вычислительного эксперимента. Каждое из них имеет свои области применения, достоинства и недостатки. Анимированные схемы экспериментов Основой моделирования ситуации здесь является графическое представление на экране компьютера неизменяемой схемы лабораторного эксперимента, поля (или полей) для построения характеристик процесса (графиков функциональных зависимостей), а так же элементов управления работой (ввода численных значений изменяемых параметров в виде символов скроллинга, кнопок, списка параметров). Данный тип моделирования используется в известных электронных пособиях по физике, разработанных в МИФИ: «Физика в картинках», «Открытая физика». Достоинством является наглядность экспериментальной ситуации, легкость изменения численных значений параметров моделирования, свобода действий пользователя. Последнее хорошо с точки зрения активизации познавательной деятельности (Что будет, если...?), но не сточки зрения управления учебным процессом. Рассматриваемый тип компьютерного моделирования легко может быть применен в качестве лекционной демонстрации в мультимедийной аудитории и при проведении практических занятий или семинаров в компьютерных классах. С некоторыми методическими ухищрениями, на их основе можно организовать компьютерные лабораторные работы с директивным управлением последовательностью действий студентов, анализом получаемых изменений и формулировкой письменных выводов по работе в отчете. Это позволяет ввести элементы управления познавательной деятельностью и расширить ее, в плане осознаваемого анализа причин и следствий, и синтеза формулировок самостоятельных выводов. Более интерактивным вариантом постановки компьютерной лабораторной работы с жестко фиксированной схемой эксперимента является моделирование действий экспериментатора по перемещению чувствительного элемента (датчика, электрода, зонда и т. п.) по исследуемой области виртуального пространства. В результате снимаются показания виртуальных измерительных приборов, заполняются таблицы в отчете и далее производится построение графиков, как в обычной физической лабораторной работе (A.M. Толстик). Например, при исследовании распределения потенциала электростатического поля, создаваемого несколькими точечными зарядами, экспериментатор перемещает мышкой измерительный зонд и отмечает нажатием клавиши мышки пространственное положение точки, в которой значение потенциала достигает заранее заданной величины. В конечном счете, в исследуемой области вырисовывается геометрическое место точек с одинаковым значением потенциала — эквипотенциаль. Затраты времени и трудоемкость такой компьютерной работы практически одинакова с трудоемкостью и затратами времени в реальной работе физического практикума. Очевидной областью применения подобного практикума— заочное образование и дистанционное обучение, когда время работы в физических лабораториях в течение сессии ограничено. Собираемые схемы виртуального эксперимента Помимо описанных выше принципов работы с жестко определенной схемой эксперимента, по оригинальным авторским программам в различных вузах страны, существует программное обеспечение, специально созданное для постановки виртуальных экспериментов. Примерами могут служить программный пакет Interactive Physics и активный обучающий комплекс Stratum—2000 (Д.В. Баяндин). При их использовании можно выбирать не только граничные и исходные условия, но и получаемые в результате моделирования характеристики процесса. Так в простом случае ускоренного качения диска по горизонтальной поверхности можно задать построение на одном координатном поле, в зависимости от времени, значений линейной и угловой скоростей выбранной точки, нормальной и тангенциальной компонент ускорения, пути и перемещения и т. д.. Кроме того, можно варьировать схему эксперимента - подцепить к диску пружину или дополнительный груз, или другую физическую связь, из числа доступных элементов. Процесс соединения осуществляется простым перемещением элемента мышкой со «склада» к движущемуся объекту. Очевидна огромная вариативность возможных комбинаций и широкий простор для творческого применения пакета студентами в режиме самостоятельной работы. В режиме директивного управления работой по учебному заданию необходимо соответствующее методическое обеспечение. В принципе, имеется англоязычное приложение к пакету, содержащее задания и советы по порядку выполнения работ. Однако можно использовать пакет, разрабатывая оригинальные цели и методику выполнения работ с учетом специфики конкретного вуза, направления и специальности подготовки будущего специалиста. Виртуальное проектирование экспериментальных устройств Наиболее последовательное развитие принципов интерактивности при выполнении компьютерных экспериментов и лабораторных работ реализовано в программном пакете LabView (National Instruments, США). В этом пакете, в распоряжении экспериментатора имеется набор виртуальных приборов (генераторов, осциллографов, вольтметров, амперметров, соединительных проводов и т. д.). Виртуальные приборы выполняют те же функции, что и их физические аналоги. Для выполнения эксперимента необходимо сначала собрать исследуемое устройство, а затем уже провести необходимые измерения, получить осциллограммы, построить итоговые графики, сделать выводы. С помощью этого программного средства можно реализовать виртуальные системы сбора данных, необходимые для измерений, контроля, управления процессами, мониторинга. Пакет можно использовать в самообразовании и самостоятельной работе студентов, но основное его предназначение помощь преподавателям в разработке учебных пособий в электронной форме. С его помощью можно решать достаточно широкий круг проблем в различных учебных дисциплинах. Например, в [322] описан информационно-дидактический комплекс, использующий LabView и предназначенный для эмуляции физических средств измерений в виртуальной лаборатории. Процесс настройки и снятия характеристик максимально приближен к реальному, вплоть до учета погрешностей измерений приборов, которые задаются преподавателем перед началом лабораторной работы. Это позволяет нивелировать такие недостатки математического моделирования реальных процессов, как излишняя идеальность моделей, их чрезмерная абстрактность, малая физическая наглядность. Несмотря на очевидную универсальность рассматриваемого' программного обеспечения, в ряде случаев имеет смысл разработка (на тех же или аналогичных принципах) оригинальных компьютерных виртуальных лабораторных работ, учитывающих конкретные педагогические цели и специфику учебной дисциплины [4, 74, 352]. Вычислительные эксперименты применяются в тех случаях, когда можно абстрагироваться от конкретной схемы опыта, формализовать процедуру физического эксперимента или процесса и описать его математическими выражениями, понятными для обучаемого (А.А. Гладун, X. Гуллд, Я. Тобочник). В случаях моделирования стохастических процессов в естественнонаучных дисциплинах широкое применение нашло применение таких пакетов, как Statistica, Statistica Plus, а также программное обеспечение, основанное на методе Монте Карло (A.M. Кольчужкин). Поскольку для решения систем уравнений, в том числе-дифференциальных, имеется универсальное программное обеспечение Mathematica и MatCAD, его можно и нужно применять для разработки учебных продуктов [179,214]. Несомненным достоинством рассматриваемого пакета является возможность использования встроенных функций упрощения математических выражений и поиска экстремальных точек, что позволяет проводить более полный анализ моделей и нахождение оптимальных решений. На многих кафедрах, при создании компьютерных практикумов, предпочтение отдают разработке оригинального программного обеспечения, более адаптированного к целям учебных дисциплин и курсов. Это характерно не только для кафедр математического профиля [202], но и для кафедр физики, электротехники, электромеханики и т. д. [4, 160, 327, 328]. В качестве примера можно привести компьютерные работы по дисциплинам «Концепции современного естествознания» [78] и «Теоретические основы электротехники» [160], пакет программ для моделирования непрерывных и дискретных статистических распределений, широко используемых в физике, химии, экономике, биологии, медицине [127, 128], программы-оболочки для лабораторных работ по специальным курсам [22, 35]. Назначение компьютерных экспертных систем состоит в том, чтобы аккумулировать профессиональные знания (в определенной области науки, техники, производства и т. д.) и использовать их для логически оправданных, программно организованных экспертных оценок и выдачи рекомендаций пользователям. Следует отметить, что создатели экспертных систем опираются не только на рациональные, логически обоснованные правила, но и на профессиональную культуру экспертов. Под этим словом подразумевается совокупность неформальных эвристических приемов, интуитивных суждений и умение делать выводы на основе плохо (нечетко) формализуемого предшествующего практического опыта [64, 359]. Делаются попытки создания адаптивных обучающих систем с применением высокоинтеллектуальных компьютерных систем, от уровня электронного курса с адаптацией к обучаемому (ICAI: Intelligent Computer-Aided Instruction), до уровня обучения по методологии проектов и обучения через сотрудничество (CSCL: Computer-Supported Collaborative Learning) [51, 131]. Среди них следует выделить технологию создания интерактивных обучающих сред (ILE: Interactive Learning Environment), в которых обучаемый играет активную роль, самостоятельно решая определенные задачи, а обучающая среда только ассистирует познавательной деятельности. Адаптивная обучающая система на основе компьютерной нейронной сети [152] основана на аналогии распознавания образов компьютером и распознавания модели знаний обучаемого, которую необходимо приблизить к эталонной модели знаний предметной области. При этом на каждого обучаемого система заводит журнал с регистрацией не только успеваемости, но и результаты психологического теста для определения личностных характеристик. В процессе обучения фиксируются время, затраченное на изучение материала, количество подходов к нему, результаты промежуточных ответов, итоговых тестов. Для «закрытия» темы студенту предлагается около сотни вопросов, если оценка меньше, чем «хорошо», система директивно возвращает обучаемого на повторное прохождение учебного материала. Во многих компьютерных тренажерах используются принципы построения экспертных систем для имитации работы сложных технических устройств, например, ядерного реактора на АЭС или для имитации процессов развития болезни и ее лечения. Система сравнивает действия оператора в нештатных ситуациях с эталонными действиями экспертной системы (или регламентными действиями в штатных ситуациях) и моделирует развитие последующих событий. В качестве примера можно привести тренажер-эмулятор среды профессиональной деятельности хирурга-кардиолога Он представляет собой специализированное рабочее место студента, оснащенное библиотекой полномасштабных записей реальных операций пациентов с различными заболеваниями. С помощью тренажера будущий кардиохирург может наблюдать динамическую трехмерную реконструкцию сердца. При этом компьютерная модель допускает наблюдения с любого угла зрения, показывает положение электродов и т. д. Система-тренажер автоматизированного обучения по курсу «Эндоскопия и эндохирургия» наряду с текстом и гипермедийными графическими иллюстрациями содержит аудио- и видеозаписи «живых» лекций, которые можно просматривать с любого места, многооконный интерфейс облегчает навигацию [149]. Совокупность нескольких профессионально специализированных компьютерных тренажеров, связанных между собой, позволяет создавать виртуальные лабораторные комплексы, имитирующие работу таких сложных систем как участок железной дороги [124]. В связи с расширением сферы дистанционного образования появилась необходимость создания автоматизированных лабораторных практикумов с удаленным компьютерным доступом (АЛЛ УД). Создание АЛЛ УД требует [100, 101, 322]: • применения специальных технических средств как для автоматизации экспериментальных стендов в физической (технической) лаборатории, так и для связи управляющего стендом компьютера (рабочей станции) с удаленным пользователем; • приобретения сред программирования (LabWiew и аналогичных), предназначенных для графического программирования виртуальных измерительных средств и систем ввода-вывода сигналов; • разработки специализированного программного обеспечения, учитывающего особенности конкретного практикума; • тщательной методической поддержки всех работ лабораторного практикума (описание лабораторного оборудования, методика проведения измерений, требования по обеспечению безаварийной работы стенда, справочные и контролирующие материалы и т. д.); • наличия виртуального эмулятора работы стенда (тренажера), предназначенного для отработки приемов управления лабораторным экспериментом в режиме реального времени; • создания рабочего места преподавателя, оперативно консультирующего и контролирующего ход выполнения работы. В общем случае в состав АЛЛ УД входят: • лабораторная установка, на которой выполняется соответствующий эксперимент, снабженная набором датчиков, совместимых с компьютером; • кафедральный Web-сервер, обеспечивающий доступ к учебно-методическим материалам по соответствующей дисциплине и осуществляющий маршрутизацию движения студента по необходимым t - серверам в процессе обучения; • SQL-сервер, служащий для доступа к базам данных, необходимых для выполнения лабораторных и расчетных работ; • лабораторный сервер — рабочая станция, предназначенная для опроса устройств ввода информации и предоставления данных при последующем использовании; • устройство ввода/вывода информации, которое обеспечивает аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразования сигналов, снимаемых с датчиков экспериментального стенда; • блок сопряжения с силовыми сетями и дистанционные пускатели; • датчики- устройства, реагирующие своими чувствительными элементами на изменение реальных исследуемых параметров и преобразующие данные измерений в удобную для последующей передачи форму. Очевидно, что такие дорогостоящие и наукоемкие комплексы (лицензионное современное программное обеспечение, сложная аппаратная часть) в полном объеме могут быть разработаны только ведущими техническими университетами и региональными центрами ассоциаций вузов открытого образования. Они могут предоставлять образовательные услуги дистанционного доступа не только в области дистанционного образования, но и для удаленного выполнения лабораторных работ студентами очного обучения. Необходимо иметь в виду, что при проектировании и реализации всех электронных форм учебных материалов необходимо, прежде всего, решить педагогическую проблему целей разработки и использования их в учебном процессе. Какие педагогические задачи призвано решить данное пособие (чему студент должен научиться, что освоить)? Студентами какой формы обучения и каких факультетов будет использовано пособие (практикум)? В каких организационных и дидактических формах, не нарушающих традиционный процесс обучения в вузе? Иными словами, определиться с основными вопросами образовательной деятельности: кого, чему и как учить. После этого необходимо решить дидактическую проблему интерфейса в компьютерном практикуме, в первую очередь, ответить на вопрос о том, какую учебную и (или) научную информацию должен получать пользователь, в какой конкретной форме необходимо ее вывести на экран компьютера. Кроме того, следует максимально упростить все рутинные операции ввода и изменения параметров моделирования, что позволит сократить потери времени на вспомогательные операции и большее внимание уделить процессу осмысления, понимания визуально предъявляемой информации (видеть - еще не значит понимать). Проектируемый, интуитивно понятный студенту и дружественный к нему интерфейс, должен быть оценен и оптимизирован с позиций эргономики, чтобы уменьшить и отдалить во времени появление чувства усталости при пользовании практикумом. Для создания благоприятного эмоционального фона возможно применение компьютерной анимации и (или) мультипликации при открытии работы (ее представлении пользователю) и при визуализации результатов работы. В ряде случаев может быть полезным киноклип и аудиосопровождение (при использовании индивидуальных средств прослушивания). В зависимости от выше изложенного, выбирается и программное обеспечение. Даже для студентов младших курсов, которые составляют контингент обучаемых на кафедрах общеобразовательного цикла, желательно комплексное применение различных методов компьютерного моделирования, начиная от анимированных схем эксперимента до применения универсальных, мощных программных пакетов. Обмен информацией между вузами Сибири и Дальнего Востока (в рамках соответствующего методического Совета) показывает, что на многих кафедрах образована коллекция работ (более 40) различного происхождения. Естественно, ситуация начинает напоминать своеобразный компьютерный «зоопарк» и встает проблема оптимизации и организации целостного в методическом отношении практикума. На кафедре общей физики Томского политехнического университета эта проблема решена следующим образом. Студенты первого курса (на некоторых факультетах - в первом семестре) начинают выполнение компьютерных практикумов по дисциплинам «Физика» и «Концепции современного естествознания» с выполнения одной из работ пособия «Открытая физика», к которой составлены оригинальные методические указания. Благодаря простоте и наглядности, на примере этой работы легко проиллюстрировать общие цели и задачи практикума в целом. Последующие работы практикума выполняются студентами по оригинальному программному обеспечению, разработанному для двух платформ ПК IBM и Macintosh. В завершение, студенты используют пакет MatCAD 4 для выполнения работы «Жизнь поКонвею», в которой они создают последовательность кадров- простейшее анимационное представление результатов выполнения работы по динамике клеточных автоматов. Студенты второго курса специальности «Прикладная математика» используют пакет Interactive Physics для создания (сборки) какого-либо простого виртуального физического устройства и последующего исследования его характеристик.
|
| Категория: Материалы к программам | Добавил: Жорж-Жан (21.08.2012)
|
| Просмотров: 484
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
 |  |
