Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие педагогических технологий реализации интегративно-модульной модели лабораторного практикума при дистанционном обучении в вузах МЧС России 21
1.1. Интеграция как компонент современного дистанционного обучения, предпосылки ее появления 21
1.2. Роль и место лабораторного практикума в инженерно-техническом образовании 34
1.3. Анализ состояния разработки проблемы организации лабораторного практикума в заочном и дистанционном инженерном образовании 46
1.4. Структура и параметры компьютерно-моделирующих комплексов с эмуляцией лабораторных измерений 65
1.5. Условия эффективного использования сетевых технологий проведения лабораторного эксперимента 77
Глава 2. Экспериментальное исследование процесса дистанционного обучения в вузах МЧС России на основе использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума 95
2.1. Организация и методика исследования проблемы применения интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума в дистанционном учебном процессе вузов МЧС России 95
2.2. Анализ возможных вариантов организации лабораторного практикума при дистанционном обучении в пожарно-технических вузах 108
2.3. Требования к методической поддержке выполнения
расчетно-экспериментальных заданий на компьютерное моделирование 120
2.4. Разработка программы эксперимента по использованию в дистанционном учебном процессе виртуального лабораторного практикума 130
2.5. Анализ результатов эксперимента по использованию виртуального лабораторного практикума "Гидравлика" в дистанционном учебном процессе 141
Заключение 148
Литература
- Роль и место лабораторного практикума в инженерно-техническом образовании
- Структура и параметры компьютерно-моделирующих комплексов с эмуляцией лабораторных измерений
- Анализ возможных вариантов организации лабораторного практикума при дистанционном обучении в пожарно-технических вузах
- Разработка программы эксперимента по использованию в дистанционном учебном процессе виртуального лабораторного практикума
Роль и место лабораторного практикума в инженерно-техническом образовании
Современное дистанционное пожарно-техническое образование характеризуется системными изменениями в структуре и содержании. Переосмысление приоритетов дистанционного обучения, роли слушателя или студента как субъекта учебно-воспитательного дистанционного процесса, а также общественные изменения, обуславливают нетрадиционные подходы к решению многих образовательных проблем, решаемых в вузах МЧС России. Одной из ведущих тенденций развития современного дистанционного образования является интеграция его содержания.
Буквальное содержание понятия «интеграция» ввёл в 60-х годах XIX в. англичанин Г. Спенсер (с лат. integratio - целый), но оно мало отражало реальное содержание тех процессов, которые определяются этим термином сегодня.
В словарях понятие «интеграция» определяется как объединение в одно целое ранее изолированных частей, элементов, компонентов, что сопровождается осложнением и укреплением связей и отношений между ними [11, 107]. Философы определяют его как процесс движения и развития определённой системы, в которой частота и интенсивность взаимодействий её элементов растёт - усиливается их взаимодействие и уменьшается их относительная самостоятельность по отношению одна к другой. При этом могут появляться новые формы, которых не было в истории этой системы [28]. Образование связей, далее существенных взаимозависимостей, появление качественно новых свойств , присущих только совокупности взаимосвязанных элементов, процессов, явлений -все это не что иное, как последовательное установление целостности.
Под интеграцией в широком смысле понимают процесс становления целостности. Определение интеграции как процесса взаимопроникновения означает не растворение одного в другом, а их единство, то есть сохранение взаимодействующих систем и налаживание между ними взаимных контактов [97].
Можно сделать вывод из определения интеграции, что она возникает в том случае, когда: - есть ранее независимые вещи, процессы, явления; - есть объективные предпосылки их объединения; -объединение происходит путём установления существенных взаимосвязей, которые определяют и изменяют функционирование элементов, что интегрируются; - результатом объединения является система, которая имеет свойства целостности.
В современных условиях, в результате буйного развития многочисленных отраслей знаний понятие «интеграция» переросло конкретно-научные рамки. Его с успехом используют науки в процессе исследований существенных сторон развития общества. Это даёт возможность считать, что интеграция с тенденции обращается в объективную закономерность. Под действием общественно-исторической практики интеграция наполняется новым содержанием, обогащается, становясь философской категорией, предназначенной для отражения наиболее значимых связей и отношений между различными сторонами окружающей действительности.
Что же понимают под интеграцией в обучении? Среди дидактов единой точки зрения на трактовку данного понятия нет, поскольку спорными являются вопросы об основных функциях, формах, уровнях интеграции, недостаточны определены возрастные возможности учащихся, касающиеся их применения. Так, например, Б. Бернштейн под интеграцией рассматривает подчинение учебных предметов единой рациональной идеи. П. Бпек предусматривает объединение материала в отдельные учебные предметы. Г. Овеус предполагает необходимость целостной совокупности учебных предметов. Интеграцию рассматривают также как иерархическое обобщение {синтез}, объединение на различных уровнях (предметный, межпредметный, психологический). С. Куй рассматривает интеграцию как синтез учебного материала на уровне глобальных проблем : человек, окружающая действительность и пр.
Многие современные учёные-педагоги (А.П. Беляев, М.И. Махмутов, А.А. Пинский, В.Г. Розумовский) считают, что интегративные процессы становятся тенденцией и в педагогике, особенно в теории обучения: всё теснее сливаются воедино дидактика и психология мышления, педагогическая психология и социология, теория содержанрія общего и технического образования. Интегративньте тенденции современной дидактики, главным образом, проявляются в том, что для определения закономерностей обучения исследователи используют понятия и теоретические предпосылки родственных наук. [11]
Применительно к системе дистанционного обучения понятие «интеграция» может принимать два значения: во-первых, это создание у слушателя или студента вуза МЧС России целостного представления об окружающем мире (здесь интеграция рассматривается как цель дистанционного обучения); во-вторых, это нахождение общей платформы сближения предметных знаний (здесь интеграция - средство обучения). Интеграция как цель обучения должна дать слушателю или студенту те знания, которые отражают связанность отдельных частей мира как системы, научить слушателя или студента с первых шагов дистанционного обучения в вузе представлять мир как единое целое, в котором все элементы взаимосвязаны. Реализация этой цели может начаться уже на младших курсах. Интеграция также - средство получения новых представлений на стыке традиционных предметных знаний. В первую очередь она призвана заполнить незнание на стыке уже имеющихся дифференцированных знаний установить существующие связи между ними. Она направлена на развитие эрудиции обучающегося, на обновление существующей узкой специализации в дистанционном обучении. В то же время интеграция не должна заменить обучение классическим учебным предметам, она должна лишь соединить получаемые знания в единую систему [119].
Структура и параметры компьютерно-моделирующих комплексов с эмуляцией лабораторных измерений
Для проведения экспериментов в рамках компьютерно-моделирующего комплекса может применяется среда моделирования в состав которой входит графическая оболочка и вычислительное ядро.
Графическая оболочка среды моделирования должна содержать несколько видов документов, основным из которых является документ схемы. Данный документ имеет три слоя: - вычислительный слой, позволяющий разрабатывать схему эксперимента; - схемный слой, который содержит исследуемый объект в виде компонентной цепи [41]; - измерительный слой, содержащий стенд виртуальных измерительных приборов и органов управления параметрами исследуемого технического объекта.
В компонентную цепь, приведенную на схемном слое, входят разнообразные компоненты-измерители и измерительные приборы. Они способны сами визуализировать результаты вычислительного эксперимента, проводимого вычислительным ядром, и передавать их на другие документы, такие как график или таблица, которые представлены в документе схемы в виде отдельных компонентов.
В качестве вычислительного ядра среда моделирования должна использовать универсальное вычислительное ядро, реализованное на основе вычислительного ядра системы. Оно может состоять: - из математического аппарата, который на основе алгебро дифференциальной системы уравнений позволяет анализировать технические объекты любой физической природы как во временной, так и в частотной областях; - библиотек моделей компонентов, которые содержат графические образы компонентов и их математические модели. Каждая библиотека модулей компонентов представляет собой набор моделей компонентов, объединенных между собой некоторым признаком. Если рассматривать компонент с математической точки зрения, то его математическая модель в общем случае может быть описана линейными, нелинейными и (или) дифференциальными уравнениями. Такой подход к реализации моделей компонентов позволил реализовать библиотеку математических компонентов, которая легла в основу разработки математического вычислителя, обычно называемого макрокалькулятором.
Данный программный модуль, реализованный на основе цепного моделирования математических выражений [63], позволяет производить математические расчеты с действительными и комплексными числами, а также решать уравнения и системы линейных алгебраических уравнений.
Реализованный в рамках макрокалькулятора математический аппарат является полным для проведения математических расчетов, необходимых в рамках работы с компьютерным тренажером.
Таким образом, описанные модули, имеющие единую математическую платформу, позволяют реализовать компьютерный тренажер по любой технической дисциплине. При этом такая виртуальная лаборатория имеет простую навигацию, которая подразумевает под собой легкое осуществления перехода через наглядные меню к другим подсистемам лабораторной работы и возврат в данный раздел. Дружественный интерфейс, удобный для восприятия текстовой и графической информации, вызывает у слушателя желание работать в данном лабораторном практикуме.
Основной особенностью, на которую следует обратить внимание при проектировании содержания, является тип ориентировочной основы действия. Различия в обобщенности, в полноте и способе получения ориентировочной основы действия служат основанием для выделения разных ее типов. Существует восемь типов ориентировочной основы действия.
Первый тип характеризуется неполным составом ориентировочной основы, ориентиры представлены в частном виде и выделяются самим обучаемым методом проб и ошибок. Второй тип характеризуется наличием всех частных условий, необходимых для правильного выполнения действия, которые даются обучаемому в готовом виде. Третий тип характеризуется полным составом ориентиров представленных в обобщенном виде, быстротой и безошибочностью процесса формирования действия, большой устойчивостью, широтой переноса. Ориентировочная основа действия составляется обучаемым самостоятельно с помощью общего метода, который ему дается. Четвертый тип характеризуется полной системой ориентиров, которые даются в готовом обобщенном виде. Пятый тип отличается тем, что обучаемому дается система ориентиров, недостаточная для правильного выполнения действия в пределах той области, границы которой определяются степенью обобщенности выделенных ориентиров. Шестой тип состоит в том, что обобщенная, но неполная ориентировочная основа не дается в готовом виде, а выделяется обучаемым самостоятельно.
Анализ возможных вариантов организации лабораторного практикума при дистанционном обучении в пожарно-технических вузах
Вся научно-исследовательская работа по дидактике и методикам обучения имеет конечной целью научно обосновать различные стороны дистанционного обучения. Она должна быть теоретически осмыслена, направляться определенными методологическими ориентирами.
Основной задачей исследования проблемы использования виртуальных лабораторий является добывание новых достоверных знаний об их влиянии на процесс дистанционного обучения, раскрытие объективных закономерных связей между педагогическими явлениями. Если раскрыть сущность явления, его внутреннюю структуру, его закономерные, необходимые связи с другими явлениями, то появится возможность предсказывать, а главное сознательно управлять процессом, то есть наметить такую систему педагогической работы, которая гарантирует успешное получение желательного результата, достижение намеченной цели. [ПО] При этом необходимо проанализировать все элементы педагогического процесса.
Наметить педагогические задачи. Любой отрезок процесса дистанционного обучения всегда нацелен на решение определенных педагогических задач. Основной педагогической задачей использования виртуальных лабораторий является повышение качество подготовки за счет интенсификации процесса самостоятельной работы слушателей и студентов с учебным материалом. Расширить содержание дистанционного обучения. Для современного учебного процесса характерно, что содержание дистанционного обучения не сводится к перечню знаний, которым надо вооружить обучающихся. Более широко понимая цели и задачи дистанционного обучения, необходимо в содержание дистанщюнного обучения включить, помимо знаний, так же умения и навыки, а так же типы поисковых задач, решение которых должно обеспечить развитие у обучающихся познавательной самостоятельности и творческого мышления. Основные направления расширения содержания дистанционного обучения в пожарно-технических учебных заведениях на современном этапе являются компьютерные методы сбора, хранения и обработки информации, методы решения задач на нахождение определение оптимальных соотношений параметров технических систем.
Оптимизировать деятельность преподавателя. Чтобы сделать достоянием обучающихся намеченное содержание, преподаватель-тьютор должен осуществлять соответствующую деятельность, при анализе и оценке которой необходимо обратить внимание на соответствие деятельности преподавателя поставленным педагогическим задачам, специфике содержания обучения, уровня подготовленности обучающихся, индивидуальным особенностям обучающихся, установить, в какой мере методы и приемы, используемые преподавателем, вызывают у обучающихся потребность в овладении знаниями, умениями и навыками, обеспечивают активность учебной деятельности. Повышение качества подготовки специалистов в пожарно-технических учебных заведениях невозможно без гуманизации дистанционного учебного процесса, что в свою очередь требует освободить преподавателя от рутинных, нетворческих операций для непосредственного общения со слушателями и студентами дистанционной формы обучения. Организовать учебную деятельность обучающихся. Это важнейший элемент в структуре процесса дистанционного обучения. От характера этой деятельности зависят результаты усвоения содержания. При анализе и оценке деятельности обучаемых особенно важно установить, как они относятся к ней (работают целеустремленно, с увлечением, активно, энергично или неохотно, вяло), насколько владеют рациональными приемами воспроизводящей и поисковой познавательной деятельности, в какие отношения вступают между собой, какие нравственные качества проявляются и формируются в этих взаимоотношениях.
Оценить основные направления материального обеспечения учебной деятельности обучающегося и обучающего. При этом необходимо установить, насколько удачно и в соответствии с поставленными педагогическими задачами, особенностями содержания дистанционного обучения, уровнем подготовки и развития обучающихся подобраны и используются предлагаемые программные продукты, а так же современные технические средства, прежде всего персонального компьютера.
Оценить и проанализировать внешние условия (в которых происходит дистанционного обучение). Здесь оценивается специфика функционирования военизированного учебного заведения, особенности организации самостоятельной работы применительно к заочной и дистанционной формам обучения.
Объективная оценка результатов дистанционного обучения. При этом учитывается умение не только воспроизводить знания, но, прежде всего, самостоятельно их приобретать и применять, выявляются умения и навыки в использовании современных информационных технологий.
Анализ педагогического процесса дистанционного обучения не должен ограничивается рассмотрением и оценкой каждого элемента в отдельности. Очень важно проанализировать взаимосвязи всех его элементов: насколько удачно они взаимодействуют и обеспечивают в совокупности устойчивые положительные результаты дистанционного обучения в соответствии с поставленными педагогическими задачами.
Основные связи при исследовании влияния использования виртуальных лабораторий в учебном процессе пожарно-технических учебных заведений целесообразно представить в виде функциональной схемы.
Разработка программы эксперимента по использованию в дистанционном учебном процессе виртуального лабораторного практикума
Педагогический эксперимент по использованию виртуального лабораторного практикума слушателями и студентами дистанционной и заочной формы обучения специальности «Пожарная безопасность» Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России проходил в три этапа: констатирующий, формирующий и контрольный.
В ходе констатирующего этапа: - был исследован качественный состав возможной аудитории для проведения педагогического эксперимента и коммуникационные возможности использование предлагаемого программного продукта в режиме on line; - был произведен выбор схемы проведения педагогического эксперимента.
В ходе формирующего этапа последовательно решались следующие задачи: - измерялся уровень успеваемости по завершению изучения дисциплины «Гидравлика»; - исследовалась динамика численности обращений слушателей и студентов дистанционной и заочной форм обучения к инструментам информационно-коммутирующей оболочки и виртуальной гидравлической лаборатории, размещенных в локальной сети Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России и глобальной сети Internet по мере протекания формирующего эксперимента. Организация учебной работы в формирующем эксперименте представлена в таблице 14.
Для решения задачи исследования возможных изменений приоритетов у слушателей и студентов дистанционной формы обучения в использовании различных инструментов информационно-коммутирующей оболочки и виртуальной гидравлической лаборатории, а также получения фактических данных по динамике обращений к различным опциям этого комплекса, программный продукт, размещенный на сервере Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а так же его Internet-аналог на время формирующего эксперимента были дополнены специальной процедурой, которая позволяла понедельно фиксировать число обращений слушателей и студентов к опциям информационно-коммутирующей оболочки и виртуальной гидравлической лаборатории. Поскольку обращения носили анонимный характер, результаты не градировались по категориям слушатели-студенты. Впрочем, наблюдения за обучающимися в ходе аудиторных занятий и в часы консультаций, а так же беседы со слушателями и студентами экспериментальной группы не выявили существенных различий в их отношении как к самой процедуре выполнения виртуального эксперимента, так и в предпочтениях к выбору тех или иных инструментов, содержащихся в информационно-коммутирующей оболочке и виртуальной гидравлической лаборатории.
Фактические данные по динамике обращений к различным опциям информационно-коммутирующей оболочки и виртуальной гидравлической лаборатории приведены в рис. 12.
Итоговый контроль знаний слушателей и студентов контрольной и экспериментальной групп проводился в режиме on line по окончании изучения дисциплины «Гидравлика» в рамках сессионных контрольных мероприятий. Использовалась контролирующая программа на 24 вопроса, по 2 вопроса на каждую из изучаемых тем, всего 24 вопроса. По каждому вопросу предлагалось от 4 до 6 вариантов ответов, причем слушатели и студенты предупреждались, что возможно наличие нескольких правильных ответов, отсутствие таковых, а так же наличие вариантов неточных ответов. Таким образом, ответы слушателей и студентов, участвовавших в итоговом опросе оценивались по 12 балльной шкале, что повысило точность измерения. На подготовку 12 ответов слушателю или студенту отводилось 24 минуты. При получении 11 и 12 баллов знания оценивались «Отлично», при получении от 9 до 10 баллов - оценкой «Хорошо», при получении 7 до 8 баллов - оценкой «Удовлетворительно». При получении менее 7 баллов знания слушателей и студентов экспериментальной и контрольной групп оценивались оценкой «Неудовлетворительно». Результаты итогового тестирования представлены в таблице 15 и на рис. 13.
Статистическая значимость результатов контрольного опроса и смещение центра распределения в сторону более высоких баллов объективных показателей итогового опроса по дисциплине "Гидравлика" позволяет сделать вывод о эффективности использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума при дистанционном обучении в вузах МЧС России.
Контрольный этап педагогического эксперимента проводился независимыми экспертами через 12 месяцев в рамках защиты курсового проекта по дисциплине "Противопожарное водоснабжение". Это было обусловлено тем, что данная дисциплина является логическим продолжением этого курса и в основном базируется на ранее изученных темах дисциплины "Гидравлика". Кроме того, использовалась, контролирующая программа по дисциплине "Гидравлика".
