Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие педагогических технологий реализации интерактивной модели виртуальной лаборатории в вузах МЧС России 18
1.1. Сущность, классификация интерактивных форм обучения, предпосылки их появления 18
1.2. Роль и место лабораторных работ в инженерно-техническом образовании 29
1.3. Особенности применения интерактивных форм при проведении лабораторных занятий 40
1.4. Интерактивная модель виртуального компьютерно моделирующего комплекса с эмуляцией процесса измерения 64
1.5. Условия эффективного использования сетевых технологий проведения лабораторного эксперимента 74
Выводы по главе 1 91
Глава 2. Экспериментальная проверка эффективности применения интерактивной виртуальной лаборатории в учебном процессе вуза МЧС России 94
2.1. Организация и методика исследования проблемы применения интерактивной модели виртуальной лаборатории в учебном процессе вузов МЧС России 94
2.2. Анализ возможных вариантов организации виртуальной лаборатории в пожарно-технических вузах 115
2.3. Требования к методической поддержке выполнения индивидуальных заданий на компьютерное моделирование 130
2.4. Разработка программы эксперимента по использованию в учебном процессе интерактивной виртуальной лаборатории 139
2.5. Анализ результатов эксперимента по использованию интерактивной виртуальной лаборатории "Теплотехника" в учебном процессе вуза МЧС России 150
Выводы по главе 2 154
Заключение 157
Литература
- Особенности применения интерактивных форм при проведении лабораторных занятий
- Условия эффективного использования сетевых технологий проведения лабораторного эксперимента
- Анализ возможных вариантов организации виртуальной лаборатории в пожарно-технических вузах
- Разработка программы эксперимента по использованию в учебном процессе интерактивной виртуальной лаборатории
Введение к работе
Актуальность темы. Современный период развития нашего общества характеризуется возрастающей значимостью информатизации образования. Одним из приоритетных направлений информатизации пожарно-технического образования является применение новых компьютерных технологий при формировании конкретных профессиональных компетенций. Это определяет необходимость использования информационных технологий в обучении курсантов и студентов вузов МЧС России.
Естественно-научные и технические дисциплины занимают важное место в системе наук, изучаемых будущими сотрудниками Государственной противопожарной службы (ГПС). Преподавание естественно-научных и технических дисциплин неотделимо от задачи формирования у будущего сотрудника ГПС ключевых профессиональных компетенций. Технические знания лежат в основе научного мировоззрения, формируют научную картину мира, знакомят обучающихся с современными представлениями о технологиях и происходящими в них физическими процессами.
В условиях интенсивной компьютеризации пожарно-технического образования разработаны новые информационные технологии для поддержки естественнонаучных дисциплин: электронные учебники, мультимедиа, анимации, модели и др. Развитие интерактивных технологий в обучении открывает доступ к новым источникам научного знания - интерактивным виртуальным лабораториям (ВЛ), которые существенно расширяют и обогащают образовательную среду. Интерактивными технологиями являются также такие, в которых обучающийся в вузах МЧС России выступает в постоянно флуктуирующих субъектно-объективных отношениях относительно обучающей системы, периодически становясь ее автономным активным элементом.
В связи с этим, актуальной становится задача разработки теоретических и практических основ методики использования ВЛ с целью оснащения естественно-научных и технических дисциплин новыми учебными средствами.
В настоящее время имеется ряд исследований (Н.Н. Гомулина, В.В. Лаптев, И.В. Роберт и др.), подтверждающих активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся при использовании интерактивных ВЛ. Вместе с тем, методические аспекты их использования в обучении естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов вузов МЧС России исследованы, на наш взгляд, недостаточно.
Информатизация деятельности подразделений ГПС выдвигает перед сотрудниками ряд новых профессиональных задач. Одной из наиболее значимых является использование в служебной деятельности совремкнных информационных технологий. Будущий сотрудник ГПС должен знать не только о новых информационных технологиях, но и хорошо понимать особенности управления информационными потоками в современных технологических процессах, уметь использовать их возможности в процессе проведения мероприятий по обеспечении пожарной безопасности охраняемых объектов.
Таким образом, в настоящее время существуют противоречия между:
– возможной и действительной ролью обучения естественно-научным и техническим дисциплинам в профессиональной подготовке будущих сотрудников ГПС;
- существующими потребностями современного процесса обучения естественно-научным и техническим дисциплинам в использовании информационных технологий, ориентированных на компьютерное моделирование и недостаточной разработанностью методики их применения;
- направленностью современной образовательной системы на активизацию учебно-познавательной и учебно-профессиональной деятельности курсантов и студентов вузов МЧС России и недостаточной разработанностью методов её активизации посредством применения интерактивных ВЛ.
Существенная педагогическая значимость поставленной проблемы, ее недостаточная теоретическая разработанность в психолого-педагогической литературе, потребность вузов МЧС России в практических рекомендациях по использованию современных педагогических технологий в профессиональной подготовке будущих сотрудников ГПС обусловили выбор темы исследования, определили цель, объект и предмет исследования.
Цель исследования – выявить возможности интерактивной модели ВЛ и разработать теоретические и практические основы методики ее эффективного применения в обучении естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов вузов МЧС России.
Объект исследования – процесс обучения естественно-научным и техническим дисциплинам в вузах МЧС России с использованием интерактивной модели ВЛ.
Предмет исследования – дидактические условия применения интерактивной модели ВЛ в практическом обучении курсантов.
В процессе исследования была выдвинута рабочая гипотеза: эффективность обучения курсантов и студентов вузов МЧС России теплотехническим дисциплинам повысится, если выполнить следующие педагогические условия:
– в образовательном процессе будет использован виртуальный учебно-методический комплекс (УМК), основанный на использовании интерактивных компьютерных моделей во всех видах учебной деятельности курсантов и студентов;
– будет разработано методическое наполнение естественно-научных и технических курсов, обеспечивающее включение в учебный процесс интерактивных ВЛ;
– существенное место при изучении естественно-научных и технических дисциплин будет отводиться лабораторному практикуму, основанному на использовании интерактивной модели и Интернет-ресурсов;
– применение в естественно-научных и технических курсах интерактивной модели ВЛ будет учитывать специфику обучения в пожарно-техническом вузе.
Цель исследования и сформулированная рабочая гипотеза обусловили следующие задачи:
-
В историческом контексте провести анализ процесса обучения естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов технических вузов в условиях информатизации современного образования и определить возможности его совершенствования на основе использования интерактивной модели ВЛ.
-
Провести анализ моделей ВЛ, выявить возможности использования интерактивных технологий для эффективного применения в обучении естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов пожарно-технического вуза.
-
Разработать теоретические и практические основы методики использования интерактивной модели ВЛ, направленные на более глубокое усвоение естественно-научных и технических дисциплин, активизацию познавательных и профессиональных интересов студентов, усиление их мотивации к освоению профессиональных компетенций.
-
Разработать виртуальный УМК по на основе применения интерактивных моделей, обеспечивающий повышение уровня профессиональной компетентности будущего сотрудника ГПС.
-
Провести педагогический эксперимент для проверки эффективности изучения естественно-научных и технических дисциплин на основе применения интерактивной модели ВЛ.
Методологической основой исследования явились:
– психологические и педагогические концепции профессионального подхода к обучению (А.А. Вербицкий, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, И.А. Зимняя, Е.А. Климов, Н.В. Кузьмина, А.Н. Леонтьев, А.К. Маркова, М.И. Махмутов, С.Л. Рубинштейн, и др.);
– теория личностно-ориентированного образования (Н.А. Алексеев, Е.В. Бондаревская, М.В. Кларин, СВ. Кульневич, В.В. Сериков, И.С. Якиманская);
– исследования и работы по теории познавательного и профессионального интереса, мотивации учения (А.А. Вербицкий, И.А. Зимняя, С.П. Крягже, И.Я. Ланина, А.К. Маркова, А.А. Реан, Г.И. Щукина, В.А. Якунин и др.);
– дидактические и психологические закономерности в учебном процессе (Ю.Г. Баскин, Н.Г. Винокурова, П.Я. Гальперин, А.А. Грешных, О.Ю. Ефремов, Ю.Н. Кулюткин, С.В. Литвиненко, Я.А. Пономарев, В.Н. Пушкин, Л.С. Узун, В.А. Щеголев и др.);
– применение законов кибернетики как наиболее общей теории управления учебным процессом (В.С. Артамонов, Р. Аткинсон, А.И. Берг, Н. Винер, В.Д. Никандров, У.К. Ричмонд, И. Столуров и др.).
– системный подход в изучении педагогических явлений (И.В. Блауберг, В.И. Загвязинский, Ю.А. Конаржевский, К.К. Платонов, В.Ю. Рыбников, М.Н. Скаткин, В.Я. Слепов, Н.Ф. Феденко, А. Файоль и др).
В процессе исследования использовались:
-
Методы теоретического анализа: сравнительно-сопоставительный, ретроспективный.
-
Эмпирические методы: анкетирование, тестирование, наблюдение, самооценка, обобщение независимых характеристик, изучение и обобщение педагогического опыта, моделирование, констатирующий и формирующий эксперименты.
-
Технические методы: запись на магнитные носители параметров обращений к опциям используемых программных продуктов.
-
Математические и статистические методы обработки экспериментальных данных: статистический пакет программ Microsoft Excel for Windows, t-критерий Стьюдента.
Логика исследования:
Исследование проводилось в три взаимосвязанных этапа в период с 2008 по 2011 годы.
На первом этапе (2008-2009 гг.) проводилось изучение педагогической, психологической, методической и технической литературы по исследуемой проблеме, производилось теоретическое обоснование темы и определение задачи проводимого исследования, сформулирована рабочая гипотеза исследования.
На втором этапе (2009-2010 гг.) в теоретическом плане было проведено уточнение гипотезы исследования, структурирование связей между компонентами методического обеспечения. Практический аспект исследования состоял в разработке программы и проведении констатирующего и формирующего экспериментов.
На третьем этапе (2010-2011 гг.) в теоретическом плане произведено уточнение и доработка предлагаемых условий эффективного использования интерактивной ВЛ в проведении лабораторного практикума по теплотехническим дисциплинам в вузах МЧС России. В практическом плане – проведение контрольного измерения эффективности процесса проведения лабораторного практикума по естественно-научным и техническим дисциплинам.
На заключительном этапе был проведен теоретический анализ результатов исследования и оформление диссертационной работы.
На защиту выносится:
– основные концептуальные позиции эффективного использования интерактивной модели ВЛ в обучении: интерактивные действия по выполнению заданий на лабораторный эксперимент способствуют формированию профессиональных компетенций; профессиональные компетенции формируются в ходе лабораторного эксперимента в активном режиме с использованием проблемных ситуаций, интерактивных циклов; организация обратной связи может способствовать значительному повышению эффективности обмена информацией между изучаемым объектом (ВЛ) и обучающимся субъектом; контроль знаний в ходе работы с ВЛ должен предполагать оценку уровня сформированных профессиональных компетенций;
– интерактивная модель ВЛ, которая включает банк индивидуальных многоуровневых заданий на лабораторный эксперимент, предъявляемых в определенной логической последовательности с постепенным их выполнением и оценкой каждого шага, содержание которых направлено на формирование ключевых профессиональных компетенций, предполагает визуализацию работы с последующим моделированием аварийных и чрезвычайных ситуаций при эксплуатации исследуемых объектов, предусматривает интерактивные действия обучающегося по выходу из них, а также разветвленную систему контекстной помощи, сущностные характеристики которой релевантны конструируемым проблемным ситуациям в ходе виртуального моделирования;
– способ обеспечения эффективности применения интерактивной модели ВЛ в пожарно-техническом вузе на основе реализации следующих педагогических условий: создание диалогического пространства в организации лабораторного эксперимента; использование принципов социально-психологического обучения в процессе проведения лабораторных занятий; мониторинг личностных особенностей и профессиональной направленности курсантов и студентов; формирование психологической готовности преподавателей к использованию интерактивной ВЛ, направленной на развитие внутренней активности обучающихся в ходе проведения лабораторного эксперимента.
Научная новизна исследования состоит в том, что:
– разработана интерактивная модель ВЛ по естественно-научным и техническим дисциплинам;
– дано обоснование технологии внедрения интерактивной модели ВЛ по естественно-научным и техническим дисциплинам в учебном процессе вуза;
– охарактеризована совокупность педагогических условий эффективного применения интерактивной модели ВЛ в преподавании по естественно-научных и технических дисциплин;
– выявлены принципы формирования индивидуального задания на виртуальный эксперимент по естественно-научным и техническим дисциплинам.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:
– выявлены виды, свойства, особенности и дидактические возможности интерактивных ВЛ при обучении естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов пожарно-технического вуза;
– разработаны теоретические основы методики использования интерактивных ВЛ при обучении естественно-научным и техническим дисциплинам курсантов и студентов пожарно-технического вуза;
– определены дидактические и методические требования к средствам поддержки применения интерактивных ВЛ в учебном процессе пожарно-технических вузов.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
– обоснованы и апробированы рекомендации по повышению эффективности применения ВЛ, сформированной на основе интерактивной модели, принципов, условий и технологий ее применения;
– на основании сформулированных в ходе диссертационного исследования психолого-дидактических требований разработан комплект учебно-методических материалов для выполнения виртуальных лабораторных экспериментов по дисциплине «Теплотехника»;
– методические наработки, полученные при создании учебно-методических материалов поддержки выполнения виртуальных лабораторных экспериментов по дисциплине «Теплотехника» были использованы при создании учебно-методических материалов для других учебных предметов вуза: «Физика», «Термодинамика и теплопередача», «Электротехника и электроника».
Достоверность научных положений, полученных результатов и обоснованность рекомендаций обеспечивалась исходными методологическими положениями; реализацией комплексной методики исследования; длительным характером экспериментальной работы на четко локализованной базе; использованием взаимопроверяющих независимых диагностических средств; применением методов математической статистики и возможностей современной вычислительной техники при сборе и обработке данных, полученных в ходе эксперимента; согласованностью прогнозов, сформулированных в ходе исследования и достижений педагогического опыта высших учебных заведений, а так же личным опытом преподавания.
Отличие результатов диссертационной работы от результатов, полученных другими авторами, заключается в том, что:
– сформулированы основные концептуальные позиции эффективного использования интерактивной модели ВЛ в обучении будущих сотрудников ГПС;
– разработана интерактивная модель теплотехнической ВЛ;
– найден способ обеспечения эффективности применения интерактивной модели ВЛ в пожарно-техническом вузе.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на IV Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», (СПб. СПбУ ГПС МЧС России, 2011 г.).
Внедрение результатов исследования осуществлялось непосредственно в ходе формирующего эксперимента в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России. Разработанные автором учебно-методические материалы были рекомендованы к использованию в учебном процессе кафедры физики и теплотехники.
Публикации. Основные положения опубликованы в 5 печатных работах, в том числе одна - в издании, рекомендованном ВАК России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 158 страницах текста, содержит 13 таблиц и 9 рисунков. В списке используемых литературных источников имеется 159 наименований.
Особенности применения интерактивных форм при проведении лабораторных занятий
Однако можно сделать несколько выводов, характеризующих результат начальных попыток внедрения технологий интерактивного обучения в практику преподавания естественно-научных и технических дисциплин.
Каждый из курсантов или студентов вузов МЧС России имеет свой личный индивидуальный подход к целям обучения по каждому из изучаемых предметов (предыдущие знания, предыдущий опыт, предпочтения, хобби, интересы, мотивация).
Интерактивные способы обучения дают возможность преподавателю визуализировать процесс усвоения учебного материала курсантами или студентами. Важным отличием мультимедиа технологии от любой другой технологии является интеграция в одном программном продукте разнообразных видов информации, как традиционных: текст, таблицы, иллюстрации, так и активно развивающихся: речь, музыка, анимация. Очень важным аспектом может явиться параллельная передача аудио и визуальной информации. Эта технология реализует новый уровень интерактивного общения обучающегося и компьютера, где пользователь может переходить от одного объекта к другому, организовывать режим вопросов и ответов.
Также огромную популярность приобрели гипер-медиа-технологии. Они имеют много общего с мультимедиа, но отличаются: - нелинейной организацией содержащейся информации; - предоставляют удобные возможности работы с текстом за счет выделения в них ключевых объектов - таких как слова, фразы, изображения, и организации перекрестных ссылок между ними; - пользователь с помощью щелчка мыши может запросить уточнения терминов и определений.
Одновременное воздействие на два важнейших органа восприятия позволяют достичь гораздо большего эффекта - по данным Центра прикладных исследований Вартоновской Школы (Wharton School) Университета штата Миннесота студент запоминает 20% услышанного и 30% увиденного, и более 50% того, что он видит и слышит одновременно.
Совершенно очевидно, что степень усвояемости учебного материала можно значительно увеличить, если внимание обучающихся будет сосредоточено на том, что объясняет преподаватель, а не на том, как скорее и точнее отобразить его слова в своих записях. Во многих учебных заведениях преподаватели снабжают обучающихся распечатками слайдов своих лекций.
Лекции, демонстрируемые с помощью проектора в режиме слайд-шоу, пока еще не стали распространенным способом обучения. Тем не менее, задача освобождения курсантов или студентов от записей, может быть решена с помощью копирующих или электронных досок. У копирующих досок достаточно нажать одну кнопку на устройстве, встроенном в доску, и информация, только что написанная на доске, будет распечатана и бумажные копии розданы аудитории. При этом они помогают увеличить степень запоминания прочитанного материала и повысить продуктивность лекции, освободив время для свободного контакта с аудиторией. Написанная на электронной доске информация почти мгновенно появляется на экране ПК, хранится в файловом виде и может быть распечатана на обычном принтере. Надписи на доске делаются цветными маркерами, а при наличии цветного принтера, подсоединенного к ПК, копии также будут цветными. Использование цвета позволяет выделить наиболее важную информацию и значительно увеличить эффективность ее восприятия обучающимся. Благодаря возможности сохранения написанного на доске в файлах, электронные доски позволяют создать базу знаний по различным предметам. Если курсант или студент пропустил лекцию, он может легко восстановить пропущенный материал.
Если к ПК подключить мультимедиа-проектор, то записанную лекцию можно проецировать на доску, используя ее в качестве большого интерактивного экрана. В этом случае доска превращается в интерактивную доску, на которой с помощью маркера, поставляемого вместе с доской, можно вносить комментарии и вызывать различные функции пользовательского интерфейса этой доски.
Пульт дистанционного управления, поставляемый к такой доске, обеспечивает широкий спектр визуальных эффектов: имитацию подсветки части изображения фонариком, рисование цветными карандашами, выделение текста маркером, эффект увеличительного стекла и т.д. и т.п.
Наличие обратной связи, обусловленной использованием интерактивных технологий в процессе обучения, позволяет преподавателю для каждого из курсантов и студентов выстраивать индивидуальные, уникальные траектории обучения. Причем развитие и движение курсантов и студентов по этим траекториям сугубо индивидуальны и не всегда синхронны.
Уровень репродуктивных умений обучающихся легко проверяется современными системами тестирования, почти полностью автоматизируя этот процесс. Уровень продуктивных знаний при этом должен оцениваться разноуровневой системой практических заданий.
И здесь у нас возникает вопрос об образовательной среде, в которой происходит это обучение. На наш взгляд подобная среда должна быть построена на структурировании материала (обычно в виде графа, задающего структуру логических связей между терминами), включающем как материалы для усвоения репродуктивных умений, так и для развития продуктивных умений. Учебный материал должен быть представлен пошаговыми целостными единицами, включающими весь спектр необходимых и достаточных материалов для усвоения каждой из этих единиц. При этом объем курса должен превышать предписанные стандартами нормы.
Условия эффективного использования сетевых технологий проведения лабораторного эксперимента
Основными направлениями расширения содержания обучения сотрудников Государственной противопожарной службы в пожарно-техпических учебных заведениях на современном этапе являются компьютерные методы сбора, хранения и обработки информации, эвристические методы выполнение нетривиальных заданий на измерение, нахождение, определение оптимальных соотношений параметров изучаемых технических систем. [93]
Чтобы сделать достоянием курсантов и студентов, обучающихся в вузах МЧС России намеченное содержание, преподаватель должен организовать соответствующую интерактивную деятельность обучающихся, при анализе и оценке которой необходимо обратить внимание на соответствие деятельности преподавателя поставленным педагогическим задачам, специфике содержания обучения, уровня подготовленности обучающихся курсантов, индивидуальным особенностям обучающихся, установить, в какой мере интерактивные методы и приемы, провоцируемые преподавателем, вызывают у обучающихся потребность в овладении знаниями, умениями и навыками, обеспечивают активность учебной деятельности. Повышение качества подготовки специалистов для ГПС в пожарно-технических учебных заведениях невозможно без гуманизации учебного процесса, что в свою очередь требует освободить преподавателя от рутинных, нетворческих операций для непосредственного общения с курсантами и студентами. [80]
При организации учебной деятельности обучающихся в вузах МЧС России надо иметь ввиду, что от характера этой деятельности зависят и результаты усвоения содержания. При анализе, оценке деятельности обучающихся в процессе выполнения нетривиальных заданий на проведение лабораторного эксперимента, 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.
Необходимо объективно 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 обучения, уровнем подготовки и развития обучающихся курсантов подобраны и используются предлагаемые программные продукты, а также современные технические средства, прежде всего ПК.
Очень важно оценить и проанализировать внешние условия (в которых происходит обучение). Здесь оценивается специфика функционирования военизированного учебного заведения, особенности организации процесса организации лабораторных занятий применительно к очной и заочной форме обучения. [48, 103]
Необходима объективная оценка результатов выполнения нетривиального задания на виртуальный лабораторный эксперимент как важного этапа формирования профессиональной компетентности сотрудников ГПС. 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 в профессиональной деятельности.
Анализ педагогического процесса не должен ограничиваться рассмотрением и оценкой каждого элемента профессиональной по компетентности в отдельности: очень важно проанализировать взаимосвязи всех его элементов, насколько удачно они взаимодействуют и обеспечивают в совокупности устойчивые положительные результаты обучения в соответствии с поставленными педагогическими задачами.
Методика исследования проблемы формирования профессиональной компетентности в процессе выполнения индивидуального задания на виртуальный лабораторный эксперимент при обучении будущих сотрудников Государственной противопожарной службы предусматирвала использование модели качества подготовки специалиста в пожарно-техническом учебном заведении в виде иерархической системы показателей, включающей как интегральную оценку, так и показатели обучения по отдельным элементам учебного плана, ибо только качество подготовки специалиста может быть объективным критерием эффективности их обучения, при этом первичными считаются показатели нижнего уровня.[87] Это может быть обусловлено тем, что уровень квалификации специалиста, то есть его потребительские и производственные характеристики в конечном случае определяется уровнем качества элементов, т.е. степенью усвоения определенных учебных дисциплин, и уровнем качества компонентов, т.е. уровнем владения циклами учебных дисциплин.
Исходными данными для проведения апостериорной оценки эффективности формирования профессиональной компетентности в процессе выполнения нетривиального задания на виртуальный лабораторный эксперимент являются два множества индивидуальных балов курсантов {Ь2} и {Ы}, полученных в экспериментальной и контрольной учебных группах соответственно.
Анализ возможных вариантов организации виртуальной лаборатории в пожарно-технических вузах
Методика исследования проблемы использования интерактивной модели виртуальной лаборатории в вузах МЧС России предполагала использование модели качества подготовки специалиста в пожарно-техническом учебном заведении в виде иерархической системы показателей. Подобная система должна включать как интегральную оценку, так и показатели обученности по отдельным элементам учебного плана, ибо только качество подготовки специалиста для ГПС может быть объективным критерием эффективности их обучения, при этом первичными считаются показатели нижнего уровня. [114] Это обусловлено тем, что уровень квалификации специалиста ГПС, то есть его потребительские и производственные характеристики в конечном случае определяется уровнем качества элементов, т.е. степенью усвоения изученных учебных дисциплин, и уровнем качества компонентов, т.е. уровнем владения циклами учебных дисциплин.
Используя эти принципы необходимо выделить характерный элемент характерного компонента - характерную дисциплину характерного цикла пожарно-технического учебного заведения и на этом примере проследить, как отразится использование интерактивной модели виртуальной лаборатории на эффективности практического обучения и качестве подготовки специалиста для Государственной противопожарной службы. В качестве такого экспериментального «полигона» была выбрана дисциплина "Теплотехника". [22, 63] Этот выбор был обусловлен следующими факторами: - описательных характером курса "Теплотехника", что расширило область распространения результатов проводимого педагогического эксперимента; - типичностью проблем, возникающих при внедрении нового вида учебных технологий: "Теплотехника" как дисциплина общеинженерного цикла обладает многими признаками как общенаучных, в силу сложности используемого математического аппарата, так и специальных дисциплин, в силу профессиональной направленности решаемых задач; - относительно небольшой продолжительностью изучения (четвертый и пятый семестры, 157 часов), что позволило провести формирующий педагогический эксперимент, полностью используя необходимый контингент курсантов, что, безусловно, положительно сказалось на точности измерений; - квалификацией преподавательского состава, обеспечивающего учебный процесс на этих учебных дисциплинах (стаж педагогической работы в высших технических учебных заведениях на момент начала эксперимента 10 лет и более); - возможностью адаптации применительно к новым учебным задачам уже имеющегося методического обеспечения по учебным дисциплинам, участвующим в эксперименте; - наличием достаточной материальной базы на кафедрах, необходимой для успешного проведения эксперимента. [69]
Жизнь, практика, функционирование современного высшего технического учебного заведения ставят перед педагогической наукой множество разнообразных задач. Для решения каждой из них, в том числе и оценки влияния использования интерактивной модели виртуальной лаборатории на качество подготовки инженера, необходимо разработать свою конкретную методику, отвечающую характеру задачи и природе исследуемого явления. При этом программа, этапы и методы исследования должны быть соотнесены с намеченными этапами общей логики педагогического исследования 101] Поэтому результаты работы по определению этапов и методов исследования зафиксированы в таблице 6.
Этап 1 Теоретический анализ ли- Изучение педагогической, 2008-2009 гг. тературных источников методической и психологи Констатирующий эксперимент ческой литературы Анкетирование курсантов экспериментальной группы Исследование мотивацион-ной стороны использования интерактивной модели вир туальной лаборатории, под готовленность курсантов к работе с ПК на уровне поль зователя Анализ успеваемости, ста- Аутентичность эксперимен тистическая обработка ре- тальных и контрольных зультатов групп Анкетирование курсантов Возможность доступа кур сантов инженерного фа культета к ресурсам ПК во внеурочное время Опрос преподавателей-экс- Определение места прог пертов, статистическая об- раммного обеспечения при работка результатов обработке результатов виртуальных измерений Анализ методической Разработка интерактивной литературы и учебной модели виртуальной тепло документации. Опрос пре- технической лаборатории, ее подавателей-экспертов, состава, структуры и систе статистическая обработка мы активных связей. Форму результатов лировка требований к программному обеспечению Опрос преподавателей-экс- Выбор схемы проведения пертов, статистическая об- виртуального лабораторного работка результатов эксперимента
Тестовый прогон программного продукта независимыми экспертами-преподавателями Уточнение гипотезы исследования и обоснование связей между компонентами разработанного программного продукта и методическим обеспечениием Измерение частоты и продолжительности обращений к опциям программного продукта Оценка возможности использования интерактивной виртуальной теплотехнической лаборатории Этап 3 2010-20 И гг. Контрольная проверка Опрос экспертов-преподавателей, статистическая обработка результатов опроса Оценка потребительских свойств интерактивной виртуальной теплотехнической лаборатории Коррекция программного продукта Программная реализация интерактивной виртуальной теплотехнической лаборатории Наблюдение за работой курсантов и студентов с интерактивной виртуальной теплотехнической лабораторией Оценка возможностей использования интерактивной виртуальной теплотехнической лаборатории в аудиторной и консультационной работе Анализ методической литературы и учебной документации Разработка тестов для измерения уровня остаточных знаний
Разработка программы эксперимента по использованию в учебном процессе интерактивной виртуальной лаборатории
В результате анализа ответов преподавателей-экспертов было принято решение использовании планарной и объемной компоновки виртуальной лабораторной установки с возможностью проведения виртуального эксперимента, как в режиме реального времени, так и так называемого "скачка", то есть ускорения хода эксперимента при невозможности его проведения в течении одного учебного занятия. [72]
При отборе аудитории, участвующей в эксперименте весьма важным было определение степени аутентичности экспериментальной и контрольной групп. В качестве критерия были выбраны объективные характеристики успеваемости по базовым учебным дисциплинам экспериментальной и контрольной группы до начала проведения формирующего эксперимента. При постановке педагогического эксперимента было выбрано две учебные группы очной формы обучения, всего 55 курсантов. Выбор этого контингента обусловлен необходимостью получения объективной информации о начальном уровне обучающихся, что бы быть уверенным об аутентичности экспериментальной и контрольной групп. [7]
Курс "Теплотехника" в этом случае изучается на втором и третьем году обучения - 4 и 5 семестры, причем блок лабораторных работ проводится после изучения теоретической части курса в конце 5 семестра.
Теоретический анализ межпредметных связей учебной дисциплины «Теплотехника» [92], а так же предшествующие наблюдения позволили выбрать в качестве базовых учебных дисциплин, из числа изучаемых в предшествующий период, следующие: информатика, физика, гидравлика.
В качестве основного интегрального показателя аутентичности экспериментальных и контрольных групп до начала эксперимента принят коэффициент аутентичности Ка [15]: К. = I b2lR,k / bl3R„ (11) где: bid и Ьзі - средняя успеваемость курсантов по базовым дисциплинам по подгруппам в контрольной и экспериментальной группах соответственно; RiK и Кіз - доля курсантов по подгруппам в контрольной и экспериментальной группах соответственно; Ni и N2 - число выделяемых подгрупп в экспериментальной и контрольной группах соответственно.
Объективные характеристики успеваемости по базовым учебным дисциплинам экспериментальной и контрольной групп до начала проведения формирующего эксперимента представлены в таблице 10. Таблица 10. Объективные характеристики успеваемости экспериментальной и контрольной групп до начала эксперимента Учебные дисциплины Группа t-критерий Стьюдента Экспериментал. (п=27) Контрольная (п=28) Хт 2а Хт с2 Информатика 3,69 0,80 3,33 0,78 3,16 Физика 3,76 0,73 3,70 0,55 2,93 Гидравлика 3,40 0,85 3,42 0,79 3,00 Используя уравнение (11) после несложных вычислений получено значение коэффициента аутентичности групп: Ка = 0,970.
Педагогическая практика, а также многие авторы [10, 28, 49, 97] считают, что точность оценки знаний обучающихся при традиционной схеме проведения учебного процесса не превышает 10%, что значительно больше влияния неаутентичности аудитории в проводимом формирующем эксперименте.
Педагогический эксперимент по использованию интерактивной модели виртуальной лаборатории курсантами 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 «Теплотехника»; - исследовалась динамика численности обращений курсантов экспериментальной группы к предлагаемым инструментам информационно-коммутирующей оболочки и виртуальной теплотехнической лаборатории, размещенных в лаборатории теплотехники и в локальной сети Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. Организация учебной работы в формирующем эксперименте представлена в таблице 11. 151 Таблица 11. Содержание формирующего эксперимента № Этапы работы с учебным материалом Методическое обеспечение Экспериментальная группа (п=27) Контрольная группа (п=28) 1 2 3 4 1 Предлабораторный коллоквиум Тесты предлабораторного коллоквиума 2 Самоконтроль Тесты самоконтроля Контрольные вопросы 3 Задания налабораторныйэксперимент Индивидуальныемногоуровневые смоделированием ЧС Индивидуальные традиционные 4 Мотивация Преодоление когнитивного диссонаса при моделировании ЧС Результаты рубежного контроля
В качестве критерия успешности использования интерактивной модели виртуальной лаборатории в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России было выбрано число курсантов, подготовивших и защитивших отчет по результатам проведения виртуального моделирования непосредственно в процессе проведения данного лабораторного занятия. Динамика числа защищенных отчетов по мере протекания формирующего эксперимента представлены нарис. 10.
Начиная с третьего виртуального эксперимента наблюдаются существенные различия у курсантов экспериментальной и контрольной групп в числе защищенных отчетов непосредственно в течении данного занятия.
Итоговый контроль знаний курсантов контрольной и экспериментальной групп проводился по окончании изучения дисциплины «Теплотехника» в рамках входного контроля дисциплины «Прогнозирование опасных факторов пожара». Это было обусловлено тем, что данная дисциплина является логическим продолжением курса и в значительной степени базируется на ранее изученных темах дисциплины "Теплотехника". Использовалась контролирующая программа на 10 вопросов. По каждому вопросу предлагалось от 4 до 6 вариантов ответов, причем курсанты предупреждались, что возможно наличие нескольких правильных ответов, отсутствие таковых, а так же наличие вариантов неточных ответов. Таким образом, ответы курсантов, участвовавших в итоговом опросе оценивались по 10 балльной шкале, что существенно повысило точность измерения. На подготовку 10 ответов курсанту отводилось 10 минут. Результаты контрольного тестирования представлены в таблице 12.
