УДК 531:[378.018.43:004]
,
Астраханский государственный технический университет, Астрахань
Принципы разработки и применения программных дидактических средств дистанционного обучения теоретической механике
Дистанционные технологии обучения предметным знаниям становятся все более распространенными и востребованными в процессе подготовки будущих специалистов. Такая потребность обусловлена многими факторами, одним из которых является переход системы высшего образования на двухступенчатую систему обучения студентов вузов, регламентированную Федеральным государственным образовательным стандартом третьего поколения. В связи с чем значительно сократилось число часов, отводимых на аудиторную работу. Это коснулось и такой дисциплины, как «Теоретическая механика», изучающей законы механического движения и являющейся основой для многих общепрофессиональных дисциплин (сопротивление материалов, строительная механика и др.). Данные изменения в системе высшего образования вызывают острую необходимость создания новых дидактических средств, которые позволили бы студентам самостоятельно изучать вопросы, отведенные на внеаудиторную работу, а также помочь при освоении навыков решения профессиональных задач с применением знаний теоретической механики.
В качестве теоретической основы создания программных дидактических средств обучения студентов теоретической механике, на наш взгляд, целесообразно использовать положения теории деятельности, применение которых позволит сформировать методы решения задач у обучаемых в обобщенном виде, т. е. инвариантных к условиям их применения. Поэтому первоначальной задачей для реализации данной идеи является выявление обобщенных методов решения задач. С этой целью были проанализированы встречающиеся в учебно-методической литературе задачи, рассматривающие равновесие различных систем сил (раздел «Статика»), и на основе этого анализа выделена общая система действий по их решению:
1) Выбор объекта исследования задачи;
2) Построение расчетной схемы;
3) Определение вида системы сил, действующих на объект исследования;
4) Определение статической определимости задачи;
5) Выбор системы координат;
6) Составление уравнений равновесия;
7) Решение составленной системы уравнений равновесия;
8) Проверка правильности решения задачи;
9) Анализ решения задачи.
Каждое из перечисленных действий, в свою очередь, может состоять из определенного числа операций, например, определение вида системы сил, действующих на объект исследования задачи, подразумевает выполнение следующих операций:
1) Изображение на расчетной схеме задачи линий действия всех сил;
2) Определение, является ли система сил линейной;
3) Определение, является ли система сил плоской или пространственной;
4) Определение, является ли система сил сходящейся;
5) Определение, является ли система сил системой параллельных сил или произвольной системой сил;
6) Окончательный вывод о виде системы сил.
Всего в разработанном обобщенном методе решения задачи насчитывается более 40 таких операций, некоторые из которых требуется выполнить неоднократно по ходу решения задачи. Поэтому формирование полностью обобщенного метода решения задач невозможно. В связи с чем программные средства дистанционного обучения теоретической механике должны, на наш взгляд, содержать специальный блок (модуль), позволяющий сформировать отдельные пакеты операций в составе одного действия. Данный блок должен позволять студенту выполнять специально разработанные задачи-упражнения, направленные на формирование таких пакетов операций в обобщенном виде. И только после этого обучаемому могут быть предложены 6-8 задач, решение которых может быть реализовано следуя полному методу решения задач.
Чтобы студент успешно овладел данным методом решения задач, необходимо, согласно деятельностной концепции обучения, чтобы он полностью осознавал каждое выполняемое действие. Для этого нужно организовать специальную деятельность обучаемого по выявлению обобщенного метода решения в явном виде, в ходе которой студент сам формулирует последовательность действий, выполняемой в процессе решения предыдущих задач. После успешного завершения описанных этапов обучаемый может самостоятельно решать подобные задачи.
Опираясь на выявленный обобщенный метод решения задач статики и описанные методические соображения, мы приступили к созданию специального средства обучения, состоящего из нескольких модулей:
1) Структурированный теоретический материал, представленный в виде справочника терминов и конспекта лекций. Данный материал сопровождается небольшими программами, предназначенными для обучения выполнению операций, относящихся к теме лекции и требующихся для решения практических задач (например, нахождения момента силы относительно точки). Кроме того, что данные программы дают навыки выполнения операций, составляющих решение задач, они готовят студента к работе с программой-тренажером.
2) Программа-тренажер для выработки навыков решения типовых задач статики. Работая с данным модулем, студент последовательно выполняет все необходимые для решения задачи действия (в соответствии с выделенным обобщенным методом решения задач), при этом предлагаемые задачи создаются случайным образом. Процесс выполнения каждого действия контролируется программой, неправильные ответы комментируются таким образом, чтобы навести студента на правильный ответ и показать ему, в чем заключается ошибка. Например, при неправильном вводе выражения для проекции какой-либо силы программа может подсказать, что знак проекции неверен, или, что ответ не зависит от угла между силой и осью и т. д. Следует отметить, что для выполнения операций по решению задачи способ ввода ответа не ограничивается набором ответа на клавиатуре, а включает в себя работу и с расчетной схемой задачи (например, выделяя на ней моментные точки для составления уравнений равновесия). Таким образом мы хотим достигнуть сходства с традиционным решением задачи на бумаге или доске, когда студент самостоятельно строит расчетную схему и записывает промежуточные результаты решения.
Кроме функции проверки ответа присутствует функция подсказок, содержание которых варьируются по степени конкретности: начиная со ссылок на теоретический материал, продолжая намеками на ключевые признаки в вопросе и в выделенном определении из теории, и заканчивая правильным ответом на поставленный вопрос с его объяснением.
3) Программа-контролер для проверки усвоения студентом общего плана действий при решении задач. Работа с данным модулем проводится после работы с программой-тренажером и осуществляется в форме упорядочивания предлагаемого списка действий, которые студент выполнял ранее при решении задач, а также операций, составляющих данные действия.
Работа с описанным обучающим средством выполняется следующим образом: студент изучает лекционный материал, выполняет тестовые занятия и операции, входящие в действия обобщенного метода; при изучении определенного объема теоретических знаний студенту предлагается приложить их к решению задачи, т. е. обратиться к программе-тренажеру; а после успешного решения 6-8 задач осуществляется проверка усвоения обобщенного метода – работа с программой-контролером. В настоящее время разработанные элементы различных модулей программного дидактического средства апробируются в ряде технических вузов и, несомненно, дают положительный обучающий эффект.
