Инновационный программно-методический комплекс

ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

В. СТАРОДУБЦЕВ, доцент А. ФЕДОРОВ, доцент И. ЧЕРНОВ, профессор Томский политехнический университет

Аля решения проблем информатиза-, ции процесса обучения необходима разработка всего спектра новых электронных форм и средств образовательной деятельности и оптимальное их сочетание с традиционными компонентами учебного процесса. При этом в использовании информационных средств на первый план выступает такое их дидактическое свойство, как наглядное и образное предъявление информации. Если при традиционном обучении образное, метафорическое, эмоционально окрашенное мышление подавляется рациональным, алгебраическим, то удачная визуализация с помощью электронных форм позволяет нивелировать этот недостаток. Эффективная и эффектная эргономическая визуализация способна заменить сложное, порой неоднозначное текстовое описание объектов, понятий, образов. Здесь проявляется основное достоинство визуальной рецепции окружающего мира -высокая скорость распознавания образов и заключенной в ней информации. Ассоциативность визуального восприятия позволяет легче переводить учебную дидактическую информацию в долговременную память, способствуя прочному ее усвоению, особенно в случаях плохо формализуемых знаний. Новые формы способствуют переходу от традиционной линейной, текстовой формы предоставления знаний к новой, объемной, более дискретно-структурированной форме, к визуальному мно-

Инновационный программно-методический комплекс

гообразию. Они способствуют выработке фрактальной методологии, переходу к мышлению теоретическими образами, использованию многомерного, сценарного мышления, адекватного современной жизни. Таким образом, актуальна проблема разработки и введения в современный учебный процесс инновационного программно-дидактического комплекса, обладающего повышенной мультимедийностью и динамичностью в представлении учебных материалов.

• Электронный конспект лекций. Поскольку основой образовательного процесса в очной форме обучения остаются обзорные лекции, новым техническим средством, адекватным информационным технологиям, должен быть, на наш взгляд, электронный конспект лекций. В отличие от электронного учебника (пособия), где процесс управления познавательной деятельностью реализуется в неявной форме (имеет место свобода выбора темпа и порядка прохождения учебного материала), электронный конспект лекции (ЭКЛ) предназначен для лектора и используется лектором с учетом его индивидуальной манеры чтения лекций, специфики учебной дисциплины, уровня подготовленности студентов и т.д. Электронный конспект позволяет совместить слайд-шоу текстового и графического сопровождения (фотоснимки, диаграммы, рисунки) с компьютерной анимацией и численным моделированием

изучаемых процессов, с показом документальных записей натурного эксперимента. Он совмещает технические возможности компьютерной и видеотехники в предоставлении учебного материала с живым общением лектора с аудиторией. Фактически это средство управления образовательным процессом в аудитории с достаточно большим числом учащихся. Качественное улучшение лекции достигается за счет применения информационных технологий подготовки конспекта: сканирования научной и учебной графической информации, импорта из сети Интернет уникальных фотографий, киноклипов, подготовки «живых» графиков и анимационных моделей. Практическое использование ЭКЛ предполагает наличие TV-выхода в лекционном компьютере (или внешнего TV-кодера) и мультимедийного видеопроектора (для большой аудитории).

На факультете естественных наук и математики ТПУ связка двух больших физических аудиторий оборудована системой кабельного телевидения, видеотехникой и компьютером с TV-кодером. В порядке эксперимента здесь в течение учебного года отрабатывалась методика чтения лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания» с применением мультимедийного проектора SONY VPL 700. Были подготовлены 26 лекций-презентаций, по 4560 слайдов (в зависимости от темы). На слайдах представлялась тема лекции, основные положения, краткий текстовый комментарий. Большую же часть занимали авторские рисунки, схемы, фотографии, импортированные из учебных пособий и другой доступной литературы (предварительно отсканированных и обработанных в Photoshop), а также из сети Интернет и с компакт-дисков. Основная часть схем и рисунков лектора была анимирована, при этом временная последовательность постро-

ения изображения на экране соответствовала темпу обычного построения этих рисунков или схем мелом на доске. В качестве исходного материала для показа «живых» графиков нами использовался комплект компьютерных лабораторных работ, программно адаптированных для быстрого ввода исходных данных и воспроизведения результатов расчетов крупным планом (изменение формы статистических и спектральных распределений, линий напряженности поля системы зарядов, перехода фрактальных границ, появления бифуркаций и динамического хаоса, эффектов Доплера, Комптона, и т.п.). Ряд анимационных моделей был разработан ранее для электронного учебного пособия на компакт-диске. Они также вошли в базу данных ЭКЛ. С известной осторожностью использовались материалы компьютерных энциклопедий (MS Encarta, Nine Worlds Encyclopedia of Space, Earth Quest DK Multimedia и ряда других). Поскольку в лекционном кабинете расположен ввод оптоволоконного кабеля связи Интернет, в утренние часы занятий (особенность географического расположения г. Томска!) оказалось вполне возможным использование ресурсов «всемирной паутины» в лекционной аудитории. В свернутое окно без прерывания презентации вызывались материалы сайтов NASA и ряда университетов США. По завершении трафика результаты или работа «on-line» показывалась аудитории. С помощью Power Point оказалось легко организовать быстрый контроль (экспресс-тестирование) усвоения лекционного материала, при котором тестовые задания предъявлялись в автоматическом режиме на короткое время (чтобы избежать соблазнов подглядывания, списывания и «суфлирования» у студентов).

Видеотека преподавателя. Электронный конспект лекций органично сочетается с показом фрагментов ви-

деосопровождения дисциплины - они воспроизводятся на том же большом экране мультимедийного проектора простыми переключениями на пульте управления. На кафедре физики ТПУ создана видеотека научно-популярных кинофильмов прошлых лет, которые нашлись на местных телестудиях г. Томска или приобретены в других учреждениях. В частности, активно используются видеозаписи лекционных демонстраций, произведенные в видеостудии Уральского государственного политехнического университета (УПИ). С помощью видеостудии Института дистанционного образования ТПУ произведены также оригинальные записи демонстраций опытов по механике, электричеству и магнетизму, оптике. Они используются как для студентов-заочников, так и для показа студентам очной формы обучения. Видео-тека пополняется фрагментами, взятыми из телепередач новостей или из художественных видеофильмов.

Так, в ходе обсуждения проблемы искусственного интеллекта показываются фрагменты фильмов «Матрица» и «Нирвана». Их дидактическая цель: поставить вопрос о моральной ответственности человека за создаваемую новую технику и новую среду жизни. Одновременно внимание студентов привлекается к этическим проблемам отношения человека-творца и его виртуального двойника с искусственным разумом: что означает уничтожение программы виртуальной жизни существа со многими присущими человеку чувствами?

В принципе, создание видеотеки для иллюстрации гуманитарных аспектов естественнонаучной дисциплины не требует чрезмерных затрат времени и денег. Достаточно следить за программами телевизионных каналов и записывать на видеомагнитофон потенциально интересные с дидактической точки зрения передачи.

• Электронное учебное пособие.

Оно разрабатывалось для целей дистанционной технологии обучения и предназначалось в первую очередь студентам-заочникам. Первый вариант пособия был разработан в соавторстве с И.С. Шмыриным с использованием ToolBook Instructor 5.01. Страницы пособия выполнены в виде альбома с текстом, схемами, таблицами и рисунками. С помощью мышки пользователь может перелистывать страницы, как в обычной книге, перейти к оглавлению, к тестовым заданиям или к релаксационной паузе. Текстовый материал разбит на части, соответствующие одной экранной странице электронного пособия и содержит перекрестные гиперссылки и ссылки, открывающие дополнительные иллюстрации. Кроме того, имеются анимиро-ванные схемы и рисунки, запуск действия которых осуществляет пользователь, например, схема цис - транс перехода электронной оболочки молекул под действием света. Из любого места пособия можно перейти к самоконтролю усвоения материала. Тестирование построено по типу множественного выбора, переход к новому вопросу происходит только после того, как пользователь откроет верный ответ (иногда есть несколько верных утверждений). Если результаты тестирования не удовлетворяют пользователя, он может пройти повторное. В таком случае ему предъявляются другие варианты вопросов. Из оглавления можно перейти к работе с «живыми графиками» (компьютерный эксперимент с одним изменяемым параметром) или к выполнению лабораторных работ. В случае появления утомления студент может передохнуть, прослушав файлы аудиоформата (спокойная музыка) в сопровождении набора фотографий природы.

Изменения Государственных образовательных стандартов коснулись и дисциплины КСЕ. В этой связи потре-

бовалось переработать учебный материал и создать практически новый вариант электронного учебного пособия, в котором воплощены некоторые дидактические инновации [1]. К ним мы относим многоуровневое построение предъявляемого учебного материала. Пользователю предлагается три варианта работы с пособием: уровень начинающего, основной уровень и уровень углубленного изучения материала. На первом из них студент получает возможность ознакомиться с перечнем основных дидактических единиц дисциплины, входящих в ее понятийный аппарат, с основным содержанием разделов пособия (дайджест пособия), с наиболее часто задаваемыми вопросами (и ответами на них), с дескриптивным словарем употребляемых понятий и терминов, сведениями о ряде ученых (Кто такой? Что такое?). Основной уровень содержит весь базовый курс, сопровождаемый дидактическими заданиями на самостоятельную познавательную деятельность, компьютерными лабораторными работами, «живыми» графиками, анимированными схемами и киноклипами, иллюстрациями из гуманитарной сферы (живопись, поэзия) и ресурсов Интернет. На уровне углубленного изучения к основному базису добавляются дополнительно материалы хрестоматии по основным разделам КСЕ, в которых приведены фрагменты и цитаты из научно-популярных журналов, из других учебных пособий и монографий, из текущей периодики. Это позволяет студенту сопоставить различные точки зрения на ту или иную проблему современного естествознания, развивает критическое и самостоятельное мышление.

• Видеолекции для ДО. Для создания фрагментов видео-сопровождения дисциплины применялся редактор MS Power Point и использовались части уже готового ЭКЛ. Создан ряд видео-

фрагментов: Планетарная модель атома, Объекты Вселенной, Молекулярные основы жизни, Фракталы (длительностью по 18-24 мин.). Видеофрагменты представляют собой последовательность слайдов, сопровождаемую закадровым комментарием автора фильма. При отсутствии на экране человека на первый план выходит интонация и построение устной речи диктора. В видеофрагментах для очного обучения, предназначенных для показа во время лекции, с последующим дополнением или дискуссией по теме фильма, съемки автора в студии не производились. Другое дело - создание более продолжительных видеолекций для ДО длительностью 45 минут или более. С дидактической, психологической и эмоциональной точек зрения в таких видеослайд-лекциях необходимо присутствие собеседника - лектора на экране телеприемника. Поэтому, при производстве видеолекции для ДО введение производит лектор, съемки которого производятся в видеостудии ИДО. Лектор вновь появляется на экране при обсуждении принципиальных и проблемных моментов, комментируя ход предъявления материала, а также при подведении итогов лекции. Это позволяет создать в аудитории атмосферу психологического контакта обучаемых с лектором, переключать внимание аудитории, управлять сменой типов мышления (эмоционально-образного и рационально-логического).

• Компьютерный практикум моделирования процессов движения. Владение принципами и элементами методики компьютерного моделирования является одной из самых существенных черт методологической культуры выпускника вуза. Практика моделирования вбирает в себя и другие компоненты этой культуры: постановку измерений, планирование эксперимента, формализацию, анализ и абстраги-

рование. Все это вместе дает работу рефлексивному аппарату сознания человека, развивает интеллект студентов. В этом виде учебных занятий как нигде наглядна непосредственная связь между знаниями и методикой его получения, очевидна и возможность перехода процесса обучения в самообучение. Помимо сказанного, на практикуме закрепляется навык четкого и наглядного представления графической информации, с учетом гуманитарных аспектов профессиональной культуры.

Разработанный на кафедре общей физики ТПУ практикум [2, 3] содержит программное обеспечение, описание восьми компьютерных работ и методику их выполнения. Целью практикума является моделирование и анализ линейных, нелинейных и бифуркационных процессов движения или изменения состояния простых физических систем, а также статического электрического поля. На сравнительно простых компьютерных моделях изучаются различные типы динамики систем и методы анализа, широко используемые в современном естествознании.

Теоретические сведения, приведенные в описаниях, вполне достаточны для самостоятельной работы студентов и понимания сути процессов без обращения к дополнительной учебной литературе. Работы рассчитаны на выполнение в течение одного академического занятия в компьютерном классе или на персональном компьютере студента дома. Программное обеспечение на 3,5» дискете прилагается к печатному изданию [3] или копируется заинтересованными студентами на кафедре в компьютеризованных физических лабораториях.

• Система программно-педагогических тестовых заданий для определения уровня учебных достижений. Студенты, обучающиеся в ИДО, проходят тестирование по дисциплине КСЕ с

помощью системы заданий (более 250), имеющихся в электронном учебном пособии. Она же используется для студентов очного обучения.

• Web-версия курса лекций. Для подготовки к реализации дистанционной технологии экспорта учебной дисциплины КСЕ через сеть Интернет электронный вариант учебного пособия был размещен на сервере Института дистанционного образования. В процессе подготовки к размещению на сервере ИДО материал двух изданных пособий по КСЕ [4, 5] был разбит на недельные дозы. Для каждой из них составлены задания по самостоятельной познавательной деятельности (от 5 до 12), причем в базу системно-дидактических заданий были включены задания, придуманные самими студентами для взаимного контроля, они особо отмечены в перечне вопросов. Подобраны иллюстрации и материал хрестоматии (фрагменты оригинальных статей, цитаты из периодических изданий - то, что актуально для сегодняшнего дня). Затем весь текстовый и иллюстративный материал был переведен на язык HTML с помощью редакторов Front Page и Adobe Photoshop. Каждая из 17 доз должна быть доступна студентам в течение ограниченного времени - в соответствии с календарным планом изучения дисциплины. Поскольку не все учащиеся (заочники) приступают к работе одновременно, в начале каждой дозы, в верхней части страницы расположен анимированный рисунок аннотации «С чего начать?». Чтобы стимулировать неоднократное обращение к материалу пособия, предлагается трехуровневое ознакомление с каждой недельной дозой (не обязательно за один сеанс связи с сервером).

Следует отметить, что при подготовке сетевой версии учебного пособия были использованы многие материалы электронного конспекта лекций. В ча-

стности, в виде слайдограмм включались иллюстрации, импортированные с компакт-дисков и дополнительно обработанные, а также доступные по сети Интернет.

С целью оборудования современной аудиторно-технической базы очного и дистанционного обучения на кафедре общей физики создана связка двух поточных мультимедийных аудиторий, оснащенных лекционными компьютерами, аудиовидеотехникой и вводами оптоволоконного кабеля для связи с Интернетом, организована работа двух дисплейных классов Macintosh, созданы две компьютеризированные физические лаборатории, завершается проект создания Web-сервера. Их полноценное использование, с одной стороны, позволяет использовать инновационный компонент ПМК дисциплин кафедры, а с другой - предъявляет новые требования к педагогическому персоналу. Значительно изменяется направленность работы преподавателей (поиск информации в Интернете, использование техники обработки графического иллюстративного материала, подготовки электронного конспекта лекций-презентаций и т.д.). В недалеком будущем техноло-

гии дистанционного и асинхронного самообразования во все возрастающей мере будут теснить традиционные формы очного образования. К этому необходимо готовиться уже сегодня.

Литература

1. Вадутов О.С, Кузнецов А.В, Стародуб-

цев В.А, Федоров А.Ф, Шмырин И.С. Модульная технология проектирования электронных пособий для открытого образования // Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании.- М., 2001.- С.102-105.

2. Стародубцев В.А, Малютин В.М, Чернов И.П. Методические аспекты использования ПК IBM и Macintosh при постановке вычислительных экспериментов в физическом практикуме //Известия вузов. Физика. - 1996. -№7. - С.82-86.

3. Стародубцев В.А. Компьютерное сопровождение курса Концепции современного естествознания: Практикум. - Томск, 1998.

4. Стародубцев В.А. Введение в современное естествознание: Учебное пособие.-Томск, 1999.

5. Стародубцев В.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие.-Томск, 1998.

Г. БОКАРЕВА, профессор А. ПОДРЕЙКО, доцент Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота

Главной задачей педагога, работающего в техническом вузе, является формирование у обучаемых инженерного мышления.

Чем инженерное мышление отличается, например, от научного? Как известно, цель естествознания - позна-

Персональный компьютер в подготовке инженеров

ние природы, назначение же инженерного мышления - создать, построить, сконструировать и довести технический замысел до предметной реализации. Поэтому инженерное мышление является принципиально системным и деятельностным. Опираясь на научное