Создание мультимедийного программно-методического обеспечения по физике для самостоятельной работы студентов

СОЗДАНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ Р.В. Койнов, К.А. Колмогоров, С.К. Стафеев

Введение

Основной задачей для создания мультимедийного программно-методического обеспечения по физике служит необходимость появления максимально доступного для широкой аудитории пользователей пакета демонстрационных программ, виртуальных лабораторных комплексов, конспектов лекций и т.д. Причины обусловлены тем, что в последнее время происходит сокращение числа аудиторных лекционных занятий и учащиеся вынуждены заниматься самообразованием. Существует несколько путей по созданию программных продуктов такого рода. Также необходимо принять во внимание, что изучаемый предмет, а именно - физика, требует специфического подхода при создании демонстрационных программ и виртуальных лабораторных практикумов. Создатели мультимедийного программно-методического обеспечения по физике должны будут уделить особое внимание подготовке различных демонстраций, иллюстраций и моделей, так как точность их отображения важна для уровня усвоения изучаемой информации и качества учебного процесса.

При подготовке этой статьи было рассмотрено мультимедийное программно-методическое обеспечение по физике, созданное с применением различных способов и средств как в СПб ГИТМО (ТУ), так и в других вузах и сторонних коммерческих организациях.

Рассмотрим две основные платформы, на которых реализуется мультимедийное программно-методическое обеспечение по физике для самостоятельной работы студентов.

Принимая во внимание специфику изучаемого предмета и способа его изучения (самостоятельное), можно вывести некоторые общие требования, которым должно удовлетворять предлагаемое мультимедийное программно-методическое обеспечение.

• Желательно, чтобы системные требования, которые предъявляет мультимедийное программно-методическое обеспечение к машинным ресурсам пользователя, были достаточно разумны, так как не всякий может себе позволить регулярное обновление своего домашнего компьютера.

• Интерфейс создаваемого мультимедийного программно-методического обеспечения должен быть простым и доступным для восприятия пользователями. Цветовая палитра должна быть подобрана таким образом, чтобы взгляд не рассеивался по экрану монитора, а мог сразу находить на экране нужную информацию.

• В продукте должно соблюдаться разумное равновесие между теоретической информацией, иллюстрациями различного рода (анимации, видеофрагменты, статические изображения), историческими справками, если таковые возможны.

• Создаваемое мультимедийное программно-методическое обеспечение должно иметь в обязательном порядке звуковое сопровождение подаваемого материала, так как нельзя недооценивать роль человеческой речи в процессе усвоения материала.

• Необходимо учитывать, что восприятие больших объемов исключительно текстовой информации с экрана монитора является довольно утомительным процессом.

• Предлагаемые к самостоятельной проработке задания должны быть отобраны и подготовлены специальным образом, дабы не вызвать неразрешимых затруднений у учащегося.

• Если мультимедийное программно-методическое обеспечение создается для использования в сети Internet, то желательно предусмотреть в нем наличие обратной

связи не только с разработчиками, но и с педагогом, чтобы учащийся смог получить посильную помощь при изучении предмета.

В последнее время наибольшее распространение получили две формы реализации мультимедийного программно-методического обеспечения: Internet ресурсы различного вида и программные продукты на CD-ROM носителях. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого из них.

Программные продукты на CD-ROM носителях

Создание мультимедийного программно-методического обеспечения на CD-ROM носителях автоматически подразумевает их автономность в применении. Обладая возможностью содержать достаточно большие объемы информации, CD позволяют разместить на них, кроме дидактического материала, также различные видео- и аудио-фрагменты, которые способствуют более полному усвоению информации учащимся, а также помогают повысить привлекательность учебного процесса.

Применение CD позволяет создавать полностью интерактивные продукты, что дает возможность получить различные формы взаимодействия пользователя и системы, регулировать уровень сложности предлагаемого материала, создавать мультиязыковые платформы.

Чаще всего средой для создания мультимедийного программно-методического обеспечения на CD-ROM носителях служат различные высокоуровневые языки программирования, в особенности объектно-ориентированные (Delphi, C++ Builder, Visual Basic и т. д.).

Последние версии языков высокого уровня дают в руки создателей мощный инструментарий по моделированию и демонстрации различных физических явлений. Развитый математический аппарат программных пакетов позволяет получать максимально приближенные к реальности модели, что особенно актуально для моделей, демонстрирующих явления атомной и квантовой физики, оптики. Средства отображения графической информации позволяют получить достаточно высокий уровень точности при моделировании различных оптических явлений.

Типичным примером разработок такого рода является пакет моделирующих программ по оптике (интерферометр Майкельсона, кольца Ньютона, цветосинтез) созданных Кабинетом физических демонстраций при МГУ (рис. 1). Средой для создания этого пакета послужил объектно-ориентированный язык Delphi. Каждая из моделей позволяет пользователю изучить явление при различных значениях вводных данных, специально предусмотренная панель отображает все изменения, которые происходили бы с изображением, если бы пользователь работал не с моделью, а с реальным изображением. Для повышения качества усвоения материала параллельно с отображением изображения предусмотрено построение графика интенсивности.

Другим примером разработок такого рода является продукция ООО "Физикон" -цикл образовательных CD по физике под общим названием "Открытая физика". Учебный компьютерный курс соответствует программе курса физики общеобразовательных учреждений России. Он содержит большое количество компьютерных моделей физических явлений, несколько десятков видеозаписей натурных экспериментов и звуковое пояснение основных моментов. В курс также включены контрольные вопросы и задачи, причем предусмотрена компьютерная проверка полученных ответов. Интерактивный диалог и наглядная визуализация физических экспериментов позволяет углубленно изучать физические явления.

В последнее время появилась возможность не создавать продукт с нуля, а воспользоваться различными шаблонами, заготовками, конструкторами компьютерных обучающих программ (КОП) и т. д. Несомненным достоинством такого подхода является то, что возможность создавать мультимедийное программно-методическое обеспечение по

физике получает напрямую педагог, без привлечения программистов со стороны. Таким образом, создатель продукта не отвлекается на создание программного кода, а все свои усилия тратит на подбор и компоновку материала. Однако подобные системы обладают одним существенным минусом -низкой гибкостью в создании алгоритмов обучения, что влечет за собой относительно низкую интерактивность программных продуктов.

Рис. 1. Модели, созданные Кабинетом оптических демонстраций

Основным недостатком мультимедийного программно-методического обеспечения по физике, созданного на CD-ROM носителях, служит их ограниченность по тиражу распространения. Возможны такие ситуации, когда студент просто будет не в состоянии приобрести интересующий его образовательный CD.

Программные продукты, созданные с применением Интернет-технологий

Основным достоинством программных разработок такого рода является их теоретическая общедоступность для широкой аудитории пользователей. Другим неоспоримым преимуществом такой платформы является то, что современные средства создания мультимедиа Интернет-приложений позволяют пользователю запускать программу не у себя на компьютере, а на стороне сервера, что значительно экономит место на винчестере обучающегося.

Кроме того, применяя Flash-технологии, можно добиться довольно высокой степени интерактивности программного продукта, так как его создатели ограничены только емкостью винчестера сервера, которая во много крат больше емкости CD.

Создание мультимедийного программно-методического обеспечения в виде Интернет-ресурсов подразумевает наличие ссылок на подобные ресурсы, что позволяет пользователю получить доступ к дополнительным объемам информации, если он ощущает нехватку оной. Таким образом, исключается необходимость включения в программную разработку объемных справочных ресурсов.

Существует большое количество различных средств разработки приложений для Интернет. Каждое из них имеют свои достоинства и недостатки.

Самым простым средством создания является HTML (рис. 2). Неоспоримым достоинством языка HTML является его простота реализации текстовых ресурсов всемирной сети Интернет. В его основе лежит гипертекст - это обыкновенный текст, содержащий ссылки, которые ассоциированы с определенными ключевыми словами и фразами и содержат дополнительную информацию о них. Функцией ссылок является связывание одной WWW-страницы (файла) с другой. Ссылки могут быть "спрятаны" за графическим интерфейсом, приближающим WWW-документ к мультимедиа-презентациям. Минимальной целью HTML является представление форматированного текста, гипертекстовых ссылок и простой графики, повышающей наглядность текста.

При помощи HTML возможно создание форм для получения обратной связи с пользователем, для поиска информации в пределах WWW-сервера. Когда пользователь заполнил форму и отправил ее обратно на сервер, в процесс включаются командные файлы, так называемые CGI-BIN-сценарии (скрипты). Созданные на языках Perl, С и других, эти мини-программы действуют "за сценой", генерируя отклики на пользовательские запросы

Среди недостатков HTML можно указать следующие. Первый - в классическом HTML отсутствуют средства, которые дают возможность использования данных из внешних источников (баз данных). Из-за этого на сегодняшний день в сети Интернет существует пугающее разнообразие интерфейсов для связи баз данных с содержимым динамических страниц. Все эти приложения выполняются на стороне сервера, значительно перегружая и без того уже дрожащие от избыточного трафика линии связи. Второй - производители различных Web-браузеров в стремлении повысить объемы их продаж с каждой последующей версией программы добавляют поддержку новых, "незаконных" тегов и атрибутов.

Помочь обогатить HTML документ различными дополнениями могут так называемые скриптовые языки (Java Script или VB Script). Применяя их, создаются специальные подпрограммы, которые интегрируются в основное тело HTML документа и позволяют производить различные действия: реагирование экрана ("встряска") при наведении курсором мыши на какой-либо объект, обрабатывание кнопок, примененных

в документе, и т.д. С применением скриптов оказалось возможным работа с файлами, т. е. пользователь получает некую возможность интерактивного взаимодействия с документом.

й м J з!  S

'l.HLHuU'lHlhlU1. ,'>j

¡"1—f» SS^TVJI H.irid 1

Ec№ on u:Tit  in an i a: ичццгся тгс:пи hckdxdc h it.1 -*сгэг <].>£ л i t>i и»?П^мии! P ч|>ил1Щ TK МЛФ4Ф ФТ -US byft t &

* гдаИйА, опп™«чтч рпзчОстъ i«nt I» н

фиш сдвиг I iT iid зависят от вдврди чат   iс г::'П  г :.l-,[,<i.- ].н ^Н^ИФЧ dtnttFt jфана J

ГЪочИНИЙ ЮЕТППМ^ "PTiW «ДСТЪ порг/inmwoi» ZGI^l

подгону f,?? L,t гт: KVTriHui BCICAI аь-поггеюгер yj'cu'P HMCi'HT'va

hHjU'VlltnKl (UllViiir, DTCk*144M (.ф^ниИпфР!»' Л CMJ]

Ар^ажфмф pfld

л нфр з .1 hi Лнишчн|(р lip -Hi ikhs :ct ,ip u<] mwey, ютрю tipiH+civi >ry

iWTrtj* I |Um4№ [Kit ПЙГФ«*Ч»4 P n UC-flFu irp*Mrir-t* r^h>H >if(nJ«|iM4Ji" i, -ft ПНрЛ «щ* -9 A^rf-pd iil"-" В г: 5пг._ t.n j- lik л/-»».

r^w^ou. *Ф ftno* екчус» и ^f^B ^efM»^-

нагл1 Ol-tl -ia »фан с »hi уло : i a- радн-м-ни. Tbit;l хвркгчрмьк

lu'Ilh'prH 1 Kk мрна НврНННМ ¿*e»Ij» iinjlil ГфИИО ПрйГКИМ^Ю-Шклм^Н yiibf

н рКСТМи*«' L 44« t Г ль f,1 результат ¿.'ар^цнл i эир'чгс e с Da n: заакенг от iScci" etcdhi p<uu ,y|v члк м 11Л1К P. Л ЛМ^КГпН) йЛр1*сЛАФПА fif ui ijJrti II Пй Д.вс ФЬ l(.H(«l 44 «Сф44нн?ф1фи £ф ; Шннр* f рффь VTKMp РФ*'* »

и nr:i ic ' ист/ ak e Dark ртс ejiieotd mi^^tii-ui рнп-^ных ат:(-р:т ч-.

Па VfHM V.ID vdLHIjn1M»i*i4^H 1Ш1МНП 4iL 1« н OCUCTA ¿пфр iciprv 4|:riyn йЦитрн

Щfp ЩЦФ  нфЛН ( cif L ффф И «ПЬ-чф|ф1 (i HUmCti

HDCKKTirCM Л.'-:Г.1Ю уИ^ГЧ^ч ilE lKt ПО Mtpe УШЬГЕПМ lCim Г гт-.' С K1T0V фС*уСНвГ[» ptKjCTBPhriA ' Ммгш Д нфр I i.^iih Hi.li' ЗВДЭЧК Н ПЫ flpufefilUthri^

— U.

я- ]г Щ

Рис. 2. Пример конспекта лекций по оптике, созданного с применение HTML

Типичным примером продуктов, созданных с применением HTML, являются различные конспекты лекций. Возьмем для примера электронный конспект лекций по оптике. Весь экран делится на несколько основных частей: теоретическая информация,

краткая историческая справка, иллюстрации. Сверху, для удобства пользователя, предусмотрена панель навигации, позволяющая осуществлять перемещение между лекциями, также предусмотрена возможность перехода внутри лекции.

Материалы лекций структурированы и подобраны таким образом, чтобы пользователь мог при необходимости их распечатать и воспользоваться ими как обычным конспектом.

Следующим видом технологии являются Java-апплеты. Хотя они и пишутся на языке Java, они отличаются от скриптов. Апплет представляет собой небольшую программу, загружаемую с WWW-сервера, браузер подгружает их так же, как и любой файл. Апплеты позволят ввести идентификацию пользователя, стало возможным создание различных on-line тестов, которые позволяют произвести как итоговый, так и текущий контроль усвояемости знаний обучаемого, также апплеты позволяют создавать виртуальные лабораторные комплексы. Работая с таким комплексом, обучаемый самостоятельно собирает лабораторную установку у себя на экране монитора. Такой подход позволяет значительно обогатить процесс дистанционного или самостоятельного обучения. При использовании специальных графических средств апплеты позволяют продемонстрировать некоторые оптические явления.

Несмотря на такое количество достоинств, Java-апплеты не лишены своих недостатков. Первый - хороший апплет занимает большой объем, по этой причине он будет слишком долго загружаться с сервера на машину пользователя, что крайне нежелательно по причине слабой пропускной способности отечественных коммуникационных линий. Второй - интерфейс, создаваемый с помощью апплетов, стандартен, невозможно создать достаточно красивые приложения. Третий - с помощью апплета можно соединиться только с сервером-источником оного, если вы попытаетесь произвести пересылку, то у вас просто ничего не выйдет (некоторые программисты, правда, считают, что это достоинство). Четвертый - инструментарий и графические возможности апплетов гораздо беднее, чем у объектно-ориентированных языков программирования.

В качестве примера продуктов с применением апплетов можно привести виртуальную лабораторию сервера optics.ifmo.ru. Зайдя по ссылке, пользователь получает возможность не только просмотреть демонстрацию, но и интерактивно влиять на модель.

Недавно появился третий способ создания мультимедийного программно-методического обеспечения на основе Internet - Flash-технологии (рис. 3). Этот стандарт придуман и внедрен фирмой Macromedia, создателем множества других популярнейших программных продуктов - всем известны редактор HTML Dreamweaver, векторный графический редактор FreeHand и т. д. Flash-технологии позволяют внутри себя создавать анимацию различной степени сложности, использование векторной графики при отрисовке изображений дает возможность достичь максимального эффекта при минимуме затрат. Однако это не означает, что создатель ресурса лишен возможности использования растровой графики. Следующим достоинством Flash-технологий является работа со звуком: при проектировании демонстрационных моделей и виртуальных лабораторий стало реальным звуковое сопровождение различных действий. Причем можно задавать как звуковое сопровождение отдельных событий (нажатием кнопки, наведением курсором мыши на объект), так и фоновый звук (мелодия, речь преподавателя). О качестве звука может сказать то, что при компрессии применяется MP3 стандарт, который используется в настоящее время при создании практически всех звуковых ресурсов сети Интернет. Еще одним неоспоримым достоинством Flash-технологий является возможность создания анимированных кнопок - это открывает широкое поле деятельности для фантазий авторов. Необходимо отметить, что все эти дополнения созданы не в ущерб достоинствам, которыми обладают два рассмотренных выше вида сетевых технологий.

Простота операций по созданию анимации может поспорить с простотой организации языка HTML. Аналогом скриптовых языков является встроенный язык Flash-технологий - Active Script. Обладая практически всеми свойствами Java или VB, этот язык обогащен довольно мощным инструментарием по работе с переменными. С использованием Active Script стало возможным наделение WWW-страниц возможностью самостоятельного реагирования на операции пользователя (построение графиков, создание тестов, трансформация, управляемая действиями пользователя).

1+ lL"h ГЫ

Cmd ЬФ

Электромагнитная Индукция

Lt(t> t fl) _]_ tit] 1 i em 1

Q 0 Hi -ВОЙ -«EJ

S -ItФ It  'ГМ

+ * lu -ИЦ ig -lЛ 7?

-4] <f fl- 14 1 Ml

' в   р * ID _U L!i irt' IU It.K

-ЙЙ1. 1«.  Ш id fit!

и I » HQ IU IW '1

, + 1 )% an* IU in Ей Л

40 j tit ЦП f-» Iw

ГШ > ' +  pf BJT кий

—1 гь я" ш" я id je 14 4CC зн llN

w U4t Hi - № 71

*4* Kg 4 LI* "111«

f) H-U Ni -ffii its -M-M

nil LD Пт. -J ft» I» -JOiS JM -tii'j

-ИК IW- -ilES -¿iW

sU ч

«пП пк пуск ТЕОРИЯ

Рис. 3. Пример моделей, созданных с помощью Flash

При размещении в сети Интернет проявляются еще несколько достоинств Flash-технологий. Первым из них является то, что все рассмотренные возможности умещаются при конечной компиляции в файл с довольно скромными размерами. Вторым достоинством является то, что, по причине закрытости стандарта Flash технологий, качество отображения WWW-страниц не зависит от фирмы -производителя Web-браузера. Третьим достоинством можно назвать степень защиты от взлома сетевого ресурса. В настоящее время отсутствуют реальные средства по взлому WWW-страниц, созданных с применением Flash-технологий. Это достоинство оказывается незаменимым при создании различных тестов, контрольных работ и других средств для удаленного контроля знаний при дистанционном обучении.

Однако, как бы все хорошо ни выглядело, у Flash-технологий есть и свои недостатки. Создатель ресурсов, применяющий только этот вид сетевых технологий при создании мультимедийного программно-методического обеспечения, вынужден отказаться от применения видеофрагментов. Flash-технологии до сих пор не позволяют делать этого. Второй недостаток заключается в том, что Flash-сайты абсолютно неподвластны логическому анализу, по крайней мере, современными средствами поисковых систем, т. е. поисковые машины просто-напросто не могут ""увидеть" сайты, написанные полностью с применением этого вида сетевых технологий. Таким образом, пользователь должен четко знать адрес, по которому располагается искомый ресурс. Выходом из такого положения является разумное комбинирование различных способов создания мультимедийного программно-методического обеспечения для Интернет.

Выводы

Каждая из рассмотренных выше платформ реализации мультимедийного программно-методического обеспечения имеет свои недостатки и достоинства. Довольно трудно определить, какая из них лучше или хуже, для каждого конкретного случая выбор средств и платформы реализации должен осуществляться индивидуально. Лучше всего - комбинирование нескольких подходов, что поможет компенсировать недостатки и получить в итоге оптимальный результат