Опыт использования виртуальных кейс-технологий при самостоятельном проведении лабораторного эксперимента

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ КЕЙС-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ САМОСТОЯТЕЛЬНОМ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Алексей Александрович Баранов, соискатель,

Иван Иванович Сапрыкин, соискатель,

Дмитрий Андреевич Елисеев, соискатель, Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы

МЧС России

Аннотация

В статье рассматривается возможная структура проведения расчетно-лабораторного занятия увеличенной продолжительности. Сформулированы принципы формирования содержания комплексного расчетно-экспериментального задания. Анализируются результаты педагогического эксперимента по использованию виртуальных технологий проведения лабораторного эксперимента по дисциплине «Термодинамика и теплопередача» в учебном процессе СПб университета ГПС МЧС России.

Ключевые слова: лабораторный эксперимент, виртуальные технологии, расчетноэкспериментальное задание, интерактивный план-график, теплофизическая лаборатория, фронтальный метод, педагогический эксперимент.

THE EXPERIENCE OF IMPLEMENTING THE VIRTUAL CASE-TECHNOLOGIES UNDER INDEPENDENT CARRYING OUT OF LABORATORY

EXPERIMENT

Alexey Aleksandrovich Baranov, the competitor,

Ivan Ivanovich Saprykin, the competitor,

Dmitry Andreevich Yeliseyev, the competitor The St.-Petersburg University of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Measures of Russia

Annotation

The article goes into the possible structure of carrying out the calculated laboratory research with increased duration. The principles of formation of content of the complex calculated experimental task have been formulated. The results of pedagogical experiment on using the virtual technologies of carrying out the laboratory experiment in discipline «Thermodynamics and heat transfer» in educational process of St.-Petersburg University of state fire service of the Ministry of Emergency Situations of Russia are analyzed.

Keywords: the laboratory experiment, the virtual technologies, calculated and experimental task, the interactive plan-schedule, the thermophysical laboratory, the face-to-face method, the pedagogical experiment.

Китайская мудрость гласит: «Скажи мне - и я забуду; покажи мне - и я запомню; дай мне действовать самому - и я научусь». Этот педагогический принцип сохраняет свою актуальность до сих пор. В вузах МЧС России лабораторные работы (во взаимодействии с другими методами изучения фундаментальных и технических наук) всегда были основой пожарно-технического образования, так как профессиональная компетентность будущих сотрудников Государственной противопожарной службы (ГПС) предполагает формирование умений и навыков, связанных с измерением величин технических параметров и обработкой результатов этих измерений.

Однако специфика пожарно-технического образования предполагает изучение физических и химических процессов, протекающих достаточно продолжительное время (например, прогрев строительных конструкций или самовозгорание), при этом применение виртуальных моделирующих комплексов требует адекватной продолжительности лабораторных занятий, что не всегда может вписаться в современные динамически насыщенные планы обучения. Решением указанной проблемы могло бы быть временное масштабирование моделируемых процессов, а также проведение комплексных расчетно-экспериментальных занятий продолжительностью 6 академических ча-

сов, в течение которых:

- моделировался физико-химический процесс во временном масштабе, максимально приближенным к естественно протекающему процессу;

- было выполнено достаточное количество измерений, позволяющее получить необходимый навык их проведения;

- возможные промежутки времени между измерениями эффективно использовались для выполнения расчетной части комплексного задания.

Для успешного решения накопившихся противоречий, связанных с организацией и проведением лабораторных экспериментов в рамках расчетно-лабораторного занятия, необходимо:

- провести анализ исследований по разработке дидактических средств в области виртуального лабораторного эксперимента, позволяющих повысить эффективность обучения в вузах МЧС России;

- разработать модель организации расчетно-лабораторного занятия для курсантов вуза МЧС России, включающую в себя расчетную и экспериментальную фазы;

- сформировать оптимальную схему проведения расчетно-лабораторного занятия;

- разработать оптимальную структуру и произвести программную реализацию программно-компьютерных комплексов, а также необходимую методическую поддержку, позволяющую курсантам и студентам выполнять лабораторные эксперименты;

- определить пути и методы интенсификации занятий за счет более качественной подготовки курсантов и студентов путем внедрения в педагогическую практику индивидуальных комплексных заданий, содержащих как расчетную, так и экспериментальную компоненты.

В ходе проведения констатирующего эксперимента был произведен анализ возможных вариантов организации расчетно-лабораторных занятий увеличенной продолжительности в вузах МЧС России, на основании которого построена система принципов формирования содержания индивидуального комплексного расчетноэкспериментального задания, содержащего как расчетную, так и экспериментальную компоненты и позволяющего обеспечить самостоятельную работу курсантов в режиме групповой работы с лабораторными вычислительными комплексами. Результаты анализа представлены в таблице 1.

Организация эффективного проведения расчетно-лабораторных занятий увеличенной продолжительности предполагает распределение ресурсов вычислительного комплекса, используемого для проведения виртуального эксперимента, при поочередном получении исходных данных индивидуальных расчетных заданий и их выполнении. Таким инструментом может быть специальный интерактивный график, встроенный в управляющую оболочку виртуальной теплофизической лаборатории и позволяющий обеспечить оперативный переход различных членов бригады к различным этапам выполнения комплексного расчетно-экспериментального задания.

Схема организации расчетно-лабораторного занятия увеличенной продолжительности представлена на рис. 1.

Структурная схема интерактивного графика выполнения индивидуальных комплексных расчетно-экспериментальных заданий бригадой из двух курсантов представлена на рис. 2.

В ходе констатирующего этапа эксперимента были опрошены 24 курсанта 3 курса инженерного факультета с целью определения возможности доступа к персональным компьютерам (ПК) и готовности использования ПК для выполнения комплексных расчетно-экспериментальных заданий.

Таблица 1

Формирование содержания комплексного расчетно-экспериментального задания

№ Принципы формирования содержания комплексного расчетноэкспериментального задания Способ реализации

1 Содержание комплексного задания должно основываться на том, что курсанту или студенту предоставляется полная совокупность образовательных услуг (организационных, методических, теоретических, практических, экспериментальных, консультационных и пр.), необходимых и достаточных для самостоятельного выполнения задания при минимальной консультационной поддержке преподавателя. Комплексный подход к объектам моделирования

2 Содержание комплексного задания предполагает, что в каждой предметной области изучаются не натурные образцы и процессы, которые могут иметь большие габариты и энергопотребление, а их виртуальные модели. При этом, если в процессе виртуальных преобразований не были нарушены критерии подобия, то реальные и изучаемые на виртуальных моделях процессы и образцы полностью подобны и никакого искажения процедуры изучения данной предметной области не происходит. Виртуальное отображение объектов моделирования

3 Содержание комплексного задания должно позволять легко наращивать и изменять конфигурацию виртуальной лаборатории в зависимости от содержания рабочей программы для данной специальности. В такой структуре каждый объект изучения или группа однородных объектов, образующих раздел учебной дисциплины, реализуется в виде типового объектного модуля. Набор таких типовых объектных модулей образует полный виртуальный комплекс по данной учебной дисциплине, который программно выполняется в виде единого программного продукта. Блочномодульная структура виртуальной лаборатории

4 Содержание комплексного задания должно предусматривать, что программная реализация каждого объектного модуля производится в виде отдельной процедуры, что обеспечивает автоматизированный выбор объекта моделирования и формирование его необходимой конфигурации в соответствии с индивидуальным заданием курсанта или студента, настройку его параметров и режимов работы, многоканальный автоматизированный контроль входных и выходных показателей, предварительную обработку результатов экспериментального исследования и формирование расчетной части задания. Интеллектуализация объектных модулей

5 Содержание комплексного задания должно учитывать, что оснащение каждого интеллектуального объектного модуля программно-техническими средствами сетевого обмена данными будет позволять как совместный, так и поочередный доступ выполняющих виртуальный эксперимент к программно-аппаратному комплексу для успешного выполнения задания непосредственно в ходе проведения расчетно-лабораторного занятия. Коллективный доступ курсантов к ресурсам, обеспечивающим процесс моделирования

Результаты опроса позволяют сделать следующие выводы: многие из курсантов имеют возможность доступа к ресурсам ПК и готовы использовать эти ресурсы. Условием использования ПК при самостоятельной учебной работе во внеаудиторный период является наличие соответствующего русифицированного программного продукта, имеющего разветвленную контекстную помощь. Результаты опроса приведены в таблице 2.

Рис. 1. Схема организации расчетно-лабораторного занятия

Рис. 2. Структурная схема интерактивного графика

Таблица 2

Результаты опроса курсантов по использованию ПК___________________

Возможность доступа к ПК Контингент

Петербуржцы Иногородние Вся группа

Всего % Всего % Всего %

Дома 8 89 3 21 11 48

Общежитие 0 0 5 36 5 22

Подразделения 1 11 2 14 3 13

У друзей 0 0 0 0 0 0

Интернет-кафе 0 0 2 14 2 9

Итого 9 100 12 85 21 92

Анализ результатов эксперимента показывает, что применение виртуальных технологий во время проведения лабораторного эксперимента и выполнения комплексных расчетно-экспериментальных заданий дает существенный эффект, прежде всего, в части соблюдения графика выполнения лабораторных и расчетных работ. Это положительно сказывается и на выполнении самостоятельных работ по другим учебным дисциплинам.

Контрольный опрос проводился независимыми экспертами через 14 месяцев после окончания изучения дисциплины «Термодинамика и теплопередача» в рамках подготовки к дистанционному тестированию.

Методами математической статистики были вычислены среднеквадратические отклонения распределения баллов контрольного опроса: Бэ = 0,72 по разделу «Теория теплообмена»; Бк =1,29 по разделу «Техническая термодинамика».

Уменьшение среднеквадратичного отклонения и смещение центра распределения в сторону более высоких баллов объективных показателей остаточных знаний по результатам изучения раздела «Теория теплообмена», по сравнению с результатами изучения раздела «Техническая термодинамика», позволяет сделать вывод об эффективности использования виртуальных технологий при выполнении комплексных расчетно-экспериментальных заданий на расчетно-лабораторных занятиях увеличенной продолжительности.

После обработки результатов контрольной проверки установлено, что показатель эффективности возрастает по мере увеличения промежутка времени между окончанием изучения учебной дисциплины и измерением остаточных знаний. Так, средний показатель эффективности непосредственно после окончания изучения дисциплины был равен 8=1,07, через 14 месяцев этот показатель возрос до 8=1,12. Разница в средних баллах экспериментального и контрольного этапов педагогического эксперимента возросла за этот же промежуток времени с 0,11 до 0,20.

На основании проведенных исследований установлено следующее:

1. Изучение отечественного и зарубежного опыта позволяет сделать вывод, что необходимое качество подготовки специалистов в вузах МЧС России может быть достигнуто, в том числе, проведением фронтальных расчетно-экспериментальных занятий повышенной продолжительности.

2. Тематика комплексных расчетно-экспериментальных заданий применительно к особенностям обучения в вузе МЧС России должна:

1) быть максимально приближенной к предполагаемой области практической деятельности обучаемых;

2) позволять осуществлять поэтапный непосредственный и дистанционный контроль самостоятельной работы над комплексным расчетно-экспериментальным заданием со стороны преподавателя;

3) поддерживать число вариантов не менее числа обучающихся по данной специальности в вузе, что является необходимым условием обеспечения эффективной самостоятельной работы над комплексным расчетно-экспериментальным заданием.

3. При разработке учебно-методических материалов, поддерживающих виртуальные технологии организации работы над комплексным расчетноэкспериментальным заданием, необходимо учитывать, что:

1) эффективным средством активизации учебно-познавательной деятельности курсантов и студентов является применение автоматизированного рабочего места курсанта с интегрированной виртуальной лабораторией;

2) при формировании структуры автоматизированного рабочего места курсанта желательно обеспечить резидентное нахождение интерактивного графика выполнения комплексного расчетно-экспериментального задания, для чего можно использовать фреймы;

3) варианты выхода на основные компоненты автоматизированного рабочего места курсанта целесообразно максимально дублировать через гиперссылки между его

отдельными составляющими.

4. Экспериментально доказано, что использование сформированного комплекта методической документации и соответствующего программно-компьютерного сопровождения повышает эффективность фронтальных расчетно-экспериментальных занятий увеличенной продолжительности по дисциплине «Термодинамика и теплопередача».

ЛИТЕРАТУРА

1. Акимов, М.Н. Самоконтроль при обработке на ПЭВМ результатов теплофизического эксперимента / М.Н. Акимов, А.А. Кузьмин // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы совершенствования профессиональной подготовки и переподготовки кадров». - М.: 2000. - С. 46-47.

2. Артамонов, В.С. Виртуальная теплофизическая лаборатория. Лабораторный практикум. / В.С. Артамонов, А.А. Кузьмин, А.И. Белявцев. - СПб: СПб университет МВД России, 2001.

3. Баскин, Ю.Г. Метод априорной оценки эффективности учебных занятий в группах с различными социально-психологическими характеристиками. / Ю.Г. Баскин, А.А. Грешных // Вестник Санкт-Петербургского института Государственной противопожарной службы МЧС России. - 2005. - №1.

Контактная информация: a_bolotin@mail.ru

ИНТЕГРАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА НА ЭТАПАХ МНОГОЛЕТНЕЙ ПОДГОТОВКИ СПОРТСМЕНОВ 12-18 ЛЕТ В СИЛОВОМ ТРОЕБОРЬЕ

Сергей Михайлович Гузь, кандидат педагогических наук,

Карельский государственный педагогический университет (КГПУ),

г. Петрозаводск

Шайкат Закирович Хуббиев, доктор педагогических наук, профессор,

Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,

Аннотация

В статье представлены материалы исследований, посвященных вопросам интегративного подхода к применению средств и методов развития силы на этапах многолетней подготовки спортсменов 12-18 лет в силовом троеборье. Особое внимание уделяется взаимосвязи объема и интенсивности тренировочных нагрузок с учетом возраста и квалификации занимающихся.

Ключевые слова: средства и методы развития силы, объем и интенсивность тренировочных нагрузок в силовом троеборье.

THE INTEGRATION OF SEPARATE COMPONENTS OF TRAINING PROCESS AT THE STAGES OF MANY-YEARS TRAINING OF 12-18 YEARS OLD ATHLETES IN POWER-LIFTING

Sergey Mikxailivich Guz’, the candidate of pedagogical sciences,

The Karelian State Pedagogical University Petrozavodsk

Shaykat Zakirovich Khubbiev, the doctor of pedagogical sciences, the professor,

The Herzen State Pedagogical University of Russia St.-Petersburg

Annotation

The article represents the materials of the research reflecting the issues of integrative application of means and methods for the developing the load-bearing capacity at different stages of many-years training of 12-18 years old athletes in power-lifting. Special attention is given to the interrelation between scope and intensity of training load in accordance with the age and qualification of the ath-