APPLICATION OF WEB-BASED TECHNOLOGIES FOR DISTANCE LEARNING OF THEORETICAL MECHANICS OF TECHNICAL UNIVERSITIES STUDENTS
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 203
to 208
Status:
Published
Received:
05.04.2013
Accepted:
25.04.2013
Published:
25.04.2013
Subject area:
VAC 05.12.2013 Системы, сети и устройства телекоммуникаций
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK 531:[378.164/.169:004]
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
BBK 22.21P30-6с51
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK 531:[378.164/.169:004]
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
BBK 22.21P30-6с51
Language:
Russian
Keywords:
distance learning of theoretical mechanics, training software, theory of activity
Abstract (English):
Distance learning is being successfully implemented in the educational process of engineering staff. However, existing software didactic tools used in distance learning of theoretical mechanics implement a so-called "knowledge" approach. The authors have created a didactic tool as a website to solve this problem, the creation of this tool was influenced with the ideas of the activity approach to learning. This website allows organization of activities on mastering the basic concepts of theoretical mechanics and phased forming of the problem solving methods in generalized terms.
Distance learning is being successfully implemented in the educational process of engineering staff. However, existing software didactic tools used in distance learning of theoretical mechanics implement a so-called "knowledge" approach. The authors have created a didactic tool as a website to solve this problem, the creation of this tool was influenced with the ideas of the activity approach to learning. This website allows organization of activities on mastering the basic concepts of theoretical mechanics and phased forming of the problem solving methods in generalized terms.
Keywords:
distance learning of theoretical mechanics, training software, theory of activity
distance learning of theoretical mechanics, training software, theory of activity
В настоящее время существует большое число исследований, посвященных вопросам дистанционного образования в целом. Однако работы, рассматривающие проблемы дистанционного обучения теоретической механике студентов технических вузов, крайне немногочисленны [1, 2]. Их анализ показал, что данная форма обучения этой дисциплине включает в себе те же формы организации учебного процесса, что и традиционная (очная): лекции, практические занятия, семинары, систему контроля знаний и самостоятельную работу студентов. Однако программные средства, представленные на рынке, обладая рядом определенных положительных характеристик, имеют следующие существенные недостатки: 1. Лекционный материал представляется обычно в виде электронных учебников, в которых повторяется текст традиционных (бумажных) пособий, хотя и снабженный гиперссылками для удобства работы с ним, в результате чего деятельность по усвоению основных понятий дисциплины не организуется. 2. Обучение решению задач по теоретической механике осуществляется путем рассмотрения эталонных примеров, и студент должен решать подобные задачи либо по аналогии, либо путем проб и ошибок. Ни в одном из рассмотренных средств не выделены обобщенные методы решения задач, и, соответственно, они не формируют их у студентов. 3. Контроль осуществляется с помощью тестов и контрольных работ, т. е. только по конечному результату. Такой вид контроля не позволяет в полной мере оценить всю деятельность обучаемого, каждое выполняемое действие, а также используемые при этом знания. Кроме того, данные формы контроля не могут выполнить такой важной функции, как подсказка при решении задачи, поправляя и ориентируя студента в правильном направлении. Таким образом, несмотря на то, что использование современных информационных коммуникационных технологий при дистанционном обучении предметным знаниям, в том числе и теоретической механике, имеет неоспоримые преимущества, вышеперечисленные средства реализуют так называемый «знаниевый» подход. Это означает, что процесс обучения сводится к передаче накопленных знаний в данной области науки и не ставит своей целью овладение деятельностью, способами и методами их применения в будущей профессиональной деятельности, основанными на знаниях в области изучаемой дисциплины. Именно поэтому знания, получаемые таким образом, «не могут обладать достаточной широтой приложения в различных ситуациях, сферах и условиях деятельности» [3, c. 17], а учебные программы, реализующие подобный подход, не способны обеспечить подготовку квалифицированных специалистов. Решение указанных проблем, как нам представляется, может быть достигнуто при реализации идей деятельностного подхода в обучении [2, 4–7]. На основе положений теории деятельности нами были разработаны оригинальная методика дистанционного обучения теоретической механике и необходимое дидактическое средство, представленное в виде веб-сайта и являющееся ключевым звеном реализации данной методики. В качестве языка программирования для серверной части созданного веб-сайта использовался язык PHP. Для упрощения процесса разработки проекта дополнительно был выбран PHP-фреймворк CodeIgniter – каркас для построения веб-приложений, чтобы разрабатывать программы быстрее за счет использования набора готовых библиотек для часто возникающих задач, простой программный интерфейс и логическую структуру для доступа к этим библиотекам, а также продуманную и эффективную архитектуру приложения, предлагаемую им. Однако главным недостатком фреймворка CodeIgniter является отсутствие встроенных средств для работы с пользователями (регистрация, авторизация, управление группами пользователей с различными правами доступа и т. д.). Данное ограничение легко преодолевается с помощью библиотеки Ion Auth, которая при подключении к проекту требует минимальной первоначальной настройки и предоставляет все необходимые разработчикам средства. Для написания клиентской части веб-сайта, а именно ряда приложений, предназначенных для обучения студентов выполнению пакетов действий, а также решению задач, была выбрана технология Adobe Flash, которая позволяет создавать интерактивные анимации с использованием звукового и видеосопровождения с помощью встроенного объектно-ориентированного языка программирования ActionScript 3.0. В связи с выбором технологии Adobe Flash возникла необходимость организации обмена данными между сервером и разрабатываемыми приложениями, включая загрузку исходных данных заданий и проверку ответов пользователя на стороне сервера. С данной задачей справляется библиотека amfphp, использующая бинарный формат сообщений AMF (Action Message Format). Преимуществами этого формата, по сравнению с XML, являются экономичность расходования трафика (приложение быстрее обменивается данными с сервером) и возможность передавать типизированные объекты (таким образом снижается нагрузка на клиента). Немаловажным фактором, обусловившим выбор названных технологий, оказалась цена – в настоящее время существуют бесплатные средства разработки как Flash-приложений (Flex SDK – фреймворк с полностью открытым исходным кодом, в комплекте с которым поставляется компилятор ActionScript, и FlashDevelop – свободная среда разработки и редактор), так и веб-приложений на PHP (WAMP Server – комплекс серверного программного обеспечения, Komodo Edit – редактор кода для основных языков веб-разработки, в том числе PHP, JavaScript, HTML и CSS). Работа с обучающим веб-сайтом начинается с авторизации студента по выданным преподавателем логину и паролю (в их качестве могут использоваться, например, адрес электронной почты и номер зачетной книжки студента). После авторизации студенту становятся доступными все функции веб-сайта: в конспектах лекций появляются (активируются) ссылки на специально разработанные обучающие приложения для усвоения различных элементов знаний (определения, методы решения задач и т. д.), встречающихся в них. Кроме того, доступ к данным приложениям становится возможным и со страницы статистики студента (рис. 1), где отображается список всех его заданий и статистика их выполнения (количество выполненных заданий, количество предпринятых попыток и т. п.). Рис. 1. Страница профиля студента со статистикой работы с сайтом Предполагается, что, встретив при изучении лекции определение базового понятия, описание выполнения операции или метода решения задач определенного типа (или накопив для этого необходимый багаж знаний), студент приступит к работе с соответствующими приложениями. При этом в данных приложениях предусмотрена возможность получения подсказок с ссылками на используемые понятия, что позволяет обучаемому вспомнить их определение и помогает выполнить задание, опираясь на их содержание. Известно, что большинство студентов, обучающихся дистанционно, испытывают затруднения при решении предлагаемых заданий, и поэтому, помимо разработки инструкций по работе с обучающими приложениями, рекомендуется организовывать специальные ознакомительные занятия под контролем преподавателя. При дистанционном обучении занятия можно проводить с помощью имеющихся средств связи (например, с помощью Skype); при очном обучении преподаватель может объяснить принципы работы с сайтом в ходе аудиторного занятия в компьютерном классе. Согласно исследованиям по теории и методике обучения предметным знаниям [4, 5, 8 и др.], для усвоения понятий необходимо организовать деятельность, называемую психологами [2, 3, 6] «подведение под понятие». Обучаемый должен выявить из определения понятия его род и видовые признаки и, установив наличие всех признаков в заданной ситуации, сформулировать вывод. Для этого студенту необходимо вспомнить определение понятия. Отметим, что, с учетом специфики дистанционного обучения, в приложениях, предназначенных для усвоения базовых понятий, определения понятий предоставляются студенту в готовом виде. Затем внимание акцентируется на содержащихся в определениях ключевых признаках понятия, которые впоследствии студент должен выделить и установить их наличие (отсутствие) в ряде предлагаемых примеров. Во время ознакомительного занятия это осуществляется в ходе интерактивной беседы с преподавателем (рис. 2). При дистанционном обучении в ходе практических занятий, так же как и при очном обучении, должна быть организована работа по решению задач. Однако, очевидно, что прежде чем начать учить студента решать задачи в целом, следует научить его выполнять отдельные группы действий, входящие в решение нескольких различных видов задач не только по теоретической механике, но и по другим дисциплинам. Эти группы действий мы назвали «пакетами действий», а в качестве примера можно привести пакет «Нахождение проекции силы на ось». Таким образом, сначала осуществляется работа по формированию отдельных пакетов действий и лишь затем – обучение методам решения задач в целом. Рис. 2. Выделение ключевых признаков в определении рассматриваемого понятия Выделенные пакеты действий и методы решения задач формируются в три этапа: 1. Обучаемому предлагается для решения 5–6 примеров заданий по изучаемой теме, при этом выполнение каждой операции объясняется, если в этом возникает потребность, а ее результат контролируется. 2. После решения ряда подобных заданий студенту предлагается выделить общий для них порядок действий. Таким образом он покажет, что рассматриваемый пакет действий или метод им усвоен. 3. Для закрепления пройденного материала обучаемый полностью самостоятельно должен решить 2–3 задания. Для организации первого (подготовительного) и третьего (самостоятельное решение) этапов используются приложения блоков «Пакеты действий» и «Решение задач» [9], которые могут работать в двух режимах: «Тренировка» и «Самостоятельная работа»: - режим «Тренировка» используется на подготовительном этапе обучения студента выполнению определенного пакета или метода. В данном режиме работают пооперационный контроль выполнения задания и система подсказок, помогающая сориентироваться при выполнении незнакомого действия, а также найти место возникновения ошибки; - режим «Самостоятельная работа» включается после того, как обучаемый выявил обобщенный метод выполнения пакета действий или решения задач определенного типа. В данном режиме подсказки студенту недоступны, осуществляется только контроль правильности выполнения действий. Главной особенностью приложений типа «Пакеты действий» и «Решение задач» является высокая детализация процесса решения, состоящего из большого количества простых операций, которые были выявлены в результате анализа содержания задач, встречающихся в распространенных сборниках заданий. Именно благодаря разработке обобщенных методов оказалось возможным создать программы, способные контролировать выполнение каждой операции и, в случае обнаружения ошибки, выдавать подсказки, указывающие на место их возникновения. Для организации второго этапа (выделение обобщенного метода) используются приложения типа «Методы». Работа с ними сводится к упорядочению списка выполняемых действий. Мы попытались упростить подготовку студента к этому виду деятельности (выделению выполняемых действий) с помощью системы подсказок, встроенных в приложения «Пакеты действий» и «Решение задач», а также показывая названия выполняемых ими действий. Отметим также, что в разработанном web-сайте для контроля усвоения знаний обучаемых может использоваться тематическое тестирование (рис. 3). Результаты тестирования сохраняются в базе данных сайта, что позволяет и студенту, и преподавателю выявить вопросы, требующие дополнительной проработки. Рис. 3. Пример страницы тестирования Положения деятельностной теории обучения, использованные в качестве методической основы при разработке обучающего веб-сайта, повышают эффективность дистанционного обучения теоретической механике студентов технических вузов. Об этом свидетельствуют результаты педагогического эксперимента, который проводится в настоящее время в ряде технических вузов Российской Федерации.
1. Ponomareva E. V. Razrabotka elektronnogo Internet-uchebnika po teoreticheskoy mehanike dlya tehnicheskih vuzov / E. V. Ponomareva: dis. … kand. fiz.-mat. nauk. - Astrahan', 2003. - 158 s.
2. Talyzina N. F. Upravlenie processom usvoeniya znaniy: psihologicheskie osnovy / N. F. Talyzina. - M.: Izd-vo MGU, 1984. - 344 s.
3. Talyzina N. F. Pedagogicheskaya psihologiya / N. F. Talyzina: ucheb. dlya stud. ucheb. zaved. sred. prof. obrazovaniya, obuchayuschihsya po ped. special'nostyam. - M.: Academy, 1999. - 287 s.
4. Anofrikova S. V. Prakticheskaya metodika prepodavaniya fiziki / S. V. Anofrikova, G. P. Stefanova: ucheb. posobie. - Astrahan': Izd-vo Astrah. ped. in-ta, 1995. - Ch. 1. - 231 s.
5. Anofrikova S. V. Primenenie zadach v processe obucheniya fizike / S. V. Anofrikova, G. P. Stefanova. - M.: MPGU, 1991. - 175 s.
6. Gal'perin P. Ya. Tipy orientirovki i tipy formirovaniya deystviy i ponyatiy / P. Ya. Gal'perin // Doklady APN RSFSR. - M., 1959. - S. 34-67.
7. Fomina L. Yu. Obuchayuschaya didakticheskaya sistema po tehnicheskoy mehanike kak faktor effektivnosti processa zaochnogo obucheniya / L. Yu. Fomina: dis.. kand. ped. nauk. - Novokuzneck, 2005. - 201 c.
8. Ivanchuk O. V. Metodika formirovaniya u uchaschihsya obobschennyh vidov deyatel'nosti po usvoeniyu ponyatiy o fizicheskih ob'ektah / O. V. Ivanchuk: dis. … kand. ped. nauk. - Astrahan', 1999. - 146 s.
9. Mirzabekova O. V. Programmnye sredstva distancionnogo obucheniya teoreticheskoy mehanike: trebovaniya i vozmozhnye puti realizacii / O. V. Mirzabekova, A. V. Hohlov // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Upravlenie, vychislitel'naya tehnika i informatika. - 2013. - № 1. - S. 202-207.
