CC BY
139
удк 3781470044 П.Ф. Баранов, С.А. Горисев,
И.В. Ряшенцев, Е.В. Царева, Э. И. Цимбалист
Flash-тренажеры как элемент успешной постановки лабораторного практикума
В статье рассматривается применение технологии Flash при разработке виртуальных тренажеров для сборки схемы лабораторного эксперимента. Перспективы развития Flash-тренажеров и концепция приложения «Конструктор Flash-тренажеров».
Ключевые слова: самостоятельная работа, Flash-тренажер, виртуальная лаборатория, лабораторный практикум, e-learning, электротехника.
FLASH-SIMULATOR AS AN ELEMENT OF SUCCESSFUL ORGANIZATION OF LABORATORY PRACTICAL WORK
The paper depicts use of Flash technology in the development of virtual simulators for circuit assembly of a laboratory experiment. Prospects for development of Flash-simulators and concept of application «Flash-Designer simulator. » Keywords: Individual work, Flash-simulator, virtual laboratory, laboratory practical work, e-learning, electrical engineer.
Введение
Одним из важных аспектов образовательного процесса в современном техническом университете является постановка самостоятельной работы студентов. Необходимость организации самостоятельной работы студентов обусловлена изменением социального заказа общества в условиях рыночной экономики, которая выдвинула ряд дополнительных требований к выпускникам разных уровней.
Для реализации множества требований, предъявляемых современным социумом, необходимо осуществлять подготовку студентов повышенного творческого потенциала на основе диверсификации и индивидуализации учебного процесса, его интеграции с научными исследованиями, что позволит войти в международное образователь-
ное пространство и реализовать конвертируемость образований и дипломов [1].
Среди профессионально востребованных умений и навыков выпускников направлений, связанных с электротехническим профилем, отметим следующие: выпускник должен уметь выполнять и читать чертежи, разрабатывать принципиальные схемы на основе типовых электрических и электронных устройств, собирать и настраивать их, демонстрируя навыки работы с устройствами и средствами наблюдения.
К сожалению, проходя существующую стандартную образовательную траекторию, студент не получает устойчивых умений и навыков по чтению и сборке принципиальных схем и грамотной расстановке в них средств наблюдений и измерений.
Выправить существующее положение с учетом аудиторных временных ограничений можно за счет активизации самостоятельной деятельности студентов.
Основной целью самостоятельной деятельности студента является формирование и развитие компетенций в области предполагаемой профессиональной деятельности. Научить студента получать знания не только в готовом виде, но и уметь их добывать самостоятельно, воспитывать у студента потребность в постоянном обновлении, расширении и применении этих знаний - основной стержень самостоятельной работы. Таким образом, в ходе самостоятельной работы должна осуществляться главная функция обучения - закрепление знаний, получение новых и превращение их в устойчивые умения.
П.Ф. Баранов,
аспирант, заведующий лабораторией Тел.: 8 (3822) 42-04-49 E-mail: [email protected] Национальный исследовательский Томский политехнический университет www.tpu.ru
С.А. Горисев,
к.т.н., доцент, начальник отдела информатизации образования Тел 8 (3822) 42-13-70 E-mail: [email protected] Национальный исследовательский Томский политехнический университет www.tpu.ru
И.В. Ряшенцев,
заведующий лабораторией Тел.: 8 (3822) 42-13-70 E-mail: [email protected] Национальный исследовательский Томский политехнический университет www.tpu.ru
О большой значимости такой деятельности по развитию творческого потенциала студентов свидетельствует тот факт, что объем отводимого на нее времени сейчас составляет более половины суммарных затрат времени на обучение и будет постоянно увеличиваться в связи с тенденцией уменьшения доли аудиторных часов.
Следует отметить, что по природе своей творчество есть динамичный феномен, обладающий социально-коммуникативной природой, возникающий как результат сложнейшего процесса объединения и взаимодействия индивидуального и социального, личностной уникальности и социальной нормативности. Развитие творческого потенциала студентов только за счет постановки самостоятельной работы в ущерб другим видам образовательного процесса может привести к неэффективному результату.
Органично развивать самостоятельную деятельность студентов позволяют технологии дистанционного обучения - e-leaming/ mobile-leaming/smart-leaming [1, 2]. Данные технологии инвариантны и одинаково важны для использования во всех формах обучения и видах занятий. Подтверждением этого является постоянный рост рынка дистанционного обучения, как в корпоративном секторе, так и в академическом.
При постановке самостоятельной работы на основе технологии e-learning требуется сформировать фонд оценочных средств на основе различного рода испытаний для установления уровня освоения дисциплины или ее отдельных модулей. Проверить соответствие или несоответствие уровня подготовки студента ожидаемому результату, который, в свою очередь, обусловлен целями и задачами учебной дисциплины.
В статье [3] описана сетевая виртуальная лаборатория для дистанционного изучения дисциплины электротехника. В ходе выполнения лабораторных практикумов в данной лаборатории нарабатыва-
ются следующие базовые компетенции:
— знание терминов и определений основных понятий по лабораторному практикуму;
— знание способов регулирования и измерения токов и напряжений в исследуемых цепях;
— знание методов расчета токов и напряжений в цепях для определения ожидаемого результата будущих лабораторных исследований;
— умение регистрировать показания СИ и сформировать массивы данных исследования;
— умение осуществить обработку результатов эксперимента с целью подтверждения ожидаемого результата исследований;
— умение представить проделанную работу в виде отчета и сформировать выводы по эксперименту.
Недостаток данной виртуальной лаборатории и аналогичных [4-6] - отсутствие возможности сборки схемы эксперимента, вследствие чего студент не получает устойчивых умений и навыков по чтению и сборке принципиальных схем и грамотной расстановке средств наблюдений и измерений.
Применив технологию Flash, мы дали возможность студентам минимизировать указанную проблему за счет проведения ими индивидуальной самостоятельной деятельности.
1. Немного о технологии Flash
Flash-технологии, или, как их еще называют, технологии интерактивной веб-анимации, были разработаны компанией Macromedia и объединили в себе множество мощных технологических решений в области мультимедийного представления информации. Ориентация на векторную графику в качестве основного инструмента разработки flash-программ позволила реализовать все базовые элементы мультимедиа: движение, звук и интерактивность объектов. При этом размер получающихся программ минимален и результат их работы не зави-
Е.В. Царева,
программист Тел.: 8 (3822) 42-13-70 E-mail: [email protected] Национальный исследовательский Томский политехнический университет www.tpu.ru
Э.И. Цимбалист,
к.т.н., доцент Тел.: 8 (3822) 42-04-49 Национальный исследовательский Томский политехнический университет www.tpu.ru
сит от разрешения экрана у пользователя - а это одни из основных требований, предъявляемых к интернет-проектам.
Неоспоримым достоинством Flash является возможность получения красочно анимированных, динамических, обеспечивающих приближение к заданной функциональности smart-learning интерактивных страниц очень небольшого размера, что является идеальным для использования в интернете [7].
Данная технология была выбрана по трем основным причинам:
- Flash-продукты отображаются в любом браузере;
- Flash-продукты являются «легкими» с точки зрения размера конечного файла;
- Flash-продукты имеют в своем составе функции интерактивного вмешательства пользователя, что делает их бо-
лее соответствующими развитию e-learning в направлении к smart-learning и привлекательными для конечных клиентов, в том числе с точки зрения эрго-нимики и пед. дизайна.
2. Flash-тренажер для сборки лабораторного макета
Выполнение любого лабораторного практикума начинается с изучения лекционного материала и ответов на вопросы самоконтроля, когда у студента сформируется ясное понимание: технологии процесса эксперимента (что и как делать?); ожидаемых результатов по каждому пункту лабораторной практикума (что должно получиться?), осуществляется сборка схемы эксперимента.
На рис. 1 представлен реальный макет, на котором дистанционно студент выполняет лабораторную работу; на рис. 2 показана
Рис. 1. Лабораторный стенд NI ELVIS (собрана схема лабораторного эксперимента)
Рис. 2. Схема эксперимента
схема эксперимента, которую должен собрать студент; разработанный авторами виртуальный тренажер ^^Ьфайл в формате .swf) для сборки схемы эксперимента представлен на рис. 3.
Тренажер функционально состоит из верхней панели, имитирующей фрагмент лабораторного макета (см. рис. 1), и нижней панели, которая включает набор компонентов, необходимых для сборки электрической схемы.
Студент в процессе сборки должен правильно соединить гибкими проводниками клеммы стенда, то есть выполнить точно такую же операцию, как и при работе с реальным макетом.
Для проверки правильности сборки в программе предусмотрена кнопка «Проверить», которая сбрасывает неправильно установленные проводники. На данную кнопку наложено ограничение - она активизируется только после добавления определенного процента проводников на сборочную часть тренажера. В тренажере предусмотрены всплывающие подсказки, в которых содержатся предупреждения о грубых нарушениях
при операции сборки схемы. Также в тренажере предусмотрен переход в начальное состояние (кнопка «Сброс»). Измерительные приборы
можно увеличить при наведении на них курсором мыши и рассмотреть их тип, диапазон шкалы, класс точности и т.д.
Конечный результат сборки виртуального макета приведен на рис. 4.
3. Перспективы развития
Для создания учебного тренажера по сборке схемы эксперимента с использованием технологий Flash необходимо пройти следующие этапы разработки:
1) определить предметную область и выделить в ней перечень требуемых компетенций;
2) разработать дизайн, создать элементы;
3) выстроить логическую цепочку действий и реакцию на нее;
4) описать расположение объектов и их свойства на языке программирования;
5) описать интерактивные действия над объектами на языке программирования;
6) создать конечный файл тренажера в формате .swf.
Данный процесс очень трудоемкий и требует специальных
Рис. 4. Конечное состояние виртуального тренажера
Публикация swf-ропика
Рис. 5. Блок-схема программы «Конструктор Flash-тренажеров»
профессиональных познаний в области программирования на языке ActionScript 3.0. Создание такого учебного тренажера под силу только профессиональному программисту. Учитывая острую потребность в подобных интерактивных продуктах, работающих в сети интернет, в дальнейшем целесообразно разработать информационно-программный комплекс (ИПК) «Конструктор Flash-тренажеров».
В целом, «Конструктор Flash-тренажеров» - это программа, реализованная на технологиях Flash ActionScript 3.0, которая позволит разработчику-преподавателю, не обладающему глубокими познаниями в области программирования, построить учебный интерактивный тренажер, как из предложенных элементов, так и из собственных.
За тестовую модель программы может быть выбрана задача правильной расстановки элементов на свои места. «Конструктор Flash-тренажеров» должен обладать следующими функциональными возможностями:
- загрузка и сохранение проектов;
- загрузка изображений;
- установка параметров рабочего макета;
- расположение элементов на рабочем макете;
- назначение функциональных возможностей выбранным элементам;
- определение логики работы с учебным тренажером (построение логического дерева, создание сообщений и т.д.);
- генерация исполняемых файлов (формат jsfl).
Следует заметить, что Flash-продукты ввиду их сетевого использования, в целях безопасности, существенно ограничивают работу с файловой системой, поэтому генерация конечного файла в формате .swf непосредственно из конструктора очень затруднительна. Основываясь на вышесказанном, для генерации может использоваться промежуточный исполняемый файл в формате .jsfl, который выполняется в программном продукте Adobe Flash Professional CS4, где и создается конечный файл интерактивного ролика-тренажера.
Блок-схема программы «Конструктор Flash-тренажеров» приведена на рис. 5.
Для работы с программой «Конструктор Flash-тренажеров» на машине разработчика должно быть установлено следующее программное обеспечение:
- AIR 1.5 или выше (для работы конструктора);
- Adobe Flash Professional CS4 и выше (для генерации конечного Flash-тренажера и создания библиотек объектов);
- Flash Player 10 и выше.
Заключение
Системной целью при преподавании любой дисциплины электротехнического профиля является формирование такого состояния обучаемого, при котором он в дальнейшем обучении и в будущей профессиональной деятельности не имел бы серьезных проблем за счет своего постоянного самосовершенствования.
К сожалению, проходя существующую стандартную образовательную траекторию, выпускник не формирует устойчивых умений по выполнению и чтению чертежей, разработке принципиальных схемы на основе типовых электрических и электронных устройств, сборке и настройке их, использованию средств измерений.
Для выправления существующего положения с учетом аудиторных временных ограничений было предложено использовать, при постановке самостоятельной деятельности студентов, виртуальные Flash-тренажеры для наработки устойчивых навыков по чтению и сборке принципиальных схем и расстановке средств измерений.
Следуют отметить, что Flash-тренажеры могут применяться не только в дисциплинах электротехнического профиля, но также в таких предметных областях, как химия, механика, молекулярная физике и т.д.
Универсализация ИПК «Конструктор Flash-тренажеров», с точки зрения его инвариантности к предметной области, может позволить использовать его в различных направлениях (не только электротехника) генерации тренажеров, сходных по своей «логистике/схемотехнике» построения и требуемой интерактивности.
Список литературы
1. Никулина И.Е., Лисицин В.М., Цимбалист Э.И., Винокуров Б.Б. Организация самостоятельной работы студентов в техническом университете // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-14-2008): Доклады (материалы) 14-й Международной научно-практической конференции. - Омск, 6-8 октября 2008. -Томск: САН ВШ; В-Спектр, 2008. - С. 114-121.
2. Баранов П.Ф., Бориков В.Н., Цимбалист Э.И. E-Learning при организации самостоятельной работы студентов в лабораторном цикле по электротехнике // Уровневая подготовка специалистов: государственные и международные стандарты инженерного образования: Сборник трудов научно-методической конференции. - Томск, 10-12 марта 2011. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - C. 123-125.
3. Баранов П.Ф., Бориков В.Н., Горисев С.А., Ряшенцев И.В., Цимбалист Э.И. Сетевая виртуальная лаборатория удаленного доступа по электротехнике // Открытое образование. - 2011. - №4(87). - C. 19-24.
4. Бессонов А.С., Колбас Ю.Ю. Применение технологии виртуальных приборов при создании лабораторных практикумов для изучения сложных технических объектов // Открытое образование. - 2010. - №6. - C. 26-34.
5. Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом (АЛП УД) [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://lud.bmstu.ru свободный. - Загл. с экрана.
6. МИРЭА [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.niedcenter.mirea.ru/obshee.html свободный. -Загл. с экрана.
7. Власов А.И., к.т.н., доцент кафедры ИУ4 «Проектирование и технология производства электронновычислительных и телекоммуникационных систем» МГТУ им. Н.Э. Баумана [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://citforum.ru/internet/flash_intro/index.shtml свободный. - Загл. с экрана.
