Жарких Ю.С., Лисоченко С.В., Третяк О.В

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

радіофізичний факультет Київ 01033, Володимирська 64,

Створення лабораторних робіт для дистанційного навчання

Вступ

З поширенням технологій комп’ютерних мереж в Україні, дистанційне навчання стає доступним все більшому колу громадян і набуває самостійного значення при здобутті освіти в різноманітних галузях знань. У комп’ютерній підтримці навчального процесу відбувається перехід від простої подачі інформації на комп’ютер користувача через мережу до взаємодії студента й викладача за посередництвом систем дистанційного навчання (СДН) і управління навчальними курсами (УНК) [1,2]. Це відкриває нові можливості для гуманізації освіти [3] і підвищення її доступності для широкого кола студентів і громадян. Важливими складовими процесу дистанційного навчання можуть стати дистанційно виконувані лабораторні роботи (ДВЛР) і віртуальні симулятори (ВС) (англ. Remote Labs or Web Labs), що включаються в СДН [2, 4]. Такі лабораторні роботи замінюють реальні в умовах заочного здобуття освіти або являються одним з навчальних етапів для студентів стаціонарної форми навчання. Особливо актуальним є використання ДВЛР і ВС в умовах недостатнього рівня матеріально-технічної бази для викладання природничих дисциплін у периферійних навчальних закладах. В цьому випадку дистанційне виконання лабораторних робіт може бути єдиним шляхом швидкого підняття рівня випускників, підготовки їх до незалежного тестування і подальшого навчання в умовах впровадження Болонського процесу, який характеризується підвищеними вимогами до самостійної роботи студента.

Створення і впровадження ДВЛР і ВС.

Незважаючи на свою перспективність, дистанційне навчання в Україні ще не набуло широкого поширення. Його розвиток часто гальмується слабкістю технічної бази, відсутністю кваліфікованих програмістів і недостатністю фінансування. Тому створення і впровадження ДВЛР і ВС в учбовий процес необхідно проводити в декілька етапів, зміст яких залежить від наявної бази приладів і можливостей створення програмного забезпечення (ПЗ), яке являє собою найбільш трудомістку частину робіт. Між ДВЛР і ВС, за деякої умовності поділу, існує принципова різниця. В першому випадку студент експериментує з реальними об’єктами і разом з навчанням може отримувати нові знання, а в другому тільки навчатися, отримуючи заздалегідь відомі результати. Тому, найбільш доцільно, с точки зору прискореного впровадження, спочатку створювати ВС, а на їх основі - виконувану в реальному часі дистанційну лабораторну роботу.

На першому етапі проводиться повна або часткова автоматизація лабораторних робіт. Основним завданням є автоматизація набору експериментальних даних, які, надалі, використовуються для створення бази даних ДВЛР і ВС [5]. Для лабораторних робіт природничих дисциплін можна використовувати вимірювально-керуючі комплекси (ВКК) [4], або обмежитися цифровими вимірювальними приладами, дані з яких записуються в пам’ять персонального комп’ютера (ПК). Останнє дозволяє значно спростити необхідну технічну базу а частину роботи, пов’язану з створенням умов експерименту і керуванням, здійснювати вручну. В роботах гуманітарної спрямованості, в яких використовуються великі масиви чисел, часто можна обмежитися скануванням і розпізнаванням існуючих даних і надалі використовувати їх для робіт, виконуваних дистанційно.

Для прискорення створення лабораторних робіт склад ВКК розбивається на автономні апаратно-програмні модулі [4]. Такі модулі можуть бути частиною лабораторної роботи, а також функціонувати автономно, являючи собою її полегшений варіант. В цьому випадку ця частина лабораторної роботи може виконуватись дистанційно. Для програмного забезпечення (ПЗ) функціонування модулів, частково можна використовувати стандартне, що поставляється з вимірювальними приладами, або відкрите, з сайтів мережі Інтернет.

На наступному етапі одержані набори експериментальних даних, записані в памяті ПК, використовуються для створення ВС. В найпростішому випадку це може бути демонстраційне ПЗ вимірювального приладу „demo” зі стандартними розрахунково-графічними пакетами програм „Origin” чи „Excel”. Воно доповнюється отриманими раніше бібліотеками даних й інструкцією з проведення роботи. Розробка повноцінного ВС вимагає створення специалізованого ПЗ, що може працювати з декількома приладами одночасно. Крім основних технічних і навчальних можливостей (відкриття файлів даних, їх експорт, імпорт, проведення необхідних обчислень, запам’ятовування результатів, побудова графіків, друк, тощо), робота з віртуальним стимулятором повинна обов’язково пробуджувати творчі можливості і зацікавленість студента. Застосовуються засоби стимулювання мотивації, контролю і самоконтролю навчальної діяльності. На наш погляд, найбільш перспективними шляхами досягнення цієї мети є максимальне застосування принципів інтерактивних програм, варіації способів виконання роботи і наявність методів оцінки досягнення результатів [3, 4]. Прикладом цьому може служити бурхливий розвиток комп’ютерних ігор, що стимулюють зацікавленість і змагальність користувачів. Зауважимо, що створення програмного продукту рівня, наближеного до якості комп’ютерних ігор, вимагає творчої співпраці програмістів і викладачів й значної фінансової підтримки.

Розроблене ПЗ симуляторів функціонує під оболонкою „Windows” з використанням сучасних алгоритмічних мов програмування С++ і Microsoft Visual. Інтерактивні інтерфейси користувача виконані з урахуванням основних вимог стандартів фірми „Mіcrosoft”. Вони є інтуїтивно зрозумілими і, практично, не потребують часу на їх вивчення за умови знання студентом ходу і мети лабораторної роботи. Побудова інтерфейсів сприяє освоєнню суті процесів, що вивчаються і дає підказки в послідовності проведення роботи. Файли даних представлені у вигляді текстових файлів в форматі .txt. Програми мають невеликий об’єм (до 3-5мбайт) і створені у вигляді готового до використання .ехе-файлу, що значно спрощує використання і розповсюдження ВС. Такі ВС можуть виконуватися в окремому компютерному класі, виставлені на сайтах учбових закладів для вільного доступу або бути додатком до електронних книг.

На відміну від симуляторів, в дистанційних лабораторних роботах потрібно проводити вимірювання в реальному часі, змінювати умови експерименту і вносити до них корективи в залежності від одержаних результатів. В інженерних дисциплінах може бути необхідним встановлювати температуру, магнітне поле, напругу, струм, тощо. Тому вимірювальну частину автоматизованої лабораторної роботи необхідно доповнювати програмно-апаратними модулями керування експериментом. В більшості випадків, апаратну частину кожного модуля можна обмежити універсальним керованим джерелом живлення з необхідними вихідними характеристиками [4]. Декілька таких модулів забезпечують дистанційне проведення достатньо широкого спектру лабораторних робіт. Джерела живлення можуть бути безпосередньо під’єднані до експериментального зразка або, в разі необхідності, їх струмом можна вмикати спеціалізовані виконуючі пристрої. Такі пристрої створюються окремо для кожної лабораторної роботи. В гуманітарних дисциплінах, наприклад психології, коли на об’єкт досліджень здійснюється інформаційний вплив, часто можна обмежитися передачею відео і аудіо повідомлень за допомогою ПК.

Керування експериментом здійснюється послідовно з окремих діалогових вікон, кожне з яких викликається з спільного інтерфейсу користувача. Студент виконує роботу по кроках. Спочатку, викликаючи діалогові вікна модулів керування, створюються необхідні умови експерименту. Результати вимірювань відображаються в числовій і графічній формах й аналізуються студентом. Після досягнення необхідного режиму вибрані дані записуються в окремий файл. Після закінчення експерименту з цими даними проводяться обчислення, будуються графіки і оформлюється звіт.

Процес виконання ДВЛР принципово не відрізняється від виконання звичайної автоматизованої лабораторної роботи з використанням ПК. Така робота може бути легко вбудована в існуючий учбовий процес. Основними труднощами, що виникають при впровадженні, є організаційні. Реальне дистанційне виконання роботи вимагає високої кваліфікації персоналу лабораторії і високого рівня підготовки студентів.

Оцінка ефективності навчання з використанням ДВЛР і ВС.

Контроль результатів впровадження ДВЛР і ВС в учбовий процес є важливим, як для подальшого розвитку можливостей дистанційного навчання, так і для переконання педагогічних працівників і державних органів в адекватності дистанційно виконуваних робіт освітнім вимогам й стандартам. Останнє є особливо необхідним для отримання організаційної й фінансової підтримки. В кінцевому підсумку, це має призвести до створення системи державної атестації методів і засобів дистанційного навчання, як повноправної частини освіти.

Оцінку якості навчання з застосуванням дистанційних лабораторних робіт потрібно проводити серед студентських груп, що пройшли рівноцінну підготовку і за одними й тими самими програмами. На етапі впровадження контроль повинен бути традиційним. Його формами являються іспити, заліки, комп’ютерні тести, що проводяться в очній формі. Це дозволяє об’єктивно порівнювати рівні знань окремих студентських груп. Надалі можливий перехід до дистанційних форм контролю, з наступним порівнянням успішності очних і заочних груп незалежним тестуванням. Потрібно зазначити, що основною складністю при порівнянні результатів є великий розкид рівня підготовки студентів навіть в межах одного учбового закладу, а також студентів різних спеціальностей.

Існуючі дані [6] показують достатньо високий ступінь збігу рівнів успішності студентських груп, що виконували ДВЛР й ВС, і ті самі лабораторні роботи в очній формі. Групи з дистанційним навчанням, що спочатку відставали в успішності, виходили на однаковий рівень зі студентами, що виконували звичайні лабораторні роботи, після 7-8 занять. Тому, враховуючи всі додаткові можливості процесу навчання і його гуманізації, що надають студентам і викладачам дистанційні методи, можна стверджувати про їх перспективність і необхідність широкого впровадження в учбовий процес.

Література

1. Кухаренко В.М., Рибалко О.В., Олійник Т.О., Савченко М.В. Дистанційне навчання. – Харків: ХДПУ, 1999. – 216с.

2. Жарких Ю.С., Рудник Ю.Н., Третяк О.В. Программные средства для компьютерных технологий в образовании. // Новий Колегіум. – 2002. - №1, с.41-45.

3. Жарких Ю.С., Лисоченко С.В., Третяк О.В., Шкавро А.Г. Гуманітарні аспекти навчання з застосуванням віртуальних симуляторів лабораторних робіт. // Материалы II международной научно-практической конференции „Ключевые аспекты научной деятельности-2007” Том. 6. - Педагогика. – Днепропетровск: Наука и образование, 2007. с.7-10.

4. Жарких Ю.С., Лисоченко С.В., Третяк О.В., Шкавро А.Г., Бунак С.В., Плахотнік А.В., Погорілий В.М. Універсальні вимірювально-керуючі комплекси. // Вестник НТУ „ХПИ”. – 2005. - №35, с.85-93.

5. Зелінський В.А., Лисоченко С.В. Прямі посилання у системі управління базою даних ReF. // Вестник НТУ „ХПИ”. – 2005. - №18, с.77-88.

6. Matute H., Vadillo M.A. Assesing e-learning in WEB labs. In L. Gomes & J. Garsia-Zubia {Eds}. Advances on remote laboratories and e-learning experiences. - Bilbao, Spain: University of Deusto, 2007. - p. 97-107.