Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА ПО КУРСУ ТММ

#1 январь 2006

Тарабарин В

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА ПО КУРСУ ТММ.

В.Б. Тарабарин

кафедра РК-2 (ТММ) тел. 265-6529

                                                                 E-mail: waltar@bmstu.ru 

 

В статье рассматриваются проблемы, возникающие

у разработчиков электронных учебников и лекционных курсов по общеинженерным дисциплинам. Приводятся примеры, разработанных фрагментов учебника и лекций по курсу ТММ, проводится их анализ, формулируются требования к электронному учебнику и лекциям, предлагаются способы их реализации. Статья ориентирована на преподавателей - разработчиков электронных средств обучения.

 

С развитием общества возрастает спрос на качественные образовательные услуги, позволяющие повышать квалификацию без отрыва от основной деятельности. В наше время недостаточно получить образование в молодые годы, необходимо повышать свой образовательный уровень в течение всей активной жизни. Компьютеры и компьютерные сети позволяют создавать высокоэффективные системы дистанционного образования (ДО). В основе таких систем лежат информационные базы данных [1], главную часть которых составляют электронные учебники и учебные пособия. Разработка электронных учебников ведется во всем мире уже более двух десятков лет. Увеличение производительности компьютеров и объемов их накопительных устройств, накопители на CD и DVD, использование компьютерных оптоволоконных сетей создает весьма благоприятные условия для развития систем ДО. Однако, разработка наполнения баз данных для этих систем, то есть электронных учебников и учебных пособий, является достаточно сложным делом. Для создания эффективных учебников необходимо рациональное сочетание всех возможностей предоставляемых современным компьютером: гипертекста, графики, видео, звука и анимации. Особенно, это важно при создании учебников по техническим дисциплинам, в языке которых важное место занимают чертежи и схемы. При этом необходимо обеспечить тесное взаимодействие программистов, дизайнеров, видеорежиссеров, компьютерных графиков и аниматоров с преподавателем, разрабатывающим учебный курс. Создание такой рабочей группы возможно при соответствующем финансировании проекта, его окупаемости. Поэтому основная масса уже созданных электронных учебников – это учебные материалы для абитуриентов и школьников, курсы иностранных языков, обучающие материалы по компьютерным приложениям, различные энциклопедии и справочники. Существующие электронные учебники можно разделить на следующие категории:

·       электронные версии (копии) бумажных учебников;

·       оцифрованные видеозаписи лекций;

·       электронные версии (копии) справочников, словарей и энциклопедий;

·       мультимедийные электронные учебники.

Нас будут интересовать только последние, так как только они являются прообразами будущих электронных учебников. Как отмечалось в [2], при создании учебника по техническим дисциплинам необходимо весьма взвешенное и рациональное использование мультимедийных возможностей компьютера. Чрезмерное насыщение учебника звуковыми и видео материалами не всегда соответствует целям обучения. Учение это достаточно тяжелый труд, а не развлекательная программа. Необходимо также учитывать, что время на изучение раздела курса ограничено, и использовать его надо интенсивно.

Для выяснения требований к электронному учебнику необходимо выяснить причину, по которой до настоящего времени работа студентов в аудитории с преподавателем остается наиболее эффективным средством обучения. Чарльз Дарвин писал: «По-моему, лекции не имеют по сравнению с чтением никаких преимуществ, а во многом уступают ему». На лекциях и семинарах студент обычно слушает изложение материала преподавателем и частично фиксирует его в конспекте. В конспект попадают только материалы, воспринятые студентом или продиктованные преподавателем, а также чертежи, схемы и формулы, записанные им на доске. Качество и полнота информации попадающей в конспект студента конечно невысокое. Просматривая конспекты студентов, автор часто удивлялся тому, что в них содержится. Особенно, страдают графические материалы, так как и рисунок, мелом на доске, обычно, невысокого качества, а уж то, что попадает в конспект студента, часто очень далеко от оригинала. Эти неизбежные недостатки конспекта легко устраняются при подготовке к контрольным мероприятиям, когда используется не только конспект, но и различные учебники и учебные пособия.  Размещение полного текста лекций на сайте в Интернете, дало возможность студенту приходить на лекции с распечатанным текстом и отслеживать изложение материала преподавателем, внося в текст дополнения и изменения. К сожалению, такая форма работы не привела к лучшему усвоению материала, результаты экзаменов показали снижение успеваемости студентов. Вероятная причина этого в том, что конспект, написанный преподавателем и записанный самим студентом, воспринимаются студентом по-разному. Важным моментом является графическая часть конспекта. Самостоятельное вычерчивание студентом рисунков, схем и диаграмм способствует лучшему пониманию и запоминанию материала. Во многих случаях для понимания процесса необходимо вычерчивать схемы в определенной последовательности. При этом последовательность вычерчивания сопровождается соответствующими комментариями. По этой причине использование на лекциях графических иллюстраций в виде раздаточного материала следует признать не эффективным.

Согласно определению, данному в энциклопедии, учебник – книга, в которой систематически излагаются основы знаний в определенной области на современном уровне достижений науки и культуры; основной и ведущий вид учебной литературы. Важным требованием к учебнику является его соответствие принятой в системе образования учебной программе по данному предмету. Разновидностью учебника является программированный учебник [4], который отличается тем, что кроме учебного материала (что учить), содержит указание, как учить – как сочетать чтение материала учебника с контролем усвоения знаний и навыков, как находить и устранять расхождения между намеченным и достигнутым уровнем усвоения знаний. Алгоритм обучения, заложенный в программу учебника, может быть линейным, разветвленным или комбинированным. Материал учебника структурно делится на части или кадры, каждая из которых содержит логически завершенный раздел учебного материала, методические указания по его изучению, контрольные вопросы для самопроверки и ответы к ним. Таким образом, программированный учебник выполняет и ряд функций преподавателя: служит источником информации, организует учебный процесс, контролирует степень усвоения материала, регулирует темп изучения предмета, дает пояснения, предупреждает ошибки и т.д. Усвоение материала обучаемым проверяется тестированием. Положительные результаты тестирования позволяют обучаемому перейти к следующему разделу, при неверных ответах для характерных ошибок даются пояснения. Программированный учебник не всегда можно изучать последовательно, страницу за страницей, в нем часто необходимо преодолевать препятствия в виде тестов для самопроверки, и только прохождение тестирования позволяет продвигаться вперед.

 Бернард Шоу определил учебник, как книгу, не предназначенную для чтения. Это весьма важное замечание. Часто при написании учебника авторы выбирают форму занимательного изложения, добавляя в него различные забавные эпизоды и случаи. Это повышает популярность учебника у учеников, но, обычно, не способствует лучшему усвоению предмета. Объем книги увеличивается, а ученик лучше запоминает необязательные факты из развлекательной части. Цель учебника изложить изучаемый предмет и полностью раскрыть все разделы учебной программы, обеспечив обучаемого информацией достаточной для успешной сдачи экзаменов и зачетов, выполнения  курсовых работ и проектов, получения соответствующих сертификатов, подтверждающих достижение студентом требуемого уровня знаний, навыков и умений.

Необходимо разделять сетевые электронные учебники и учебники на дисках CD или DVD. Первые ограничены в применении средств мультимедиа, так как современные сети имеют низкую пропускную способность. В этих учебниках приходится использовать фотографии с низким разрешением, видео фрагменты с небольшим размером экрана, ограничивать использование звука и анимации. Здесь часто приходится ограничиваться текстовыми окнами со статичными схемами и рисунками. Учебники на дисках (особенно DVD) свободны от этих ограничений.

Электронный учебник строится по принципам программируемого учебника. В методических указаниях по разработке учебников для ДО [3] предложена структура формирования учебного курса. Основные элементы этой структуры:

1.    Визитная карточка автора курса.

2.    Введение или информация о курсе.

3.    Основные модули курса.

4.    Тесты для самоконтроля.

5.    Словарь-справочник по предмету или глоссарий.

6.    Рекомендуемая литература.

7.    Виртуальные контакты с автором и сокурсниками(e-mail,chat).

8.    Семинары и лабораторные работы.

9.    Творческие задания и т.д.

Комплексная реализация учебника по такой структурной схеме требует работы коллектива специалистов, значительного времени на его разработку, отладку и тестирование, а также значительных средств. Такие проекты реализуются в рамках программы средней школы, но и там возникают проблемы с окупаемостью затрат. Так как число обучающихся в высшей школе на порядок меньше, чем в средней, то добиться окупаемости подобных проектов в высшей школе невозможно. Поэтому профессиональная разработка учебников по специальностям высшей школы в ближайшие годы маловероятна. Это будет уделом «кустарей одиночек» из числа преподавателей высшей школы. Выполнение такой работы невозможно без широкого привлечения студентов. Очевидно, что нельзя ожидать от подобных работ комплексного выполнения всех требований, высокого качества всех разделов.

Ниже описываются разделы электронного учебника по курсу ТММ разработанные студентами под руководством автора. За основу для электронного учебника взят курс лекций по ТММ Тарабарина В.Б., размещенный на сайте tmm-umk.bmstu.ru. Приведенные ниже фрагменты не могут служить образцами для подражания, но на них нам удалось провести апробацию  некоторых методов и приемов изложения учебного материала. На рис. 1а приведена титульная страница первой версии учебника. Страница состоит из рабочего поля, на котором отражается содержание или оглавление учебника, и вспомогательных кнопок управления: о программе, помощь, видеофрагменты. Последняя кнопка выводит список видеоприложений к учебнику. От оглавления программа переходит к рабочим страницам (рис.1б-в). На этих страницах два рабочих окна: окно иллюстраций и текстовое окно. В нижней части экрана расположены кнопки управления, которые позволяют перемещаться по страницам (блокам) текста, изменять размер шрифта в текстовом окне экрана. Галочка, проставленная в окошке «Чтение лекции», включает чтение текста лекции диктором. Смена изображения в окне иллюстраций происходит автоматически, синхронно с разделом текста, который читается диктором. Если для данного раздела в учебнике предусмотрены видеофрагменты или упражнения, то соответствующие кнопки экрана активизируются. На рис.1б изображен экран из раздела по структуре механизмов, а на рис. 1в и 1г – экраны из раздела по механике роботов (последний в момент демонстрации видеофайла).

Для данных фрагментов виртуального учебника была разработана оригинальная программная среда. Безусловно, эта среда далека от совершенства и уступает фирменным разработкам Novell, Microsoft или Lotus Development, для использования которых, во-первых, требуется приобретение лицензий, а во-вторых, достаточно длительное обучение.

Следующий пример разработки фрагментов виртуального учебника по ТММ построен в среде MS Power Point. В этом примере вся информация разбита на отдельные кадры. Кадры объединяются в две группы: основную (рис.2а) и дополнительную (рис.2б-г). Основная информация озвучена, содержит необходимые рисунки, анимацию и видеофрагменты. Дополнительная информация более подробно раскрывает некоторые термины, понятия и подразделы курса, она используется студентом в случае необходимости. Анимация идет синхронно с текстом, то есть схемы, и элементы рисунков появляются на экране вместе с соответствующим текстом. Таким образом, отражается логическая последовательность построения схемы или рисунка, определяются существующие в них взаимосвязи. Для ТММ важную роль играют анимированные схемы, фотографии механизмов и видеофрагменты их работы. Весьма эффективным средством является сочетание видеофрагментов с анимацией, при этом на видео изображения наносятся анимированные схемы механизмов и их элементы, условные обозначения и др.

В настоящее время в ВУЗах создаются специализированные  мультимедийные лекционные аудитории. Эти  аудитории оснащаются современной компьютерной техникой: сетью рабочих мест с компьютерами, демонстрационным монитором с экраном большого размера, проекционным экраном и видеопроектором. Предусматривается рабочее место преподавателя и 15-20 компьютеризированных рабочих мест для студентов, все компьютеры связаны с сервером, который имеет выход в сеть Интернет. Здесь можно провести аналогию с аудиториями, оснащавшимися в 60-70 годы прошлого века средствами ТСО: телевизорами, видеомагнитофонами и кинопроекторами, эпидиаскопами. В то время для таких аудиторий в системе МинВУЗа создавались учебные фильмы и диафильмы, слайды и фолии.  Эти аудитории сыграли в преподавании инженерных дисциплин весьма важную роль, существенно расширяя возможности лектора. Чтение лекций в современных компьютеризованных аудиториях требует специальной подготовки материалов лекции и подготовки самого лектора. Несмотря на существующий опыт использования в обучении различных технических средств, чтение лекций в новых условиях  является делом малоизученным и методически не отработанным. Чтобы приобрести такой опыт необходимо подготовить на компьютере текстовый и иллюстративный материал, скомпоновать его и провести чтение пробных лекций с использованием всех возможностей компьютерной техники. Однако предварительно нужно отобрать необходимый для этого материал и определенным образом скомпоновать его. Как отмечалось выше, относительно простым, доступным и эффективным средством организации лекционного материала является среда разработки презентаций Microsoft Power Point. В этой среде материал представляется в виде последовательности слайдов, формируемых на экране компьютера. Среда позволяет создавать различные анимационные эффекты, перемещать элементы изображения, последовательно выводить их на экран, демонстрируя последовательность построения изображения. Среда проста в управлении и ее можно освоить в сравнительно короткие сроки.  Желательно чтобы материал курса формировался самим автором, так как ни кто другой не сможет учесть всех нюансов изложения.

Требования к электронным материалам  для лекций отличаются от требований к электронному учебнику. Лекцию будет читать преподаватель, а компьютерные экраны будут выступать как иллюстративный материал. При этом нет необходимости в озвучивании текста лекции, звук целесообразен только в видеофрагментах. Темп изложения и последовательность представления материала управляется лектором, он может пропускать некоторые элементы или возвращаться к рассмотренным ранее. Значение имеют размеры текста и элементов изображения, выбор цветовой гаммы. Эти элементы должны обеспечивать читаемость всех фрагментов из любой точки аудитории. Здесь важно не увлекаться разнообразием шрифтов, цвет нужно использовать для выделения тех элементов, на которых необходимо акцентировать внимание слушателей.

Основой для формирования лекции-презентации является ее сценарий. Для учебного процесса обычно его пишет лектор – автор лекционного курса и одновременно тот человек, который будет использовать компьютерную презентацию при чтении лекций. Сценарий или алгоритм презентации должен описывать все составляющие: текст, звуковое сопровождение, изображения, фото и видео материалы, указывать вид анимации и ее особенности и др.  Электронные материалы создаются в соответствии со сценарием. К их созданию желательно привлекать профессиональных программистов и дизайнеров. В условиях ВУЗов такие материалы обычно создаются студентами в сотрудничестве с преподавателем и по качеству далеки от профессионального уровня. Ниже приведены некоторые фрагменты электронных материалов для чтения лекций по курсу ТММ. Пока создаются только фрагменты курса, на которых апробируются различные формы представления материала лекции, принципы расположения материала на поле экрана, методы анимации текстовых фрагментов, чертежей, рисунков и схем, использование видео файлов. На рис. 3 показаны некоторые экраны из лекции по кинематике механизмов. В ней используются различные приемы анимации. Текстовые фрагменты появляются постепенно с использованием эффекта «пишущая машинка». Рисунки вычерчиваются последовательно, при этом отдельные фрагменты рисунка в начале изображаются на схеме механизма (например, вектора скоростей, ускорений и сил), а затем перемещаются в сторону, где образуют планы скоростей, ускорений и сил. Векторы на рисунках появляются после записи на экране соответствующих векторных уравнений и их анализа. В тексте указывается, а на рисунке демонстрируется, как изображаемый вектор ориентирован относительно соответствующих звеньев механизма (перпендикулярен или параллелен ему). Скорость выполнения анимации должна быть такой, чтобы студент успевал  выполнять эскизы схем и рисунков в конспекте. Конспектирование лекции следует считать обязательным, а использование раздаточного материала вредным, так как для освоения методов графического исследования необходимо выполнить их самостоятельно (и не один раз).

На рис. 3а рассматриваются кинематические и геометрические характеристики механизма. Анимированная блок схема показывает, как последовательным дифференцированием функции положения по времени получают кинематические характеристики: скорости и ускорения, а последовательным дифференцированием по обобщенной координате – геометрические характеристики: передаточные функции и передаточные отношения. Рисунки 3б,в,г показывают экраны раздела по кинематическому анализу рычажного механизма методом планов скоростей и ускорений. Вначале на экране изображается кинематическая схема исследуемого механизма в заданном положении. Затем последовательно записываются векторные уравнения и изображаются, соответствующие этим уравнениям, части плана скоростей или ускорений. На последнем экране  этого раздела изображается схема механизма и планы его скоростей и ускорений.

На рисунке 3д показан первый экран раздела кинематического исследования механизма методом проекций векторного контура. На этом экране вначале изображается схема механизма в произвольном положении, затем на изображении механизма точки соединяются векторами в замкнутые контуры. Схема векторных контуров перемещается на свободное место экрана. Затем записываются векторные уравнения этих контуров, уравнения их проекций на оси координат. В зависимости от поставленной задачи уравнения проекций дифференцируются по времени или обобщенной координате. В заключение изображаются цикловые диаграммы функции положения и передаточных функций для рассматриваемого механизма. Экран на рис. 3е посвящен разделу по исследованию кинематики манипуляторов методом преобразования координат.

На рис.4 изображено несколько экранов из лекций «Введение» и «Структурный анализ механизмов». На первом экране (рис.4а) вначале появляется фотография модели рычажного механизма, затем на ней изображается его структурная схема. Схема перемещается вниз. Затем на ней обозначаются звенья и кинематические пары. Появляющийся справа текст дает названия звеньев и виды пар. Табло «Подробнее» позволяет перейти к определениям основных понятий и комментариям к ним. Рис. 4б относится к разделу классификации машин. Здесь даны определения для двигателей и генераторов, блок-схемы энергетических преобразований в них, фото образцов машин. На рис. 4в показана блок-схема, изображающая итерации в процессе проектирования. Схема отражает основные этапы проектирования и связи между ними. На слайде, изображенном на рис. 4г, показана классификация машин.  Два последних слайда показывают  примеры оформления  текстовых страниц лекции. На рис. 4е показан слайд с включенным видео фрагментом учебного фильма. В целом слайды, изображенные на рисунке 4, демонстрируют использование в лекции различных материалов: текстов, ссылок, анимации, фотографий и видео фрагментов.

На рисунках 5 и 6 приведены фрагменты лекций по силовому расчету механизмов, статическому уравновешиванию механизмов и динамической балансировке роторов. В них тоже широко используются различные анимационные эффекты. Они позволяют  продемонстрировать удаление связей из механизма и замену их реакциями, показать формирование векторных контуров планов сил.

Еще одна важная особенность проведения занятий в мультимедийных аудиториях - возможность демонстрации решения задач в компьютерных средах (типа MathCAD, AutoCAD, Компас и т.п.) непосредственно при чтении лекций и на практических занятиях.

Большинство преподавателей в ВУЗах страны находятся в преклонном возрасте, молодежь при нынешнем уровне оплаты труда не стремится к преподавательской деятельности. Очевидно, что положение рано или поздно изменится и тогда возникнет необходимость в подготовке преподавательских кадров. В разные годы на разных кафедрах МГТУ преподавало множество хороших методистов. К сожалению, их опыт и манеру чтения лекций сохранить было невозможно. Сегодня имеется возможность цифровой видеозаписи лекций ведущих преподавателей и сохранения их на цифровых носителях.

Современная техника развивается с огромной скоростью, машины и другие технические устройства устаревают морально в течение 2-3 лет. В этих условиях специалист должен продолжать обучение непрерывно без отрыва от основной деятельности. Для этого необходимо создавать компьютерные системы для дистанционного обучения и их базу - электронные учебники и лекции. Разработка эффективных обучающих средств, рационально использующих все возможности компьютерных технологий – весьма сложная задача, требующая долгого, непрерывного и кропотливого труда. В настоящее время нет единой концепции электронного учебника, и делаются  только первые шаги в ее создании. Надеемся, что наша работа поможет этому.

Автор выражает благодарность студентам Савенкову И.М., Шумаевой Т.А., Седову А.А., Будину С.А.  и Ярмилко Е.В., принявшим активное участие в разработке первых пробных разделов электронного учебника по курсу ТММ, его концепции и дизайна.

Литература.

1.               Плосковитов А.Б. Научно-образовательный портал системы открытого образования МГТУ им. Н.Э. Баумана. Создание системы открытого инженерного образования. Материалы научно-методических семинаров МГТУ им. Н.Э. Баумана 2001-2002 гг. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 200 с.: ил.

2.               Плосковитов А.Б. Методико-технические проблемы преподавания естественно-научных дисциплин с использованием элементов  открытого образования. Инженер. Электронный журнал. http://engineer.bmstu.ru/journal/publications/ploskovitov_problems.phtml

3.               В. Канаво Методические рекомендации по созданию курса дистанционного обучения через Интернет. Интернет технологии в образовании. Электронный журнал. http://www.curator.ru/metod.html

4.               Беспалько В.П. Теория учебника: Дидактический аспект.- М.: Педагогика, 1988. – 160 с.


 

Овал:  а

Овал:  б

Овал:  в

Овал:  г

Овал:  д

Овал:  е

Подпись: Рис.4. Экраны лекций «Введение» и «Структурный анализ механизмов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)