CC BY
28
УДК 535.215.1:378.147
О контроле самостоятельной работы студентов в системе электронного дистанционного образования
© Коваленко Виктор Викторович
доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры физики им. проф. В. М. Финкеля Сибирского государственного индустриального университета Россия, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 E-mail: vikt.kowalencko@yandex.ru
© Ковыршина Светлана Викторовна
кандидат философских наук, доцент кафедры философии Сибирского государственного индустриального университета
Россия, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 E-mail: kov.s.v@mail.ru
В статье рассматривается вопрос о контроле самостоятельной работы студентов очной формы обучения в рамках современного естественно-научного образования. Предложены актуализированные подходы к обработке результатов физического эксперимента, соответствующие современным представлениям метрологии, адаптированные для студентов младших курсов. Выявлена необходимость контроля самостоятельной работы, составляющей большую часть затрат времени на изучение дисциплины, рассматривается опыт применения современных информационных технологий для реализации проверки индивидуальных домашних заданий студентов.
Ключевые слова: самостоятельная работа, контроль, физика, электронное обучение, эксперимент, погрешность, доверительный интервал.
On control of independent work of students in the system of electronic distance education
Viktor V. Kovalenko
DSc in Physics and Mathematics, A/Professor, Professor, Department of Physics named after Professor V. M. Finkel, Siberian State Industrial University 42 Kirova St., Novokuznetsk, 654007 Russia
Svetlana V. Kovyrshina
PhD in Philosophy, A/Professor, Department of Philosophy, Siberian State Industrial University 42 Kirova St., Novokuznetsk, 654007 Russia
This paper is devoted to the issue control of independent work of students full-time study within the framework of modern natural - science education. Approaches to the treatment of physical experiment, corresponding to modern concepts of Metrology adapted for junior students are suggested. It is necessary to control independent work of students, as the major part of students time is spent on it. The article considers the experience of application modern information technology to check individual homework of students.
Keywords: independent work, control, physics, e-learning, experiment, margin of error, confidence interval.
Самостоятельная работа студента является неотъемлемой частью их учебной деятельности наряду с аудиторными занятиями, она способствует лучшему усвоению материала, развитию творческого мышления и поисковых навыков, что в конечном итоге приводит к интенсификации и активизации всего учебного процесса. Эффективность самостоятельной работы в процессе обучения во многом зависит от условий ее организации, содержания и характера знаний, логики их изложения, взаимосвязи имеющихся и предполагаемых знаний, содержания такого вида самостоятельной работы, качества достигнутых студентом результатов в ходе выполнения этой работы. Очевидно, что помимо практической важности самостоятельная работа имеет большое воспитательное значение: она формирует самостоятельность не только как совокупность определенных умений и навыков, но и как черту характера, играющую существенную роль в структуре личности современного специалиста высшей квалификации [1, с. 95].
Участие студента в познавательной деятельности наравне с преподавателем есть одно из условий получения качественных знаний и в традиционной образовательной системе, и в условиях повсеме-
стного внедрения новых форм обучения — электронных дистанционных образовательных технологий. В соответствии с положениями ФГОС ВО, рекомендациями по формированию основных образовательных программ в области техники и технологии на первое место выходит проблема создания эффективно работающей системы контроля самостоятельной работы студентов, которой в процессе обучения студента отводится более 50 %. Совершенствование образовательного процесса в аспекте контроля самостоятельной деятельности студента при изучении физики требует обновления традиционных форм преподавания путем внедрения новых образовательных технологий, что позволит сделать содержание курса более информативным и наглядным, поможет в развитии технологического мышления [2, с. 286-287].
В Сибирском государственном индустриальном университете — вузе технической направленности, приоритет отдается подготовке по естественнонаучным дисциплинам, в том числе физике, при реализации которой наряду с практическими и лабораторными занятиями, проводимыми с использованием современного учебно-исследовательского оборудования [2, с. 286-287; 3, с. 53-54; 4, с. 36-37; 5, с. 75-76], успешно решается задача контроля самостоятельной работы студентов в системе электронного дистанционного обучения (ЭДО) «МооШе».
Совсем недавно дистанционное обучение можно было считать лишь одной из форм обучения, которую, например, сравнивали с заочной. Но уже сегодня с уверенностью можно сказать, что дистанционное обучение — одно из масштабных нововведений в отечественной системе образования. Среди различных толкований дистанционного обучения можно выделить два существенно различных подхода [6, с. 105-110].
Первый — сводится к тому, что под дистанционным обучением понимается обмен информацией между преподавателем, студентом, группой студентов с помощью электронных сетей или иных средств телекоммуникаций. Студенту приписывается роль получателя некоторого информационного содержания и системы заданий по его усвоению. Результаты его самостоятельной работы высылаются затем обратно преподавателю, который оценивает качество и уровень усвоения материала. Под знаниями понимается информация, а личный опыт студентов и их деятельность по конструированию знаний не организуются.
Второй подход, доминантой которого выступает личностная продуктивная деятельность студентов, выстраивается с помощью современных средств телекоммуникаций, что предполагает интеграцию педагогических и информационных технологий, обеспечивающих интерактивность взаимодействия субъектов образования и продуктивность учебного процесса. Обмен и пересылка информации играют в данном случае роль вспомогательной среды для организации продуктивной образовательной деятельности студентов.
Интеграция обозначенных подходов привела к созданию третьего подхода — контроль самостоятельной работы студентов очной формы обучения в системе электронного дистанционного обучения (ЭДО) «МооШе».
Физика как наука, составляющая фундамент естественнонаучного образования и теоретического мышления будущих специалистов, является фундаментом новой техники, в том числе измерительной техники [2, с. 286-287; 3, с. 53-54; 4, с. 36-37; 5, с. 75-76], новых технологий, которые немыслимы без измерений и соответствующей измерительной техники, приборов и аппаратуры. При этом необходимо помнить, что физика — наука, при изучении которой важную роль играет эксперимент, грамотная обработка результатов которого позволяет получить наиболее точные данные об измеряемых величинах, в том числе физических величинах. Опыт изучения методической литературы по методам обработки результатов измерений физических величин свидетельствует о широком разнообразии в подходах к решению таких задач, при этом в большинстве своем не соответствующих современным методам и стандартам метрологии. При изучении дисциплины «Физика» в СибГИУ весьма успешно реализуется следующая методика (алгоритм) обработки результатов лабораторного физического эксперимента, базирующаяся на современных представлениях метрологии, в рамках самостоятельной работы студента.
Даны значения постоянного электрического тока I и активного сопротивления Я,через которое протекает электрический ток, снятые со шкал приборов известного класса точности, приведенного в таблице [7, с. 51].
1. Получить результаты прямых равноточных многократных измерений электрического тока и сопротивления и обеспечить надежность измерений Р = 95 %.
2. С помощью алгоритма обработки результатов косвенных измерений получить результат измерения мощности электрического тока, рассеянной на сопротивлении методом переноса погрешностей и выборочным методом.
3. Задано предполагаемое теоретическое значение мощности Р0т = 450 мВт. Сделать вывод о согласии результатов измерений мощности и ее теоретического значения.
4. Прямыми измерениями получено экспериментальное значение мощности Р0Э = (450 ± 80)мВт. Сделать вывод о согласии данных результатов измерений и ее предыдущих значений.
Таблица 1
Заданные значения физических величин
РоТ, мВт Р0Э, мВт
450 450±80
Надежность результатов измерений Р, %
95
I, мА К, Ом
145 21,5
140 21,5
145 21,5
105 21,0
130 18,5
150 20,0
150 19,0
155 21,0
175 19,5
160 19,0
Амперметр Омметр
Класс точности
2,5 1
Предел шкалы
200 мА 1000м
1. Результаты прямых равноточных многократных измерений электрического тока и сопротивления (надежность измерений Р=95 %).
1.1. Систематическая (инструментальная) составляющая погрешности измерения силы тока и сопротивления.
_ _ 2.5' 2001 Ю"*
100 ~ 100
1.2. Среднее арифметическое значение силы тока и сопротивления.
Тп I
1= 145,5 ыА.
и
у П I?
к.
п
1.3. Среднее квадратическое отклонение среднего арифметического (СКО) значений силы тока и сопротивления.
Ььлт -и* Ь&а 45,5 • 10-* -10*
] П(П- -V Л ю(1а-1)
от- г^ = ■ " 1 =5,9МА.
хущ. жтз-к,)1 040м
4 ^ п(п- 1} ^ 10(10-1}
1.4. Исключение аномальных результатов измерений по в — критерию Романовского при п< 20 через расчет средней квадратической погрешности (СКП или СКО) результатов единичных измерений в ряду измерений:
ок =
^ (п-1) ""
{10-1}
и отношения
Р и I-~Н — £ для всех измеренных значений силы тока = [3 > = 2,41 при
(п=10 и Р=95 %)) и сопротивления = (5 > (Ь = 2,41 при (п=10 и Р=95 %)).
Таблица выявления аномальных результатов измерений
Таблица 2
I, мА I, мА л'., мА Р Рт
145 0,027
140 0,295
145 0,027
105 2,147
130 145,5 18,6 0,832 2,41
150 0,242
150 0,242
155 0,510
175 1,584
160 0,778
К, Ом Ом г' \ -„ Ом Р Рт
21,5 1,01
21,5 1,01
21,5 1,01
21,0 0,633
18,5 20,3 1,18 1,478 2,41
20,0 0,211
19,0 1,01
21,0 0,633
19,5 0,633
19,0 1,01
Аномальных результатов измерений силы тока и сопротивления не выявлено.
1.5. При п< 15 принадлежность экспериментального распределения нормальному не проверяем.
1.6. Определение коэффициента Стьюдента для Р = 95 % и п = 10: = 2,3.
1.7. Определение границ доверительного интервала для случайной погрешности:
■«!= 2,3 - 5,9-10"5 = = Ц ■ Оц = 2,3 - 0 Л = 0,9 Ом.
1.8. Случайная и систематическая погрешности сравнимы между собой, поэтому систематическую составляющую погрешности считаем не исключенной. Величина доверительной погрешности равна:
да = ^СЛК»)1 + с— ■ = ^ (0-9) + С— ■ 1)г = 14 Ом.
1.9. Вычисляем относительную погрешность:
. Д1 _____ 13,5-10"а
5 = У100% = Щ5^'
100% = 10%.
R 20,3
100% =5%.
1.10. Окончательный результат:
I - Т±Д1- (145,5 + 13,9}мАг Р - 95%.£ - 10%. R = R ± ¿R = (20.3 ± U)Qm; Р = 95%, S =
2. С помощью алгоритма обработки результатов косвенных измерений получить результат измерения мощности электрического тока, рассеянной на сопротивлении методом переноса погрешностей и выборочным методом.
2.1. Метод переноса погрешностей.
Таблица 3
Данные для применения метода переноса погрешностей
I, мА R, Ом мА I3 з 2 1 , 10-3 А2 Ом ' \ мВт
145 21,5
140 21,5
145 21,5
105 21,0
130 18,5 145,5 21,17 20,3 429,8
150 20,0
150 19,0
155 21,0
175 19,5
160 19,0
2.1.1. Прямыми измерениями найдены значения силы тока I и сопротивления Я.
I = (145,5= 13,9)мА; К= (20,3= 1,1)Ом.
2.1.2. Вычисление среднего арифметического значения мощности.
Р = ф2К= 429,3 мВт.
2.1.3. Для независимых аргументов находим абсолютную погрешность по формуле:
Гзр 0Р
№№
где К — частные производные, вычисляемые при средних значениях аргументов: 1=1; и равные соответственно:
ар ____„ вг
— = 2 ■ I ■ К = 2 -145,5 -10 ■ 20,3 = 5,9—. 61 А
Составляющие погрешности для каждого аргумента:
¿4 - [—| ■ ¿1 - 5,9- 13,9- 10"г - Э2мЕх;
£Р ÍR
ДН = 0,02-1,1 = 22 мВт.
Таким образом,
ДР = ^ДР,Е + ДРН2 = V1 [82' 10"3)1 + (2 2 ■ Ю-*)1 = 35мВ1.
2.1.4. Относительная погрешность:
АР 85 ■ 1 От3
2.1.5. Окончательный результат:
Р = (430 ± 85} мВт; 6 = 20% р=95 %_
2.2. Выборочный метод.
2.2.1. Получение 10-ти значений мощности для каждой выборки силы тока и сопротивления.
Таблица 4
Данные для применения выборочного метода
I, мА 12 1 , 10-3 А2 R, Ом P, мВт 'мВт
145 21,03 21,5 452
140 19,60 21,5 421
145 21,03 21,5 452
105 11,03 21,0 232
130 16,90 18,5 313 433,5
150 22,50 20,0 450
150 22,50 19,0 428
155 24,03 21,0 505
175 30,63 19,5 597
160 25,60 19,0 486
2.2.2. Расчет среднего арифметического значения мощности тока:
У 10 р
Р = = 433*5 мВт.
2.2.3. Вычисляем СКО среднего арифметического значения Р:
,'ÍmZzH _ 31 8 мВт
- J 10(10-1) - ^
2.2.4. Нахождение для заданных доверительной вероятности Р=95 % и N=10 коэффициента Стью-
дента: = ^■
2.2.5. Определение границ доверительного интервала:
¿P = xp-Qf = 2,3-31,8- 10"s = 73,1 мВт,
2.2.6. Вычисление относительной погрешности:
¿P 73,1-10-*
S = у Ю0% = ■ 100% = 17%.
2.2.7. Окончательный результат:
йР - Р± йР - (434± ?3>iBT;F - 95%; & - 17%
Вывод: доверительные интервалы косвенных измерений мощности электрического тока методом переноса погрешностей и выборочным методом перекрываются, следовательно, различия незначимые и результаты измерений согласуются с вероятностью 95 %.
З.Задано предполагаемое теоретическое значение мощности (Рот = 450мВт]. Сделать вывод о согласии результатов измерений мощности и ее теоретического значения.
Вывод: полученные экспериментально значения мощности электрического тока методом переноса погрешностей и выборочным методом в пределах погрешности совпадают с теоретическим значением мощности.
4. Прямыми измерениями получено экспериментальное значение мощности ' !:>1! м! ! . Сделать вывод о согласии данных результатов измерений и ее предыду-
щих значений.
Вывод: доверительные интервалы прямых и косвенных измерений мощности электрического тока перекрываются, следовательно, экспериментальные результаты с вероятностью 95 % не противоречат формуле Р = I"
Таким образом, мы видим, что самостоятельная работа студентов направлена на осмысление проведенного эксперимента, анализ и обработку полученных результатов, проверку эмпирических данных с теорией.
Литература
1. Баклушина И. В., Башкова М. Н., Смирнова Е. В., Арнаутов Д. А. Контроль самостоятельной работы как управление учебной деятельностью студентов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2015. — № 1. — С. 95.
2. Коваленко В. В., Ковыршина С. В. Методологические аспекты преподавания квантовой физики // Вестник Брянского государственного университета. — 2014. — № 1. — С. 286-287.
3. Коваленко В. В., Коновалов С. В. Новый подход к изучению явления внешнего фотоэффекта в лабораторных условиях // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2013. — № 4. — С. 53-54.
4. Коваленко В. В., Филипьев Р. А. О вопросе экспериментального изучения фотоэлектрического эффекта // Вестник Бурятского государственного университета. 2013. — Вып. 15. Теория и методика обучения. — С. 36-37.
5. Коваленко В. В., Невский С. А. Новации в моделировании физических явлений квантовой оптики // Современные наукоемкие технологии. — 2013. — № 12. — С. 75-76.
6. Готьятова Т. Л., Ковыршина С. В. Некоторые аспекты дистанционного обучения в вузе // Современные вопросы теории и практики обучения в вузе : сб. науч. тр. — Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2009. — Вып. 9. — С. 105-110.
7. Савчук В. П. Обработка результатов измерений. Физическая лаборатория: учеб. пособие для студентов вузов. — Ч. 1. — Одесса: Изд-во ОНПУ, 2002. — 54 с.
References
1. Baklushina I. V., Bashkova M. N., Smimova E. V., Arnautov D. A. Kontrol' samostoyatel'noi raboty kak upravlenie ucheb-noi deyatel'nost'yu studentov [Control of Students' Independent Work as Educational Activity Management]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta - Bulletin of Siberian State Industrial University. 2015. No. 1. Pp. 95.
2. Kovalenko V. V., Kovyrshina S. V. Metodologicheskie aspekty prepodavaniya kvantovoi fiziki [Methodological Aspects of Teaching Quantum Physics]. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. Psikhologiya i pedagogika - Bulletin of Bryansk State University. Psychology and Pedagogy. 2014. No. 1. Pp. 286-287.
3. Kovalenko V. V., Konovalov S. V. Novyi podkhod k izucheniyu yavleniya vneshnego fotoeffekta v laboratornykh uslovi-yakh [A New Approach to Studying of External Photoelectric Effect in Laboratory]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta - Bulletin of Siberian State Industrial University. 2013. No. 4. Pp. 53-54.
4. Kovalenko V. V., Filip'ev R. A. O voprose eksperimental'nogo izucheniya fotoelektricheskogo effekta [To the Experimental Study of Photoelectric Effect]. Vestnik Buryatskogo gosudarstvennogo universiteta. Teoriya i metodika obucheniya - Bulletin of the Buryat State University. Theory and Methods of Teaching. 2013. V. 15. Pp. 36-37.
5. Kovalenko V. V., Nevskii S. A. Novatsii v modelirovanii fizicheskikh yavlenii kvantovoi optiki [Innovations in Modeling of Physical Phenomena in Quantum Optics]. Sovremennye naukoemkie tekhnologii - Modern high technologies. 2013. No. 12. Pp. 75-76.
6. Got'yatova T. L., Kovyrshina S. V. Nekotorye aspekty distantsionnogo obucheniya v vuze [Some Aspects of Distance Learning in High School]. Sovremennye voprosy teorii i praktiki obucheniya v vuze - Modern Problems of Teaching Theory and Practice in High School. Novokuznetsk: Siberian State Industrial University Publ., 2009. V. 9. Pp. 105-110.
7. Savchuk V. P. Obrabotka rezul'tatov izmerenii. Fizicheskaya laboratoriya [Processing of Measurement Results. Physical Laboratory]. Odessa: Odessa National Polytechnic University Publ., 2002. Part 1. 54 p.
