Информационные технологии как фактор интенсификации учебного процесса в вузе

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Международная деятельность вузов

УДК 37.01:014.544

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В ВУЗЕ

И.М. ЛАГУН, Т.В. ЗАЙЦЕВА, Е.Н. КУЗЬМИНА, Е.А. ХВАЛИНА, Н.С. ЧАРИНА

Применение информационных технологий повышает эффективность и качество обучения, их использование входит в число приоритетных и перспективных задач современного образования. В первую очередь это относится к высшему образованию, предполагающему значительный объём самостоятельной работы студентов. Особенно эффективными и наглядными компьютерные технологии могут быть при изучении курсов естественнонаучного цикла. В статье рассмотрены вопросы, связанные с использованием электронных учебно-методических комплексов на примере дисциплины физика.

Реформирование системы образования требует модернизации учебного процесса, поиска эффективных форм и методов работы со студентами. Новые государственные образовательные стандарты ориентируют высшие учебные заведения на повышение качества оказываемых образовательных услуг и организации учебного процесса. Это требует решения двух взаимосвязанных задач - повышения эффективности как аудиторных занятий, так и самостоятельной работы студентов. Традиционные методики обучения, без привлечения современных технологий, уже не всегда соответствуют уровню требований, которые предъявляются к молодым специалистам любого профиля. Активное внедрение информационных технологий в учебный процесс - это не только веление времени, но и результат повышения роли студентов в образовательном процессе, их стремления найти новые эффективные способы получения и освоения информации.

Для оценки возможности и целесообразности применения информационных технологий в образовательном процессе рассмотрим общую схему такого процесса с использованием электронных изданий (рис. 1). Эта схема является общей для любого вуза, внедряющего информационные технологии в учебный процесс. В зависимости от специальности и форм обучения одни составляющие этой схемы будут превалировать над другими, но общая структура, элементы и взаимосвязи между ними будут сохраняться.

Остановимся подробнее на компьютерных программах, используемых в учебном процессе.

1. Электронные учебники.

Достоинства электронного учебника неоспоримы - это возможности:

- помещения и обработки большого объема материала, ориентированного на обучение студентов данного лекционного потока;

- адаптации учебного материала к уровню владения математическим аппаратом, языком обучения и т.д. данным контингентом студентов, что определяет уровень наглядности и формализации излагаемого материала;

- использования анимации или динамических моделей рассматриваемых процессов в том масштабе времени, который наиболее удобен для изучения;

- оперативной корректировки или введения новых сведений, тем и разделов в зависимости от изменения контингента студентов или целей обучения;

- использования гиперссылок, позволяющих легко перейти от блока с изложением теоретического материала к блоку с контрольными вопросами, к обучающей или любой вспомогательной программе, к толковым, терминологическим, частотным словарям, если речь идет об обучении на неродном языке, и т. п.

Принцип максимальной визуализации предлагаемой информации в сочетании с ее представлением средствами языка реализован в разработанном на кафедре общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся (ОТДИУ) Тульского государственного университета электронном учебно-методическом пособии, в котором представлены основные разделы физики.

Рис. 1. Схема образовательного процесса

Задания этого пособия имеют, как правило, проблемный характер, некоторые из них можно выполнять и как виртуальную лабораторную работу. Использование современного инструментария технологии программирования позволяет применять возможности компьютерной графики и создавать контекстно-зависимые пояснения. Это учебное пособие наряду с обычными учебниками предоставляется студентам либо через локальную университетскую сеть, либо непосредственно лектором.

2. Электронные задачники.

Одно из основных достоинств электронных задачников состоит в том, что они способны генерировать достаточно большое количество задач данной тематики. Модульное построение подобных программ позволяет легко добавлять и изменять типы задач без перестройки всей программы.

Кроме того, программа-генератор не только создает, варьирует условия задач и рассчитывает правильные ответы к ним, но и позволяет выводить полное решение задачи, например, в режиме администратора. Возможно дополнение таких программ обучающим блоком, предлагающим студенту те или иные шаги в зависимости от выбранных им ответов на вопросы обучающей программы.

На кафедре ОТДИУ средствами интегрированной среды Visual C++ был создан генератор задач в рамках раздела «Электростатика и магнетизм». Разработанный комплекс позволяет поддерживать проведение практических и контрольных занятий со студентами, как под руководством преподавателя, так и в процессе самообучения. Несомненным достоинством этого программного обеспечения является его максимальная приближенность к стандартным приложениям операционной системы Windows - наличие стандартных элементов управления и поддержка графического интерфейса. Также для студентов, обучающихся на неродном языке,

весьма полезна возможность вызова контекстно-зависимой помощи в любой момент работы приложения. Разработанный комплекс содержит не только базу заданий, которая может оперативно дополняться новыми объектами, но также и руководство к решению предлагаемых примеров. Таким образом, реализована возможность осуществления контроля знаний студентов, при этом время на решение заданий ограничено автоматически. Кроме того, после завершения контрольного занятия, студенты могут проверить правильность выполнения работы и изучить предлагаемый алгоритм решения.

3. Виртуальные лабораторные работы.

Лабораторный практикум представляет собой весьма важную составную часть обучения при подготовке высококвалифицированных специалистов, поскольку это способствует не только закреплению теоретических знаний и повышению эффективности усвоения учебного материала, но и приобретению практических навыков планирования эксперимента и обработки полученных результатов. Между тем эти занятия не всегда приводят к ожидаемым результатам. Причина зачастую заключается в недостаточности лабораторной базы и ее несоответствии современным требованиям.

Преимущества лабораторных работ, размещенных в компьютерных комплексах, очевидны: существующие технологии позволяют моделировать реальные процессы в любом удобном для исследования масштабе времени и пространства, опасные или дорогостоящие работы в виртуальном варианте оказываются вполне доступными. Кроме того, при выполнении виртуальных лабораторных работ легко наблюдать процессы в динамическом режиме, что способствует повышению эффективности проведения занятий и усвоению учебного материала, а также эффективности обучения в целом.

Компьютерные лабораторные работы рассматриваются нами как часть всего лабораторного комплекса, состоящего из виртуальных и натурных лабораторных работ. В зависимости от поставленной цели и получаемого результата авторы используют следующие типы виртуальных лабораторных работ:

- демонстрационный эксперимент (моделируется опыт, целью которого является воспроизведение на экране под управлением студента физического процесса, описанного математическими средствами);

- эксперимент по заранее известному алгоритму (моделируется опыт, в котором каждому студенту по известной схеме необходимо провести измерения и, по их результатам, рассчитать неизвестные физические величины);

- эксперимент, планируемый самим студентом (при этом в распоряжение студента предоставляется соответствующий виртуальный инструментарий, и формулируется цель работы; студенту необходимо самостоятельно разработать алгоритм проведения эксперимента, провести его, и в ходе этого эксперимента определить необходимые физические величины).

При создании виртуальной лабораторной работы можно разработать собственную программу-оболочку, обеспечивающую навигацию по отдельным блокам работы, или воспользоваться широко распространенными технологиями гипертекстовых систем, используемыми при оформлении электронных изданий и представлении информации в сети Интернет. На рис. 2 представлен пример структуры внутренних связей виртуальных лабораторных работ по термодинамике («Изопроцессы») и магнетизму («Движение электрического заряда в магнитном поле»), которые были разработаны преподавателями кафедры ОТДИУ в гипертекстовом формате.

4. Тестовые программы контроля.

Проверка знаний — один из самых важных и сложных этапов в образовательном процессе. Тестирование с использованием компьютера проводится по-разному: это могут быть тесты для самопроверки, размещённые на страницах электронного учебника, или обучающее тестирование, когда выполнение тестовых заданий чередуется с изучением информационных материалов.

-----^ Рис. 2. Пример структуры внутренних связей виртуальной лабораторной работы:

.....^ последовательный переход с возможностью «отката»;

автоматическое копирование информации; односторонние гиперссылки с функцией «отката»

Применение современных компьютерных технологий позволяет интенсифицировать проверку знаний, увеличить ее эффективность, активизировать самостоятельность и повысить мотивацию студентов к обучению. Особенно эффективны, на наш взгляд, электронные оболочки, позволяющие студенту работать как в режиме обучения, так и режиме контроля. Возможность автоматического получения оценки результатов работы студентов позволяет корректировать и правильно ориентировать их познавательную деятельность. К достоинствам таких методов следует также отнести возможность индивидуального подхода к каждому студенту, активизацию его познавательной деятельности и творческого мышления, использование современных принципов работы с информацией, а также ее передачи и обработки.

5. Интерактивные курсы.

Интерактивный курс представляет собой систему, все элементы которой функционально связаны и подчинены единым задачам, а наличие логически-структурированных связей между отдельными подсистемами позволяет строить индивидуальные траектории обучения.

Интерактивный курс является «индивидуальным преподавателем» для студента и, как правило, должен содержать:

- гипертекстовое пособие, включающее структурированную и снабженную ссылками текстовую и мультимедийную информацию;

- подсистему демонстрации основных физических законов и явлений (используются приложения (апплеты и программы, реализованные на языках программирования), демонстрирующие действия различных физических законов и явлений);

- подсистему проверки и контроля знаний;

- подсистему выполнения лабораторных работ (применение таких виртуальных лабораторных работ позволяет полностью автоматизировать ход выполнения - произвести контроль начальных знаний при помощи интерактивного теста и, в случае необходимости, определить теоретический материал, требующий повторения; выполнить лабораторную работу, проконтролировать правильность полученных опытным путем данных и результатов вычислений; на основании заключительного теста выставить оценку);

- систему для интерактивного решения задач (пошаговое решение, обращение к теоретическому материалу, разные уровни сложности).

На кафедре ОТДИУ начата работа по созданию интерактивных пособий по отдельным разделам курса физики. Создать полноценный интерактивный курс достаточно сложно. Поэтому наряду с собственными разработками на кафедре используются, например, такие интерактивные пособия, как «Открытая Физика» (части I и II), которые содержат сборники компьютерных экспериментов по различным разделам школьного курса физики, при этом каждый эксперимент сопровождается компьютерной анимацией, графиками, численными результатами, пояснением физики наблюдаемого явления, а также вопросы и задачи.

Основными преимуществами использования интегрированных курсов при обучении являются:

- сокращение времени на обучение при повышении его эффективности;

- индивидуализация обучения за счет имеющейся у студента возможности выбора тактики работы с учебным материалом и неограниченного аудиторными часами времени, потребного для этой работы, а также постоянного контроля или самоконтроля при выполнении заданий различной степени сложности;

- возможность оперативного обновления учебного материала;

- поддержание интереса к обучению, в том числе и за счет использования аудио-, видеоинформации и мультимедийных средств, обеспечивающих возможность синтеза вербальнологического и наглядно-образного восприятия информации;

- положительный психологический настрой обучаемого.

Информационные технологии могут быть применены к различным составляющим процесса обучения на разных этапах работы и оказывают существенное влияние на работу преподавателя:

> появляется возможность повышения эффективности аудиторных занятий, когда без ущерба для фактического, а также иллюстративного материала высвобождается время для необходимых пояснений, постановки и обсуждения проблемных вопросов и т.д.;

^ сокращение времени на подготовку и проверку индивидуальных тестовых или контрольных заданий и работ;

> появляется больше возможностей для того, что заслуженно считается наиболее ценным в процессе обучения - непосредственного общения преподавателя со студентами.

Таким образом, использование компьютерных систем способно поднять работу преподавателя на качественно новый уровень.

Для студентов главными преимуществами использования информационных технологий являются: высокая плотность информации, компактность, большие выразительные возможности в представлении учебного материала (видео, звук, динамические изображения - анимации, апплеты, виртуальная реальность), интерактивность и т.д.

В настоящее время существует большое количество программ для компьютеров, которые возможно использовать на занятиях. Однако, как показывает опыт, возникает необходимость в создании учебно-методической базы, которая бы опиралась на рабочие учебные планы конкретного университета и учитывала особенности преподавания иностранным гражданам.

Особенно актуальна проблема создания электронных учебников, изданий и материалов для обучения данной категории учащихся на этапе довузовской подготовки и на младших курсах университета. Сравнительно небольшое число часов, отводимых на изучение физики, существенная неоднородность первоначальной подготовки студентов, большой объем учебного материала и недостаточный уровень коммуникативной компетентности - все это требует и от студентов и преподавателей интенсивной работы. В этой ситуации весьма эффективным представляется использование возможностей компьютера.

В настоящее время на кафедре ОТДИУ активно ведется работа по обеспечению дисциплин естественнонаучного цикла учебно-методическими материалами нового поколения. Были разработаны электронные учебно-методические комплексы (ЭУМК) по физике, включающие следующие разделы:

• нормативная документация: государственный образовательный стандарт, рабочая программа и аннотация дисциплины;

• электронная библиотека: книги в цифровом формате, вспомогательные текстовые материалы (монографии, статьи) и ссылки на электронные ресурсы в Интернете, тематический и алфавитный словари, поурочный лексический минимум, мультимедийные энциклопедии, схемы, таблицы, иллюстрации, дидактические информационные ресурсы (инструментальные среды технологической поддержки обучения и контроля знаний, электронные учебные издания), рекомендуемый список основной и дополнительной литературы;

• учебные материалы: лекции и/или конспекты лекций, учебники и учебные пособия (электронные копии, электронные учебные издания, обучающая среда);

• обеспечение практических и лабораторных занятий: планы и задания к практическим, лабораторным и семинарским занятиям, учебно-методические пособия для проведения натурных и виртуальных лабораторных работ, электронный задачник, методические рекомендации по компьютерному тренингу;

• обеспечение самостоятельной работы студентов: перечень индивидуальных заданий, темы и рекомендации к написанию рефератов, методические указания и рекомендации к проведению самостоятельных работ, список рекомендуемой литературы по темам;

• контролирующие материалы: банк тестовых заданий для компьютерного и бланочного тестирования, инструментальные тестовые среды, электронное учебное издание для контроля внеаудиторной работы студентов, перечень вопросов и заданий к зачету и/или экзамену по дисциплине, банк задач.

Все учебно-методические материалы комплекса могут быть представлены студенту в виде твердых копий или в электронном виде. Учебно-методические материалы, включенные в ЭУМК, отражают современный уровень развития науки; предусматривают логически последовательное изложение учебного материала, использование современных методов и технических средств интенсификации учебного процесса, различных форм его организации. Данные ЭУМК соответствуют концепции личностно-ориентированного обучения, воспитания и развития, позволяя варьировать и выбирать средства и методики обучения как со стороны преподавателя, так и со стороны студента. Кроме того, использование современных принципов работы с информацией, а также ее передачи и обработки активизирует познавательную деятельность и творческое мышление студентов.

К недостаткам ЭУМК можно отнести:

- технико-экономические, связанные с необходимостью использования персональных компьютеров, которые способны поддерживать используемые мультимедийные приложения и про-

водить лабораторные работы и демонстрации в режиме заданного времени;

- медико-психологические, связанные с необходимостью контроля за временем, проводимым студентом за компьютером.

И, тем не менее, использование современных информационных технологий дает возможность эффективнее реализовывать дидактические принципы обучения и помогает решать многие психолого-педагогические проблемы.

INFORMATION TECHNOLOGIES AS A FACTOR OF EDUCATION PROCESS INTENSIFICATION

IN THE HIGHER SCHOOL

Lagun I.M., Zaitceva T.V., Kuzmina E.N., Khvalina E.A., Tcharina N.S.

The information technologies application increases the education efficiency and quality, and their use is included to the priority and perspective problems of modern education set. First of all, it is associated with the higher education, assuming the significant volume of the independent students work. The computer technologies could be especially effective and representative within the process of the natural-science cycle studying. The questions, associated with the electronic instructional-methodical complexes use with the example of the “Physics” discipline, are represented in the article.

Сведения об авторах

Лагун Ирина Марсельевна, окончила Тульский политехнический институт (1977), доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся Тульского государственного университета, автор более 100 научных работ, область научных интересов - методические основы организации учебного процесса в вузе, современные образовательные технологии.

Зайцева Татьяна Валентиновна, окончила Тульский государственный университет (1996), кандидат технических наук, доцент кафедры общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся Тульского государственного университета, автор более 100 научных работ, область научных интересов - методика преподавания математических и естественно-научных дисциплин иностранным учащимся, математическое моделирование процессов обработки металлов давлением, разработка электронных учебных пособий.

Кузьмина Елена Николаевна, окончила Ташкентский государственный университет (1980), кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся Тульского государственного университета, автор более 50 научных работ, область научных интересов - механика деформируемого твердого тела, оценка сейсмического риска, разработка электронных учебных пособий.

Хвалина Елена Александровна, окончила Тульский политехнический институт (1974), ассистент кафедры общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся Тульского государственного университета, автор около 30 научных работ, область научных интересов - методика преподавания общетеоретических дисциплин иностранным учащимся, применение персональных компьютеров в учебном процессе.

Чарина Надежда Сергеевна, окончила Тульский государственный университет (2003), ассистент кафедры общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся Тульского государственного университета, автор 15 научных работ, область научных интересов - современные образовательные технологии.