CC BY
68
УДК 378.1 ББК Ч 481.27
Виктор Серафимович Самсонов,
доктор педагогических наук, профессор, Бурятский государственный университет (Улан-Удэ, Россия), e-mail: [email protected]
Проблемы внедрения компьютерных технологий в учебный процесс вуза
В статье кратко рассмотрена теория управления обучением с точки зрения кибернетических принципов регулирования, проанализированы виды информационных процессов, показано значение контроля результатов обучения, и на основании этого проведён анализ возможности применения вычислительной техники в обучении. Представлен путь становления авторской системы использования компьютеров в преподавании электрорадиотехники, электроники и схемотехники. Для эффективной работы системы был создан учебно-методческий комплекс, состоящий из учебных пособий различного назначения, электронной библиотеки для студентов, лабораторного практикума стендовых и эмуляционных работ, программы управления «Классный журнал». Предложенная система стимулирует студента систематически пополнять свои знания, полностью исключает возможность списывания, значительно уменьшает проблему психологической несовместимости субъектов процесса обучения.
Ключевые слова: компьютерные технологии, управление, учебный процесс, базы данных, лабораторный практикум.
Viktor Serafimovich Samsonov,
Doctor of Pedagogy, Professor, Buryat State University (Ulan-Ude, Russia), e-mail: [email protected]
Issues of Applying Computer Technologies in the University Educational Process
The paper briefly considers the theory of education management in terms of cybernetic principles of regulation, reviews the types of information processes, shows the importance of monitoring learning outcomes, and on this basis analyzes the possibility of using computer technologies in teaching. It presents the stages of the author’s use of computers in teaching electro-radio engineering, electronics and circuit design. An educational and methodical complex was set up for the efficiency of the system. It consists of tutorials for various purposes, an electronic library for students, laboratory practicum of bench and emulation work, software “Class Register” The proposed system encourages students to systematically replenish their knowledge, eliminates the possibility of cheating, and significantly reduces the problem of incompatibility between the subjects of the psychological learning process.
Keywords: computer technologies, management, training process, database, laboratory practicum.
Проблема использования вычислительной техники в учебном процессе только на первый взгляд является простой и не требующей особых исследований. Однако многолетний опыт показывает, что ожидаемый многими специалистами, в том числе и в области вычислительной техники, положительный эффект от внедрения компьютерных технологий в учебный процесс не всегда оправдывается.
© В. С. Самсонов, 2012
Анализ внедрённых систем обучения (в том числе и зарубежный опыт, например, системы «CAST», «PLATO», «TICCIT» и др.) показывает, что там, где данная система создавалась с размахом, вложением больших средств и привлечением разноплановых специалистов, реально имеются факты улучшения результатов обучения. Где такие системы не создавались и не привлекались большие средства, положительные достижения вызы-
вают определённые сомнения. Основанием для этого служит критический анализ предлагаемых методик и соотнесение их с существующими структурами систем обучения, а также большие трудности теоретического обоснования эффективности внедрения компьютерных технологий в те или иные области подготовки специалистов.
К сожалению, и наш опыт показал, что выстраивание учебного процесса с широким применением компьютерной техники потребовал значительных дополнительных усилий со стороны преподавателя и первоначально к заметному улучшению качественных показателей не привел. Причиной этого, на наш взгляд, являются достаточно сложные процессы, происходящие при обучении. Многолетние установившиеся в высшей школе традиции маскируют сложный характер системы обучения. Иначе говоря, традиции учитывают многие объективные требования к учебному процессу. Замена одного или нескольких традиционных элементов учебной системы на компьютерные очень часто приводит к рассогласованию взаимодействия других элементов и, соответственно, требует изменения структуры построения учебного процесса.
Таким образом, если мы собираемся использовать компьютерные технологии в учебном процессе для повышения качества подготовки специалистов, то, прежде всего, необходимо выяснить где, как и в каком объёме, это можно сделать. В противном случае можно получить противоположный эффект.
Очень кратко рассмотрим некоторые вопросы, связанные с системой обучения в высшей школе, с точки зрения управления данной системой и на основании этого проанализируем возможности применения вычислительной техники в обучении.
Способы управления процессом учения
Исходя из определения системы обучения как системы управления процессом формирования специалиста организационные формы обучения можно интерпретировать как способы управления процессом учения.
С точки зрения дидактики, наиболее полную классификацию форм организации обучения, на наш взгляд, дал В. П. Беспалько. В основу этой классификации положены следующие характеристики: 1) вид управления;
2) вид информационного процесса; 3) вид управляющего устройства.
В кибернетике различают управление разомкнутое, цикличное (замкнутое) и смешанное. все эти виды управления могут быть реализованы в педагогическом процессе.
Разомкнутое (виртуальное) управление осуществляется путём определённых, заранее заданных воздействий (контроль-коррекция), применяемых лишь в предполагаемых случаях возможного затруднения у обучаемого в выполнении предполагаемых действий. Примером разомкнутого управления может быть работа учащегося по заранее написанной инструкции, в которой предусмотрен определённый порядок действий. Если студент затрудняется в выполнении задания, он часто не может найти выход. Управляющее воздействие в этом случае зависит от того, является ли затруднение стандартным, т. е. заранее предусмотренным в инструкции, или нет. Если затруднение не предусмотрено, то управление отсутствует. Управляющим воздействием может стать написание новой инструкции (например, для выполнения лабораторных работ), где будут проанализированы и учтены затруднения, которые появились у обучаемых в данном пункте инструкции.
При разомкнутом управлении процессом обучения не ставится задача диагностики всех промежуточных состояний управляемого объекта; предполагается, что при отсутствии внешних возмущений и правильном выполнении предписаний обучающийся всегда достигает заданной цели. Практическая педагогическая работа показывает, что такое допущение часто не оправдывается. Обучаемые по индивидуальным характеристикам восприятия нового материала почти всегда сильно различаются.
Замкнутое управление предполагает постоянное слежение по каждому учебному этапу за выходными характеристиками обучения в процессе учебной деятельности учащегося и коррекцию этой деятельности в случае отклонения заданных значений характеристик от заранее определенной эталонной величины. Наиболее простой пример использования методов замкнутого управления в обучении -это опрос учащегося после дачи учебного материала и немедленного разъяснения ошибок в усвоении с учётом результатов опроса.
При замкнутом управлении обучением различают прямую связь, когда информация идёт от учителя к ученику, и обратную связь, с помощью которой передаётся информация от учащегося к учителю о результатах прохождения этапов обучения и качестве усвоения учебного материала.
Реальное управление учебным процессом, как правило, осуществляется на одном этапе по разомкнутой схеме, а на другом - по замкнутой. Такое управление в целом называется смешанным.
Анализ учебной, научной литературы и реальной вузовской практики показывает, что чаще всего учебный процесс в высшей школе построен по разомкнутой схеме управления. Вузовский учебный процесс, в котором часто неплохо поставлена прямая связь от преподавателя к учащемуся, а обратная связь задерживается на недели и даже месяцы, как это бывает в лекционных курсах с малым числом практических занятий, и не может служить корректирующим фактором для восприятия данных студентов — является характерным примером разомкнутого управления.
Важной характеристикой в системе обучения является вид информационного процесса, используемого для передачи сигналов управления. Он может быть рассеянным или направленным.
В рассеянном информационном процессе информация от источника направляется к некоторому числу учащихся без учёта того, способен ли каждый из них принимать её, или нет (информация без точного адреса).
Используемые в настоящее время методы и организационные формы обучения в высшей школе делают ставку главным образом на рассеянные информационные процессы — преподаватель сообщает студентам информацию, предполагая, что учебный материал ими полностью воспринимается. Рассеянные информационные процессы лежат в основе подавляющего большинства учебников.
В дидактике давно сформулирован принцип индивидуального подхода к каждому учащемуся в процессе его обучения и воспитания. Решение этой достаточно трудной задачи требует перехода в обучении от рассеянных информационных процессов к направленным. В направленном информационном процессе информация из источника направ-
ляется по строго определённому единичному адресу с учётом его особенностей и возможностей. Индивидуальная работа квалифицированного учителя-репетитора с учеником -типичный пример осуществления направленного информационного процесса.
Практической реализацией направленного информационного процесса в высшей школе может стать переход на индивидуализированные формы обучения, при которых будут контролироваться все этапы данного процесса. Реальные возможности применения индивидуализированных форм обучения могут появиться после широкого внедрения компьютерных технологий в учебный процесс.
На первых стадиях данного перехода возможны частичные формы применения направленного процесса, когда осуществляется неполная индивидуализация процесса обучения, т. е. происходит управление по одному или нескольким параметрам качества обучения.
Значение контроля в процессе обучения
Особую проблему при проектировании и реализации управляемого процесса обучения составляет организация контроля. Контроль необходим для реализации требований эффективного управления процессом учения. С его помощью определяется исходный уровень знаний обучаемого и получается информация о состоянии знаний учащегося в самом процессе обучения, т. е. для обеспечения систематической обратной связи. Это позволяет, во-первых, строить адаптивную (приспособленную к данному уровню знаний студентов) программу обучения; во-вторых, своевременно корректировать действия преподавателей и студентов в процессе обучения.
Другими словами, основные функции контроля связаны с определением степени соответствия заданной цели: 1) исходного уровня знаний; 2) результатов промежуточных этапов обучения; 3) конечного результата обучения. Контроль устанавливает степень подготовленности студента к дальнейшему обучению в конце каждого этапа овладения знанием.
Таким образом, в процессе достижения цели обучения необходим контроль по крайней мере на трёх этапах.
На первом этапе с помощью контроля устанавливается исходный уровень знаний студентов (абитуриентов). Контроль данного уровня может быть и при начале изучения предмета, требующего специальных знаний на начальных курсах обучения (например, радиоэлектроники). Информацию о состоянии исходного уровня знаний необходимо использовать для адаптации учебного процесса к особенностям знаний данного контингента студентов, к реальному уровню знаний в начале данного этапа обучения.
На втором этапе осуществляется текущий контроль. Он даёт преподавателю сведения о ходе усвоения студентами новых знаний. Если этот процесс отклоняется от намеченного, то должны приниматься необходимые (корректировочные) меры. Таким образом, текущий контроль связан с текущим управлением. Успешность управления в значительной степени зависит от систематичности данного типа контроля.
На третьем этапе проводится итоговый контроль (экзамены в конце года, семестра и т. д.). По сути, такой контроль можно рассматривать как текущий контроль на заключительном этапе обучения. Отсюда следует, что и итоговые, выпускные экзамены должны носить обучающий и воспитывающий, а не только проверочный характер. Мы убеждены, что преподаватель и на экзамене должен учить и воспитывать студента, а не просто констатировать уровень его знаний и выставлять оценку.
Технология использования компьютеров в учебном процессе
Исторически сложилось так, что первый опыт использования вычислительных машин в учебном процессе, в том числе и в нашем случае, относится к математическим расчётам. В настоящее время существует два полярных мнения использования компьютеров при подготовке специалистов в области физики и техники: 1) компьютер необходимо применять для расчётов, а сэкономленное время использовать для организации различных форм контроля; 2) компьютер не следует применять для расчётов, так как студент не получает расчётных навыков для решения профессиональных задач.
В лаборатории радиотехники и радиоэлектроники ФТФ БГУ вычислительная техни-
ка стала внедряться приблизительно с 1988 г. На первом этапе использовались несколько ПЭВМ «Агат» и программы, написанные автором работы, для расчёта основных параметров электронных приборов. Чуть позже, когда каждый студент получил доступ к персональному компьютеру (класс ПЭВМ «Корвет», 1991 г.), у преподавателя появилась возможность экспериментировать с различными вариантами использования компьютерной техники. Были апробированы контролирующие и тестирующие программы (в основном для допуска к практическим работам); обучающие программы (достаточно простые из-за ограниченных возможностей ПК); различного рода вспомогательные программы (базы данных), а также объединённые задачи (информатика + радиоэлектроника). В последнем случае компьютер выступал как инструмент активизации восприятия основного материала, когда студент, решая задачу, писал программу для получения конечного результата.
С 1995 г. появилась возможность использовать 1ВМ-совместимые машины. Однако очень часто применение собственного класса слабых машин оказывалось гораздо эффективней хороших машин, но с ограниченным к ним доступом.
С 2000 г. проблема доступа к производительным компьютерам практически была решена, однако остались не реализованные в полной мере актуальные задачи повышения эффективности использования ПК при чтении спецпредметов.
Учитывая все трудности построения адаптивной компьютерной системы для эффективного управления учением, нами была задумана и позже реализована гибридная система, в которую входил преподаватель, специальная компьютерная программа и комплекс учебных пособий (в том числе и в электронном виде). Данная система получила название Дидактика (в настоящее время актуальна пятаяверсия основной программы).
Состав системы Дидактика-5:
1. Программа «Классный журнал» для обработки и хранения основных результатов.
2. Учебно-методический комплекс, состоящий из учебных пособий теоретического плана с изложением основных знаний по предмету, а также учебных пособий для вы-
полнения лабораторно-практических заданий (лабораторный практикум) и контрольных вопросов по разделам всего курса (всего 18 учебных пособий).
3. Электронная библиотека, содержащая учебные пособия в электронном виде.
4. Лабораторный практикум в виде оборудованной лаборатории по радиотехнике и радиоэлектронике (15 работ по выбору преподавателя).
5. Компьютерный класс для расчётных работ.
6. Преподавательский компьютер для ведения программы «Классный журнал».
7. Преподаватель, владеющий всем комплексом знаний по данному курсу, в том числе и знаниями в области компьютерных технологий.
Основой предлагаемой системы является построение предметной подготовки как единой структуры лекционных и лабораторных занятий с организацией корректирующей короткой обратной связи. Для организации данной системы использовались авторские программы для компьютерной обработки экспериментальных данных лабораторного практикума студентами, создания базы данных проводимых контрольных мероприятий и разработки дидактических средств преподавателем.
Данная система построена таким образом, что регулярно на каждом лабораторном занятии все студенты проходят экспресс-контроль усвоенных знаний. Результаты контроля запоминаются, суммируются и отражаются в виде рейтинговой оценки, которую студент видит на экране компьютера. Рейтинговый список может быть опубликован на лабораторном стенде. Тематика вопросов согласуется с лекционным курсом или темой выполненной накануне работы. Мотивы самостоятельной работы становятся ещё более значимыми, когда текущая рейтинговая оценка становится при соблюдении определённых условиях основой для выведения общей отметки по курсу радиотехники. Студент имеет право пересдать предыдущий раздел, если считает, что может ответить лучше. При этом оценка за раздел заменяется на лучшую. Как показывает опыт, такой вариант контроля стимулирует студентов к самостоятельной работе и к стремлению получить максималь-
ную оценку. В некоторых случаях даже начинается соревнование за более высокое место в рейтинговом списке.
Одной из центральных задач преподавателя в этой системе является подготовка качественного учебно-методического обеспечения процесса обучения. Объяснительно-иллюстра тивная деятельность преподавателя при любой форме учебных занятий служит лишь дополнительным средством пояснения, углубления, развития, конкретизации того основного материала, который в виде специальных учебных пособий по разделам дисциплины и видам учебной деятельности подготавливается преподавателем для обеспечения самостоятельной учебной работы каждого студента в процессе изучения им материала.
Существенным требованием к учебным пособиям является не только наличие в них избыточной информации по читаемой дисциплине, которая может быть использована в дальнейшей профессиональной деятельности, но и соответствующий стиль изложения материала. Кроме того, обязательным условием является полная обеспеченность ею студентов, что возможно только при использовании современных издательских систем и освоении преподавателем компьютерных систем верстки, а также специальных знаний для подготовки учебного материала в компьютерном виде на доступных для студентов носителях.
Второй существенной задачей организации функционирования данной системы является разработка рабочей программы изучения данного курса на базе обоснованного и структурированного содержания. На наш взгляд, обучаемый должен знать, чему его будут учить, каков объём часов, отводимый на изучения каждого раздела. В рабочей программе, которой обеспечивается каждый студент, имеются вопросы, выносимые на самостоятельное изучение, а также приводится основная и дополнительная литература, необходимая для изучения данного предмета. Кроме того, в рабочей программе приводятся все вопросы, которые могут быть заданы в процессе контрольных мероприятий по любой теме изучаемого предмета. Следует подчеркнуть, что все это предоставляется студенту на начало изучения дисциплины.
Третьей задачей, создающей положительную предпосылку для нормального функционирования системы, является написание комплекса расчётных программ для студентов и создание условий для свободного доступа к ПК. Данный подход, как мы уже отмечали, является спорным, но в нашей системе он позволяет «нагрузить» студента самостоятельной работой, в том числе и расчётного плана.
После практической апробации рассматриваемой системы с различным подходом к технологии контроля автором была разработана номенклатура вопросов, наиболее полно отражающая структуру дисциплины. Список вопросов содержит двадцать разделов по двадцать вопросов. При этом в конкретном случае студент отвечает по разделу только на пять вопросов, выбранных компьютером случайным образом. Количество разделов обязательной сдачи устанавливается преподавателем. Управление данной системой произво-
дится компьютерной программой «Классный журнал». Последняя версия данной программы, созданная автором, позволяет иметь неограниченное количество вопросов в разделе, а компьютер может выбирать для студента любое количество на усмотрение преподавателя. На рис. 1 представлено главное окно программы, на котором выведены основные команды в виде кнопок или, что однозначно, в виде команд строки меню.
Как видно из рисунка, в главном окне имеется информация о номере группы студента, его ФИО, сколько выполнено лабораторных работ (разделов), сколько защищено разделов, средняя текущая оценка и информация о пропусках.
Обычно в начале занятий преподаватель распределяет лабораторные работы (рис. 2), отмечая их в своем журнале (нажав кнопку «Выполнение»).
Выполнение разделов: Ястребова Надежда Александровна 21]
Дата выполнения:
113 ноября 2003 г. 3
Студент: Список еще не выполненных разделов:
Цыренжапов Багор Александрович Исаев Максим Павлович Мункуева Арюна Базаржаповна Петров Роман Юрьевич Хатеев Жаргал Родионович Серебрякова Татьяна Ивановна Хажелаев Михаил Ярущак Дмитрий Александрович
Раздел №4. Раздел №5. Раздел №7. Раздел №8. Раздел №9. Раздел №10 Раздел №13 Раздел №14 Раздел №15 Раздел №16 Раздел №17
Электронная лампа". 'Полупроводниковый диод". 'Резонансный усилитель".
'Усилитель низкой частоты".
'Приемник прямого усиления".
' 'П олупроводниковые стабилитроны''. "Аналоговые микросхемы".
"Цифровые микросхемы". "Супергетеродинный прием". "Приемник спутникового телевидения". ' 'Радиоуправление''.
У Записать
Рис. 1. Главное окно программы «Классный журнал»
£(1 Классный журнал
Файл Журнал Ввод данных Сервис Помощь
► Средняя оценка
06182а Исаев Максим Павлович 11 7 4,49 1
06182а Мункуева Арюна Базаржаповна 0 0 0 1
06182а Петров Роман Юрьевич 3 0 0 0
06182а Хатеев Жаргал Родионович 7 1 3 3
061826 Серебрякова Татьяна Ивановна 8 1 4,2 4
061826 Хажелаев Михаил 1 0 0 3
061826 Ярущак Дмитрий Александрович 3 1 5 5
061826 Ястребова Надежда Александровь Б 5 3,53 Б
Блокировка | Выбор группы | Детализация | Начать защиту | Выполнение | Посещаемость |
X Закрыть
Рис. 2. Окно «Выполнение»
При активизации данного окна и выделении студента в правой части возникает список невыполненных работ данным студентом.
После распределения работ начинается опрос. Студенты по одному подходят к преподавателю и получают оценку за предыдущий раздел (рис. 3).
Как видно из приведённого описания, данная программа не является автоматизированной и требует участия преподавателя в заслушивании и оценке студенческих ответов на поставленные компьютером вопросы. В некоторых случаях преподаватель дополняет ответы для коррекции знаний студента. Включение преподавателя в контролирую-
После накопления оценок можно получить общую информацию в нескольких вариантах: по количеству работ, по оценке и т. д. (рис. 4).
Список студентов «По оценке» выглядит следующим образом (рис. 5).
щую компьютерную программу делает её максимально гибкой, однако требует значительных усилий со стороны преподавателя для создания и ведения данной программы.
В дополнение следует отметить, что использование программы «Классный журнал» стимулирует студента систематически пополнять свои знания, полностью исключает воз-
Рис. 3. Окно «Начать защиту»
I 3® Классный журнал
Файл Журнал Ввод данных Сервис Понощь
Группа| Фамилия, Имя, Отчее Отчеты ► Рейтинг студентов Результаты работы іньіх разделов|Средняя
0Б181 а Цыренжапов Батор А> Паранетры 4
□6182а Исаев Максим Пав лек По оценке ► По возрастанию По убыванию
10Б182а Мункуева Арюна Базаржаповна 0
Рис. 4. Фрагмент главного окна с раскрытой командой «Сервис» Оценки студентов по убыванию на 13.11.2011
Номер по рейтингу Группа Фамилия. Имя. Отчество Средняя оценке Количеств о защищенных разделов Количество выполненных разделов Пропущено лет, ИЙ П ролу щено оеминаров
1 061826 Ярущак Дмитрий Александрович 5 1 3 5 3
2 06182а Исаев М аксим П авлович 4,49 7 11 1 1
3 061826 Серебрякова Татьяна И вановна 4,2 1 8 4 1
4 06181а Цыренжапов Батор Александрович 3,79 4 8 0 3
5 061826 Ястребова Надежда Александровна 3,53 5 6 6 2
6 06182а Хатеев Жар гал Родионович 3 1 7 3 2
7 06182а Петров Роман Юрьевич 0 0 3 0 0
8 061826 Хажелаев Михаил 0 0 1 3 0
9 06182а Мункуева Ар юна Базаржаповна 0 0 0 1 1
Рис. 5. Ведомость, в которой студенты располагаются по убыванию средней оценки
можность такого отрицательного в высшей школе явления, как списывание, и значительно уменьшает проблему психологической несовместимости субъектов процесса обучения, когда студент, объясняя плохую оценку, ссылается на трудный вопрос специально для него выбранный.
Для постоянного контроля эффективности процесса обучения нужна дисциплина, опыт и квалификация преподавателя, который должен уметь видеть нежелательные отклонения в работе студентов над текстами учебных пособий, вовремя вмешиваться в процесс самостоятельной познавательной деятельности тех студентов, которые недопонимают смысл инструкций и предписаний, работают нерационально или вообще не ра-
ботают. Важным средством, помогающим преподавателю управлять работой студентов на занятиях, может служить анализ ответов студентов во время экспресс-контроля.
Завершая изложение проведённой экспериментальной педагогической работы, следует отметить, что данная система не закрывает путь для других видов компьютерных технологий, например использование для самостоятельной работы Ш;ете1;, в котором имеется значительное количество страниц по радиоэлектронике, радиоконструированию, работе различных схем и многое другое. Кроме того, проходят проверку тренажёры для самостоятельного изучения отдельных разделов дисциплины.
Список литературы
1. Самсонов В. С. Модульно-рейтинговый методический комплекс на базе компьютерного практикума по электронике и схемотехнике // Инновационные технологии в науке и образовании: материалы междунар. конф. Улан-Удэ. Изд-во БГУ, 2011. С. 85.
2. Самсонов В. С. Практикум по радиоэлектронике и схемотехнике в программной среде Electronics Workbench (Т. 1. Электронные приборы). Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 2011. 211 с.
3. Бурлакова Т. А., Самсонов В. С. Программные оболочки для автоматизации тестирования // Информационные и вычислительные технологии. Улан-Удэ, 2003. Ч. 1. С. 79.
4. Беспалько В. П., Татур Ю. Г. Системно-методическое обеспечение учебно-воспитательного процесса подготовки специалистов. М., 1989.
5. Беспалько В. П. Основы теории педагогических систем. Воронеж, 1977.
Статья поступила в редакцию 11.10.11 г.
