Методика та програмний комплекс ігрового навчання та тестування для студентів-електроенергетиків

Вступ

Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв'язок із важливими науковими чи практичними завданнями. В останні роки, через низку об'єктивних та суб'єктивних факторів, енергетична безпека країни стала ключовою проблемою державного управління. Це поняття є складним комплексом питань, що охоплюють найрізноманітніші аспекти життя нашого суспільства. Важливе значення у цьому питанні приділяється професійній підготовці фахівців-енергетиків. Вона здійснюється в рамках компетентнісного підходу і націлена на те, щоб якомога повніше реалізувати потенціал сучасного кваліфікованого фахівця, що, звісно, ставить в основу проблему якості підготовки студентів для їхньої професійної діяльності в енергетиці.

Актуальність компетентнішого підходу до освіти викликана тим, що для технічного ЗВО за будь-яких умов характерна тенденція до модернізації, пов'язана з необхідністю відповідності професійної підготовки інженерів до рівня досягнень науково-технічного прогресу. Швидке старіння технічних знань, зумовлене технологічною революцією, вимагає постійного оновлення змісту курсів у технічному вузі, й у цьому сенсі модернізація професійної підготовки інженерів завжди актуальна [1,2].

Для цього, в умовах прискорення соціально-економічного розвитку суспільства, науково-технічної революції, зростаючої важливості інформаційного простору, у професійній підготовці фахівців об'єктивною реальністю є необхідність використання активних методів навчання. Необхідне пробудження у студента інтересу до навчання, до оволодіння обраною спеціальністю. Як зазначено у Стратегії розвитку вищої освіти в Україні на 2022-2032 роки, яку було ухвалено 23 лютого, за день до повномасштабної війни, яку розпочала Росія проти України забезпечення якісної освітньо-наукової діяльності, конкурентоспроможної вищої освіти є одним із пріоритетів системи вищої освіти на сучасному етапі розвитку суспільства та економіки країни. Для досягнення стратегічної цілі передбачено виконання різних завдань, одним із яких є сприяння використанню інноваційних технологій і новітніх засобів навчання в освітньому процесі. Стимулювати у студентів стійкий та довготривалий інтерес до навчання далеко не просто. Це не лише технічна, а й педагогічна проблема, що вирішується на полі інженерної педагогіки.

Аналіз останніх досліджень та публікацій, у яких започатковано розв'язання цієї проблеми і на які спирається автор. Проблему гри, ігрової діяльності особистості розкрито в наукових дослідженнях багатьох психологів і педагогів. Так А. Макаренко вважав, що гра для дитини має таке саме значення, як для дорослого діяльність, праця. К. Ушинський визначив основний вплив методу гри на розвиток і формування людини як основи формування майбутнього характеру.

Педагогіка гри школярів, яка будується на засадах гуманності й гуманістичної психології, висвітлено у працях Ш. Амонашвілі, І. Беха, В. Сухомлинського та ін. Теорію ігрової діяльності представлено в дослідженнях психологів Л. Виготського, Д. Ельконіна, О. Леонтьєва, С. Рубінштейна та ін. [1]. Розглядали процес підготовки вчителів із використанням різноманітних ігор П Куліш, Ю. Кулюткін, О. Пєхота, І. Прокопенко, І. Полещук, Л. Сергієнко, Г. Су- хобська, Л. Тополя, О. Штепа та ін. [2]. Деякі педагоги у своїх працях ігрову діяльність розглядають як: провідний вид діяльності (Р. Жуковська, О. Запорожець, В. Мухіна та ін.), форму організації навчально-виховного процесу (І. Дичківська, О. Сокуренко,) або як засіб формування особистості (А. Богуш, Л. Варяниця, М. Шуть та ін.) [3]. Питання впровадження ігрових технологій розкрито в наукових дослідженнях за різними аспектами: організація навчально-виховного процесу (Ш. Амонашвілі, І. Бех, О. Кононко, Н. Оніщенко та ін.); ігрова діяльність у позаурочній діяльності (О. Голік, Н. Кудикіна, О. Сокуренко та ін.) [2]. У їх працях підкреслено, що застосування ігрових технологій активізує пізнавальну діяльність, сприяє розвитку творчого мислення, умотивовує навчальну діяльність учнів, дає можливість реалізувати свої здібності в більш сприятливій, психологічно позитивній атмосфері. Підтвердженням цього є широке використання активних методів при вивченні іноземних мов [4].

Психологічні аспекти гри розробляли також зарубіжні вчені - Дж. Брунер, Ж. Піаже, Е. Берн, І. Байєр, М. Дейва, Р. Ендрю, Г. Холл, К. Гросс, В. Штерн, Ф. Фребель, А. Валлон, Я. Корчак та інші психологи і педагоги. [11]. Останнім часом посилилась увага до гри в житті дорослих. Загальний інтерес викликали праці нідерландського історика культури Йохана Хейзинги, який стверджує, що в один ряд із фундаментальними Homo sapiens слід поставити Homo ludens - граючу людину. Він розглядає гру, як самостійне явище культури. Її ознакою є те, що це вільна діяльність. Якщо діє примус, це вже не гра, а насильно нав'язана її імітація.

Особливе місце в грі, стверджує Й. Хейзинга, займає напруження, яке означає невпевненість, нестійкість, певний шанс чи можливість. Щоб дещо «вдалось» вимагаються певні зусилля. Тоді гра набуває змагального характеру. Напруження піддає перевірці гравця: його фізичну силу, витримку і завзятість, винахідливість і вміння, витримку і духовні сили. Це прекрасна можливість для всебічної діагностики студента, і її слід використовувати з максимальною віддачею. [11]. Із сучасних фахівців виділяються роботи Р Ендрю та М. Дейва [11]. Вони розробили сучасні основи проектування та реалізації професійних ігор. Достатньо цікавими у галузі професійної педагогіки є розробки й інших сучасних зарубіжних фахівців.

Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми, котрим присвячується дана стаття. Слід констатувати значний внесок науковців у проблему дослідження, проте, вважаємо, що донині недостатньо розкритим є питання використання сучасних ігрових технологій при вивченні технічних дисциплін. Це обумовлено тим, що до таких методів багато науково-педагогічних працівників ставляться як до менш важливих порівняно з іншими методами, що реалізуються у вищій школі. Крім того, далеко не всі викладачі підготовлені до впровадження сучасних ігрових технологій. В той же час, треба констатувати, що в такій важливій галузі, як електроенергетика, протягом останніх десяти років ведуться серйозні роботи щодо створення сучасних тренажерів та професійних ігор [5,6,7].

Формулювання цілей статті (постановка завдання) полягає в обґрунтуванні суті ігрових технологій, виявленні особливостей використання ігрових технологій навчання у процесі формування компетентностей майбутніх інженерів-електриків.

Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів

Для забезпечення підготовки високоякісного фахівця-енергетика науково-педагогічним працівникам потрібно ураховувати як професійну, так і педагогічну та освітню складову навчального процесу. Тільки їхнім поєднання може дати потрібний результат. Професійна складова. Енергетика є базовою галуззю народного господарства України, яка з одного боку пронизує своїми “кровоносними” судинами весь організм нашої економіки, а з іншого - вимагає від персоналу найсуворішого виконання своїх функціональних обов'язків, часом пов'язаних із загрозою їхньому життю та здоров'ю. педагогіка студент електроенергетика комп'ютерний

Загальносвітові та національні тенденції розвитку енергетики свідчать про зниження рівня професійної підготовки інженера - електрика. Безумовно, свій відбиток на це накладає невелика популярність і, як наслідок, не висока привабливість енергетичних спеціальностей. Проте фундаментом проблеми, безумовно, є низький рівень підготовки у школах, закладах вищої освіти та структурах підвищення кваліфікації фахівців.

Ключовим моментом вирішення цієї проблеми є виховання педагога - викладача нової формації, розробка та широке впровадження нових сучасних методів та засобів навчання, покращення матеріально-технічної бази навчання. Тільки спільними зусиллями педагогів та професіоналів можна підняти загальний рівень підготовки наших фахівців, зокрема виховання технічної та гуманітарної еліти нашої держави.

Педагогічна складова. Успішне вирішення вищезазначених проблем, на наш погляд, неможливе без використання сучасних досягнень інженерної педагогіки у підготовці молодих фахівців-енергетиків, а саме: вдосконалення навчального процесу та методик викладання, вміння подавати навчальну інформацію, врахування психолого-педагогічних особливостей процесу засвоєння навчального матеріалу під час проведення практичних та семінарських занять. Інженерна педагогіка - складова професійної педагогіки. Вона спрямована на підготовку фахівців, що реалізують інженерну діяльність, та характеризується специфічними цілями, принципами, змістом, формами організації, методами та засобами навчання. Цим визначається її сутність, межі, об'єкт та предмет.

Об'єктом інженерної педагогіки є педагогічна система підготовки інженерних кадрів, а предметом - проектування та реалізація змісту професійної освіти, форм організації, методів та засобів навчання.

Інженерна педагогіка розглядає теорію та методики проектувальних, конструктивних, гностичних, комунікативних, управлінських та інших функцій; теорію та методику навчання технічним, технологічним знанням, навичкам та вмінням, формування специфічних способів інженерної діяльності. А інженерна освіта є практичним засобом реалізації положень науки.

В умовах сучасного виробництва до інженерів-електриків пред'являються особливі вимоги: здатність самостійно приймати рішення, освоювати нову техніку та грамотно її експлуатувати, вирішувати складні технічні задачі, розробляти та впроваджувати раціональні методи експлуатації, технічного обслуговування, ремонту обладнання, застосовувати на практиці методи дослідження. Перелічені вимоги - необхідна умова досягнення необхідної якості професійної підготовки майбутніх інженерів, націлені на формування їхньої професійної компетентності, що включає такі складові, як загальнокультурні (базові) компетенції та спеціальні професійні компетенції.

Цифрові технології. Аналіз світових тенденцій у розвитку інженерної освіти показує, що світова науково-освітня та інженерно-освітня спільнота адекватно реагує на серйозні виклики, що надсилаються зовнішнім середовищем, та вживає ефективних заходів для вдосконалення підготовки інженерів та фахівців у галузі техніки та технологій [9, 1,3,4]. Вихід практики виховання на технологічний рівень вимагає від педагога високого професіоналізму. Вийти на технологічний рівень - значить вийти на рівень операційний, коли обґрунтовуються вироблювані операції для отримання результату. Психологічне рішення припускає чіткий опис операції, точну характеристику проектованого гарантованого результату і, у результаті, певний алгоритм рішення, згідно з яким педагог може працювати, не опускаючи жодної з операцій, бо кожна з них відіграє особливу функцію, і разом вони визначають цілісний результат.

Будь-яка технологія має засоби, що активізують й інтенсифікують діяльність учнів. Гра поряд із працею й навчанням - один із головних видів діяльності людини [2]. Проблеми поєднання традиційних та інноваційних технологій навчання у підготовці сучасного інженера, підвищення доцільності та обсягів використання цифрових технологій у навчанні мають велику актуальність. Упродовж останнього десятиліття роль інноваційних технологій в інженерній освіті різко посилилася - відбувся ефект “руйнування стін аудиторій”.

Цифрова революція впливає на зміну якості освіти, досвід використання нетрадиційних, зокрема, ігрових технологій у багатьох університетах світу переконує в тому, що вони здатні впливати на викладання, покращуючи його з погляду опрацювання самих методик та налагодження навчального контенту. Крім того, нові технології дозволяють створювати спільні “ігрові майданчики” для інженерів. У педагогічній науці феномен гри сприймається як засіб організації виховання та навчання, як компонент педагогічної культури. Форми та засоби оптимізації ігрової діяльності у навчанні студентів вивчаються та активно впроваджуються в освітній процес. В цьому контексті слід відзначити серйозний доробок в працях В. Жукова.

Додатковим аргументом на користь розвитку цифрових технологій є можливості командної роботи над єдиним проектом. Технології здатні впливати на викладання, покращуючи його. Концентрація уваги сьогоднішніх студентів помітно зменшилася, вони обирають короткий виклад лекцій, поповнюючи свої знання пізніше із цифрових джерел, але цифрові та ігрові технології здатні покращувати ситуацію [2]. Освітня складова. Ейфорія щодо універсальності та революційності методів інноваційного навчання все більше поступається місцем переконанню в тому, що віртуальні технології є лише прикладним інструментом для вирішення освітніх завдань, що класичне навчання з викладачем виключити неможливо і, отже, потрібно дотримуватися розумного балансу між інноваційним, ігровим та традиційним навчанням.

Зрозуміло, кожен викладач повинен самостійно вирішувати, в якому обсязі використовувати цифрові та прикладні технології, які сучасні платформи та концепції використовувати, дотримуючись рівноваги між традиційним аудиторним навчанням і прогресивними технологіями для покращення якості викладання. “З окремих частин освітнього процесу - навчальних курсів, співпраці викладачів та студентів, системи управління навчальним процесом та у результаті їх інтегрованого об'єднання має зрости нова якість системи оволодіння професійними компетенціями, формування інноваційних знань, умінь та відносин” [9].

Саме тому практика вищої технічної школи спирається на використання активних методів навчання. Практично необмежені інформаційні потоки, комп'ютерні технології, серйозні прориви в окремих галузях науки та техніки зумовлюють широкі можливості підготовки наших фахівців. Однак не варто скидати з рахунків незвичайні, нестандартні форми навчання та перевірки знань.

Серед них в інженерній освіті дедалі актуальнішими стають ігрові методики, що реалізуються у проведенні професійно-орієнтованих ігор. Гра, як вид діяльності в умовах ситуацій, які спрямованні на відтворення і присвоєння суспільного досвіду, в якому складається і вдосконалюється самоуправління поведінкою.

Гру характеризує те, що вона:

• відтворює способи вирішення інженерних енергетичних задач,

• імітує професійну діяльність фахівця,

• моделює систему виробничих відносин,

• є педагогічним засобом формування професійного потенціалу майбутніх спеціалістів [10].

Венгер Л. вважає, що головною метою навчальних ігор є формування у майбутніх фахівців уміння поєднувати теоретичні знання з практичною діяльністю. Оволодіти необхідними фаховими вміннями і навичками студент зможе лише тоді, коли сам достатньою мірою виявлятиме до них інтерес і докладатиме певних зусиль, тобто поєднуючи теоретичні знання, здобуті на лекціях і семінарах із розв'язанням конкретних виробничих задач і з'ясуванням виробничих ситуацій [8]. Для інженерної професійно-орієнтованої гри головним є розгортання умовних ситуацій діяльності спеціаліста-енергетика з метою засвоєння ним професійного досвіду та розвитку професіоналізму, набуття інноваційних інженерних знань, умінь та відносин.

Навчальна гра має такі функції:

1. Мотиваційну (інженерна гра створює мотив навчання та діяльності);

2. Освітню (студенти в період підготовки та під час гри набувають раніше незнайому їм інформацію та краще засвоюють відомі їм знання);

3. Комунікативну: засвоєння діалектики спілкування;

4. Самореалізації в грі, як полігоні людської практики;

5. Розвиваючу (у ході інженерних ігор розвивається гнучкість розуму та поведінки, увага та творчі здібності, удосконалюються організаторські якості);

6. Навчальну (навчання професійним умінням і навичкам під час інженерної навчальної гри);

7. Функцію корекції: внесення позитивних змін в структуру особистісних показників;

8. Ігротерапевтичну: подолання різних труднощів, які виникають в інших видах життєдіяльності;

9. Соціалізації: включення в систему суспільних відносин засвоєння норм людського співжиття [8].

Протягом кількох останніх років в інституті енергетики, електроніки та електромеханіки НТУ “ХПІ” ведуться роботи з активізації навчального процесу, підвищення його привабливості та ефективності шляхом розробки та впровадження ігрових методів навчання. Справа в тому, що підготовка спеціаліста в галузі електроенергетики базується на таких фундаментальних дисциплінах як “Теоретичні основи електротехніки”, “Електричні мережі та системи”, “Перехідні процеси”, “Техніка високої напруги” та багато інших. Щоб засвоїти необхідний обсяг знань, необхідні бажання, здоров'я, матеріальний достаток та базова підготовка.

Метою наших розробок є підвищення привабливості процесу навчання, розвиток не лише професійних, але й психофізіологічних здібностей фахівця (пам'яті, логічного мислення, уваги, волі, уяви, зосередженості, швидкості реакції, асоціативного мислення, витримки, самовладання тощо).

Одним з інструментів, за допомогою якого можна досягти цієї мети, є тестова гра. Тестова гра. Конкретною формою реалізації цього проекту є тестова гра “Професіонал”, що розроблена на кафедрі Передача електричної енергії НТУ “ХПІ”. Методика ігрового навчання та тестування може бути представлена у картковому виконанні та у вигляді комп'ютерної програми. Гра заснована на відомому принципі змагальності та розвитку здібностей гравців. Пропонується, наприклад, 64 картки, на яких дублюється 32 образи, найбільш характерні для електроенергетики. “Сорочки” карток однакові. Картки викладаються на ігрове поле зворотною стороною та групі студентів (10-20 осіб) пропонується, по черзі, перевертаючи їх, знаходити однакові образи. Переможець має зібрати максимальну кількість однакових образів, а загальний рейтинг, наприклад студента - бакалавра визначається його результатом. Крім того, систематична гра закріплює спеціальні знання та загальний рівень підготовки кожного студента. Особлива увага була приділена розробці 32 образів (об'єктів) професійного призначення. Ми ґрунтувалися на твердженні, що підготовка інженера-електрика базується на “чотирьох китах”, а саме знанні:

1. зовнішнього вигляду та внутрішнього змісту (пристроїв) основного енергетичного обладнання;

2. математичного опису процесів в об'єктах та системах електроенергетики;

3. основних схем заміщення та з'єднання елементів електроенергетики;

4. охороні праці та техніці безпеки.

Приклади ігрового поля з об'єктами електроенергетики наведено нижче. Тест-гра рекомендується до впровадження у навчальний процес на старших курсах ЗВО, коледжів, курсів підвищення кваліфікації, а також на електроенергетичних підприємствах з урахуванням специфіки їхнього виробництва.

Підсумовуючи вищезазначене хотілося б звернути увагу колег на два незвичайні аспекти пропонованої тест-гри.

По-перше, це азарт, що визначається випадковістю ходу змагання (послідовністю та результатами ходів), а по-друге, об'єктивністю запропонованого тестування. Об'єктивність результату гри значною мірою визначається професійною підготовкою гравців, а також поєднанням психофізіологічних якостей (уваги, спостережливості, логічного мислення, витримки, пам'яті, волі, уяви, самовладання, зосередженості, швидкості реакції, асоціативного мислення і т.п.).

Популяризація та впровадження у навчальний процес таких ігор може мати велике виховне значення і за певного морального та матеріального стимулювання може скласти серйозну конкуренцію деяким азартним іграм, наприклад, ігровим автоматам тощо.

В даний час колектив кафедри передачі електричної енергії працює над методами та комп'ютерними програмами впровадження ігрових засобів навчання у суміжних життєво важливих галузях науки та техніки. Автори висловлюють глибоку вдячність студентам цієї кафедри за активну участь у розробці цього проекту. Комп'ютерна програма. Представлена технологія навчання реалізована у вигляді комп'ютерної програми [13]. Призначенням комп'ютерної програми є реалізація алгоритму тестування, що реалізує визначення подібних об'єктів з цільового масиву, який формується залежно від тематики навчання або тестування.

Алгоритм комп'ютерної програми реалізується за допомогою наступних модулів:

¦ модуль вихідних масивів;

¦ модуль цільового масиву;

¦ базовий модуль;

¦ модуль накопичення результатів ;

¦ модуль виводу результатів.

Умовами виконання програми є мінімальний склад технічних та програмних засобів.

До складу технічних засобів повинен входити IBM сумісний персональний комп'ютер (ПЕОМ), що включає в себе:

• процесор із тактовою частотою не менш 800 МГц;

• обсяг оперативної пам'яті не менш 512 Мб;

• вільний дисковий простір не менш 20 Мб;

• SVGA Монітор з дозволом не менш 1024 x 768;

• миша.

Системні програмні засоби, використовувані програмою, повинні бути представлені ліцензійною версією операційної системи: Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows XP, Windows 7. Оператор, що використовує програму, повинен мати практичні навички роботи із графічним інтерфейсом операційної системи. Персонал повинен бути атестований на ІІ кваліфікаційну групу з електробезпеки (для роботи з офісним устаткуванням). Завантаження й запуск програми проводиться наступним чином. Завантаження програми здійснюється за допомогою запуску файлу professional.exe. У випадку успішного запуску програми на робочому столі буде відображене головне вікно програми. У меню головного вікна знаходяться пункти меню “Гра” та “Параметри”, за допомогою яких здійснюється керування та вибір параметрів тестування.

Розглянемо модуль вихідних даних. Модуль вихідних даних складається з чотирьох папок: Об'єкти, Формули, Схеми, Охорона праці. В цих папках знаходиться основна інформація для навчання або тестування. Доступ до інформації папок здійснюється за допомогою графічного вказівника. Модуль цільового масиву формується з модуля вихідних даних відповідно з тематикою навчання або тестування. Об'єкти модуля повинні мати формат *.bmp.

Далі розглянемо базовий модуль.

Базовий модуль є головним. Він складається з процедури обробки подій графічного вказівника (миші). Базовий модуль дозволяє парами відкривати та систематизувати об'єкти. Поле та процес тестування представлені на рис. 1 та рис.2.

Рис. 1 Поле тестування