Введение

Информационно-образовательная среда (ИОС) – это средство осуществления и реализации образовательного процесса и образовательного взаимодействия, которое под воздействием информатизации стало информационным.

ИОС в рамках вуза – это программно-телекоммуникационная среда, обеспечивающая едиными технологическими средствами информационную поддержку и организацию учебного процесса, научные исследования, профессиональное консультирование слушателей вуза [1]. Обязательными являются следующие компоненты ИОС вуза:

- информационно-образовательные ресурсы: библиотечные фонды вуза; интернет-классы; кафедральные фонды (учебно-методические разработки, учебные пособия и др.); электронные учебники и пособия, демонстрации, тестовые и другие задания, образцы выполнения проектов;

- компьютерные средства обучения, включающие компьютерную технику и её программное обеспечение, а также автоматизированную систему контроля знаний;

- система управления образовательным процессом.

Актуальным для современной системы образования является разработка электронных образовательных продуктов, призванных обеспечивать поддержку интенсивных, целенаправленных и контролируемых занятий учащихся, а также тщательную, но доброжелательную проверку приобретённых знаний, умений и компетенций, оценку их системности и систематичности [2].

Задача исследования

Целью магистерской диссертации является разработка демонстрационно-обучающей системы с дистанционным доступом для поддержки дисциплин по параллельным вычислениям.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

1. выполнить анализ современного состояния проблемы;

2. провести анализ и сравнение существующих технологий для реализации системы;

3. определить наиболее эффективную технологию и выполнить разработку системы;

4. провести исследование характеристик полученной системы;

5. по результатам работы сделать выводы и сформировать рекомендации.

Актуальность разработки демонстрационно-обучающей системы с дистанционным доступом

Процесс дистанционного обучения – это контролируемая самостоятельная работа обучаемого, который выбирает удобное для себя место обучения, составляет индивидуальное расписание для себя, имеет пакет специальных средств обучения при себе плюс согласованную возможность контактных занятий с преподавателем. Дистанционное обучение можно рассматривать как целенаправленный и интерактивный процесс, где субъекты и объекты обучения взаимосвязаны друг с другом, а также взаимосвязаны со средствами обучения. Процесс образования проходит в определенной педагогической системе, в которой элементами выступают подсистемы: целей обучения, содержания обучения, средств и методов обучения, организационных форм обучения, контрольная, экономическая, правовая.

Электронное обучение имеет тот же компонентный состав: цели, обусловленные социальным заказом для всех форм обучения; содержание, также во многом определенное действующими программами для конкретного типа учебной организации, методы, организационные формы, средства обучения. Создание методического обеспечения и инфраструктуры электронного обучения строится на определенных принципах, позволяющих эффективно использовать возможности информационных технологий в процессе непрерывного образования. Можно отметить, что «основными принципами построения дистанционной модели обучения» являются:

– информационная телекоммуникационная технология обучения;

– индивидуальное учебное планирование;

– система аттестации знаний;

– академическая мобильность обучающихся.

Эффективность дистанционных образовательных программ

Эффективность дистанционных образовательных технологий возможно оценить с позиции характерных особенностей дистанционного обучения на основе следующих критериев (рис. 1):

1. Гибкость. Обучаемые по системе электронного обучения не посещают регулярных занятий в виде лекций, семинаров или лабораторных работ, а работают в удобном для себя режиме, при этом возможно параллельное с профессиональной деятельностью обучение [3].

2. Модульность. В основу учебных планов электронного обучения положен модульный принцип, что позволяет из набора независимых модулей формировать учебную программу, отвечающую индивидуальным или групповым потребностям обучаемых.

3. Экономическая эффективность. Сравнительная оценка мировых образовательных систем показывает, что электронного обучения обходится примерно в 2 раза дешевле традиционных форм образования.

4. Новая роль преподавателя. На преподавателя возлагаются такие функции, как координирование учебного процесса, корректировка преподаваемого курса, консультирование при составлении индивидуального учебного плана, руководство учебными проектами и т.п.

5. Специализированный контроль качества обучения. В качестве форм контроля в электронном обучении используются дистанционно организованные экзамены, собеседования, практические, курсовые и проектные работы, компьютерные интеллектуальные тестирующие системы.

6. Использование специализированных технологий и средств обучения. Технология электронного обучения – это совокупность методов, форм и средств взаимодействия с человеком в процессе самостоятельного, но контролируемого освоения им определенного массива знаний.

Автоматизированные обучающие системы

Автоматизированные обучающие системы (АОС) являются составной частью ИОС и представляют собой программно-технические комплексы, включающие в себя методическую, учебную и организационную поддержку процесса обучения, проводимого с использованием информационных технологий.

Одной из важнейших задач АОС являются:

- подготовка и предоставление учебного материала с его адаптацией по уровням сложности;

- подготовкой динамических иллюстраций, контрольных заданий, лабораторных работ, самостоятельных работ учащихся;

- задачи администрирования системы, доставки учебного материала на рабочие станции и задачи обратной связи с обучаемым.

АОС имеют чёткую структуру [4], на основе чего можно выполнить их классификацию (рис. 2).

По структурным признакам взаимодействия обучающей системы с пользователем подразделяются на два базовых класса: разомкнутые или системы без обратной связи; замкнутые (с обратной связью) системы. Они отличаются принципиальным подходом к процессу обучения.

В разомкнутых АОС не предполагается диалог между студентом и преподавателем на основе поставленных вопросов, а также нет чёткой последовательности преподнесения информации. Её главной задачей является определение уровня знаний студента за некоторый промежуток учебного процесса.

Среди замкнутых АОС с обратной связью[5] достаточно распространёнными являются имитационные системы обучения, способные обеспечить «гибкое» общение с пользователем. При этом главным элементом системы является моделирование реальной ситуации в зависимости от сферы предметной деятельности. При преподавании дисциплин, связанных с компьютерной архитектурой, предпочтительнее использовать замкнутые АОС. Это обусловлено следующими факторами:

- большим количеством изучаемого материала и верификационностью его усвоения, т.е. в какой-то момент у студента может возникнуть необходимость вернуться к ранее рассмотренному разделу и более детально его рассмотреть;

- при самостоятельном изучении части материала АОС может предоставить все необходимые средства;

- по некоторым дисциплинам, особенно недавно введённым, отсутствуют лекции или же учебники, что студента естественным образом подталкивает к поиску необходимой ему информации в глобальной сети Интернет.

Обучающие системы могут использоваться как учебный материал для дистанционного или самостоятельного обучения, так и для повышения знаний в определённом курсе. Цели автоматизированной обучающей системы довольно обширные (рис. 3).

Процесс использования в образовательной сфере

Основная деятельность обучаемого с применением автоматизированных обучающих систем часто проводится в интерактивном режиме. Максимальный результат с применением автоматизированной обучающей системы достигается в том случае, когда происходит персональное обучение.

В использовании личной информационно-образовательной среде (рис. 4) возникают дополнительные требования: организованность, упорядоченность, структурированность, наличие формализованных систем идентификации, адресов и ссылок, доступным субъектам образования, наличие «путеводителей» в пространстве ресурсов.

Исходя из этого, реализуются следующие этапы обучения с применением новых технологий:

1. проводится отбор для изучения определенной [7] темы;

2. проводится разбор, так же исследование и понимание данного материала;

3. проводится проверка степени изученности данного материала;

4. применение системы для должной оценки обучающегося по заработанным баллам.

Основное содержание ИОС составляют информационно-образовательные ресурсы – ИОР, в том числе электронно-выраженные ИОР: электронно-образовательные ресурсы – ЭОР. Состав этих ресурсов определяет степень полноты и насыщенности ИОС.

Демонстрация как часть обучающей системы

Главной сутью этого метода является создание у обучаемых наглядного образа объекта изучения, а также определенного представления об его сути и содержании. Это необходимо для более детального раскрытия информации об объекте, его внешнем виде, внутреннем устройстве и т.д. Метод демонстрации подразумевает подготовку студентов к восприятию достаточно большого объёма информации, формирование навыков быстрого «впитывания» основного материала и понимания его сущности.

Эффективность метода достаточно высока. Она достигается за счет представления информации в динамике и пространстве, что позволяет рассмотреть объект со всех сторон, выявить различные свойства, закономерности, связи между некоторыми элементами объекта, взаимодействие между ними. Все это способствует максимальному освоению студентами излагаемого материала, особенно во время самостоятельного изучения, когда студент может производить определенные действия, определять закономерности, зависимости между элементами объекта и между объектами одного класса. При этом знания не предоставляются как готовые, а обучаемый самостоятельно осмысливает все нюансы, связанные с объектом изучения, и закрепляет необходимые практические навыки.

Структура web-приложения

В соответствии с поставленными целями для разработки обучающей системы, необходимо в первую очередь разработать структуру этой системы.

Структура обучающей системы начинается с первичной информации, которую студент должен понимать, для изучения дальнейших материалов. Вводный блок информации обычно предоставляется преподавателем. Если же эта система является исключает наличие преподавателя, тогда вводная информация должна находиться в первом блоке материалов, который студент увидит, как только начнёт пользоваться системой, подобно технике безопасности, которую нужно изучить, прежде чем начинать работать с техникой, то есть вводная часть.

Каждый информационный подблок информации следует начинать с изучения материала по заданной задаче, то есть текстовая часть или же лекционная, в случае изучения материала с преподавателем, используя данную обучающую систему.

После изучения необходимого материала, студенту [9] необходимо продемонстрировать последовательность выполнения задачи. Это может быть вариант демонстрации на бумаге, на устройстве, модели, в электронном виде и прочее. В данном случае, при изучении с преподавателем, используя данную обучающую систему, демонстрация может начинаться на доске/бумаге, а также для ускорения процесса, с использованием электронных ресурсов.

При самостоятельном изучении материала, необходимо включать электронный демонстрационный блок для большей наглядности и понимания материала. Однако, стоит сверять правильность оформления с преподавателем, потому что разные преподаватели, могу по-разному демонстрировать оформление выполнения задачи несмотря на то, что суть изменяться не будет.

Демонстрационный блок можно разделить на более простые элементы, одним из которых будет изучение материала с помощью видео. Отлично заменяет демонстрационную часть с преподавателем, объясняющим на доске/бумаге, однако исключает возможность интерактивности, в которой студент мог бы задавать вопросы. Поэтому, учитывая возможность самостоятельного обучения, в этом случае, необходимо предоставление возможности обратной связи с преподавателем.

Также необходимо включать блок демонстрации информации подобно тому, как это происходит при изучении с преподавателем – на доске/бумаге, а также демонстрацию на соответствующей модели, для закрепления информации.

После изучения материала необходимо произвести тестирование для выявления пробелов в знаниях обучаемого. Это может происходить посредством тестирования преподавателем в рукописном виде, а также самостоятельно. При любом из вариантов, при обнаружении пробелов в знаниях, есть возможность вернуться к системе для проверки работы на демонстрационной модели, а также выявлению ошибок, или же для повторного изучения материала и тестирования (рис. 5).

Выводы

Суммируя вышесказанное, разрабатываемая информационно-обучающая система должна включать:

- удобный доступ;

- полное изложение информации в текстовом варианте;

- кратную и понятную информацию в формате видео;

- демонстрационную часть с возможностью взаимодействия с ней;

- обратную связь.

Итогом разработки является размещение обучающей системы в глобальной сети интернет [10], разбиение информации на блоки с использованием текстового учебного материала, демонстрация принципов работы в реальном режиме и объяснение этих принципов с помощью видеоматериала. Также можно включить обратную связь с преподавателем посредством отправки сообщений с вопросами и видеосвязью.

Даже при отсутствии лекционных материалов система должна [8] быть полной и готовой к использованию. Учитывая особенности каждого информационного блока в системе, процесс обучения становится автоматизированным и способным помочь в изучении и закреплении необходимого материала.

Список используемой литературы

1. Баяндин Д.В. Электронная информационно-образовательная среда по физике: методические рекомендации для преподавателей / Д. В. Баяндин. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. ? 45 с.

2.Ибрагимов, И.М. Информационные технологии и средства дистанционного обучения [Текст] / И. М. Ибрагимов. – М.: «Академия», 2012. – 336 с

4. Шарибченко Е. И. Разработка мультимедийной демонстрационно-обучающей системы // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии в образовании и научных исследованиях». // Е. И. Шарибченко, Р.В. Мальчева– Донецк: ДОННТУ, 2019. – C. 425 – 429. https://elibrary.ru/item.asp?id=42836560

3. Malcheva R. Applying Internet technologies to improve the perception of lectures // Proceedings of 3d Congress EE. - Glasgow, 2002. - PP. 348-349.

5. Флойд Р. Парадигмы программирования. // Лекции лауреатов премии Тьюринга за первые двадцать лет 1966–1985. – М.: Мир, 1993. – С. 86–98.

6.Олифер, В. Новые технологии в обучении / В. Олифер, Н. Олифер – СПб.: БХВ–Санкт–Петербург, 2000. – С. 124–140.

7. Авербух В. Л. К теории компьютерной визуализации. // Вычислительные технологии Т. 10, № 4, 2005.– С. 21–51.

8.Аязбаев, Т. Л. Технология создания компьютерных обучающих программ / Т. Л. Аязбаев, Т. А. Галагузова // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 3–1. – С. 76–78.

9.Мультимедийные обучающие системы. Учреждение Челябинской области. Политехнический колледж. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://magpk.ru/index.php/hydrogen/materialno-tekhnicheskoe-obespechenie-i-osnashchennost-obrazovatelnogo-protsessa/multimedijnye-obuchayushchie-sistemy

10.Ананьева Т. Н., Черткова Е. А. Методология разработки компьютерных обучающих систем для сферы образовательных услуг // Теоретические и прикладные проблемы сервиса. 2007. № 2. С. 48–51.