Мультимедийные обучающие системы лекционных курсов

21

2

На правах рукописи

Специальность: 13.00.02 - «Теория и методика обучения и воспитания

(технические дисциплины, уровень высшего образования)»

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Мультимедийные обучающие системы лекционных курсов: теоретические основы создания и применения в процессе обучения студентов технических вузов электротехническим дисциплинам

Астрахань 2007

Работа выполнена на кафедре теоретической и общей электротехники ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

Научный консультант: доктор педагогических наук, профессор Зайнутдинова Лариса Хасановна

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Латышев Владимир Леонидович

доктор педагогических наук, профессор Везиров Тимур Гаджиевич

доктор технических наук, профессор Петрова Ирина Юрьевна

Ведущая организация:

Институт информатизации образования Российской академии образования

Ученый секретарь диссертационного совета И.А. Крутова

Актуальность исследования. Современный этап развития общества характеризуется переходом к инновационной модели развития науки, техники, технологий. Определены девять приоритетных направлений научно-технической политики страны на период до 2010 г. и на дальнейшую перспективу. При этом наивысший приоритет получило направление информационно-телекоммуникационных технологий и электроники. В этих условиях решающее значение приобретает проблема информатизации образования.

В настоящее время информатизация образования рассматривается как процесс интеллектуализации деятельности обучающего и обучаемого, как погружение человека в новую интеллектуальную среду. К перспективным направлениям информатизации образования отнесены (Концепция модернизации Российского образования до 2010 года): разработка и оптимальное использование средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), а именно электронных образовательных изданий и ресурсов (ЭОИР), и расширение масштабов их внедрения в учебный процесс.

Достижения, имеющиеся в настоящее время в области применения ЭОИР, обусловлены, прежде всего, высоким уровнем аппаратного и программного обеспечения современных ИКТ (мультимедиа, гипермедиа, виртуальная реальность, система Internet). Между тем, как отмечают Л.Х. Зайнутдинова, В.Л. Латышев, И.В. Роберт, в образовании методологически господствует традиционный подход со всеми вытекающими противоречиями. Во-первых, основной объем работы по созданию ЭОИР выполняют программисты, не имеющие педагогической подготовки. Во-вторых, специалисты в области дидактики и методики преподавания конкретных дисциплин, в свою очередь, зачастую далеки от информационных технологий и потому не могут в полной мере использовать их потенциальные возможности.

В связи с этим повышается необходимость в формировании новых подходов к разработке ЭОИР, создании новых технологий и методик обучения с применением ЭОИР и в обучении этим методикам профессорско-преподавательского состава.

В настоящее время в российский образовательный процесс внедряются технологии Мультимедиа, представляющие особый вид компьютерных технологий, которые объединяют в себе как традиционную статическую визуальную информацию (текст, графику), так и динамическую (речь, музыку, видеофрагменты, анимацию), обусловливая возможность одновременного воздействия на зрительные и слуховые органы чувств обучающихся, что позволяет создавать динамически развивающиеся образы в различных информационных представлениях (аудиальном, визуальном). Анализ отечественных и зарубежных научных источников показал, что характерной (отличительной) особенностью технологий Мультимедиа по сравнению с традиционными в учебном процессе является представление информации не только в виде текста, но и в виде образов (Зайнутдинова Л.Х., Касторнова В.А., Поздняков С.Н., Осин А.В., Роберт И.В., Уайт М.А., Шлыкова О.В. и др.), которые позволяют максимально сконцентрировать внимание обучающихся, способствуют лучшему пониманию, осмыслению и запоминанию информации.

Благодаря одновременному воздействию на обучающегося аудиальной (звуковой) и визуальной (статической и динамической) информации мультимедийные обучающие системы (МОС) обладают большим эмоциональным зарядом, способствуют развитию креативного потенциала обучаемых и обучающихся, созданию разнообразных и действенных форм и методов обучения.

Технологии Мультимедиа (ТМ) в системе образования - явление достаточно новое и до конца не изученное. До настоящего времени отдельные аспекты проблемы изучения и использования ТМ в учебном процессе были отражены в работах: использование технологий Мультимедиа в процессе подготовки учителя - Косенко И.И., Смолянинова О.Г., Тумалев А.В.; создание мультимедийных средств учебного назначения - Белицын И.В., Касторнова В.А., Кравцов С.С., Манторова И.В., Лобач О.В., Осин А.В.; применение технологий Мультимедиа в обучении - Анисимова Н.С., Браун Ю.С., Клемешева Н.В., Муравлев Д.П., Шампанер Г.М., Шлыкова О.В. Несмотря на бесспорную ценность проведенных в этих направлениях исследований, следует отметить, что они не в полной мере решают комплекс задач по созданию и применению мультимедийных обучающих систем. Наименее исследованными являются методические аспекты, учитывающие специфику преподавания учебных дисциплин или блоков дисциплин. На наш взгляд, именно в учете специфики их преподавания заложен существенный резерв повышения психолого-педагогического уровня МОС, служащий повышению эффективности обучения.

В настоящее время имеется ряд исследований (Великанова С.С., Зайнутдинова Л.Х., Лыскова В.Ю., Огородников Е.В., Павлова Л.В., Сташкевич И.Р., Сероусов И.Ю. и др.), подтверждающих активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся на практических и лабораторных занятиях программными и психолого-педагогическими возможностями электронных средств образовательного назначения.

Вместе с тем недостаточно проработаны методико-технологические вопросы применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов. Необходимость применения МОС в процессе обучения электротехническим дисциплинам на лекционных занятиях обусловлена тем, что первичное формирование своего собственного представления об объекте (явлении) происходит на лекциях, поэтому именно на этих занятиях, в первую очередь, должны применяться технологии Мультимедиа.

В современных исследованиях отсутствует научное обоснование комплекса психолого-педагогических требований к МОС лекционных курсов электротехнических дисциплин.

Проведенный анализ научно-педагогических материалов по вопросам применения ТМ на лекционных занятиях показал, что в настоящее время основная дидактическая цель применения ТМ как правило сводится лишь к визуализации учебного материала и организации учебно-познавательной деятельности обучающихся на репродуктивном уровне. Практически не исследованы вопросы использования ТМ в лекционных курсах электротехнических дисциплин в сочетании с активными методами обучения. Такое сочетание могло бы активизировать учебно-познавательную деятельность обучающихся и перевести ее на продуктивный уровень.

Таким образом, обобщая вышеизложенное, можно сформулировать группу противоречий между:

- существующими потребностями процесса обучения в лекционных курсах по техническим дисциплинам в использовании МОС, ориентированных на реализацию компьютерной визуализации изучаемых абстрактных понятий и отношений с ними, электротехнических устройств и систем в динамике их функционирования, обеспечивающих одновременное предъявление аудио- и визуальной информации, и недостаточной разработанностью дидактических, методических, психологических требований к реализации МОС лекционных курсов электротехнических дисциплин;

- направленностью современной образовательной системы на активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся и недостаточной разработанностью методов активизации учебно-познавательной деятельности посредством психолого-педагогических и программных возможностей МОС;

- достижениями современных теоретических и экспериментальных исследований в области создания и применения электронных образовательных изданий и ресурсов для лабораторно-практических занятий и недостаточной проработанностью методического и технологического обеспечений лекционных занятий с использованием МОС;

- требованиями к повышению ИКТ компетентности преподавательских кадров и недостаточной разработанностью научно-методических подходов к подготовке и повышению квалификации в области создания и применения МОС.

Обобщая сказанное, необходимо отметить, что проблема исследования отражает противоречие между объективными потребностями образовательного процесса технического вуза в расширении использования средств ИКТ и отсутствием теоретических основ и методических подходов к созданию и применению МОС, способных обеспечить активизацию учебно-познавательной деятельности не только на лабораторно-практических, но и на лекционных занятиях.

Ведущая идея исследования заключается в разработке нового средства обучения для лекционных занятий по электротехническим дисциплинам на основе технологий Мультимедиа, способствующего активизации учебно-познавательной деятельности обучающихся.

В связи с этим целью исследования является разработка теоретических основ создания и применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов электротехнических дисциплин, обеспечивающих активизацию учебно-познавательной деятельности.

Объектом исследования является процесс обучения студентов технических вузов электротехническим дисциплинам в условиях применения мультимедийных обучающих систем.

Предмет исследования - теоретические и методические подходы к созданию и применению мультимедийных обучающих систем лекционных курсов в процессе обучения студентов технических вузов электротехническим дисциплинам, обеспечивающих активизацию учебно-познавательной деятельности.

Гипотеза исследования.

Активизация учебно-познавательной деятельности студентов технических вузов в процессе обучения электротехническим дисциплинам может быть усилена за счет применения на лекционных занятиях мультимедийной обучающей системы, разработка и использование которой будут осуществляться в соответствии с теоретическими основами создания и применения, включающими:

- комплекс дидактических, психологических и методических требований, учитывающих специфику обучения электротехническим дисциплинам;

- модель активизации учебно-познавательной деятельности программными и психолого-педагогическими возможностями мультимедийной обучающей системы лекционного курса;

- методы активизации учебно-познавательной деятельности студентов на лекционных занятиях, основанные на синтезе методов проблемного обучения и компьютерного моделирования;

- структуру мультимедийной обучающей системы лекционного курса как форму отражения контента учебного материала, основных функций лекции Мультимедиа и ее дидактических компонентов;

- методические основы применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов в проведении вариативных видов лекций.

В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой были сформулированы задачи исследования:

1. Провести анализ научно-педагогической литературы по состоянию и перспективам использования мультимедийных средств учебного назначения, ориентированных на активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся в условиях реализации деятельностного подхода.

2. Научно обосновать комплекс взаимосвязанных психолого-педагогических требований, предъявляемых к мультимедийным обучающим системам лекционных курсов электротехнических дисциплин.

3. Теоретически обосновать модель активизации учебно-познавательной деятельности на лекционных занятиях по электротехническим дисциплинам программными и психолого-педагогическими возможностями мультимедийных обучающих систем лекционных курсов.

4. Провести анализ компьютерного моделирования как метода научного исследования и метода активного обучения. Разработать метод активизации учебно-познавательной деятельности на лекционных занятиях по электротехническим дисциплинам, основанный на синтезе методов проблемного обучения и компьютерного моделирования.

5. Обосновать структуру мультимедийной обучающей системы лекционного курса как форму отражения контента учебного материала, основных функций лекции Мультимедиа и ее дидактических компонентов.

6. Разработать методику проектирования мультимедийной обучающей системы лекционного курса электротехнических дисциплин, создать и внедрить в процесс обучения МОС лекционного курса по дисциплине «Теоретические основы электротехники».

7. Разработать научно-методические основы применения МОС лекционного курса электротехнических дисциплин.

8. Провести экспериментальную оценку активизации учебно-познавательной деятельности студентов на лекционных занятиях по электротехническим дисциплинам за счет применения МОС.

Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области педагогики и психологии (Бабанский Ю.К., Беспалько В.П., Выготский Л.С., Гальперин П.Я., Давыдов В.В., Зимняя И.А., Краевский В.В., Лернер И.Я., Немов Р.С., Скаткин М.Н., Талызина Н.Ф., Тихомиров О.К., Чебыкин А.Я. и др.), в области теории и практики информатизации образования (Апатова Н.В., Бешенков С.А., Захарова И.Г., Козлов О.А., Колин К.К., Лапчик М.П., Машбиц Е.А., Панюкова С.В., Полат Е.С., Роберт И.В. и др.), в области применения электронных средств учебного назначения в техническом образовании (Башмаков А.И., Душков А.В., Зайнутдинова Л.Х., Латышев В.Л., Маслов С.И., Норенков И.П., Шатуновский В.Л. и др.), в области использования технологий Мультимедиа в учебном процессе (Анисимова Н.С., Осипов А.В., Смолянинова О.Г., Шлыкова О.В. и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретический анализ положений психолого-педагогической науки по вопросам познания и управления процессом усвоения знаний, рефлексия собственной учебной и педагогической деятельности; теоретический анализ научной педагогической литературы по вопросам разработки и применения информационных и коммуникационных технологий в инженерном образовании; деятельностный и системный подходы при анализе и синтезе МОС; наблюдение, беседа, анкетирование, проведение лекций в специализированной мультимедийной аудитории, педагогический эксперимент, обработка и теоретический анализ результатов эксперимента.

Научная новизна исследования состоит в том, что в диссертации разработаны:

- модель активизации учебно-познавательной деятельности в лекционных курсах электротехнических дисциплин, отражающая взаимосвязь программных и психолого-педагогических возможностей мультимедийных обучающих систем лекционных курсов и их влияние на активизацию инвариантных компонент учебно-познавательной деятельности;

- метод компьютерного моделирования проблемных задач, основанный на синтезе методов проблемного обучения и компьютерного моделирования;

- новые требования, включенные в комплекс психолого-педагогических требований к МОС лекционных курсов: синкретичность предъявления учебной информации, обеспечение полной структуры учебно-познавательной деятельности, избыточность учебной информации, комплементарность традиционных и Мультимедиа технологий, а также требования динамически развивающегося теоретического образа и эмоционального регулирования учебно-познавательной деятельности обучающихся;

- интегративная структура мультимедийной обучающей системы лекционного курса, отражающая не только блоки контента учебного материала, но и их соотнесение с дидактическими компонентами лекции Мультимедиа и ее основными функциями;

- научно-методические основы применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов, включающие методики: проведения вариативных видов лекций; подготовки и повышения квалификации преподавателей сообразно уровню их специальной, методической и ИКТ компетентности; экспериментальной оценки активизации учебно-познавательной деятельности обучающихся на лекции Мультимедиа.

Теоретическая значимость результатов исследования. Внесен вклад в развитие теории и методики электронных средств учебного назначения: сформулировано новое категориальное понятие «Мультимедийная обучающая система электротехнической дисциплины»; разработан комплекс психолого-педагогических требований к мультимедийным обучающим системам лекционных курсов; выявлены типы и дана классификация компьютерных моделей, адекватных содержательной специфике процесса обучения электротехническим дисциплинам; разработана интегративная структура МОС лекционных курсов электротехнических дисциплин; разработаны методические основы проведения вариативных видов лекций с применением МОС лекционных курсов.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

- предложена методика проектирования МОС (ЛК) на основе сформулированных психолого-педагогических требований и разработанной интегративной структуры;

- разработана и внедрена в учебный процесс высшей школы мультимедийная обучающая система лекционного курса по дисциплине «Теоретические основы электротехники»;

- разработан и внедрен учебный курс «Мультимедиа технологии в образовании» для студентов специальности 030500 «Профессиональное обучение»;

- разработана и внедрена программа научно-методического семинара для преподавателей «Создание и применение мультимедийных средств учебного назначения в современной школе».

Основные этапы исследования

Исследование выполнялось в рамках подпрограммы «Мультимедийное образование в информационном пространстве Университетского округа», проводимой Южно-Уральским научно-образовательным Центром; госбюджетных работ Оренбургского государственного университета «Новые технологии при модульном изучении курса ТОЭ» (начало работы - 1990 г.), «Влияние мультимедийных технологий на психофизиологическое состояние обучающихся».

1. Изучение и анализ психолого-педагогических и учебно-методических материалов по вопросам повышения эффективности обучения средствами ИКТ (1990-2005 гг.).

2. Разработка МОС (ЛК) по дисциплине «Теоретические основы электротехники» и апробация в процессе обучения студентов инженерно-технических специальностей (1997-2006 гг.).

3. Разработка теоретических основ создания и применения МОС (ЛК) (2002-2006 гг.).

4. Оформление текста диссертации (2005-2007 гг.).

Апробация результатов исследования. Теоретические положения и результаты исследований были изложены и одобрены на следующих межвузовских, всероссийских и международных конференциях, симпозиумах и семинарах: научно-практический семинар «Опыт и проблемы внедрения компьютерной техники в учебный процесс», Челябинск, 1990 г.; Всесоюзная научно-практическая конференция «Опыт и проблемы перестройки учебного процесса в вузе», Киев, 1991 г.; Всесоюзная научно-методическая конференция «Современные методы активизации творческих способностей», Оренбург, 1992 г.; Всесоюзная научно-методическая конференция «Оптимизация проектирования учебного процесса», Оренбург, 1993 г.; Всесоюзная научно-методическая конференция «Наука и учебный процесс», Оренбург, 1994 г.; Всероссийская научно-техническая и методическая конференция «Электросбережение, электроснабжение, электрооборудование», Новомосковск, 1996, 1998 гг.; Всесоюзная научно-методическая конференция «Технологии образовательного процесса», Оренбург, 1997 г.; Международная научно-практическая конференция «Инновационные процессы в образовании», Оренбург, 1998 г.; Межвузовская научно-методическая конференция «Профессиональная педагогическая культура как основополагающий фактор технологии обучения», Оренбург, 1999 г.; Международная научно-практическая конференция «Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях», Оренбург, 2001 г.; Всероссийский симпозиум, Казань, 2001 г.; Всероссийская научно-техническая и методическая конференция «Электросбережение, электроснабжение, электрооборудование», Оренбург, 2001, 2003 гг.; Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы подготовки кадров для развития Оренбуржья», Оренбург, 2002 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике», Оренбург, 2002, 2005 гг.; Всероссийская научно-практическая конференция «Качество профессионального образования»; Международная научно-практическая конференция «Формирование профессиональной культуры специалистов XXI века в техническом университете», Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2006 гг.; Международная научно-практическая конференция «Роль университетской науки в региональном сообществе», Москва-Оренбург, 2003 г.; Международная научно-методическая конференция «Новые информационные технологии в электротехнике», Астрахань, 2003, 2006 гг.; Всероссийская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог, 2003, 2004 гг.; Всероссийская научно-практическая конференция «Модернизация образования», Оренбург, 2004 г.; Международные научные конференции «Технологии 2004», «Технологии 2005», «Технологии 2006», Турция (г. Анталия); Всероссийская научно-практическая конференция «Новые информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике», Чебоксары, 2004 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Формирование профессиональной компетентности», Бузулук, 2005 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании», Москва, 2005, 2006, 2007 гг.; XVI Международная научная конференция «Применение новых технологий в образовании», Троицк, 2005 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Вызовы XXI века и образование», Оренбург, 2006 г.; Международная конференция «Современное электронное обучение», Болгария (г. Варна), 2006 г.; Международная научно-практическая конференция «Новые информационные технологии в образовании», Екатеринбург, 2007 г.

Внедрение результатов исследования

Разработанные теоретические основы создания и применения МОС включены в программу научно-методического семинара «Создание и применение мультимедийных педагогических средств в современной школе», которая внедрена для подготовки и повышения квалификации преподавателей в Ассоциации «Оренбургский университетский (учебный) округ».

Разработана мультимедийная обучающая система лекционного курса по дисциплине «Теоретические основы электротехники», которая внедрена в учебный процесс Оренбургского государственного университета и ряда других вузов: Московского государственного горного университета, Московского института радиотехники, электроники и автоматики (технический университет), Екатеринбургского государственного технического университета (УПИ), Казанского государственного энергетического университета.

Разработан новый учебный курс «Мультимедиа технологии в образовании», который внедрен в учебный процесс ОГУ для студентов специальности 030500 «Профессиональное обучение».

На защиту выносятся:

1. Модель активизации учебно-познавательной деятельности на основе мультимедийной обучающей системы лекционного курса, отражающая взаимосвязь программных (визуализация, анимация, цвет, гипертекст, многооконность, манипулирование, моделирование, контаминация, аудиосопровождение, интерактивность) и психолого-педагогических (наглядность, доступность, прочность, эмоциональное регулирование, проблемность, избыточность, синкретичность, обратная связь) возможностей мультимедийной обучающей системы лекционного курса электротехнической дисциплины и их влияние на активизацию инвариантных компонентов учебно-познавательной деятельности (целевого, потребностно-мотивационного, содержательного, операционально-деятельностного, эмоционально-волевого, контрольно-регулировочного, оценочно-результативного).