1
Информационные технологии в обеспечении самостоятельной работы студентов на примере дисциплин прикладной математики
Самойленко Н.И.
Самойленко Н.И. Информационные технологии в обеспечении самостоятельной работы студентов на примере дисциплин прикладной математики
Излагаются основные принципы создания электронного учебника для самостоятельного изучения дисциплин «Математическое программирование» и «Теория вероятностей» с привлечением прогрессивных информационных технологий.
Самойленко М.І. Інформаційні технології в забезпеченні самостійної роботи студентів на прикладі дисциплін прикладної математики
Викладаються основні принципи створення електронного підручника для самостійного вивчення дисциплін «Математичне програмування» і «Теорія імовірностей» із залученням прогресивних інформаційних технологій.
M.I. Samoylenko. Information Technologies for Independent Activity of the Students on an Example of Disciplines of an Applied Mathematics
The principles of creation of the electronic tutorial for independent study of disciplines "Mathematical programming" and "Probability theory" with engaging of progressive information technologies are set up.
Постановка проблемы. В профессионально-техническом образовании Украины в последние десять лет произошли значительные перемены, направленные на её сближение и согласование с мировыми тенденциями в сфере образовательных услуг [1-4]. В новых условиях к подготовке специалистов предъявляются и новые требования. К ним следует отнести смещение форм проведения учебного процесса в сторону самостоятельной работы и развитие дистанционной формы обучения. Такие требования полностью согласуются с ориентацией образования Украины на Болонский процесс.
Анализ последних исследований и публикаций. С каждым годом число исследований и публикаций по проблемам самостоятельной работы студентов постоянно возрастает [5-6]. Тема самостоятельной работы тесно перекликается с темой дистанционного обучения (ДО). Во всем мире исследованиями в области ДО занимаются уже давно и серьезно. Существовало много проектов по проблемам ДО, которые выполнялись в последнее десятилетие. Перечислим некоторые из них:
международный проект «Британский виртуальный университет & Виртуальный университет США», с 1998 - 2001 г.г.;
государственный проект Консорциума «Виртуальный университет Калифорнии», 1997 - 1999 гг. В консорциум входят все вузы Калифорнии;
государственный проект «Виртуальный университет Дании», 2000 - 2003 г.г.;
коммерческий проект Колумбийского университета, 2003 г.
Украина также не стоит в стороне от попыток внедрить дистанционную форму обучения (ДФО) в учебный процесс. Уже шесть лет Региональные институты Национальной академии государственного управления при президенте Украины в Харькове, Днепропетровске, Одессе и Львове пытаются внедрить ДФО в украинских вузах.
Большинство исследований по проблемам ДО были закрыты. Существующие проекты пока развиваются недостаточными темпами. Связано это с рядом трудностей:
существующая концепция ДО основана на интенсивном персональном общении тьютора с обучающимся, что приводит к росту учебной нагрузки преподавателя;
существующие компьютерные сети, как корпоративные, так и общего пользования, не полностью покрывают регионы Украины, в результате - не все обучающиеся могут быть охвачены ДФО;
учебно-методическое обеспечение не в полной мере отвечает требованиям и условиям самостоятельной работы.
Указанные трудности вызывают необходимость создания такого учебно-методического обеспечения, которое бы, даже при отсутствии доступа обучающегося к компьютерной сети, гарантировало должное качество самостоятельной работы и при этом не увеличивало нагрузку преподавателей, а наоборот - сводило её к разумному минимуму.
Постановка задачи.
1. Ознакомить с основными положениями и условиями использования современных информационных технологий в организации самостоятельной работы студентов всех форм обучения на основе разработки самодостаточных электронных учебников (ЭУ), позволяющих вести учебный процесс без участия тьютора.
2. Проиллюстрировать возможности современных информационных технологий при самостоятельном изучении студентами прикладных математических дисциплин «Математическое программирование» и «Теория вероятностей» с использованием реальных ЭУ по указанным дисциплинам.
Изложение основного материала. Как уже упоминалось, главным принципом существующей концепции ДО является интенсивное общение тьютора с обучающимися. Для поддержки желаемой интенсивности каждый обучающийся должен иметь доступ к Internet, обеспечить который повсеместно не представляется возможным. Но, пожалуй, наиболее узким местом в существующей концепции является сама интенсивность общения с тьютором, поскольку относительный рост учебной нагрузки преподавателя делает ДФО пока экономически неэффективной по сравнению с традиционными формами обучения.
Главный принцип предлагаемой концепции обучения заключается в организации самостоятельной работы на основе использования самодостаточных, простых и удобных ЭУ. Такие ЭУ должны полностью заменить и преподавателя-лектора, и преподавателя-практика, и при этом у обучающегося не должна возникать необходимость в консультациях.
Второе важное положение концепции заключается в традиционной очной форме проведения итогового контроля. Сейчас часто банковские и коммерческие операции проводятся в виртуальной форме с помощью паролей и электронных подписей. Но банкиру все равно, в чей карман положит деньги его клиент, после их получения из банкомата. А преподаватель должен быть уверен, что он вложил знания в голову именно того студента, который заслуживает положительной оценки.
Предлагаемая концепция отличается от традиционной только наличием ЭУ. При этом учебный материал ЭУ должен быть удобным, понятным и самодостаточным.
Под самодостаточным следует понимать такое содержание ЭУ, которое в процессе самостоятельной работы:
не вынуждает студента обращаться к другим источникам, в т.ч. к справочникам;
при возникновении каких-либо вопросов у обучающегося обеспечивает его самостоятельным поиском ответа;
базируется на гипертекстовой организации учебного материала;
использует современные информационные технологии для динамического изложения сложного учебного материала, в т.ч. постановки и отслеживания экспериментов, реализации алгоритмов решения типовых задач с параллельной демонстрацией самого процесса решения, построения диаграмм и графиков, графической интерпретации математических операций и т.п.;
обеспечивает студента необходимым практикумом для приобретения навыков и умений в соответствии с целью и задачами учебной дисциплины.
При обладании перечисленными качествами ЭУ способен полностью заменить и преподавателя-лектора, и преподавателя-практика, и тьютора. В последнем случае отпадает необходимость в компьютерной сети.
Самодостаточный ЭУ ни в чем не уступает обычному учебнику, а по многим параметрам значительно его превосходит. Так, по ЭУ студент может освоить курс в 2-3 раза быстрее.
Чем предлагаемый ЭУ отличается от традиционного типографского учебника и современных электронных дистанционных курсов? Прежде всего, возможностью выбора языка изложения, структурой, полнотой содержания и формами представления учебного материала, основанными на использовании прогрессивных информационных технологий.
Выбор языка ЭУ необходим для того, чтобы обучающийся мог изучать прикладную математическую дисциплину на том языке, на котором он думает. Это позволит намного улучшить качество и ускорить процесс обучения.
Основное структурное отличие ЭУ заключается в наличии практикума по каждой теме дисциплины, который устраняет необходимость в рубежном контроле со стороны преподавателя или в тестовом контроле со стороны тьютора. Практикум представляет собой набор контрольных вопросом, примеров решения типовых задач и упражнений.
Каждый вопрос имеет подсказку в виде краткого ответа и ссылку на соответствующий материал в учебнике. Если студент затрудняется в ответе или хочет проверить правильность своего ответа, он может сначала воспользоваться подсказкой «Ответ» или гиперссылкой. Например, на вопрос «7.1. Сформулировать общую задачу линейного программирования …” при указании мышью на гиперссылку и нажатии левой кнопки мыши обучающийся получает доступ к соответствующему материалу в ЭУ (рис.1).
Примеры в практикуме отражают процессы решения типовых задач курса. Для наглядности решения многие примеры сопровождаются динамическими иллюстрациями.
Любое упражнение также имеет подсказку, ответ или подробное решение.
Не менее важным структурным отличием ЭУ является наличие словаря терминов, совмещенного с предметным указателем. Словарь включает все наиболее важные термины дисциплины. Каждый термин имеет краткое толкование, а сам термин является гиперссылкой на основной учебный материал в курсе, где этот термин встречается впервые или имеет более подробное пояснение. Если толкование, в свою очередь, включает какие-либо другие термины дисциплины, то они также являются гиперссылками, но внутренними по отношение к словарю. Чем больше терминов в словаре, тем меньше вопросов к преподавателю возникает у обучающегося.
Рис. 1. Пример работы с ЭУ, иллюстрирующий практическую работу обучающегося
Для обеспечения полной самодостаточности ЭУ в его структуре предусмотрены Приложения, которые в зависимости от дисциплины представляют собой тот или иной справочный материал. Так, в ЭУ по «Математическому программированию» в качестве Приложений выступают сводные сведения о формулах элементарной математики, правила и таблицы дифференцирования. В ЭУ по «Теории вероятностей и математической статистики» в качестве Приложений выступают таблицы значений функций Гаусса и статистических критериев. За счет гипертекстовой организации Приложений пользоваться ими намного удобнее, чем традиционными справочниками.
Кроме приведенных структурных особенностей каждый ЭУ имеет:
краткую инструкцию пользователя, в которой поясняются средства навигации по страницам учебника, выбор темы и подтемы, переходы от одного подраздела к другим, правила и последовательности действий обучающегося при использовании динамических фрагментов и пр.;
введение в дисциплину, в котором приводятся краткая характеристика дисциплине, цели, задачи и предмет дисциплины, даются перечни основной, дополнительной и методической литературы;
сведения о преподавательском составе, которые включают фотографии и краткие анкетные данные о всех преподавателях учебного заведения, ведущих учебный процесс по данной дисциплине для студентов стационарной формы обучения.
Какой бы ни была идеальной структура, основой определения качества ЭУ является содержание его учебного материала и формы представления последнего.
Современные информационные технологии позволяют при изложении основного учебного материала использовать самую обширную цветовую гамму (более миллиона различных цветов и оттенков), большое число текстовых шрифтов, богатую векторную и растровую графику. Такие возможности в сочетании с гипертекстовой организацией учебного материала и внедрением в текст динамических фрагментов способны обеспечить учебный процесс без обязательного участия преподавателя. Более того, обучающийся получает дополнительные преимущества по сравнению с традиционными типографскими учебниками.
Одним из таких преимуществ является возможность ставить и многократно повторять эксперименты. Так, в курсе «Теория вероятностей» при изложении учебного материала часто прибегают к опыту, связанному с бросанием игральной кости. На рис.2 показан начальный и конечный кадры динамического фрагмента, реализующего данный эксперимент на базе программного генератора случайных чисел. При многократном повторении эксперимента можно убедиться в его стохастической природе.
Рис. 2. Кадры учебного эксперимента по курсу «Теория вероятностей»
Другим преимуществом электронной версии учебника является возможность управлять процессом решения сложных для понимания задач. Например, при вводе и определении понятия «условная вероятность» в курсе «Теория вероятностей» прибегают к решению задачи по многоразовому извлечению наугад цветных шаров из урны. И если преподаватель демонстрирует однократное решение такой задачи с параллельным расчетом соответствующих условных и безусловных вероятностей, то в ЭУ обучающийся по своему выбору может организовать пошаговое решение данной задачи в любой возможной последовательности извлечения шаров. Кроме того, он может вернуться на один или несколько шагов назад и изменить свой выбор. При этом обучающийся может видеть, как и почему изменяется расчет условных вероятностей при том или ином выборе. Рис. 3 показывает одну из возможных ситуаций, возникающих после двух извлечений шаров.
Рис. 3. Динамическое решение задачи под управлением обучающегося