ЭкологияОбразоватДеятельности / МатериалыПрактЗанятий / ЭкОбрДеят_Пр 16 / notv2009_book_1
.pdf
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
реальные профессиональные ситуации. Т.е. студенту еще в начале обучения целесообразно очертить контуры его профессиональной деятельности. Все это мотивирует познавательную деятельность. Учебная информация и сам процесс учения приобретают личностный смысл.
Государственным стандартом высшего профессионального образования предусмотрено преподавание дисциплины «Математика и информатика» на первых курсах нематематических специальностей педагогических вузов, в частности, на факультете психологии. Предполагается изучение таких разделов математики как теория множеств, основы теории вероятностей и математической статистики, элементы математического моделирования и др.
Многие преподаватели преподносят основы математических дисциплин студентам-психологам в дидактически неудачном виде – чересчур формализованной, абстрактной форме, так, что студенты не улавливают связи между математическими знаниями и практической направленностью их будущей профессиональной деятельности. Поэтому напрашивается вывод о необходимости наполнения содержательной компоненты указанного выше курса примерами и задачами из реальной работы психологов. Кроме того, целесообразным будет изменение отношения к математике самих преподавателей, повышение их математической культуры. Так как «зрелость науки обычно измеряется тем, в какой мера она использует математику» [5]
Психология – одна их наук, предмет исследования которой может быть не только описан, но и измерен. Возможность измерения психологических феноменов, свойств, характеристик и др. открывает доступ для применения количественного анализа и вычислительных процедур. Наиболее естественным путем, которым математика проникает в психологию, является современная математическая статистика, которая позволяет психологу доказывать правильность и обоснованность используемых методических методов и приемов, строго обосновывать экспериментальные планы, обобщать данные эксперимента, выявлять зависимости, различия между группами испытуемых, строить статистические предположения и многое другое.
Все вышесказанное обусловливает применение контекстного метода обучения математике и информатике студентов-психологов с целью формирования у них профессиональной компетентности.
Для активизации познавательной деятельности студентов с целью повышения уровня их компетентности необходимо так организовать учебный процесс и так структурировать учебные средства, чтобы позволить студентам, по своей инициативе, выбирать способы изучения материала; овладевать умениями самообразования; включиться в творчество в соответствии со своими интересами и возможностями; получить помощь в выполнении упражнений и домашних заданий; рефлексировать свои возможности учиться и решать задачи; проверить свои возможности и своевременно осуществить корректировку своей подготовки и др. Для этого средствами мультимедийной среды Macromedia Flash, в частности языка
Секция 2
Action Script, нами был создан лектронный образовательный ресурс «Математика и информатика», состоящий из управляющего модуля, учебносправочного комплекса, тестирующего блока рубежного и итогового контроля.
Рис. 1. Главное окно программы
Основной задачей управляющего модуля электронного учебника является интеграция всех модулей курса в единое целое.
Навигация по курсу осуществляется аналогично навигации в гипертекстовых страницах, программа может быть легко интегрирована в сеть Интернет.
Учебно-справочный комплекс построен с использованием гипертекстовой технологии и охватывает все темы курса «Математика и информатика», ориентированного на обучение психологов, т.к. содержит рассмотрение основных разделов математики и информатики, в контексте возможности их использования в работе практических психологов. Этот комплекс можно использовать как для непосредственного обучения, так и в качестве справочника. Здесь же рассмотрены практически ориентированные примеры и задания.
С технологической точки зрения данный образовательный ресурс включает: содержание со списком всех параграфов курса; иллюстрации; ссылки на теоретические разделы и биографии ученых; выделенные термины, на которые можно перейти из предметного указателя; важнейшие формулы и законы, выделенные шрифтом или фоном с целью облегчить визуальный поиск в тексте и запоминание этих данных.
Электронный образовательный ресурс «Математика и информатика» обеспечивает: интуитивно понятную навигацию по курсу; возможность возврата к открытому ранее параграфу; возможность масштабирования окна; копирование текста с иллюстрациями в распространенные форматы файловых документов; распечатку; возможность редактирования преподавателем любой части теории, практики и тестовых заданий.
161
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
Тестирующий блок – один из важнейших компонентов электронного образовательного ресурса, предназначенный для приобретения умений решения задач, оценки усвоения учащимся разделов курса, проведения контрольных работ, самостоятельной работы с компьютером.
С точки зрения содержания тестирующий блок состоит из вопросов для самопроверки знаний по курсу, контрольных вопросов и задач для самостоятельного решения, допускающих выбор одного или нескольких вариантов ответа, текстовый или численный ввод.
При ответах на контрольные вопросы и при решении задач обеспечивается предоставление учащемуся информации о правильности его ответа на контрольный вопрос; возможность показа по запросу учащегося подсказки; определение на основе результатов прохождения заданий темы, которые нужно повторить учащемуся. Также составляется отчёт, содержащий информацию о правильных и неправильных ответах учащегося, осуществляется переход на нужные теоретические разделы.
Использование описанного выше электронного ресурса показало, что он способствует: повышению эффективности обучения курсу «Математика и информатика»; наилучшему усвоению навыков работы с компьютером; повышению эффективности учебного процесса; развитию способности анализировать и адекватно оценивать собственные возможности; обеспечению возможности дальнейшего практического применения полученных знаний и навыков в своей профессиональной деятельности, так как большинство заданий составлены с учетом будущей профессиональной направленности и рассмотрены в контексте работы психологов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Вербицкий А.А. и др. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. - М.: Высшая школа, 1991207 с.
2.Вербицкий А.А. Новая образовательная парадигма и контекстное обучение: Монография. - М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1999 - 75 с.
3.Вербицкий А.А. Психолого-педагогические основы образования взрослых: контекстный подход//Общество Знание России, 2000
4.Вербицкий А.А. Теория контекстного обучения: сущность и практическое значение//Школьные технологии. – 2006. - №4. с.41-47
5.Стивенс С.С. Экспериментальная психология. Т.1. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960
Секция 2
Кокорин А.Ф., Ушаков М.В.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО КУРСУ «ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА»
kokorin@dpt.ustu.ru
ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
г. Екатеринбург
Рассматриваются вопросы построения программного комплекса для организации изучения в лабораторных работах электронных схем цифровых и микроэлектронных устройств. Показано, что модульный принцип построения позволяет легко модифицировать систему под конкретные задачи обучения. Приводится описание конкретного исполнения программной части комплекса.
Program complex for a laboratory practical work at the rate «Digital circuitry». Kokorin A.F., Ushakov M. V. Questions of construction of a program complex for the studying organisation in laboratory works of electronic schemes of digital and microelectronic devices are considered. It is shown that the modular principle of construction allows to modify easily system under training specific targets. The description of concrete execution of a program part of a complex is resulted.
Был разработан программный комплекс для организации всестороннего изучения в лабораторных работах электронных схем цифровых и микроэлектронных устройств. В основу положен модульный принцип организации. Система состоит из нескольких модулей, которые могут быть использованы как отдельно, так и в различных комбинациях. Это модули:
теоретический, с описанием исследуемых схем, организованный как электронный учебник;
моделирования, с заданием на расчет определенного варианта схемы, построенный на использовании универсальных пакетов моделирования электронных схем;
контролирования, с коллоквиумами входным, промежуточными, и заключительным, построенным как электронный коллоквиум “выбери из списка”;
экспериментальный, с исследованием реальных схем.
Организация отдельных модулей, так и объединение модулей в систему, происходит под управлением программного блока. В данной части работы описывается один из вариантов построения пакета программ для организации и управления комплексом. Описание дается на примере изучения тем учебного курса «Цифровая схемотехника».
Пакет программ включает в себя следующие утилиты:
163
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
программа-оболочка.
утилита для создания тестов;
утилита для ответов на вопросы теста;
программа для работы с АЦП-ЦАП;
электронный учебник;
Теоретический материал представлен в виде стандартных help-файлов Windows, что позволяет не только последовательно ознакомляться с теорией, но и находить материал по определенной теме, используя гипертекстовые ссылки.
Для моделирования электронных схем может использоваться любой пакет для схемотехнического моделирования.
Моделирование является второй важной составляющей процесса обучения. На этом этапе обучаемый закрепляет изученный на предыдущем этапе теоретический материал. При моделировании могут использоваться файлы с заготовленными стандартными схемами.
Схемы, исследуемые на этапе моделирования, соответствуют схемам, которые будут исследованы в экспериментальной части.
При экспериментальном исследовании электронных схем для задания входных воздействий и исследовании отклика схемы на базе стандартных узлов компьютера реализованы: генератор сигналов различной формы, генератор цифровых слов и цифровых последовательностей и компьютерный осциллограф.
Исследуемую схему обучаемый собирает самостоятельно на специальном стенде. На этапе экспериментального исследования схем он закрепляет изученный материал и убеждается в правильности моделирования.
Проектируемый измерительный комплекс предназначен, прежде всего, для исследования электронных схем в курсах лабораторных практикумов: «Цифровая электроника», «Микроэлектронные устройства», и т.п. Предлагается производить исследования типовых схем, таких как:
Мультиплексор - демультиплексор;
Шифраторы и преобразователи кодов;
Цифровой компаратор;
Устройство контроля четности;
Счетчики и регистры;
Арифметико-логическое устройство;
ит.п.
Пакет совместно с описанием и примерами построения лабораторных работ организован в виде компакт-диска.
Секция 2
Колесов В.И., Кузяков О.Н., Сызранцев В.Н., Гаммер М.Д., Курылев Е.В., Гильманов Ю.А.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ТРЕНАЖЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
GammerMax@yandex.ru
ТюмГНГУ г. Тюмень
Внастоящее время компьютерные имитационные тренажеры (КИТ) становятся одним из эффективных инструментов подготовки персонала предприятий. Не менее значимую роль они играют и в практике учебных заведений. Причина возрастающей популярности КИТ заключается в их способности обеспечить принципиально новый способ обмена информацией, превосходящий традиционные способы по дидактическим возможностям в несколько раз.
ВСША и Европе имеется опыт применения КИТ в авиации, вооруженных силах, медицине, космонавтике, и тех областях, где проведение физического обучения сопряжено с существенными трудностями технического плана и значительными материальными затратами, связанными
свысокой стоимостью учебного оборудования и его эксплуатации, большой удаленностью обучаемого от места расположения учебного оборудования, длительностью и опасностью выполняемых работ; сложностью изменения конфигурации оборудования и параметров среды и т.д. Мировой опыт свидетельствует о том, что КИТ наиболее эффективны при подготовке персонала, занятого на опасных участках производства и там, где цена ошибки существенно выше расходов на обучение.
Что же касается практики использования КИТ в учебном процессе ТюмГНГУ, то она показала не только значительное увеличение качества подготовки студентов, но и выявила возможные пути развития технологии проектирования КИТ. Создание в ТюмГНГУ внушительного арсенала отдельных, не связанных между собой тренажеров, закономерно породило необходимость перехода к большим распределенным тренажерным системам, потенциал и эффективность которых неизмеримо выше. Объединив ряд уже имеющихся тренажеров, можно получить тренажерную систему с принципиально новыми возможностями. В качестве примера имеет смысл рассмотреть следующую ситуацию – студенты кафедры «Х» должны автоматизировать объект «Y», студент кафедры «Z» должен правильно реагировать на штатные и нештатные (включая аварийные) ситуации на объекте «Y». Объект (например, магистральный нефтепровод) относится к категории не только особо опасных, но и весьма дорогостоящих. В силу этих причин, проведение полноценного обучения на реальном объекте при помощи традиционных методов не представляется возможным. Традиционная же имитация поведения реальной системы, основанная на использовании SCADA-систем с некоторой сильно упрощенной моделью (созданной, как правило, самим же студентом), имеет ряд недостатков:
165
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
слабое владение технологией исследуемого процесса (что типично для процедуры обучения студентов, когда они порой лишь интуитивно представляют объект, который автоматизируют или выполняют его мониторинг), и это особенно проявляется в случаях отсутствия возможности визуального наблюдения за процессом работы технологического оборудования;
результаты исследований, проводимых в ходе курсового и дипломного проектирования при использовании самодельной»упрощенной модели»могут содержать ошибки и неточности, поскольку отсутствует механизм проверки предложенных решений;
отсутствует возможность совместной коллективной работы студентов различных кафедр, когда на»ролевых играх»отрабатываются ключевые принципы взаимодействия или технологические регламенты.
Таким образом, необходимы новые подходы к профессиональному обучению. Суть предлагаемого решения заключается в том, чтобы, используя КИТ, предоставить студенту полный набор функций, которым обладает инженер на производстве: выбирать датчики, устанавливать их на объекте, подсоединять к соответствующему оборудованию, использовать SCADAсистему, через OPC-интерфейс или контроллер которой решать поставленную задачу. В условиях интеграции аппаратно-программных средства с виртуальной реальностью тренажерные комплексы создают полную иллюзию работы с реальным технологическим оборудованием.
Для решения такого класса задач, НИИ электронных образовательных ресурсов ТюмГНГУ (НИИ ЭОР) активно осваивает технологию проектирования распределенных тренажерных систем. Основой используемого метода являются - стандарт распределенного моделирования IEEE 1516, стандарт OPC и программное обеспечение LabVIEW корпорации
National Instruments.
Стандарт IEEE 1516 определяет архитектуру высокого уровня (HLA - High Level Architecture) для создания распределенных имитационных систем, которые должны обмениваться данными во время своей работыАрхитектура HLA является де-факто стандартом в области имитационного моделирования. В частности, все тренажеры, используемые вооруженными силами США и НАТО обязаны поддерживать этот стандарт.
Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. Суть OPC проста – предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).
При решении вопроса о связи стандартов IEEE 1516 (являющегося базовым для КИТ) и OPC (применяемого в SCADA-системах) был выбран вариант с использованием пакета LabVIEW. LabVIEW может поддерживать математические модели любой сложности, выступать в роли OPC-сервера, но
Секция 2
не имеет, к сожалению, средств взаимодействия с интерфейсами IEEE 1516. Это удалось преодолеть путем написания соответствующих программных компонентов.
Предложенный подход позволяет проектировать распределенные тренажерные системы практически любой сложности, с возможностью одновременной работы большого количества пользователей, выполняющих различные функции. Например, возможна совместная работа инструкторов (задающих производственные сценарии), операторов объектов (принимающих решения и осуществляющих управление), диспетчеров производства, механиков, инженеров по автоматизации и т.д., что открывает совершенно новые возможности как при переподготовке специалистов на производстве, так и при обучении студентов в вузе: проведении лабораторного практикума, курсовом и дипломном проектировании.
Крохин А.Л.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА СОЗДАНИЯ ИНТЕРАКТИВНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ЛЕКЦИЙ ПО МАТЕМАТИЧЕСКИМ КУРСАМ
alkrochin@yandex.ru
ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
г. Екатеринбург
В докладе представляется технология создания интерактивного учебно-методического обеспечении преподавания математики в дистанционной форме. Изложены текущие результаты работы по созданию методического обеспечения лекций и самостоятельной работы студентов с эффектами интерактивности на основе сетевых технологий активных веб-страниц.
Here is presented technology creating interactive methodical support of remote teaching mathematical curses. Author has shown currant results of making weband pdfslides lecture materials with interactivity effects.
Государственная поддержка учреждений высшего профессионального образования является направлением приоритетного национального проекта "Образование", направленным на ускоренную модернизацию высшей школы. Инновационные образовательные программы должны предусматривать: введение в образовательную практику новых и качественно усовершенствованных образовательных программ; применение новых, в т. ч. информационных, образовательных технологий, внедрение прогрессивных форм организации образовательного процесса и активных методов обучения, а также учебно-методических материалов, соответствующих современному мировому уровню.
Технический уровень и доступность информационной инфраструктуры для современного студента и преподавателя позволяют существенно повысить эффективность обучения в рамках концепции интерактивности [1].
167
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
Лектор получил в свое распоряжение мощные инструментальные средства создания инновационного методического материала, многие из которых относятся к категории “freeware” или “public domain”, т. е. являются некоммерческими. Последнее обстоятельство очень существенно для российских условий.
Если говорить о преподавании математики, то основные аспекты методики, основанной на концепции интерактивности, это динамическое представление выкладок, графиков и чертежей и локальная адаптация уровня подробности [2] изложения материала.
В настоящем докладе представлены результаты применения некоторых инструментальных средств для создания двух форм методических материалов. Во-первых, pdf презентационных материалов для непосредственной демонстрации во время лекций. Этот формат имеет большие возможности в интересующем нас плане, кроме того, его демонстрация возможна с помощью бесплатного программного продукта Acrobat Reader посредством обычного проектора. Подготовка же материалов также осуществляется свободно распространяемыми пакетами, основой которых является система TEX.
Вторая форма – ориентирована на дистанционное использование по сети Интернет или корпоративным сетям, поэтому основана на стандартах html-тегов. И в этом случае исходные тексты оформляются как TEX’овские документы. Конечно, некоторые отличия в технических деталях имеются, но содержательная основа, контент, остается той же.
Замечу, что имеется стандарт MathML, предназначенный для использования всеми, начиная со студентов-математиков, заканчивая учеными и инженерами. Язык представляет механизм обмена данными между приложениями, обрабатывающими математические представления в том или ином виде.
Код MathML избыточен. Избыточность MathML в основном следует из решения рабочей группы взять за основу синтаксис XML. Причины этого решения заключаются в стандартизации, доступности инструментария и основной тенденции сетевых приложений к использованию XML в качестве формата передачи данных. Отрицательная сторона заключается в избыточности кода для случаев любой сложности, с вытекающими требованиями к инструментам для создания и обработки MathML.
Правда по сравнению с существующими методами, основанными на включении изображений в веб-страницы, например, GIF-файлов, MathML относительно быстро передается и обрабатывается.
Недостатки языка MathML заключаются в том, что из-за избыточности кода писать на нём напрямую большие математические тексты не представляется возможным, а использование различных конвертеров сводят его к уровню Microsoft Equation. К тому же, отображение элементов языка на страницах поддерживается далеко не всеми браузерами (в частности, Internet Explorer требует установки специального плагина).
Секция 2
Лекционные презентационные документы обрабатывались в пакете Beamer. Данный пакет разработан и очень широко распространен в Америке. Отличается огромным количеством заложенных в нем возможностей. В Америке стал де-факто стандартом для создания презентаций. Для получения файла презентаций в формате pdf необходимо создать обычный tex-файл и затем сразу построить PDF файл, используя команду Pdflatex. После этого вы получаете PDF файл презентации, который можно запустить, используя Acrobat Reader или другие подобные программы.
Многие мультимедийные лекционные аудитории, в частности РИ-РТФ нашего университета, имеют выход в корпоративную сеть и Интернет. Поэтому сетевые методические материалы могут использоваться как дистанционно, в процессе самостоятельной работы студентов, так и непосредственно на лекции.
Для создания сетевых интерактивных приложений на основе математических текстов использовался пакет Mimetex.
Mimetex – CGI-программа, реализованная на языке С Джоном Форкошем [3]. Это серверное приложение (GPL), позволяющее простым способом встраивать изображения с формулами (диаграммами и т.п.) в webстраницы. На входе принимает LaTeX-формулу, т. е. набор символов и тегов. В Web-странице формула указывается в качестве параметра URL-обращения к программе (значение атрибута src тега img).
Затем программа отрисовывает предложение LaTeX в GIF-картинку и возвращает её в браузер. Текст предложения передаётся непосредственно в URL, для того, чтобы встроить изображение с формулой в web-страницу, достаточно написать строку вида:
<img src=”http://dxdt.ru/f?e^{ix}=\cos{x}+i\sin{x}”> – результат будет таким, как показано на рисунке 1.
Рис. 1. Результат работы программы MimeTeX
Так как используется просто стандартный тег HTML img, то изображение математических символов можно вывести практически в любом “web-сервисе”: например, в комментариях в блогах, на собственных HTMLстраницах и т.п. (также, изображения GIF умеет выводить подавляющее число браузеров).
Главной проблемой при создании интерактивного конспекта лекций оказалась чрезвычайная трудоемкость, также необходимо владеть технологией написания соответствующих скриптов. Довольно легко готовить динамические выкладки программой Easy GIF Animator.
Например, в лекции по алгебре используется анимационное представление умножения двух матриц. Исходный текст написан в ТЕХ, компилирован в набор кадров, из которых уже и раскадрован окончательный фрагмент. Он может быть вставлен как в лекционную презентацию, так и
169