CC BY
40
Математические структуры и моделирование 2003, вып. 11, с. 162-171
УДК 681.3
РАСШИРЕННАЯ ВЕРСИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ КОНТРОЛИРУЮЩЕ-ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ «СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ». РЕЗУЛЬТАТЫ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ
И.М. Зырянова, Г.Б. Тодер, А.А. Яцук
The computer demonstrating and controlling program is presented. The program is devoted to questions of the structure and chemical properties of atoms and structure of The Periodic System. Work of the program’s extended version is described. Analysis of results of one’s use are given.
Разработка и широкое использование наукоемких технологий является одним из перспективных способов повышения эффективности современного образовательного процесса [1]. Вследствие технических возможностей электронные средства обучения имеют неоспоримое преимущество по сравнению с традиционными при обеспечении быстроты и гибкости управления (например система гиперссылок), обмене информацией, замене устаревшей информации новой или расширении баз данных.
Необходимость применения компьютерных технологий в обучении является в настоящее время общепризнанной. Существует обширный банк обучающих, контролирующих, моделирующих, демонстрационных и сочетающих несколько функций программ по различным учебным дисциплинам. Они все более активно применяются в образовательном процессе, с успехом дополняя традиционные методы обучения и позволяя преподавателю более эффективно и наглядно донести до студентов суть изучаемых явлений. Не заменяя непосредственное общение преподавателя со студентом, компьютерные средства обучения являются инструментом, моделирующим процессы, которые часто невозможно реализовать в учебных лабораториях.
Грамотное применение преподавателем автоматизированной диалоговой формы обучения, реализуемой с помощью ПК, ускоряет достижение поставленной дидактической цели [2] путем активации самостоятельной познавательной деятельности студента.
© 2003 И.М. Зырянова, Г.Б. Тодер, А.А. Яцук
E-mail: toder@ngs.ru
Омский государственный университет путей сообщения
Математические структуры и моделирование. 2003. Вып. 11.
163
Однако, как правило, и печатные, и электронные учебники посвящены какому-либо одному предмету и абсолютно не затрагивают смежные дисциплины, Но современному специалисту важно видеть и понимать взаимосвязь различных областей человеческого знания, поэтому требуется создание учебных курсов, направленных на синтетическое восприятие получаемой информации [3].
Эффективной и вызвавшей большой интерес среди студентов оказалась обу-чающе-контролирующая программа межпредметного содержания «Строение атома и периодическая система элементов» [4], используемая в течение двух лет на кафедре физики и химии ОмГУПС и включающая базовые знания по физике и химии по данной теме.
Программа имеет стандартный пользовательский интерфейс, основанный на применении функционального меню, диалоговых окон, командных кнопок; работает в операционных системах Windows-95, 98, NT, 2000, ME (Millennium), Минимальные технические требования: оперативная память — 16 Мб; Р-133; свободное место на жестком диске — 100 Мб, Предназначена для проведения практических аудиторных занятий и может быть использована при дистанционном обучении.
Работа с программой может осуществляться обучаемым как самостоятельно, так и под контролем преподавателя и начинается с запуска нажатием клавиши «Enter», В опции «Регистрация» необходимо ввести свой индивидуальный шифр: Ф.П.О.. номер группы, вариант экзаменационного задания. Результаты экзамена автоматически сохраняются в журнале преподавателя, где фиксируется дата сдачи и рейтинговая оценка. Если обучаемый не ввел свой вариант экзаменационного задания, дальнейшая работа с программой блокируется. После заполнения всех установочных параметров посредством главного меню можно войти в основные блоки программы и использовать их как самостоятельно, так и в едином комплекте (рис, 1), Блоки («Теория», «Упражнения», «Экзамен») имеют разветвленную структуру и включают теоретический, справочный материал, набор упражнений и заданий различной степени сложности, С помощью специальных кнопок выбирают теоретический материал и виды заданий.
Блок «Теория» включает три теоретических информационно-справочных раздела:
1, Электронное строение атома,
2, Периодичность свойств элементов,
3, Строение ядра. Элементарные частицы,
которые содержат важнейшие сведения, понятия, определения, таблицы, графики и разобранные примеры.
При изучении теоретических разделов осуществляется накопление знаний и переработка полученной информации. Используя клавиши, можно выходить в различные подразделы, причем по мере усвоения материала возможен переход в другие блоки программы.
Закрепление полученных знаний осуществляется в блоке «Упражнения», включающем контрольные вопросы и упражнения по соответствующим теоретическим разделам, В режиме самостоятельной работы после выбора теоре-
164 И.М. Зырянова, Г. Б. То дер, А. А. Яцук. Расширенная версия компьютерной...
Рис. 1. Основное меню.
тического раздела и варианта упражнения студент приступает к выполнению задания.
Блок «Упражнения» предназначен для текущего контроля знаний обучаемого по материалу конкретного информационного раздела и имеет два основных этапа функционирования:
I. Непосредственно предъявление вопросов и фиксирование результатов ответов на них;
II. Представление протокола работы студента с соответствующим рейтингом.
В блоке «Экзамен» осуществляется как текущий (преподавателем и студентом), так и окончательный (преподавателем) контроль по заданной теме.
При работе в блоке «Упражнения» студент имеет возможность: 1) возвратиться к информационно-справочным разделам, что позволяет после обращения к теоретическому материалу продолжить работу над индивидуальным заданием до выяснения правильных ответов; а затем 2) самостоятельно перейти в блок «Экзамен» и получить оценку своих знаний.
Непосредственно в блоке «Экзамен» вход в теоретические разделы блокируется.
Контроль позволяет оценить состояние знаний по материалам теоретического раздела за счет фиксирования правильных и неправильных ответов. Вопросы имеют различную степень сложности. Правильные ответы выбираются студентом из числа предложенных щелчком мыши по нумерованным кнопкам (на один вопрос дается пять вариантов ответа, один из них верный). Студент
Математические структуры и моделирование. 2003. Вып. 11.
165
ИCrpdBUd
О
Шкала э^ктркл-рщап-^яьнжти
Стандартные з лектродные потенциалы
Патентная ионизации Ra.Ri етангшоишв
Зс&истлостъ орбитальных радвдсов атомов от порядк&адго намека ал^мемга
Зависимость вдсмич. распраа-еланн, ол-гое1н$четныо)
Зависимость кдсмин. распределен. элтофягные)
Сродство к электрону и первой энергии ионизации атомов от порядкового номера элемента
Сродство к электрону и шергия ионизации
Зм5іисшлсіот& орбитальных радцасов. аггомае m порядкового номера элемента
Рис. 2. Справочный раздел.
может выполнить упражнения по всем теоретическим разделам, причем количество выполненных упражнений и набранных баллов соответственно будет определять рейтинг обучаемого.
Формирование оценки осуществляется сравнением ответа студента с содержанием банка ответов. Результат выполнения каждого задания фиксируется в баллах: от 0 до 5. Общая сумма баллов принимается равной 100 %. После завершения работы на экран выдаются результаты (в численном и графическом виде): суммарный набранный балл и процент, который суммарный балл составляет от максимально возможного по отдельным информационным разделам и в целом. Общий результат позволяет стимулировать дальнейшую работу обучаемого по изучению данной темы.
При выполнении задания студент может использовать необходимый справочный материал (рис. 2). Предусмотрена возможность изменения и дополнения списка вопросов и вариантов ответов, что позволяет использовать данную программу неоднократно.
В работе [4] была предложена вниманию первая версия программы, состоящая из трех блоков, где работа программы, структура и функции блоков «Теория», «Упражнения» и «Экзамен» рассмотрены подробнее. Там же даны примеры вариантов тестовых заданий.
В настоящей статье представлена вторая, расширенная, версия, в которой существенно улучшен интерфейс преподавателя, а также добавлен многофункциональный рейтинговый модуль, состоящий из модифицированной по сравнению с первой версией «ведомости», а также блока настройки и блока статистики. На рис. 3 изображена схема работы рейтингового модуля.
166 И.М. Зырянова, Г.Б. Тодер, А.А. Я пук. Расширенная версия компьютерной...
ИНТЕРФЕЙС СТУДЕНТА ИНТЕРФЕЙС ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Рис. 3. Схема работы рейтингового модуля.
Математические структуры и моделирование. 2003. Вып. 11.
167
В «ведомости» хранятся результаты контроля студентов, причем в журнале преподавателя, рассчитанном на 300 человек, может быть зафиксирована как оценка за экзаменационное задание, так и рейтинговая оценка в целом в зависимости от плана занятия (рис, 4), Новая версия «ведомости» не только позволяет студенту оценить полученный результат, но и дает возможность распечатать на принтере результаты экзамена.
Блок статистики (рис, 5) позволяет сохранять результаты большого количества экзаменов и вести статистику ответов на конкретные вопросы. Преподаватель, зная динамику ответов, соотношение правильных и неправильных ответов и опираясь на другие статистические показатели, может задать (в том числе изменить) сценарий занятия с потоком, группой или отдельным студентом по своему усмотрению в соответствии с индивидуальным рейтингом студента или коллективным групповым рейтингом, оперативно реагируя на сложившуюся к данному моменту времени ситуацию в группе или на мгновенное состояние конкретного студента. Другими словами, преподаватель получает возможность быстро и гибко моделировать учебный процесс, реализуя вместе с обучаемыми самоорганизующуюся динамическую систему с обратной связью.
Блок настойки (рис, 6) позволяет преподавателю изменять при необходимости пароль при входе в блок статистики, задавать время, предусмотренное на ответ; устанавливать количество экзаменационных заданий, которые необходимо выполнить, чтобы получить зачет, ту или иную оценку за экзамен.
Описанная компьютерная разработка использовалась на практических занятиях в дисплейных классах (15 ПК), а также на лабораторных работах по химии при текущем контроле в сочетании с традиционными формами обучения (лекции, практические занятия, лабораторный практикум, семинарские заня-
хия И Г. Д.) .
На диаграмме (рис, 7) приведены результаты выполнения зачетных работ по теме «Строение атома и периодическая система элементов», показывающие, что рост уровня усвоения материала по данной теме после работы с обучающе-контролирующей программой при получении практического задания составляет примерно 11 % на одного студента теплоэнергетического факультета (ТЭФ) ОмГУПС (первый семестр 2002-2003 уч/г,), В целом среди студентов ОмГУПС, работавших с программой, за 2001-2002 и 2002-2003 уч/гг. уровень успеваемости и усвоения знаний поднялся на 14 %, несмотря на то что начальный уровень химических знаний у поступивших на первый курс не вырос, а скорее упал. Статистическая обработка и интерпретация результатов проверки знаний показали, что полученные результаты согласуются с предположением о нормальном распределении. Расчеты производили с помощью компьютерной программы «Статистика» [5],
Два года непрерывного использования доказали, что представленная программа может эффективно выполнять следующие функции: 1) предоставлять обучаемому новую информацию по темам «Строение атома и атомного ядра» и «Периодическая система элементов» в наглядной и доступной форме; 2) закреплять теоретический материал при выполнении упражнений, контрольных заданий; 3) давать обучающимся возможность объективного самоконтроля; 4) осу-
168 И.М. Зырянова, Г.Б. Тодер, А.А. Я пук. Расширенная версия компьютерной...
ществлять контроль над процессом усвоения знаний, оказывая большую помощь преподавателю; 5) облегчить студенту адаптацию к обучению в вузе в соответствии е темпом работы, уровнем начальной подготовки по изучаемым темам и уровнем общей подготовки, характером мышления и т. д.; 6) обеспечить оптимальный режим индивидуальной работы в зависимости от конкретных ошибок, сделанных в процессе обучения, и их причин, а также других факторов [6] (ем, также [7-9]),
Таким образом, программа отвечает требованиям, предъявляемым к современным образовательно-информационным технологиями, в частности
I, Реализует [2]:
1) дидактические цели обучения;
2) «содержательную составляющую» технологии, которая задается рабочей программой учебной дисциплины, структурно-предметными схемами взаимосвязи различных дисциплин;
3) «процедурную составляющую» технологии, которая определяется преподавателем в виде сценария каждого учебного занятия,
II, Оптимизирует управление учебным процессом, помогая добиться роста эффективности процесса обучения как следствия:
• повышения качества образования за счет создания условий для индивидуализации обучения;
• повышения темпа проведения аудиторных занятий [10];
• активизации коллективной аудиторной и самостоятельной работы студентов;
• осуществления наглядного, непрерывного и объективно воспринимаемого студентами контроля знаний.
Опрос первокурсников, использовавших при обучении программу «Строение атома и периодическая система», показал, что 58 % участников анкетирования назвали этот раздел химии наиболее интересным из всех и хотели бы продолжить его изучение; 74 % опрошенных воспринимают химические и физические свойства как взаимосвязанные и имеющие единую природу закономерности поведения данных физических систем в различных ситуациях.
Таким образом, реализация межпредметных связей через компьютеризацию является необходимым условием повышения эффективности обучения, формирующим у студентов дополнительную мотивацию к изучению в том числе общих, непрофилирующих дисциплин.
Математические структуры и моделирование. 2003. Вып. 11.
169
Рис. 4. Журнал преподавателя.
Рис. 5. Блок статистики.
170И.М. Зырянова, Г.Б. Тодер, А. А. Яцук. Расширенная версия компьютерной...
Рис. 6. Блок настройки.
Рис. 7. Результаты выполнения зачетных работ по теме «Строение атома и периодическая система элементов»: 1 — Программированное задание по теме; 2 — Работа с обучающе-контролирующей программой; 3 — Практическая работа.
Математические структуры и моделирование. 2003. Вып. 11.
171
Литература
1. Концепция развития межвузовской комплексной программы, «Наукоемкие технологии образования» (МКП НТО) / под ред. проф. М.М. Благовещенской. М.: МГУПП, 2001.
2. Благовещенская М.М., Мануйлов В.Ф., Федоров И.В. Компьютерные наукоемкие технологии образования и их внедрение в процесс управления обучением / Труды X Международной конференции. Москва — Таганрог: ТРТУ, 2001. С.25.
3. Зырянова II.M.. Тодер Г.Б. Высшая школа: реализация межпредметных взаимосвязей в учебном процессе и компьютеризация как факторы повышения эффективности образования. Учет межпредметных связей и компьютеризация при изучении общей химии І/ Омский научный вестник. Омск. ОмГТУ. Вып.17. 2001.
С.194-198.
4. Зырянова II.M.. Бахтызин П.М. Разработка компьютерной контролирующе-обучтощей программы «Строение атома и периодическая система элементов» / Омский научный вестник. Омск. ОмГТУ. 2001. Вып.17. с.201-204.
5. Вершинин В.И., Галкин В.В., Чиркова Е.А., Надыкто Д.Г. Компьютерная программа «Статистика». Омск. ОмГУ. 1991.
6. Тодер Г.Б., Зырянова П.М. Компьютерные технологии в образовании как средство адаптации к учебному процессу в высшей школе / Тезисы докладов. Всероссийская научно-методическая конференция «Новые образователвные технологии в вузе». Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001. С.57.
7. Зырянова 11.М.. Имашов М.А. Компьютерные контролирующе-обучтощие программы по общей химии / Тезисы докладов. Всероссийская научно - методическая конференция «Новые образователвные технологии в вузе». Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001. С.39.
8. Зырянова II.M.. Голованова О.А. Использование новых компьютерных технологий при изучении общей химии / Труды X научно-методической конференции «Наукоемкие технологии образования». Москва — Таганрог. 2001. С.128-131.
9. Бухарова Г.Д., Абитова О.М. Особеппостлі преподавания физики с использованием компьютерных технологий / Тезисы докладов. Всероссийская научнометодическая конференция «Новые образователвные технологии в вузе». Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001. С.32-33.
10. Дрождина Е. Возможности компьютерных технологий обучения // Народное образование. 1997. ЛҐ9. С.52-59.
