Организация самостоятельной работы студентов в современных условиях требует широкого внедрения информационных технологий в учебный процесс. Одной из распространенных электронных систем обучения стала система управления содержимым сайта Moodle (Content Management System - CMS), специально разработанная для создания отдельных онлайн-курсов. Разработка отдельных курсов в системе Moodle широко освещена в педагогической литературе [2,4,5], однако нами не обнаружено работ, посвященных созданию комплексных профессионально-ориентированных систем организации самостоятельной работы студентов на основе использования системы Moodle. Мы предлагаем расширить методические возможности системы Moodle, нацелить ее на профессиональную подготовку обучаемых. Разработанный нами информационно-проектный метод позволяет осуществлять профессиональную подготовку студентов посредством выполнения ими постепенно усложняющихся практических заданий - проектов. Данный метод расширяет и алгоритмизирует применяемый ранее метод проектов, рассматриваемый как система обучения, в которой знания и умения учащиеся приобретают в процессе планирования и выполнения постепенно усложняющихся практических заданий - проектов [3].
Сущность метода заключается в самостоятельном выполнении студентами междисциплинарных профессионально-значимых проектов, выполняемых с применением информационно-коммуникационных технологий на основе электронной системы обучения MOODLE [1]. Для реализации предложенного метода были разработаны электронные курсы «Механика и технологии», «Электротехника и электроника», «Химия и материаловедение» для направления подготовки «Инноватика».
Разрабатывая электронные курсы для студентов вуза, мы пришли к необходимости сформулировать ряд принципов, отражающих специфику проводимой работы и возможности электронной учебной среды Moodle, а именно:
- принцип интегративности - реализующий идею формирования общекультурных и профессиональных компетенций в ходе самостоятельной работы студентов вузов в информационной образовательной среде в системе MOODLE, позволяющей осуществлять интеграцию профессионально-значимой информации, изучаемой в различных дисциплинах, посредством выполнения студентами комплексных практико-ориентированных заданий;
- принцип модульности предполагает, что каждая дисциплина (модуль), имеющая определенную логическую завершенность по отношению к установленным целям и результатам воспитания, обучения в системе MOODLE должна иметь единую структуру и быть представлена тремя компонентами: организационным, содержательным и методическим;
- принцип кумулятивности - учитывается при подборе и составлении заданий для студентов. Самостоятельная работа студентов строится как последовательность уровневых проектных заданий.
Проектные задания первого уровня - информационные проектные задания нацелены на сбор информации, ее анализ и обобщение, а также ознакомление участников проекта с этой информацией. Предложенные задания реализуются в ходе изучения отдельных курсов. Результатом выполнения заданий является: освоение студентами совокупности приемов и операций работы отдельных курсов в системе MOODLE, подчиненных решению конкретной задачи, поставленной преподавателем, а также освоение содержания отдельных курсов; формирование общеучебных умений: воспринимать, структурировать, преобразовывать, запоминать научную информацию и уметь оформлять и представлять результат свой работы. Примером заданий первого уровня может служить задание курса «Механика и технологии» по теме «Кручение». В базе данных студенту предлагается схема вала, выполненного из стали 40, на который действует несколько моментов, скручивающих вал. В этой задаче требуется:
- вычертить схему в масштабе;
- найти внутренние силовые факторы;
- подобрать диаметры на участках вала;
- найти перемещения сечений;
- построить эпюры внутренних силовых факторов, перемещений сечений и нарисовать эскиз вала.
Проектные задания второго уровня - творческие проектные задания, отличаются повышенным уровнем сложности и носят междисциплинарный характер. Проект охватывает различные дисциплины, формирует единые конструктивно-технические, расчетно-измерительные, вычислительные, экспериментальные умения и знания межпредметного характера. Задание включает как реферативную, так и расчетную часть. При выполнении задания студент должен обратиться к разработанным электронным курсам, воспользоваться электронным ресурсом MOODLE.
Задания второго уровня могут иметь различную структуру, например: химический состав вещества → структура вещества → свойства (механические, электротехнические, физические и др.) → возможности применения. Приведем задание второго уровня соответствующей структуры. Тема: «Медь и ее сплавы: история, свойства и область применения». В ходе выполнения задания студент должен ответить на следующие вопросы:
- история открытия металла;
- характеристика меди как химического элемента (указать расположение металла в периодической системе Д.И. Менделеева, атомную массу элемента, привести электронную и электронно-графическую формулу, количество протонов, нейтронов и электронов в атоме, тип кристаллической решетки);
- физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства меди;
- электротехнические характеристики меди;
- маркировка меди;
- влияние примесей на свойства меди;
- химический состав сплавов на основе меди и их маркировка;
- влияние легирующих элементов на свойства бронз и латуней;
- микроструктура медных сплавов;
- механические свойства медных сплавов;
- виды термической обработки и влияния обработки на структуру и свойства медных сплавов;
- область применения как конструкционного, электротехнического, декоративного материала.
Выполните следующий расчёт: между двумя опорами ЛЭП расстояние (100+7*x) метров, где х - порядковый номер студента в журнале. Найдите минимальную длину медных проводов, которую можно натянуть между двумя этими опорами. Также найдите максимальное расстояние между опорами, если провода выполнены из меди. Определите покрытие проводов (изоляция). При расчёте принять допущение, что на опорах провода закреплены шарнирно. В первом приближении можно принять провисание проводов по цепной линии. Это означает, что в них будут действовать только продольные силы.
Используя расчетные данные предыдущей задачи, определить абсолютную потерю напряжения в проводах линии ∆U, напряжение в начале линии U1, сечение медных проводов линии S и их сопротивление Rл, ток в линии I, если на нагрузке мощностью 25 кВт необходимо обеспечить напряжение U=380 В. Допустимая относительная потеря напряжения в линии e=5 %.
Другой тип заданий предусматривает рассмотрение процессов, находящих применение в промышленности. Процесс (его сущность и описание) → физико-химические основы процесса → средства реализации процесса → характеристики результата процесса. Приведем задание второго уровня соответствующей структуры. Тема: «Электродуговая сварка». В ходе выполнения задания студент должен ответить на следующие вопросы:
В ходе выполнения задания студент должен ответить на следующие вопросы:
- сварка как физический и химический процесс (условия возникновения электрической дуги и ее свойства, химические процессы);
- история развития сварки;
- виды сварки;
- сущность процесса электродуговой сварки;
- сварочный трансформатор и его принцип действия, электрод и его химический состав, средства защиты при проведении сварочных работ;
- сварочный шов, его прочностные характеристики, структура металла в литой зоне сварных швов, дефекты сварных соединений, пути повышения качества сварных соединений.
Выполните следующий расчёт:
Рассчитать маломощный сварочный трансформатор, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц и обеспечивающий максимальный сварочный ток Iм = 150 А.
Третий тип заданий предусматривает рассмотрение какого-либо готового устройства. Структура выполнения задания включает: устройство прибора, принцип действия → его физико-химические основы работы → область применения. Приведем задание второго уровня соответствующей структуры. Тема: «Электронный прибор - диод». В ходе выполнения задания студент должен ответить на следующие вопросы:
- полупроводники - как класс веществ;
- простые вещества и химические соединения, проявляющие свойства полупроводников и их физические и химические свойства;
- p-n переход и его свойства;
- полупроводниковый прибор - диод. Принцип действия, ВАХ, область применения;
- типы диодов.
Выполните задание: проведите анализ вольт-амперной характеристики. Охарактеризуйте процессы, происходящие на участках 1,2,3 (см. рисунок).
Выполните задание: Дан график зависимости напряжения на входе диода, постройте график зависимости силы тока от времени на выходе диода.
Проектные задания третьего уровня - междисциплинарные проекты, представляющие собой самостоятельную учебно-исследовательскую работу и предполагающие углубленное изучение студентами отдельных проблем профессиональной деятельности. Междисциплинарный проект является одним из способов реализовать междисциплинарные связи отдельных курсов, помогает решить профессиональные задачи, рассматривая, применяя профессионально-значимые знания и умения, полученные при изучении курсов учебного плана, обеспечивая формирование общекультурных и профессиональных компетенций студентов. Результатом выполнения задания является создание новых изделий, объектов, моделей или совершенствование уже существующих. Приведем задание третьего уровня.
Одноступенчатый цилиндрический редуктор на выходном валу должен иметь частоту вращения 5+0,4*x оборотов в секунду и иметь крутящий момент 40+х Н*м, где x-порядковый номер студента. Принимая во внимание, что передаточное число может быть 1,6-8, КПД передачи 0,96-0,98, подобрать асинхронный двигатель исходя из рекомендаций, полученных по дисциплине «Электротехника, и электроника». Допустимое отклонение выходных параметров не должно превышать 5 %. Задавшись материалом валов и их термообработкой, а также предварительными линейными размерами найти диаметры ступеней, исходя из условия прочности. Округлить диаметры валов в большую сторону по ряду стандартных значений. Радиальную силу от действия муфт принять равной 0,25 от тангенциальной силы, действующей в зацеплении и рассмотреть наиболее неблагоприятный случай. Подобрать шпонку (произвести расчёт на срез и смятие), считая допускаемое напряжение среза 20-40 МПа, смятия 60-90 МПа. Скорректировать линейные размеры и проверить вал на прочность. Выполнить рабочий чертёж вала.
В отчет включить следующее:
- Указать анализ условий работы и требования, предъявляемые к валу.
- Обосновать выбор материала для изготовления вала.
- Представить характеристику материала для изготовления.
- Разработать маршрутную технологию изготовления.
- Разработать технологический процесс термической обработки.
- Разработать технологический процесс предварительной термической обработки.
- Разработать технологический процесс окончательной термической обработки.
- Указать структурные превращения в стали при термической обработке.
- Указать влияние химического состава материала на превращения в процессе термической обработки.
- Представить методику контроля качества готового вала.
- Указать возможные дефекты, возникающие при термической обработке вала.
- Указать методы предупреждения образования брака и способы его устранения.
- Расчётную часть.
- Чертёж вала, выполненный при помощи САПР.
Наряду с текстом заданий студентам предлагаются требования к оформлению полученных результатов в соответствии с традиционными требованиями к оформлению научных работ. Работа, представленная в текстовой форме, должна содержать введение, основную часть, заключение и список литературы. Основная часть работы может содержать текстовый, графический, аналитический материал. Результаты работы могут быть представлены в формате расчетно-графической работы, доклада, презентации и т.д. по указанию преподавателя.
Предложенная система заданий может быть расширена за счет вовлечения информации из других электронных курсов по мере их разработки, однако ключевой идеей является профессиональная направленность предлагаемых заданий, нацеленных на использование информации учебных курсов в профессиональной деятельности. Опытно-экспериментальная работа по внедрению в образовательный процесс информационно-проектного метода обучения и системы уровневых заданий ведется в настоящее время при организации самостоятельной работы студентов на базе ГОУ ВПО ННГУ им. Лобачевского и ГОУ ВПО НГПУ им. К. Минина. Предложенный метод позволяет системно организовать самостоятельную работу студентов, повысить эффективность и профессиональную направленность процесса обучения, используя современные информационные технологии.
Рецензенты:
Лагунова М. В., д.п.н., пpoфeccop кафедры инженерной геометрии, компьютерной графики и автоматизированного проектирования Нижегородского государственного архитектурно- строительного университета, г. Нижний Новгород.
Маркова С.В., д.п.н., профессор, заведующая кафедрой профессионального образования и управления образовательными системами Нижегородского государственного педагогического университета им. К. Минина, г. Нижний Новгород.