Проектирование компьютерной автоматизированной обучающей системы по технике безопасности работы в химической лаборатории

Л. Ю. Кошкина, А. Р. Габитова ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова: техника безопасности, химическая лаборатория, компьютерная автоматизированная обучающая система, электронный учебный комплекс, ресурсосбережение.

В работе рассматриваются этапы проектирования компьютерной автоматизированной обучающей системы по технике безопасности работы в химической лаборатории, подходы к разработке электронных учебных комплексов. Осуществлен выбор современного инструментального пакета для проектирования данной автоматизированной системы. Указана структура и принципы представления текстовых и мультимедийных материалов. Структура автоматизированной системы обучения технике безопасности работы в химической лаборатории и сопровождающие ее материалы разработаны в соответствии с государственными нормативными требованиями охраны труда.

Keywords: safety measures, chemical laboratory, the computer automated training system, electronic educational

complex, the cost-effective use of resources.

In article design stages of the computer automated training system, approaches to development of electronic educational complexes are considered. The choice of a modern tool package for design of this automated system is carried out. The structure and principles of representation of text and multimedia materials is specified. Structure of the automated system of training to work safety measures in chemical laboratory and materials accompanying it are developed according to the state standard requirements of labor protection.

Нарушение или несоблюдение техники безопасности и противопожарной безопасности может привести к несчастным случаям, к травматизму, пожароопасным ситуациям и даже летальному исходу. Невыполнение техники безопасности рассматривается как грубое нарушение правил внутреннего распорядка и несёт за собой наложение дисциплинарного взыскания [1]. Студенты, аспиранты, сотрудники допускаются к работе в химической лаборатории только после прохождения инструктажа, который проводит ответственный по технике безопасности.

Создание и в дальнейшем использование автоматизированной обучающей системы подготовки и аттестации по технике безопасности в химической лаборатории позволит сократить время на прохождение инструктажа и увеличения количества одновременно тестируемых.

Разработанная автоматизированная обучающая система, включающая применение персональных ЭВМ для построения интеллектуальной информационной технологии обеспечения безопасности, предусматривает систематизацию знаний и навыков, оперативное накопление и обработку знаний. Данная система характеризуется тем, что на базе персональной ЭВМ формируют гибкое информационное пространство,

обеспечивающее наиболее полную и точную формализацию знаний и опыта обучающихся. Созданная система относится к

автоматизированным средствам обучения и может быть использована при создании систем для комплексного группового и/или индивидуального обучения и подготовки обучающихся для работы в химической лаборатории. Она направлена на повышение уровня и качества обучения, сокращение времени освоения изучаемой техники безопасности,

т.е. позволяет сберечь временные и людские

ресурсы, повысить эффективность самого обучения и эффективность применения его результатов в дальнейшем на практике, обеспечивая тем самым повышение безопасности эксплуатации

оборудования и работы в химической лаборатории.

В проектировании электронных учебных комплексов можно выделить следующие основные направления деятельности: стратегическое

планирование, проектирование, реализацию, тестирование, эксплуатацию и сопровождение (см. рис. 1).

Стратегическое планирование включает определение ролей участников процесса, характеристик решаемых задач, целей и

использующихся ресурсов. На этом этапе определяется состав рабочей группы, при необходимости решаются вопросы дополнительной подготовки: для преподавателей — в области информационных технологий, для программистов

— по вопросам, связанным с особенностями представления дидактических материалов конкретной предметной области. На этом этапе происходит определение содержания, целей и задач изучения данной предметной области. Методист определяет, какие виды информации будут представлены: тексты, графика, анимационные

ролики, звуковые или видеофрагменты, какие связи должны будут установлены между ними.

Проектирование предполагает анализ дидактических задач, которые должны решаться путем использования электронного учебного комплекса, поиск и формализацию возможных методов их решения на основе модели процесса обучения и характеристик имеющихся данных и технологий. Данный этап предполагает изучение возможных сценариев предъявления обучаемым

дидактических материалов, принципы оценивания и обратной связи, строятся алгоритмы, по которым будет проходить взаимодействие обучаемых с электронным учебным комплексом.

о

Рис. 1 - Этапы проектирования электронных учебных комплексов

Реализация проекта подразумевает перевод собранного дидактического материала в автоматизированную обучающую и

контролирующую систему, особенности которой определяются выбранными для ее исполнения информационными технологиями.

На этапе тестирования подвергается испытанию работоспособность электронного учебного комплекса [2].

Не менее важным является этап эксплуатации и сопровождение, который предполагает некоторые коррекции его содержательной части и мультимедийных компонентов.

Существует два подхода к разработке электронных учебно-методических материалов.

Первый из них основан на применении систем программирования, таких как Visual Basic, Delphi, C++ и т.д. Этот подход к разработке электронных учебно-методических материалов позволяет создавать наиболее совершенные электронные продукты. Однако для реализации этого подхода разработчик должен владеть инструментальными средствами языка

программирования, что резко снижает эффективность данного подхода, т.к. среди преподавателей некомпьютерных специальностей число высококвалифицированных программистов невелико. Кроме того, специализированный характер работы по созданию электронных средств обучения предопределяет применение некоторых шаблонов, позволяющих быстро создавать оглавления и структуру учебных пособий, иллюстрации, различные проверочные тесты и т.п., которых нет в стандартных средствах программирования. Поэтому для создания электронного учебного комплекса программисту приходится затрачивать массу времени и сил. Необходимо также учитывать, что дополнительной сложностью этого метода является проблема создания средств обучения для ведения сетевого учебного процесса.

Второй подход основан на применении программных специализированных средств для

создания электронных учебно-методических материалов. Наиболее популярны: ACT-

Конструктор, Test Maker, eBook Maestro, Moodle, Microsoft HTML Help Workshop, eLearning Office 3000 и т. д. Как правило, данный вид программных продуктов позволяет создавать электронное пособие без помощи программирования, хотя внутренний сценарный язык, в большинстве случаев имеется и расширяет возможности пользователя. В арсенал средств разработки входит набор всевозможных шаблонов, технологии внедрения и компоновки объектов [3].

Разработанная в Казанском Национальном Исследовательском Технологическом Университете на кафедре химической кибернетики автоматизированная обучающая система по технике безопасности работы в химической лаборатории, включающая программу, тематическое

планирование, учебный текст, дидактические материалы для организации самостоятельной

работы, представляет собой пример электронного образовательного ресурса нового поколения,

созданный с помощью инструментального средства eLearning Office 3000.

eLearning Office 3000 - это программное средство, предназначенное для разработки дистанционных курсов, основанных на технологии Web-CD, объединяющей достоинства учебников на компакт-дисках и онлайновых курсов в Интернете. Согласно этой технологии основной информационный массив учебного курса поставляется обучаемому на CD-ROM, а обновление информации, тестирование и общение с учащимися производится через Интернет. Пакет позволяет компоновать для последующей записи на CD

учебный материал в мультимедийной форме, интерактивную систему тестирования,

полнотекстовую поисковую систему по материалу учебника и средства общения учащихся и преподавателей.

Пакет eLearning Office состоит из трех основных компонентов: ePublisher - для быстрого создания электронных учебных пособий; eAuthor -для создания дистанционных учебных курсов, а именно, представления учебного материала в мультимедийной форме, интерактивных систем тестирования, полнотекстовой поисковой системы по материалу учебника и средств связи с веб-сайтом Учебного центра; eBoard - для организации и управления интерактивными лекциями, семинарами, конференциями в Интернете. [4].

Структура автоматизированной системы обучения технике безопасности работы в химической лаборатории и сопровождающие ее материалы разработаны в соответствии с государственными нормативными требованиями охраны труда и предназначены для студентов старших курсов и сотрудников химических лабораторий.

Подготовка и структурирование материалов комплекса основывались на следующих предположениях: среди обучаемых можно выделить

лиц, сориентированных на относительно различные цели и уровень освоения материала; система должна быть построена таким образом, чтобы у каждого обучающегося была возможность выбора индивидуальной схемы изучения материала; комплекс может быть полезен также

преподавателям, сотрудникам и, соответственно, наряду с содержательными материалами включать и демонстрационные материалы (таблицы, рисунки), необходимые для визуальной поддержки

восприятия материала.

Основу содержания техники безопасности и её электронного представления для студентов составили идеи развивающего, проблемномодульного и личностно-ориентированного

обучения, аксиологического подхода,

эвристического и исследовательского методов,

направленных на формирование познавательной самостоятельности, творческого развития и саморазвития личности обучающегося. Высокая эффективность такого подхода связана с возможностью сконцентрировать учебный процесс и материалы электронного учебника вокруг

некоторых стержневых, обобщенных идей. При этом одним из важнейших дидактических

принципов должен стать принцип интеграции разнопредметных знаний и способов познания [3] .

В качестве ведущих целей в разрабатываемой системе были выделены: объединение всех правил по технике безопасности работы в химической лаборатории в единую автоматизированную обучающую систему; облегчение усвоения студентами и сотрудниками техники безопасности для дальнейшей успешной работы в химической лаборатории; доступность каждому студенту и сотруднику, возможность индивидуального изучения; возможность самоконтроля полученных знаний.

Структурирование материалов

электронного учебника выполнено в соответствии с трехуровневым содержанием — большое количество уровней затрудняет поиск необходимой информации на основе содержания. Уровень первый и второй представлены в таблице 1. В соответствии с представленной моделью учебный текст разбит на разделы, подразделы, модули, имеющие

относительно самостоятельное значение. Модуль, как основная структурная единица электронного учебного комплекса, обеспечивает активную и планомерную познавательную деятельность обучающегося. Мы предполагали, что модуль может предоставлять более одного экрана (кадра) информации, что определяется спецификой данного учебного курса, в котором разбиение на мелкие фрагменты учебного текста может нарушить целостность восприятия предлагаемого материала. Каждый модуль содержит текст, иллюстрации, основные понятия для самопроверки.

С содержанием модулей соотнесены дидактические средства управления процессом познания, контроля и стимулирования познаватель-

Таблица 1 - Принцип структурирования

содержательного материала по технике безопасности в автоматизированной обучающей системе

Уровень 1: разделы Уровень 2: подразделы

1 2

Раздел 1. Правила работы в химических лабораториях I. Общие положения II. Классификация химических веществ по степени воздействия на организм III. Хранение реактивов IV. Расфасовка органических растворителей

Раздел 2. Первая помощь пострадавшему I. Остановка сердца и дыхания II. Термические ожоги III. Поражение электрическим током IV. Острое отравление V. Ожоги кислотами и щелочами VI. Попадание агрессивных веществ в глаза VII. Кровотечения

Раздел 3. Средства и способы тушения пожаров и загораний I. Противопожарные требования к помещениям и оборудованию химических лабораторий II. Пожарная безопасность при мытье химической посуды III. Пожарная безопасность при эксплуатации электрооборудования в химических лабораториях IV. Техника безопасности при тушении пожаров в химических лабораториях V. Огнетушители VI. Особенности тушения некоторых типов пожаров и загораний

Раздел 4. Работа со стеклянной посудой и приборами I. Источники опасности II. Общие меры предосторожности III. Мытье посуды

Раздел 5. Основы электробезопасности I. Источники опасности II. Действие электрического тока на организм человека III. Защита от поражения электрическим током

Окончание табл. 1

1 2

Раздел 6. Нагревание I. Источники опасности II. Электронагревательные приборы III. Теплоносители для жидкостных бань

Раздел 7. Работа с вакуумными системами I. Источники опасности II. Меры безопасности III. Работа с автоклавом IV. Работа с гидролизером

Раздел 8. Стерилизация I. Работа с бактерицидными лампами II. Работа с микроорганизмами III. Работа с лабораторной установкой микробиологического синтеза при пониженном давлении ЛУМС-Р

Раздел 9. Работа с компьютером I. Общие требования безопасности II. Общие требования безопасности перед началом работы III. Требования безопасности во время и по окончании работы IV. Требования безопасности в аварийных ситуациях

Раздел 10. Основные положения, инструкции, приказы Приложение 1 Приложение 2

Приложение N

ной деятельности. На третьем уровне, в конце каждого модуля приводятся тестовые задания для проверки усвоенного материала, которые составлены с учетом требований надежности, валидности, трудности [5].

Проблемы навигации в электронных учебниках могут решаться различными способами. В нашем случае, кроме уже упомянутого трехуровневого содержания, важную

интегративную, обобщающую роль играет предметный указатель. Каждое из представленных в указателе понятий связано с несколькими модулями, ранжированными по степени важности для изучения указанного понятия. Это позволяет использовать указатель не только для самоконтроля, но и активизировать творческие возможности обучаемых, мотивируя их на сопоставление того, какую роль: ведущую, вспомогательную или

второстепенную играет одно и то же понятие при освещении различных проблем.

Формирование лекционного материала для компьютерной автоматизированной обучающей системы по технике безопасности работы включало:

- этап подготовки текстового материала, который включает в себя обзор литературы, приказов и положений по технике безопасности работы в химической лаборатории;

- этап подготовки соответствующих теме лекции видеофрагментов;

- внедрение собранного текстового материала и видеофрагментов в программу.

При создании лекций были использованы такие составляющие, как текст в формате RTF и видеоматериал в формате AVI, снятый в химической лаборатории «Инженерные проблемы

биотехнологии» ФГБОУ ВПО «КНИТУ». В электронную обучающую систему включены следующие видеоролики: «Помощь при ожогах», «Помощь при поражении электрическим током», «Средства и способы тушения пожаров и загораний», «Класс электробезопасности

оборудования», «Работа с автоклавом». Для

удобства и ускорения процесса создания лекций была создана библиотека видео - фрагментов.

Важной составной частью электронного учебного комплекса является глоссарий, содержащий словарные статьи, объясняющие используемые в учебнике термины. В процессе создания словаря автоматически расставляются гипертекстовые связи между встречающимися в тексте лекций терминами и их объяснениями, а сами термины выделяются цветом и преобразуются в ссылки.

В созданном электронном учебном комплексе поддерживается полнотекстовой поиск, результатами которого являются списки найденных по ключевому слову подразделов, ранжированных по степени частоты встреченных слов или частей сложных слов, совпадающих с ключевыми. При просмотре выбранных подразделов найденные слова выделяются в тексте подсветкой. Поисковая система предназначена для удобства и упрощения работы с лекционным материалом. Поиск осуществляется либо по названию лекции, либо в тексте лекции. Результаты поиска отображаются в правой части экрана.

При подготовке к семинару или при поиске ответа на тестовый вопрос обучаемый может ограничиться материалом одноименного модуля, перейдя к нему непосредственно через гиперссылку оглавления. Более глубокое исследование этого же вопроса предусматривает использование предметного указателя, который отсылает к изучению уже нескольких (обычно трех-четырех) модулей. Наконец, реализация обучаемым исследовательского подхода предполагает обращение к полнотекстовому поиску. Например, для ответа на тестовый вопрос «За какое время до начала работы в помещении бактерицидные лампы должны быть выключены?» можно ограничиться материалом раздела 8.1 (таблица 1).

Компьютерная автоматизированная

обучающая система по технике безопасности работы в химической лаборатории предлагает

различные виды учебной деятельности — от работы с теоретическим материалом и самопроверки полученных знаний до выполнения заданий творческого, исследовательского характера, что даёт возможность детального изучения каждого раздела. Силы и средства, вложенные в организацию обучения на основе современных информационных технологий обучения, могут быть потрачены впустую, если к такой форме учебновоспитательного процесса не будут подготовлены те, кто должен работать с предлагаемыми технологиями [6]. Только лишь информирование о наличии тех или иных дополнительных материалов, явно недостаточно для их активного использования. Ресурсы электронного учебного комплекса должны стать для обучающихся технике безопасности неотъемлемой частью использующихся ими материалов. Очень эффективно использование электронного учебника для закрепления и более подробного и глубокого изложения концепций, излагаемых на лекциях или обсуждаемых на семинарах [2].

Востребованность именно

автоматизированной системы обучения во многом была обусловлена ориентацией на студентов, уже прослушавших необходимые курсы дисциплин и имеющих вполне приемлемые навыки работы с компьютером. Для успешного изучения техники безопасности им должны быть предложены хорошо структурированные, емкие и наглядные материалы, что вполне достижимо в электронном образовательном ресурсе. Дополнительным доводом в пользу электронной версии явились особенности, связанные с содержательной стороной имевшихся материалов — соблюдение общих принципов и

системности изложения при значительном объеме текстовой и графической информации.

Компьютерная автоматизированная

обучающая система по технике безопасности работы в химической лаборатории относится к учебным устройствам. Может применяться для обучения и контроля знаний, а также диагностики качества обучения в различных учебных заведениях независимо от формы обучения, в том числе и с применением дистанционных технологий, может найти применение в отделах охраны труда и техники безопасности предприятий.

Литература

1. Захаров Л.Н. Техника безопасности в химической лаборатории:Справ. изд./ Л.Н. Захаров. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1991.-336с.

2. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования / И.В. Роберт - М.: ИИО РАО, 2010. - 140 с.

3. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: Учеб. пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений / И.Г. Захарова - М.: Издательский центр «Академия», 2003.-192с.

4. Галеев И.Х. Компьютерный контроль знаний (локально и дистанционно): Учебное пособие/сост. И.Х.Галеев [и др.]; Казан. хим.-технол.ун-т.-Казань, 2005.-126 с.

5. Челышкова М.Б. Теория и практика конструирования

педагогических тестов: Учебное пособие / М.Б.

Челышкова - М.: Логос, 2002. - 432с.: ил.

6. Сафодьев В.А. Профессионально-ориентированные дифференцированные задачи как средство формирования ключевых компетенций студентов колледжей химического профиля / В.А. Сафодьев // Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 6. - С. 159-166.

© Л. Ю. Кошкина - канд. техн. наук, доц. каф. химической кибернетики КНИТУ, student_kontrol@mail.ru; А. Р. Габитова -асп. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, agabitova@inbox.ru.