Информатизация инженерного образования (выпуск 1)

Г л а в а 11. Технологии создания электронных учебников и задачников

Из вышеперечисленного видно, что работа компьютерного дизайнера тесно связана с работой программиста, так как его решения должны быть связаны с возможностями программной реализации.

Стилевое оформление во многом определяется программной средой, в которой ведется разработка. Многие авторские программные среды, проектирование в которых не требует знаний программирования, автоматически генерируют командную панель и функциональные клавиши (вперед/назад, помощь, справка

идр.). Поэтому в задачу компьютерного дизайнера входит выработка общего стиля программного продукта, который будет органичен в самой среде проектирования

иизучаемой предметной области.

Впрограммных средах, требующих программирования, в принципе можно реализовать любое стилевое оформление, главное — его разработать.

При разработке стилевого оформления обязательно нужно учитывать, как будет эксплуатироваться компьютерный учебный продукт — в локальном или удаленном режиме. При размещении ПСУН на CD-ROM ограничением является только скорость считывания данных с устройства CD-ROM, при удаленном доступе — скорость передачи по сети.

На рис. 11.6—11.8 представлены различные реализации компьютерных программ учебного назначения. О преимуществах и недостатках представления учебного материала можно судить по этим примерам.

11.9.Этапы создания компьютерного продукта

исопроводительная документация

Первым этапом создания компьютерного продукта является разработка общего сценария. При этом необходимо участие ведущих специалистов проекта: авторапредметника, методиста, программиста и желательно компьютерного дизайнера.

Общий сценарий определяет тематику, состав изучаемых блоков и разделов предметной области, архитектуру продукта, методы организации интерактива, использование моделей, коммуникативность и др.

Кроме того, на первом этапе выбирается среда, в которой будет вестись разработка, определяются общий стиль графического оформления, основные контуры пользовательского интерфейса.

На втором этапе детализируется структура и формируется содержание разделов продукта, вырабатываются основные идеи по методам представления предметной области в интерактивной мультимедиа-среде, описываются функциональные возможности продукта и действия пользователя, детализируется структура интерфейса, создаются необходимые мультимедийные компоненты и моделирующие программы, начинается работа над выходной документацией — инструкцией пользователя и методическими указаниями по применению продукта в учебном процессе.

Третий этап — непосредственная реализация продукта.

Четвертый этап — подготовка к публикации (тиражированию на локальных носителях или установке на сетевой сервер). Прежде всего осуществляются достаточно сложное и длительное тестирование и отладка, а также редактирование текстовой информации. Желательно, чтобы тестирование включало в себя опытную эксплуатацию продукта, в процессе которой анализируются как программные,

403

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

так и содержательные компоненты продукта, проверяются все возможные связи, переходы и т.п.

В результате опытной эксплуатации устраняются все технические, программные и содержательные дефекты, искажения аудиовизуальных компонентов и др.

На этом же этапе оформляется сопроводительная документация — инструкция пользователя и методические указания по применению. Одновременно для тиражируемых электронных изданий готовится полиграфическое оформление.

Пятый этап — это этап сопровождения компьютерного продукта учебного назначения. В основе сопровождения лежит обратная связь с пользователями. Для CD-ROM это ответы на вопросы и замечания пользователей. В результате накопления информации, полученной от пользователей, изменений в предметной и методической областях создаются предпосылки к изданию новой версии.

Для сетевых продуктов возможен не только ответ на конкретный вопрос или учет замечаний, но и оперативное дополнение сопроводительной информацией или быстрая модернизация контента через Интернет.

В реальной жизни, конечно, такая жесткая последовательность не соблюдается. Перечисленные этапы работ часто проводятся параллельно и влияют друг на друга, что приводит к динамическому изменению первоначального сценария. Это происходит не из-за низкой квалификации разработчиков (хотя случается и такое), а наоборот, в результате их творческого и добросовестного отношения к делу.

11.10. Издательские требования к электронным изданиям

Электронные издания должные включать в себя следующие компоненты: титульные элементы с выходными сведениями, предисловие (послесловие), примечания и комментарии, списки условных обозначений и сокращений, библиографический список, вспомогательные указатели, оглавление (содержание), дидактический аппарат. Рассмотрим особенности этих требований по сравнению с печатными изданиями.

Титульные элементы с выходными сведениями оформляются в соответствии с положениями ГОСТ 7.83-2001 «Электронные издания. Основные виды и выходные сведения».

Основными элементами выходных сведений являются:

•сведения об авторах и других физических и юридических лицах, участвовавших в создании электронного издания;

•заглавие электронного издания;

•надзаголовочные данные;

•подзаголовочные данные;

•выходные данные;

•выпускные данные;

•минимальные системные требования;

•классификационные индексы;

•номер государственной регистрации;

•международные стандартные номера;

•штрих-коды;

•знак охраны авторского права;

•библиографическое описание;

•аннотация.

404

Г л а в а 11. Технологии создания электронных учебников и задачников

Имя автора, заглавие, надзаголовочные данные, выходные данные, выпускные данные серийных и многотомных изданий, классификационные индексы, международные стандартные номера, штрих-коды, знак охраны авторского права приводятся в электронных изданиях в форме, определенной ГОСТ 7.4-95 «Издания. Выходные сведения», т.е. аналогично печатным изданиям.

Библиографическое описание представляется в соответствии с ГОСТ 7.1-84 «Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления». Аннотация составляется и оформляется в соответствии с ГОСТ 7.9-95 «Реферат и аннотация».

Ниже приведены основные положения ГОСТ 7.83-2001 «Электронные издания. Основные виды и выходные сведения», касающиеся только тех элементов выходных сведений, которые специфичны для электронных изданий.

Подзаголовочные данные в зависимости от вида электронного издания могут включать в себя сведения:

•поясняющие заглавие;

•о виде издания по природе основной информации, целевому назначению, периодичности;

•о числе томов многотомного издания, порядковом номере тома или части;

•о периоде обновления для обновляемых электронных изданий;

•о виде носителя для локальных электронных изданий.

Выпускные данные электронного издания содержат следующее:

•наименование издателя, его почтовый и электронный адреса, телефон;

•наименование изготовителя, его адрес;

•объем данных в мегабайтах;

•продолжительность звуковых и видеофрагментов в минутах;

•комплектацию издания (количество носителей, наличие сопроводительной документации и т.п.);

•тираж (для локальных электронных изданий);

•номер лицензии на издательскую деятельность и дату ее выдачи (для непериодических электронных изданий);

•регистрирующий орган (для периодических электронных изданий). Минимальные системные требования включают в себя:

•требования к компьютеру (тип, процессор, частота, объем свободной памяти на жестком диске, объем оперативной памяти);

•требования к операционной системе, видеосистеме, аудиосистеме, наличие необходимого дополнительного программного обеспечения (не входящего в состав электронного издания) и нужного оборудования.

Желательно, чтобы электронные издания учебного назначения разрабатывались

сучетом их использования на компьютерах среднего класса.

Наличие тех или иных элементов выходных сведений и правила их размещения определены ГОСТ 7.83-2001.

Приведем некоторые рекомендации, относящиеся к другим элементам электронных изданий.

Предисловие уместно включать в инструкцию по применению электронного издания. Послесловие также размещается в инструкции по применению. В послесловии могут содержаться рекомендации по дальнейшему использованию электронного издания как в учебной, так и в профессиональной деятельности.

405

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Примечания и комментарии играют ту же роль, что и в печатном издании. В электронном издании целесообразно использовать более удобные способы их представления: «всплывающие» подсказки и раскрывающиеся фрагменты.

Списки условных обозначений и сокращений могут помещаться в специальном модуле и/или содержаться в контекстной справке.

Целесообразно иметь как общий библиографический список для всего электронного издания со ссылкой на него в оглавлении, так и аннотированные библиографические списки по каждой теме (особенно в случае разнородного содержания тем).

Предметный указатель (индекс) может иметь три-четыре уровня. Поскольку на экране указатель должен быть виден целиком, целесообразно поместить лишь первый уровень, а следующие уровни сделать «всплывающими» либо использовать активные зоны для последовательного попадания в конечный (рабочий) уровень, в котором содержится искомая ссылка.

Оглавление (содержание) включает в себя предисловие, введение, названия всех разделов, глав (тем), параграфов (пунктов), если они имеются, заключение и др.

Список литературы

11.1.Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М., 2003.

11.2.Осин А.В. Мультимедиа в образовании: контекст информатизации. М., 2004.

11.3.Краснова Г.А., Беляев М.И., Соловов А.В. Технологии создания электронных обучающих средств. М., 2001.

11.4.Зимина О.В. Печатные и электронные учебные издания в современном высшем образовании. М., 2003.

406

Г л а в а 1 2

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

12.1. Современная концепция реализации лабораторного практикума в техническом университете

12.1.1.Особенности технического образования

Внастоящее время в Российской Федерации функционируют более 1100 государственных и негосударственных высших учебных заведений и их филиалов. Среди них более 500 вузов осуществляют подготовку специалистов по 79 направлениям и почти 300 специальностям в области техники и технологий. Каждый субъект федерации имеет, по крайней мере, один технический университет. В ряде случаев происходит объединение классических и технических университетов под единым названием. Такое многообразие направлений подготовки и специальностей, а также высших технических учебных заведений, осуществляющих соответствующую образовательную деятельность, требует активизации поиска новых форм организации учебного процесса при подготовке дипломированных специалистов в области техники и технологий, более полно отвечающих потребностям как отдельных граждан, так и государства в целом.

Всоответствии с действующими государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования (ГОС ВПО) выпускники техниче-

ских вузов по различным направлениям подготовки могут быть подготовлены

квыполнению следующих видов профессиональной деятельности, среди которых:

•проектно-конструкторская и технологическая;

•исследовательская;

•эксплуатационное и сервисное обслуживание;

•монтажно-наладочная;

•организационно-управленческая.

При этом конкретные виды профессиональной деятельности выпускников определяются содержанием образовательно-профессиональных программ их обучения, разрабатываемых вузами.

Весьма обширны и многообразны квалификационные требования, предъявляемые к выпускникам технических вузов. Так, для решения профессиональных задач инженеру необходимо:

•выполнять работы по проектированию, информационному обслуживанию, организации производства, труда и управления, метрологическому обеспечению, технологическому оснащению, техническому контролю;

•проводить технико-экономический анализ, комплексно обосновывать принимаемые и реализуемые решения, изыскивать возможности сокращения цикла выполнения работ, содействовать подготовке процесса их выполнения, обеспечению необходимыми техническими данными, материалами, оборудованием потоками информации, способствовать полезному использованию природных ресурсов, энергии и материалов;

407

ЧА С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

•разрабатывать методические, нормативные материалы, техническую и технологическую документацию, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ;

•участвовать в исследовательских работах, в разработке проектов и программ,

в проведении испытаний оборудования и во введении его в эксплуатацию, а также в выполнении работ по стандартизации технических средств, систем, технологических процессов, оборудования и материалов, в рассмотрении различной технической документации и в подготовке необходимых обзоров, отзывов, заключений;

•изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщать и систематизировать их, проводить необходимые расчеты, используя современные технические средства и информационные технологии;

•составлять графики работ, заказы, инструкции, пояснительные записки, технологические и контрольные карты, схемы и другую техническую и технологическую документацию, а также установленную отчетность;

•осуществлять экспертизу технической и технологической документации, надзор и контроль состояния и выполнения правил эксплуатации оборудования, выявлять резервы, устанавливать причины существующих недостатков и неисправностей в работе оборудования, принимать меры по их устранению и повышению эффективности использования;

•следить за соблюдением установленных требований, действующих норм, правил и стандартов;

•организовать работу по повышению научно-технических знаний;

•разрабатывать и обеспечивать проведение энергосберегающих и экологических мероприятий.

Из приведенного перечня квалификационных требований становится ясным, что деятельность специалистов весьма разнопланова и требует разнообразных

иглубоких знаний законов природы и закономерностей развития ряда смежных отраслей прикладной науки и техники, умений и навыков для того, чтобы выполнять и сопровождать конкурентоспособные разработки технических устройств, систем, комплексов, технологий. Инженеры призваны планировать и осуществлять все этапы жизненного цикла образцов новой техники, начиная с выявления общественных потребностей, продолжая проектированием, производством, эксплуатацией и заканчивая снятием с производства и утилизацией. В результате им приходится постоянно решать многофакторные и многокритериальные задачи принятия

иреализации проектных и управленческих решений при неполной и не всегда достоверной входной информации.

Одной из особенностей технического образования является его отраслевая направленность, которая находит проявление в большом многообразии направлений и программ подготовки специалистов. Ощутимые различия между направлениями в содержании обучения начинают проявляться на уровне общей профессиональной подготовки. Уже на этом уровне возникают труднопреодолимые барьеры на пути учащихся, которые хотели бы скорректировать направление собственного образования. Межотраслевые барьеры приводят также к неоправданно большому многообразию учебных дисциплин, которые в действующих государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования относятся к разряду дисциплин федерального компонента подготовки.

408

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Так, в Московском энергетическом институте (техническом университете) осуществляется обучение студентов по 12 направлениям подготовки. Анализ действующих в МЭИ (ТУ) учебных планов показал, что студенты изучают 60 общих профессиональных дисциплин. При этом 44 учебные дисциплины (более 73 %) изучаются студентами только одного направления. Шесть дисциплин преподаются студентам двух направлений, одна дисциплина — для трех направлений и т.д. Наиболее общими являются следующие дисциплины: «Безопасность жизнедеятельности» — включена в учебные планы 11 направлений из 12, «Начертательная геометрия. Инженерная графика» — в семи учебных планах, «Механика» — в шести учебных планах. Целый ряд учебных дисциплин, изучаемых студентами разных направлений подготовки, незначительно отличаются даже по названиям.

Преподавание каждой учебной дисциплины сопряжено с существенными затратами: требуются квалифицированные преподаватели, сотрудники учебно-вспомо- гательного штата, аудитории для чтения лекций и учебные лаборатории с дорогостоящим лабораторным оборудованием. Эта особенность в значительной мере характеризует традиционную систему образования и является проявлением присущего ему затратного механизма организации, что не соответствует интересам большинства учащихся. В современных условиях для осуществления такой образовательной деятельности нет ни финансовых, ни материальных, ни интеллектуальных ресурсов. Острота этой проблемы усиливается при переходе на новые принципы в организации обучения, так как дополнительно возникает необходимость в подготовке средств учебно-методического и материально-технического обеспечения на новой технологической основе.

Для создания системы открытого образования требуется провести более глубокую унификацию содержания учебной деятельности, чем это сделано в действующих ГОС ВПО. Необходимость этого определяется желанием сократить затраты на создание средств обеспечения учебного процесса, что позволит соответствующим образом ускорить начало полномасштабного применения новой образовательной системы и снизить стоимость обучения.

Еще одна особенность действующей системы подготовки специалистов в области техники и технологий состоит в необходимости уделять значительное внимание таким ее компонентам, как расчетные задания, курсовые работы и проекты, технологические и производственные практики. Как правило, эти виды учебных занятий проводятся по индивидуальным заданиям. Студенты выполняют полученные задания во время, отведенное для самостоятельной работы, при консультационной поддержке преподавателей. Выполняя задания, студенты вынуждены значительную часть времени затрачивать на расчетные и графические работы, которые способствуют развитию таких в целом полезных качеств, как внимательность, аккуратность, терпение, но в малой степени помогают активному практическому освоению учебного материала, т.е. достижению основных целей этих видов учебного процесса. Требуется более активно применять средства компьютерной техники при выполнении расчетных заданий, курсовых работ и проектов с соответствующим изменением характера решаемых задач.

Основная особенность технического образования — необходимость организации и проведения лабораторных практикумов с применением реального исследовательского оборудования.

409

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Важность этого вида учебных занятий находит подтверждение в действующих государственных образовательных стандартах, регламентирующих перечни учебных дисциплин, изучение которых должно сопровождаться выполнением лабораторных практикумов. Практическая реализация этого компонента учебного процесса сопряжена со значительными затратами ресурсов.

Затраты на организацию и проведение лабораторных практикумов могут составлять до 80 % всех затрат на подготовку специалистов в области техники и технологий. Понятно, что в условиях резкого уменьшения финансирования учебных заведений первой жертвой становятся учебные лаборатории: оборудование быстро стареет морально, а физически приходит в неработоспособное состояние.

Но главное, что традиционные учебные лаборатории не выполняют своей основной функции, состоящей в том, чтобы научить студентов постановке, проведению и обработке результатов инженерных экспериментов. Вместо этого студентам предлагается выполнить заданную последовательность действий по включению и отключению источников питания, записи показаний измерительных приборов, построению графиков.

Создание системы открытого образования в области техники и технологий связывается с реализацией новых подходов к организации лабораторных практикумов на основе средств информационных и коммуникационных технологий.

12.1.2. Объективная необходимость лабораторного практикума

Лабораторный практикум — это потенциально наиболее значимый и результативный компонент естественно-научной, общей профессиональной и специальной подготовки в области техники и технологий, предназначенный для приобретения навыков работы на реальном оборудовании, с аналогами которого будущему специалисту, возможно, придется иметь дело в своей практической деятельности.

Лабораторный практикум проводится в специализированных учебных лабораториях. Эффективность данного вида занятий во многом определяется возможностями учебного заведения:

•в оснащении учебных лабораторий современным оборудованием;

•в выборе номенклатуры объектов экспериментального изучения и содержания лабораторных работ;

•в реализации эффективных технологий выполнения работ и т.п.

В последнее время в связи с широким внедрением компьютерных моделирующих систем активно дискутируется вопрос о необходимости сохранения традиционной формы выполнения лабораторных работ на физических лабораторных стендах. Особенно часто это обсуждается для простых объектов типа механический маятник, транзистор, электрическая цепь, для которых имеющиеся математические модели адекватно описывают изучаемые процессы. В этой связи предлагается практически полностью отказаться от создания и поддержания дорогостоящих, громоздких, подчас энергоемких и сложных в обслуживании физических лабораторных стендов.

Однако не сложность объекта изучения и не наличие или отсутствие его математической модели диктует необходимость постановки учебного экспериментального исследования, а лишь стратегия подготовки техника, инженера, научного работника. Точно так же, как умению читать техническую литературу, разбираться

410

Гл а в а 12. Лабораторный практикум

вэлектрических и монтажных схемах, конструкторской документации, умению проводить поверочные и проектные расчеты, использовать аппарат моделирования, будущий технический специалист в обязательном порядке! должен быть обучен технике постановки и проведения инженерного эксперимента. Без этого специалист в области техники и технологий просто не состоится. Ведь ему предстоит создавать исследовательское оборудование для изучения новых физических процессов, лабораторные стенды для оценки качества вновь созданных технических изделий, технологические стенды для заводских приемосдаточных испытаний серийной продукции и т.п.

Именно на простых и разнообразных учебных объектах учащийся должен овладеть умением постановки инженерного эксперимента и грамотно применять это умение в своей практической деятельности при создании новых и более сложных объектов, для которых модельное описание если и существует, то весьма неточное. В этом случае главным в постановке эксперимента является определение или уточнение структуры и параметров математической модели по экспериментальным данным, т.е. решается задача идентификации структуры или параметров математической модели.

12.1.3. Образовательные задачи лабораторного практикума

На лабораторный практикум возлагаются следующие важные задачи: 1. Практическое закрепление полученных теоретических знаний.

Одно дело — понять физический процесс через его математическое описание, и совсем другое — увидеть его проявление в реальном техническом устройстве. Только такое единство должно способствовать наиболее полному и целостному представлению об объекте изучения. Опыт всегда был критерием истины.

2. Приобретение навыков самостоятельной работы с реальным оборудованием. Когда это делается систематически при изучении различных учебных дисциплин будущей профессии, то постепенно вырабатывается ощущение профессионального проникновения в выбранную предметную область, исчезает боязнь «при-

коснуться к железу».

3. Планирование и постановка инженерного эксперимента.

С чего начинать? Какого результата следует ожидать? Какие параметры варьировать и в каких пределах? Какие выходные показатели контролировать и с какой точностью и быстродействием? — вот те основные вопросы, которые придется самостоятельно решать в практической деятельности, и подсказать будет некому, если не научился этому в процессе обучения.

4. Выбор оборудования для проведения эксперимента.

Далеко не всегда доступно то оборудование, которое необходимо. Чем заменить его и будет ли замена корректной? Когда выбор обширен, начинаются вопросы экономической целесообразности выбора и т.д. Выбирать нужно уметь и этому тоже следует учиться.

5. Обработка и объяснение результатов эксперимента.

Провести эксперимент — это только половина дела, хотя и дорогостоящая. Но затраты окажутся неоправданными, если в результатах не суметь увидеть истины. А истина «прячется» за шумами и помехами, за нее можно принять случайную

411

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

точку выброса. Чтобы этого не случилось, нужно научиться современным математическим методам статистической обработки результатов эксперимента.

6. Сопоставление результатов теоретического анализа с экспериментальными данными.

Это, пожалуй, самое главное и сложное в инженерном эксперименте, для чего он, собственно, и предназначен. У экспериментатора всегда должно быть исходное представление об исследуемом физическом процессе — исходная математическая модель. Насколько она была верна? Если не очень, то можно ли по результатам эксперимента ее уточнить? Тогда цель и затраты на эксперимент будут оправданы.

В идеальной постановке образовательного процесса для повышения эффективности усвоения учебного материала каждый объект изучения в рамках учебной дисциплины в обязательном порядке должен снабжаться всеми необходимыми компонентами теоретического, практического, модельного и экспериментального

изучения.

12.1.4.Существующие подходы

корганизации лабораторных практикумов

Современный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования никак не регламентирует содержательную часть лабораторного практикума, оговаривая, в лучшем случае, его объем в часах по сравнению с теоретической частью дисциплины. Отсутствуют и сколько-нибудь серьезный государственный контроль и аттестация используемого в различных учебных заведениях лабораторного оборудования. Поэтому выбор объектов лабораторного практикума и определение его содержания часто происходят без учета реальных потребностей учебного процесса.

Не имея достаточной финансовой поддержки, часто вместо необходимого расширения номенклатуры изучаемых объектов (особенно сложных объектов, которые прежде всего и требуют экспериментального изучения) идут по пути заполнения отведенного лабораторного времени рутинными операциями. При этом основной акцент делается не на углубленное исследование, а на такие рутинные моменты, как технология получения экспериментальных данных, способы обработки полученных результатов и построения зависимостей, что отнимает много времени, но ничего не прибавляет в познании объекта изучения.

Иногда в качестве учебных стендов используют лабораторное оборудование, оставшееся после защиты кандидатских и докторских диссертаций. Само по себе это не вызывает возражений, однако такое оборудование мало пригодно для решения учебных задач. Как правило, оно ориентировано не на изучение широкого спектра общеобразовательных задач, а на углубленное изучение узкопрофильной задачи, составляющей научное содержание диссертационной работы.

Часть региональных технических учебных заведений получает в качестве лабораторного списанное оборудование профильных предприятий и самостоятельно дорабатывает его для использования в учебном процессе.

Ряд учебных заведений при спонсорской поддержке приобретает фрагменты и даже функционально завершенные учебные лаборатории зарубежных фирм.

Существующее научно-производственное объединение «Росучприбор» с его филиалами и опытными заводами, конечно, не может обеспечить всей номенкла-

412