Реферат: Методика проектирования содержательной части электронных образовательных ресурсов для специальных технических дисциплин

Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 3(23)

УДК 004.915


В.И.Аверченков, Е.В.Шкумат, В.В.Надуваев


МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН


Рассмотрен обобщенный подход к проектированию контента электронных образовательных ресурсов (ЭОР) на основе формирования единой методологии обучения специальным техническим дисциплинам при широком использовании современных информационных технологий.


Ключевые слова: электронные образовательные ресурсы, проектирование ЭОР, формирование контента, визуализация объектов содержания.


В настоящее время существует множество методик разработки электронных образовательных ресурсов (ЭОР), которые, как правило, содержат общие рекомендации по построению структуры электронного курса, т.е. имеют рекомендательный характер. ГОСТ Р 52653-2006 «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Термины и определения» вводится такое определение ЭОР: «Под электронным образовательным ресурсом понимается образовательный ресурс, представленный в цифровой форме и включающий в себя структуру, предметное содержание и метаданные о них, а также данные, информацию, программное обеспечение, необходимые для его использования в учебном процессе». В данном ГОСТе выделяются следующие виды обучения: электронное, мобильное, сетевое, автономное, смешанное, совместное. При этом дополнительно вводится понятие «образовательный контент», под которым понимается структурированное предметное содержание, используемое в образовательном процессе. В электронном обучении образовательный контент является основой электронного образовательного ресурса.

Электронные учебные ресурсы различной направленности, комплектности и применимости в учебном процессе могут иметь следующие формы (из опыта разработки и внедрения в вузах России):

конспект лекций;

учебное пособие;

руководство по лабораторному практикуму;

учебное пособие по циклу практических и семинарских занятий;

демонстрационные презентации (слайд-лекции, лекционные и практические презентации и т.п.);

методическое обеспечение и материалы для самостоятельной работы;

организационно-методические указания по изучению дисциплины (обычно дублируются в бумажном виде);

контрольно-измерительные материалы, вопросы для самопроверки и др.

Совокупность всех перечисленных материалов и их реализация в одном стиле может быть преобразована в электронный учебно-методический комплекс.

Определенный опыт создания ЭОР отражен в работах Л.Х. Зайнутдиновой [1], А.В. Соловова [2], А.В. Осина [3], И.П. Норенкова [4], В.В. Гура [5] и др.

В основу технологии формирования ЭОР, предлагаемой этими учеными, заложены психолого-педагогические требования, модели содержания и освоения материала, современные концепции информационно-образовательной среды и методика построения электронных образовательных ресурсов и т.д.

Особенностью ЭОР для специальных технических дисциплин [1; 6] является построение учебного процесса с опорой на теоретические знания, полученные при изучении физико-математических и общетехнических дисциплин, а также на практический опыт работы с реальными техническими устройствами и системами. Сложность обучения в этой области обусловлена огромной номенклатурой реальных технических систем и устройств. В этих условиях необходимо обеспечение понимания сущности происходящих процессов на базе изученных ранее теоретических основ для успешного усвоения основ проектирования, производства и эксплуатации целых классов реальных технических устройств и систем. Сложность формирования профессиональных компетенций у обучаемых зависит также от стоимости и уникальности требуемого лабораторного оборудования, сложности технологических процессов и их реализации в учебных заведениях.

Наиболее универсальный вид структуры ЭОР был представлен В.В.Гура (рис.1) [5].




Риc. 1. Структурная схема электронного образовательного ресурса (ЭОР)


В данном случае основными компонентами создаваемого ресурса являются модули –относительно самостоятельные части учебной информации, по которым возможно осуществить как самопроверку, так и педагогическое тестирование знаний. Страницей считается логически самостоятельная часть учебного материала, входящая в модуль, которая состоит из медиа-ресурсов, разворачивающих учебный материал в логической последовательности, предполагаемой автором - проектировщиком ЭОР. Медиа-ресурсом здесь является минимальная единица учебной информации различной модальности: текст, видео, изображение, звук, тест, гиперссылки, представляющие собой единицы медиа-текста. Модель содержания ЭОР, предлагаемая другими авторами [2] строится подобным образом.

Указанные особенности дисциплин цикла специальных дисциплин (СД) оказывают существенное влияние на формирование образовательного контента, который анализируется и определяется при создании электронных образовательных ресурсов.

Рассмотрим основной процесс разработки ЭОР. Так как электронный образовательный ресурс является информационной системой, то соответственно его жизненный цикл есть жизненный цикл информационной системы, представляющий собой непрерывный процесс, начинающийся с момента принятия решения о создании информационной системы и заканчивающийся в момент полного изъятия ее из эксплуатации (в данном случае - из процесса обучения).

С


Рис.2. Спиральная модель

жизненного цикла ЭОР
учетом необходимости постоянного обновления и совершенствования ЭОР может быть предложена спиралевидная модель жизненного цикла этого вида информационной системы (ИС) ( рис.2).

Спецификой разработки ЭОР на этапе завершения цикла является тестирование, внедрение в учебный процесс, оценка его эффективности и последующая корректировка, а также рецензирование и регистрация.

Оценка эффективности образовательных ресурсов и их корректировка проводятся, как правило, при помощи анкетирования контрольных групп студентов, при котором учитывается усваиваемость материала. На уровень усвоения материала влияет качество его передачи, доступность, наглядность и эргономичность ресурса.

Достижение эффективности ЭОР можно спрогнозировать на этапе анализа и проектирования системы путем проведения системного анализа при формировании исходных требований и задач.

Основной задачей разработки ЭОР для специальных технических дисциплин является формирование профессиональных компетенций. Компетентностный подход предполагает технологичность учебного процесса, необходимую для достижения заданных целей при обучении. При технологическом способе достижения учебных целей выпускник представляется «продуктом», качество которого определяется качеством образования. Такой подход дает возможность на основе структуризации и параметризации критериев качества оценивать воздействие технологии обучения на подготовку инженеров [7].

Успешность процесса обучения во многом зависит от организации учебного материала. Если курс предназначен для обучения при интенсивном взаимодействии преподавателя и обучаемого, то и требования к организации такого курса, принципы отбора, организации и структурирования материала, обеспечения контроля будут определяться особенностями этого взаимодействия.

К качеству подготовки инженеров можно отнести следующие базовые понятия:

технические знания – знания, обеспечивающие выпускнику технического вуза базовый квалификационный уровень знаний по специальности;

функциональные знания – знания, дающие понимание политики, процедур, практики и функциональных взаимосвязей, оказывающих существенное влияние на эффективность работы производственных систем в целом;

технические способности – способности, возникающие на фоне общечеловеческих (таких, как индивидуально-психологические характеристики), обеспечивающие успешность выполнения инженерных видов деятельности;

инженерный тип мышления - разновидность конструктивного мышления с особенностями, обусловленными характером инженерной деятельности, при присутствии продуктивного, когнитивного, аналитического, логического, креативного типов мышления как его отдельных характеристик;

инженерно мыслящая личность – личность, обладающая инженерным типом мышления и сформированными в процессе подготовки личностными качествами, позволяющими ей профессионально реализовываться в производственной системе управления;

профессионализм – способность реализовывать профессиональную готовность в конкретной специальности на уровне своей компетентности, приобретаемая личностью в процессе профессиональной деятельности и доведенная до автоматизма.

С учетом этих требований на этапе анализа должны решаться следующие задачи:

систематизация основных недостающих знаний;

оценка достаточности глубины усвоения материалов вводных общетехнических дисциплин, интегрированности знаний дисциплин цикла ОПД в цикл СД;

учет разнообразия и сложности междисциплинарных связей;

использование опыта других вузов в обучении дисциплинам цикла СД.

Решение данных задач способно обеспечить создание ресурса на первом витке спирали жизненного цикла ИС (для новых курсов).

Для развития ресурса на втором и последующих этапах, а также для разработки ЭОР по уже преподаваемым дисциплинам можно использовать данные системы менеджмента качества вуза, где на различных этапах проводится оценка качества подготовки специалистов (рис.3).




Рис.3. Процесс контроля качества подготовки специалистов


При контроле качества подготовки специалистов оценивается усвоение учебных дисциплин с использованием результатов ГЭК и ГАК. Также проводится анкетирование выпускников и анализ отзывов предприятий об их работе, что позволяет осуществить комплексную оценку подготовки специалистов.

Для выполнения анализа и завершения предпроектных работ должны использоваться все перечисленные данные. Кроме того, необходимо проведение работ по систематизации опыта преподавателей в данной области, что определит наиболее сложные для усвоения темы и потребует проработки системы их визуального отображения.

Поскольку, как уже было отмечено, дисциплинам цикла СД присуща интегративность знаний, то необходимо учитывать формирование научных понятий на междисциплинарной основе при обязательном рассмотрении следующих вопросов:

1. Согласованность во времени изучения отдельных учебных дисциплин, при которой каждая из них опирается на предшествующую понятийную базу и готовит обучаемых к успешному усвоению понятий последующей дисциплины.

2. Необходимость обеспечения преемственности и непрерывности в развитии понятий. Понятия, являющиеся общими для ряда дисциплин, должны от дисциплины к дисциплине непрерывно развиваться, наполняться новым содержанием, обогащаться новыми связями.

3. Единство в интерпретации общенаучных понятий.

4. Исключение дублирования одних и тех же понятий при изучении различных предметов.

5. Осуществление единого подхода к раскрытию одинаковых классов понятий.

Широкое использование ЭОР создает возможности для применения новых информационных технологий при отображении различных моделей сложных объектов с учетом взаимосвязей законов и явлений междисциплинарного характера, а также обеспечивает творческий подход.

В блоке разработки необходимо особое внимание уделить процессу формирования образовательного контента в соответствии с образовательным стандартом.

Как правило, в существующих методиках используется модульная система представления материала. Модуль имеет неопределенный объем и может быть приравнен к теме, параграфу или подразделу дисциплины.

Темы могут быть разными по объему, сопровождаться различным числом графических интерпретаций, и для обновления приходится полностью изменять существующий материал, что создает проблемы при его последующей корректировке. В качестве примера можно привести разделы, посвященные современным достижениям науки и техники и перспективам их развития. Данные разделы наиболее быстро морально устаревают и могут подвергаться коррекции на этапах проектирования, тестирования и отладки, что может замедлить введение создаваемого ресурса в эксплуатацию, а соответственно и увеличить время на его разработку или понизить его эффективность в обеспечении учебного процесса.

Данную проблему можно решить путем уменьшения объема модуля и придания ему размерности термина (определения). При этом увеличится его универсальность, упростится процесс замены, а также появится возможность многократного использования созданного объекта в разнообразных комплексах.

Рассмотрим специфику терминологии в рамках технологии обучения специальным техническим дисциплинам. Учебный материал по общетехническим и специальным учебным дисциплинам машиностроительного профиля представляет собой систему научно-технических понятий и специальных сведений в виде научных фактов, теорий, законов и гипотез, отобранных из соответствующих базовых наук, связанных с развитием техники, технологий производств и производственной деятельности людей. Систему технических понятий в этом случае можно рассматривать как скоординированное множество, в котором они находятся в определенных отношениях друг с другом, образуя тем самым целостность, единство суждений об изучаемом объекте.

На выборку технических понятий влияют следующие факторы: требования к формированию профессиональных компетенций, педагогические принципы разработки ЭОР (наглядность, научность, доступность, системность и т.п.). Также при использовании понятия в качестве модуля упрощается формирование его визуальной концепции, т.е. визуализация. В данном случае под термином «визуализация» понимается представление понятия в графической форме. Технические понятия могут принадлежать и использоваться как группой общепрофессиональных дисциплин (ОПД), так и группой специальных дисциплин (СД).

Таким образом, взаимосвязь определений, тем и дисциплин может быть представлена в виде схем, показанных на рис. 4, 5.





Рис.4.Схема взаимосвязи понятий, соответствующей им визуализации

и дисциплин циклов ОПД и СД


Под техническим понятием, согласно теории проектирования технологии обучения, понимается обобщенная форма отражения физических, механических и технологических объектов, технических, физических, механических и технологических процессов и явлений посредством фиксации их общих и специфических признаков, свойств и характеристик. В качестве исходных понятий выступают термины, с помощью которых описываются [6]:

технические объекты, например механизмы машин, металлорежущие станки и мерительный инструмент, технологическая оснастка;

технологические процессы обработки деталей машин, сборки, испытания и ремонта;

различные явления – механические, технологические, физические;

конструкционные и инструментальные материалы;

свойства и признаки технических объектов, явлений и процессов и т.д.

Ввиду сложности визуализации технических понятий можно предусмотреть следующие ее формы: 1) простые: схема, рисунок, фото, график, формула, диаграмма, таблица; 2) сложные: 2D-модель, видео, анимация, имитационная модель, 3D-модель.

При проработке на уровне проектирования формы визуализации понятия были сформированы сценарии-задания для специалистов в области мультимедиа, что существенно сократило время на разработку ЭОР. Комплект «понятие-визуализация» становится универсальным элементом создаваемой системы знаний и может быть использован как во всех видах образовательных ресурсов (электронный учебник, конспект лекций, практикум, информационно-справочная система и т.п.), так и при формировании наглядного сопровождения (презентации) всех типов занятий.

При выборке технических понятий, составляющих основу ЭОР, необходимо критично подойти к выбору источников исходных данных. Основой для выбора является государственный образовательный стандарт, а источниками исходных данных могут служить учебная литература, справочные и методические материалы, статьи в периодических изданиях и т.п., которые могут находиться как в бумажном, так и в электронном виде. Совокупность этих источников можно считать распределенными источниками информации, для которых может применяться методика критериального отбора с выбором части, наиболее полно отвечающей поставленной задаче. В качестве критериев выборки использовались актуальность материала, качество и глубина его изложения, новизна, возможность использования для теоретических и практических курсов, соблюдение стандартов, качество графического материала, грамотность изложения и научно-технический уровень.

Возможно также создание банка данных о применяемости распределенных информационных источников при проектировании ЭОР.

Таким образом, был сформирован общий алгоритм проектирования содержательной части (рис.6).

Посредством предлагаемого подхода к проектированию содержательной части учебного материала формируется методика отбора и унификации понятий, а также реализуется системный подход к используемой информации. В результате анализа, проведенного на предпроектном этапе, уменьшается время на тестирование и отладку уже готового образовательного ресурса.

На этапе предпроектной подготовки для новых курсов необходимо проводить предварительный анализ исходной информации, который включает: систематизацию опыта преподавателей, оценку достаточности глубины усвоения материалов вводных общетехнических дисциплин, достаточности интегрированности знаний дисциплин цикла ОПД в цикл СД, учет разнообразия и сложности междисциплинарных связей, а также использование опыта других вузов. При корректировке ресурса помимо перечисленных вопросов учитываются результаты контроля качества подготовки специалиста, получаемые в ходе работы системы менеджмента качества учебного заведения.

На этапе анализа распределенных источников информации выделяются основные группы источников, которые содержат необходимую для обучения информацию. К ним относятся бумажные источники различного рода, такие, как учебные и учебно-методические пособия, методические указания, статьи, а также источники, имеющие и не имеющие бумажных аналогов, находящиеся в Интернете. Выборка из множества источников ведется с помощью экспертной оценки по указанным ранее ограничениям с учетом года издания, известности коллектива авторов и др. В таком случае выборка принимает следующий вид:

,

где ri - оценка распределенного источника по i-му критерию; wi - вес i-го критерия.





Рис.6. Алгоритм проектирования содержательной части ЭОР


Выделение базовых смысловых единиц определяется государственным образовательным стандартом и учитывает междисциплинарные связи. На данном этапе возможна унификация (или развитие) понятий, используемых на уровне СД, с учетом циклов ЕН и ОПД.

Отбор понятий ведется с учетом наибольшего соответствия целям учебного процесса, т.е. с учетом педагогических принципов и формирования профессиональной компетентности. В качестве основного принципа выделяется системность, требуемая обоими видами ограничений. Сравнивая попарно противоположные допущения, например научность и доступность, получим следующую систему уравнений:

0, пiАВ;

П= 0,5, пiАВ;

1, пi=А, пi=В,

где П – множество соответствующих выборке понятий; пi- рассматриваемые понятия; АВ – отрезок, ограничивающий рассматриваемые понятия.

После того как основные понятия выбраны, необходимо подобрать каждому из них соответствующую форму визуализации. Подготовка к формированию визуального ряда позволит создать исходный сценарий для реализации идеи в виде перечисленных форм, а также оценить рациональность создания сложных имитационных моделей и анимации. Эта задача базируется на данных этапа предпроектной подготовки, поскольку зависит не только от профессиональных компетенций, но и от проблем с усвоением материала и формирования целостных представлений о техническом объекте. Дополнительная информация носит описательный характер, связывает визуальный компонент с определением, формируется в зависимости от специфики предмета цикла СД.

Определения и сопутствующая им визуализация, а также дополнительная информация заносятся в базу знаний и сопровождаются стандартным описанием. При формировании базы знаний необходимо предусмотреть рекомендации по использованию включенных в нее объектов в учебном процессе с учетом его специфики, а также с учетом междисциплинарных связей (возможна трансформация в советующую систему). Основы формирования репозитария в виде базы знаний соответствуют существующим стандартам электронного обучения.

По предложенному алгоритму формирования контента разрабатываются отдельные программные модули, которые планируется объединить в программный комплекс для обеспечения поддержки проектирования ЭОР.

Разработка и использование ЭОР в техническом вузе позволяет фиксировать и сохранять знания наиболее опытных преподавателей, а также создать предпосылки для повышения эффективности обучения за счет введения в образовательный процесс элементов интерактивности и мультимедиа.

Электронные образовательные ресурсы потенциально позволяют сократить объем обязательных занятий, проводимых в аудиториях и лабораториях вуза, без потери качества обучения. В то же время этот потенциал может реализовываться только в случае высокой мотивации студентов к приобретению знаний и их умения выполнять учебную работу самостоятельно. Доступ к ЭОР становится особенно важным на старших курсах, когда многие студенты сочетают учебу с работой.

Современные информационные технологии в ряде случаев позволяют сокращать время создания электронных образовательных ресурсов по сравнению с традиционными образовательными ресурсами, в то же время существенно удлиняя их жизненный цикл благодаря возможности оперативного  внесения дополнений и изменений не только в процессе разработки ЭОР, но и при их применении в учебном процессе.

Рассмотренный подход не противоречит ранее разработанным концепциям (рис.1), а расширяет и дополняет методику работы с контентом, а также учитывает современные тенденции формирования компетентности, влияние международных и разрабатываемых стандартов электронного обучения. Предлагаемая концепция подготовки контента не зависит от условия выбора среды (оболочки) ЭОР, она достаточно универсальна и позволяет формировать на дальнейших этапах разработки педагогические сценарии для любого вида обучения.


^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Зайнутдинова, Л.Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин): монография/ Л.Х. Зайнутдинова. – Астрахань: ЦНТЭП, 1999.

Краснова, Г.А. Технология создания электронных обучающих средств/Г.А.Краснова, А.В.Соловов, М.И.Беляев.- М.: МГИУ, 2002.

Осин, А.В. Мультимедиа в образовании: контекст информатизации/ А.В. Осин. - М.: Издательский сервис, 2004.

Норенков, И.П. Информационно-образовательные среды на базе онтологического подхода/И.П.Норенков, М.Ю.Уваров// Интернет-порталы: содержание и технологии: сб.науч.ст./ редкол.: А.Н. Тихонов (пред.) [и др.]; ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М.: Просвещение, 2005. Вып.3.

Гура, В.В. Теоретические основы педагогического проектирования личностно-ориентированных электронных образовательных ресурсов и сред: автореф. дис…..д-ра.пед.наук/В.В.Гура.- Ростов н/Д, 2007.

Радченко, А.К. Проектирование технологии обучения техническим дисциплинам: учеб.пособие/А.К.Радченко. - Минск: Адукация i выхавание, 2003.

Образцов, П.И. Дидактика высшей школы: учеб.пособие/П.И.Образцов, В.М.Косухин. – Орел: Академия спецсвязи России, 2004.


Материал поступил в редколлегию 16.04.09.