Об особенностях разработки комплекса виртуальных лабораторных работ по экологической тематике

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РАЗРАБОТКИ КОМПЛЕКСА ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
ТЕМАТИКЕ Д. П. Баранова Научный руководитель — к.т.н., доцент Н.И. Керро
В статье обосновывается актуальность проблемы разработки комплекса виртуальных лабораторных работ по экологической тематике, предложен общий алгоритм такой виртуальной лабораторной работы, который успешно реализован автором в рамках компьютерной программы, затем апробирован в условиях реального учебного процесса.
Введение
В настоящее время в связи с тем, что в учебный процесс в вузе активно внедряются информационные технологии, меняются как стиль, так и методы обучения. Применительно к условиям реального учебного процесса эти методы постоянно совершенствуются, причем с учетом специфических особенностей конкретной учебной дисциплины. В конечном счете эти усовершенствования сводятся к тому, что появляются новые эффективные методики обучения, ориентированные, как правило, на более активное использование информационных технологий в процессе обучения. В полной мере это относится и к дисциплинам экологического профиля.
Известно, что информатизация общества является основной отличительной чертой современного этапа его развития. В этих условиях многие традиционные методы преподавания стали отходить на задний план, а на смену им пришли более прогрессивные методики, основанные на имитации диалога обучающегося и преподавателя, который, как правило, реализуется при непосредственном использовании ими компьютера. Следует отметить, что диалог преподавателя с учеником можно организовать и другим способом, например, в ходе проведения деловой игры, организация которой требует от преподавателя не только досконального знания предмета, но и хороших коммуникативных навыков, а также умения грамотно и четко организовать саму процедуру деловой игры. В этом плане участие преподавателя в диалоге со студентами, организованном с использованием компьютера, существенно упрощает задачу преподавателя.
Что касается информатизации процесса обучения, то с позиций современной дидактики он чаще всего трактуется как использование вычислительной техники и связанных с ней информационных технологий в процессе обучения, а также как использование этой техники в качестве средства управления познавательной деятельностью учащихся.
Постановка задачи
Применение информационных и коммуникационных технологий в высшей школе традиционно развивается по двум основным направлениям. Первое направление предполагает использование возможностей этих технологий для непосредственного включения в процесс образования лиц, для которых в силу тех или иных причин возможна и доступна только дистанционная форма обучения. Второе направление замыкается на использование информационных технологий для изменения содержательной составляющей процесса обучения путем обновления и совершенствования его методической базы и создания и внедрения на этой основе новых более прогрессивных методик.
Поскольку первое направление развивается сейчас достаточно успешно, а дистанционные курсы лекций по различным дисциплинам созданы в большинстве учебных заведений, то наибольший интерес для исследователя на настоящий момент представ-
ляет второе направление. Возможен также некий синтез этих направлений в рамках одного проекта, например, нацеленного на создание современных виртуальных учебно-методических комплексов (ВУМК). Считается, что такой комплекс может использоваться как при дистанционной форме обучения, так и традиционной очной. В состав такого комплекса входят теоретические материалы, лабораторные работы и практикумы, а также средства для контроля знаний обучаемых, например, в форме тестовых вопросов. Объединенный общей проблематикой, например, экологической, этот комплекс может достаточно успешно использоваться в реальном учебном процессе, поскольку его применение позволит не только более эффективно организовать работу студентов, но и значительно сократить нагрузку на преподавателя по проверке их знаний [1].
Важным элементом виртуального учебного методического комплекса являются виртуальные лабораторные работы (ВЛР) или практикум. Следует сказать, что на настоящий момент применительно к дисциплинам экологического профиля ВЛР практически отсутствуют. Этим обстоятельством и объясняется актуальность работы автора, целью которой являлась разработка стандартного алгоритма ВЛР, реализация его в рамках существующих расчетных заданий по тематике «Охрана и рациональное использование водных ресурсов» с последующей апробацией созданной ВЛР условиях реального учебного процесса.
Разработке настоящей ВЛР предшествовал процесс сбора и анализа информации об аналогичных проработках, существующих на настоящий момент в рамках других дисциплин, а также поиск материалов по экологической тематике, которые могли бы быть заложены в основу расчетной части ВЛР. В ходе анализа и сбора информации выяснилось, что виртуальные лабораторные работы созданы и используются в учебном процессе в Томском государственном университете, в Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий и других учебных заведениях. Однако их тематика не имеет отношения к экологическому направлению. Анализ этих проработок позволил сделать вывод о том, что для создания таких педагогических программных продуктов, как ВЛР, как правило, используют следующие технические методы и средства: прямое программирование, пакеты профессиональных программ, специализированные авторские инструментальные среды.
В данном случае автором был выбран путь прямого программирования, основным достоинством которого являются широкие возможности по реализации стилей педагогических программных средств. Речь идет об организации интерфейса и структуры представления учебного материала, возможностей использования цветовой палитры и подачи материала. Однако прямое программирование имеет также и недостатки. К ним, в первую очередь, относятся: сложность модификации и сопровождения готового продукта, трудность стыковки модулей программы, созданных на разных языках, большая трудоемкость самого процесса программирования [2].
Анализ известных на настоящий момент методических проработок по содержательной части лабораторных работ по экологической тематике показал, что только незначительное количество из них содержат как расчетную, так и графическую часть и поэтому могут достаточно эффективно использоваться в практике обучения студентов технических вузов дисциплинам экологического цикла. Наибольший интерес в этом плане представляют лабораторные работы методического пособия [3]. Одна из лабораторных работ этого пособия была взята автором за основу при разработке ВЛР.
Поскольку основная цель работы автора состояла в том, чтобы разработать алгоритм лабораторной работы в рамках единого комплекса виртуальных лабораторных работ для обучения студентов дисциплине «Прикладная экология», а также реализовать его на практике, то для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• разработана общая структура виртуальной лабораторной работы-
• разработан интерфейс виртуальной лабораторной работы-
• написан код программы для организации взаимодействия и работы пользователя с графическим материалом-
• разработана база данных для хранения результатов работы и исходных данных-
• осуществлено внедрение разработанной виртуальной лабораторной работы в учебный процесс.
Особенности разработанной программы
Общая структура ВЛР представлена на рис. 1.
Виртуальная лабораторная работа реализована на базе Windows-приложения с использованием базы данных MySQL. При выполнении этой работы учащимся необходимо освоить методику расчета основных параметров процесса очистки сточной воды. Для этого им необходимо последовательно в диалоговом режиме решить следующие задачи:
• изучить теоретическую часть лабораторной работы о процессе очистки воды озонированием-
• пройти тест на знание теоретической части, успешное прохождение которого является допуском к практической части лабораторной работы-
• выполнить последовательно несколько расчетных заданий.
Ниже перечислены основные особенности ВЛР и кратко изложен механизм использования ее студентом.
• В качестве допуска к лабораторной работе используется тест. Время на выполнения теста ограничено. Вопросы и варианты ответов в тесте представляются для студента случайным образом.
• Лабораторная работа выполняется в четыре этапа. После завершения очередного этапа компьютерная программа проверяет результаты вычислений студента, если они попадают в допустимый промежуток результатов вычисленных программой, тогда учащийся переходит к следующему этапу. Данная проверка осуществляется во избежание использования некорректных данных, полученных вследствие ошибок студента, на последующих этапах работы.
• После выполнения студентом задания каждого этапа происходит автоматическое сохранение полученных им результатов, что позволяет студенту, не успевшему по какой-либо причине вовремя завершить работу, закончить ее тогда, когда у него будет такая возможность.
• В помощь студенту при проведении им вычислений в программе реализованы встроенный блокнот, калькулятор (с дополнительными возможностями) и приведен пример выполнения расчетов в лабораторной работе. Все расчеты, произведенные студентом на калькуляторе, автоматически переносятся в лабораторную работу.
• Алгоритм программы позволяет преподавателю контролировать процесс выполнения лабораторной работы со своего рабочего места, оснащенного компьютером в ходе просмотра полного отчета о выполненной студентом работе, в котором указываются все допущенные студентом ошибки. Результаты выполнения лабораторной работы доступны только преподавателю, что исключает возможность внесения студентом корректив в отчет. Ограничение прав доступа к результатам реализованы средствами СУБД MySQL.
• В списке результатов реализована гибкая система фильтрации, позволяющая осуществить выборку из базы данных отчетов студентов как по фамилии, так и по дате, номеру группы, результатам лабораторной работы, а также номеру варианта.
• Программа предусматривает хранение исходных данных и результатов выполненных студентами работ в базе данных MySql.
• Преподавателю предоставлена возможность просмотра результатов выполненных студентами работ с любого компьютера, подключенного к локальной сети и имеющего доступ к MySql-
• Программа реагирует на введенные пользователем данные и в зависимости от ситуации организует диалог с пользователем.
Внедрение виртуальной лабораторной работы в учебный процесс и результаты ее апробации
Результаты апробации и внедрения виртуальной лабораторной работы на занятиях в группе студентов естественнонаучного факультета СПбГУ ИТМО по теме «Методы очистки сточных вод» показали, что студенты за отведенное на выполнение работы время успешно справились с изучением теоретической части, тестированием и выполнили все расчетные задания, при этом количество ошибок, допущенных студентами в расчетах, не превысило допустимого. Программа обработала данные по результатам выполнения работы, которые затем были представлены в виде сводного перечня индивидуальных отчетов студентов, содержащего сведения о допущенных ими ошибках.
В ходе апробации ВЛР было проведено дополнительное тестирование студентов на предмет того, насколько доступен теоретический материал, изложенный в вводной части виртуальной лабораторной работы, и какие сложности возникали у них при выполнении этой работы.
После обработки результатов тестирования были получены следующие результаты:
• интерфейс программы не вызвал затруднений у 70%- остальные 30% испытывали их поначалу, но потом адаптировались-
• теоретический материал лабораторной работы не вызвал каких-либо дополнительных вопросов у студентов-
• основные трудности, которые испытывали студенты при выполнении лабораторной работы, связаны с вычислениями-
• с тестированием после изучения теории вопроса очистки сточных вод справилось большинство студентов-
• все учащиеся отметили, что им было интересно работать с данной лабораторной работой-
• 92% учащихся считают необходимым использование подобных виртуальных лабораторных работ в обучении, так как они вносят разнообразие в учебный процесс, облегчают труд преподавателей и способствуют совершенствованию практических навыков у студентов.
Таким образом, апробация разработанной автором ВЛР в условиях реального учебного процесса подтвердила предположение о том, что ее общий алгоритм может быть достаточно успешно реализован применительно к другим виртуальным лабораторным работам, внедрение которых в учебный процесс несомненно позволит получить нужный эффект вследствие улучшения методики обучения дисциплинам экологического цикла.
Заключение
В настоящее время в связи с активным внедрением информационных технологий в процесс обучения большое внимание уделяется созданию ВУМК, в состав которых, как правило, помимо теоретической части, тестовых и контрольных вопросов входят также практические задания, например в форме ВЛР. Однако в составе комплексов по экологическим дисциплинам ВЛР практически отсутствуют. В рамках данной работы автор постарался восполнить этот пробел и создал виртуальную лабораторную работу «Исследование процесса очистки воды при окислении загрязняющих веществ», которая, судя по ее апробации в реальном учебном процессе, с успехом может быть использована в качестве одного из основных элементов обучающего комплекса по экологии.
К несомненным достоинствам разработанной ВЛР относятся:
• сокращение нагрузки на преподавателя по проверке знаний студентов и результатов выполнения работы-
• внесение разнообразия в учебный процесс-
• возможность ее использования системе дистанционного обучения.
По общему алгоритму этой работы могут быть реализованные и другие виртуальные лабораторные работы аналогичной тематики. Это говорит о том, что данное направление исследования является актуальным, а результаты проработок в настоящее время могут быть востребованы со стороны учебных заведений самого широкого профиля.
Литература
1. Захарова И. Г. Информационные технологии в образовании. М.: ACADEMIA, 2003. 189 с.
2. Горлушкина Н. Н. Педагогические программные средства: Учебное пособие / Под. ред. проф. М. И. Потеева. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2002. 152 с.
3. Латухов С. В., Решняк В. И., Поляков А. В., Моисеев А. Ю., Праслов Л. Д., Шуринова О. В. Экологическая безопасность водных объектов. Учебно-методическое пособие СПб: ГМА им. С. О. Макарова, 2005. 85 с.
4. Веллинг Л., Томсон Л. MySQL. Учебное пособие.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. 304 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой