CC BY
23
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРОВ-ХИМИКОВ
В.В. Гузеев, д.т.н., проф., проректор по учебной работе Тел.: (8-38-23)54-99-82, E-mail: guzeev@ssti.ru А.С. Буйновский, д.т.н., проф. Тел.: (8-38-23)54-49-07, E-mail: bas@ssti.ru
М.К. Медведева, зав. лабораторией Тел.: (8-38-23)54-49-07, E-mail: bas@ssti.ru
П. Б. Молоков, студ. Тел.: (8-38-23)54-49-07, E-mail: bas@ssti.ru Северский государственный технологический институт Н.Ф. Стась, к.т.н., доц. Тел.: (8-38-22)56-34-74 Томский государственный политехнический университет http://www.tpu.ru/html/soc.htm
The structure of the training teaching and methodical complex providing the intensification of educational process with the purpose of increase of learning efficiency, the quality of education, the mastering of knowledge in chemistry is developed and is offered. The advantages of the given complex are proved at its use in educational process.
В связи с тем, что в настоящее время изменилось положение человека в производственном процессе, решающее значение приобрели развитый интеллект, хорошая образовательная и техническая подготовка рабочего. Образование стало необходимым условием воспроизводства рабочей силы. Человек, не имеющий образовательной подготовки, сегодня фактически лишен возможности получить современную профессию.
В намечающихся контурах будущего общества образованность и интеллект все больше относятся к разряду национальных богатств, а духовное здоровье человека, разносторонность его развития, широта и гибкость профессиональной подготовки, стремление к творчеству и умение решать нестандартные задачи превращаются в важнейший фактор прогресса страны. В этих условиях достижение нового качества образования определяет главный приоритет образовательной политики нашего государства.
Самый важный и надежный способ получения систематического образования -обучение.
Кафедра Химии и технологии материалов современной энергетики (ХиТМСЭ) Се-верского государственного технологического института (СГТИ) сориентирована на подготовку специалистов для атомной отрасли по специальности 250900 «Химическая технология материалов современной
Ядерное образование имеет ряд существенных отличий от классического технического (инженерного) образования. Эти отличия связаны с особенностями ядерных технологий, одна из которых - соче-тание сложных математических, естественно- научных и инженерных дисциплин [1].
Долгий «перестроечный» период и развал СССР сильно отразились на состоянии предприятий атомной отрасли. На производстве остро ощущается нехватка специалистов, хорошо знающих свой предмет, владеющих современными технологиями, требующими специфических знаний. Снижение уровня естественно-научных знаний школьников, студентов существенно влияет
на качество ядерного образования.
Химия - одна из естественных наук, знание которой необходимо для плодотворной деятельности современного инженера любой специальности. Этот предмет входит в учебные планы подготовки специалистов разных направлений. Поэтому совершенствование концепции химического образования очевидно. Высшее профессиональное образование самым непосредственным образом связано с потребностями производства, с оперативной и сравнительно быстрой формой включения молодых людей в жизнь и остается важнейшим каналом получения профессии. Для всех эффективно работающих специалистов важна прочная фундаментальная база знаний.
К сожалению, в настоящее время не только в химической промышленности, но и в других сферах производственной деятельности все более ощущается недостаток фундаментальных химических знаний об используемых процессах и материалах. Поэтому, актуальность работы определяется: углублением противоречий в управлении качеством образования; отсутствием механизмов контроля, оценки и коррекции внедряемых в массовую практику образовательных стандартов; неэффективным использованием компьютерных технологий в образовательном процессе и диагностике качества знаний, а также низким качеством педагогических программных средств, предназначенных для преподавания общеобразовательных предметов; общей слабой химической подготовкой выпускников общеобразовательных школ, абитуриентов, студентов колледжа и вуза, их неумением применять теоретические знания при решении химических задач, непониманием места химии среди других естественных наук и связей химии с ними, отсутствием самостоятельности при работе.
Проблеме подготовки кадров высшей квалификации для атомной отрасли России сотрудники Северского государственного технологического института уделяют особое внимание, т.к. современное высшее образование переживает время реформ. При сохра-
нении времени, отведенного на занятия, увеличивается объем информации, который должны усвоить студенты. Возрастает интенсивность занятий, которая в свою очередь, оказывает влияние и на систему образования, и, в частности, на систему преподавания технических дисциплин. Перед преподавателем возникает проблема, состоящая в противоречии между большим объемом информации, которую необходимо передать студентам, и ограниченностью во времени занятий, ограниченностью доступной литературы, способностью студентов к восприятию этой информации.
Для повышения эффективности организации учебного процесса и активизации учебно-познавательной деятельности студентов применяются различные методы активного обучения и современные образовательные технологии, базирующиеся на использовании технических средств (прежде всего компьютеров, проекторов, видео) для обучения студентов технических специальностей, при помощи которых у преподавателя появилась возможность создания и редактирования качественного учебного и методического материала, позволяющего сократить время изложения информации, подойти к процессу обучения творчески, разнообразить способы подачи материала, сочетать различные организационные формы проведения занятий, повысить мотивацию учебного труда [2]. Эти средства представляют в виде разнородной системы носителей информации, в своей полноте охватывающей информационный массив учебного материала, который обеспечивает содержательную, организующую, управляющую и контролирующую функции процесса обучения. Но упорядоченности в области разработки и создания средств обучения в настоящее время не наблюдается. Часто средства обучения разрабатываются без опоры на анализ содержания и процесса обучения, без определения наиболее рационального места их применения в конкретных условиях. Это приводит к тому, что дидактические средства применяются бессистемно, а не в качестве важнейшего компонента учебного процесса. Важность дидактических функций средств обучения
ций средств обучения делает актуальной проблему комплексного обеспечения ими
процесса обучения
[3].
С целью повышения качества образования путем интенсификации учебного процесса, углубления и усвоения полученных знаний, активизации самостоятельной работы и творческого мышления учащихся, повышения мотивации к предмету и, как следствие, подготовки кадров высшей квалификации для атомной отрасли России сотрудники кафедры ХиТ-МСЭ разработали и внедряют в учебный процесс обучающий учебно-методический комплекс, способствующий получению высокого результата при минимальных затратах времени на обучение.
Обучающий комплекс включает: лекции-презентации по общей и неорганической химии, выполненные с использованием программного обеспечения PowerPoint, конспект лекций в виде рабочей тетради (раздаваемой студентам перед началом занятий), электронный конспект лекций.
Среди психологических факторов, влияющих на эффективность восприятия и усвоения учебной информации, можно выделить такой фактор, как форма представления материала.
В традиционной педагогике высшей школы, основанной на непосредственном общении, передача знаний осуществляется главным образом путем чтения лекций. Так называемые информативные лекции занимают основную часть учебного времени.
Лекция - это монологический способ изложения объемного материала в обобщенной форме, адаптированной к уровню знаний и профессиональной ориентации студентов данной специальности. Однако такие лекции приводят к пассивности студентов, даже если их читает опытный преподаватель, хорошо управляющий вниманием аудитории. Целью любого преподавателя является достижение максимальной передачи знаний студентам по обучаемому предмету. Содержание дисциплины должно строиться на соответствующих этой дисциплине научных знаниях, и преподаватель должен преподнести эти знания в наиболее доступной и
наглядной форме. Курс лекций должен содержать максимально необходимый материал, который можно довести до студентов в отведенные планом лекционные часы.
Иллюстративный материал, который дается во время лекции и изображается на доске от руки, получается самым примитивным, а в некоторых случаях его вообще невозможно представить (например, структура материала). В преподавании технических дисциплин это особенно актуально.
Преимущества компьютера как средства поддержки учебного процесса достаточно широки и очевидны - это наглядность, быстрота доступа к большим объемам информации и ее контекстного поиска, возможности визуализации результатов моделирования процессов в реальном времени, недоступных или сложно реализуемых в учебной обстановке и др. Динамичные и образные, наглядные аудиовизуальные формы подачи учебной информации на экране компьютера или на экране видеопроектора в лекционной аудитории способствуют созданию положительной мотивации к использованию новых технологий [4].
Новые информационные технологии позволяют управлять качеством формы подачи лекционного материала (использование мультимедийных форм), увеличить арсенал способов изложения (посредством применения видеофрагментов, компьютерного моделирования, удаленного доступа через сеть Интернет, компьютерной техники для презентации учебного материала). Основы прочного усвоения учебной информации закладываются в процессе первичной ее подачи, поэтому восприятие, осмысление и запоминание материала существенно зависят от характера его изложения. В современном учебном процессе большую роль приобретает передача информации методом наглядной демонстрации с речевым сопровождением преподавателя. Однако создание полноценных программ, использующих средства мультимедиа, требует достаточно высокого уровня знаний и опыта, поэтому под силу только подготовленному программисту. Большинство же учителей-предметников такими знаниями не обладают. В результате учитель, способный дать полноценное содержательное наполнение, не может довести свои идеи до стадии пригодного к эксплуатации программного продукта; для профессиональных же программистов, напротив, не затруднительно создать высококлассную «оболочку», но ее наполнение да-
леко не всегда оказывается удачным для использования в учебных заведениях.
Один из способов решения данной проблемы - использование презентационного программного обеспечения PowerPoint в силу его широкого распространения, быстроты и легкости освоения преподавателями-предметниками при достаточно больших возможностях анимации предоставляемого материала, импорта различных графических приложений, кино- и звуковых файлов. С помощью этой программы текстовая и числовая информация легко превращается в профессионально выполненные слайды и диаграммы, пригодные для демонстрации перед современной весьма требовательной аудиторией студентов и способные оживить даже самую апатичную аудиторию.
Невозможно предусмотреть реакцию аудитории на изучаемую тему даже при тщательной подготовке к лекции. Возникают вопросы, на которые необходимо дать ответ по ходу лекции. Ответом может быть формула, тогда это можно записать в текстовом редакторе Word при помощи редактора формул, или ответом может быть рисунок, это можно сделать в программе Corel. Опыт показывает, что можно заранее нарисовать, например, в AutoCAD, схемы, лабораторные установки и демонстрировать их на экране после того, как задан вопрос. Таким образом, материал лекций, созданный в других программных продуктах (COREL, WORD, EXEL), можно легко включить в демонстрацию, расширив тем самым для непрофессионального пользователя возможности подготовки содержательного наполнения. Программа PowerPoint поддерживает видеоформаты, что позволяет показывать изменение процессов во времени. Возможность задавать порядок и продолжительность демонстрации позволяет проводить лекцию с так называемым «фоновым показом», когда рассказ дополняет текстовая, графическая, видео- и аудиоинформация. Сопровождение показа слайдов необходимыми устными пояснениями, импровизация по ходу лекции, переход от компьютерной формы изложения к рукотворной графике на доске является методическим приемом перемены видов деятельности на лекции-презентации, что немаловажно для активизации познавательной деятельности обучаемых и развития их творческой активности. Переход от кадра к кадру происходит, в основном, по нажатию клавиш; автоматический переход по истечении заданного вре-
мени используется редко, поскольку время, требуемое для восприятия учащимися того или иного кадра с учетом делаемых преподавателем дополнительных объяснений по нему, может быть различным в зависимости от уровня подготовки учащихся.
Дидактический потенциал презентационных лекций связан, в частности, с возможностью управления когнитивными процессами. Динамичная демонстрация материалов при помощи PowerPoint в отличие от стандартной - статичной снимает монотонность лекции, делает ее яркой и запоминающейся, позволяет овладеть вниманием аудитории и использовать максимально не только слуховую память, но и зрительный «потенциал». Информация, поступающая в мозг человека через зрение и слух, распределяется примерно как 7-8:1. Это показывает особую важность подачи зрительной информации обучаемому. Поступление же информации сразу по двум каналам резко повышает количество воспринимаемого учебного материала и эффективность его усвоения [5]. Применяемые для этих целей лекции-презентации содержат красочные, динамичные иллюстрации к излагаемому преподавателем материалу, выделенные цветом фрагменты для логических ударений, позволяют продемонстрировать те или иные явления, работу сложных приборов, сущность различных химических процессов и т. п. Яркость, наглядность, образность формы, органично объединенные со смысловым содержанием, производят огромное эмоциональное воздействие, приводят к осознанию изучаемого материала и облегчают его понимание и, как следствие, способствуют адекватному запоминанию и усвоению материала; позволяют использовать различные типы мышления и виды познавательной деятельности. Эти обстоятельства сказываются на продуктивности мыслительных процессов при дальнейшем обучении.
Еще одна скрытая от учащихся сторона использования компьютера в учебном процессе. Набор заранее изготовленного лекционного презентационного материала дает преподавателю ориентиры для развертывания рассказа об изучаемом объекте, что создает лектору уверенность при чтении лекции, заранее снимает боязнь сделать ошибку в расчете или забыть какое-то важное положение. При этом у преподавателя не так сильно напрягается память, показ готовых формулировок или рисунков дает ему кратковременный отдых и возможность собрать-
ся с мыслями для изложения следующей порции материала. Один раз подготовленный набор материала снижает время на подготовку к лекции, позволяет читать лекцию при плохом самочувствии и усталости. В случае отсутствия по какой-либо причине на занятиях ведущего лектора его с успехом может заменить другой преподаватель, затратив при этом на подготовку к лекции минимум сил и времени. Важной особенностью презентаций является удобство их редактирования.
Наличие в одном месте необходимой справочной информации - другое достоинство использования лекций-презентаций. При этом повышаются полнота и точность информации. Традиционная справочная литература в этом случае явно проигрывает, так как требует достаточных временных затрат на поиск, а также материальных затрат.
Использование компьютера позволяет нам сделать выводы о его главных преимуществах в процессе обучения химии. Демонстрация записи текста в процессе формирования умозаключений, показ стадий создания рисунка, длительный показ одного рисунка, сопоставление нескольких рисунков, графиков и идей, их одновременное объяснение и обсуждение, преобразования схемы, вывод формулы, «сборка» модели кристаллической решетки, написание по столбцам и графам таблицы с обсуждаемыми данными, показ некоторых химических опытов и т.п. -все это чрезвычайно расширяет возможности лекционного способа преподавания в режиме презентации.
Ряд психологических и методических соображений также способствует применению компьютера в учебном процессе. Многосторонний, системный подход к обсуждаемому предмету или явлению, анализ и синтез знания, сравнение, выделение существенных признаков, приемы классификации и систематизации и другие методы научного познания, используемые при преподавании химических дисциплин и формирующие активное творческое мышление, наиболее эффективно осуществляются с помощью компьютера.
Таким образом, изложение лекционного материала, созданного при помощи PowerPoint, является удобным и функциональным дополнением при обучении студентов инженерных специальностей, повышающим информативность занятий и соответствующим таким общедидактическим принципам, как научность и наглядность.
На рис. 1 (см. цв. вставку) представлен фрагмент лекции «Строение атома», выполненный в режиме презентации PowerPoint.
Чтение лекции в режиме презентации не позволяет студенту записать излагаемый материал в виде конспекта. С нашей точки зрения конспектирование лекции в виде ее стенографирования вообще недопустимо. Конспектирование отвлекает учащихся от работы на лекции, занимает время лекции на то, что студенты переписывают табличные данные или перерисовывают сложные чертежи и схемы. Это время лучше потратить на дополнительные объяснения и разбор замечаний. На лекции у каждого учащегося должен быть не конспект, а рабочая тетрадь
[5].
Вопрос совместного использования презентаций PowerPoint и рабочих тетрадей требует особого внимания. Здесь не следует опираться только на возможности компьютера: хотя он предоставляет великолепные средства для наглядного и красочного представления информации по изучаемой теме, тексты основных определений и другие основополагающие сведения все же должны остаться у учащихся в виде «бумажной копии» (и, разумеется, без необходимости вручную переписывать их с экрана ПЭВМ).
Студенты I курса вуза трудно адаптируются к лекционной системе занятий, не успевают за темпом лекции, не имеют навыков конспектирования. Не менее сложно после урочной системы школы перестроиться на полуторачасовую лекцию, в течение которой необходимо поддерживать постоянное внимание. Таким образом, уместность рабочей тетради обоснована: низким темпом записи лекции, новой терминологией, необходимостью точной записи основных понятий (материал отсутствует в учебных пособиях; лекция базируется на первоисточниках), необходимостью периодической концентрации внимания студентов на основополагающих данных в течение всей лекции.
Предлагаемая нами рабочая тетрадь раздается перед началом занятий и представляет собой твердую копию конспекта лекции, отображаемой на экране, в которой студент записывает результаты собственной познавательной деятельности: делает пометки, вносит в текст дополнения, самостоятельно решает предлагаемые лектором варианты задач и т.д. (рис. 2). Рабочая тетрадь помогает студентам выделить в лекции главные положения, точно сформулировать в конспекте основные термины, определе-
ния, понятия. Каждый абзац соответствует номеру слайда, показываемого на экране компьютера.
Все это активизирует самостоятельную
работу студентов, подводит их к анализу получаемой информации, что положительно влияет на усвоение знаний.
Слайд 24
Ниже приведены ядерные реакции, с помощью которых были получены некоторые из трансурановых элементов (кюрий, эйнштейний, нобелий и дубний):
Ц'Ри+ ?Не= Ь4*Ст + 1(п;
5 ^Ев + 6\ п;
«Ри+^е^да+^п.
Слайд 25
Пример. Резерфордий 105) был получен при облучении изотопа америция с массовым числом 243 ядрами неона с массовым числом 22. Написать уравнение соответствующей ядерной реакции, определить массовое число получаемого изотопа, имея в ввиду, что в реакции образуется пять нейтронов.
Решение
Слайд 26
Ядерные реакции являются источником получения атомной энергии. Для получения атомной энергии используются реакции деления урана, точнее, изотопов 9г"и:
аг2"и+ ¡п= Цйч-'УХе+Цп;
"Кт+ "1Ва+21(|п.
Рис. 2 . Фрагмент рабочей тетради
Поскольку лекционные занятия ограничены во времени, существует необходимость давать в лекциях большой объем материала в сжатом виде. Следовательно, в предлагаемых лекциях-презентациях можно изложить только основные положения, и студенты получают минимальный образовательный объем знаний. Возникает проблема полного и подробного изложения необходимого учебного материала.
В связи с этим нами разрабатывается электронный конспект лекций, содержащий дополнительный теоретический и справочный материал, позволяющий студентам углубить свои знания по предмету и, в частности, по интересующему их разделу.
Традиционный учебник - центральное звено в процессе обучения. Он лучше приспособлен для вдумчивого чтения, понимания, повторения усвоенного. Традиционный учебник учит «знать, что», а электронный конспект - «знать, где, как, в каком виде». Электронный конспект содержит базовый объем дисциплины, учитывает новые подходы в технологии. Материал пособия представляет собой наглядную структуру изу-
чаемого предмета и позволяет реализовать разветвляющую структуру учебного материала. Эта последовательность может изменяться учителем или учеником.
Электронный конспект никогда не заменит традиционный учебник, но он в состоянии дополнить его теми элементами, которые традиционный учебник реализовать не может. Электронный конспект позволяет быстро ориентироваться при поиске необходимой информации, оперировать ею, работать с наглядными моделями труднообъяснимых процессов. Учебное электронное издание может частично взять на себя функции преподавателя (интерактивность, контроль, взаимодействие) и книги (информация, поиск, самостоятельное изучение материала), плюс к этому оно дает наглядность (демонстрация) и повышает мотивацию к учению [4].
Использование электронного конспекта в качестве средства учебной деятельности способствует развитию самостоятельной работы как основной формы учебно-познавательной деятельности студента. Конечно, содержание образования не зависит
от формы обучения, но качество представления учебного материала имеет очень большое значение при такой форме организации познавательной деятельности. Поэтому здесь большое значение имеет применение всевозможных средств и структурирование материала с тем, чтобы добиться максимального его усвоения. Очень важны и психологические аспекты познавательной деятельности: учет закономерностей восприятия информации человеком и личностных характеристик студента. В процессе работы с электронным конспектом пользователь знакомится с предметом посредством просмотра ряда информационных фрагментов, связанных между собой по смыслу, осуществляет поиск нужной информации, имеет возможность находиться в режиме постоянной консультации с различными источниками знаний. Ознакомление осуществляется в определенной последовательности, обусловленной целями пользователя и его возможностями восприятия материала в зависимости от психологических особенностей. Варьирование последовательности ознакомления с содержанием осуществляется за счет разбиения информации на фрагменты (темы) и установления между ними связей, как правило, позволяющих пользователю перейти от изучаемой в текущий момент темы к одной из нескольких связанных с ней тем.
Электронный конспект не просто разгружает преподавателя от рутинных каждодневных функций, но значительно повышает интерес обучаемых к предмету, ускоряет обучение и обеспечивает лучшее усвоение знаний [6]. Изучаемый материал в электронном варианте обладает тем преимуществом, что может быть изменен по мере накопления новых данных или в связи с лучшим методическим представлением.
Таким образом, обучающий учебно-методический комплекс выполняет такие функции, как мотивационная, информационная, управления и оптимизации процесса обучения. Последняя позволяет достичь лучших результатов в обучении с наименьшей затратой сил и времени, т.к. вместо 1 лекции, читаемой в обычном режиме, лектор успевает изложить материал 2 - 3 лекций. В оставшееся время появляется возможность для проведения диагностики качества знаний, контролируемой самостоятельной работы, закрепления лекционного материала путем глубокого и детального опроса, индивидуального подхода к учащимся в процессе обучения и закрепления ими полученных знаний; усиливается мотивация к предмету.
Такой комплексный подход к созданию средств обучения химии может быть перенесен и на другие предметы, что скажется на качестве подготовки кадров высшей квалификации для атомной отрасли России.
«Искусственный интеллект: философия, методология, инновации»
По инициативе Научного Совета по методологии искусственного интеллекта РАН 6-8 апреля 2006 г. на базе Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета) состоится Первая Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации»
Источник. http://www.conf.aintell.ru/2006
* *
*
Литература
1. Экономика ядерной энергетики: Уч. пособие / Под ред. проф. В.В. Харитонова. - М.: МИФИ, 2004. - 280 с.
2. Селевко Г.К Современные образовательные технологии: Уч. пособие - М.: Народное образование, 1998. - 256 с.
3. Педагогика: Уч. пособие для студентов вузов / Под ред. В.А. Сластенина. - 2-е изд., стереотип. -М.: Изд. Центр «Академия», 2003. - 576 с.
4. Шлык В.А. Взгляд на информатизацию обучения// Информатика и образование. - 2000. - № 8. -С. 140-142.
5. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной аспекты: Учеб.для студ. вузов.- М.: ВЛАДОС, 1999. - 384 с.
6. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний. - М., 1984. - 344 с.
