автореферат и диссертация по педагогике 13.00.08 для написания научной статьи или работы на тему: Интегративно-модульная модель виртуального лабораторного практикума при дистанционном бучении в вузах МЧС России

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Степанов, Роман Александрович, 2011 год

Введение.

Глава 1. Развитие педагогических технологий реализации интегративно-модульной модели лабораторного практикума при дистанционном обучении в вузах МЧС России

1.1. Интеграция как компонент современного дистанционного обучения, предпосылки ее появления

1.2. Роль и место лабораторного практикума в инженерно-техническом образовании.

1.3. Анализ состояния разработки проблемы организации лабораторного практикума в заочном и дистанционном инженерном образовании.

1.4. Структура и параметры компьютерно-моделирующих комплексов с эмуляцией лабораторных измерений.

1.5. Условия эффективного использования сетевых технологий проведения лабораторного эксперимента.

Глава 2. Экспериментальное исследование процесса дистанционного обучения в вузах МЧС России на основе использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума.

2.1. Организация и методика исследования проблемы применения интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума в дистанционном учебном процессе вузов МЧС России

2.2. Анализ возможных вариантов организации лабораторного практикума при дистанционном обучении в пожарно-технических вузах

2.3. Требования к методической поддержке выполнения расчетно-экспериментальных заданий на компьютерное моделирование.

2.4. Разработка программы эксперимента по использованию в дистанционном учебном процессе виртуального лабораторного практикума

2.5. Анализ результатов эксперимента по использованию виртуального лабораторного практикума "Гидравлика" в дистанционном учебном процессе.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Интегративно-модульная модель виртуального лабораторного практикума при дистанционном бучении в вузах МЧС России"

Актуальность темы. Основным критерием научно-технической деятельности выпускников пожарно-технических университетов становится способность и готовность создавать новые поколения техники и устройств, востребованных особенностями службы в подразделениях Государственной противопожарной службы, что невозможно без разработки соответствующих деятельпостных технологий обучения. В связи с этим в пожарно-технических вузах широко обсуждаются проблемы соотношения научного и технологического образования в сторону признания большего приоритета за технологическим образованием. Конкретные разработки дидактических, психологических и педагогических аспектов дайной проблемы всегда востребованы, поэтому исследования в данной области являются актуальными и составляют основную цель настоящей диссертации, где также уделяется большое внимание физическому содержанию инновационных технологических задач, возникающих в будущей профессиональной деятельности пожарных-спасателей.

Вместе с тем проблема фундаментализации образования также всегда была приоритетной. Особое внимание данному вопросу уделяется в работах А.А.Вербицкого, А.Д.Гладуна, Ю.А.Гороховатского, В.М. Зеличенко, Н.И.Кудрявцева, В.В. Лаптева, А.Н.Мансурова, В.М. Монахова, В.И. Николаева, Э.Д.Новожилова, Н.С.Пурышевой, В.В. Обухова, Е.А. Румбешта, В.А.Стародубцева, В.В.Тихомирова, Н.В. Шароновой, М.Б.Шапочкина, В.Д.Шадрикова, Т.Н. Шамало и др. При решении этой проблемы возникает вопрос о соотношении фундаментальных основ и содержания технических задач будущей профессиональной деятельности выпускников пожарно-технических вузов МЧС России. [117]

Возможное превращение пожарно-технических университетов в инновационные добавляет к рассматриваемой проблеме вопросы, формирующие умение работать со знаниями, информацией и технологиями: находить и формировать их, оценивать, структурировать, организовывать и преобразовывать. Эти вопросы можно решить, применяя новые информационные технологии в процессе дистанционного обучения. Фундаментальное пожарно-техническое образование должно и остается таковым при любых реорганизациях естественно-научных и общетехнических курсов. Однако методология и методики дистанционного обучения могут и обязаны изменяться в соответствии с требованиями времени. Причины данного изменения вполне объективны и очевидны, но всегда требуют тщательного исследования на информационно-психологическом и педагогическом уровнях.

Достижение высокого качества инновационного пожарно-технического образования возможно при условии применения соответствующего компьютерного обеспечения, а изменение содержания деятельности слушателей и студентов может обеспечить проблемно-ориентированный подход к построению дистанционного учебного процесса. Такой подход требует частичного отказа от репродуктивно-алгоритмического метода обучения, который может быть преобразован, сохраняя свои лучшие традиции, посредством совершенствования системы управления самостоятельной познавательной деятельностью по конкретным дисциплинам. [30]

Говоря о проблемно-ориентированном информационно-деятелъностном подходе к дистанционному обучению сотрудников Государственной противопожарной службы, мы понимаем такую методическую систему, которая основана на проблемном обучении с использованием средств новых информационных технологий и деятелъностного подхода.

При данном подходе в учебный план включаются предметы, методологически формирующие умение работать со знаниями, информацией и технологиями: находить и формировать их, оценивать, структурировать, организовывать и преобразовывать. Эти задачи можно решить в рамках фундаментальных дисциплин, посредством усовершенствованного экспериментального сопровождения курсов.

Проблемно-ориентированный информационно-деятельностный подход к дистанционному обучению, построенный на соответствующих методических, психолого-педагогических и дидактических принципах, способен выполнить поставленные задачи, чем и вызвано появление данной диссертации, основанной на исследованиях автора в рассматриваемой области. Эти исследования базируются па фундаментальных работах российских ученых педагогов, психологов, физиков. Отечественная школа российских ученых Б.С. Гершунского, СЕ. Каменецкого, Б.М. Яворского, Н.С. Пурышевой, В.Я. Синенко позволяет эффективно внедрять такое обучение в новом информационном XXI веке.

Кроме того, такой подход делает актуальным исследование проблемы использования экспериментальных задач на лабораторно-практических занятиях в пожарно-техническом университете как одного из аспектов совершенствования профессиональной подготовки будущего инженера пожарной безопасности. Вопросы методики деятельностного обучения решению экспериментальных задач также рассмотрены в фундаментальных работах В.Я. Синенко, С.С. Мошкова, Н.В Шароновой, Т.Н. Шамало и др. [108]

Немало значимых исследований в теории и методике обучения естественно-научным и техническим дисциплинам в общетеоретическом плане проведено C.B. Бубликовым, A.C. Кондратьевым, С.Е. Каменецким, В.В. Лаптевым, Н.С. Пурышевой, В.Г. Разумовским, A.B., Усовой, Н.В. Шароновой и другими исследователями. На основе результатов их работ решен ряд задач, связанных с подготовкой студентов в техническом университете (А.Е. Айзенцон, Г.В. Ерофеева, JI.B. Масленникова, И.А. Мамаева, A.A. Червова и другие), в том числе касающихся применения информационно-коммуникационных технологий, системного подхода на основе информационно-коммуникационных технологий, лабораторного практикума, обучения решению задач с профессиональным содержанием, поиска оптимального сочетания фундаментального и профессионально-направленного обучения. [48]

Следует особо подчеркнуть, что отечественная педагогика всегда устанавливала тесную взаимосвязь между совершенствованием деятельности и формированием личности обучаемых. Только при включении обучаемого в активную учебную деятельность, адекватную содержанию и целям обучения и воспитания, можно сформировать личность. Обоснование принципа единства познания и деятельности содержатся в фундаментальных исследованиях ведущих отечественных психологов: Л.С.Выгодского, П.Я.Гальперина, А.Н. Леонтьева'^. С.Л.Рубинштейна, А.А.Смирнова, В.М.Теплова, Н.Ф.Талызиной и др. [166]

В этой связи, П.И. Пидкастый, говоря о взаимосвязи сознания и деятельности, писал: «Специфическая особенность человеческой деятельности заключается в том, что сознательная и целенаправленная деятельность. В ней и через нее человек регулирует свои цели, объективирую свои замыслы и идеи в преобразуемой им действительности. Вместе с тем объективное содержание предметов, над которыми он оперирует, и общественной жизни, в которую он своей деятельностью включается, входит определяющим началом в психику индивида. Значение деятельности в том прежде и заключается, что в ней и через нее устанавливается двойственная связь между человеком и миром, благодаря которой бытие выступает как реальное единство и взаимопроникновение субъекта и объекта» [129]

Специфической потребностью и мотивом учебной деятельности человека является овладение теоретическим отношением к действительности и соответствующими ему способами ориентации в ней. Предметным содержанием учебной деятельности выступают взаимосвязанные формы теоретического сознания людей (научного, художественного, нравственного, правового). В основе создания людьми всех форм теоретического сознания лежит диалектическое мышление.

Существует мнение, что еще одной характеристикой учебной деятельности является то, "что приобретаемый человеком опыт не открывается им в исследовательском процессе, а получается в готовом виде от других участников этой деятельности". [77]

Этот же автор отмечает, что "в действительности не существует ситуации усвоения социального опыта, в которой учащийся был бы полностью избавлен от выполнения исследовательских элементов, более того они составляют в его деятельности несравненно большую часть, чем собственно познание." Таким образом, нам кажется, что автор противоречит сам себе. Мы считаем более приемлемым второе высказывание.

Последняя особенность учебной деятельности связана с тем, что действия познающего лица ограничиваются выполнением лишь ее основного функционального компонента, тогда как вся сумма подготовленных функциональных компонентов этой деятельности передана обучающему лицу.

Многие дидакты и философы прошлого (Платон, Аристотель, Я.А. Коменский, И.Г.Песталоцци, К.Д.Ушинский и др.) отмечали, что развитие и образование ни одному человеку не могут быть даны или сообщены. Всякий, кто желает научиться чему-либо, должен достигнуть этого собственной деятельностью, собственными силами, собственным напряжением. То есть главные усилия педагогов должны были направлены на то, чтобы научить обучаемого учиться, то есть самостоятельно и активно добывать новые знания, умения, навыки и самостоятельно контролировать ход этого процесса. Поэтому в настоящее время для высшей школы во главу угла должна становиться задача переориентации дидактической системы высшей школы с преимущественно информационного типа обучения на обучение, позволяющее выявлять и развивать познавательные и творческие способности студентов, управлять формированием их самостоятельной активности, а так же воспитывать в этом процессе волевые и профессиональные свойства личности, обеспечивающие самостоятельную, активную, целеустремленную и, главное, результативную учебную и профессиональную деятельность учащихся [109].

Таким образом, важнейшим вопросом в решении задачи повышения эффективности и качества учебного процесса является проблема активизации и управления познавательной деятельностью обучаемого с опорой на развитие элементов самостоятельности, самоуправления и самоконтроля.

Конфуций писал: «Слышу - забываю, вижу - понимаю, делаю -запоминаю». [78] этот педагогический принцип сохраняет свою актуальность до сих пор. Поэтому при получении инженерного образования сотрудниками Государственной противопожарной службы значительное внимание уделяется формированию умений и навыков, связанных с измерением величин технических параметров и обработке результатов этих измерений. Для решения поставленных задач на дисциплинах общенаучного и общетехнического циклов в среднем от 15% до 25% учебного времени отводится на лабораторный практикум.

Традиционная технология организации и проведения лабораторного практикума по дисциплинам общенаучного и общетехнического циклов при заочной форме обучения предполагала проведение лабораторных работ только во время пребывания слушателей в стенах учебного заведения в течение лабораторно-экзаменационной сессии, что существенно увеличивало ее продолжительность. При этом увеличивались затраты на обучение и отрыв военнослужащих от выполнения ими своих должностных обязанностей. С точки зрения оптимизации процесса обучения подобная технология представляется далеко не самой удачной, так как слушатели выполняют значительное количество лабораторных работ по различным учебным дисциплинам в ограниченный отрезок времени. Как показывает анализ плана обучения, на различных курсах, в течение 10-15 дней слушатели должны выполнить от 20 до 30 лабораторных работ, что в сочетании с написанием 4-5 письменных контрольно-проверочных работ и защитой 3-4 курсовых работ и проектов создает непосильную нагрузку на обучаемых. В таких условиях преподавателям не всегда удается добиться от слушателей соответствующей подготовки к проведению лабораторных работ, что, в свою очередь сказывается на качестве подготовки сотрудников Государственной противопожарной службы.

Развитие информационных технологий привело к появлению понятия "виртуальный лабораторный практикум", в основе которого лежит имитационное компьютерное моделирование. Основные способы использования виртуального лабораторного практикума в учебном процессе:

- в качестве компьютерного "тренажера" для подготовки к выполнению практикума в реальной лаборатории (при этом программы компьютерного и физического экспериментов, как правило, одинаковы);

- как дополнение к реальному практикуму, предусматривающее такие компьютерные эксперименты, которые по различным причинам (техническим, финансовым, организационным и т.п.) не могут быть реализованы на физическом оборудовании.

Использование виртуального лабораторного практикума в качестве компьютерного "тренажера" позволяет обучающемуся лучше подготовиться к проведению физического эксперимента, глубже уяснить исследуемые эффекты, приобрести навыки работы с измерительными приборами (в случае, если виртуальный практикум включает компьютерные модели измерительных приборов, близкие по своим свойствам к свойствам реальных приборов). Обычно такой подход можно рекомендовать для слушателей и студентов заочно-дистанционной формы обучения, поскольку он не только способствует лучшему усвоению изучаемого материала, но и позволяет сократить продолжительность выполнения практикума в реальной лаборатории в период пребывания в стенах учебного заведения. [120]

Если виртуальный лабораторный практикум используется как дополнение к реальному практикуму, то он должен быть ориентирован на проведение исследований повышенного уровня сложности или исследований, требующих дорогостоящего оборудования, которым не располагает университет.

По технологиям создания виртуального лабораторного практикума можно выделить следующие основные варианты.

1. Виртуальный лабораторный практикум на основе универсальных пакетов программ, обеспечивающих возможность применения в широком спектре предметных областей. Примером может служить система Lab VIEW фирмы National Instruments. Универсальные пакеты содержат обширные библиотеки элементов, предназначенных для разработки виртуальных интерфейсов физических приборов и лабораторных установок.

2. Виртуальный лабораторный практикум на основе специализированных предметно-ориентированных пакетов программ, предназначенных для сравнительно ограниченного набора предметных областей. В качестве примера отметим систему Multisim фирмы Electronics Workbench, созданную для моделирования электронных схем, систему ChemOffice фирмы Cambridge So ft, предназначенную для моделирования и анализа химических процессов и т.п. Так же как и в предыдущем случае, программное обеспечение данного класса представляет собой универсальную среду, предназначенную для решения прикладных задач пользователя.

3. Виртуальный лабораторный практикум на основе Java-апплетов. В отличие от предыдущих случаев, где пользователь (преподаватель) обычно работает в режиме графического программирования, процесс создания Java-апплетов является гораздо более трудоемким и требует программирования в кодах. Тем не менее, данная технология имеет и определенные достоинства, особенно когда речь заходит о виртуальном лабораторном практикуме, предназначенном для сетевого применения. Так, например, приложения, создаваемые в системе Lab VIEW, занимают примерно 2,5-3 Мбайт памяти, а типичный размер виртуальной лабораторной работы на основе Java-anroieTa - десятки-сотни килобайт. [132]

Развитие сетевых компьютерных технологий привело к появлению лабораторного практикума, реализуемого в режиме удаленного доступа к реальному оборудованию. Учитывая, что реализация удаленного доступа к реальному оборудованию связана с решением ряда проблем (необходимостью сопряжения лабораторного макета с персональным компьютером, обеспечением надежной защиты оборудования от возникновения аварийных режимов, низкой эффективностью использования оборудования из-за невозможности в ряде случаев реализовать коллективный доступ и т.д.), данная технология имеет достаточно много оппонентов. Тем не менее, она тоже имеет свое право на существование, а в ряде случаев [1] имеет очевидные преимущества перед виртуальным лабораторным практикумом.

Известный педагог Д.В.Чернилевский писал: "Пора перестать учить человека тому, чему он ¿может научиться сам". Эта мысль актуальна как никогда применительно к проблемам дистанционного обучения в инженерно-технических вузах МЧС России, так как одну из основ обучения будущего инженера пожарной безопасности составляет лабораторный эксперимент, при проведении которого ставится задача формированию умений и навыков, связанных с измерением величин технических параметров и обработке результатов этих измерений.

Условиями успешного решения этих задач может быть использование виртуального лабораторного практикума однако для этого необходимо:

- разработка оптимальной структуры, а также необходимой методической поддержки виртуального лабораторного практикума, позволяющие слушателям выполнять виртуальный лабораторный эксперимент самостоятельно во внеаудиторный период обучения;

- нахождение путей и методов интенсификации виртуальных лабораторных занятий за счет более качественной подготовки слушателей путем внедрения в педагогическую практику индивидуальных комплексных заданий, содержащих как расчетную, так и экспериментальную компоненты;

- разработка необходимой методической поддержки, позволяющей обеспечить документирование и пересылку результатов выполнения индивидуальных заданий на лабораторный эксперимент в соответствующие подразделения вуза МЧС России с использованием имеющихся телекоммуникационных средств комплектующих органов.

Значительная педагогическая значимость поставленной проблемы, ее недостаточная теоретическая разработанность в психолого-педагогической литературе, потребность учебных заведений МЧС России в практических рекомендациях по использованию современных информационных технологий в дистанционном обучении обусловили выбор темы исследования, определили цель, объект и предмет исследования.

Цель исследования - разработка современной педагогической модели виртуального лабораторного практикума, позволяющей повысить качество дистанционного обучения сотрудников Государственной противопожарной службы.

Объектом исследования явился процесс дистанционного обучения специалистов в высших учебных заведениях МЧС России.

Предмет исследования - нахождение условий и поиск путей повышения эффективности дистанционного обучения в вузах МЧС России на основе применения интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума.

В процессе исследования была выдвинута рабочая гипотеза: эффективность дистанционного обучения в вузах МЧС России повысится, если:

- будет использована интегративно-модульная модель виртуального лабораторного практикума, при которой содержание лабораторных экспериментов будет связано по условиям их выполнения и результатам;

- форма и содержание предлабораторного коллоквиума будут зависеть от результатов защиты предыдущего лабораторного эксперимента;

- результаты выполнения лабораторного эксперимента будут исходным материалом для последующего расчетного задания, при этом существенную часть содержания расчетного задания будет обработка результатов виртуального лабораторного эксперимента;

- формой тематического контроля будет совместная защита результатов лабораторного эксперимента и содержания выполненного расчетного задания.

Цель исследования и сформулированная рабочая гипотеза обусловили следующие задачи:

1. Проанализировать возможности уже существующего отечественного и зарубежного опыта использования современных информационных технологий в дистанционном учебном процессе вузов МЧС России.

2. Спроектировать целостный дистанционный процесс проведения виртуального лабораторного практикума на основе интегративно-модульной модели, предусматривающей реализацию субъект-субъектного, личностно-деятельностного, ориентационно-прогностического, конструктивно-содержательного подходов и применение личностно-ориентированных педагогических технологий.

3. Сформулировать и обосновать психолого-дидактические требования к комплекту электронных учебно-методических материалов, использующих виртуальные технологии проведения лабораторного эксперимента с учетом специфики функционирования дистанционного процесса обучения в вузах МЧС России.

4. Сформировать необходимые комплекты методической документации и соответствующего программно-компьютерного сопровождения дистанционного учебного процесса Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России в виде информационно-коммутирующей оболочки при внедрении интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума по дисциплине «Гидравлика».

5. Цодтвердить экспериментально эффективность дистанционного процесса проведения виртуального лабораторного практикума в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России на основе интегративно-модульной модели.

Методологической основой исследования явились:

- философские, психологические и педагогические концепции познавательной деятельности обучаемых при самостоятельной работе над учебным материалом (В.П. Беспалько, А.Э. Болотин, В.П. Давыдов, Т.А. Ильина, Н.В. Кузьмина, Н.Ф. Талызина, В.А. Якунин и др.);

- дидактические и психологические закономерности в учебном процессе (Ю.Г. Баскин, П.Я. Гальперин, A.A. Грешных, Н.Г. Винокурова, О.Ю. Ефремов, Ю.Н. Кулюткин, C.B. Литвиненко, Я.А. Пономарев, В.Н. Пушкин, Л.С. Узун, В.А. Щеголев и др.);

- применение законов кибернетики как наиболее общей теории управления учебным процессом (B.C. Артамонов, А.И. Берг, Н. Винер, В.Д. Никандров, У.К. Ричмонд, И. Столуров и др.);

- системный подход в изучении педагогических явлений (И.В. Блауберг, В.П. Загвязинский, Ю.А. Конаржевский, К.К. Платонов, М.Н. Скаткин, В.Я. Слепов, Н.Ф. Феденко, А. Файоль и др).

В процессе исследования использовались:

1. Методы теоретического анализа: сравнительно-сопоставительный, ретроспективный, моделирование.

2. Эмпирические методы: анкетирование, тестирование, наблюдение, самооценка, обобщение независимых характеристик, изучение и обобщение педагогического опыта, констатирующий и формирующий эксперименты.

3. Технические методы: запись на магнитные носители параметров обращений к опциям используемого программного продукта.

4. Математические и статистические методы обработки экспериментальных данных, в том числе: контент-анализ, метод ранжирован ия.

Логика исследования:

Исследование проводилось в три взаимосвязанных этапа в период с 2008 по 2011 годы.

На первом этапе (2008-2009 гг.) проводилось изучение педагогической, психологической, методической и технической литературы по исследуемой проблеме, производилось теоретическое обоснование темы и определение задачи проводимого исследования, сформулирована рабочая гипотеза исследования.

На втором этапе (2009-2010 гг.) в теоретическом плане было проведено уточнение гипотезы исследования, структуировапис связей между компонентами предлагаемого программного продукта и методическим обеспечением. Практический аспект исследования состоял в разработке программы и проведении констатирующего и формирующего экспериментов, была проведена программная реализация бета-версии информационно-коммутационной оболочки "Гидравлика".

На третьем этапе (2010-2011 гг.) в теоретическом плане произведено уточнение и доработка предлагаемых условий эффективного использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума. В практическом плане - проведение контрольного измерения эффективности использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума, а так же программная реализация уточненных версий информационно-коммутационной оболочки "Гидравлика".

На заключительном этапе был проведен теоретический анализ результатов исследования и оформление диссертационной работы.

На защиту выносится:

- система приоритетов организации дистанционного проведения виртуального лабораторного практикума, включающая: системность построения, структурированность, воспроизводимость результатов, поэтапное усложнение содержания экспериментов, возможность оптимизации системы структурных требований, планируемую эффективность, согласованность содержания с рабочей программой, согласованность мотивационного компонента с инструментарием диагностики и контроля;

- структура и связи интегративпо-модульной модели виртуального лабораторного практикума, предусматривающие: открытую архитектуру программного комплекса для обеспечения качественных, имитационных и количественных экспериментов, системное квантование и нелинейность в подаче нового материала, когнитивную визуализацию интерфейса, использование реперных точек для определения границы применимости полученных результатов, поддержку процессов контроля и самоконтроля;

- оптимальная форма реализации информационно-коммутационной оболочки в виде сайта многооконной компоновки с оригинальной структурой внутренних связей, позволяющего обеспечить непосредственный переход к виртуальным лабораторным экспериментам, инструментам обработки их результатов, контроля и самоконтроля, главам электронного учебного пособия, необходимым справочным материалам.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

1. Разработана структура интегративных индивидуальных заданий на проведение виртуального лабораторного эксперимента, выполнение которых обусловливает эффективность самостоятельной работы по изучению дидактических единиц рабочей программы учебной дисциплины.

2. Определена структура необходимых внутренних интерактивных связей информационно-коммутационной оболочки применительно к задачам обеспечения процесса выполнения виртуального лабораторного практикума слушателей и студентов дистанционной формы обучения.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что сформулирована система принципов формирования состава и содержания виртуальных лабораторных экспериментов применительно к задачам управления процессом самостоятельного освоения курса при дистанционном обучении в вузах МЧС России.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

1. На основании сформулированных в ходе диссертационного исследования психолого-дидактических требований разработан комплект учебно-методических материалов для дистанционного проведения виртуального лабораторного практикума по дисциплине «Гидравлика».

2. Методические и программные разработки, полученные при создании информационно-коммутационная оболочка «Гидравлика» были использованы при создании технических заданий на разработку аналогичных оболочек для других учебных предметов вуза: «Противопожарное водоснабжение», «Электроника и пожарная автоматика», «Теплотехника», «Основы теплотехники».

Достоверность научных положений, полученных результатов и обоснованность рекомендаций обеспечивалась исходными методологическими положениями; реализацией комплексной методики исследования; длительным характером экспериментальной работе на четко локализованной базе; использованием взаимопроверяющих независимых диагностических средств; применением методов математической статистики и возможностей современного информационного инструментария при сборе и обработке данных, полученных в ходе эксперимента; согласованностью прогнозов, сформулированных в ходе исследования и достижений педагогического опыта высших учебных заведений, а так же личным опытом преподавания.

Отличие результатов диссертационной работы от результатов, полученных другими авторами, заключается в том, что:

- сформулирована система приоритетов организации дистанционного проведения виртуального лабораторного практикума;

- сформирована структура и связи интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума;

- разработана оптимальная форма реализации информационно-коммутационной оболочки в виде сайта многооконной компоновки.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», (СПб. СПбУ ГПС МЧС России, 2009 г.).

Внедрение результатов исследования осуществлялось непосредственно в ходе формирующего эксперимента в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России. Разработанный автором программный продукт был рекомендован к использованию в учебном процессе кафедры пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства с курсантами и студентами.

Публикации. Основные положения опубликованы в 5 печатных работах, в том числе одна - в издании, рекомендованном ВАК России.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика профессионального образования"

Выводы по главе 1

1. На современном этапе качественная подготовка специалистов в пожарно-технических вузах не представляется возможной без эффективных методов проведения лабораторного практикума.

2. Для организации лабораторного практикума во время самостоятельной работы слушателей и студентов дистанционной формы обучения необходим соответствующий инструмент, которым может быть персональный компьютер со специально разработанным для этого программным продуктом.

3. Методически обоснованное и дидактически подготовленное использование виртуальных лабораторий открывает возможности попутного решения важной задачи - информационной поддержки внеаудиторной самостоятельной работы обучаемых.

Глава 2. Экспериментальное исследование процесса дистанционного обучения в вузах МЧС России на основе использования интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума

2.1. Организация и методика исследования проблемы применения интегративно-модульной модели виртуального лабораторного практикума в дистанционном учебном процессе вузов

МЧС России

Вся научно-исследовательская работа по дидактике и методикам обучения имеет конечной целью научно обосновать различные стороны дистанционного обучения. Она должна быть теоретически осмыслена, направляться определенными методологическими ориентирами.

Основной задачей исследования проблемы использования виртуальных лабораторий является добывание новых достоверных знаний об их влиянии на процесс дистанционного обучения, раскрытие объективных закономерных связей между педагогическими явлениями. Если раскрыть сущность явления, его внутреннюю структуру, его закономерные, необходимые связи с другими явлениями, то появится возможность предсказывать, а главное сознательно управлять процессом, то есть наметить такую систему педагогической работы, которая гарантирует успешное получение желательного результата, достижение намеченной цели. [110] При этом необходимо проанализировать все элементы педагогического процесса.

Наметить педагогические задачи. Любой отрезок процесса дистанционного обучения всегда нацелен на решение определенных педагогических задач. Основной педагогической задачей использования виртуальных лабораторий является повышение качество подготовки за счет интенсификации процесса самостоятельной работы слушателей и студентов с учебным материалом.

Расширить содержание дистанционного обучения. Для современного учебного процесса характерно, что содержание дистанционного обучения не сводится к перечню знаний, которым надо вооружить обучающихся. Более широко понимая цели и задачи дистанционного обучения, необходимо в содержание дистанцрюнного обучения включить, помимо знаний, так же умения и навыки, а так же типы поисковых задач, решение которых должно обеспечить развитие у обучающихся познавательной самостоятельности и творческого мышления. Основные направления расширения содержания дистанционного обучения в пожарно-технических учебных заведениях на современном этапе являются компьютерные методы сбора, хранения и обработки информации, методы решения задач на нахождение определение оптимальных соотношений параметров технических систем.

Оптимизировать деятельность преподавателя. Чтобы сделать достоянием обучающихся намеченное содержание, преподаватель-тьютор должен осуществлять соответствующую деятельность, при анализе и оценке которой необходимо обратить внимание на соответствие деятельности преподавателя поставленным педагогическим задачам, специфике содержания обучения, уровня подготовленности обучающихся, индивидуальным особенностям обучающихся, установить, в какой мере методы и приемы, используемые преподавателем, вызывают у обучающихся потребность в овладении знаниями, умениями и навыками, обеспечивают активность учебной деятельности. Повышение качества подготовки специалистов в пожарно-технических учебных заведениях невозможно без гуманизации дистанционного учебного процесса, что в свою очередь требует освободить преподавателя от рутинных, нетворческих операций для непосредственного общения со слушателями и студентами дистанционной формы обучения.

Организовать учебную деятельность обучающихся. Это важнейший элемент в структуре процесса дистанционного обучения. От характера этой деятельности зависят результаты усвоения содержания. При анализе и оценке деятельности обучаемых особенно важно установить, как они относятся к ней (работают целеустремленно, с увлечением, активно, энергично или неохотно, вяло), насколько владеют рациональными приемами воспроизводящей и поисковой познавательной деятельности, в какие отношения вступают между собой, какие нравственные качества проявляются и формируются в этих взаимоотношениях.

Оценить основные направления материального обеспечения учебной деятельности обучающегося и обучающего. При этом необходимо установить, насколько удачно и в соответствии с поставленными педагогическими задачами, особенностями содержания дистанционного обучения, уровнем подготовки и развития обучающихся подобраны и используются предлагаемые программные продукты, а так же современные технические средства, прежде всего персонального компьютера.

Оценить и проанализировать внешние условия (в которых происходит дистанционного обучение). Здесь оценивается специфика функционирования военизированного учебного заведения, особенности организации самостоятельной работы применительно к заочной и дистанционной формам обучения.

Объективная оценка результатов дистанционного обучения. При этом учитывается умение не только воспроизводить знания, но, прежде всего, самостоятельно их приобретать и применять, выявляются умения и навыки в использовании современных информационных технологий.

Анализ педагогического процесса дистанционного обучения не должен ограничивается рассмотрением и оценкой каждого элемента в отдельности. Очень важно проанализировать взаимосвязи всех его элементов: насколько удачно они взаимодействуют и обеспечивают в совокупности устойчивые положительные результаты дистанционного обучения в соответствии с поставленными педагогическими задачами.

Основные связи при исследовании влияния использования виртуальных лабораторий в учебном процессе пожарно-технических учебных заведений целесообразно представить в виде функциональной схемы.

Рис. 6. Схема организации исследования использования виртуальных лабораторий в дистанционном обучении

Методика исследования проблемы использования виртуальных лабораторий в дистанционном обучении сотрудников Государственной противопожарной службы предполагала использование модели качества подготовки специалиста в пожарно-техническом вузе МЧС России в виде иерархической системы показателей, включающей как интегральную оценку, так и показатели обучения по отдельным элементам учебного плана, ибо только качество подготовки специалиста может быть объективным критерием эффективности их обучения. При этом первичными считаются показатели нижнего уровня. [126] Это обусловлено тем, что уровень квалификации специалиста, то есть его потребительские и производственные характеристики в конечном случае определяется уровнем качества элементов, т.е. степенью усвоения определенных учебных дисциплин, и уровнем качества компонентов, т.е. уровнем владения циклами учебных дисциплин.

Используя эти принципы необходимо выделить характерный элемент характерного компонента (характерную дисциплину характерного цикла) пожарно-технического учебного заведения и на этом примере проследить, как отразится использование виртуальных лабораторий на эффективности дистанционного обучения и качестве подготовки специалиста. В качестве такого «полигона» была выбрана дисциплина «Гидравлика». Этот выбор был обусловлен следующими факторами:

- типичностью проблем, возникающих при внедрении нового вида учебных технологий: «Гидравлика» как дисциплина общеинженерного цикла обладает многими признаками как общенаучной, в силу сложности используемого математического аппарата, так и специальной дисциплины, в силу профессиональной направленности решаемых задач;

- относительно небольшой продолжительностью изучения (второй год обучения, 119 часов), что позволило провести формирующий педагогический эксперимент, полностью используя весь контингент слушателей и студентов;

- наличием двух относительно независимых разделов, что позволило в ходе формирующего эксперимента получить промежуточные результаты и оперативно скорректировать его ход;

- квалификацией кадрового состава,. обеспечивающего учебный процесс на этой дисциплине (стаж педагогической работы в высших технических учебных заведениях на момент начала эксперимента 10 лет и более);

- возможностью адаптации применительно к новым учебным задачам уже имеющегося методического обеспечения;

- наличием достаточной материальной базы для проведения эксперимента.

Жизнь, практика функционирование высшего технического учебного заведения ставят перед педагогической наукой множество разнообразных задач. Для решения каждой из них, в том числе и оценки влияния использования виртуальных лабораторий на качество дистанционной подготовки инженера пожарной безопасности, необходимо разработать свою конкретную методику, отвечающую характеру задачи и природе исследуемого явления, причем методы исследования должны быть соотнесены с намеченными этапами общей логики исследования. [90] Поэтому результаты работы по определению этапов и методов исследования зафиксированы в таблице 5.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Степанов, Роман Александрович, Санкт-Петербург

1. Где: П параметр условия задачи,

2. Примерная методика составления заданий включает следующиеэтапы:- составление эталонного задания;- решение эталонного задания;- оформление связей между эталонным заданием и вторым вариантом;- размножение второго варианта до необходимого количества.

3. К сожалению, данная методика практически не применима для составления заданий по теоретическим дисциплинам. Тем не менее, у данной методики имеются широкие перспективы применения в сфере дистанционного образования и тестирования.

4. Предлагаемая схема составления заданий представлена на рисунке 10.

5. Рис. 10. Схема взаимосвязей между заданиями лабораторной работы

6. Рассмотрим пример формирования комплексного расчетпо-экспериментального задания на примере виртуального лабораторногоэксперимента по моделированию процесса движения жидкости по трубам и пожарным рукавам.1. СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

7. Определить потери напора по разности показаний на входе и выходе линейного участка, пожарного рукава, местных сопротивлений.

8. Определить количество воды в мерной емкости, время ее заполнения, вычислить расход воды.

9. Определить число Рейнольдса (см. лаб. работу № 1).

10. Вычислить коэффициент гидравлического трения по одной из вышеприведенных формул в зависимости от числа Яе.

11. Определить коэффициент гидравлического трения на основе данных опыта по формуле1 I V2

12. Определить коэффициент сопротивления одного стандартного рукава на основе данных опыта по формуле5 =■1. О"

13. Определить коэффициенты местных сопротивлений.

14. Определить относительное отклонение расчетных величин от опытных по формуле1. Ае =1. Л™где Аоп значение опытной величины Я, 5Р, £

15. Разработка программы эксперимента по использованию в дистанционном учебном процессе виртуального лабораторного практикума