CC BY
26ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРИ ОБУЧЕНИИ В ВУЗАХ
Н.В. Васильева, кандидат технических наук, доцент. Санкт-Петербургский государственный морской технический университет. Н.Б. Кунтурова, доктор педагогических наук. Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского. Е.А. Малыгина, кандидат педагогических наук. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Статья посвящена вопросам повышения эффективности обучения на основе электронной системы управления обучением, позволяющей организовывать и корректировать самостоятельную работу обучающихся. Авторы делятся опытом разработки и использования в учебном процессе электронных учебных курсов, обсуждают формат таких приложений, приводят требования к ним, необходимые для реализации основных задач обучения.
Ключевые слова: образовательная среда, электронный учебный комплекс, математика, онлайн-обучение, учебные материалы, интерфейс, тестирование
APPLICATION OF ELECTRONIC INFORMATION EDUCATIONAL ENVIRONMENT WHEN TRAINING IN HIGHER EDUCATION INSTITUTIONS
N.V. Vasileva. Saint-Petersburg state maritime technical university.
N.B. Kunturova. Military space academy named after A.F. Mozhayskiy.
Е.А. Malygina. Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia
The article is devoted to the issues of increasing the effectiveness of training on the basis of electronic learning management system that allows to organize and adjust the independent work of students. The authors share their experience in the development and use of e-learning courses in the educational process, discuss the format of such applications, give the requirements for them necessary for the implementation of the main objectives of training.
Keywords: educational environment, electronic educational complex, mathematics, online learning, training materials, interface, testing
Использование элементов электронного обучения в учебном процессе существенно повышает его качество, что в настоящее время является неоспоримым. Несмотря на это, широкое применение электронных и беспроводных мобильных устройств в вузах силовых структур мало распространено, хотя техническое оснащение их учебных аудиторий, как правило, выше, чем в гражданских вузах. Это скорее всего, связано с инертностью и консервативностью преподавателей, поскольку обучающиеся, как правило, активно включаются в этот процесс. Более того, новые федеральные государственные образовательные стандарты третьего поколения предписывают вузу разработать информационно-образовательную среду (ИОС), с помощью которой каждый обучающийся в течение всего периода обучения должен быть обеспечен индивидуальным неограниченным доступом к одной или нескольким электронно-библиотечным системам и к электронной ИОС вуза [1].
Под основными компонентами ИОС вуза [2] понимаются:
- информационно-образовательные ресурсы;
- компьютерные средства обучения;
- система управления образовательным процессом.
Важнейшим из них является система управления образовательным процессом, позволяющая создать виртуальную среду онлайн-обучения и управлять ею, а ее основой являются электронные учебные комплексы (ЭУК), разрабатываемые на основе модульного принципа построения изучаемых дисциплин с использованием элементов интерактивного диалога и системы тестирования.
Платформой образовательного сегмента, направляющей и контролирующей процесс онлайн-обучения, может служить разработанный учебный сайт вуза, например, учебный сайт кафедры высшей математики, разработанный в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете на основе системы управления контентом Drupal.
В Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского управление образовательным процессом непосредственно между преподавателем и обучающимися возможно осуществлять через облачные хранилища.
Система управления образовательной деятельностью позволяет использовать в учебном процессе элементы онлайн-обучения, что существенно повышает качество обучения, при этом результаты исследований, проведенных в работах [3, 4], показывают, что эффективность учебного процесса повышается при сочетании различных форм обучения, то есть при так называемом смешанном обучении (blended learning), при котором часть учебного материала изучается в системе удаленного доступа (on line).
К преимуществам смешанного обучения можно отнести:
- возможности мобильной связи и обмена информацией между учащимися и преподавателем;
- доступ обучающихся к методическим материалам изучаемой дисциплины в любое удобное время и в любом месте;
- свободный выбор последовательности, объема и уровня глубины изучения дисциплины;
- возможность самому обучающемуся определять темп, время и место обучения;
- средства контроля и проверки преподавателем уровня усвоения учебного материала академической группы.
Смешанное обучение позволяет реализовать методологию «обратного класса», при которой часть лекционного материала изучается учащимися в системе удаленного доступа, а затем на практическом занятии обсуждаются результаты и демонстрируется применение теории для решения практических задач.
Используя в учебном процессе элементы онлайн-обучения, следует понимать, что оно должно обеспечивать интеграцию информационных и педагогических технологий. При этом технологии передачи информации от педагога к студенту являются не менее важными составляющими для организации образовательной деятельности, чем ее педагогическая составляющая. Поэтому исследование вопросов эффективности использования в учебном процессе элементов смешанного обучения и разработка для его реализации программных приложений, требований, предъявляемых к ним и их формату с целью обеспечения удобства пользователей, является актуальным на современном этапе.
Электронные учебные курсы как основа реализации смешанного обучения в вузе
Целью использования элементов онлайн-обучения в учебном процессе, проходящем в очной форме, является управление самостоятельной работой обучающихся, ее организация и корректировка.
Серьезное влияние на обучающихся при смешанном обучении оказывают как учебные программные ресурсы, так и технологии передачи информации от педагога к обучающемуся. Наиболее часто используемые преподавателями инструменты и учебные ресурсы сконцентрированы в учебных пособиях и презентациях Power Point и основаны на традиционных - пассивных методах обучения, которые плохо активизируют
обучающихся в образовательном процессе [5], что регулируется при применении смешанного обучения.
Вряд ли можно считать дистанционным или онлайн-обучением образовательный процесс, при котором все учебные методические материалы пересылаются пользователям через почту, так называемое «кейсовое обучение», и даже через учебный сайт, разработанный как некоторый «файлообменник». Комплекс разработанных программных продуктов должен не только предоставлять обучающимся теоретические и практические материалы, но и реализовывать задачи обучения: выработку навыков решения практических задач и осуществление контроля усвоения знаний. Важно наполнить ИОС вуза электронными интерактивными курсами (ЭУК), с помощью которых реализуется не только пассивное изучение дисциплины (чтение контента), но и активное обучение (тестирование, выполнение курсовых проектов, личный мониторинг полученных знаний).
Разработка ЭУК, создающих виртуальную образовательную среду с элементами интерактивного диалога и разделом личного мониторинга, предоставляющих обучающимся свободный выбор как последовательности, так и уровня глубины изучаемого материала, является востребованной в образовательном процессе вузов силовых структур. Целесообразным и эффективным представляется наличие в ЭУК системы тестирования, которая позволяет обучающимся оценивать полученные ими с помощью ЭУК знания, а преподавателю осуществлять контроль уровня знаний учебной группы на каждом этапе учебного процесса. Исследования [6-8] показали требования, которым должны удовлетворять разработанные учебные ресурсы, чтобы способствовать эффективному обучению и быть удобными для использования. Методология повышения эффективности разработки программных продуктов, предназначенных для электронного (E-learning) и мобильного (M-learning) обучения, описывается в работах [9-11].
Многолетний опыт использования авторами элементов онлайн-обучения в образовательном процессе показал, что эффективнее всего разрабатывать ЭУК на основе собственной оригинальной оболочки (шаблона), позволяющей учесть все нужды и особенности как обучающихся, так и специфику изучаемой дисциплины. Такие ЭУК открываются под любым браузером, на любом проводном (компьютер, ноутбук) или беспроводном (смартфон, планшет) сетевом электронном устройстве с минимальным набором требований и в любой операционной системе. Разработанные в собственной оригинальной оболочке ЭУК имеют сравнительно небольшой объем, не будут требовать большой оперативной памяти и могут быть загружены на любое электронное устройство.
Примером разработки и применения ЭУК в учебном процессе является ЭУК «Математика», выполненный авторами и с успехом используемый в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете и в Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского.
ЭУК «Математика»
ЭУК «Математика» - это поток приложений (электронных учебников), созданных в разработанной оригинальной оболочке (шаблоне), соответствующих изучаемым в высшей школе разделам математической дисциплины, таких как: «Линейная и векторная алгебра», «Аналитическая геометрия», «Математический анализ», «Дифференциальные уравнения», «Теория вероятностей».
ЭУК «Математика» используется обучающимися в самостоятельной работе, проходящей, как правило, вне аудитории. В связи с этим интерфейс ЭУК «Математика» разработан так, чтобы обеспечить наибольшее удобство пользователю, так называемый интерактивный ЭУК (рис. 1) с хорошо разработанной системой связи между его элементами - «дружественным интерфейсом».
Рис. 1. Интерактивный ЭУК
Интерфейс ЭУК - это «витрина или лицо интерактивной электронной книги. Критерии интерфейса учитывают эстетические и визуальные свойства дизайна, связанные с особенностями удобства использования интерактивной электронной книги» [9]. В интерактивном ЭУК пользователь, электронный учебник и виртуальная среда могут взаимодействовать друг с другом; элементы электронного учебника могут общаться и взаимодействовать между собой, а также с пользователями; многие каналы связи используются одновременно.
Шаблон ЭУК «Математика» предоставляется преподавателям в виде программы с открытым кодом с использованием HTML, CSS и Java Script технологий. Используя созданный шаблон, можно создавать новые ЭУК по любой учебной дисциплине, проведя некоторое редактирование, то есть, заполняя текстом и набором формул элементы оболочки. Импорт математических формул в электронные учебники осуществлялся с помощью графического редактора Photoshop, а также инструментария HTML Help Workshop.
При входе в приложение открывается главное двухуровневое меню модуля изучаемой дисциплины или модуля раздела дисциплины (рис. 2), которая разбита на модули (занятия), а в качестве единицы занятия выбрана одна web-страница (экран). Через главное меню можно перейти к любой странице любого занятия.
Кратные интегралы
к Занятие 1. Двойной интеграл в декартовых координатах * Занятие 2. Замена переменных в двойном интеграле
2.1. Замена переменных в двойном интеграле
2.2. Двойной интеграл в полярных координатах
2.3. Механические приложения двойных интегралов
2.4. Задачи для самостоятельного решения
*- Занятие 3. Тройной интеграл в декартовых координатах
Занятие 4. Замена переменных в тройном интеграле 4 Начальная страница
Рис. 2. Главное меню модуля «Кратные интегралы»
На рис. 3 показан вид экрана одной web-страницы изучаемого занятия. В левой части экрана размещено меню его web-страниц и кнопка перехода к списку занятий.
Рис. 3. Окно просмотра ЭУК «Математика»
Вид экрана занятия разработан так, что учебник можно изучать на двух уровнях: учить теорию при подготовке к экзаменам или получать навыки решения задач, если выполняется домашнее задание или идет подготовка к контрольной работе. Для этого на экране открыто и выделено ярким цветом ядро информации: определения, теоремы, замечания. Дополнительная информация: доказательства теорем, примеры, иллюстрирующие теоретический материал и т.д. открываются и закрываются в случае необходимости соответствующими кнопками. Подобное представление информации способствует удобному ее прочтению на экране, быстрому запоминанию и выделению той части материала, которая актуальна на данный период.
Раздел личного мониторинга ЭУК, размещенный в конце каждого занятия, включает в себя набор задач для самостоятельного решения с ответами (рис. 4) и систему тестирования. Набор задач для самостоятельного решения с ответами, а иногда и с подсказками, является не только элементом самоконтроля, но и решает важную задачу обучения - способствует закреплению изученного материала.
1. Кратные интегралы
Содержание Занятие 4. Замена переменных в тройном интеграле
Л Занятие 4. Замена переменных в тройном интеграле 4.1. Замена переменных в тройном интеграле 4.2. Тройной интеграл в сферических координатах 4.3. Механические приложения тройных интегралов 4.4. Задачи для самостоятельного решения ^ Список занятий по курсу "Кратные нтегралы" 3.4. Задачи для самостоятельного решения
Задача 1 (+)
Задача 2 (+)
0] Задача 3 (+)
] Задача 4 (+)
Рис. 4. Задачи для самостоятельного решения
Система тестирования ЭУК включает в себя набор контрольных тестов по всем темам изучаемой дисциплины. Система тестирования в ЭУК представлена в двух видах:
- в виде встроенных модулей в электронный учебник, которые являются элементами личного мониторинга полученных знаний обучающегося и в которые можно войти с начальной страницы каждого модуля;
- в виде тестовой базы для проведения контроля знаний академической группы преподавателем, которая размещена на сайте вуза.
На рис. 5 показано окно просмотра одного тестового задания сеанса самотестирования пользователем. При сеансе допускается свободная навигация по вопросам, то есть можно вернуться к предыдущим вопросам кнопками «Далее» и «Назад», которые окрашиваются при нажатии.
0 [1/20] ^ прошло: Тест 3. Числовые и функциональные ряды >
Назад Далее 0:0:10 Переход на начальную страницу
X/ При каких значениях ц числовой ряд Уд" сходится? к-1
ответ а:
□ а ч >1
□ в 0<ц< 1
□ с д>0
Рис. 5. Экран тестового задания
На экране размещается количество задач в задании, номер задачи, которая просматривается на экране, а также счетчик времени. Эти атрибуты дают возможность контролировать сеанс тестирования, который заканчивается при нажатии кнопки «Далее» после последней задачи. При этом выдается сообщение: «Вы уверены?».
После окончания сеанса тестирования оглашаются его результаты, то есть выставляется оценка, указывается количество правильных ответов, а также даются рекомендации для повторного изучения отдельных разделов учебника в виде гиперссылок, по которым можно к этим разделам перейти (рис. 6).
После повторного изучения материала, знания которого оказались недостаточными, можно пройти этот же тест заново. Возможность использовать при этом запоминание исключена, поскольку при каждом входе в систему вопросы и варианты ответов перемешиваются. Если окажется, что тест пройден без ошибок, то по соответствующей кнопке можно перейти на начальную страницу и продолжить изучение материала.
Рис. 6. Оглашение результатов тестирования
Система тестирования для контроля знаний студенческой группы (например, для выставления аттестационной оценки) может использоваться как в компьютерном классе вуза, так и в обычной аудитории с использованием смартфонов (рис. 7). Перемешивание вопросов теста и вариантов ответов при каждом входе в систему исключает «списывание», поэтому всей студенческой группе может быть предложен один вариант теста.
Рис. 7. Сеанс тестирования на смартфоне
Результаты тестирования студентов академической группы сохраняются для преподавателя в «Дневнике пользователя» (рис. 8, 9).
Дневник пользователя
Рис. 8. Оглашение результатов
Рис. 9. Дневник пользователя
Это позволит преподавателю на основе результатов тестирования корректировать процесс обучения. По окончании сеанса тестирования обучающимся дается возможность просмотреть тест, а также пройти его повторно с исправлением сделанных ошибок.
Проведение контроля в виде тестирования в течение семестра существенно повышает качество обучения и способствует лучшим результатам при контрольных испытаниях (сдача экзамена или зачета). «Неотвратимость» постоянного контроля, которая занимает малое количество времени, мотивирует учащихся к активной работе в течение семестра и является в какой-то степени «репетицией» экзамена или зачета. Особенно эффективно проведение тестирования в течение семестра, если после каждого сеанса преподаватель обсуждает с обучающимися полученные результаты и допущенные ошибки.
Результаты проводимых в учебных группах Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (экспериментальные группы) тестирований и сравнительный анализ успеваемости (в процентах сдавших экзамен при первой попытке) с результатами групп, где ЭУК и тестирование не применялись (контрольные группы) осуществлены в течение семестра на примере: четырех групп факультета целевой и контрактной подготовки - экспериментальные группы (ряд 2) и четырех групп факультета морского приборостроения - контрольные группы - (ряд 1). Полученные результаты подтверждают эффективность такой работы и приведены на рис. 10.
Рис. 10. Сравнительный анализ результатов экзаменов
Использование электронных и мобильных устройств в образовании не является самоцелью, оно повышает качество обучения, если в образовательном процессе информационные технологии сочетаются с педагогическими технологиями. Грамотно методически разработанные и удобные в пользовании электронные учебные комплексы, созданные на платформе управления образовательным процессом, являются основой виртуальной цифровой образовательной среды, которая «сопровождает» обучающегося в его самостоятельной работе, способствует систематизации его знаний, получению навыков решения практических задач, умению самостоятельно выявлять и исправлять ошибки в своих рассуждениях и решениях.
Приведенные авторами результаты применения электронных и мобильных устройств в учебном процессе вузов наглядно демонстрируют повышение эффективности обучения, по сравнению с традиционным обучением.
Литература
1. Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 45.03.01 «Филология» (уровень бакалавриата): Приказ Минобрнауки России от 7 авг. 2014 г. № 947. Доступ из справ. -правовой системы «КонсультантПлюс».
2. Остроумова Е.Н. Информационно-образовательная среда вуза как фактор профессионально-личностного саморазвития будущего специалиста // Фундаментальные исследования. 2011. № 4. С. 37-40.
3. Оценка влияния современных инновационных технологий на формирование математической компетентности будущих специалистов в вузах силовых структур / Н.В. Васильева [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета. Сер.: Проблемы высшего образования. 2017. № 3. С. 23-27.
4. Васильева Н.В., Кунтурова Н.Б., Яковлева Н.А. Создание и педагогические условия использования электронных средств обучения математическим дисциплинам в образовательных организациях силовых структур // Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России. 2016. № 4 (72). С. 164-168.
5. Julio Cabero-Almenara, María Luisa Arancibia, Annachiara del Prete. Technical and Didactic Knowledge of the Moodle LMS in Higher Education. Beyond Functional Use // Journal of New Approaches in Educational Research. 2019. Vol. 8. No. 1. URL: https://doi.org/10.7821/naer.2019.1.327 (дата обращения: 23.01.2019).
6. Комплекс электронных образовательных ресурсов для организации учебного процесса в форме дистанционного обучения / В.В. Григорьев-Голубев [и др.] // Ученые записки ИСГЗ. 2015. Т. 13. № 1. С. 154-160.
7. Комплекс информационных материалов и электронных ресурсов для использования элементов дистанционного обучения в преподавании математических дисциплин /
B.В. Григорьев-Голубев [и др.] // Образовательные технологии и общество. 2016. № 1.
C.484-497.
8. Малыгина Е.А., Афонин Д.А., Кевлов И.А. Организация самостоятельной работы в пожарно-технических вузах на основе компьютерно-информационной обучающей среды // Проблемы управления рисками в техносфере. 2012. № 1 (21). С. 168-175.
9. Васильева Н.В., Григорьев-Голубев В.В., Евграфова И.В. О повышении эффективности программного обеспечения для электронного (E - learing) и мобильного (M - learing) обучения // Морские интеллектуальные технологии. 2017. № 2 (36). Т. 1. С. 75-80.
10. Васильева Н.В., Кунтурова Н.Б., Прокофьева А.Л. Образовательные средства информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе военного вуза // Труды военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2018. № 661. С. 207-214.
11. Bozkurt A. & Bozkaya M. Evaluation Criteria for Interactive E-Books for Open and Distance Learning // The International Review of Research in Open and Distributed Learning. 2015. 16(5). URL: https://doi.org/10.19173/irrodl.v16i5.2218 (дата обращения: 23.01.2019).
References
1. Ob utverzhdenii federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo standarta vysshego obrazovaniya po napravleniyu podgotovki 45.03.01 «Filologiya» (uroven' bakalavriata): Prikaz Minobrnauki Rossii ot 7 avg. 2014 g. № 947. Dostup iz sprav.-pravovoj sistemy «Konsul 'tantPlyus».
2. Ostroumova E.N. Informacionno-obrazovatel'naya sreda vuza kak faktor professional'no-lichnostnogo samorazvitiya budushchego specialista // Fundamental'nye issledovaniya. 2011. № 4. S. 37-40.
3. Ocenka vliyaniya sovremennyh innovacionnyh tekhnologij na formirovanie matematicheskoj kompetentnosti budushchih specialistov v vuzah silovyh struktur / N.V. Vasil'eva [i dr.] // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Problemy vysshego obrazovaniya. 2017. № 3. S. 23-27.
4. Vasil'eva N.V., Kunturova N.B., Yakovleva N.A. Sozdanie i pedagogicheskie usloviya ispol'zovaniya elektronnyh sredstv obucheniya matematicheskim disciplinam v obrazovatel'nyh organizaciyah silovyh struktur // Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta MVD Rossii. 2016. № 4 (72). S. 164-168.
5. Julio Cabero-Almenara, Maria Luisa Arancibia, Annachiara del Prete. Technical and Didactic Knowledge of the Moodle LMS in Higher Education. Beyond Functional Use // Journal of New Approaches in Educational Research. 2019. Vol. 8. No. 1. URL: https://doi.org/10.7821/naer.2019.L327 (data obrashcheniya: 23.01.2019).
6. Kompleks elektronnyh obrazovatel'nyh resursov dlya organizacii uchebnogo processa v forme distancionnogo obucheniya / V.V. Grigor'ev-Golubev [i dr.] // Uchenye zapiski ISGZ. 2015. T. 13. № 1. S. 154-160.
7. Kompleks informacionnyh materialov i elektronnyh resursov dlya ispol'zovaniya elementov distancionnogo obucheniya v prepodavanii matematicheskih disciplin / V.V. Grigor'ev-Golubev [i dr.] // Obrazovatel'nye tekhnologii i obshchestvo. 2016. № 1. S. 484-497.
8. Malygina E.A., Afonin D.A., Kevlov I.A. Organizaciya samostoyatel'noj raboty v pozharno-tekhnicheskih vuzah na osnove komp'yuterno-informacionnoj obuchayushchej sredy // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2012. № 1 (21). S. 168-175.
9. Vasil'eva N.V., Grigor'ev-Golubev V.V., Evgrafova I.V. O povyshenii effektivnosti programmnogo obespecheniya dlya elektronnogo (E - learing) i mobil'nogo (M - learing) obucheniya // Morskie intellektual'nye tekhnologii. 2017. № 2 (36). T. 1. S. 75-80.
10. Vasil'eva N.V., Kunturova N.B., Prokofeva A.L. Obrazovatel'nye sredstva informacionno-kommunikacionnyh tekhnologij v uchebnom processe voennogo vuza // Trudy voenno-kosmicheskoj akademii im. A.F. Mozhajskogo. 2018. № 661. S. 207-214.
11. Bozkurt A. & Bozkaya M. Evaluation Criteria for Interactive E-Books for Open and Distance Learning // The International Review of Research in Open and Distributed Learning. 2015. 16(5). URL: https://doi.org/10.19173/irrodl.v16i5.2218 (data obrashcheniya: 23.01.2019).
