Информатизация инженерного образования (выпуск 1)

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Наиболее сложной и многофункциональной в виртуальном лабораторном практикуме по электротехническому материаловедению является лабораторная работа, посвященная исследованию магнитных свойств электротехнических материалов (рис. 12.52).

Лабораторный стенд для исследования пробоя твердых диэлектриков приведен на рис. 12.53.

Рис. 12.52. Виртуальный стенд для исследования магнитных свойств электротехнических материалов

Рис. 12.53. Лабораторный стенд для исследования пробоя твердых диэлектриков

533

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Отметим, что в данной виртуальной лабораторной работе все манипуляции с образцами, включая установку новых образцов взамен пробитых, осуществляются с помощью перетаскивания мышью.

Стенды для исследования электрофизических свойств проводниковых и полупроводниковых материалов приведенных на рис. 12.54 и 12.55.

В процессе работы над виртуальным лабораторным практикумом наработано большое число различных программных компонентов Flash; например, на рис. 12.56 изображен стенд для демонстрации фигур Лиссажу, содержащий многофункциональный многолучевой осциллограф. Этот стенд использовался для отработки технологии сборки стендов.

Компонент осциллографа создан на основе класса для вывода графиков функций, некоторые возможности которого приведены на рис. 12.57.

Компоненты Flash, разработанные для ВЛП, распространяются свободно и могут быть использованы для создания виртуальных лабораторных практикумов по другим инженерным дисциплинам.

Рис. 12.54. Лабораторный стенд для исследования проводниковых материалов

Рис. 12.55. Лабораторный стенд для исследования полупроводниковых материалов

534

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Рис. 12.56. Фигуры Лиссажу на виртуальном осциллографе

Рис. 12.57. Средства для вывода графиков функций

535

ЧА С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

12.3.8.Организация проведения виртуальных лабораторных занятий

Организация проведения виртуальных лабораторных занятий определяется архитектурой виртуального лабораторного практикума. Здесь обсуждаются только технические вопросы, так как методика проведения виртуальных лабораторных занятий зависит от дисциплины и поставленных задач.

Дистрибутив виртуального лабораторного практикума может распространяться на CD-ROM или загружаться через Интернет. В любом случае должна быть подробная, пошаговая и доступная всем обучаемым инструкция по получению, установке и применению ВЛП. Кроме того, необходимо иметь два комплекта инструкций: первый для развертывания ВЛП в дисплейных кафедрах вуза, где это осуществляется либо системными администраторами дисплейных классов, либо преподавателями, проводящими занятия, а второй — самими обучаемыми.

Во втором случае нужна организация службы технической поддержки, которая могла бы по электронной почте и/или телефону давать консультации по установке и применению виртуальных лабораторных практикумов. Накопленный опыт работы с ВЛП позволяет систематизировать часто задаваемые вопросы, ответы на них и публиковать на сайтах учебного заведения.

Если описания виртуальных лабораторных работ, образцы оформления отчетов, средства опроса и теоретические сведения не встроены в ВЛП, необходимо четко указать их местонахождение и правила использования. Ссылки на эту информацию должны многократно повторяться, так как стандартной ситуацией является попытка установки и применения программного обеспечения без чтения какихлибо инструкций.

Желательно, чтобы обучаемый знал, что он должен делать во время проведения лабораторных занятий. Если при очной форме обучения преподаватель осуществляет инструктаж и проверяет готовность обучаемых перед началом проведения лабораторной работы, то при дистанционном доступе к виртуальному лабораторному практикуму обучаемый остается один на один с системой. Именно поэтому необходимо организовать взаимодействие преподавателя с обучаемыми. Большинство вопросов сводится к тому, что нужно делать при выполнении работы, как получить задание на выполнение лабораторной работы, как оформить отчет, как осуществляется защита лабораторной работы. Примерно 90 % вопросов снимается, если ответы на них имеются в описании лабораторной работы, а при получении таких вопросов преподаватель может отослать обучаемого к описанию.

Проследим организацию выполнения виртуальных лабораторных работ на примере ВЛП ЭТМ.

Основным способом применения ВЛП ЭТМ является использование его в составе учебно-методического комплекса по электротехническому материаловедению (УМК ЭТМ) (рис. 12.58).

Существенным фактором, определяющим трудоемкость использования комплекса, является создание учетных записей пользователей, поэтому в административную подсистему комплекса встроен апплет генерации этой информации для студентов МЭИ. Данные для создания учетных записей извлекаются из общеуниверситетской системы электронной почты (ОСЭП). Информация об учетных записях (пользовательское имя, пароль, группа, список приложений комплекса, к которым разрешен доступ) рассылается по электронной почте. Таким образом осуществляется обеспечение дистанционного режима проведения лабораторных занятий.

536

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Рис. 12.58. Виртуальный лабораторный практикум в составе учебно-методического комплекса по электротехническому материаловедению

При проведении лабораторных занятий в дисплейных классах рекомендуется распечатывать список группы с данной информацией; как показывает опыт, более 30 % студентов приходят на занятия, не имя информации по своей учетной записи.

Комплекс работает в двух основных режимах: демонстрационном и рабочем. Пользователь по умолчанию входит в комплекс в демонстрационном режиме, в этом случае он/она может выполнить любую лабораторную работу виртуального лабораторного практикума, но с фиксированным заданием. При этом выполнение работы никак не учитывается системой.

При входе в рабочий режим пользователь должен пройти аутентификацию (рис. 12.59). Переходя к аутентификации, необходимо щелкнуть мышью на одноименной строке в оглавлении комплекса (см. рис. 12.58). Для аутентификации обучаемый должен ввести имя пользователя, группу и пароль.

После этого при первом обращении осуществляется случайная генерация номера варианта задания на выполнение лабораторной работы, вариант фиксируется в индивидуальном профиле обучаемого, так что при повторных обращениях к лабораторной работе обучаемый всегда выполняет одно и то же задание.

Все лабораторные работы имеют подробные описания. Теоретические сведения, необходимые для выполнения и защиты лабораторных работ, содержатся в электронном учебнике, входящем в состав комплекса.

537

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Рис. 12.59. Аутентификация обучаемого в УМК ЭТМ

При разработке ВЛП ЭТМ считалось, что лабораторные стенды должны отображаться в отдельных всплывающих окнах. Это позволяет, выполняя лабораторную работу, легко обращаться к ее описанию, отображаемому в основном окне.

Однако последние тенденции по обеспечению безопасности (например, установка Windows Service Pack 2 подавляет открытие всплывающих окон) привели к необходимости самому пользователю выбирать, каким образом ему работать с лабораторными стендами: в начале и конце описания каждой виртуальной лабораторной работы имеются гиперссылки, позволяющие открыть стенд как в основном, так и во всплывающем окне:

538

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Напомним, что виртуальный стенд включает в себя вкладку задания на проведение лабораторной работы и по крайней мере одного эксперимента.

После загрузки стенда пользователь может отключиться от сети и выполнять работу в отсоединенном режиме. Выполнив виртуальную лабораторную работу, обучаемый должен оформить отчет (шаблон оформления отчета включен в описание лабораторной работы) и переслать его преподавателю по электронной почте, для чего понадобится подключение обучаемого к сети. Отчет должен содержать схемы проведения экспериментов, таблицы экспериментальных данных, их статистическую обработку, графики полученных зависимостей, сравнение с теорией и выводы.

Преподаватель проверяет отчет, делает свои замечания, задает вопросы, на которые обучаемому следует ответить письменно, и отсылает их обучаемому по электронной почте. Такое взаимодействие может осуществляться несколько раз.

Для проверки экспериментальных данных, содержащихся в отчете, преподаватель может обратиться к виртуальной лабораторной работе, предварительно аутентифицировавшись в УМК ЭТМ. В отличие от обучаемых преподаватель может выбрать вариант задания на выполнение виртуальной лабораторной работы из списка.

Взаимодействие преподавателя и студента завершается выставлением преподавателем оценки за выполнение лабораторной работы, после чего обучаемый может просмотреть свои оценки, перейдя к странице комплекса «Оценки за выполнение обязательных заданий».

В качестве крайней меры предусмотрено выполнение лабораторного практикума в виде локального приложения. Трудность использования этого режима в основном организационная и состоит в том, что требуется изготовить индивидуальный дистрибутив ВЛП и осуществить передачу индивидуальных дистрибутивов ВЛП обучаемым. Технически такая генерация осуществляется с помощью сценария Windows Scripting Host. Основное время занимает копирование дистрибутивов на электронные носители обучаемых.

12.3.9. Экономика разработки виртуальных лабораторных комплексов

Обычно себестоимость разработки программных и информационных систем представляет собой коммерческую тайну. Проведем, однако, ориентировочные оценки стоимости разработки виртуального лабораторного практикума, выполняемой в условиях вуза.

Условно разделим виртуальные лабораторные практикумы на две категории: тиражируемые и специальные. Тиражируемые ВЛП предназначены в основном для использования в учебном процессе по общеинженерным и общеобразовательным дисциплинам. В этом случае стоимость разработки можно разложить на тираж ВЛП. Обычно тиражируемые ВЛП производят специализированные фирмы, примером может служить деятельность фирмы «Физикон» (http://www.physicon.ru/). Разработку осуществляет большой профессиональный коллектив, включающий в себя не только преподавателей-авторов ВЛП, но и квалифицированных разработчиков программного обеспечения и дизайнеров.

Близким к организации создания виртуального лабораторного практикума является производство компьютерных игр, обычно начинающееся с создания «движка» (программного ядра), которое затем обеспечивает сравнительно легкое развитие разработки (создание новых персонажей, сценариев и т.п.). Создание компьютерной игры может занимать несколько лет (DOOM 3 разрабатывался около четырех лет) и стоить десятки миллионов долларов.

539

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Очевидно, что в условиях российской высшей школы такой подход не всегда применим, особенно когда дело касается малотиражных виртуальных лабораторных практикумов по специальным дисциплинам. В этом случае единственной возможностью является использование внутренних резервов — высококвалифицированных сотрудников вуза, аспирантов и студентов, а также упрощенных подходов.

Скорее всего, виртуальный лабораторный практикум, созданный усилиями не профессионального коллектива разработчиков, а преподавателей-предметников, аспирантов и студентов, будет выглядеть хуже, обладать меньшим набором функций, но его можно использовать в учебном процессе, причем стоимость такой «внутренней» разработки отличается на порядок величины от «профессиональной» разработки и может быть профинансирована самим вузом.

Тиражирование и продажа «коробочных» версий виртуальных лабораторных практикумов не окупает затраты на разработку, а в случае удачной разработки распространением займутся пираты при стоимости носителя с системой от 80 до 200 рублей. Опыт распространителей игр показывает, что лицензионные копии продаются только в том случае, когда их стоимость не слишком отличается от пиратских копий. Такой подход к распространению ВЛП едва ли возможен — слишком низки тиражи.

Реально на рынке имеют ценность только образовательные услуги, завершающиеся получением диплома. В случае виртуального лабораторного практикума — это услуги по преподаванию дисциплины, консультированию, т.е. то, чем должен заниматься преподаватель-предметник. Виртуальный лабораторный практикум повышает качество и доступность образовательных услуг, а также расширяет их рынок, позволяя выполнять все или часть лабораторных заданий дистанционно, в удобное для обучаемых время, например по вечерам или в выходные дни. Такой маркетинговый подход не нов. Его успешно используют фирмы, занимающиеся распространением программного обеспечения с открытым исходным кодом, например дистрибутивов Linux.

Для иллюстрации приведем ориентировочную оценку себестоимости создания ВЛП ЭТМ, введя условную единицу Х — месячную оплату труда программиста. Эти данные сведены в табл. 12.1.

540

Г л а в а 12. Лабораторный практикум

Результаты оценки себестоимости приведены только для демонстрации того, что виртуальные лабораторные практикумы могут быть оперативно созданы в условиях вуза за приемлемое время. Так, разработка ВЛП ЭТМ началась в ноябре 2003 г., а была закончена в сентябре 2004 г., при этом больше двух месяцев заняло освоение программирования на Flash (ни один из разработчиков не имел опыта разработки Flash-приложений), все участники проекта сочетали свое участие в нем со своей основной деятельностью — преподаванием и обучением в вузе.

Список литературы

12.1.О проекте отраслевого стандарта «Системы автоматизированного лабораторного практикума удаленного доступа» / Ю.В. Арбузов, В.Н. Леньшин, С.И. Маслов и др. // Проблемы информатизации высшей школы. 1997. Вып. 3—4. С. 65—72.

12.2.Новый подход к инженерному образованию: теория и практика открытого доступа к распределенным информационным и техническим ресурсам / Ю.В. Арбузов, В.Н. Леньшин, С.И. Маслов и др.; Под ред. А.А. Полякова. М.: Центр-Пресс, 2000.

12.3.Обрадович В.А., Маслов С.И., Арбузов Ю.В. Свидетельство об официальной регистрации базы данных для ЭВМ «Специализированная база данных «Политехническая Интер- нет-лаборатория», № 2004620220 от 10 сентября 2004 г.

12.4.Станкевич И.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программный комплекс обеспечения коллективного доступа к удаленному лабораторному оборудованию по компьютерным сетям», № 2003611477 от 20 июня 2003 г.

12.5.Липай Б.Р., Маслов С.И., Стукалин В.Н. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программно-технический комплекс по основам электротехники ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ», № 2003611852 от 7 августа 2003 г.

12.6.Арбузов Ю.В., Станкевич И.В., Стукалин В.Н. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программно-технический комплекс по основам электроники операционные усилители», № 2003611894 от 14 августа 2003 г.

12.7.Арбузов Ю.В., Берилов А.В., Грузков Д.С., Станкевич И.В., Стукалин В.Н. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программно-технический комплекс по основам электроники: «Выпрямительные устройства», № 2004611887 от 16 августа 2004 г.

12.8.Воронков Э.Н., Савинов И.С., Файрушин А.Р. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программно-технический комплекс по основам электроники «Полупроводниковые диоды и транзисторы», № 2004612100 от 13 сентября 2004 г.

12.9.Бородулин В.Н., Воробьев В.Н., Серебрянников С.В., Чепарин В.П. Электротехническое материаловедение. Лабораторные работы. М.: Издательство МЭИ, 2001.

12.10.Тревис Дж. LabVIEW для всех. М.: Изд-во ДМК Пресс, 2004.

12.11.Пейч Л.И., Точилин Д.А., Поллак Б.П. LabVIEW для новичков и специалистов. М.: Издво Горячая линия — Телеком, 2004.

12.12.Оньон Ф. Основы ASP.Net c примерами на C#. М.: Издат. дом «Вильямс», 2003.

12.13.Вильдермьюс Ш. Практическое использование ADO.Net. Доступ к данным в Internet. М.: Издат. дом «Вильямс», 2003.

12.14.Фролов А.В., Фролов Г.В. Визуальное проектирование приложений C#. М.: КУДИЦОБРАЗ, 2003.

12.15.Либерти Дж. Программирование на C#. СПб: Символ-Плюс, 2003.

12.16.Тихонов А.И. Динамический HTML. М.: Бином, 2001.

12.17.Танксли Н., Байес Л., Элстад Дж. Учебное пособие сертифицированного разработчика в среде Macromedia Flash MX. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003.

12.18.Дронов В.А. Macromedia Flash 2004. СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

12.19.Рейнхард Р., Лотт Дж. Macromedia Flash MX Action Script. Библия пользователя. М.: Издат. дом «Вильямс», 2003.

541

Г л а в а 1 3

ВИДЫ, СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

13.1.Способы диагностики и контроля знаний, умений

инавыков

13.1.1. Виды и цели контроля

Рассмотрим следующие виды контроля.

Самоконтроль знаний — это наиболее простой вид контроля. Обычно это вопросы и задачи, на которые учащийся пытается ответить самостоятельно. В случае затруднений он может обратиться к материалам учебника и найти в нем ответы на поставленные вопросы. Основная цель самоконтроля — самоутверждение, достижение учащимся уверенности, что он усвоил учебный материал, хотя это может и не соответствовать действительному положению.

Входной контроль преследует несколько целей в зависимости от цели обучающего курса и его специфики.

Например, можно определять готовность конкретного учащегося к работе по курсу. В данном случае входной контроль исполняет роль допуска к обучению. Возможен иной подход, когда входной контроль выполняет диагностическую функцию. По результатам выполнения тестовых заданий выявляются пробелы в знаниях учащихся, которые необходимо компенсировать в процессе дополнительного обучения.

Таким образом, обучающий курс становится адаптивным, поскольку каждый учащийся идет при его изучении по своему пути в зависимости от уровня начальной подготовки.

Проверка исходного уровня знаний выполняет еще одну функцию. Работа по заданиям тестовой проверки настраивает учащегося на конкретную предметную область, вводит в терминологию, способствует актуализации необходимых знаний, становится своеобразной стартовой площадкой для работы по новой теме.

В традиционном обучении входной контроль используется редко (вступительные экзамены, допуск к лабораторной работе и т.п.). При обучении с участием компьютера частота входного контроля может и должна быть существенно выше.

Текущий контроль, основная цель которого диагностика знаний, умений и навыков (ЗУН) в процессе усвоения очередной темы и при необходимости коррекция обучения. Регулярное проведение контроля текущего уровня освоения деятельности позволяет исправлять недостатки обучения и достигать необходимого уровня усвоения.

Рубежный контроль — это проверка уровня усвоения очередного раздела (темы) курса.

При рубежной проверке учащемуся может быть предложена творческая задача, задача повышенной сложности или задача, в которой предусматривается перенос усвоенных знаний на другой материал. Успешное решение такой задачи показывает,

542