Мультимедийные обучающие системы лекционных курсов

Сформулированы рекомендации по моделированию проблемных задач с помощью МОС (ЛК):

1. Проблемная задача должна обладать неопределенностью исходных данных, что обусловливает рассогласование между имеющимся у обучающихся уровнем знаний и требованиями задачи.

2. Проблемная задача должна обладать априорно неизвестным решением, приводящим к многовариантности ее решения, способствовать формированию у обучающихся таких логических операций мышления, как анализ, синтез, сравнение, дедукция, абстракция.

3. Компьютерное моделирование исходных данных проблемной задачи и каждой прогнозируемой гипотезы должно осуществляться в виде графической, геометрической или имитационной модели. Компьютерное моделирование обеспечивает синтез вербально-логического, сенсорно-перцептивного и представленческого уровней когнитивного процесса.

4. Компьютерное моделирование гипотетических решений проблемной задачи должно сопровождаться анимацией каждой «порции» информации с целью активизации таких психических процессов, как внимание, восприятие информации, и активизации мыслительной деятельности обучающихся.

5. Каждая «порция» информация гипотетических решений должна соответствовать определенному умственному действию, которое совершает обучающийся в процессе научного познания. В этом случае решение проблемной задачи преобразуется в своего рода открытие и последовательное исследование объекта.

6. Использование многооконного представления информации на одном слайде позволяет представлять в каждом окне по одной выдвигаемой гипотезе, что исключает неточности восприятия в процессе обсуждения и проведения сравнительного анализа гипотез.

7. Компьютерное моделирование проблемной задачи (ее исходных данных и гипотетических решений) должно создаваться с учетом требований эргономики, эстетики, особенностей психологии зрительного восприятия с целью повышения мотивационно-эмоциональной компоненты учебно-познавательной деятельности обучающихся.

В четвертой главе «Структура мультимедийной обучающей системы лекционного курса электротехнической дисциплины» рассмотрены вопросы структуры МОС лекционного курса как целостной системы. Показано, что МОС лекционного курса представляет собой комплекс не только аппаратного и программного обеспечения, но и педагогического, причем все компоненты этой системы взаимосвязаны.

Предложена интегративная структура МОС (ЛК), включающая блоки контента учебного материала и отражающая возможности их использования для реализации дидактических компонентов лекции Мультимедиа и основных ее функций (рис. 2).

На основании структуры учебно-познавательной деятельности предложено выделить в лекции Мультимедиа следующие дидактические компоненты: целевой, потребностно-мотивационный, содержательный, операционально-деятельностный, эмоционально-волевой, контрольно-регулировочный и оценочно-результативный.

Целевой компонент включает в себя: определение темы, постановку цели и задач, рассматриваемых на лекции, установление связи данной темы с предшествующими и последующими, а также связи этой темы с другими дисциплинами, изучаемыми студентами на старших курсах. Потребностно-мотивационный компонент лекции Мультимедиа может быть усилен программными и психолого-педагогическими возможностями МОС (ЛК), а именно за счет включения документальных материалов по теме лекции, визуализированных интеллектуальных мини-задач, создающих положительные эмоции и стимулирующих познавательный интерес.

Рис. 2. Интегративная структура мультимедийной обучающей системы лекционного курса

Содержательный компонент лекции Мультимедиа может быть реализован на более высоком уровне за счет создания электронного конспекта лекций, обладающего возможностью регулярного изменения контента новыми научными достижениями в предметной области знаний. Операционально-деятельностный компонент, являясь основным компонентом лекции, может быть усилен применением метода компьютерного моделирования проблемных задач с помощью МОС (ЛК) и возможностью включения в структуру лекции программ имитационного моделирования. Эмоционально-волевой компонент лекции Мультимедиа усиливается применением приемов эмоциональной регуляции учебно-познавательной деятельности возможностями МОС (ЛК). Контрольно-регулировочный компонент лекции Мультимедиа может быть усилен систематическим и регулярным проведением контроля усвоения теоретических знаний, осуществляемым программными возможностями МОС (ЛК). Оценочно-результативный компонент лекции Мультимедиа характеризуется введением обратной связи между МОС (ЛК) и студентами, обеспечивает замкнутый вид управления учебно-познавательной деятельностью обучающихся. Введение обратной связи - принципиальное отличие лекции с применением МОС (ЛК) от традиционной. Организация обратной связи на лекционном занятии предполагает проведение:

- оценки усвоения лекционного материала обучающимися;

- коррекции методики проведения лекции самим преподавателем.

Анализ структуры МОС (ЛК) в плане реализации основных функций показал, что лекция Мультимедиа с применением МОС (ЛК) по сравнению с традиционной лекцией обладает потенциальными возможностями усиления познавательной, развивающей, воспитательной, организующей функций.

Предложена структура МОС (ЛК) в плане реализации контента учебного материала, включающая:

1) блок установочно-целевой, обеспечивающий постановку цели и задач для каждой лекции Мультимедиа по электротехнической дисциплине. Основная функция блока - организующая;

2) блок справочно-энциклопедических данных, реализующий в МОС (ЛК) потребностно-мотивационную компоненту за счет включения биографических данных и данных об основных научных достижениях известных ученых в изучаемой предметной области; информации, отражающей результаты новых научных исследований и перспективы развития данной области; основные понятия и определения по электротехнической дисциплине в соответствии с требованиями ГОСТ. Основными функциями данного блока являются: воспитательная, организующая;

3) блок электронного конспекта лекций, отражающий содержательный компонент лекции Мультимедиа, представляет собой текстовый конспект лекций по электротехнической дисциплине, структурированный по учебным темам. Основными функциями данного блока являются: познавательная, организующая, воспитательная;

4) блок объяснительно-иллюстративный, организующий репродуктивный уровень учебно-познавательной деятельности обучающихся на лекции Мультимедиа, представлен в виде совокупности структурированных тем лекций (модулей) по электротехнической дисциплине. Основными функциями данного блока являются: познавательная, организующая, воспитательная;

5) блок проблемных задач, организующий продуктивный уровень учебно-познавательной деятельности обучающихся на лекции Мультимедиа, представлен в виде совокупности проблемных задач, структурированных по учебным темам лекций. Основными функциями данного блока являются: познавательная, развивающая, организующая, воспитательная;

6) блок тестовых заданий, организующий экспресс-тестирование, представлен в виде совокупности тестовых заданий, структурированных по учебным темам лекций, обеспечивает организующую и воспитательную функции лекций Мультимедиа.

В пятой главе «Проектирование и программная реализация мультимедийных обучающих систем лекционных курсов электротехнических дисциплин» рассмотрены вопросы практической разработки МОС (ЛК) на базе теоретических основ создания МОС (ЛК) электротехнических дисциплин, изложенных в главах 2-4.

Выделены следующие этапы разработки МОС (ЛК): 1) организационный; 2) подготовительный; 2.1) обоснование дидактической целесообразности; 2.2) разработка педагогического сценария; 3) программная реализация; 4) апробация; 5) корректирующий.

Определен состав творческого коллектива: ведущий педагог -специалист по дидактике, преподаватель-предметник (методист), психолог, специализирующийся в области психологии познавательных процессов и возрастной психологии; программист; Web-дизайнер; звукооператор; оператор.

Разработка педагогического сценария лекции Мультимедиа предполагает: составление развернутого плана лекции Мультимедиа; тщательный подбор и структуризацию учебного материала, включающего авторский конспект лекции, рисунки, иллюстрации, анимационные, аудио- и видеофрагменты и т. д.

Дана классификация технических средств: мультимедиа компьютеров, мультимедийных проекторов, экранов, рекомендуемых к применению на лекциях Мультимедиа; приведены критерии выбора технических средств для учебных аудиторий.

Дана сравнительная характеристика программных средств, применяемых для создания МОС (ЛК), по следующим критериям: интуитивность интерфейса; функциональные возможности; возможности мультимедиа; сетевые возможности; аппаратно-программная независимость. Отмечены достоинства программного приложения MS Offise - PowerPoint - в создании МОС (ЛК): PowerPoint доступен, не требует установки на компьютер, т. к. является офисной программой; прост в обращении, не требует знания программирования, что позволяет преподавателю-предметнику самостоятельно создавать МОС (ЛК).

Предложена классификация видеоряда, применяемого на лекциях Мультимедиа. Основанием классификации является способ создания видеоряда, который может быть либо создан непосредственно на ПК с помощью 2D- и 3D-графических редакторов, инструментальных средств создания анимации, сред имитационного моделирования, либо импортирован на ПК с помощью сканера, фото- или видеокамеры, а также носителей - CD-, DVD-дисков.

В шестой главе «Научно-методические основы применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов» рассмотрены методические подходы к проведению вариативных видов лекций с применением МОС (ЛК); методические рекомендации к применению МОС (ЛК) в профессиональной подготовке начинающего лектора и повышении квалификации преподавателей со стажем педагогической работы; методика экспериментальной оценки активизации учебно-познавательной деятельности обучающихся на лекции Мультимедиа. Рассмотрены перспективные направления разработки мультимедийных обучающих систем.

Показано, что блочно-модульная архитектура МОС (ЛК) позволяет преподавателю в зависимости от вида лекции и с учетом формы обучения моделировать как содержание, так и методику проведения лекционного занятия. Учебный материал в каждом блоке представлен в виде совокупности структурированных лекций по темам электротехнической дисциплины, каждая тема представлена в виде модуля. В лекциях, ориентированных на организацию репродуктивного уровня учебно-познавательной деятельности (информационной, обзорной, установочной, консультативной), в качестве ключевого блока преподавателю следует использовать объяснительно-иллюстративный блок контента МОС (ЛК), а в лекциях, ориентированных на организацию продуктивного уровня учебно-познавательной деятельности (проблемной, лекции-диалоге, лекции с запланированными ошибками), - блок проблемных задач.

Показано, что система повышения квалификации преподавателей по созданию и применению МОС (ЛК) должна быть основана на компетентностном подходе, в контексте которого преподавателей высшей школы можно условно разделить на три группы.

Для преподавателей первой группы, обладающих высоким уровнем специальной (в предметной области), методической и ИКТ компетентности, основным направлением повышения квалификации является изучение теоретических основ создания и применения МОС; для преподавателей второй группы, имеющих достаточный уровень специальной и методической компетентности, но не владеющих компьютерными технологиями, основным направлением повышения квалификации является формирование ИКТ компетентности; для преподавателей третьей группы, молодых, начинающих преподавателей, как правило, обладающих хорошей подготовкой в области ИКТ, но не имеющих достаточного уровня специальной и методической компетентности, основным направлением является подготовка в профессиональной и психолого-педагогической областях. В рамках данного диссертационного исследования автором разработана и успешно внедрена для преподавателей программа научно-методического семинара «Создание и применение мультимедийных средств учебного назначения в современной школе».

Предложено подготовку и переподготовку профессорско-преподавательского состава осуществлять по нескольким формам: в своем вузе; в других вузах, имеющих в своей структуре Центры или Лаборатории, специализирующиеся на создании МСУН; кратковременные курсы с приглашением в вуз ведущих специалистов в области ИКТ; дистанционное повышение квалификации в ведущих организациях.

В исследовании предложена следующая методика комплексной экспериментальной оценки активизации учебно-познавательной деятельности на лекционных занятиях, включающая определение уровня усвоения основных понятий лекционного материала и оценку функционального состояния студентов на лекции Мультимедиа.

Педагогический эксперимент проведен на базе Государственного образовательного учреждения «Оренбургский государственный университет». Для определения уровня усвоения основных понятий лекционного материала были разработаны задания для экспресс-тестирования в начале и в конце лекции. В экспериментальных группах лекции читались с применением МОС (ЛК) по курсу «Теоретические основы электротехники», в контрольных - по традиционной технологии. В 2005/06 учебном году эксперимент был проведен по пяти темам, а в 2006/07 учебном году - по десяти темам. Оценка достоверности результатов проведенного эксперимента осуществлялась с помощью критерия Фишера.

Оценка функционального состояния студентов на лекции Мультимедиа проведена с использованием физиологических, психометрических и субъективных методов. Физиологическая и психометрическая оценка проводилась для двух групп: экспериментальной и контрольной, до и после лекции. Для чистоты эксперимента лекции читались по одной и той же теме в один и тот же день, чтобы исключить влияние внешних факторов - изменения погодных условий и геотермальной обстановки.

Физиологическая оценка проведена совместно с Центром здоровья ОГУ с помощью автоматизированной диагностической системы «АМСАТ», позволяющей измерять электрические параметры биологически активных зон кожи человека, несущих информацию о состоянии взаимосвязанных с ними органов и тканевых систем. Итоговая информация представлялась на экране дисплея, где с использованием компьютерной графики на «фантоме» студента органы и ткани отображались по степени их отклонения от нормы.

Психометрическая оценка включала в себя исследование влияния МОС (ЛК) на изменение объема таких познавательных функций, как оперативная память и произвольное внимание, на основе методик «Оперативная память» и «Расстановка чисел».

Для субъективной оценки своего функционального состояния на лекциях, проводимых по традиционной технологии и с применением МОС (ЛК), обучающимся предлагалась анкета на основе теста дифференцированной самооценки (САН - самочувствие, активность, настроение).

Результаты проведенного педагогического эксперимента на лекционных занятиях с применением МОС (ЛК) по дисциплине «Теоретические основы электротехники» показали: повышение уровня усвоения основных понятий лекционного материала; формирование у обучающихся состояния функционального комфорта; достижение оптимального уровня активизации психологических процессов (оперативная память, внимание); обеспечение позитивного отношения к применению МОС (ЛК); отсутствие негативного физиологического влияния МОС (ЛК) на здоровье обучающихся. Полученные результаты свидетельствуют об активизации учебно-познавательной деятельности обучающихся на лекции Мультимедиа.

В шестой главе также сформулированы перспективные направления развития МОС.

Заключение

Проведенное исследование показало насущную потребность образовательного процесса в разработке теоретических основ создания и применения мультимедийных обучающих систем лекционных курсов электротехнических дисциплин. В ходе теоретического и экспериментального исследований и практической работы были получены следующие результаты и выводы.

1. Предложено историю становления мультимедийных средств учебного назначения условно разделить на три этапа (основу деления составляют инструментальные средства представления информации и ее форма): 1-й этап - становление (1981-1995 гг.); 2-й этап - развитие (с 1995 г. по настоящее время); 3-й этап - совершенствование. Выявлены особенности обучения электротехническим дисциплинам. Показано, что программные возможности систем мультимедиа предопределяют их психолого-педагогические возможности в учебном процессе.

Сформулировано определение: мультимедийная обучающая система (МОС) электротехнической дисциплины - это совокупность взаимосвязанных учебных программ (справочно-энциклопедической, информационной, тренировочной, моделирующей, контролирующей), обеспечивающих полную структуру учебно-познавательной деятельности: цель, мотив, собственно деятельность, результат, - при условии интерактивной обратной связи, выполненных на основе технологий Мультимедиа. Выделены следующие виды МОС электротехнической дисциплины: МОС (ЛК) - мультимедийная обучающая система для организации лекционных занятий, в которой превалирует информационная компонента; МОС (ПЗ) - мультимедийная обучающая система для организации практических занятий (упражнений), в которой превалирует тренировочная компонента; МОС (ЛЗ) - мультимедийная обучающая система для организации лабораторных занятий, в которой превалирует моделирующая компонента.

Установлены типы МОС, рекомендуемые для организации репродуктивной и продуктивной учебно-познавательной деятельности. Использована классификация методов обучения, предложенная И.Я. Лернером и М.К. Скаткиным (пять методов обучения, в каждом из последующих методов степень активности и самостоятельности в деятельности обучаемых возрастает).

2. Сформулирован комплекс психолого-педагогических требований. На основании проведенного анализа научно-методический литературы выявлено, что применение МОС в лекционных курсах потенциально обеспечивает, по сравнению с лекциями, проводимыми по традиционной технологии, более высокий уровень реализации таких традиционных дидактических требований, как научность, наглядность, доступность, прочность, сознательность и активность обучающихся, единство образовательных, развивающих и воспитательных функций обучения.

Обоснована целесообразность введения новых дидактических требований к МОС (ЛК): требования синкретичности предъявления информации, под которым понимается комбинированное предъявление информации при дидактически обоснованном соотношении различных ее форм: текст, звук, графика, видео, анимация - и требования обеспечения полной структуры учебно-познавательной деятельности (цель, мотив, собственно деятельность, конечный результат).

На основании проведенного анализа специфики преподавания электротехнических дисциплин в техническом вузе сформулированы следующие методические требования: требование избыточности учебной информации, включающей в себя тривиальную, синкретичную избыточность и избыточность кодированием; требование комплементарности мультимедиа и традиционных технологий; требование динамически развивающегося теоретического образа, реализуемого либо с помощью дискретной подачи компьютерно-визуализированной информации, либо с помощью программ имитационного моделирования.

Показана целесообразность формулировки нового психологического требования к МОС (ЛК) - требования эмоционального регулирования учебно-познавательной деятельности. Обобщены эргономические требования к МОС (ЛК).

3. Выявлена взаимосвязь программных и психолого-педагогических возможностей МОС (ЛК), ориентированных на активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся, в условиях реализации деятельностного подхода. Разработана модель активизации учебно-познавательной деятельности на основе выявленной взаимосвязи.

4. Рассмотрено компьютерное моделирование как метод активного обучения, включающий в себя взаимосвязанные активную обучающую деятельность со стороны преподавателя и активную учебно-познавательную деятельность со стороны обучающегося.