| Воскресенье, 19.05.2024, 07:38 | Главная | Регистрация | Вход |
|
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
Каталог статей
Дисс 26
Следует отметить, что созданное для компьютеров на платформе IBM программное обеспечение легко модифицируется для создания интерактивных «живых графиков». Они представляют собою упрощенный вариант компьютерного эксперимента, в котором студент может изменять значения одного из параметром моделирования, следуя только лишь контекстововым указаниям, появляющимся под графиками. Конечный вид некоторых из динамически строящихся рисунков приведен на рис. 28—31 Приложения. В случае иллюстрации рассеяния гамма-кванта на электроне в эффекте Комптона мультимедийность компьютерной анимации реализуется за счет аудиальной формы аналогии увеличения длины волны рассеянного излучения: в последующих актах рассеяния одновременно с «растягиванием» волны и увеличением пути движения электрона происходит понижение тона звукового сигнала, сопровождающего иллюстрацию эффекта рассеяния. Кроме того, увеличение длины волны отображается и изменением палитры используемых цветов, в соответствии с их расположением в спектре- от коротковолновых фиолетовых к длинноволновым красным оттенкам цвета кривых на рисунке. Игровые аспекты возникают при самостоятельной работе с отображениями электрического поля (линий напряженности или равных значений потенциалов), с анимацией движения заряженной частицы в магнитном поле или рассеяния альфа-частиц на ядре атома (рис. 29—31 Приложения). Анимированные графики используются в ходе лекций и для организации самостоятельной познавательной деятельности студентов. В последнем случае программное обеспечение свободно предоставляется всем желающим в компьютерных классах или в компьютеризированных физических лабораториях. 4.3. Практикумы как средство моделирования профессиональной деятельности Как было отмечено в Главе 2 настоящей работы, компьютерные анимационные и виртуальные модели стали частью электронных учебных пособий, опубликованы описания практикумов виртуальных лабораторных работ с использованием оригинальных авторских программ и специализированного программного обеспечения: пакетов MathCAD, LabView, WorkBench и других. Появились лабораторные практикумы с удаленным доступом в Интернете. Постепенное превращение математического моделирования из научного метода познания в средство решения инженерных и управленческих задач ставит вопрос о целесообразности введения нового общенаучного курса, посвященного компьютерному моделированию природных и техногенных явлений, систем и объектов (В. Михалкин). Знакомство с литературой показывает, что в большинстве случаев используются дескриптивные модели, ориентированные на «раскрытие физического смысла исследуемых явлений» (А.А. Гладун, X. Гулд, Я. Тобочник). В ряде случаев практикумы перегружены теоретическим материалом, знакомство с которым пользователь должен подтвердить в программно организованном допуске к экспериментальной части работы (в процедуре тестирования). Целью эксперимента ставится подтверждение теории изучаемого явления или эффекта, его иллюстрация в форме функциональных зависимостей одних величин от других, в виде модификации геометрии исследуемого объекта или других визуально наблюдаемых изменений характеристик явления (поля интерференции и т. п.). Такое традиционное объяснительно-иллюстративное понимание роли компьютерных практикумов приходит в противоречие с компетентностным подходом в современном профессиональном образовании. По нашему мнению, практикумы математического моделирования и виртуальные лабораторные работы должны быть ориентированы не только на выяснение физического (химического, биологического и т. д.) содержания исследуемого объекта или явления, но также, в равной степени, должны содержать условия формирования методологической компетенции обучаемых: «Моделируя явления— обучаем, обучая— моделируем исследовательскую деятельность» [299—301,307, 308]. Главной целью лабораторно-практических занятий с использованием математических моделей и виртуальных приборов должно стать учебно-имитационное моделирование профессионально ориентированной, частично-поисковой деятельности по получению нового (для обучаемого) знания (как личностно опосредствованной и закрепленной информации). При таком подходе моделирование того или иного явления физики (химии, биологии, экологии ит. д.) становится одновременно средством освоения методологии научного поиска, инвариантного к содержанию предметных областей компьютерного анализа и имитации. Сказанное означает необходимость пересмотра методики выполнения учебных заданий, необходимости перехода к инструментально-деятельностной и поисковой методике, способствующей развитию критического мышления, выработке навыков и умений использования получаемой информации, ее перевода в абстрактные формы, обобщению ее смыслового содержания. При конструировании практикумов виртуальных лабораторных работ, параллельно с созданием или адаптацией специализированного программного обеспечения, необходимо разрабатывать такую схему постановки учебных заданий, которая являлась бы целостной системой последовательных этапов наблюдения явления, производства контролируемых воздействий и измерений соответствующих результатов эксперимента, использования их для прогноза возможных приложений или практического применения. В методических указаниях к выполнению работ теоретическая часть должна быть изложена по принципу дидактической достаточности (минимизирована), а экспериментирование должно быть доступно обучаемому без каких-либо ограничений. Знакомство с подробной теорией может быть рекомендовано для последующего закрепления и расширения самостоятельно полученных на лабораторно-практических занятиях знаний. В качестве примера применения предлагаемого подхода рассмотрим некоторые учебные задания из практикума виртуальных лабораторных работ по курсу физики, разработанного нами в Институте дистанционного образования ТПУ (рис. 32—38 Приложения). Практикум построен по модульному принципу, одновременно на экране можно вызвать окна теории явления, заданий по работе, выполнения задания и оформления отчета по работе (рис. 32). Дополнительно вызываются справочные материалы и помощь. Неактивные окна становятся полупрозрачными, что выделяет работающее окно, либо их можно свернуть. Введение к работе «Электронная оболочка атома водорода» представляет основные положения теории Резерфорда-Бора и содержит всего три формулы. Первая из них является формулировкой постулата о квантовании орбитального момента электрона, вторая представляет полную энергию электрона как сумму потенциальной и кинетической энергии. Третья формула выражает результат совместного решения первых двух уравнений для основного состояния электрона в атоме водорода. Приведено численное значение энергии основного состояния (-13,6 эВ). Приступая к выполнению экспериментальной части, учащийся изображает (в рекомендованном масштабе) диаграмму энергетических состояний в виде двух линий: уровня нулевого значения энергии и уровня основного состояния. В интервале между ними необходимо найти и обозначить положения уровней возбужденного состояния. Поиск таких состояний ведется с помощью трехмерной анимационной модели процесса фотовозбуждения электронной оболочки. Визуализируется виртуальное столкновение фотона (шарик-волна) с электронной оболочкой Is состояния в виде сферы ограниченного радиуса. Если при выбранной пользователем энергии фотона условие возбуждения не выполняется, то шарик-волна свободно проходит электронное «облако», не меняя направления движения. При «резонансе», в момент прохождения фотона через электронное облако, ее конфигурация изменяется, приобретая форму электронной оболочки в 2s, 2р, 3d состояниях, в зависимости от энергии кванта. Пребывание в возбужденном состоянии (рис. 33) сопровождается звуковым сигналом (тон зависит от уровня возбуждения), после непродолжительного интервала времени оболочка приобретает форму основного состояния и в случайно выбранном направлении вылетает фотон. Такая модель учитывает междисциплинарные связи курсов физики и химии и позволяет перейти от механистического представления движения электрона как точечного объекта к движению (изменению) состояний электронной оболочки как целого. Очевидны и игровые элементы в использовании модели, повышающие мотивацию к работе. Первые два задания экспериментальной части посвящены поиску энергетических уровней двумя различными методами. В первом случае поиск ведется методом дихотомии, когда энергия фотона выбирается равной половине исследуемого интервала, затем- половине половины и т. д. Во втором задании поиск положения уровней ведется методом равных последовательных шагов. Результатом поисковых работ является энергетическая диаграмма атома водорода, заполненная до шестого уровня. Требуется описать ее своими словами, отметив качественные характеристики. С помощью полученной диаграммы определяются численные значения энергии всех обнаруженных уровней, они представляются в виде таблицы сопоставления номера уровня и соответствующего ему значения энергии. В третьем задании необходимо установить закономерную количественную связь между главным квантовым числом и величинами энергии уровней электрона в атоме водорода. Для этого рекомендовано дополнить таблицу строкой отношений энергии основного состояния к энергии состояний возбужденных. С учетом погрешности математического эксперимента (энергии фотонов округляются до десятых долей электроновольта), учащийся должен обнаружить квадратичную зависимость Еп = Е\: п2 . Тем самым качественное описание дополняется найденной количественной связью. Имеется возможность проверки гипотезы квадратичной зависимости в дополнительном, проверочном эксперименте с фотонами, энергия которых уточняется до сотых долей электроновольта. Четвертое задание имеет целью практическое использование полученной диаграммы для предсказания характеристик видимого спектра излучения атома водорода. На диаграмме показываются переходы на второй уровень с выше лежащих и рассчитываются длины волн соответствующего излучения. Результатом выполнения задания является схема расположения линий излучения на шкале длин волн, причем необходимо обозначить (качественно) цвет всех линий. В заключение необходимо указать в отчете те приборы, которые необходимо использовать для проведения реального эксперимента по наблюдению спектра излучения возбужденных атомов водорода. Дополнительным материалом служат цветные карты распределения плотности вероятности для различных состояний электрона в атоме водорода и гиперссылка на работу [27], позволяющая использовать ресурс Интернета для ознакомления с виртуальной экспериментальной установкой для наблюдения спектров излучения атомов водорода. Поставленные таким образом учебные задания позволяют обучаемому освоить различные способы поиска неизвестных значений в заданном интервале, использовать полученные результаты для установления закономерной связи между физическими величинами, а так же- для прогноза возможных эффектов и подготовки к реальному физическому эксперименту. В работе «Распад ядер урана в ядерном реакторе» использована анимационная модель «замедленного» виртуального распада изотопа урана, вызванного столкновением с нейтроном. При отображении процесса массовые и зарядовые числа осколков выбираются в соответствии с реально протекающими реакциями. Целью первого задания является наблюдение и фиксация последовательного ряда событий распада с проверкой выполнения законов сохранения зарядового и массового чисел в каждой из реакций. Затем, используя таблицу Менделеева и диаграмму А — Z существующих в природе изотопов учащийся должен найти конечные продукты распада ядер урана на примерно одинаковые дочерние ядра. В качестве прогноза предлагается представить в отчете качественный вид массового спектра возможных продуктов деления. Во втором задании проверяется гипотеза о преимущественном делении ядер урана в реакциях захвата нейтронов на примерно одинаковые изотопы-осколки. Для этого выполняется имитация работы спектрометра и на экране постепенно строится гистограмма двухцентрового распределения масс осколков. Используя полученные данные обучаемый описывает своими словами гистограмму (рис. 36) и определяет количественную меру асимметрии распределения осколков деления по массам. В качестве дополнительной самостоятельной работы рекомендуется Интернет-адрес [27] для управления работой виртуальной модели газового ядерного реактора. Свои выводы и суждение о работе с использованием Интернет-ресурса учащийся представляет в итоговом отчете. В работе «Движение иона в магнитном и электрическом полях» визуализируется траектория движения заряженной частицы в различных вариантах суперпозиции полей. Аннотация к работе актуализирует мнемоническое правило левой руки и определяет силу Лоренца как
центростремительную, вызывающую движение заряженных частиц по криволинейным траекториям. Выводов формул для параметров траектории не приводится, их необходимо получить в результате анализа данных компьютерного эксперимента. Целью учебных заданий является установление закономерной связи параметров траектории (радиуса в первом задании и шага спирали во втором) с величинами массы, заряда, индукции магнитного поля и скорости влета в область магнитного поля.
Заряд иона Ч. е Масса иона т, аем Наиальная скорость V, км/с Угол влета а.' Индукция магнитного поля В. мТ Напряжённость эл поля В,, кВ/м
а 1 а г а во аео а в а аоо
Движение иста » магнитином поле
* Молу т :m:mi»if*trriiv ® Лвижсалю иона в могштпиом поле
Рис. 3 7. Результаты моделирования движения иона в магнитном поле и в совмещенных магнитном и электрическом полях
Заряд иона Ч. еИ1
Масса иона т, аемИ8
Начальная скорость V, км/с□АО
Угол влёта Л,ваВО
Индукция магнитного поля В, мТав
Напряжённость эл. поля Bt, кВ/ма
Для измерений относительных размеров шага спирали или ее радиуса используются виртуальные линейки, перемещаемые пользователем по экрану (рис. 37). Учащиеся последовательно изменяют значения параметров моделирования, фиксируют качественно и количественно наблюдаемые изменения и, в конечном счете, открывают функциональные зависимости величин радиуса и шага траектории движения от величин масс, зарядов, индукции магнитного поля и скорости влета частицы в область магнитного поля. В качестве обобщения и применения полученных закономерностей в новых условиях, учащиеся прогнозируют изменения траектории движения иона при его попадании в область пространственно неоднородного магнитного поля. Эффекты, вызванные действием дополнительного, различным образом ориентированного электрического поля исследуются в последующих заданиях. При этом сначала требуется графически представить ожидаемую форму траектории, а затем произвести компьютерное моделирование, с обсуждением полученных зависимостей в отчете по работе. Справочные материалы к работе содержат иллюстрации движения заряженных частиц в магнитосфере Земли, в камерах различных ускорителей, масс-анализаторе, представлена схема магнитно-гидродинамического преобразования энергии. Целью выполнения одного из заданий в работе «Спектр теплового равновесного излучения» является «открытие» закона смещения Вина, когда компьютер выполняет функцию виртуального спектрометра, записывающего спектры излучения при различных значениях температуры нагретого тела. Кроме того, заданием с элементами игры является нахождение студентами такого значения температуры излучателя, при которой максимум распределения попадет в видимую область спектра (границы которой приведены на поле построения результатов моделирования). При исследовании характеристик распределения Больцмана в поле тяготения планеты и в поле центробежных сил, учащиеся используют полученные графики распределений для оценок условий дыхания в различных условиях или для практических рекомендация по выбору размеров центрифуги. Таким образом, в настоящее время имеется достаточные дидактические возможности для постановки проблемных ситуаций и поисковых заданий при использовании даже относительно простых и достаточно наглядных компьютерных моделей процессов и эффектов различной природы. Необходимым элементом практикумов, по нашему мнению, становится блокнот (страница) для графического представления «от руки» прогнозируемых результатов эксперимента (рис. 34, 38 Приложения). Сохраняемое вместе с расчетными результатами (при необходимостивыводимое на печать) творчество учащихся позволит преподавателю судить о степени владения мышью компьютера и (или) графическим редактором, а также - проследить динамику обретения навыка в их использовании по мере выполнения всего цикла лабораторно-практических занятий. Представленный подход имеет особо важное значение для студентов социально-экономических и гуманитарных направлений, позволяя им в наглядной форме представить физическую сущность изучаемых явлений и, параллельно, приобрести элементы методологии научного познания. Таким образом в конструировании практикумов компьютерного моделирования и виртуальных лабораторных работ необходимо увязывать и оптимизировать с самого начала разработки единство целей моделирования природных или техногенных процессов и профессионально ориентированной исследовательской деятельности. 4.4. Электронный мультимедийный конспект лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания» Первичное ознакомление с учебным материалом дисциплины происходит у студентов во время лекции. В последовательности этапов познавательной деятельности: «восприятие — осмысление — закрепление — овладение», от первой встречи (импринтинга) студента с незнакомым (или знакомым, но другого уровня трудности) учебным материалом зависит очень многое. Повторим выводы психологии: то, как материал воспринимается, существенно зависит от того, как он подается, то, как он осмысливается и усваивается, зависит от того, как он излагается. Или этот материал вызовет мотивацию к более подробному ознакомлению, или оставит равнодушным, в лучшем случае. В зависимости от раздела и темы лекции, преподаватели используют различные стили изложения: • описательный (явления, эффекты, последствия); • повествовательный (история вопроса, его влияние на смежные области и гуманитарную культуру); • объяснительный (суть явлений, логика методов получения знаний, способы разрешения парадоксов и проблем). Опыт работы автора на выпускающей и на общеобразовательной кафедрах Томского политехнического и Гвинейского государственного университетов свидетельствует, что на младших курсах превалирует интерес к описательному и повествовательному информированию, чем к объяснительным разделам лекций (где требуется большее напряжение мысли первокурсников). Поэтому для снятия психологической напряженности приходится чередовать различные стили изложения лекции. Приходится учитывать и возрастные особенности восприятия информации у студентов нового поколения, его стремление к красочным, ярким и образным способам подачи материала, когда черно-белое изображение воспринимается как творческий прием акцентирования какой-то части информации. Но не как повседневное многочасовое использование. Электронный конспект лекции (ЭКЛ) в этой связи представляет собой качественно новое техническое и методическое средство представления знаний на лекции, вооружая преподавателя, в дополнение к мелу и доске, мультимедийным видеопроектором и компьютером. Это резко увеличивает возможности для создания эмоционально привлекательного учебного продукта. Вместо черно-белого варианта и линейного построения текста и рисунков на доске, появляется огромная палитра цветов, разнообразие шрифтов, возможности для смены частей схем и рисунков, подключается резерв компьютерного моделирования на глазах у студентов, возможно привлечение техники виртуальной реальности и видеофрагментов сопровождения лекции. Естественно, это требует более высокого профессионального уровня преподавателя-предметника, знания им основ психологии восприятия аудиовизуальной информации, элементов полиграфического дизайна и даже некоторых принципов построения рекламы. Также достаточно очевидно, что переход к ЭКЛ будет более успешным после «обкатки» лекционного курса преподавателем и написания им учебного пособия по дисциплине. Это позволяет построить материал курса с учетом положений когнитологии, либо в виде своеобразных фреймов, либо в виде семантической сети. В любом случае предварительно должны быть выявлены крупные, более или менее самостоятельные разделы курса, определена иерархия понятийного аппарата внутри разделов, установлены логические связи между разделами [274—278]. При разработке учебного пособия по дисциплине и ЭКЛ по курсу, за основу была выбрана идея прогрессивного развития современного естествознания, в качестве основных разделов курса были выбраны эволюция представлений и методологии исследования микромира, мегамира и живой природы на уровне макромира. Для создания электронного конспекта мы использовали редактор «MS Power Point», входящий в стандартный набор сервисных программ. Общий вид фрагментов нескольких лекций—презентаций, представлен на слайдограммах рис. 39—41 Приложения. Как видно из приведенных на рис. 39—41 слайдограмм, количество текста на экране минимизировано. При этом построение рисунков анимировано, на ряде слайдов воспроизводятся видеоклипы. Слайдограммы, приведенные на рис. 42 Приложения иллюстрируют построение лекции-презентации по теме развития методологии исследования мегамира и поступления новых данных с современных орбитальных телескопов. Как видно из приведенных иллюстраций (конечно значительно проигрывающих при переходе от цветных действительных изображений к их черно-белому воспроизведению), электронный конспект лекций не копирует ни электронное учебное пособие, ни полиграфическое издание. При разработке электронного конспекта лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания», мы следовали тем методическим рекомендациям, которые приведены во второй главе в разделах управления познавательной деятельностью на лекции и видеолекции. Представленные иллюстрации (рис 39—42 Приложения) не подвергались какому-либо «приглаживанию» перед включением в настоящую работу. Следует отметить, что рукописный вариант вставок в конспект лекций все равно иногда приходится делать, как и обновление части слайдов в каждом семестре. Однако то, что можно назвать опорной канвой лекции уже содержится в слайдах презентации. Если у студентов возникают вопросы - в резерве всегда есть мел, доска и влажная губка. Импровизация по ходу лекции, переход от компьютерной формы изложения к рукотворной графике на доске является методическим приемом перемены видов деятельности на лекции-презентации с помощью ЭКЛ. Полный электронный конспект дисциплины содержит порядка 1000 слайдов, поэтому ограничимся приведенными примерами. Как уже было отмечено процесс работы над электронным конспектом является перманентным: что-то приходится убирать, другие материалы вносить в ЭКЛ. Отметим также, что часть электронного конспекта дисциплины КСЕ была использована другими преподавателями кафедры общей физики ТПУ при чтении лекций по курсу физики. Электронный конспект лекций позволяет повысить не только качество представления материала дисциплины, но и качество студенческих конспектов. Многие из нас, вспоминая студенческие годы, согласится с тем, что хороший конспект (четко, грамотно, логично изложенный) представляет большую ценность. Фактически конспект лекций студентов является мерилом количества и качества труда не только его автора-студента, но и его преподавателя-лектора. Большие затраты труда преподавателя на поиск иллюстраций, их импорта в ЭКЛ, создание анимированных рисунков и т. д. окупается в конечном счете повышением качества студенческих конспектов. Мотивация к уважительному отношению к конспекту создается на первой же лекции, если преподаватель показывает лучшие образцы конспектов предшественников, поясняет основные правила ведения конспекта (изложение блоками, отделение заголовков, оставление мест для самостоятельной работы и т. д.), просит четко и понятно записать на первой странице кому принадлежит конспект, студенту какой группы, и кто является лектором по указанной дисциплине. Сообщается также, что конспект будет проверен и оценен преподавателем. Оставляя в стороне тему почерка студентов и обращаясь только к форме ведения (аккуратность, четкость графики), следует сказать, что это не такие уж мелочи — известно влияние формы на содержание. В данном случае систематические усилия по ведению конспекта вырабатывают привычку и потребность к упорядочению и переводу внешней информации в опосредствованную, через моторику записи и рациональность отбора материала. 4.5. Тематические фрагменты видеосопровождения дисциплины и видеолекция Электронный конспект лекций органично сочетается с показом фрагментов видеосопровождения дисциплины - они воспроизводятся на том же большом экране мультимедийного проектора, простыми переключениями на пульте управления. Речь идет не только о показе учебно-познавательных фильмов и специально созданных видеолекций, но и фрагментов, взятых из телепередач новостей или из художественных видеофильмов. Например, при рассмотрении методологии моделирования в современной науке, технике, экономике и искусстве, мы показываем следующие фрагменты (они приурочены к концу лекции). 1. Фрагмент телепрограммы о сравнительных испытаниях отечественных и зарубежных автомобилей (4 минуты): подготовка манекена (модель человека) и замедленная съемка процесса разрушения автомобиля (полномасштабной модели) при наезде на бетонный куб. 2. Репортаж Евгения Пискунова (РТР) с мыса Канаверал (3 минуты) с борта полномасштабной модели космической станции «Альфа», в сравнении с виртуальной моделью будущей станции в космосе (компьютерный киноклип). 3. Фрагмент телепрограммы Культура о современном классике электронного кино Збигневе Рыбчински (3. Пуховой): виртуальный балет-полет реальных артистов в пространстве Шартрского собора под музыку Шуберта, части из фильма «Вашингтон» (3—5 минут). В начале следующей лекции, возвращаясь к предыдущей теме и переходя к проблеме создания искусственного разума, показываются фрагменты фильмов «Матрица» и «Нирвана». Их дидактическая цель: поставить вопрос о моральной ответственности человека за создаваемую новую технику и новую среду жизни. Одновременно привлекается внимание студентов к этическим проблемам отношения человека-творца и его виртуального двойника с искусственным разумом: «Что означает уничтожение программы виртуальной жизни существа, со многими присущими человеку чувствами?». На вопрос о том, во что превратится виртуальный двойник при разрушении программы, Кристофер Ламберт (он играет роль программиста-создателя) отвечает: «В снежинку на ветру». Но вопрос остается открытым и его обсуждение «на равных» с аудиторией, с уважительным отношением к высказанным мнениям, создает атмосферу сотрудничества, формирует доверие к лектору, как к человеку, не отделенному преподавательской кафедрой от своих учеников, играет большую педагогическую роль в преподавании естественнонаучных дисциплин. При обсуждении проблемы поиска внеземных цивилизаций и концепции «взрыва жизни» во вселенной используются фрагменты видеофильмов «Звездные войны» (возможное разнообразие и вариативность форм жизни) и «Контакт» (съемки произведены в реальной обстановке работы наземных радиотелескопов в США), фрагменты научно-познавательного сериала «Civilization XXI». В принципе, создание видеотеки для иллюстрации гуманитарных аспектов естественнонаучной дисциплины не требует чрезмерных затрат времени и денег. Достаточно следить за программами телевизионных каналов и записывать на видеомагнитофон потенциально интересные с дидактической точки зрения передачи. С помощью видеостудии Института дистанционного образования ТПУ произведены также оригинальные записи демонстраций опытов по механике, электричеству и магнетизму, оптике. Они используются как для студентов-заочников, так и для показа студентам очной формы обучения. Для создания видеолекции и фрагментов видеосопровождения лекций применялся редактор «MS Power Point» и использовались части уже подготовленного ЭКЛ. Для целей дистанционного и очного обучения подготовлен ряд видеофрагментов: планетарная модель атома (12 мин.); объекты вселенной (18 мин.); молекулярные основы жизни (24 мин.); фракталы (15 мин.). Видеофрагменты представляют собой последовательность слайдов, сопровождаемую закадровым комментарием автора фильма. Здесь преподаватель является сценаристом, режиссером, художественным оформителем и производителем фильма. Следует отметить, что интонация и построение произносимой фразы очень многое передают собеседнику: по некоторым оценкам [209] в актах коммуникаций «человек — человек» словами передается 7%, интонацией 38% и более половины - мимикой и жестами. При отсутствии на экране человека на первый план выходит интонация и построение устной речи диктора. Поскольку наши видеофрагменты предназначены для показа во время лекции, с последующим дополнением или дискуссией по теме фильма, то съемки автора в студии не производились. В более продолжительной видеолекции, созданной в институте дистанционного образования Томского политехнического университета, работа выполнялась коллективно и производились профессиональные съемки лектора в видеостудии. Слайдограммы, отражающие эти темы, частично представлены на рис. 43, 44 Приложения. Напомним, что видеолкции предназначены для индивидуального просмотра студентами - заочниками или для организованного группового просмотра в представительстве ИДО до приезда преподавателя. С дидактической, психологической и эмоциональной точек зрения, в таких видеослайд-лекциях необходимо присутствие собеседника- лектора на экране телеприемника. Особенно, в тех местах, где создана проблемная ситуация или когда необходимо. Присутствие лектора в видеолекции позволяет преодолеть недостатки опосредствованного общения. Лектор появляется на экране при обсуждении принципиальных и проблемных моментов, комментируя ход предъявления материала, а также- при подведении итогов лекции. Это позволяет создать в аудитории атмосферу психологического контакта обучаемых с лектором, переключать внимание аудитории, управлять сменой типов мышления (эмоционально-образного и рационально-логического). Часть слайдов видеофрагмента по теме «Кварки, глюоны, хромодинамика», приведена на рис. 44 Приложения. При разработке наших материалов видеосопровождения дисциплины учитывались положения, представленные во второй главе, где отмечалось, что устная речь сопровождения видеолекции должна отличаться от письменной речи в учебном пособии. 4.6. Электронные учебные пособия по КСЕ Первое электронное учебное пособие (ЭУП) было разработано в соавторстве с И. С. Шмыриным в 1998 г. Пособие выполнено в среде «Tool Book Instructor 5.01». В сравнении с другим программным обеспечением (Author Wary 4 и аналогичным) данная среда обладает широким спектром возможностей для создания анимационных и мультипликационных иллюстраций, возможностями импорта самых разных графических и мультимедиа файлов. Страницы пособия были выполнены в виде альбома с текстом, схемами, таблицами и рисунками (рис. 45,46 Приложения). Принцип интерактивности реализовывался за счет возможности самостоятельного пути навигации по пособию и использованию мышки — с ее помощью пользователь перелистывает страницы, как в обычной книге, может перейти к оглавлению, к тестовым заданиям или к релаксационной паузе. Текстовый материал разбит на части, соответствующие одной экранной странице электронного пособия, и содержит перекрестные гиперссылки и ссылки, открывающие дополнительные иллюстрации. Кроме того, имеются анимированные схемы и рисунки, запуск действия которых осуществляет студент, например, схема цис—транс перехода электронной оболочки молекул под действием света и т.д. Запуск анимации производится при нажатии управляющей клавиши «Показать». Из любого раздела пособия можно перейти к самоконтролю усвоения материала. Тестирование построено по типу множественного выбора. Если результаты тестирования не удовлетворяют пользователя, он может пройти повторное тестирование. В таком случае ему предъявляются другие варианты тестовых заданий. Из оглавления можно перейти к работе с «живыми графиками» (компьютерный эксперимент с одним изменяемым параметром) или к выполнению лабораторных работ. В случае появления чувства утомления, студент может передохнуть, прослушав файлы аудиосопровождения (спокойная музыка) в сопровождении набора фотографий природы. Изменения Государственных образовательных стандартов коснулись и дисциплины КСЕ. В этой связи потребовалось переработать учебный материал и создать практически новый вариант электронного учебного пособия, в котором воплощены некоторые технические и дидактические новшества [301]. К дидактическим новшествам мы относим многоуровневое построение предъявляемого учебного материала. Пользователю предлагается три варианта работы с пособием: уровень начинающего, основной уровень и уровень углубленного изучения материала (рис. 47—54 Приложения). На первом из них студент получает возможность ознакомиться с перечнем основных дидактических единиц дисциплины, входящих в ее понятийный аппарат, с основным содержанием разделов пособия (дайджест пособия), с наиболее часто задаваемыми вопросами (и ответами на них), с дескриптивным словарем употребляемых понятий и терминов, сведениями о ряде ученых: «Кто такой? Что такое?». Этот уровень помогает студенту получить общее представление о дисциплине КСЕ. Основной уровень содержит весь базовый курс КСЕ, сопровождаемый компьютерными лабораторными работами (шесть работ), «живыми» графиками, анимированными схемами и киноклипами, иллюстрациями из гуманитарной сферы (живопись, поэзия) и ресурсов Интернет. На уровне углубленного изучения к основному базису добавляется дополнительно материалы хрестоматии по основным разделам КСЕ. В ней приведены фрагменты и цитаты из научно-популярных журналов («Наука и жизнь», «В мире науки», «Природа», «Земля и вселенная» и др.), из других учебных пособий по КСЕ и монографий, из текущей периодики. Это позволяет студенту сопоставить различные точки зрения на ту или иную проблему современного естествознания, развивает критическое и самостоятельное мышление, способствует формированию современной научной картины мира. Здесь важно, чтобы студент самостоятельно мог осуществить поиск истины в спектре предлагаемых мнений. Пособие имеет систему поиска необходимого материала по ключевым словам, глоссарий, опции «метки страницы» (вывод дополнительной информации) и «настройка интерфейса» (изменение палитры фона и т. д.) (рис. 48 Приложения). Из любого раздела пособия можно перейти на другой уровень изучения материала, в конце пособия студент может определить свой уровень учебных достижений в итоговом тестировании по всему материалу дисциплины. По сравнению с предыдущим выпуском ЭУП (1998 г.) в значительной мере расширены как объем тестовых заданий, так и способы предъявления тестовых заданий. Проверяется знание фактологической основы курса, причинно-следственных связей, формулировок основных законов, эффектов и явлений, сформированность навыков работы с графическим представлением информации, ее анализа. Модуль лабораторных работ включает в себя математическое моделирование : • распределения линий напряженности поля системы точечных зарядов; • движения ионов в совмещенных магнитном и электрическом полях; • колебаний гармонических и ангармонических осцилляторов; • фазовых портретов гармонических и ангармонических осцилляторов; • динамики нелинейного воспроизводства популяции насекомых; • эффекта Доплера. Каждая работа содержит теоретическое описание процесса или эффекта, перечень заданий, панели ввода параметров моделирования и изменения их минимального (максимального) значения и шага варьирования (панель настройки), поле графического представления результатов моделирования (рис. 52—54 Приложения). При переходе от одного логотипа работы к другому, в меню работ выводится информация о цели работы, имеется опция помощи, в которой приведены пояснения функций всех управляющих кнопок. На панели ввода данных левая клавиша мышки используется для пошагового изменения текущего значения каждого параметра моделирования, правая- для быстрого перехода к максимальному или минимальному значениям. Панель настройки конкретной работы (по умолчанию скрытая) позволяет преподавателю или самому студенту изменить область изменений каждого из параметров моделирования: установить желаемое значение шага изменения численных величин, отображаемых на панели параметров, их минимальные и максимальные значения (рис. 53 Приложения). Для этого необходимо активировать кнопку «технической помощи». При необходимости проведения измерений расстояний или линейных размеров, используются виртуальные горизонтальная и вертикальная линейки (рис. 54 Приложения), которые можно перемещать по всему полю представления результатов моделирования. Для повышения точности измерений возможно представление результатов в увеличенном изображении. Пользователь может вызвать на поле результатов список введенных параметров и координатную сетку (или скрыть их). Возможен вывод графического окна на печать и сохранения результатов расчетов в формате файлов *. bmp. Электронное учебное пособие 2002 года разработано в соавторстве с Кузнецовым А. В., Шмыриным И. С, Пашкиным В. А. 4.7. Web- сетевые варианты мультимедийного пособия по КСЕ Для подготовки к реализации дистанционной технологии экспорта учебной дисциплины КСЕ через сеть Интернет, электронный вариант учебного пособия был размещен на сервере Института дистанционного образования (http://ido.tpu.edu.ru). В процессе подготовки материал двух изданных пособий по КСЕ: • был разбит на недельные дозы, в соответствии с технологией, приведенной в третьей главе (рис. 55 Приложения); • для каждой из них составлены задания по самостоятельной познавательной деятельности (от 5 до 12), причем, в базу системно-дидактических заданий были включены задания, придуманные самими студентами для взаимного контроля, они особо отмечены в перечне вопросов; • были подобраны иллюстрации и материал хрестоматии (фрагменты оригинальных статей, цитаты из периодических изданий— то, что актуально для сегодняшнего дня); • весь текстовый и иллюстративный материал был переведен на язык HTML с помощью редакторов «Front Page» и «Adobe Photoshop» (компьютерная верстка и дизайн пособия - авторский, в работе принимал участие Г. В. Стародубцев). Каждая из 17-ти доз должна быть доступна студентам в течение ограниченного времени - в соответствии с календарным планом изучения дисциплины. Поскольку в реальной жизни не все учащиеся приступают к работе одновременно, в начале каждой дозы, в верхней части страницы, расположен анимированный рисунок аннотации «С чего начать?» (рис. 56 Приложения). Выполнение компьютерных работ продублировано - на 3, 4, 6 неделях и на 14, 17, 18 неделях, контрольные работы должны быть представлены по электронной почте не позднее 15-ой и 18-ой недель. С целью стимулировать неоднократное обращение к материалу пособия, предлагается трехуровневое ознакомление с каждой недельной дозой (не обязательно за один сеанс связи с сервером). Прежде всего, рекомендуется прочитать Основные положения, они размещены на каждой странице. Здесь приведено краткое содержание модуля (как правило, главы пособия) на уровне основных идей, аргументов и выводов. На уровне общего ознакомления с недельной дозой следует прочитать текст без обращения к гиперссылкам в тексте и на полях пособия. На основном уровне рекомендовано ознакомиться с текстом отдельного подраздела пособия с последовательным обращением ко всем гиперссылкам, с просмотром киноклипов и анимаций. После чего следует ответить на контрольные вопросы, помещенные в конце страницы - дозы изучения (рис. 57 Приложения). Поскольку некоторые из них охватывают и материал, приведенный в разделе «КСЕ Хрестоматия», естественно появится необходимость более углубленного изучения материала дозы. В качестве примера материалов, размещаемых в данном разделе, на рис. 58 Приложения приведен фрагмент статьи П. К. Хегеле «Рассчитан ли космос на человека?» из еженедельника «Поиск». Иллюстрации, приведенные на рис. 55—59 Приложения, позволяют судить о форме представления материала и о содержании второй части пособия. Следует отметить, что при подготовке сетевой версии учебного пособия были использованы многие материалы электронного конспекта лекций. В частности, в виде слайдограмм включались иллюстрации, импортированные с компакт-дисков и дополнительно обработанные, а также - доступные по сети Интернет. По условиям дистанционного обучения, доступ к описанным выше материалам имеют только студенты ИДО, получившие сетевое имя и пароль. Студентам дневной формы обучения эти материалы оказались недоступны. Поэтому, электронное пособие (часть 1) было размещено на одном из серверов дистанционного (бесплатного) обучения: «Anri Education Systems» на сайте www. anriintern. com. Дизайн пособия в этом случае был разработан «Kety design studio». Недостатком сайтов, подобных «Апп Education Systems» является их насыщенность рекламными материалами, не связанными с учебными целями. Переработанное, в связи с введением в действие нового поколения ГОС, учебное пособие по дисциплине КСЕ [289] было размещено в открытом для всех студентов доступе на сайте электронной библиотеки Томского политехнического университета. 4.8. Персональный Web-сайт преподавателя Электронные дидактические средства, записанные на локальные носители (компакт-диски, жесткие диски ПК), предназначены в первую очередь для обучения по кейсовой технологии и (или) при проведении групповых занятий в компьютерных классах. Электронные издания учебно-методических материалов по конкретным дисциплинам (для ДО по сетевой технологии) размещаются на серверах соответствующих образовательных учреждений в общем блоке семестра или курса обучения. Многие преподаватели не ограничиваются этим, и предоставляют свои пособия для размещения в электронных библиотеках и на тематически ориентированных сайтах. Так, например, электронные варианты некоторых учебных пособий по дисциплине КСЕ можно найти на сайте http://philosophy.ru. Как правило, в рассматриваемых случаях сведения об авторах ограничиваются указанием их ученых степеней и званий и не дают представлений о личностных чертах создателей компьютерных пособий. Такого рода официальное и безличностное общение минимизирует информационный невербальный компонент актов коммуникаций обучаемого с преподавателем, что является недостатком с педагогической точки зрения. Более предпочтительным и приближенным к «живому» общению является создание преподавателями университетов персональных страниц (home page) или персонифицированных сайтов в сети Интернет. В качестве примера можно привести сайты профессоров А.О. Anderson (США) или R. Hofbauer (Австрия), профессора В.В. Климова, профессора П.И. Образцова, доцента А.С. Чуева и других преподавателей [372—375]. В ряде американских колледжей и университетов администрация стимулирует профессорско-преподавательский состав на размещение их курсов на Web-страницах. В частности, в Массачусетском технологическом институте предпринимается попытка создания таких страниц по всем читаемым курсам [369]. Для создания достаточно простых персональных Web-страниц предлагаются шаблоны, позволяющие (по утверждению разработчиков программного обеспечения) создавать Web-страницы за несколько минут [376]. Как правило, они включают только информирующую часть, функций управления образовательной деятельностью у них нет. Просмотр персональных сайтов и страниц в Интернет, наряду с анализом дидактических функций и требований, предъявляемых к данным техническим средствам, позволили нам разработать в ИДО ГПУ типовой проект Web-сайта преподавателя для работы с русскоязычными иностранными студентами [282,291]. При выполнении проекта был определен круг функциональных обязанностей преподавателей ИДО ТПУ, состав общих и варьируемых разделов страниц сайта, определены требования к сервисным программам, позволяющим редактирование страницы преподавателям, не имеющим знаний языков HTML, Perl и других средств конструирования Web-документов. • Получив доступ к учебной информации, студент имеет возможность выхода на персональный сайт своего преподавателя (инструктора), чтобы понять, с кем придется иметь дело. Этим сглаживается негативная тенденция дегуманизации общения с компьютерной системой (рис. 60).
ПОеПОААВЛТЕЛЬ lUpom. Гоголнил Анн» Нкколяеиил HvMt'iiKoio u я 'M.iiii.i профес спонатьиой деятельности 1""" П\п С«:|>1.'Т,1|>1 -[Чфс1>1ГТ 'ГСЦгНТрЛ О годл: преподаватель клфедцы Ненецкого ччы IlHlllIiyia ЯЧЫКОВОЙ кошл-ннкяши Томского С r-',i;i i i!i-:.i..e П[)«и)дя»;гтещ. немецкого я и.IK* 1*\х«;п-нш«а<1Го центра ооричопашя научных нсследоаагайгТТГУ г Томск. Участие немецкого Проекля "В|«1«1.лЪ<аГ. Jflul юл Факуяьтеч гктыш«и!Л1-л;1.,ш1[ча.лц)111 ui>ttira.-»iiif кя! ii ГШ" II imamyi им Гек {^сд-лйшгельсиг» г. Москал* 20*МЯ VMS (НЧиукч 1SIHJWIUI II-.) Д»Л Ч JIKiaul TiniJll I Ffrt.leHJlr * , ITUIHi n.НЧ1 IT. J ' \H..m.1 v . Ulli-ltll Of) licimumu (ли mi i Яуд>) i»- mini ' T'Aut Щчалкл it'ii).>r:^o(n i-iU4-i(j i-
Pwc. 50 Страницы типового сайта преподавателей ИДО ТПУ Функционально, сайт преподавателя состоит из двух частей: информационной и административной. Информационная часть содержит: • фотографию или киноклип приветствия преподавателя; • данные о профессиональных интересах, областях его деятельности, достижениях; • электронную библиотеку основных научно-методических трудов преподавателя; • название дисциплины и рабочую программу экспортируемого курса; • демо-версию части курса и практикума виртуальных работ; • план-график изучения дисциплины; • объявления; рекомендации по текущему разделу курса. На странице «Новости» даны расписания консультаций по телефону и электронной почте, название очередной изучаемой темы, сообщения о сроках контрольных точек и проведения чат-форумов. Просмотрев демоверсию компьютерного практикума по КСЕ студент имеет возможность скопировать его (вариант для PC IBM) для выполнения предписанных работ без связи с сервером ИДО ТПУ. Электронная почта является средством асинхронного общения, посредством которого преподаватель и обучаемые могут обмениваться электронными письмами, фотографиями и краткими видеосообщениями. Чат-конференции и доска для рисования, также входящие в состав сайта, позволяют обмениваться в режиме реального времени не только текстовыми сообщениями, но и изображениями, создаваемыми участниками коммуникации (рис. 66). С учетом качества каналов связи на сегодняшний момент это самый оптимальный вариант для проведения консультаций, но и его коммуникативные возможности ограничены. Наиболее полное и психологически комфортное удаленное педагогическое взаимодействие позволяет организовать подсистема проведения видеоконференций. В этом случае преподаватель может видеть и слышать студентов, а студенты -преподавателя и консультация становится аналогичной традиционной форме проведения данного вида учебного взаимодействия. Для проведения видеоконференций нами использованы стандартные web-камеры. В отличие от обычных цифровых камер, снимаемое видео имеет достаточно небольшое разрешение и после программной компрессии снимаемый видеоряд можно передавать по сети без создания недопустимо большого трафика (рис. 67). При этом частота смены кадров на клиентском компьютере будет приемлемой. Административная часть включает в себя: пароль доступа; связь с администратором сервера; групповые журналы; «послать сообщение студенту»; «изменить объявления»; «изменить рекомендации»; «изменить часто задаваемые вопросы»; «изменить электронную библиотеку»; «добавить новую строку (раздел)»; архив преподавателя. Она позволяет редактирование всех разделов информационной части страницы, используя только навыки работы с текстовым редактором «Word». Для разработки типовых сервисных утилит использованы возможности РНР и XML дескриптов баз метаданных. При редактировании разделов персонального сайта преподавателю предъявляются электронные шаблоны. Подготовленные в редакторе MS Word тексты сохраняются в соответствующих базах данных с параметрами, выбранными или указанными преподавателем в режиме редактирования содержания отдельных страниц сайта. 4.9. Резюме главы 4 1. Описанный в четвертой главе мультимедийный учебно-методический комплекс (электронное издание, мультимедийные учебные пособия, электронный мультимедийный конспект лекций, компьютерный практикум, видеосопровождение, Web-версии курса) является системой дидактических средств, используемых в практике естественнонаучного образования в высшей школе. 2. Практическое использование в образовательной деятельности (на протяжении пяти лет) мультимедийных компьютерных и аудиовизуальных средств убеждает нас в возможности создания и применения аналогичных комплексов по другим естественнонаучным и гуманитарным дисциплинам. 3. Процесс совершенствования учебно—дидактического комплекса дисциплины является перманентным и требует постоянного повышения квалификации преподавателей-разработчиков и пользователей. Он стимулируется появлением нового (к сожалению, более дорогостоящего) программного обеспечения для информационно-коммуникативных технологий, в том числе - образовательных. 4. Неизбежно встают проблемы введения курсов медиаобразования в программы профессиональной подготовки и повышения квалификации педагогических работников всех уровней образования.
ГЛДАВА 5. МОНИТОРИНГ И ОЦЕНКА КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА СТУДЕНТАМИ Составными частями ММ ПДК являются блоки мониторинга учебно-воспитательного процесса и тестирования (рис. 9). Как отмечено во второй главе, мониторинг должен быть направлен на анализ и оценку изменений в познавательной деятельности учащихся, на установление динамики ценностно-смысловой и потребностно-мотивационной сферы личности, на определение изменений в психолого-эмоциональных и валеологических условиях учебного процесса. Компонентами блока мониторинга являются рейтинговая система оценки учебной деятельности учащихся, а также подсистема статистического анализа результатов входного и выходного анкетирования контингента студентов. Блок тестирования ММ ПДК предназначен для входного, промежуточного и итогового контроля, ранжирования учащихся или определения уровней их индивидуальных учебных достижений (аттестации). Ниже приводятся, в продолжение проблематики предыдущей главы, инвариантные дисциплинарной специфике особенности используемой автором диссертации структуры рейтинга учебной деятельности студентов и принципы построения тестов учебных достижений, наряду с результатами статистического анализа оценки учебного процесса «изнутри», со стороны контингента студентов. В этой части диссертационной работы мы основывались на положении В.П. Беспалько о необходимости оценки (наряду с оценкой качества знаний учащихся преподавателем как результата учебно-воспитательного процесса) фактора удовлетворенности учащихся процессом обучения. Удовлетворенность студента своей учебной деятельностью характеризует его адаптированность к учебе в вузе, сбалансированность его ожиданий и потребностей с реально существующими условиями профессионального образования по конкретной дисциплине в конкретном высшем учебном заведении. Как отмечает А.С. Спасский, показатель удовлетворенности в общем случае является фактором оценки эффективности управления
образовательным процессом в вузе, а В.П. Беспалько рассматривает ее как один из показателей оценки качества работы преподавателя. На формирование удовлетворенности учебой влияют в частности условия, в которых протекает учебно-познавательная деятельность: наличие комфортных условий для аудиторной и самостоятельной работы, наличие коммуникационных сетей, доступность ресурсов Интернет и обеспеченность учебными пособиями и мультимедийными средствами конкретной дисциплины. Наряду с этим, значительным фактором является та инвариантная к содержанию дисциплины эмоциональная и мотивационная атмосфера, которую создает и применяет преподаватель в педагогическом взаимодействии со студентами, в том числе — при использовании компьютерных и телекоммуникационных технологий. В нашем исследовании удовлетворенность студента учебными действиями рассматривается как критерий эффективности применения в педагогическом процессе системы мультимедийных компьютерных дидактических средств.
|
| Категория: Материалы к программам | Добавил: Жорж-Жан (21.08.2012)
|
| Просмотров: 525 | Комментарии: 2
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
 |  |
