CC BY
48
УДК 531: [378.164/. 169:004]
ББК 22.21Р30-6с51
О. В. Мирзабекоеа, A. В. Хохлов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ WEB-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ
О. V. Mirzabekova, А. V. Hohlov
APPLICATION OF WEB-BASED TECHNOLOGIES FOR DISTANCE LEARNING OF THEORETICAL MECHANICS OF TECHNICAL UNIVERSITIES ST/DENTS
Дистанционная форма обучения с успехом внедряется в процесс подготовки инженерных кадров. Однако программные дидактические средства, используемые при дистанционном обучении теоретической механике, реализуют так называемый «знаниевый» подход. Авторами создано дидактическое средство в формате веб-сайта, при разработке которого они руководствовались идеями деятельностного подхода в обучении. Данный веб-сайт позволяет организовать деятельность по усвоению основных понятий теоретической механики и поэтапному формированию методов решения задач в обобщенном виде.
Ключевые слова: дистанционное обучение теоретической механике, программные средства обучения, теория деятельности.
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.
Key words: 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 РНР. Для упрощения процесса разработки проекта дополнительно был выбран РНР-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 РНР (WAMР Server - комплекс серверного программного обеспечения, Komodo Edit - редактор кода для основных языков веб-разработки, в том числе РНР, 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.).
mech.ru/index, рИр/ргогїІе/
йбэт а| і
Теория
Конспектлекций Словарь терминов Загрузки
Ваши данные Профиль Пакеты действий
Данные студента
Специальность: Год поступления: Преподаватель: ■
Пакеты действий:
Задачи Обобщенные методы № Пакет действий Требуемое количество выполнений Кол-во попыток/Кол-во успешных выполнений
Тесты 1 Проекция силы на 5 7/2
Вазовые понятия плоскости
Сообщения 2 Момент силы в 5 3/2
Выход плоскости
Задачи студента:
Методы решения задач:
№ Тип задачи Результат выполнения
1 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Не решено
2 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Решено
3 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Решено
4 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Не решено
5 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Не решено
6 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Не решено
7 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Не решено
8 Произвольная плоская система сил. Тип 1 Решено
№ | Тип задачи Результат/Кол-во попыток
1 | Ра Не решено/0
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 -куре); 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 обра-
зом, сначала осуществляется работа по формированию отдельных пакетов действий и лишь затем - обучение методам решения задач в целом.
'$0^ £ Q О ГГП 6 С /7 Главная Словарь Лекции 0 проекте
Теория Конспект лекций Словарь терминов Загрузки Шарнирно-неподвижная опора
Баши данные Профиль Пакеты действий Задачи Обобщенные методы Тесты Базовые понятия Выделите из определения ключевой признак, позволяющий отличить шарнирно-неподвижную опору от других видов опор: кликните по нему левой кнопкой мыши
Плоская шарнирно-неподвижная опора - технический идеализированный объект, соответствующий неподвижной части реального механизма, конструкции или устройства и обеспечивающий возможность только вращательног^ движения тела в плоскости
Сообщения Выход і
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 "еЬ-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.
Теория
Конспект лекций Словарь терминов Загрузки
Ваши данные Профиль Пакеты действий Задачи
Обобщенные методы Тесты
Базовые понятия
Сообщения
Выход
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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пономарёва Е. В. Разработка электронного Интернет-учебника по теоретической механике для технических вузов / Е. В. Пономарева: дис. ... канд. физ.-мат. наук. - Астрахань, 2003. - 158 с.
2. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний: психологические основы / Н. Ф. Талызина. -М.: Изд-во МГУ, 1984. - 344 с.
3. Талызина Н. Ф. Педагогическая психология / Н. Ф. Талызина: учеб. для студ. учеб. завед. сред. проф. образования, обучающихся по пед. специальностям. - М.: Academy, 1999. -287 с.
4. Анофрикова С. В. Практическая методика преподавания физики / С. В. Анофрикова, Г. П. Стефанова: учеб. пособие. - Астрахань: Изд-во Астрах. пед. ин-та, 1995. -Ч. 1. -231 с.
5. Анофрикова С. В. Применение задач в процессе обучения физике / С. В. Анофрикова, Г. П. Стефанова. -М.: МПГУ, 1991.-175 с.
6. Гальперин П. Я. Типы ориентировки и типы формирования действий и понятий / П. Я. Гальперин // Доклады АПН РСФСР. - М., 1959. - С. 34-67.
7. Фомина Л. Ю. Обучающая дидактическая система по технической механике как фактор эффективности процесса заочного обучения / Л. Ю. Фомина: дис. ... канд. пед. наук. - Новокузнецк, 2005. - 201 с.
8. Иванчук О. В. Методика формирования у учащихся обобщенных видов деятельности по усвоению понятий о физических объектах / О. В. Иванчук: дис. ... канд. пед. наук. - Астрахань, 1999. - 146 с.
9. Мирзабекова О. В. Программные средства дистанционного обучения теоретической механике: требования и возможные пути реализации / О. В. Мирзабекова, А. В. Хохлов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. -2013. -№ 1. - С. 202-207.
REFERENCES
1. Ponomareva Е. V. Razrabotka elektronnogo Intemet-uchebnika po teoreticheskoi mekhanike dlia tekhnicheskikh vuzov. Diss. kand. fiz.-mat. nauk [Creation of on-line manual on theoretical mechanics for the technical universities. Dis. cand. phys. math. sci.]. Astrakhan, 2003. 158 p.
2. Talyzina N. F. Upravlenie protsessom usvoeniia znanii: psikhologicheskie osnovy [Control of the process of mastering the knowledge: psychological basics]. Moscow, Izd-vo MGU, 1984. 344 p.
3. Talyzina N. F. Pedagogicheskaiapsikhologiia [Pedagogical psychology]. Moscow, Academy Publ., 1999. 287 p.
4. Anofrikova S. V., Stefanova G. P. Prakticheskaia metodikaprepodavaniia fiziki [Practical methods of teach-ingphysics]. Astrakhan, Izd-vo Astrakh. ped. in-ta, 1995. Part 1. 231 p.
5. Anofrikova S. V., Stefanova G. P. Primenenie zadach vprotsesse obucheniia fizike [Use of tasks in the process of teaching physics]. Moscow, MPGU, 1991. 175 p.
6. Gal'perin P. Ia. Tipy orientirovki i tipy formirovaniia deistvii i poniatii [Types of orientation and types of formation of actions and notions]. Doklady APNRSFSR. Moscow, 1959, pp. 34-67.
7. Fomina L. Iu. Obuchaiushchaia didakticheskaia sistema po tekhnicheskoi mekhanike kak faktor effektivnosti protsessa zaochnogo obucheniia. Diss. kand. ped. nauk [Training didactic system of technical mechanics as a factor of efficiency of the process of part-time learning]. Novokuznetsk, 2005. 201 p.
8. Ivanchuk О. V. Metodika formirovaniia u uchashchikhsia obobshchennykh vidov deiatel'nosti po usvoeniiu poniatii o fizicheskikh ob"ektakh. Diss. kand. ped. nauk [The methods of formation of students’ generalized types of activity on mastering the notions of physical objects]. Astrakhan', 1999. 146 p.
9. Mirzabekova О. V., Khokhlov A. V. Programmnye sredstva distantsionnogo obucheniia teoreticheskoi mekhanike: trebovaniia i vozmozhnye puti realizatsii [Program means of distance learning of theoretical mechanics: requirements and possible ways of realization]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Upravlenie, vychislitel'naia tekhnika i informatika, 2013, no. 1, pp. 202-207.
Статья поступила в редакцию 20.06.2013
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Мирзабекова Ольга Викторовна — Астраханский государственный технический университет; д-р пед. наук, доцент; профессор кафедры «Физика» ; [email protected]
Mirzabekova Olga Victorovna — Astrakhan State Technical University; Doctor of Pedagogical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Physics"; [email protected].
Хохлов Александр Васильевич — Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Физика» ; [email protected].
Hohlov Alexander Vasilevich — Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Physics"; [email protected].
