CC BY
64
Education Online
77
Е. ВАХТИНА, доцент А. ВОСТРУХИН, доцент Ставропольский государственный аграрный университет
В статье рассматривается организационно-методический аспект проведения лабораторного практикума по интегрированному курсу «Электротехника и электроника » в системе классического вузовского образования. Опираясь на имеющуюся материальную базу - универсальные лабораторные стенды, комплекты инструкций и методических рекомендаций к ним, мы решили усовершенствовать технику и методику проведения лабораторного экспери-ментаза счетиспользования компьютерного моделирования. Почему мы предположили, что именно компьютерное моделирование способствует повышению эффективности процесса обучения?
Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к результатам исследования В.Э. Штейнберга в области инструментальной дидактики. В частности, он утверждает: «Развитие дидактики пошло по пути создания различных организационно-методических форм процесса обучения: проблемного, модульного, проектного и т.д. Несомненно, созданные формы обучения сыграли определенную роль в повышении эффективности обучения, но, учитывая, что основные задачи обучения решаются на уровне микротехнологии процесса восприятия, переработки и применения знаний учащимися, главные барьеры повышения эффективности обучения остались не преодоленными. Эти барьеры - недостаточный объем моделирующих дидактических средств в составе обеспечения учебного процесса и недостаточные знания о механизмах мышления человека или антропологических основаниях дидактики» [1]. Дело в том, что сам метод моделирования в совокупности с современными средствами его реализации задействует одновременно несколько кана-
Интеграция «реального» и «виртуального» в лабораторном эксперименте
лов связи между внешним и внутренним планами учебной деятельности [2]. На основании этого создаются необходимые психолого-дидактические условия для существенного повышения степени самостоятельности в познавательной деятельности студентов, что, в свою очередь, повышает ее эффективность.
Как известно, компьютерные модели с большим диапазоном регулируемых параметров являются наглядным представлением численных методов, отражающих законы, теоремы и принципы электротехники. Эти модели используют имитационную форму обучения через проведение виртуального эксперимента, который, с одной стороны, готовит студента к реальному эксперименту: тренирует его умения и дает предварительные результаты, позволяющие в дальнейшем анализировать результаты реального эксперимента. С другой стороны, виртуальный эксперимент обладает дополнительными возможностями, например моделирования аварийных режимов работы, которые исключаются в реальном.
Выделим дидактические задачи, которые целесообразно решать с помощью компьютерного моделирования:
■ выполнение эксперимента в виртуальной среде в качестве самостоятельной подготовки к проведению того же эксперимента на лабораторном оборудовании;
■ получение предварительных результатов эксперимента для последующего сравнения с результатами реального;
■ сокращение времени на обработку результатов и оформление отчета за счет автоматизации расчетов и графических построений.
После определения задач моделирования мы установили, что их решение в пол-
78
Высшее образование в России • № б, 200S
ной мере осуществимо в среде схемотехнического моделирования Electronics Workbench (EWB). Особенностью этой программы является наличие панели контрольно-измерительных приборов, по характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. EWB позволяет имитировать работу с измерительными приборами, моделировать электрические схемы, упрощать их путем оформления подсхем и конвертировать в другие системы моделирования. Анализ практики виртуального эксперимента в ведущих технических университетах России, Украины и Болгарии, выполненный по материалам международных конференций, показал, что EWB -наиболее популярная среда схемотехнического моделирования; кроме того, она предваряет работу студентов в среде LabView, которая непременно окажет влияние на методику преподавания электротехнических дисциплин в будущем. Поэтому мы остановили свой выбор именно на программе EWB.
Нужно отметить, что хотя моделирование эксперимента выполняется компьютерной программой с учетом всех рассмотренных в учебнике законов и методов, сами эти законы и методы пользователю не видны, он получает только конечный результат. Поэтому для компенсации недостатка в отработке методов расчета электрических и магнитных цепей (практические занятия не предусмотрены учебным планом) мы ввели практическую, т.е. расчетную, часть, предшествующую эксперименту. В результате получили схему комплексной лабораторнопрактической работы (ЛПР) (табл. 1).
Как видно из табл. 1, в классическую последовательность элементов ЛПР, полученную на основе логики познавательного процесса, мы добавили третьим элементом компьютерное моделирование эксперимента с целью усиления связи между теорией и практикой. В чем его особенность? Дело в том, что компьютерное моделирование развивает наглядно-образное мышление студентов и занимает промежуточное положе-
ние, связывая между собой расчетную и экспериментальную части работы, на которых происходит развитие словесно-логического и наглядно-действенного мышления соответственно. Включение в работу всех типов мышления обеспечивает целостность развития обучаемого через реализацию «микротехнологии восприятия, переработки и применения знаний». С этой точки зрения компьютерное моделирование развивает традиционную систему обучения в направлении ее гуманизации.
В чем отличие предложенной схемы от методик других авторов? Принципиальное отличие заключается в том, что мы рассматриваем моделирование (виртуальный эксперимент) как неотъемлемую часть всей работы, как один из методов, дополняющих традиционные методы проведения ЛПР (т.е. в комплексе с расчетами и реальным экспериментом).
Существуют и другие точки зрения, к примеру рассмотрение виртуального эксперимента в качестве самостоятельной формы эксперимента либо как дополнение к традиционному лабораторному практикуму, состоящее в выполнении части работ в виртуальной лаборатории. Выделим сильные и слабые стороны названных подходов.
Эксперимент исключительно в среде схемотехнического моделирования (первый подход) целесообразен лишь в тех случаях, когда проведение данной работы ограничено возможностями имеющегося лабораторного оборудования. Если таких ограничений нет, то использование только виртуального эксперимента неоправданно по следующим причинам: студенты лишаются возможности получения практических навыков работы с электротехническим оборудованием, у них формируется виртуальное, т.е. «игрушечное », отношение к эксперименту.
Второй подход - выполнение части работ практикума в виртуальной лаборатории - позволяет значительно расширить тематику экспериментальных исследований. Однако при проведении только реаль-
Education Online
79
Таблица І
Схема комплексной ЛПР
Элементы Дидактические задачи Содержание
1. Основные теоретические положения Актуализация теоретической базы знаний Тезисно ориентируют студента на необходимый лекционный материал. Содержат тесты предварительного контроля знаний по теме
2. Практическая (расчетная) часть работы Закрепление теоретического материала: отработка расчетных, графических и графо-аналитических методов анализа работы электрических, магнитных и электронных цепей Задание на предварительный расчет эксперимента и образец его выполнения, а также варианты данных для выполнения задания каждым студентом самостоятельно
3. Компьютерное моделирование эксперимента • Самостоятельное выполнение эксперимента в виртуальной среде; • получение предварительных результатов эксперимента; • автоматизация расчетов и графических построений Пример моделирования эксперимента в среде EWB
4. Экспериментальная часть работы Получение практических навыков экспериментальной работы: • соблюдения правил электробезопасности; • сборки электрических схем; включения и настройки измертель-ных приборов, источников питания; • анализа результатов и формулирования выводов Правила безопасности, методические указания по проведению эксперимента на лабораторном стенде и анализу его результатов
5. Задания для контроля и самоконтроля Проверка уровня знаний студентов по теме, выявление проблем и планирование коррекционной работы Контрольные тесты
ного или только виртуального эксперимента имеется возможность решения лишь части дидактических задач. Кроме того, совершенно очевидно, что наиболее полные и достоверные данные можно получить только на основании комплексного эксперимента.
Для проверки эффективности новой схемы проведения ЛПР мы провели ее апробацию в образовательной практике. Студенты контрольной и экспериментальной групп осваивали одну и ту же учебную программу. При этом в учебном процессе экспериментальной группы реализовывалась новая схема ЛПР, а в контрольной группе лабораторные работы проводились традиционно.
Дидактическая эффективность интеграции реального и виртуального эксперимен-
та в лабораторной работе оценивалась нами по двум критериям, выделенным из перечня показателей качества ГОСТ Р ИСО 9000-2001 и представленным в табл. 2.
Например, для выявления эргономических показателей компьютерного моделирования мы оценили его влияние на познавательную активность студентов Па.
Па = А / N • Т ,
где А - количество работ, вовремя выполненных студентами;
N - количество студентов в группе;
Т - время в академических часах, отведенное в учебном плане на лабораторные работы ([Па] = час-1).
Средние выборочные значения показателя познавательной активности ГЇ^ по подгруппам экспериментальной и контрольной
8О
Высшее образование в России • № б, 200S
Таблица 2
Критерии оценки дидактической эффективности комплексной ЛПР
Показатели качества Характеристика Параметры Метод определения параметра
Показатели назначения Действенность 1. Коэффициент усвоения знаний Тестирование по представительной выборке учебных элементов (30%)
2. Дисперсия коэффициента усвоения Статистическая обработка результатов тестирования
Прочность 3. Коэффициент прочности (сохраняемости) знаний Отсроченное Интернет-тестирование по выборке учебных элементов
4. Дисперсия коэффициента прочности знаний Статистическая обработка результатов тестирования
Эргономические показатели Оптимальность для студента 1. Показатель познавательной активности Прямое наблюдение, анкетирование
2. Затраты времени на выполнение лабораторных работ Прямое наблюдение
Оптимальность для преподавателя 3. Затраты времени на контроль и анализ результатов обучения Прямое наблюдение
4. Сравнительная эффективность учебного занятия Самоанализ занятий и анализ взаи-мопосещений занятий
групп оказались равными 0,94 час-1 и 0,75 час-1 соответственно, что говорит о существенном улучшении этого показателя. После математической обработки остальных экспериментальных данных был получен положительный прирост и других показателей соответствующих критериев.
Опыт проведения лабораторного практикума по курсу «Электротехника и электроника» со студентами неэлектротехнических специальностей по новой схеме в течение двух семестров показал рост интенсивности обучения при отсутствии перегрузки за счет смены видов деятельности. Время, затраченное студентами на выполнение одной работы в аудитории, не превышает двух академических часов при обязательной самостоятельной подготовке дома.
Разработанная схема проведения лабораторных работ и опыт ее применения обсуждались на двух международных конференциях: Modern (e-) Learning (Варна, 2007) и Online Educa (Москва, 2007). В результате были выделены дидактические задачи каж-
дого элемента схемы (табл. 1), выполнение которыхи гарантирует эффективность интеграции «реального»и «виртуального»в лабораторном эксперименте. Сформировалось понимание того, что при разработке лабораторного практикума по любой из электротехнических дисциплин в каждой работе необходимо планировать использование современных сред схемотехнического моделирования. Кроме того, потенциал этих сред в области самостоятельного обучения, несомненно, будет востребован в курсовом и дипломном проектировании.
Литература
1. Штейнберг В.Э. Концепция дидактическо-
го дизайна // Современный образовательный процесс: опыт, проблемы и перспективы: Материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Уфа, 2007. - С. 427-428.
2. См.: Вахтина Е.А. Дидактическое проек-
тирование как технология гуманизации процесса обучения в вузе: Авторефер. дис. ... канд. пед. наук. - Майкоп, 2006.
Э
2008
MOSCOW Education
Международная конференция по вопросам обучения с применением технологий e-learning
Уважаемые коллеги!
Имеем честь пригласить вас на международную конференцию, посвященную применению информационных технологий в образовании «MOSCOW Education Online 2008».
Система «MOSCOW Education Online» поддерживается:
- Министерством образования и науки РФ,
- Исполнительным комитетом СНГ,
- Общественной палаши РФ,
- комитегами Государственной думы и Совет Федерации Федерального собрания РФ,
- Общероссийской Общественной Организацией РСПП,
- Общероссийской Общественной Организацией «Деловая Россия»,
- ООО МиСП «ОПОРА РОССИИ»,
- МИД РФ.
В конференции «MOSCOW Education Online 2008» ожидается участие российских специалистов и более 100 -экспертов из-за рубежа, в том числе руководителей Европейского фонда гарантий качества в e-learning (EFQUEL).
Тематика конференции «MOSCOW Education Online» охватывает широкий круг вопросов: развитие перспективных технологий и организационно-управленческих решений в очном и заочном обучении; анализ тенденций эволюции открытого, дистанционного и смешанного обучения, с учётом специфики модернизации и интернационализации российского образования, необходимости обеспечения гарантий качества, доступности и конкурентоспособности в российском образовании, важности сопряжения Болонского процесса и «электронной Болоньи» (e-Bologna).
С учетом разнообразия тематик, высокой степени их актуальности и того, что конференция такого уровня, масштаба и значимости проводится в России ежегодно, а также опираясь на успешный опыт проведения «ONLINE EDIJCA MOSCOW 2007», к участию в конференции приглашаются руководители и представители:
- органов управления образованием,
- учебных заведений всех уровней,
- 1Т-компаний,
- образовательных и кадровых подразделений крупного и среднего бизнеса.
Прошедшая в рамках прошлой конференции выставка показала наличие большого интереса к демонстрируемым продуктам и технологиям. Она позволила участникам конференции завязать интересные контакты, найти клиентов и партнеров.
а>
Подробная информация о конференции и выставке, формы заявок и требования к оформлению доку ментов и тезисов опубликованы на сайге конференции
www.moscow-cducation-onlinc.com
