APPLICATION OF THE INFORMATION TECHNOLOGIES IN THE EDUCATIONAL PROCESSES OF THE TECHNICAL UNIVERSITY BY THE EXAMPLE OF THE COURSE "THEORETICAL MECHANICS"
Authors:
1.
Saratov State University named after Yu. A. Gagarin; Candidate of Technical Sciences
2.
Saratov State Technical University named after Yu. A. Gagarin
Type:
Article
Pages:
from 125
to 133
Status:
Published
Received:
05.07.2014
Accepted:
28.02.2020
Published:
25.07.2014
Subject area:
VAC 05.12.2013 Системы, сети и устройства телекоммуникаций
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK [378.147:004]:531
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
VAC 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
VAC 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
VAC 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах
VAC 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
VAC 05.13.19 Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
UDK [378.147:004]:531
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 49.01 Общие вопросы связи
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
Language:
Russian
Keywords:
theoretical mechanics, multimedia technologies, algorithms of problem solutions and their visualization, automated complexes
Abstract (English):
For the organization of the systematic, individual and structural processes of education at higher institutions, it is necessary to optimize the educational process, which must combine traditional methods and new forms of education with the use of multimedia technologies. These technologies are introduced at all the stages: studying the theoretical course at the lectures - a combination of a lecturer, a manual and a multimedia screen; giving practical lessons and students’ independent work - a solution of individual tasks using the algorithms of the problem solutions with the commentaries and examples and their computer visualizations; doing calculation graphical works - a use of the automated complexes and a solution of the research tasks; taking the examination in three steps - a use of multimedia technologies at the third step.
For the organization of the systematic, individual and structural processes of education at higher institutions, it is necessary to optimize the educational process, which must combine traditional methods and new forms of education with the use of multimedia technologies. These technologies are introduced at all the stages: studying the theoretical course at the lectures - a combination of a lecturer, a manual and a multimedia screen; giving practical lessons and students’ independent work - a solution of individual tasks using the algorithms of the problem solutions with the commentaries and examples and their computer visualizations; doing calculation graphical works - a use of the automated complexes and a solution of the research tasks; taking the examination in three steps - a use of multimedia technologies at the third step.
Keywords:
theoretical mechanics, multimedia technologies, algorithms of problem solutions and their visualization, automated complexes
theoretical mechanics, multimedia technologies, algorithms of problem solutions and their visualization, automated complexes
Внедрение образовательных инновационных технологий в высшей школе всегда актуально. Необходим поиск методов повышения эффективности учебного процесса и коэффициента полезной деятельности системы «студент - преподаватель - администрация». Необходимость сочетания традиционных методов обучения, которые носят в основном объяснительный характер, с новыми формами обучения, в том числе с использованием современных мультимедиатехнологий, диктуется ограниченным временем усвоения материала, в частности курса теоретической механики, слабой образовательной подготовкой студентов и неэффективной организацией учебного процесса. Оптимизация учебного процесса с применением современных мультимедиатехнологий может быть достигнута сочетанием вербальной (на слух) и зрительной подачи материала (визуализация, алгоритмизация), чтения (пособия), самостоятельной работы на всех этапах получения знаний и умений и организацией системного, индивидуального и систематического процесса обучения. В организации учебного процесса при изучении курса «Теоретическая механика» используется широкий набор средств обучения, который требует применения комплекса различных методов и средств управления познавательной деятельностью каждого студента на разных уровнях усвоения знаний и развития умений. Алгоритм организации системного, индивидуального и систематического процесса обучения в высшей школе показан на рис. 1. 1. Лекционный курс является одной из основных форм передачи знаний и представляет собой сочетание: - изложения теоретического материала лектором таким образом, чтобы внимание и размышления студента акцентировались на основных положениях курса, их взаимосвязи. Это позволит студентам записать краткое изложение основных положений предлагаемого материала, так называемый «скелет», в котором подчеркивается причинно-следственная связь всех вопросов, проблем, теорем, принципов, формул и т. д.; - использования мультимедиатехнологий в компьютерной аудитории; - использования учебного пособия на материальных и электронных носителях, содержащего основы теории в полном соответствии с изложением материала лектором и электронной версией курса (учебное пособие «Теоретическая механика. Основы теории, алгоритмы решения задач с визуализацией». А. Э. Джашитов, Ю. В. Чеботаревский, В. П. Глазков. М.: ИЛЕКСА, 2013, состоящее из четырех частей: «Кинематика», «Статика», «Динамика», «Аналитическая механика») [1]; - решения так называемых «сквозных» задач, в которых используются практически все разделы теоретической механики и которые являются иллюстрацией взаимосвязи разделов курса при рассмотрении различных абстрактных образов объекта, видов механических движений и взаимодействий. Рис. 1. Алгоритм организации системного, индивидуального и систематического процесса обучения в высшей школе. Выделенные блоки связаны с использованием мультимедиатехнологий При подобной организации лекционного курса восприятие теоретического материала проходит более эффективно, т. к. одновременно используются различные способы подачи материала: на слух (лектор), через зрительное восприятие - электронный учебник и мультимедиатехнологии, чтение (пособие), концентрация основных знаний («скелет» курса) и сочетание теории и практики («сквозные» задачи). Организация и содержание лекционного курса, практических занятий, расчетно-графических работ, консультаций, самостоятельной работы студентов и экзамена ориентированы на обучение студентов эффективной профессиональной деятельности и на этой базе - на выявление творчески одаренных личностей. Организация системного, индивидуального и систематического процесса обучения на базе современных мультимедиатехнологий состоит из комплекса связанных и взаимно дополняющих друг друга блоков: 2. Практические занятия ориентированы на обучение методам решения основных классов задач в зависимости от выбранного абстрактного образа рассматриваемого объекта и видов механических движений и взаимодействий. «На свете есть вещи поважнее самых прекрасных открытий - это знание метода, которым они были сделаны» (Г. Лейбниц). Практические занятия представляют собой сочетание: - индивидуальных заданий, состоящих из набора задач, которые подобраны в определенном порядке по всем разделам и позволяют каждому студенту проявить свои способности, а преподавателю управлять процессом обучения; - алгоритмов решения задач по всем разделам практических занятий с комментариями и примерами, иллюстрирующими их использование, которые позволяют изучать методы решения задач при непосредственном участии студента в логических рассуждениях, построении вариантов рисунков, выборе путей решения задач (алгоритмы с комментариями и примерами их использования представлены в [1] с приложенным к нему электронным носителем); - визуализации алгоритмов решения задач с комментариями и примерами (14 алгоритмов, 35 задач), которая позволяет иллюстрировать с помощью мультимедиатехнологий механические движения объектов, методы решения задач в виде последовательных логических действий в соответствии с прохождением различных уровней алгоритмов (выделяется на схеме алгоритма подвижной красной линией), видоизменением изображения объекта и необходимыми построениями на рисунке; - отчетов по соответствующему теоретическому материалу с решением простейших задач перед рассмотрением новой темы практических занятий - без знания основных понятий, определений, теорем, принципов, формул соответствующих разделов (доказательства их получения не приводятся) - элементов «скелета» курса невозможно осмысленное решение задач, особенно с использованием методик их решения, представленных в виде алгоритмов; - самостоятельной работы студентов в ходе практических занятий с использованием алгоритмов решения задач с участием преподавателя в качестве консультанта. Развитие умений при таком подходе реализуется более эффективно, т. к. сочетаются различные методы: персонификация заданий (индивидуальный набор задач), алгоритмизация методов решения задач (алгоритмы с комментариями и примерами), визуализация процессов решения задач с комментариями и примерами (мультимедиатехнологии), связь теории и практики (отчеты по соответствующему разделу практических занятий), самостоятельность (самостоятельное решение задач). 3. Расчетно-графические работы являются одной из форм самостоятельного решения студентами задач повышенной сложности и представляют собой: 1) задачи, связанные с будущей специализацией студентов; 2) автоматизированные комплексы решения задач по некоторым разделам теоретической механики; 3) учебно-исследовательские задачи в виде методических указаний, изданных в Саратовском государственном техническом университете, по курсу «Теоретическая механика»); 4) задачи, поставленные студентом самостоятельно по интересующей его проблеме; 5) научно-исследовательские задачи, предложенные преподавателем. Расчетно-графическая работа выполняется студентом и принимается преподавателем с проставлением оценки по каждой задаче в течение семестра (двух семестров) по мере рассмотрения разделов курса. В конце семестра (двух семестров) расчетно-графическая работа в виде совокупности решений всех запланированных задач и титульным листом сдается преподавателю, который ЛУЗ проставляет соответствующую оценку, а в зачетной книжке студента - зачет. Самостоятельное решение задач повышенной сложности по предложенной схеме проходит более эффективно и носит в отдельных случаях творческий характер, т. к. в зависимости от уровня подготовки студента и его желаний предлагается выполнить работу по решению задач, связанных с будущей специальностью студента, с использованием мультимедиатехнологий (автоматизированные комплексы), а также с решением самостоятельно поставленных и научно- или учебно-исследовательских задач. 4. Консультации, как форма помощи преподавателя студенту, проводятся в основном в индивидуальной форме (2-3 раза в неделю в соответствии с расписанием) по следующим направлениям: 1) ответы на вопросы студента, возникшие в связи с решением задач индивидуальных заданий и расчетно-графических работ; 2) отчеты по теоретическому материалу, необходимому для решения задач в случаях, если студент не сдал отчет во время практических занятий; 3) отчеты по решенным задачам индивидуальных заданий и расчетно-графических работ, если они не сданы во время практических занятий; 4) отчеты по теоретическому материалу с использованием лекций, пособий, учебников в случае пропуска студентом лекций независимо от причин; 5) консультации по вызову для студентов, испытывающих затруднения в процессе обучения и имеющих пробелы в знаниях и умениях. Групповые консультации проводятся в течение семестра по просьбе значительной группы студентов, а также в предэкзаменационный период. При соблюдении предложенной схемы передача знаний и умений вне аудиторных занятий проходит более эффективно, т. к. сочетаются различные формы консультирования: вопросы, отчеты (три типа отчетов: по разделам теории, решенным задачам, лекциям) и по вызову. 5. Самостоятельная работа студентов должна быть результатом естественной, осознанной необходимости в получении знаний и умений, а не результатом администрирования. Студент сам должен оперировать учебным содержанием. Только в том случае, если оно осваивается осознанно, развивается интеллект, формируется способность к самообучению, самообразованию, самоорганизации. «То, что вы вынуждены открыть сами, оставляет в вашем уме дорожку, которой вы можете снова воспользоваться, когда в этом возникнет необходимость» (Г. Лихтенберг). Чтобы оставить в уме такую «дорожку», необходима самостоятельная работа студента, реализации которой способствует сочетание: - права студентов изучать теоретический курс самостоятельно, т. е. иметь право на свободное посещение лекций, но не на свободное изучение теоретического материала (студент, заявивший заранее об изучении им теоретического курса самостоятельно, должен отчитываться в той или иной форме по пройденному материалу не реже одного раза в месяц); - изучения некоторых разделов теоретического курса самостоятельно и включения в экзаменационные билеты вопросов по этим разделам (знание студентом таких разделов является одним из показателей его самостоятельной работы и одним из главных критериев для получения высшей экзаменационной оценки); - использования алгоритмов решения задач с комментариями и примерами и их визуализации (мультимедиатехнологии) для решения задач индивидуальных заданий и расчетно-графических работ, что помогает студенту освоить методы решения основных классов задач, формируя логическую, целесообразную, последовательную, универсальную и вероятностную систему мышления, предоставляет студенту возможность самостоятельно рассматривать и оценивать все вероятные пути решения, выбирая из них те, которые соответствуют условиям задачи, при этом исключается необходимость найти единственно верный ответ среди принципиально ошибочных, как это имеет место в вопросниках программированного контроля; - решения задач, самостоятельно поставленных студентом, которые отражают какой-либо реальный объект, процесс, желательно связанный с его будущей специальностью; - проведения консультаций, в основном индивидуальных, которые, так же как и решение задач индивидуальных заданий, способствуют проявлению самостоятельности студентов, выявлению их способностей, творческих возможностей и перспектив дальнейшей деятельности. Таким образом, создание условий, способствующих самостоятельной работе и повышающих интерес к учебе, реализуется более эффективно, т. к. студенты имеют возможность свободно посещать лекции, изучать некоторые разделы самостоятельно, использовать алгоритмы и их визуализацию (мультимедиатехнологии), решать самостоятельно поставленные задачи, посещать консультации различных форм. 6. Экзамен, являясь итоговой проверкой эффективности функционирования системы «студент - преподаватель - администрация», позволяет определить уровень знаний и умений студента, труда преподавателя и администрации. Так как экзамен проводится так называемым «открытым способом», с одновременным участием всех студентов, он позволяет студенту еще раз повторить, проанализировать весь курс, а преподавателю - проиллюстрировать причинно-следственную связь всех разделов курса. Результаты систематического семестрового труда студента учитываются на экзамене следующим образом: - студент освобождается от ответа на экзамене, но не от участия в экзамене, который проводится «открытым способом», если в течение семестра, имея в основном оценки «отлично» и «хорошо» за отчеты по теории, решению задач индивидуальных заданий и расчетно-графической работы, имеет изложение «скелета» курса с основными понятиями, определениями, теоремами, принципами, формулами и был победителем или призером олимпиады по теоретической механике (категория «люкс»); - студент освобождается от ответа на экзамене по некоторым разделам, если в течение семестра он имел в основном оценки «отлично» и «хорошо», имеет изложение «скелета» (как и в предыдущей категории), был участником олимпиады по теоретической механике и набрал достаточно большое количество баллов (1-я категория); - студент сдает экзамен по билету, если в течение семестра он имел положительные оценки за сдачу отчетов по теории, решение задач индивидуальных заданий и расчетно-графической работы и имеет изложение «скелета» (2-я категория); - студент сдает экзамен по билету с предварительным отчетом по «скелету», если отсутствует его изложение и (или) решение одной или двух задач по тем разделам, которые не были сданы в течение семестра, при условии, что решены задачи расчетно-графической работы (3-я категория); - студент не допускается к сдаче экзамена, если отсутствует изложение «скелета» и студент не может по нему отчитаться и (или) не сданы отчеты по теории и решения задач более двух разделов, и (или) не решены задачи расчетно-графической работы (нулевая категория). «Открытый способ» проведения экзамена предполагает одновременное участие всех студентов, использование мультимедиатехнологий и состоит, в зависимости от той категории, которую получил студент, из следующих этапов. На первом этапе студенты, классифицированные по 3-й категории, отчитываются лектору по «скелету» курса и (или) по разделам, которые не были сданы в течение семестра (не более 2-х разделов) и классифицируются либо по 2-й, либо по 0-й категории. На втором основном этапе студенты, классифицированные по 1-й и 2-й категориям (в том числе и переведенные из 3-й категории), получают экзаменационные билеты с двумя вопросами. Порядок ответов с использованием предоставленных преподавателем мультимедиатехнологий определяется порядком изложения теоретического материала на лекциях. Студент сам выбирает необходимые ему материалы в электронной версии лекционного курса. Во время изложения студентом теоретического материала с использованием мультимедиатехнологий другие студенты выполняют роль оппонентов и, если необходимо, помогают отвечающему (подсказывают, исправляют неправильный или неточный ответ). Эта взаимопомощь не уменьшает возможность каждого получить высокую оценку. В результате студенты имеют возможность в более полной форме с помощью мультимедиатехнологий продемонстрировать свои знания и умение размышлять, что исключает случайность, которая всегда связана с ответом только по своему билету, и ограниченность (отсутствие доказательств и наличие неверных результатов) сдачи экзаменов в виде тестов. Теоретический материал, который не достался ни одному студенту, в порядке его расположения в лекционном курсе излагает кратко либо лектор, либо кто-то из студентов по желанию. На третьем этапе студент может повысить оценку, ответив на дополнительный вопрос. Таким образом, экзамен, проходящий в три этапа, с использованием мультимедиатехнологий на третьем этапе, не только выполняет роль оценки полученных студентом знаний и умений, но и дает возможность представить всем студентам, участвующим в экзамене, целостную картину всего курса, причинно-следственную связь всех его разделов и основные направления использования полученных знаний и умений. 7. Для эффективной организации системного, индивидуального и систематического учебного процесса студент, преподаватель и администрация должны подчиняться дисциплине, но дисциплине не в том смысле, чтобы заставить работать, а в том, чтобы согласованно работать в течение всего учебного процесса. Для глубокого изучения материала студент в идеале должен интересоваться им, находить удовлетворение в самом процессе его изучения. Но, кроме такой мотивации, должна быть мотивация, вызванная систематическим стимулированием деятельности студента (наказание - худший из методов мотивации). Чтобы стимулирование было справедливым, студент должен заранее знать фиксированные параметры обучения (учебный план, необходимую информацию и т. д.), требования, предъявляемые к нему в учебном процессе, и свои права. В процессе обучения студент имеет следующие обязанности и права, которые соответственно связаны с правами и обязанностями преподавателя и созданными администрацией вуза условиями их реализации: - студент обязан посещать лекции (кроме случая, когда он заранее заявил о самостоятельном изучении теоретического материала), практические занятия, т. к. в противном случае он должен будет или отчитаться по соответствующему материалу, или получить дополнительный вопрос на экзамене; - студент имеет право на свободное посещение лекций, т. е. самостоятельно изучать теоретический материал, если он в начале семестра сообщил лектору о своем желании, но при этом он не имеет права на свободное изучение материала (в отличие от студента заочной формы обучения) и должен регулярно (примерно раз в месяц) отчитываться лектору с использованием пособий, учебников, чужих записей лекций; - студент обязан в сроки, установленные преподавателем, отчитаться по соответствующему теоретическому материалу в начале каждой темы практических занятий (оценка проставляется в ЛУЗ), и, если студент не отчитался по теории или получил неудовлетворительную оценку на опросе, у него не принимается отчет по решению задач индивидуального задания до тех пор, пока он не получит положительную оценку за знание соответствующего теоретического материала; - студент обязан решить определенное количество задач индивидуального задания каждой темы (не менее 60 % задач индивидуального задания) в заранее установленный преподавателем срок (оценка определяется по заранее объявленным правилам в зависимости от количества и качества решенных задач и проставляется в ЛУЗ); - студент, не выполнивший два предыдущих требования, имеет право проконсультироваться у преподавателя и обязан, не приступая к выполнению индивидуального задания следующей темы, выполнить индивидуальное задание по соответствующей теме и отчитаться по теоретическому материалу; таким образом, только после достижения поставленной цели - знания теории, умения решать задачи определенной темы студенту предлагается следующая цель - следующая тема, т. е. выполняется принцип последовательности овладения знаниями; - студент обязан выполнить расчетно-графическую работу в порядке предложенных преподавателем задач, в противном случае он не допускается к теоретическому зачету или экзамену; - студент имеет право изменить сроки проведения отчетов, заранее установленных преподавателем, по согласованию с ним, сохранив порядок их выполнения, в случае сложившихся объективных причин (болезнь, участие в каких либо официальных мероприятиях и т. п.); - студент имеет право как на индивидуальные, так и на групповые консультации в течение семестра, причем время проведения групповых консультаций согласовывается старостой группы с преподавателем; - студент имеет право на экзамене на дополнительный вопрос (чаще всего из тех разделов, которые изучаются самостоятельно), если он имеет желание повысить оценку; - студент имеет право выбирать альтернативные процедуры обучения. Студенты, несмотря на разный уровень способностей к обучению, выполняя обязанности и используя права, будучи «тружениками (тружеником - у В. А. Сухомлинского) в сфере мысли», могут овладеть при желании всем учебным материалом, различие будет заключаться лишь в оптимально подобранных для них условиях и во времени, затраченном каждым из них. 8. Листок учета знаний является информационным отражением учебного процесса, в котором фиксируются труд, знания и умения студента, труд, мастерство и энергия преподавателя. Любой студент может заполнять одновременно с преподавателем ЛУЗ для себя, т. е. все сведения являются прозрачными: посещение лекций и практических занятий, темы практических занятий, количество задач в индивидуальных заданиях и расчетно-графической работе, сроки их решения, виды участия в консультациях, в том числе предэкзаменационных, количество решенных задач индивидуальных заданий, оценки за отчет по теоретическому материалу, решения индивидуальных и расчетно-графических задач, рейтинг, результаты коллоквиумов, зачетов и экзаменов. Неудовлетворительные оценки за работу в течение семестра отсутствуют. Если студент не выполнил определенное задание, то в соответствующей графе отсутствуют какие-либо пометки (образец ЛУЗ приведен на рис. 2). Рис. 2. Листок учета знаний При проведении преподавателем промежуточной аттестации определяется рейтинг студента по десятибалльной системе, который проставляется в ЛУЗе. По окончании сессии определяется окончательный рейтинг студента - как сумма баллов, полученных им в течение семестра с учетом промежуточного рейтинга и оценки за экзамен, которая удваивается. По результатам окончательного рейтинга определяются 1-й, 2-й … n-й студент потока. Эти сведения передаются на выпускающую кафедру. В дальнейшем возможен учет результатов окончательного рейтинга как при дальнейшем обучении, так и при выделении стипендии. В предложенной системе обучения лектор, кроме чтения лекций, отвечает за комплексный подход к учебному процессу или, другими словами, за организацию учебного процесса на потоке, в группе, с каждым студентом. Преподаватель, ведущий практические занятия, отказавшись от роли солиста, становится наставником, консультантом, методистом, формирующим у студента профессиональные умения и навыки. Организация системного, индивидуального и систематического процесса обучения позволяет создать оптимальные условия для обучения каждого студента, поднять общий уровень профессиональных знаний студента и выявить наиболее способных, творчески одаренных. В этой работе нельзя ждать сиюминутного результата, особенно от осуществления отдельных принципов и разрозненных действий. Только системная, индивидуальная и систематическая работа с высоким уровнем требовательности и полной оперативной взаимосвязью всех участвующих в учебном процессе звеньев даст положительные результаты: «… Педагогический эффект каждого средства воздействия на личность зависит от того, насколько продуманы, целенаправленны другие средства воздействия» (В. А. Сухомлинский). Предложенная организация учебного процесса не только повышает качество подготовки каждого студента, но и воспитывает этого студента, развивая в нем те качества, без которых немыслим будущий специалист: профессионализм, умение размышлять и использовать современные мультимедиатехнологии, самостоятельность, творческая активность и инициатива, организованность, ответственность.
1. Dzhashitov A. E. Teoreticheskaya mehanika: Osnovy teorii, algoritmy resheniya zadach s vizualizaciey / A. E. Dzhashitov, Yu. V. Chebotarevskiy, V. P. Glazkov. M.: ILEKSA, 2013. 383 s.
