CC BY
54
Внедрение интерактивных демонстраций в статичные элементы обучения системы MathBridge
Валитова Наталья Львовна к. т. н., доцент кафедры Прикладной математики и информатики, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева (КАИ), ул. Большая Красная, 55, г. Казань, 420015, (843)2310086 valinata@rambler. га
Новикова Светлана Владимировна доцент, д. т. н., профессор кафедры Прикладной математики и информатики, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева (КАИ), ул. Большая Красная, 55, г. Казань, 420015, (843)2310086 [email protected]
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы повышения информативности изначально не-интерактивных элементов дистанционных обучающих курсов, таких как лекции и примеры, за счет их дополнения интерактивными схемами, графиками, визуализаторами процессов и т.д. Обучаемый при этом может не только наблюдать, но и непосредственно управлять поведением графических демонстраторов. Реализация таких интерактивных демонстрационных графических элементов возможна непосредственно в «теле» теоретического материала без привлечения дополнительных программных продуктов, что обеспечивается использованием в качестве среды разработки дистанционного курса e-learning системы MathBridge.
The article addresses issues increase the information content for the initially non-interactive elements of distance learning courses, such as lectures and examples, due supplement their by interactive diagrams, visualizers processes, etc. The student in this case can not only observe, but also directly control the behavior of graphic demonstrators. The implementation of such interactive demonstration graphic elements is available directly in the "body" of the theoretical material without additional software. This is possible due to use as a development environment for distance learning course e-learning system MathBridge.
Ключевые слова
активный элемент, электронная образовательная система, интеллектуальный учебный объект, компьютерное обучение
active element, e-education system, intelligent learning object, computer training
Введение
Традиционно дистанционные компьютерные курсы включают в себя два основных компонента: теоретический материал,- статичный текст с иллюстрациями, -и блок тестов для проверки усвоения теоретического материала [1]. Отсутствие преподавателя-тьютера, способного ответить на возникающие вопросы в реальном времени, часто приводит к недопонимаю студентами излагаемого материала. Мотивация к изучению предмета в дистанционной форме значительно снижается.
Особенно это актуально при изучении математических и инженерных дисциплин, где согласно новейшим профессиональным стандартам наиболее важной частью является практическая применимость изучаемого теоретического материала [2], а сама теория в чистом виде сложна для восприятия «с листа».
Решением данной проблемы может стать внедрение в теоретическую часть изучаемого курса интерактивных элементов - графиков, диаграмм, графических иллюстраций вычислительных алгоритмов и т.д. Такие интерактивные демонстрации, поясняющие на практике сложный теоретический материал, способны с одной стороны повысить интерес самого обучаемого к предмету за счет интерактивности, возможности самостоятельно управлять процессом, а с другой в некоторой степени упростят понимание, выполняя роль поясняющего материал преподавателя [3].
Однако главной проблемой реализации подобного подхода является необходимость использования для создания интерактивных демонстраций специально разработанных программ и внедрения их исполняемого кода в структуру обучающей дистанционной среды. Основные среды для разработки электронных учебников, используемые на сегодняшний дет в ВУЗах Российской Федерации (Moodle, Lotus Notes, BlackBoard и другие) [4] не предоставляют специальных возможностей для внедрения таких компонентов, что вызывает значительные трудности в реализации демонстраций [5]. Дистанционные курсы по математическим и инженерным дисциплинам, фактически дублирующие собой издаваемые на бумажных носителях материалы лекций, не способны обеспечить выполнение профессиональных стандартов образования для будущих специалистов-инженеров [6].
Однако с 2014 года в России в рамках международной программы ТЕМПУС активно внедряется интеллектуальная система дистанционного обучения математике и инженерным дисциплинам MathBridge (разработка Немецкого исследовательского центра по искусственному интеллекту Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz-DFKI). Основной особенностью системы MathBridge является возможность реализации практических интерактивных компонентов обучения непосредственно в структуре курса, что значительно увеличивает эффективность применения данной образовательной среды на практике [7].
С применением данного подхода в Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А.Н. Туполева-КАИ было разработано три обучающих курса: «Теория вероятности и математическая статистика» (автор к.п.н., доц. Медведева С.Н.), «Дискретная математика» (авторы д.т.н., проф. Новикова С.В., к.т.н. доц. Валитова Н.Л., ст. преп. Кремлева Э.Ш.), и «Методы оптимизации» (автор д.т.н. проф. Новикова С.В.). Наиболее полно возможности внедрения интерактивных демонстраций раскрыты в курсе «Методы оптимизации».
Создание учебного объекта курса.
Для реализации дистанционного курса в системе MathBridge первоначально создаются так называемые учебные объекты - семантические единицы, которые затем собираются в готовый курс [8].
Новый объект обучения можно создать, нажав на кнопку «Создать» (New) на панели инструментов авторской рабочей области. При этом откроется всплывающее меню, которое позволяет разработчику выбрать тип создаваемого учебного объекта из трех ранее описанных (Рис. 1.):
1. Статические объекты обучения - учебные объекты, которые не предполагают интерактивность, но в которые можно внедрить интерактивную демонстрацию.
2. Динамические объекты обучения - учебные объекты с интерактивным компонентом, предназначенные для проверки знаний и умений.
3. Структурные объекты - используются для организации контента в MathBridge. Например, учебные объекты могут быть объединены в наборы для создания экзамена или учебной книги.
Статические Динамические Структурные
Аксиома ^^Упражнение ^^Содержание курса/экзамена/геста
Определение Quick Упражнение ^ ЭкдаменЯест
^ Пример ^упражнения из шаблона
^ Метод
^^ Заметка или другой текст
^^ Д оказател ьство
Утверждения
Рис. 1. Меню для создания нового учебного объекта
В зависимости от вида создаваемого объекта обучения, MathBridge запустит специальный инструмент разработки.
Создание статических объектов обучения
При создании статического объекта обучения будет открыто новое окно, содержащее два различных инструмента разработки. В главной панели вы можете видеть статический редактор контента MathBridge (рисунок 2, область 1). Импорт данных из других программных пакетов требует специальной организации ETL-процессов, например, на основе технологий .NET. Кроме того, загрузится редактор метаданных, который отобразится на панели с правой стороны (рисунок 2, область 2).
Рис. 2. Редактор статического объекта
Возможен перевод контента статического объекта на другой язык, при этом добавляется новый экземпляр объекта на новом языке [9]. Чтобы добавить или удалить экземпляр объекта на новом языке, существуют кнопки "плюс" и "минус" в верху главной панели (рисунок 2, область 3). Добавление нового экземпляра на новом языке открывает диалоговое окно (рисунок 3), в котором можно выбрать исходный и целевой язык. Нажав на кнопку "Перевести" (Translate), объект обучения переводится на выбранный целевой язык и добавляется новый экземпляр объекта. После добавления экземпляра на новом языке, появится новая кнопка со значком флага, соответствующего новому языку, перед кнопками "плюс" / "минус". Вы можете легко переключаться между языками, нажав на эти кнопки. Кнопки флагов, а также "плюс" и "минус" , служат для управления языком объекта обучения.
ContentCreator - Static Learningobject
Ф -
-<
Пусть ф1 гранью
1) f(x)
Add translation
Source-Language
Русский (Российская Федерация)
Target-Language
I Ненецкий (Германия)
2) для любого сколь угодно малого числа найдется точка х7 е U
□3
ft*:-;
Рис. 3. Выбор языка для перевода контента объекта
Так как при переводе создается новый экземпляр объекта, вам нужно назвать этот новый объект обучения и установить коллекцию, в которой он должен быть опубликован. Для этих действий предусмотрено два отдельных поля. Поля находятся ниже панели управления языком (рисунок 2, область 4). Вы можете ввести любое имя в поле ввода имени до тех пор , но не оставить его пустым. Каждый экземпляр объекта обучения на новом языке может иметь свое собственное название. Если вы попытаетесь сохранить неименованный объект, на экране появится диалоговое окно с требованием ввести имя. Установить коллекцию для опубликования можно выбрав одну из доступных коллекций из выпадающего списка рядом с полем ввода имени.
Редактирование контента
Контент объектов MathBridge редактируется путем введения текста внутри области редактора контента (рисунок 4, область 1). Область содержимого всегда отображает текущее содержимое объекта на выбранном языке. ВНИМАНИЕ! Форматирование, которое вы можете видеть, не обязательно в точности соответствует форматированию, которое будет представлено студенту. Стили шрифтов могут отображаться по-разному или форма математических символов может отличаться от того, что вы видите в режиме редактирования. При редактировании контента, вы будете видеть рамки и основные свойства для так называемых сложных текстовых элементов, таких как рисунки и формулы. Эти рамки не отображаются в реальном представлении объекта студенту, но используются при редактировании, чтобы облегчить процесс редактирования.
Рис. 4. Область редактирования контента
Сложные элементы текста могут быть расположены непосредственно в пределах области содержимого и соответствовать его стилю. Для этого контент-редактор MathBridge имеет специальную панель инструментов, которая и предлагает эти функциональные возможности. Набор инструментов содержит следующие функции (рисунок 4, область 2 - слева направо):
• Операции над объектами :
о добавление формул о добавлять изображения о добавление формул LaTex
о добавление интерактивных демонстраций GeoGebra
• Операции с текстом:
о сделать текст жирным о сделать текст наклонным о подчеркивание текста о установить выравнивание текста слева о установить выравнивание текста по центру
o установить выравнивание текста справа
Встраивание интерактивных демонстраций ОеоОеЬга
Бесплатное онлайн-приложение GeoGebra предназначено для создания демонстрационных апплетов по различным разделам математики. В частности, в GeoGebra можно создать интерактивные графики функций, изменяя параметры которых можно наглядно наблюдать изменение внешнего вида и характера графика; различные геометрические фигуры, в том числе трехмерные, с возможностью онлайн изменения их топологии в зависимости от выбора пользователя; динамические иллюстрации работы методов и алгоритмов в 2D и 3D представлении, и др. Полученные апплеты могут встраиваться в любой статический учебный объект дистанционного учебника MathBridge.
Для вставки графического элемента GeoGebra необходимо вначале спроектировать заданный элемент в пакете GeoGebra. Так, для демонстрации определения «Множество точек локального минимума» в курсе «Методы оптимизации» разработан графический интерактивный элемент, позволяющий отслеживать изменение значения полимодальной функции (точка А) в зависимости от значения аргумента (точка С). Студент может захватить левой кнопкой мыши точку С, и, перемещая ее, наблюдать перемещение точки А в локальные минимумы (Рис. 5.):
■ г.: : и>
Рис. 5. Интерактивная GeoGebra-демонстрация локальных минимумов
функции
Для вставки данного элемента в состав статического объекта MathBridge, в частности, в объект категории «Пример», необходимо сформировать интернет-ссылку на апплет GeoGebra. Для этого необходимо загрузить созданный элемент в пространство GeoGebra (если разработчик пользуется off-line версией пакета), выбрав пункт меню Файл-Экспорт- Интерактивный чертеж как веб-страница (Рис. 6):
Рис. 6. Загрузка интерактивной демонстрации на интернет-сайт GeoGebra
Задать имя для загружаемого апплета (Рис. 7.):__
Загрузить наОеоОеЬга
Заголовок:
ЁХ-1-1
Текст над чертежом:
Текст под чертежом:
Справка Загрузить Отмена
Рис. 7. Задание имени загружаемого апплета
И нажать кнопку «Загрузить». Элемент будет загружен на сайт и откроется веб-страница с его содержимым. В правом верхнем углу необходимо сначала сохранить загруженный элемент (кнопка «Сохранить»), а затем выбрать значок «Поделиться этим проектом с друзьями или коллегами» (Рис. 8.):
Рис. 8. Получение html- ссылки на апплет
В открывшемся окне появится описание объекта и рабочая ссылка на апплет (Рис. 9.):
Рис. 9. Вид сформированной html- ссылки
Затем для добавления GeoGebra-демонстрации в статический учебный объект «Пример» необходимо в режиме редактирования Примера нажать кнопку «Создать апплет GeoGebra» (Рис. 10.):
Рис. 10. Вставка объекта GeoGebra в статичный объект обучения
и вставить ссылку в соответствующее поле открывшегося окна (Рис. 11.): Редактор создания учебного материала: статичные учебные объект
4 -А «
Пример 1
Ссылка на апплетбеоСбЬга
http://ggbnn.at/mpBNdWktj
Ширина: 500 рх Высота: 200 рх
Рис. 3 График функции /\х}
спучае У = 2 < функция Юс) на имеет минимумов. Множество и* пусто:
Рис. 11. Вставка html- ссылки на апплет СеовеЬга
После нажатия кнопки «Добавить» интерактивная демонстрация добавится в тело Примера (Рис. 12.):
Рис. 12. Интерактивная демонстрация GeoGebra включена в тело объекта
обучения MathBridge
Таким образом учебный объект формируется полностью (Рис. 13.):
Я "V
«ШЧИЕЙ5
Ц ('вдошОр создании учеЬмсио на1ври<иг4: статичны« учеЬные оЬыжг
2 Намги как: тцпИсСт)
Ш
Рве. I Греф "I ^икга /(я) ■
"ИЗ
Н0г
■ ¡Г*1!
■ ЯП . —
Ш
Рис. 13. Учебный статический объект с внедренной интерактивной
демонстрацией
Применение интерактивных демонстрационных примеров в структуре теоретической части дистанционного онлайн-курса способно повысить мотивацию студентов к изучению материала и упростить понимание сложных тем. Интеллектуальная e-learning система MathBridge - единственный в своем роде программный инструмент, позволяющий внедрять подобные объекты в элементы обучения без привлечения сторонних программных сред и процессов. Поэтому разработка математических и инженерных курсов в среде MathBridge наиболее полно отвечает практическим потребностям образовательной стратегии технических ВУЗов.
Данный проект профинансирован при поддержке Европейской Комиссии в рамках программы Темпус (№ гранта: 543851 -TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPCR). Эта публикация отражает исключительно взгляды авторов. Комиссия не несет ответственности за любое использование информации, содержащейся здесь
This project has been funded with support from the European Commission. This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.
Литература
1. Сыромясов А.О. Компьютерные технологии в преподавании математики студентам направления «Программная инженерия». «Образовательные технологии и общество^исайоп Technology & Society)" (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html). 2014; Т. 17; № 4: 518 - 525.
2. Захарова И.В., Дудаков С.М., Язенин А.В. О разработке примерного учебного плана по УГНС "Компьютерные и информационные науки" в соответствии с профессиональными стандартами // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Педагогика и психология. 2016. № 2. С. 84-100.
3. Новикова С.В. Преимущества компьютерных тренажёров при изучении вычислительных методов. Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - 2015. - V.18. - №2. - C.478-488. -ISSN 1436-4522.
4. Шарамазанов Р.М., Савкина А.В., Савкина А.В. Архитектура многоагентной системы (МАС) обучения на базе LMS MOODLEZ/Национальная Ассоциация Ученых. 2015. № 7-2 (12). С. 78-82.
5. Новикова С.В. Проблемы интеграции практико-лабораторных модулей в дистанционный обучающий комплекс среды Learning Space. Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) - 2014. -V.17. - №4. - C.543-554. - ISSN 1436-4522.
6. Захарова И.В., Кузенков О.А. Опыт реализаций требований образовательных и профессиональных стандартов в области ИКТ в Российском образовании // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2016. Т. 12. № 3-1. С.17-31.
7. Медведева С.Н. Разработка интерактивных динамических учебных объектов в международной специализированной системе обучения математике Math-bridge//Международный электронный журнал «Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)»
(http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) -2016. -V.19. -№3. -C.522-543. ISSN 1436-4522.
8. Новикова С.В., Валитова Н.Л., Кремлева Э.Ш. Особенности создания учебных объектов в интеллектуальной системе обучения математике MathBridge//Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)"
(http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html) -2016. V. 19. № С. 451-462.
9. Новикова С.В., Снегуренко А.П. К вопросу создания мультиязычных электронных обучающих курсов // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" (http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html)- 2016. - Т.19. - №4. - C.429-439. -ISSN 1436-4522.
