Система дистанционного образования eLearning server и принцип модульности в организации образовательного процесса

УДК 378.1

С.В. Лещёва, Л.Н. Ерофеева СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ ELEARNING SERVER И ПРИНЦИП МОДУЛЬНОСТИ В ОРГАНИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

В статье затрагиваются возможные пути внедрения модульно-рейтинговой системы в практику образования в условиях его перехода на компетентностный подход. На основе дисциплины «Линейная алгебра и аналитическая геометрия» рассмотрен пример реализации модульной программы в преподавании курса математических дисциплин как способа организации самоуправляемой работы студентов, показано практическое применение системы дистанционного образования е Learning server в организации учебного процесса.

Ключевые слова: компетентностный подход, eLearning server, модульный подход, рейтинговая система.

В Государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования третьего поколения четко закреплена позиция сокращения недельной аудиторной нагрузки и увеличения количества часов, предназначенных для самостоятельной работы студентов.

В российской высшей школе исторически сложилась система организации учебного процесса в виде двух семестрового учебного года с зачетно-экзаменационными сессиями после каждого семестра. Такая система была весьма удобна при большом объеме аудиторных занятий, однако, она теряет свою былую эффективность при сокращении доли аудиторных занятий при сохранении максимального объема общей недельной нагрузки студентов, так как не способствует образованию у студентов навыков самостоятельной работы, формированию их компетенций, как социальных, так и профессиональных. Напрашивается вывод: результат от активной самостоятельной работы студентов при постоянных текущих индивидуальных консультациях с преподавателями может быть получен только в условиях сжатой, компактной формы подачи материала.

Опираясь на опыт работы при обучении студентов заочной формы обучения на базе среднего профессионального образования, где уже реализуется модульный принцип организации учебного процесса, предлагаем рассмотреть внедрение модульного подхода к планированию и организации учебного процесса при очной форме обучения.

Модульная система организации учебного процесса приводит к необходимости регулярной учебной работы студентов в течение всего учебного года, исключая штурм знаний перед сессией и во время нее. Для введения модульного подхода при организации учебного процесса требуются организационные мероприятия, а именно: создание современной учебно-методической и материально-технической базы, обеспечивающей реализацию современных обучающих технологий в учебном процессе; выдвижение научно обоснованных требований к уровню фундаментальной подготовки студентов, компетенций, а также требований к знаниям, умениям и навыкам по конкретным дисциплинам (объем и содержание учебных программ, наличие контрольных работ и курсовых проектов, различного вида домашних работ, рефератов и т. п.), а также высокая мотивация со стороны студентов к обучению, а со стороны преподавателей и администрации вуза - к самоусовершенствованию и самообучению.

Основу модульного подхода составляет взаимодополняющее сочетание дробления транслируемой или осваиваемой самостоятельно информации на модули - определенные части, способствующие не только лучшему ее освоению, но и обусловливающие необходимые требования: использование новых технологий, гибкость, управляемость и динамичность процесса обучения с мобилизацией сил и энергии студента в достижение поставленной цели обучения, что позволяет осознанно подходить к восприятию информации или деятельности, предусмотренной в учебном плане. В то же время заметим, что переход к принципу модульной организации учебного процесса позволяет соответствовать требованиям государственных образовательных стандартов и по объему, и по содержанию, и по уровню подготовки выпускников.

Таким образом, учебный модуль - структурированная часть учебного года, в рамках которой осуществляется преподавание в сжатой форме одной дисциплины или ее тематических частей, при этом на самостоятельную работу студентов отводится большая часть времени, активно используются различные формы текущего контроля. Исследования показывают, что модуль можно рассматривать как программу обучения, индивидуализированную по содержанию, методам обучения, темпу учебно-познавательной деятельности, уровню самостоятельности. Каждый модуль имеет свою дидактическую цель. Этой цели должна соответствовать достаточная полнота учебного материала.

В качестве примера рассмотрим модульную программу по дисциплине «Линейная алгебра и аналитическая геометрия». Программа предназначена для преподавания дисциплины «Линейная алгебра и аналитическая геометрия», относящейся к циклу « Математические и естественнонаучные дисциплины» студентам очной формы обучения по направлению подготовки 080100 « Экономика» (профиль «Экономика предприятий и организаций») и включает четыре модуля.

Модуль 1. Линейная алгебра

ТЕМА 1. Матрицы ТЕМА 2. Определители ТЕМА 3. Системы линейных уравнений ТЕМА 4. Исследование систем линейных уравнений Модуль 2. Векторная алгебра

ТЕМА 1. Векторы и линейные операции над ними. ТЕМА 2. Скалярное произведение векторов. ТЕМА 3 Векторное произведение. ТЕМА 4. Смешанное произведение трех векторов. ТЕМА 5. Собственные числа и собственные векторы. Модуль 3. Аналитическая геометрия

ТЕМА 1. Аналитическая геометрия на плоскости ТЕМА 2. Аналитическая геометрия в пространстве ТЕМА З.Линии и поверхности второго порядка Модуль 4. Комплексный экзамен (зачет).

Целью реализации программы является переход на модульно-компетентностную основу подготовки через формирование общих компетенций

Таблица 1.

Реализация общих компетенций

НАБОР ПРАКТИЧЕСКИЙ УМЕТЬ ЗНАТЬ

И ПЕРЕЧЕНЬ ОПЫТ

ОБЩИХ КОМПЕТЕНЦИЙ

ОК 1 Понятия матрицы и определите-

Культура мышле- Применять извест- Решение ля. Операции над матрицами и

ния, способность ные методы и спо- систем определителями. Свойства опе-

к обобщению, собы решения за- уравнений раций. Способы решения систем

анализу, воспри- дач, анализировать линейных уравнений

ятию информа- полученные ре- Применение Понятие вектора. Определения

ции, постановке зультаты векторной и свойства скалярного, вектор-

цели и выбору пу- алгебры к ного и смешанного произведе-

тей ее достижения решению задач ния

Построение Канонические уравнения кривых

линий второ- второго порядка. Преобразова-

го порядка ния параллельного переноса и поворота системы координат

ОК 2 Решать типовые и Построение Уравнения и виды поверхностей

Логически верно, творческие задания поверхностей второго порядка. Понятие

аргументировано методом па- квадратичной формы

и ясно строить раллельных

устную и пись- сечений. Ис-

менную речь следование вида кривой с использованием квадратичных форм.

Решение за- Понятия: матрица перехода,

дач с эконо- матрица выручки, вектор

мическим со- валового продукта. Линейная

держанием модель обмена. Модель Леонтьева многоотраслевой экономики

ОК 6 Работа с учебной Выбирать Понятия: квадратичная форма,

Стремление к са- документацией нужные мето- собственные значения и собст-

моразвитию, по- ды и способы венные векторы

вышению своей для решения

квалификации поставленных задач

Исследование Теорема Кронекера - Капелли.

систем из т Метод Жордана - Гаусса реше-

уравнений с п ния произвольных систем

неизвестными

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА Модуль 1. Линейная алгебра

Цели:

• иметь представление о роли математики при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин в профессиональной деятельности;

• знать определение определителей второго и третьего порядков, их свойства, понятие обратной матрицы, ранга матрицы, методы решения и исследования систем уравнений;

• уметь находить решение систем линейных алгебраических уравнений матричным способом, методом Крамера, методом Жордана-Гаусса, исследовать произвольные системы линейных алгебраических уравнений;

• иметь опыт применения известных методов и способов решения задач, анализа полученных результатов.

Входной контроль

Мозговой штурм по теме «Основные математические формулы за курс средней школы. Связь математики с общепрофессиональными и специальными дисциплинами». Информационный блок

ТЕМА 1. Матрицы

Матрицы и операции над ними. Обратная матрица. Решение матричных уравнений. ТЕМА 2. Определители

Определители второго и третьего порядков, их свойства. Определители п-го порядка и методы их вычисления. ТЕМА 3. Системы линейных уравнений

Ранг матрицы и методы его определения. Решение систем линейных алгебраических уравнений матричным способом, методом Крамера, методом Гаусса, методом Жордана-Гаусса. ТЕМА 4. Исследование систем линейных уравнений

Исследование произвольных систем линейных алгебраических уравнений. Теорема Кро-некера-Капелли. Однородные системы линейных уравнений. Модель Леонтьева в многоотраслевой экономике.

Практическая работа Матрицы и операции над ними.

Определители второго и третьего порядков, их свойства.

Обратная матрица.

Решение матричных уравнений.

Основная задача межотраслевого баланса

Решение систем линейных алгебраических уравнений методом Жордана-Гаусса. Исследование произвольных систем линейных алгебраических уравнений. Теорема Кронекера-Капелли. Однородные системы линейных уравнений

Самостоятельная работа Вычисление определителей п-го порядка.

Решение систем линейных алгебраических уравнений матричным способом, методом Крамера, методом Гаусса.

Исследование произвольных систем линейных алгебраических уравнений. Примерные темы рефератов.

1. Роль математики в решении экономических задач.

2. Модель Леонтьева многоотраслевой экономики.

Выходной контроль Тестовые задания. Рефераты.

Модуль 2. Векторная алгебра

Цели:

• иметь представление системе координат на прямой, плоскости и в пространстве;

• знать определения вектора; скалярного, векторного и смешанного произведения;

• уметь применять формулы и понятия скалярного, векторного и смешанного произведения в решении прикладных задач;

• иметь опыт решения типичных и творческих заданий; систематизации информации.

Входной контроль

Тестовые задания по теме «Понятие вектора. Элементарные свойства» (программа средней школы).

Информационный блок

ТЕМА 1. Векторы и линейные операции над ними

Системы координат на прямой, плоскости и в пространстве. Векторы и линейные операции над ними. Проекция вектора на ось и ее свойства. Направляющие косинусы и длина вектора. ТЕМА 2. Скалярное произведение векторов.

Скалярное произведение векторов. Свойства. Применение скалярного произведения в решении прикладных задач. ТЕМА 3 Векторное произведение.

Векторное произведение векторов. Свойства. Применение векторного произведения в решении прикладных задач.

ТЕМА 4. Смешанное произведение трех векторов. Смешанное произведение трех векторов. Свойства. Применение смешанного произведения в решении прикладных задач. ТЕМА 5. Собственные векторы и собственные числа. Квадратичные формы. Собственные числа и векторы матриц, их свойства. Характеристическое уравнение и его коэффициенты. Подобные матрицы и их свойства. Симметричные матрицы. Линейные преобразования (отображения) векторных пространств; матрицы линейных отображений в выбранных базисах. Линейные операторы и действия над ними. Задача о собственных векторах линейных операторов. Квадратичные формы, канонический вид квадратичной формы. Линейная модель обмена.

Практическая работа Скалярное произведение векторов. Векторное произведение. Смешанное произведение трех векторов.

Самостоятельная работа Применение скалярного, векторного и смешанного произведения в решении прикладных задач.

Собственные числа и векторы матриц. Квадратичные формы. Линейная модель обмена.

Выходной контроль

Задания в тестовой форме. Расчетные задания.

Модуль 3. Аналитическая геометрия

Цели:

• иметь представление о поверхностях второго порядка;

• знать способы задания прямой на плоскости, плоскости и прямой в пространстве;

• уметь - решать задачи, используя уравнения прямых и линий второго порядка на плоскости и поверхностей в пространстве;

• иметь опыт применения известных методов и способов решения задач, анализировать полученные результаты.

Входной контроль Тестовые задания по теме «Векторы».

Информационный блок ТЕМА 1. Аналитическая геометрия на плоскости

Уравнения линий на плоскости. Различные формы уравнения прямой на плоскости. Угол между прямыми. Расстояние от точки до прямой. ТЕМА 2. Аналитическая геометрия в пространстве

Уравнения плоскости и прямой в пространстве. Угол между плоскостями, угол между прямыми, угол между прямой и плоскость. Взаимное расположение прямой и плоскости. Уравнение поверхности в пространстве.

ТЕМА З.Линии и поверхности второго порядка

Линии второго порядка: окружность, эллипс, гипербола, парабола. Цилиндрические поверхности. Сфера. Конусы. Эллипсоид. Гиперболоиды. Параболоиды. Геометрические свойства этих поверхностей, исследование их формы методом сечений. Применение геометрических свойств поверхностей в решении прикладных задач.

Самостоятельная работа Исследование вида кривой с использованием квадратичных форм.

Геометрические свойства поверхностей, исследование и построение их методом сечений.

Выходной контроль Тестовые задания. Отчет по самостоятельной работе. Модуль 4. Комплексный экзамен

Цель: проверка знаний и умений студентов по дисциплине «Линейная алгебра и аналитическая геометрия».

Контроль Итоговые тестовые задания.

С внедрением новых методов и подходов к образовательному процессу возникла необходимость пересмотра системы контроля качества усвоения учебного материала. Если учебный процесс направлен на развитие у обучающихся навыков логического мышления при принятии решений, связанных с характером предстоящей профессиональной деятельности, то необходимо ввести новые критерии подхода к их контролю. Не секрет, что в российской высшей школе долгие годы весьма благополучно использовались традиционные методы контроля знаний, в которых главная роль отводилась преподавателю. Штурмовщина знаний в период сессии негативно сказывается как на студентах, не давая возможности ни отдыху, ни усвоению знаний в полном объеме, так и на преподавателях, на которых обрушивается поток работ нерадивых студентов за весь семестр сразу. Компьютеризация образования облегчила процесс, высвободила время у лекторов, но не решила главной проблемы контроля - постоянного присутствия преподавателя во время учебного процесса, а значит, она не способствовала активной и ритмичной самостоятельной работе студентов. Что же может помочь в решении этого вопроса?

Оказалось, что модульная система в сочетании с рейтинговым подходом позволяет решить проблему, описанную ранее. Рейтинговая система контроля учитывает всю активную деятельность студентов, связанную с приобретением знаний, умений и других показателей, формирующих личностные качества студента, такие как: участие в научной работе, написание реферата, участие в конкурсах, выступление с докладом на студенческой научной конференции и др. Рейтинговая оценка - суммарное количество баллов, полученное студентами за семестр, позволяет получить оценку за экзамен (зачет). В суммарную рейтинговую оценку включается оценка качества самостоятельной работы студентов (решение индивидуальных

задач) и оценки, полученные на рубежных тестированиях по окончании изучения модулей (табл. 2).

Таблица 2.

Модульно-рейтинговая карта дисциплины

Наименование модуля, виды работ и формы контроля Рейтинг-баллы

минимум 1 s максимум 'jn

Модуль 1 Работа на занятиях 18 6 30 9

Практическая работа 3 5

Тестовые задания 6 11

Реферат 3 1 й 5 оя

Модуль 2 Входной контроль 18 3 28 5

Работа на занятиях 6 9

Тестовые задания 5 11

Самостоятельная работа 3 1 7 8 97

Модуль 3 Входной контроль 1/ 3 2/ 5

Работа на занятиях 3 5

Самостоятельная работа 6 9

Тестовые задания 6 о 8 1 с

Итоговый модуль (зачет)4 Итоговые тестовые задания 8 7 15 15

Текущий рейтинг: 60 100

Шкала соответствия текущего рейтинга и академической оценки

Текущий рейтинг 90 - 100 % Академическая оценка

76 - 89 % 4

60 - 75% 3

Студент имеет возможность по количеству набранных баллов за семестр получить «автоматом» оценку за экзамен (зачет), либо с целью повышения итоговой оценки он выходит на экзамен (зачет).

В качестве сложностей при реализации указанного подхода можно отметить:

• отсутствие современно оборудованных, оснащенных учебных мест,

• значительные затраты времени на разработку учебных программ, на тиражирование материалов;

• некоторая сложность организации учебного процесса.

Но преодоление сложностей зависит в основном от способностей организаторов учебного процесса. В нашем университете существует система дистанционного образования

eLearning Server, которая позволяет решить многие проблемы, указанные ранее. Преподаватель имеет возможность организовать в этой системе свой личный блок (рис.1), в котором может поместить электронный вариант своих лекций (рис.2), различные презентации (рис.3), которые помогут студентам более глубоко изучить материал.

Рис. 1. Личный блок преподавателя

Рис. 2. Пример наполнения теоретического блока

математика (Ерофеева л.н.) Модуль 1: Элементы линейной алгебры

Основные определения

Основные действия над матриц^^и

Огределители( детерминанты) Б Презентация

"Определитель квадратной матрицы"

Элементарные гресбраэованля матрицы

Базисной минер матрицы. Ранг матрицы

а Мэтричньй метод решения систем линейны)! уравнен™

метод

Решение произвольных систем

Теорема Хронекера - Капелги

Метод Гаусса

Математика

Преподаватель > курсы > все курсы

ПРИМЕР ВЫЧИСЛЕНИЯ ОПРЕДЕЛИТЕЛЯ

РАЗЛОЖИМ ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ПО 2-й СТРОКЕ

3 -1 2 --12 3-2

4 2 0 =<-1Г - - - +НГ - - -

7 9 1 - 9 1 7 - 1

= (-1) • (-1 -18) +1  (3 -14) = 19 -11 = В

Рис. 3. Пример наполнения информационного блока

Данная система дает возможность проведения рубежных тестов дистанционно (рис. 4), что существенно экономит аудиторные часы и не требует наличия специализированных аудиторий для проведения компьютерного тестирования.

Рис. 4. Расписание занятий

Заметим, что в зависимости от предоставленного времени на выполнение заданий, которое устанавливает преподаватель, тестирование может выполнять как контролирующую функцию (время ответа на вопрос строго регламентировано), так и обучающую (время ответа не ограничено), когда студент для решения задания может воспользоваться необходимой литературой, и тем самым улучшить знание предмета.

В результате прохождения теста преподаватель и студент получают рейтинг-листы (рис.5), в них подробно отражены результаты тестирования.

©

Доступны роли: - Преподаватель

Опции:

изменить пароль

изменить персоналы*«

еыйти иэ системы

курсы

модули курсов расписание

результаты

- успеваемость -статистика тестирований

- попытки тестирований

- проверка вопросов со свободным ответом

настройки

заявкм

общение

преподаватель- > результаты статистт-а тестирована

Статистика тестирований

© © © I

Фильтр

Курс Математика { грофеееа л .н.) 13

Задание тестирование 23-12-2011 1

Фильтр пользователей |в«| 1 1

пользователь 1 — все— v

дата прохождения с гэ.12.2011  ^

Дата прохождения по 23,12,MUI  ^

[ применить фильтр ] 0 Запомнить выбор

фио, login Балл min/ шах щ Вопросов Ответил/ Всего Начало, затрачена Проверка преподавателем Статус Отчеты

Мельчаков Алексеи Алексеевич, stllbdlQ 12 0/14 0/14 14/14 23.12,2011 22:38 01ч:17м:29с закончен ав

Казаков Антон Андреевич stllbdoe Ю 0/14 0/14 14/14 23.12,2011 22:32 ISm : 17с закончен о>&

Ганюкое Виктор Васильевич, stllbdœ 9 0/14 0/14 11/14 23.12.2011 21:24 ? брошен (timeout) ЙЙ

Красоеский Ни»лай Олегович, stllekt208 g 0/14 0/14 14/14 23.12.2011 20:41 01ч :49м :41с закончен аа

Рис. 5. Рейтинг - лист

Благодаря данной системе преподаватели, студенты, родители студентов имеют возможность контроля успеваемости (рис.6), что особенно актуально на младших курсах.

X l.ipnc.i Николаппил успеваемос т ь

I .г IN Преподаватель Опции: * юмонить пароль Фильтр Курс Математика (Ерофеева Л.Н.) Группа 11-еД V m

- выйти из системы [ Применить фильтр 1 И Запомнить еь^ор

Меню

курсы ФИО ЕЗЗ Внвипннв Ишпш.ш

модули курсов расписание 11-вд 3 O.Ô m 1 (1:1) 100%

ризультлты - успеваемость • СТЛТИСТИК.1 тестирований  попытки тестирований - проверка вопросов со свободным ответом 2. Boj-fcu-iaMooa Татьба ^Ьчиайповна 11-ВД s m кол-во входов : 1 1 (1:1) 100% кол-во входов: 1

назна чоммя настройки э. Буааное Владислав В-уадинирсыич 11-БД s m 1 <l:i> 100ЗД кол-во входов: 1

а. варлов дле^кандр Вадимович 11-БД s m i <üi> 100%

каол-ео входов: 1

5, г-ашоков Виктор Вжильевиа. 11-БД nu 0 (1;1> кол-во входов: Э

Рис. 6. Лист контроля успеваемости

Библиографический список

1. Ерофеева, Л.Н. Система дистанционного образования при модульном обучении [Текст] / Л.Н. Ерофеева, С.В. Лещева, О.В. Лещева, С.В. Менькова // Сборник статей по итогам международной научно-практической конференции 30-31 мая 2014 г. СПб., 2014. С. 33-35.

2. Ерофеева, Л.Н. Применение технологии развития критического мышления в лекционном преподавании математических дисциплин [Текст] / Л.Н. Ерофеева, С.В. Лещева, С.В. Менькова // Вестник НГТУ им. Р.Е. Алексеева. «Управление в социальных системах. Коммуникативные технологии». 2013. №4. С. 87-100.