ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены объект и предмет исследования, цель и задачи, выдвинута гипотеза, выявлена его теоретико-методологическая основа, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации и внедрении результатов.
Первая глава “Теоретические основы учебного лабораторного эксперимента в профессиональной подготовке инженеров” посвящена анализу и обобщению литературных источников, раскрывающих проблемы повышения качества лабораторного эксперимента как важнейшего компонента образовательного процесса в высшей школе.
В соответствии с принятой классификацией лабораторный практикум технического ВУЗа включает лабораторные работы традиционные, виртуальные и с удаленным доступом. Традиционные лабораторные работы – это практические занятия, проводимые в реальных условиях с функционирующими лабораторными установками. Они описаны в трудах , , и других авторов. Виртуальные лабораторные работы, иначе тренажеры представляют собой имитационные компьютерные модели реальной лабораторной установки, заменяющие натурные эксперименты (, .). Лабораторные работы с удаленным компьютерным доступом к реальным объектам используют такой режим функционирования системы автоматизированного лабораторного практикума, при котором работа с объектом осуществляется с помощью компьютера, удаленного на сколь угодно большое расстояние от места размещения самого объекта (, , ). Авторы отмечают, что внедрение таких новых средств и технологий обучения в учебный процесс технических вузов позволяет совершенствовать профессиональную подготовку инженерных кадров. В частности, в рамках системы дистанционного обучения обеспечивается удаленный доступ к дорогостоящему оборудованию для студентов региональных вузов и филиалов.
В соответствии с отраслевым стандартом ОСТ 9.2-98 от 14.10.98 АЛПУД – это комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ и экспериментальных исследований непосредственно на физических объектах и (или) математических моделях. Под удаленным компьютерным доступом к реальным объектам понимается такой режим функционирования системы автоматизированного лабораторного практикума, при котором работа с объектом осуществляется с помощью компьютера, удаленного на сколь угодно большое расстояние от места размещения самого объекта. Таким образом, создание АЛПУД требует применения специальных технических средств как для автоматизации экспериментального стенда, так и для связи управляющего компьютера с удаленным пользователем, разработки специализированного программного обеспечения, методической поддержки лабораторного практикума.
Неразрывная связь АЛПУД с коммуникационными технологиями обусловливает возможность и целесообразность его применения в системах дистанционного обучения. и указывают, что дистанционное педагогическое управление лабораторными экспериментами предполагает перманентный (непрерывный) контроль учебной экспериментальной деятельности обучающегося, обмен информацией с ним в режиме on-line (реального времени), оперативную своевременную коррекцию действий.
При этом в условиях модернизации профессионального образования, как обосновано во многих трудах, обучение, в том числе дистанционное, должно быть ориентировано на компетентностный, деятельностный и личностно-ориентированный подходы (, , Е. М Губина). С другой стороны, многие исследователи отмечают, что решить сложные задачи, поставленные обществом и государством перед образованием, и реализовать важнейшие подходы возможно только на основе его информатизации, которая, заключается не в простом применении информационных систем в обучении, а интеграции педагогических и информационных технологий, реализации дидактических структур, которая была бы невозможной без использования современных информационных (особенно коммуникационных и микропроцессорных) технологий (, , . , ).
Перечень учебных дисциплин, изучение которых сопровождается выполнением лабораторных практикумов с применением учебного и научного оборудования, регламентируют ГОС ВПО. При этом активизация новых форм организации учебного процесса связывается с реализацией лабораторных практикумов нового поколения, созданных на основе средств микропроцессорных и коммуникационных технологий – АЛПУД (, , ).
Не вызывает сомнений, что автоматизированный практикум, в отличие от традиционного, содействует формированию не только теоретических знаний и практических умений, связанных с изучаемой учебной дисциплиной (а значит, и соответствующих компетенций), но и информационной культуры личности (информационной компетентности), а, следовательно, и ее компонентов – когнитивного, мотивационного и поведенческого. Когнитивный компонент формируется за счет приобщения обучающегося к работе с информационными системами и компьютерными программами; мотивационный – за счет того, что обучающийся осознает преимущества информационных технологий учебно-профессиональной деятельности; поведенческий – благодаря тому, что обучающийся ищет рациональные и оптимальные способы использования информационно-технологического инструментария.
Но так как компетенции студентов имеют межпредметный характер, то применение АЛПУД содействует развитию не только компетенций в области профессиональной деятельности, но также общекультурных: принятие образования как главной жизненной цели и ценности, способность нести ответственность за результаты своей профессиональной деятельности; владение культурой мышления, способность к восприятию информации с различными формами кодирования, её обобщению, анализу; умения применять методы математической обработки информации, теоретического и экспериментального исследования; способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях. На эти свойства лабораторных практикумов с компьютерной поддержкой указывают многие авторы: , , В. И Овсянников, , И. В Дмитриев. В этом проявляется социально-креативный потенциал инновационного лабораторного практикума.
Однако применение таких эффективных средств дистанционного образования, как АЛПУД, сдерживается рядом факторов. Это связано с тем, что существующие автоматизированные лабораторные практикумы удаленного доступа не в полной мере обеспечивают ликвидацию разрыва между формированием теоретических знаний и практических умений студентов, а также перманентное взаимодействие педагога и обучающихся, что не позволяют индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения. Причина этого в неразработанности технологического инструментария АЛПУД и методик его применения в обучении (в том числе и дистанционном), а также в необеспеченности взаимодействия субъектов образовательного процесса. Отсюда следует вывод о необходимости создания лабораторных практикумов инновационного типа, применение которых позволит преодолеть разрыв между формированием теоретических знаний и практических умений обучающихся, создать условия для комплексного развития их профессиональных компетенций, реализации целевых установок дистанционного обучения.
Автоматизированные лабораторные практикумы удаленного доступа должны быть адекватны технологиям дистанционного обучения, содействовать их оптимальной реализации в условиях модернизации и информатизации профессионального образования. Пути решения этих проблем изложены в следующей главе диссертации.
Вторая глава “Организационно-педагогическая модель дистанционного обучения студентов на основе автоматизированного лабораторного практикума с удалённым доступом” посвящена описанию разработанной системы дистанционного обучения студентов, основанной на применении авторского полифункционального АЛПУД.
АЛПУД инновационного типа – полифункциональное информационное средство организации учебной экспериментальной деятельности студентов, реализующее функции управления лабораторным экспериментом, обучения и контроля знаний (тестирования). При создании его методического обеспечения была поставлена и решена задача – создать педагогические условия для:
– для ознакомления удаленного пользователя с теоретическими основами, методикой лабораторного эксперимента и оборудованием практикума, связанным с компьютером специальным устройством сопряжения;
– проведения тестирования обучаемых в целях выявления качества усвоения знаний, изложенных в методических материалах, перед допуском к активным экспериментам; формирования в интерактивном режиме программы активного лабораторного эксперимента;
– проверки выполнимости заданных условий эксперимента и осуществления студентами активных опытов в соответствии со сформированной им программой лабораторного эксперимента;
– предоставления дополнительного сервиса удаленному преподавателю для коррекции и контроля правильности обработки студентами результатов выполненного лабораторного эксперимента.
Особенность авторского варианта АЛПУД, отличающая его от уже созданных в других ВУЗах, в том, что удаленный пользователь может не только получать данные лабораторного эксперимента, но и активно изменять условия его проведения, варьировать и индивидуализировать его режимы. Предусмотрено также тестирование студентов перед допуском к удаленному пульту управления стендом и возможность контроля правильности обработки данных со стороны преподавателя, находящегося на удаленном рабочем месте. Данная экспериментальная система включает наглядные и простые в усвоении методические пособия, необходимые для подготовки к выполнению лабораторной работы. Таким образом, полифункциональный АЛПУД имеет модульную структуру (рис. 1, табл. 1).
При использовании в учебном процессе АЛПУД нового типа очень важной является возможность активного участия студентов в формировании условий проведения эксперимента. В программах связи предусматривается проверка возможности осуществления тех индивидуальных режимов, которые задаются в опыте. При этом студенты имеют возможность заранее в режиме эмуляции отработать приемы управления стендом, чтобы затем уменьшить затраты время на реальные лабораторные эксперименты.
В работе показано отличие разработанного под руководством автора полифункционального АЛПУД от аналогичных информационных систем, применяемых в учреждениях профессионального образования (табл. 2). Основными преимуществами авторского АЛПУД перед аналогичными устройствами являются: интеграция функций обучения, контроля и управления лабораторным экспериментом, возможность защиты лабораторных работ в режиме реального времени, реализация принципа индивидуализации обучения.
Рисунок 1 – Структура автоматизированного лабораторного практикума
с удаленным доступом (АЛПУД)
Таблица 1 – Составляющие полифункционального АЛПУД
Название модуля | Назначение |
Обучающий модуль | Содержит полную информацию об экспериментальном стенде (оборудование, измерительные приборы и т. п.), краткие теоретические положения, методику измерения и т. д. в объеме, достаточном для подготовки к проведению лабораторной работы и написания отчета |
Модуль телекоммуникаций | Обеспечивает связь удаленного пользователя с Web-сервером и Web-сервера с управляющим компьютером. Эта связь может осуществляться по различным протоколам в зависимости от оборудования и системного программного обеспечения |
Модуль тестирования | Предназначен для контроля усвоения знаний о стенде, физических принципах и методике эксперимента, без которого студент не допускается к активному проведению опытов |
Справочный модуль | Содержит текстовые, табличные и графические данные, необходимые для обработки результатов эксперимента |
Модуль идентификации пользователя | Проверяет, имеет ли пользователь право на управление установкой в настоящий момент, и обеспечивает проведение эксперимента в данное время только одним пользователем |
Модуль имитации эксперимента | Позволяет до проведения активных экспериментов знакомиться с пультом управления стендом и имитировать элементарные операции настройки условий эксперимента, чтобы снизить затраты времени на реальный эксперимент |
Модуль визуализации данных эксперимента | Позволяет наглядно представить результаты лабораторного эксперимента в форме, удобной для их дальнейшей обработки |
Модуль управления | Позволяет перенастраивать лабораторный стенд и осуществлять его функционирование в заданном пользователем режиме работы |
Модуль измерения | Осуществляет измерение заданных параметров |
Таблица 2 – Сравнение АЛПУД (обозначения: А – авторская система,
С – существующие, “+” – наличие возможности, ”─” – отсутствие)
№ | Возможности и функции | АЛПУД | |
А | С | ||
1 | Функции адаптивной обучающей системы, возможность индивидуализации траектории обучения | + | ─ |
2 | Настраиваемый интерфейс | + | + |
3 | Адаптивное on-line тестирование знаний с оценкой важнейших параметров обученности | + | ─ |
4 | Возможность варьировать условия проведения лабораторного эксперимента | + | + |
5 | Возможность выбора лабораторных работ (в т. ч. по степени трудности) | + | + |
6 | Возможность защиты лабораторной работы в режиме on-line | + | ─ |
7 | Универсальность и инвариантность по отношению к предметной области (учебной дисциплине, дидактической единице, учебному модулю) | + | ─ |
8 | Целесообразность использования в дистанционном обучении и самостоятельной работе
| + | + |
9 | Перманентность контроля учебно-экспериментальной деятельности обучающихся | + | ─ |
10 | Рейтинговый контроль учебной деятельности студентов в системе дистанционного обучения | + | ─ |
11 | Возможность выбора между виртуальной и реальной (с удаленным доступом) лабораторной работой | + | ─ |
12 | Удаленный доступ к реальному лабораторному оборудованию и управление им | + | + |
13 | Гибкая модульность программного комплекса | + | + |
14 | Ведение базы данных об обучающихся, учет и мониторинг их учебных достижений | + | + |
15 | Получение полной информации об учебной деятельности студентов, необходимой для перманентного многопараметрического контроля и адаптивного педагогического управления | + | ─ |
16 | Возможность в режиме on-line опроса и анкетирования обучающихся для получения отзывов о работе системы, предложений о совершенствовании работы системы | + | ─ |
В работе приводится модель учебной экспериментальной деятельности студентов на основе лабораторного практикума, результатом которого явилась предложенная технология применения полифункционального АЛПУД в системе дистанционного обучения (рис. 2). В процессе моделирования были реализованы этапы:
– выявление элементов теоретического курса, связанных содержательно с работами практикума;
– процедуры защиты лабораторных работ в режиме «on-line» при индивидуализации и дифференциации обучения посредством варьирования набора предъявляемых обучающемуся лабораторных работ практикума;
– процедуры варьирования условий эксперимента и степени трудности заданий, а также перманентного контроля учебной экспериментальной еятель-
Рисунок 2 – Модель экспериментальной учебной деятельности
ности студентов при соблюдении синхронности между действиями обучающихся и их коррекцией. Результат применения дидактической технологии, основанной на данной модели, состоит в комплексном и синхронном формировании теоретических знаний и практических умений студентов, направленности на развитие когнитивного, мотивационного и поведенческого компонентов информационной культуры личности студентов.
Разработанная технология позволяет осуществлять рейтинговый контроль учебной деятельности студентов с использованием модели: 
, где первое и второе слагаемые – соответственно рейтинг по результатам теоретического обучения и тестирования, рейтинг по результатам выполнения и защит лабораторных работ. Использование рейтинговой системы в дистанционном обучении стимулирует обучающихся к систематическому учебному труду, пополнению теоретических знаний и практических умений.
Третья глава “Опытно-экспериментальная работа по исследованию эффективности обучения студентов с использованием АЛПУД” посвящена описанию экспериментальной проверки эффективности применения разработанного полифункционального АЛПУД в системе учебной экспериментальной деятельности с применением технологий дистанционного обучения студентов. Педагогические эксперименты проводились по классической доказательной схеме ROXO, где R – рандомизация (формирование) контрольных и экспериментальных групп, O – контроль в процессе эксперимента (на всех стадиях), X – экспериментальный стимул (в нашем случае – применение полифункционального АЛПУД, позволяющее синхронизировать формирование теоретических знаний и практических умений, интегрировать теоретическую и практическую подготовку студента).
Педагогические эксперименты, проведенные на базе КубГТУ, показали высокую эффективность использования АЛПУД в обучении физике. Она проявилась в сопряженном (комплексном) формировании базовых физических знаний студентов и умений реализовывать их на практике, в частности лабораторном физическом эксперименте. В педагогическом эксперименте № 1 контрольная группа включала 263 студента, экспериментальная – 289, в эксперименте № 2 – соответственно 232 и 217. Уровень физических знаний определялся как по стобалльной системе на основе рубежного компьютерного тестирования, так и по результатам итогового контроля (зачеты и экзамены проходят в письменной форме по единой методике, каждый студент может набрать от 0 до 20 условных баллов, граница положительной оценки – 10 баллов). На начальном этапе экспериментов студенты первого курса контрольной и экспериментальной групп достоверно не отличались по уровню знаний физики и математики (для этого были проанализированы данные о сдаче ЕГЭ недавними абитуриентами). На завершающем этапе экспериментов по всем показателям студенты экспериментальных групп достоверно (p < 5 %) превосходили студентов контрольных групп (табл. 3).
Таблица 3 – Результаты обучения студентов (КГ и ЭГ – контрольная
и экспериментальная группы)
№ | Показатель, Х±σ | Эксперимент № 1 | Эксперимент № 2 | ||
КГ | ЭГ | КГ | ЭГ | ||
1 | Уровень знаний (стобалльная система), ед. | 53 ± 6,1 | 72 ± 5,4 | 56 ± 6 | 78 ± 6,5 |
2 | Уровень знаний (двадцатибалльная система), ед. | 11,3 ± 0,94 | 15,9 ± 0,83 | 11,9 ± 0,88 | 16,6 ± 0,97 |
Во всех педагогических экспериментах более высокие результаты обучения студентов экспериментальных групп (p < 0,05) по сравнению с контрольными достигнуты в результате практической реализации модели учебной экспериментальной деятельности, нацеливающей на комплексное формирование теоретических знаний и практических умений. Статистическая обработка результатов экспериментов подтвердила гипотезу исследования (выявление достоверности различия между выборками производилось на основе вычисления Т-критерия).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
