Проблемы интеграции практико-лабораторных модулей в дистанционный обучающий комплекс среды Learning Space

Проблемы интеграции практико-лабораторных модулей в дистанционный обучающий комплекс среды Learning Space

Новикова Светлана Владимировна доцент, д. т. н., доцент кафедры Прикладной математики и информатики, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н.Туполева (КАИ), ул. Большая Красная, 55, г. Казань, 420015, (843)2310086 sweta72@bk.ru

Аннотация

Рассматривается создание дистанционного обучающего программного комплекса в специализированной информационной среде Learning Space -интегрированного компонента Lotus Notes для создания дистанционных обучающих систем. Выделяются основные блоки проектирования, особенности адаптации универсальной среды разработки под конкретные задачи предметной области. В особый раздел выделена задача создания лабораторных и практических работ по заданной дисциплине, анализируются достоинства и недостатки различных подходов. Даются рекомендации по их проектированию на основе приведенного анализа.

Ключевые слова

дистанционное обучение, Learning Space, интернет-курс, среда разработки, учебный контент

distant learning, Learning Space, on-line course, software engineering environment, learning content

Введение.

В настоящее время в результате развития коммуникационных и компьютерных технологий получили широкое распространение новые методы получения образования. Одним из таких методов является дистанционное, или удалённое обучение.

В Казанском национальном исследовательском университете им. А.Н. Туполева (КАИ) дистанционное обучение развивается более 10 лет. В качестве основной данная форма обучения используется слабо, в основном являясь вспомогательным инструментом для усиления подготовки студентов к зачетам и экзаменам, а также для самостоятельной работы. Однако в последнее время с появлением в университете бально-рейтинговой системы данное направление получило новый толчок к развитию в связи с широкими возможностями автоматической и автоматизированной проверки знаний обучающихся.

В университете в основном распространены две программные среды для создания электронных обучающих дистанционных курсов - Lotus Learning Space [1] и BlackBoard [2]. Вторая система внедряется в практику преподавания относительно

недавно, тогда как Learning Space используется в образовательном процессе с начала освоения дистанционного обучения.

Обе программные среды имеют необходимый инструментарий для заполнения контентом лекционных курсов, организации форумов и создания тестирующих модулей.

Сопровождение обучения лабораторными работами и практическими заданиями является более сложной задачей и решается более сложными способами. Как правило, лабораторные и практические занятия реализуются в виде специальных вспомогательных программ, которые каким либо образом моделируют ту предметную среду, в которой проходила бы реальная лабораторная работа.

Не смотря на то, что обе системы имеют высокую степень универсальности, то есть одна и та же система может использоваться для обучения разным предметам, использование их для преподавания различных разделов математики с его специфическими особенностями, затруднительно. В этом случае подобные системы приходится дорабатывать - вносить необходимые изменения и дополнения. Так, система Lotus Learning Space была доработана внутри университета и максимально адаптирована для математических курсов специальностей института «Техническая кибернетика и информатика».

Обучающий программный комплекс «Адаптивная коррекция».

Разработка программного обучающего комплекса проводилась средствами специализированной информационной среды для разработки дистанционных обучающих систем Learning Space - интегрированного компонента Lotus Notes согласно международным стандартам для программных продуктов [3]. Данная среда позволяет построить курс по любой дисциплине, обеспечив общение обучаемых с преподавателем и друг с другом.

Обучающий программный комплекс по теме адаптивной коррекции включает в себя лекционные материалы, блоки проверки полученных знаний, практические занятия, лабораторные работы, и блок заключительных экзаменационных вопросов по всей теме. При этом постоянно осуществляется связь обучаемого с преподавателем средствами Lotus Learning Space.

Элементы обучающего программного комплекса.

Пригласительная страница.

Предоставляет возможность входа непосредственно в систему обучения. Содержит логотип кафедры, название темы изучения, четыре основных кнопки -входа в систему: «Расписание», «Библиотека», «Комната курса» и «Профили», и две вспомогательных кнопки: вызова справочной информации и кнопку выхода из системы. Кроме того, имеется рекомендательное указание начать работу с активации кнопки «Расписание».

Рис.1. Пригласительная страница дистанционного обучающего комплекса

Расписание.

Представляет собой список всех изучаемых тем, самостоятельных, практических и лабораторных работ, а также экзаменов с указанием сроков их выполнения. В левой части экрана представляется уменьшенное изображение кнопок-входов пригласительной страницы, позволяющее переходить из раздела «Расписание» в любой из разделов «Библиотека», «Комната курса» и «Профили». Также содержит кнопки, регулирующие тип упорядочения тем в расписании: по названиям тем, по срокам исполнения, по ключевым словам, а также кнопка, позволяющая просматривать расписание в режиме календаря. При просмотре элементов списка, являющихся темами для изучения, представляется краткое описание темы и производится ссылка на данную тему в разделе «Библиотека». При просмотре элементов-заданий (самостоятельных, практических и лабораторных работ, экзаменов) производится непосредственная активизация соответствующего задания.

Рис.2. Расписание дистанционного курса.

Наибольший интерес представляют следующие элементы расписания:

Элемент расписания типа «Тема лекции»

Содержит краткую информацию по теме и текстовую ссылку на нее. В верхней части экрана содержит кнопки вызова справки и начала дискуссии.

Рис.3. Лекция в дистанционной системе обучения

Элемент расписания типа «Практическое занятие»

Представляет собой задачи для практического выполнения (расчета) по пройденным ранее темам. Обучаемому предоставляется пример решения задачи по пройденной теме, а затем предлагаются задачи для самостоятельного решения. В качестве ответа студент должен составить самостоятельный документ ответа - отчет. Формирование отчета начинается после нажатия кнопки начала выполнения задания в верхней части экрана формы «Практическое занятие». Отчет представляет собой файл с

заголовком, содержащим поля темы отчета, фамилии (пароля) студента и флажка состояния. Также имеется кнопка, при нажатии которой отчет отсылается преподавателю для проверки. Флажок состояния определяет, выполнен ли отчет до конца или находится в стадии разработки. Пока флажок состояния не установлен в положение «Отчет выполнен», файл отчета не может быть отослан преподавателю. При составлении отчета студент может пользоваться любыми средствами редактирования текстов, формул, вставлять в отчет рисунки, таблицы и прочее.

Рис.4. Задание на практическую работу

Рис.5. Заполнение отчета по практической работе

Элемент расписания типа «Лабораторная работа»

Представляет собой описание соответствующей лабораторной работы и кнопку для начала ее выполнения. В зависимости от конкретной лабораторной работы затем возникает среда работы. После окончания сеанса непосредственно лабораторных

изысканий обучаемый возвращается на страницу начала работы с ее описанием и может создать отчет о ее выполнении при помощи кнопки «Создание отчета».

Рис. 6. Описание лабораторной работы

.~~гтгч.

Х

аьлолз: Нхлпсд?миг с боры мрм№тя г.г: яци в адедльиых уикеяяг, ¿а КирАЬ*гн, идущим 6 Ш7ор|*-*<>Ы м ('г  ПОМООЬЮ ИДГААИОГ0(Н* ДЖ'ШГГи ЯГ4С*«ЙИИЙ] ¡ЧА<Ч*

[во МО

40

г иг^ "МИ

и л г 1С «в Го]

во

ркг 4 СЯстымпад ае&лммм тггчейиссо эогмугооа

5. НсследтемыЯ процесс с цдеоженлем гхгтлписг : сузкущгинл ар л щивс л матрлцг имериедг

£1

Рис. 7. Программная реализация практической части лабораторной работы.

Элемент расписания типа «Экзамен»

На первой странице представляет описание темы экзамена и предупреждение о том, что после начала экзамена программа не сможет завершить работу, пока ответ не будет отправлен преподавателю. В середине экрана размещается кнопка-вход в «экзаменационную», а затем, выбрав один из билетов, отвечает на предложенные вопросы.

Рис. 8. Приглашение начать экзамен

Рис. 9. Вопросы экзамена с ответами типа «многие из многих»

При создании вопросов предусмотрены такие типы ответов на вопрос, как «один из многих», «многие из многих», «соответствие», «свободный ответ». Все ответы, кроме «свободного ответа» обрабатываются системой автоматически.

Следующие элементы являются вспомогательными, и не отражают особенностей программной среды дистанционного курса в силу своей универсальности: Библиотека.

Представляет собой список изучаемых тем (как бы «перечень лекций»), при вызове элементов которого открывается документ с текстом лекции по соответствующей теме. Комната курса.

При начале работы студенческой группы данный раздел пуст, и содержит лишь в правой части экрана изображения кнопок-входов пригласительной страницы, позволяющее переходить из раздела «Комната курса» в любой из других разделов, а так же кнопки упорядочения элементов: по названиям дискуссий, по темам и по авторам. После формирования каждого Сообщения или начала Дискуссии, эти элементы немедленно появляются в разделе Комната курса. Профили.

Раздел содержит информацию обо всех студентах, изучающих курс, включая адреса электронной почты. В раздел «Профили» также поступают проверенные преподавателем работы с оценками. Помощь.

Раздел содержит информацию как об обучающей среде в целом, так и о конкретном обучающем комплексе.

Проектирование лабораторных работ.

Задача проектирования лабораторных работ стоит особняком, так как в отличие от проектирования других объектов учебника, выполняемых практически полностью средствами Lotus Learning Space, требует использования дополнительных средств программной разработки [4]. Состав данных средств диктуется в первую очередь особенностями предметной области изучения. С технической точки зрения реализация данного блока должна удовлетворять следующим требованиям:

1) Функционировать в операционных системах MS Windows 7/8,

2) Поддерживать возможность использования посредством сети Internet,

3) Иметь возможность интеграции в среду дистанционного обучения Lotus Learning Space версии 4.0. и более поздних версий.

Именно поэтому система была реализовано в виде HTML страницы. Благодаря такому решению удалось достичь высокую степень интеграции с современными Интернет-технологиями, получив при этом набор средств для осуществления первоначального замысла.

Вследствие такой формы приложения возникла задача реализации интерактивной динамической графики [5]. Это связано с тем, что создание и манипулирование изображениями, графическими форматами и другим графическим материалом не является частью HTML. Было рассмотрено несколько способов решения этой задачи, в результате в качестве используемой программной технологии были выбраны апплеты Java как имеющие наибольшее количество достоинств (высокая степень интеграции с HTML, простота реализации, поддержка всеми современными браузерами, высокий уровень безопасности кода, достигаемый на уровне самого языка, и др.) при наименьшем числе недостатков (незначительная потеря быстродействия).

В методическом плане разработанные лабораторные работы состоят из трёх основных блоков:

1. Описание лабораторной работы. Реализовано средствами Learning Space.

2. Блок проверки теоретических знаний, необходимых для практического выполнения задания. Реализован средствами Learning Space. Представляет собой

тест, проверяющий знание основных понятии, и допускающий к практическому занятию только при его успешной сдаче.

3. Блок формирования практических знаний и навыков. Реализован сторонними программными средствами из-за отсутствия в пакете Learning Space необходимых инструментальных средств. Представляет собой практическое задание, иллюстрирующее тот или иной алгоритм с помощью графиков, автоматических расчетов по входным данным, вводимым пользователем. Каждая работа состоит из трех этапов:

а) Ответы на краткий вводный тест, позволяющий определить степень понимания студентом темы будущей лабораторной работы.

IUUUO .1

Тр.*.») [ • > №23

тщтвт щЫ.шяттт Я« 111 МШ МНИ ИМ1 ....... >к IIHMI— и шяаимии потмп^мки • far* <>!«# имам 1мм

1. НОТ

i • (.'(/1» • •'!/>» * М'< г >»' * вц г I

[• Л' i! |> ill'

Рис. 10. Вопросы предварительного теста для допуска к практической части

работы.

Ь) Основная практическая часть. Здесь студент может самостоятельно задавать параметры процессов и видеть результаты из моделирования.

г-рнчч»» J

^Т.ч. J

Рис. 11. Моделирование процессов с заданными параметрами.

Графики являются интерактивными: при помощи мыши или специальных сочетаний клавиш на клавиатуре, студент может изменять ракурс их обзора.

с) Оформление отчета и отсылка результатов преподавателю. Оценка результатов работы осуществляется лично преподавателем, без использования автоматических средств проверки.

Рис. 12. Формирование отчета для отсылки преподавателю.

Заключение.

Разработанная система обучения по теме «Адаптивная коррекция» реализована и успешно применяется в учебном процессе института «Техническая кибернетика и информатика» для специальностей «Прикладная математика» и «Информатика и вычислительная техника» с 2008 года. За это время система показала себя достаточно эффективной, однако особенности среды разработки Lotus Learning Space накладывают некоторые ограничения на повышение эффективности обучения:

1. Среда не предоставляет встроенного инструментария для разработки

практических и лабораторных работ математических курсов. Необходимо разрабатывать дополнительные сторонние приложения, способные интегрироваться в среду обучения. При таком подходе предпочтение следует отдавать алгоритмическим языкам, поддерживающим сетевые технологии обработки и использования данных, таких как Java.

2. Среда предоставляет широкий спектр возможностей по созданию

контрольных тестов, экзаменов и проверок. При этом имеется стандартный набор вариантов типов ответов, однако тип ответа «свободный ответ», требующий от обучаемого результат произвольной формы, как и в большинстве пакетов дистанционного обучения, может обрабатываться исключительно преподавателем.

В перспективе следует опираться на специализированные конструкторы дистанционных курсов, использующие облачные технологии, ориентированные на конкретную область знания со встроенными модулями, позволяющими создавать блоки практических и лабораторных работ непосредственно в среде разработки дистанционного контента, формировать отчеты студентов с использованием встроенных средств - конструкторов специфической графики, а также более гибко обрабатывающие свободные варианты ответов студентов.

В частности, может быть весьма полезен опыт внедрения в преподавание математических дисциплин специализированной электронной системы Math-Bridge.

Данная система разрабатывается и внедряется в рамках проекта «Современные образовательные технологии преподавания математики в инженерном образовании России», реализованной в программе Темпус (№ гранта: 543851-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR) при поддержке Европейской Комиссии. Система Math-Bridge является специализированным инструментом для создания и сопровождения как информационных, так и тестирующих математических курсов, поддерживает несколько европейских языков и систем математических нотаций, в том числе и русский, а также представляет онлайн-доступ для российских преподавателей и студентов.

Данный проект профинансирован при поддержке Европейской Комиссии в рамках программы Темпус (№ гранта: 543851-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR). Эта публикация отражает исключительно взгляды авторов. Комиссия не несет ответственности за любое использование информации, содержащейся здесь

This project has been funded with support from the European Commission. This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.

Литература.

1. Новикова С.В. Программный доводочный комплекс сложных динамических систем. //Материалы VIII Всероссийского семинара «Нейроинформатика и ее приложения». Красноярск, 2000. с.122-123

2. Медведева С.Н. Разработка компьютерных обучающих систем. Учебное пособие. Казань: Изд-во «Школа», 2011. - 64 с.

3. ISO/IEC JYC1/SC7 N801/ ISO Standard for software life-cycle process. (Project 7.1), 1990.

4. Mike Ebbers and other. Lotus Learning Space R5.01. Deployment Guide. IBM International Technical Support Organization. 2002, 324pp. ISBN-10 0738426415, ISBN-13 9780738426419

5. Смирнов Н. И. JAVA 2 Enterprise. Основы практической разработки распределенных корпоративных приложений. - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002. - 240 с.

6. Walter Savitch. Java: An Introduction to Problem Solving and Programming. Addison Wesley, 2011, 984pp.