Проектирование и разработка электронного учебного курса по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНОГО КУРСА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА»

Введение

Глава I Теоретические основы проектирования и разработки ЭУК

1.1 Проектирование ЭУК: сущность, этапы, содержание, структура

1.2 Требования к техническому исполнению ЭУК Выводы к главе I

Глава II Техническая составляющая проектирования и разработки ЭУК

2.1 Анализ предметной области дисциплины

2.2 Программа Teach Book Lite

2.3 Результаты итогового тестирования Выводы к главе II

Заключение

Список литературы Приложение

Актуальность исследования. Разработка электронного учебного курса в настоящее время является актуальным направлением в развитии информационных технологий, направленных на помощь преподавателю и студенту в образовательном процессе.

Мы исходим из основного положения о том, что «всестороннее развитие человека нашей эпохи не может совершаться вне формирования познавательных интересов» и актуальности проблемы преподавания новых информационных технологий в современном образовании, а также внедрение электронного учебного курса.

Таким образом, в информационной сфере в высших учебных заведениях сложилось противоречие между все более расширяющейся сферой применения электронных учебных материалов как средств обучения в вузе и отсутствием выявленной специфики подобных материалов, использование которых обеспечивает активизацию учебно-позновательной деятельности студентов.

Одно из возможных направлений разрешения противоречия может обеспечить подход, в котором использование электронных учебных материалов при изучении дисциплины «Начертательная геометрия, инженерная графика» будет носить системный характер.

Необходимость разрешения противоречия обусловливает актуальность данной дипломной работы, а также определяет ее проблему: каким образом должен быть построен электронный учебный курс, чтобы он повышал успеваемость студентов. В рамках решения указанной проблемы была определена тема дипломной работы: «Проектирование и разработка электронного учебного курса по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика».

Цель дипломной работы состоит в проектировании и разработке электронного учебного курса по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика».

Объектом исследования является процесс обучения дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика».

Предмет исследования — влияние электронного учебного курса на эффективность обучения.

Гипотеза. Повышение эффективности обучения дисциплины «Начертательная геометрия, инженерная графика» при использовании учебного курса возможно, если:

— будет разработан и внедрен электронный учебный курс по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика»;

— активизирована учебно-познавательная деятельность студентов;

— будут рационально сочетаться различные технологии представления материала.

Для достижения цели дипломной работы и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать специальную, педагогическую, психологическую литературу для выявления особенностей проектирования ЭУК.

2. Рассмотреть и определить этапы проектирования и создания ЭУК

3. Разработать содержание электронного учебного курса, в полной мере содержащего лекционный материал, необходимый и достаточный для выполнения контрольных и проверочных работ по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика».

4. Внедрить электронный учебный курс в учебный процесс и апробировать его на студентах первого курса специальности «Полиграфия» Института профессионального образования и информационных технологий Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Электронный учебный курс будет ориентирован на активизацию познавательной деятельности студентов при изучении дисциплины «Начертательная геометрия, инженерная графика», если он будет соответствовать дидактическим принципам (создание мотивации изучения дисциплины, наглядность представления учебной информации, ориентация на самостоятельное освоение учебного материала), а так же специфическим принципам: нелинейности структуры учебного материала, технологической и содержательной преемственности.

2. Использование методики обучения дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика», в основе которой лежит применение студентом электронного учебного курса во всех видах учебной работы (практических занятиях, самостоятельной работе, контроле), позволит обеспечить активизацию учебно-познавательной деятельности студентов и высокие показатели результатов обучения.

Научная новизна состоит в разработке электронного учебного курса по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика».

Теоретическая значимость педагогического исследования:

1. Определен комплекс принципов построения электронных учебных курсов, направленных на активизацию и повышение продуктивности учебно-познавательной деятельности студентов, к которым отнесены: создание мотивации изучения дисциплины, наглядность представления учебной информации, интерактивность, модульность структуры, ориентация на самостоятельное освоение, технологическая и содержательная преемственность различных этапов обучения дисциплине, профессиональная направленность, нелинейность структуры учебного материала, комплексное использование средств мультимедиа.

2. Выявлены дидактические и организационные условия применения электронных учебных курсов, обеспечивающие активизацию учебной деятельности студентов: доступность компьютерной техники как на учебных занятиях, так и в самостоятельной работе, полнота информационного обеспечения, применение автоматизированных форм контроля и самоконтроля процесса обучения.

Практическая значимость педагогического исследования состоит в том, что преподавателям и студентам педагогического ВУЗа предложен электронный учебный курс по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика». Применение наглядного представления материала в обучении делает подачу учебной информации более интересной и запоминающейся для каждого студента. Это позволяет улучшить качество обучения, облегчить изучение учебного материала, сделать процесс обучения более привлекательным для студента.

Глава I. Теоретические основы

проектирования и разработки ЭУК

1.1 Проектирование ЭУК: сущность, этапы, содержание, структура

Введем понятие электронного учебного курса (ЭУК). Электронный учебный курс — это обучающая программная система комплексного назначения, обеспечивающая непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения: предоставляющая теоретический материал, обеспечивающая тренировочную учебную деятельность и контроль уровня знаний, это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно или с помощью преподавателя освоить учебный курс или его большой раздел с помощью компьютера.

Электронный учебный курс — программный комплекс с учебными материалами и тестами по определенному предмету.

В разных словарях понятие «проектирование» трактуется по-разному, но смысл везде сохраняется — разработка проекта, создание плана для осуществления идеального образа.

Проект (лат. projection — «бросание вперёд») — прототип, идеальный образ предполагаемого или возможного объекта, состояния; самостоятельно разработанное и изготовленное изделие (услуга) от идеи до её полного воплощения (В.Д. Симоненко, 2001).

Проектирование — разработка воспитательного мероприятия, создание плана, проекта воспитательной работы в образовательном учреждении (Г.Д. Бухарова, 2004).

Проектирование — процесс разработки реальных или условных проектов преобразований в обучении; выступает в качестве одного из активных методов (В.Д. Симоненко, 2001).

Переживаемый в настоящее время системой образования этап можно сравнить с эпохой, последовавшей за возникновением книгопечатания. Как известно, это привело к отказу от системы, при которой преподаватель в буквальном смысле читал свои лекции, а слушатели их дословно записывали, а затем заучивали наизусть. Созданная чешским педагогом — гуманистом Яном Амосом Коменским классно — урочная система и стала ответом на новую ситуацию. При этой системе учащиеся получают экземпляры учебников, по которым они могут заниматься в классе и дома. Точно так же теперь революционное изменение в сложившейся технологии обучения в системе образования призвана выполнить вычислительная техника. Компьютеры неизбежно должны привести к изменению сложившейся технологии обучения в школах, техникумах и ВУЗах, введение компьютеров во все сферы деятельности человека — к переоценке роли тех или иных знаний. Основное назначение компьютеров в обучении — это решение ряда задач, связанных непосредственно с информацией (накопление, поиск, переработка), внедрение ЭУК, позволяющих учащимся самостоятельно приобретать необходимые им знания. Многие сведения, знание которых считается сейчас необходимым для профессионально подготовленного человека, можно при необходимости получить на экране монитора.

В наши дни ЭУК активно внедряются не только в системах открытого и дистанционного обучения, но и в традиционных очных формах — в системе общего образования, НПО, СПО, ВПО. ЭУК применяются в различных целях: для обеспечения самостоятельной работы обучаемых по овладению новым материалом, реализации дифференцированного подхода к организации учебной деятельности, контроля качества обучения и т. д. При этом в различных учебных заведениях разрабатывается достаточно большое количество ЭУК, охватывающих самые разнообразные предметные области. Однако иногда авторы подобных курсов подходят к их построению в соответствии со своими субъективными представлениями о требованиях, предъявляемых к ЭУК. Это приводит к тому, что в некоторых случаях ЭУК ограничены с функциональной точки зрения, а это не позволяет добиться с их помощью улучшения качества обучения и развития обучаемых. К числу наиболее распространенных недостатков относятся сложная, подчас запутанная навигация, излишне усложненная структура рабочей области, перенасыщенность ЭУК демонстрационными материалами в ущерб содержательному наполнению и, наоборот, отсутствие примеров, иллюстрирующих теоретические положения, и т. п.

Проектирование ЭУК, в отличие от других информационных систем имеет свою специфику. В процессе проектирования ЭУК выделяют два этапа. Первым и основным этапом является выявление дидактических условий. Именно, процессом выявления дидактических условий, создание ЭОР (ЭУК, в частности) существенно отличается от разработки любого другого информационного продукта. В работе И. Г. Захаровой подчеркивается необходимость использования метода нисходящего проектирования ЭУК, предполагающего основательную предварительную концептуальную и технологическую проработку создаваемого продукта с учетом всех предполагаемых способов его применения и особенностей интеграции в учебно-воспитательный процесс. В этом случае проектирование ЭУК начинается с определения учебных целей (знаний, умений и навыков), с учетом тех дополнительных возможностей, которые дает применение ЭУК. После того, как определена основная педагогическая концепция, осуществляется формирование содержания учебной дисциплины, детализация программы по темам или модулям, выбор методов обучения, проектирование модулей и сценариев работы ЭУК. На следующем технологическом этапе решается дизайнерская задача превращения методической идеи в интерфейс, проектировка и реализация функциональной структуры ЭУК.

Основных технологических этапов проектирования и создания ЭУК семь:

1. аналитический этап, включающий в себя разработку общего замысла ЭУК, построение информационной модели изучаемой дисциплины (раздела дисциплины, темы), формулировку основных дидактических задач и целей обучения, предварительное определение общего содержательного наполнения курса;

2. стратегический этап, содержащий определение «образа» контингента обучающихся, разработку сверхзадачи учебника, выбор определяющей стратегической линии обучения (выбор проникающей и/или основной педагогической технологии, методов и средств);

3. обученческий этап, тесно связанный с предыдущим и включающим в себя разработку композиции и общего плана построения ЭУК;

4. технолого-конструкционный этап, заключающийся в непосредственной реализацию замысла в виде программного продукта, его отладке и внесение корректирующих уточнений;

5. этап внедрения, предусматривающий апробацию готового программного продукта;

6. контрольно-диагностический этап, по итогам проведения которого можно сделать не только заключение о качестве программного продукта, но и дать общую оценку ЭУК с позиций его соответствия функциональным требованиям;

7. прогностический этап, предусматривающий анализ обратной связи «пользователь — авторский коллектив», совершенствование ЭУК с учетом замечаний и пожеланий пользователей, перенос нового видения проблем создания ЭУ на решение следующей дидактической задачи.

Согласно такому подходу, особенности проектирования, как содержания, так и образовательных технологий ЭУК состоят в том, что:

1. используется метод структурирования предметной области, в результате чего учебный материал разделен на целостные, логически завершенные блоки;

2. выделяются основные содержательные компоненты учебных действий по освоению материала ЭУК для организации обучающей деятельности на ориентированной основе;

3. конструируется единый (но распределённый по всему объему ЭУК) тезаурус предметной области;

4. составляются методически сопряженные с содержанием системы практические задания, которые затем включаются в различные инновационные технологии, трансформируемые в интерактивные версии.

Рассмотрим другую классификацию этапов проектирования ЭУК.

В проектировании ЭУК можно выделить следующие основные направления деятельности: идентификацию проблемы, концептуализацию, формализацию, реализацию и тестирование.

Идентификация включает определение ролей участников процесса, характеристик решаемых задач, целей и использующихся ресурсов. На этом этапе определяется состав рабочей группы, при необходимости решаются вопросы дополнительной подготовки: для педагогов — в области информационных технологий, для программистов — по вопросам, связанным с особенностями представления дидактических материалов конкретной предметной области.

Концептуализация предполагает определение содержания, целей и задач изучения учебной дисциплины, что фиксирует концептуальную основу базы знаний. Педагог определяет, какие виды информации будут представлены в ЭУК (тексты, графика, анимация, звуковые и видеофрагменты), какие связи должны будут устанавливаться между ними. Например, какое звуковое сопровождение наиболее предпочтительно при проверке знаний, а какие материалы должны быть представлены и в виде статичных графиков с текстовым комментарием, и анимационными роликами и т. д.

Формализация предполагает анализ дидактических задач, которые должны решаться путем использования ЭУК, поиск и формализацию возможных методов их решения на основе модели процесса обучения и характеристик имеющихся данных и технологий, лежащих в основе ЭУК. На этом этапе изучаются возможные сценарии предъявления обучаемым дидактических материалов, принципы оценивания и обратной связи, а затем строятся алгоритмы, по которым будет проходить взаимодействие обучаемых с ЭУК.

Реализация проекта подразумевает перевод формализованных методов решения дидактических задач в окончательную схему — сценарий действий ЭУК — в качестве автоматизированной обучающей системы, особенности которой определяются выбранными для ее реализации информационными технологиями. На этапе тестирования обучаемым предлагаются такие задачи, которые с наибольшей вероятностью подвергнут испытанию работоспособность ЭУК и позволят выявить его возможные слабости. Наиболее важно проверить сценарии, заложенные в ЭУК, доказав или опровергнув эффективность используемых методов обучение. Очень перспективными представляются конкурсы поурочных разработок, ориентированных на использование в ходе занятия электронных учебников.

С точки зрения содержания ЭУК должен обеспечивать полноту представления конкретной предметной области, эффективность используемых педагогических и методических приемов, а именно:

— достаточный объем материала, соответствие Государственному образовательному стандарту, актуальность, новизна и оригинальность;

— фактографическая, практическая содержательность, культурологическая составляющая, системность и целостность;

— педагогическая состоятельность продукта посредством используемых методик представления учебного материала, системы контроля, соответствия принципам вариативности и дифференцированного подхода для организации самостоятельной работы обучаемого с ЭУК.

Учитывая особую важность ЭУК для обеспечения самостоятельной работы, необходимо включить в систему требований следующие:

реализация четкой логики изложения теоретического материала с возможностью прослеживания обучаемым всех цепочек рассуждений с помощью специальных схем;

особая четкость постановок задач;

подробное комментирование примеров выполнения заданий, хода решения учебных и прикладных задач;

использование различных методов и средств активизации познавательной деятельности обучаемых для всех форм учебно-воспитательного процесса (изучение проблемных ситуаций, постановка задач исследовательского характера, требующих для своего решения привлечения знаний из других источников, и т. п.).

При проектировании ЭУК необходимо учитывать: обучение и развитие являются взаимосвязанными процессами, причем обучение может быть развивающим только лишь при условии выполнения требований соответствующих психолого-педагогических принципов и закономерностей. В связи с этим необходимо использовать различные методы и средства для активизации познавательной деятельности обучаемых во всех звеньях учебного процесса: генерировать проблемные ситуации, предлагать задания проблемного и логического характера, ставить познавательные задачи, требующие для своего решения привлечения знаний из других источников, и т. п.

В основу технологии подготовки ЭУК можно заложить один из возможных альтернативных подходов: снизу вверх или сверху вниз.

Подход снизу вверх предполагает постепенное выстраивание ЭУК на основе поэтапного внедрения в учебно-воспитательный процесс электронных учебных материалов различного характера, что на практике является наиболее доступным для педагога. В этом случае для процесса создания ЭУК может быть характерна такая последовательность этапов:

подготовка и апробация демонстрационных материалов для чтения лекций и проведения практических занятий;

разработка и апробация электронного конспекта лекций, заданий для практических (лабораторных) занятий и семинаров;

разработка и апробация заданий для промежуточного и итогового контроля и самоконтроля;

проектирование и апробация принципов обратной связи;

структурирование электронных материалов и формирование базы знаний;

формирование базы данных для мониторинга и коррекции учебно-воспитательного процесса;

создание целостного ЭУК.

Процесс создания ЭУК по предложенной схеме занимает не менее полутора-двух лет при условии, что у педагога изначально имеется полный учебно-методический комплекс (учебная программа, конспект лекций, наборы заданий и т. п.) по преподаваемой дисциплине. ЭУК может разрабатываться и самим педагогом, и при помощи специалистов по информационным технологиям, и при участии обучаемых. Однако во всех случаях преподаватель — автор курса — играет основную роль в оперативной апробации подготавливаемых материалов, их необходимой коррекции и адаптации в соответствии с результатами их применения в учебно-воспитательном процессе. Содержанием заключительного этапа является наиболее сложная и продолжительная работа по систематизации всех отдельных наработок в единый ЭУК. В качестве очень важного положительного момента в таком подходе к проектированию необходимо отметить, что процесс создания ЭУК предусматривает последовательную и органичную интеграцию создаваемых электронных учебных материалов в учебном процесс.

Проектирование сверху вниз предполагает весьма основательную предварительную концептуальную и технологическую проработку создаваемого продукта с учетом всех предполагаемых способов его применения и особенностей интеграции в учебно-воспитательный процесс. Перечислим основные этапы проектирования ЭУК в данном подходе:

определение учебных целей (знаний, умений и навыков), воспитывающих и развивающих целей с учетом тех дополнительных возможностей, которые дает применение ЭУК;

формирование содержания учебной дисциплины, которое может быть расширено в случае использования ЭУК;

детализация программы по темам или модулям, выбор методов обучения;

проектирование модулей и сценариев работы ЭУК;

решение вопросов по созданию и ведению базы данных для мониторинга и управления процессом обучения на основе ЭУК (при использовании сетевых технологий);

апробация ЭУК.

Рассмотренный подход особенно характерен при разработке ЭУК на базе специальных программных комплексов. Например, для вузов, входящих в консорциум Виртуального университета Европы и Центральной Азии, организуются семинары, на которых заинтересованные педагоги знакомятся с функциями и возможностями системы, а также обучаются конструированию ЭУК. Далее сам заинтересованный формирует ЭУК на основе имеющихся у него материалов: текстов лекций, планов семинарских занятий, практических заданий, моделирующих программ и др. При этом формальную работу можно поручить инженерно-техническому персоналу или самим обучаемым. Это набор и форматирование текстов лекций и тестовых заданий, а также внедрение их в ЭУК в соответствии с выработанной автором структурой. Основные же усилия педагога направляются на подготовку сценариев, в которых, собственно, и находят выход авторские методические наработки. Большую роль здесь играет творческий подход педагога к разработке планов семинаров для различных категорий обучаемых. ЭУК представляет собой учебные материалы, структурированные особым образом и записанные на электронные носители или доступные через компьютерную сеть (локальную или Интернет). При этом реализованный в них гибкий сценарий способен подстраиваться под потребности и возможности конкретного обучаемого и развивать его потенциальные способности.

Исходя из выше предложенных подходов, мы проектировали ЭУК по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика» опираясь на подход снизу-вверх. Так как это позволило нам внедрять учебник поэтапно в учебный процесс.

Требования к структуре ЭУК. В современном понимании ЭУК представляет собой сложную дидактическую систему, функционирование которой поддерживает учебный процесс средствами информационного технического обучения (ИТО). Как система ЭУК может совмещать в себе функции автоматизированных обучающих и контролирующих систем, моделирующих программ и других программных средств ИТО. В целях мониторинга и необходимой коррекции процесса обучения, в рамках ЭУК также могут быть сформированы базы данных для хранения текущей и обобщенной информации о результатах работы. В законченном виде ЭУК как система включает в себя следующие функциональные блоки:

1. информационно-содержательный;

2. контрольно-коммуникативный;

3. коррекционно-обобщающий.

Информационно-содержательный блок в свою очередь включает два подблока.

1. Информационный:

— общие сведения об изучаемом курсе или о конкретной теме;

— сроки изучения данного курса (темы);

— график прохождения тем и разделов по данной учебной дисциплине;

— формы и время отчетности; график проведения практических и семинарских занятий с использованием современных средств коммуникации (электронная почта, телеи видеоконференции и др.);

— учебные планы, учебные и рабочие программы; график консультаций.

2. Содержательный:

— учебники, сборники задач, учебные пособия, методические рекомендации, справочники, энциклопедии, хрестоматии;

— развернутые планы семинаров;

— список основной и дополнительной литературы, включающий также гиперссылки на ресурсы электронной библиотеки и образовательного Web-сервера учебного заведения, материалы Интернет;

— список тем творческих работ по дисциплине;

— методические рекомендации по работе с электронными материалами.

На последний пункт хотелось бы обратить особое внимание. Дело в том, что многие электронные учебники зачастую используются весьма поверхностно, поскольку учащиеся просто не представляют всех их возможностей. То же касается и ряда образовательных ресурсов Internet, доступных только специально подготовленному пользователю: сложность навигации, излишние динамические эффекты, постоянно изменяющие вид Web-страницы, — все это только отпугивает новичка.

Информация, относящаяся к информационно-содержательному блоку (отдельные компьютерные программы, электронные учебные пособия и т. п.), может быть представлена как на компакт-дисках, так и на сервере сети учебного заведения. В частности, если для выполнения исследовательской работы используются базы данных «общего пользования», например для занесения результатов экспериментальных работ или натурных наблюдений или, наоборот, для использования этих данных в каких-либо расчетах, то их целесообразно разместить на сервере Интернет или локальной сети учебного заведения. Это будет наиболее удачным решением даже в том случае, когда сам ЭУК записан на дискету или компакт-диск и с ним работают автономно.

Формируя информационно-содержательный блок, педагог должен также принять решение о его внутренней структуре, включая относительные пропорции отдельных элементов и взаимосвязи между ними.

Анализ опыта применения ЭУК в учебно-воспитательном процессе показывает, что наиболее эффективными являются курсы, основанные на альтернативных способах предъявления учебного материала: на основе линейной и нелинейной схем. В рамках линейной схемы ЭУК предъявляет учебные материалы, последовательная работа с которыми позволяет обучаемому достигнуть необходимого в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта уровня знаний. Нелинейная схема обеспечивает работу с ЭУК на более высоком уровне, когда обучаемому в зависимости от успешности освоения той или иной темы предлагается дополнительный теоретический материал, к которому он может обратиться для углубленного изучения рассматриваемого вопроса. Кроме того, обучаемому могут быть предложены дополнительные разделы курса, материал которых важен для его профессионального и творческого роста; этот вопрос должен быть изучен педагогом при отборе содержания.

Практика работы с электронными материалами показывает, что единица учебной информации, усваиваемая обучаемым при самостоятельной работе с ЭУК, определяется контекстом — это может быть и один, и пять экранов. Однако порция информации подчиняется вполне естественному требованию — ее содержание должно иметь логически целостный характер (постановка проблемы, отдельный логически завершенный вопрос темы или целиком вся тема, разбор решения задачи). Оптимальный же разовый «неделимый» объем учебной информации, предлагаемый обучаемому для самостоятельной работы, определяется продолжительностью допустимой непрерывной работы за компьютером — не более 30—40 минут (в зависимости от возраста, состояния здоровья, усидчивости и т. д.). При организации самостоятельной работы обучаемый может использовать это время в соответствии с наиболее приемлемым для него стилем изучения материала, но можно распределить время и по аналогии с привычным занятием. Например, в самом начале отвести 5—10 минут повторению, необходимому для понимания новой темы ранее изученного материала, около 20—30 минут — работа с новым материалом (включая использование демонстрационных и моделирующих программ, разбор решений задач и т. п.) и, наконец, 5—10 минут — текущий контроль за качеством усвоения пройденного материала (тест, решение задач). Необходимо отказаться от жесткой регламентации времени — обучаемым должны предлагаться гибкие графики, позволяющие реализовать индивидуальный подход к организации «электронного урока».

Контрольно-коммуникативный блок включает в себя:

1. системы тестирования с реализацией обратной связи для определения уровня начальной подготовки обучаемого, промежуточного и итогового контроля;

2. вопросы для текущего самоконтроля;

3. вопросы к зачетам и экзаменам;

4. критерии оценивания.

Программно-информационная составляющая в контрольно-коммуникативном блоке может обеспечивать несколько видов контроля: предварительный, текущий, рубежный и итоговый. В ЭУК возможна реализация нескольких подходов к организации работы систем тестирования.

Одним из базовых принципов разработки интерфейса является функциональное структурирование. Структура интерфейса должна отражать структуру ЭУК. В качестве базовой единицы функционального структурирования мы вводим понятие фрейма.

Фрейм это структура, состоящая из набора ячеек, называемых слотами. Каждый слот состоит из имени и ассоциируемого с ним значения. Значения могут представлять собой данные или ссылки на другие фреймы. Таким образом, фреймы можно связать в сеть через слоты.

Мы накладываем ограничение на эту сеть, которая должна представлять собой дерево. Структура интерфейса, построенная с использованием этого подхода, представляет иерархию фреймов.

При проектировании интерфейса ЭУК мы выделяем в его структуре три уровня абстракции: концептуальный, логический и физический.

На концептуальном уровне интерфейс представляется как иерархия фреймов. Это представление будем называть концептуальной схемой интерфейса ЭУК.

Логический уровень задает отображение концептуальной схемы в стандартные элементы графического пользовательского. Данное представление будем называть логической схемой интерфейса ЭУК.

На физическом уровне логическая схема реализуется средствами конкретной инструментальной среды. Данную реализацию условимся назвать физической схемой интерфейса ЭУК.

Интерфейс ЭУК должен в максимальной степени учитывать индивидуальные предпочтения пользователя. Неудобный интерфейс может оказаться препятствием для успешного освоения ЭУК. Следовательно, мы должны предусмотреть максимальную гибкость настройки пользовательского интерфейса ЭУК.

Структура ЭУК должна предполагать возможность контроля со стороны обучаемого за широтой и глубиной проработки материала. Это достигается путем введения горизонтального слоения модулей курса. Интерфейс ЭУК должен предоставлять пользователю возможность навигации в иерархии модулей и горизонтальных слоев ЭУК с возможностью визуальной маркировки пройденного материала. Маркировка может проводиться в автоматическом и ручном режиме. Поддержку горизонтального слоения будем называть вертикальной навигацией с возможностью маркировки.

В соответствии со структурой ЭУК каждый модуль делится на вертикальные слои. В качестве вертикальных слоев используются следующие дидактические компоненты: теория, тесты по теории, задачи, тесты по практике, библиография и словарь терминов. Интерфейс ЭУК должен предоставлять пользователю возможность доступа к любому вертикальному слою текущего модуля. Назовем переход от одного вертикального слоя к другому горизонтальной навигацией.

Таким образом, можно сформулировать следующие требования к интерфейсу пользователя ЭУК:

Персонализация интерфейса: интерфейс ЭУК должен предоставлять максимальную гибкость настройки конечным пользователем.

Поддержка горизонтального слоения ЭУК: интерфейс должен обеспечивать вертикальную навигацию с возможностью маркировки.

Поддержка вертикального слоения ЭУК: интерфейс должен обеспечивать горизонтальную навигацию.

В большинстве случаев все материалы ЭУК могут предоставляться обучаемым практически в любом из известных электронных представлений — на дискетах, компакт-дисках, по электронной почте или просто выставляться на образовательном сервере (в локальной сети или через Интернет). Исключение могут составить моделирующие программы, системы для проведения итогового тестирования и т. п. — в том случае, если их работа основана на использовании информационных ресурсов сервера.

Для каждого из типов ЭУК приходится подбирать свои способы и формы представления знаний, организации пользовательского интерфейса, методов подачи материала, контроля знаний и др. А способы доставки электронных учебно-методических материалов и обратной связи выбираются в зависимости от возможностей пользователя: ЭУК на образовательном сервере — Интернет или локальном, автономный электронный учебник на дискете или компакт-диске, с использованием электронной почты для обеспечения оперативной обратной связи.

В настоящее время на практике применяются в основном следующие технологии при проектировании ЭУК:

1. проектирование на языке программирования высокого уровня в сочетании с технологиями баз данных (в том числе и мультимедийных);

2. гипертекстовые технологии;

3. проектирование с помощью специализированного инструментального средства.

При использовании языков программирования высокого уровня учебник реализуется как программный комплекс и представляет отдельный исполняемый модуль, обеспечивающий доступ к дидактическим материалам, хранящимся в базе данных. Подобный продукт может быть оснащен высокой степенью защиты — и от тиражирования, и, тем более, от несанкционированного внедрения в систему тестирования. Главное преимущество этого подхода состоит в том, что использование языков программирования высокого уровня (Object Pascal, С⁺⁺) и мощных систем управления базами данных позволяет реализовать любые авторские замыслы, тогда как прочие технологии делают это довольно сложным или в принципе невозможным. Кроме того, интерфейс программы (вид окна, расположение элементов внутри него, шрифты) будет всегда постоянным, в то время как внешний вид гипертекстового документа может весьма сильно различаться при использовании разных программ для просмотра. Как известно, недостатки нередко являются продолжением достоинств, и в данном случае это правильно. Обновление учебника требует значительных усилий специалистов по изменению кода программы, а современное программное обеспечение, необходимое для подготовки программ на языках высокого уровня, достаточно дорогостоящий продукт. При этом подготовка ЭУК с использованием технологий программирования требует участия в проекте высококвалифицированных программистов, готовых на конструктивный диалог с педагогом, а не навязывающих последнему свои решения. В конечном счете, каждый электронный учебник становится уникальным и весьма дорогостоящим продуктом, при создании которого основные усилия затрачиваются на решение чисто технических проблем. Такая деятельность целесообразна только при наличии в структуре учебного заведения или учебно-методического центра специального подразделения по подготовке электронных учебников. Самые широкие возможности для создания полноценных ЭУК дает гипертекстовая технология. При проектировании такого учебника можно заложить гиперссылки, опираясь на способности человеческого мышления к связыванию информации и соответствующему доступу к ней на основе ассоциативного ряда. В этом случае ЭУК представляет собой гипертекстовый документ, возможно и с включением динамического гипертекста. Для его создания используются языки НТМL, JavaScript, VBScript, Реrl, РНР и дополнительные программные средства, облегчающие сам процесс разработки учебника: визуальные редакторы, компиляторы гипертекста и т. п. Преимуществом электронного учебника, созданного на основе данной технологии, является платформенная независимость полученного продукта, а также универсальность его способа представления обучаемым: он может быть записан на дискеты или компакт-диск, распространяться по сети Интернет или в локальной сети учебного заведения. Кроме того, подобные учебники легко дорабатывать, что особенно важно для тех учебных дисциплин, содержание которых меняется очень часто (информатика, вопросы законодательства и т. п.). К недостаткам данной технологии можно отнести практическое отсутствие защиты от несанкционированного копирования учебника, дешифровки ключей тестов и т. д.

Особенности третьего подхода, когда проектирование электронного учебника осуществляется с помощью специального инструментального программного средства, определяются тем промежуточным положением, которое указанный подход занимает между первыми двумя. В данном случае предполагается, что работу по созданию электронного учебника предваряет разработка инструментального средства — специальной программы, позволяющей конвертировать предварительно структурированные материалы ЭУК в предусмотренную форму. В большинстве случаев такой электронный учебник является, по существу, системой управления базой мультимедиа-данных. Основными функциями такой системы являются поддержание специальных языков, предназначенных для поиска нужной информации по специальным запросам, а также представление найденной информации в удобном для обучаемого виде.

В последние годы были разработаны и получили определенную популярность различные программные комплексы, расширяющие возможности, предоставляемые технологией HTML. Их отличительной особенностью является легкость в освоении, что дает возможность непосредственно педагогам создавать профессиональные гипертекстовые учебные средства. Помимо программ из весьма популярного пакета Microsoft Office позволяющих легко трансформировать разнообразные документы в гипертекстовые, имеются средства, специально предназначенные для создания электронных книг с удобной системой навигации и поиска информации. Корпорация Microsoft активно внедряет идею перехода к встроенным справочным системам для своей продукции на основе программы просмотра гипертекстовых документов Microsoft Internet Explorerсистеме Microsoft HTML Help. Язык HTML, постепенно приобретающий статус универсального языка обработки информации, обеспечивает широкие возможности по внедрению единой идеологии.

Суть второго направления состоит в подготовке различных электронных учебных материалов для содержательного наполнения образовательного сервера, своеобразных «кирпичиков», из которых и будет слагаться единая информационная образовательная среда России. Главная роль в этом деле, конечно, принадлежит педагогам, но и для обучаемых здесь открывается широкое поле деятельности. Это может быть, например, подготовка Web-страниц, содержащих обзорные материалы и аннотированные каталоги со списками наиболее ценных источников информации (ссылок Интернет) по той или иной дисциплине, формирование баз данных в моделирующих программах и т. п. Использование гипертекстовой технологии позволит легко изменять и расширять всю систему, постоянно совершенствуя возможности работы с информацией и для педагогов, и для обучаемых.

Использование гипертекстовой технологии само по себе уже вводит все разработки в рамки единого стандарта, но для комплексного функционирования программного обеспечения ИТО обычно конструируется или привлекается стандартная программа-оболочка, обеспечивающая формирование единого информационного пространства и представляющая собой проблемно-ориентированную информационную среду, оперативно доступную обучаемым, педагогам и администрации учебного заведения. Внедрение подобных оболочек ведется при самом непосредственном участии педагогов, которые уже на этапе опытной эксплуатации исследуют их возможности для организации образовательного процесса, внося свои предложения разработчикам. Однако, к сожалению, единого стандарта для подобного программного обеспечения пока не выработано. Учебные заведения и центры (в нашей стране и за рубежом), осуществляющие программы дистанционного и открытого обучения, разрабатывают для поддержания информационной среды собственное программное обеспечение с учетом специфики своей деятельности.

Кроме того, из-за отсутствия стандартизированных программных средств учебным заведениям приходится приобретать или разрабатывать программное обеспечение, предназначенное для поддержки коммуникационных технологий. К нему относятся средства для организации доступа к учебно-методическим материалам и работы с ними через локальную сеть или Интернет, пересылки обучающих программ, учебных пособий, заданий и т. д. по сетям; организации и проведения тестирований.

Важным перспективным направлением разработки информационной структуры виртуальных учебных центров является создание специализированных учебных комплексов с использованием технологий мультимедиа: учебных видеопрограмм, лекционных видеокурсов, в том числе и представляемых в Интернет в режиме реального времени с возможностью оперативной обратной связи. Такие комплексы необходимы для дистанционного и открытого образования — как профессионального, так и углубленного профильного, ориентированного на учащихся старших классов, поскольку с их помощью можно сделать доступными и лучшие образцы педагогического мастерства, и самые актуальные знания. Но такие комплексы следует рассматривать не как альтернативу традиционным автоматизированным обучающим системам, а как возможное (при доступности соответствующих технологий) дополнение к ним.

В связи с многообразием и сложностью задач разработки информационной структуры для образовательных серверов естественно возникает проблема кооперации родственных учебных и научных заведений для их решения и последующего распространения удачных находок. В 2002 г. Министерством образования РФ начата реализация проекта по созданию и развитию Российского общеобразовательного портала, в рамках которого уже разработаны определенные подходы к представлению информации на образовательных сайтах. В ходе выполнения данного проекта предполагается вести работу в следующих основных направлениях: оказывать поддержку педагогам в создании авторских сайтов, разрабатывать и внедрять стандарты, позволяющие формировать единую образовательную среду России, объединить в рамках Российского образовательного портала лучшие образовательные Web-ресурсы, ориентированные на потребности учащихся, родителей, педагогов, администрации общеобразовательных учебных заведений.

Учитывая перечисленные выше задачи и определение возможных пользователей, сделаем следующий вывод: в ближайшие годы нельзя ориентироваться на обучение только через Интернет. Методические материалы должны разрабатываться с прицелом на их универсальное использование — и через Интернет, и в локальных сетях, и на отдельных компьютерах обучаемых, и в отдаленных учебно-консультационных пунктах и филиалах. Кроме того, само представление должно позволять легко направлять необходимые материалы по электронной почте, проводить контроль качества обучения с последующей обработкой результатов в самых разнообразных режимах: непосредственно при работе в сети с оперативной обработкой на сервере, с отсылкой результатов по электронной почте или на дискете, с последующей их обработкой и сообщением в соответствующей форме. Для использования традиционных учебно-методических материалов в электронном виде существуют лишь проблемы чисто педагогического характера (приведение в соответствие с их возможностями форм организации учебного процесса, формирование заинтересованности преподавателей), в то время как с технологической стороны возникающие вопросы вполне решаемы. Использование стандартных средств, позволяющих легко трансформировать материалы в различные представления (для сервера, компьютерной презентации лекции в аудитории, поставки на дискетах или компакт-дисках), представляется более перспективным, чем разработка уникальных инструментальных средств под каждый очередной электронный учебник.

1.2 Требования к техническому исполнению ЭУК

Для эффективного использования ЭУК в учебно-воспитательном процессе важно не только его содержание, но и технические параметры — работоспособность, эргономические и художественные особенности. Основные требования при этом таковы:

1. оптимальность объема требующейся памяти, корректность автоматической установки, ее доступность для пользователя-непрофессионала;

2. выполнение всех заявленных для ЭУК как программного продукта функций и логических переходов;

3. качественность программной реализации, включая поведение при запуске параллельных приложений, скорость ответа на вопросы, корректность работы с периферийными устройствами;

4. адекватность использования и гармония средств мультимедиа, оригинальность и качество мультимедиа-компонентов;

5. оптимальность организации интерактивной работы ЭУК;

6. эргономичность программного продукта, обеспечение требований (интуитивная ясность, дружественность, удобство навигации и пр.).

При разработке ЭУК необходимо учитывать традиционные и современные дидактические принципы. К традиционным относятся:

Принцип научности обучения. Данный принцип требует, чтобы содержание учебного материала, отбираемого для создания ЭУК, соответствовало современному уровню развития науки и техники. Поэтому мы стремимся вооружить студентов знаниями по дисциплине «Начертательная геометрия и инженерная графика», выработать у них умения применять полученные знания на практике по эксплуатации и обслуживанию компьютеров. Электронный учебный курс способствует самостоятельному приобретению студентами новых знаний.

Принцип доступности обучения. Из этого принципа вытекает, что обучение должно быть доступным и посильным возрасту, способностям и уровню развития студентов. «Все подлежащее изучению, должно быть распределено сообразно ступеням возраста».

На основе этого принципа определяется степень сложности учебного материала, его объем. В то же время принцип доступности лежит в основе учета индивидуальных и общепсихологических особенностей студентов в зависимости от их возраста, уровня развития, предмета изучения и других факторов. При предъявлении недоступного для понимания учебного материала резко снижается мотивационный настрой на учение, падает работоспособность, ослабевает волевое усилие. Вместе с тем чрезмерное упрощение материала не способствует к формированию умений и главное не содействует развитию студента.

Следовательно, приступая к отбору материала для электронного учебного пособия, необходимо знать особенности тех студентов, для которых предназначена составляемая программа. В то же время следует учитывать, что программное средство не может быть оптимальным для всех людей одновременно.

Принцип систематичности и последовательности. При построении мультимедийного учебного пособия необходимо соблюдать принцип последовательности подачи материала. Я. А. Коменский считал, что обучение должно проходить «постепенно и никаких скачков».

Данный принцип предполагает рассмотрение любого фрагмента учебного материала в мультимедийном учебном пособии в связи с другими фрагментами в логической последовательности. Поэтому при организации учебного материала и при составлении педагогического сценария программы мы учли логическую обоснованность разделов и тем учебного пособия.

Принцип сознательности, активности и самостоятельности студентов в обучении. Данный принцип заключается в овладении студентами при использовании мультимедийного учебного пособия знаниями, умениями и навыками на основе активности и самостоятельности их действий, проявления интереса, увлеченности и стремления развивать творческие способности.

Наиболее важное требование к мультимедийному учебному пособию, основывающееся на этом принципе, состоит в том, что, составляя алгоритмы, в соответствии с которыми в программе будет строиться деятельность обучаемого по усвоению материала, следует позаботиться о положительной мотивации учения. «Того, в ком нет желания к учению, будешь учить напрасно, если ты в нем в первую очередь не возбудишь стремление к учению».

Сформулированность и поддержание мотивации у студента являются необходимыми для эффективности обучения. При создании сценария мультимедийного учебного пособия мы проанализировали и постарались сделать программное средство таким, чтобы оно вызывало заинтересованность, а не скуку, стремление к познанию, а не разочарование.

Реализуя принцип активности, теоретическую информацию электронного учебного пособия дополнили лабораторными занятиями, которые предназначены для углубления теоретических знаний, выработки у студентов навыков применения полученных знаний, способствует накоплению и усвоению знаний. Выполнение лабораторных заданий позволит студентам систематизировать и воспроизводить ранее усвоенные знания, проводить самостоятельный поиск. Процесс выполнения лабораторных заданий вносит в работу с электронным учебным пособием эмоциональное оживление, повышает интерес к изучаемой дисциплине.

Для самостоятельного изучения студентами дисциплины мы включили в пособие модуль обязательной и рекомендуемой литература для более широкого или детального изучения какой-либо темы или раздела.

Принцип наглядности. Впервые теоретическое обоснование принципа наглядности обучения ввел Я. А. Коменский и в дальнейшем был развит И. Г. Песталоцци, К. Д. Ушинским и другими педагогами. Именно принцип наглядности, по мнению Я. А. Коменского, является «золотым правилом дидактики», которое гласит: «…Все, что только можно, предоставить для восприятия чувствами, а именно: видимое — для восприятия зрением, слышимое — слухом, запахи — обонянием, подлежащее вкусу — вкусом, доступное осязанию — путем осязания». Это, соответственно, требовало вовлечения в процесс восприятия учащимися нового материала как можно большего числа органов чувств. Я. А. Коменский считал, что наглядность становиться решающим фактором усвоения учебного материала.

К.Д. Ушинский дал психологическое обоснование наглядности обучения. Наглядные пособия являются средством для активизации мыслительной деятельности и формирование чувствительного образа. Именно чувствительный образ, а не само наглядное пособие, является главным в обучении.

Очевидно, что с появлением компьютеров обучение стало более наглядным. Образность, яркость, динамичность иллюстраций, реализованных с помощью мультимедийных возможностей компьютера для раскрытия наиболее сложных явлений и процессов, все это значительно расширяют возможности наглядности в учебно-воспитательном процессе. С помощью программ компьютерной графики можно создавать плакаты, схемы, рисунки, чертежи, видеоматериалы, слайды и другую техническую документацию. Это помогает студентам в трудных для понимания фрагментах учебного материала, требующих наглядного разъяснения, улучшить восприятие, понимание и усвоение, сократить время обучения, повысить эффективность учебной деятельности в целом.