Мультимедийное дидактическое средство обучения теоретической механике: теоретические основы и возможные пути реализации

УДК 531:[378.147.315.7:37.015.3]

ББК 22.21P30-2C51:88.40

О. В. Мирзабекова, М. А. Михайлова

МУЛЬТИМЕДИЙНОЕ ДИДАКТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ

O. V. Mirzabekova, M. A. Mikhaylova

MULTIMEDIA DIDACTICAL MEANS OF LEARNING THEORETICAL MECHANICS: THEORETICAL FOUNDATIONS AND POSSIBLE WAYS OF IMPLEMENTATION

Мультимедийные средства обучения в настоящее время широко используются при обучении теоретической механике студентов технических вузов. При разработке подобных средств предлагается опираться на теорию деятельности, а также на общие и индивидуальные особенности восприятия информации. Одновременно студент должен погружаться в интерактивную среду с большим количеством бытовых и профессиональных ситуаций. Такой подход позволит комплексно воздействовать на органы чувств студентов и формировать различные виды деятельности в обобщенном виде до уровня практического применения в быту и будущей профессии.

Ключевые слова: мультимедиа, обучение теоретической механике, программные средства обучения решению задач, теория деятельности, индивидуальные особенности восприятия информации, профессиональная направленность.

Multimedia means of learning is now widely used to teach the theoretical mechanics to students of technical universities. While developing such means it is proposed to rely on the theory of activities, as well as on general and specific features of information perception. At the same time the student must be immersed into interactive environment with a large number of consumer and professional situations.

Such an approach would comprehensively influence on the organs of feelings of students and form various kinds of activities in general form to the level of practical application in everyday life and future profession.

Key words: multimedia, teaching the theoretical mechanics, software training problem-solving, activity theory, individual characteristics of perception of information, professional direction.

Неоспорим тот факт, что мультимедиатехнология открывает широкие возможности в сфере повышения эффективности обучения, позволяя сделать учебный процесс студентов вузов и школьников более интересным. Огромное число мультимедийных средств обучения предметным знаниям, в том числе и теоретической механике, ориентированы на изложение теоретических основ, т. е. носят экспертный или справочный характер или же предлагают пользователям реализовать деятельность, например, по решению задач, по аналогии (по образцу), оценивая лишь конечный результат. Применение подобных мультимедийных средств обучения теоретической механике приводит к тому, что элементы знаний усваиваются большинством студентов формально (формулируя определения понятий, обучаемые не могут применить их для решения традиционных учебных задач и для задач, моделирующих будущую профессиональную деятельность). Данные выводы подтверждены результатами констатирующего эксперимента, проведенного нами. Формально усвоенные знания в конечном итоге приводят к тому, что некоторые компетенции не формируются: «Уровень компетенции выпускника зависит от целого ряда взаимосвязанных между собой факторов: знания теоретических основ изучаемых дисциплин, умения применять свои знания на практике, способности к самообразованию... и т. д.» [1]. Поэтому в настоящее время существует необходимость в разработке мультимедийных средств обучения для студентов технических вузов, ориентированных на организацию специальной работы по усвоению элементов знаний при решении не абстрактных задач, которые, к сожалению, преобладают в учебной литературе, а задач, возникающих в ситуациях, связанных с будущей профессиональной деятельностью.

Так что же такое мультимедийные средства обучения? Обобщая мнения ряда исследователей, можно сказать, что «мультимедиа средства обучения - это современные компьютерные дидактические средства обучения, позволяющие воздействовать через органы чувств на восприятие человека (обучаемого) средствами единой информационной среды, объединяющей в программно-аппаратной системе различные типы мультимедиа-данных (изображение, звук, видео и т. д.)» [2-4 и др.]. Однако процесс взаимодействия мультимедийных средств обучения и обучаемого, по мнению ряда исследователей, не может носить одностороннего характера, т. е. это не только воздействие, но и взаимодействие, общение обучаемого с иллюзорным партнёром (субъективированным объектом) [5]. Поэтому можно утверждать, что в процессе обучения, организованном с применением мультимедиасредств, есть два взаимодействующих участника - мультимедиа компьютерное средство обучения (м/м КСО) и пользователь (рис. 1).

мм/ КСО

1. Свойства

2. Структура м/м КСО *

количество м/м данных, последовательность их воспроизведения, повтора

7. Результат

Связь

3. Воздействие на органы чувств

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

4. Процесс усвоения информации

6. Результат: знания усвоены

5. Индивидуальные особенности обучаемого: память, внимание, восприятие информации

Рис. 1. Модель взаимодействия мультимедийных средств обучения и обучаемого

Участник «м/м КСО» обладает определенными характеристиками - структурой и свойствами м/м данных, определяющими эффективность воздействия на органы чувств обучаемого и на процесс усвоения им знаний соответственно. Участник «пользователь» также обладает индивидуальными психофизическими свойствами, такими как логика, быстрота мышления, индивидуальные особенности восприятия информации и т. п. В настоящее время в литературе, посвященной мультимедийным и компьютерным средствам обучения, представлен целый комплекс эргономических требований, которым должны соответствовать образовательные продукты. На этапе создания м/м КСО (разработка и реализация сценария) решается множество подзадач, среди которых особую значимость приобретает учет физиологических особенностей восприятия информации нервной системой индивидуума. Как правило, требования, сформулированные рядом авторов, отражают общие параметры восприятия индивидуумом информации: память, скорость мышления, степень абстрагирования и т. д. Однако, на наш взгляд, вопросы, касающиеся разработки мультимедийных средств обучения, максимально воздействующих на каналы восприятия информации обучаемого, раскрыты недостаточно. Многие компьютерные средства, в которых используется мультимедиатехнология, действительно содержат практически все виды м/м данных, однако они не оказывают комплексного воздействия, т. к. одни понятия представлены только изображением или текстом (их воспримут только визуалы), другие понятия озвучены, но не подкреплены изображением (их воспримут только аудиалы) и т. д. Поэтому при изложении каждой единицы знания необходимо использовать все виды мультимедиаданных (изображение, текст, видео, звук, тактильные ощущения). Наше предположение подтверждается исследованиями психологов, разделяющих обучаемых по доминирующему каналу восприятия на визуалов, аудиалов, кинестетиков, которым необходимо соответственно увидеть, услышать, прописать полученную информацию. Поэтому эффективность мультимедийного обучающего средства будет определяться не только видом и количеством разнообразных мультимедийных данных, но их комплексным действием, направленным на усвоение каждого элемента знаний.

В связи с вышесказанным мультимедиасредство обучения предметным знаниям, в том числе и теоретической механике, должно разрабатываться таким образом, чтобы его структура и свойства м/м данных учитывали все структурные элементы процесса взаимодействия: 1) комплексно воздействовали на органы чувств; 2) способствовали процессу усвоения, соответство-

вали закономерностям усвоения знаний; 3) учитывали индивидуальные особенности обучаемого; 4) обеспечивали активную позицию обучаемому благодаря обратной связи. На рис. 1 это показано в виде пунктирных стрелок, направленных от пользователя к м/м КСО. Тем самым подчеркивается, что все составляющие процесса взаимодействия должны учитываться на стадии разработки м/м КСО.

Отдельно отметим, что в качестве базовой психолого-педагогической теории, раскрывающей закономерности процесса усвоения знаний, целесообразно, на наш взгляд, использовать положения теории деятельностного подхода в обучении. Ключевым понятием данной теории является понятие «усвоить», под которым подразумевается умение применять элемент знаний в практически значимых для человека ситуациях, основываясь на его содержании [6]. С этой целью обучаемый должен быть вовлечен в деятельность по распознаванию или воспроизведению элементов знаний в конкретных ситуациях с помощью специально разработанных дидактических средств, например мультимедийных, содержащих описание бытовых, общеинженерных конструкций и механизмов. Эффективность данного подхода неоднократно была доказана в работах С. В. Анофриковой [6], Л. А. Прояненковой [7], О. В. Иванчук [8] и др. при обучении физике, однако для обучения студентов технических вузов теоретической механике и разработки мультимедийных дидактических средств применяется нами впервые. Поэтому одним из основных блоков (частей, модулей) мультимедийного дидактического средства обучения студентов технических вузов должен быть блок, позволяющий организовать деятельность по усвоению основных понятий теоретической механики. Для его разработки необходимо: 1) выделить основные понятия, законы и теоремы теоретической механики, требующие специального усвоения; 2) составить специальные задачи-упражнения с бытовым и профессиональным содержанием; 3) разработать специальные пошаговые рекомендации для обучаемых при выполнении деятельности по усвоению; 4) составить (написать) сценарии для мультимедийного средства обучения.

Кроме того, согласно положениям теории деятельностного подхода в обучении, обучаемый (студент) должен овладеть обобщенной системой действий по выполнению какого-либо вида деятельности. Только в этом случае усвоенная обучаемым система действий будет инвариантна к условиям ее применения. Известно, что одним из основных видов деятельности, которым будущий инженер должен овладеть при изучении курса теоретической механики, является деятельность по решению задач. Учебные задачи по теоретической механике были разделены традиционно по разделам «Кинематика», «Статика» и «Динамика», и далее, в пределах каждого раздела, - на наиболее распространённые обобщенные типы задач, обобщающие множество конкретных задач по единству состава выполняемых действий и операций. Например, в разделе «Статика» таких типов всего два: «Упрощение системы сил» и «Определение неизвестных реакций из уравнений равновесия». Метод решения каждого типа задач представляет собой последовательность действий и операций. Некоторые действия или операции могут носить универсальный характер, т. е. применяться не только для решения данного типа задач, но и для решения задач других типов или даже задач других дисциплин. Эти универсальные части мы называем «универсальными пакетами действий». Поэтому для формирования метода решения задач в целом необходимо организовать специальную деятельность по усвоению универсальных пакетов действий, входящих в соответствующий метод.

В связи с этим мультимедийное средство обучение теоретической механике должно включать в себя блок (часть, модуль), позволяющий сформировать универсальные пакеты действий. Для разработки такого блока необходимо: 1) выделить типы задач в курсе теоретической механики; 2) выявить обобщенные методы решения задач; 3) выявить универсальные пакеты действий; 4) составить специальные задачи-упражнения с бытовым и профессиональным содержанием; 5) разработать специальные пошаговые рекомендации для обучаемых; 6) составить (написать) сценарии, согласно которым будет организована работа мультимедиасредства, направленная на формирование универсальных пакетов действий.

Формирование же обобщенных методов решения задач по теоретической механике должно осуществляться в три этапа: этап решения задач под руководством преподавателя, на котором метод решения еще не известен обучаемым; этап усвоения обобщенного метода решения задач, на котором студенты выявляют метод и организуется деятельность по его усвоению; этап самостоятельного решения задач на основе обобщенного метода. Поэтому можно утверждать,

что мультимедийное средство обучения теоретической механике должно включать в себя блок (часть, модуль), позволяющий сформировать обобщенные методы решения задач. Для реализации данного блока необходимо: 1) выделить типы задач в курсе теоретической механики; 2) выявить обобщенные методы решения задач; 3) составить специальные задачи с бытовым и профессиональным содержанием; 5) разработать специальные пошаговые рекомендации для обучаемых; 6) составить (написать) сценарии, согласно которым будет организована работа мультимедиасредства на каждом этапе формирования обобщенного метода решения.

Данные теоретические основы были применены нами при разработке мультимедийных средств обучения теоретической механике студентов технических вузов (рис. 2).

Отдельно отметим, что все задачи-упражнения (для организации деятельности по усвоению элементов знаний, для формирования универсальных пакетов действий и обобщенных методов решения задач) составлены с учетом будущей профессиональной деятельности специалистов для двух направлений подготовки: «Наземные транспортные и технологические машины» и «Кораблестроение и океанотехника». Кроме того, результаты поискового эксперимента выявили необходимость разработки дополнительного модуля (блока, части) мультимедийного средства обучения, включающего в себя:

1) архив профессионально-ориентированных и практически значимых для обучаемых мультимедийных данных (видеоролики, схемы и фотографии механизмов и объектов будущей профессии), которые могут быть использованы преподавателем по собственному усмотрению на разных этапах изучения теоретической механики;

2) мультимедийный словарь терминов теоретической механики, разработанный с учетом комплексного воздействия на органы чувств обучаемых;

3) контрольно-измерительные материалы в виде мультимедийных тестов.

Рис. 2. Структура мультимедийного средства обучения теоретической механике

студентов технических вузов

Для реализации вышеперечисленных идей по разработке мультимедийных средств обучения теоретической механике нами была использована платформа Adobe Flash, основными преимуществами которой являются: 1) распространенность данного плагина (установлен более чем на 90 % ПК); 2) поддержка нескольких видов анимации; 3) возможность создания интерактив-

ных элементов интерфейса; 4) поддержка взаимодействия с импортируемыми графическими форматами (в том числе растровыми); 5) возможность включения синхронного звукового сопровождения; 6) обеспечение экспорта Flash-фильмов в формат HTML, а также в любой из графических форматов, используемых в Интернете; 7) возможность просмотра Flash-фильмов как в автономном режиме, так и посредством Web-браузера; 8) наличие инструментов визуальной разработки, избавляющих создателя Flash-фильмов от многих рутинных операций, а также от детального изучения технических аспектов реализации Flash-технологии [9].

Созданное мультимедийное средство обучения теоретической механике было апробировано в ряде российских вузов, а оценка преподавателями кафедр свидетельствует об эффективности его применения по сравнению с имеющимися в настоящее время.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сибикина И. В. Процедура оценки компетентности студентов вуза, обучающихся по направлению «Информационная безопасность» // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2011. - № 1. - С. 200-205.

2. Крапивенко А. В. Технологии мультимедиа и восприятие ощущений: учеб. пособие. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 271 с.

3. Семёнова Н. Г. Мультимедийные обучающие системы лекционных курсов: теоретические основы создания и применения в процессе обучения студентов технических вузов электротехническим дисциплинам: дис. ... д-ра пед. наук. - Астрахань, 2007. - 490 с.

4. Burger J. The desktop multimedia bible. - New York: Addison-Wesley, 1993. - 635 p.

5. Агеев В. Н. Семиотика. - М.: Весь Мир, 2002. - 256 с.

6. Анофрикова С. В., Стефанова Г. П. Практическая методика преподавания физики. Ч. 1: учеб. пособие / Астрахан. гос. пед. ин-т. - Астрахань, 1995. - 232 с.

7. Прояненкова Л. А. Уроки физики в 7 классе: учеб. пособие для студентов физ.-мат. пед. ун-тов. -Астрахань: Изд-во Астрахан. пед. ун-та, 1988. - 261 с.

8. Иванчук О. В. Методика формирования у учащихся обобщенных видов деятельности по усвоению понятий о физических объектах: дис. ... канд. пед. наук. - Астрахань, 1999. - 146 с.

9. Черкасский В. Т. Эффективная анимация во Flash. - М.: Изд-во ИД КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002. - 432 с.

Статья поступила в редакцию 26.06.2012

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Мирзабекова Ольга Викторовна - Астраханский государственный технический университет; д-р пед. наук, доцент; профессор кафедры «Физика»; omirzabekova@yandex.ru.

Mirzabekova Olga Victorovna — Astrakhan State Technical University; Doctor of Pedagogical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Physics"; omirzabekova@yandex.ru.

Михайлова Марина Александровна — Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Физика»; mihaylovama@yandex.ru.

Mikhaylova Marina Aleksandrovna — Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Physics"; mihaylovama@yandex.ru.