Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы "Постоянный ток"

Интерактивная деятельность на уроках предполагает организацию и развитие диалогового общения, которое ведет к взаимопониманию, взаимодействию, к совместному решению общих, но значимых для каждого участника задач. Обучение с помощью интерактивного оборудования позволяет решать одновременно несколько задач: развивает коммуникативные умения и навыки, помогает установлению эмоциональных контактов между учащимися, обеспечивает решение воспитательных задач, поскольку приучает работать в команде, прислушиваться к мнению своих товарищей. Использование интерактивной доски, как показывает практика, снимает нервную нагрузку с учащихся, дает возможность менять формы их деятельности, переключать внимание на узловые вопросы темы занятий.

1.3 Обучающие видеоролики (анимация работы оборудования)

Обучающие видеоролики предназначены для визуализации физических процессов, пояснения принципов работы оборудования. Обучающие ролики могут быть интегрированы в электронный учебник (лекции) или демонстрироваться как отдельный обучающий материал. Для демонстрации видеороликов используется персональный компьютер (ноутбук), а также проектор для демонстрации на широком экране.

Пример 1: Видеоролик, поясняющий работу горизонтального циклона (демонстрирует траекторию движения воздушного потока (сплошные линии) и осаждения зерновой пыли (стрелки)) представлен на рисунке 4.



Рисунок 4. Видеоролик, поясняющий работу горизонтального циклона.

Пример 2: Видеоролик, демонстрирующий последовательность разборки деташера

Рисунок 5. Видеоролик, демонстрирующий последовательность разборки деташера.

Пример 3: Видеоролик, обучающий работе с системой САПР: APM WinMashins

Рисунок 6. Видеоролик, обучающий работе с системой САПР: APM WinMashins.

1.4 Документальные фильмы

Учебное кино -- фильмы, специально созданные в качестве средств обучения, а также научно-популярные, технико-пропагандистские, хронико-документальные фильмы, используемые в учебно-воспитательном процессе.

Пример: документальный фильм о зерноперерабатывающих предприятиях

Рисунок 7. Документальный фильм о зерноперерабатывающих предприятиях.

Современные учебные фильмы (УФ) классифицируются по разным признакам, напр.: в зависимости от учебной дисциплины и темы (предметно-тематическая классификация), от возраста и уровня подготовки обучаемых (классификация по годам обучения, семестрам и курсам); от характера и объема содержащейся в фильме научной информации (классификация по уровням сложности изложения изучаемой темы).

В зависимости от педагогической задачи УФ подразделяются на обучающие, инструктивные, тренировочные и тестовые. Большинство УФ принадлежит к категории обучающих (почти все фильмы по учебным предметам). Инструктивные фильмы, используемые в охране труда, определяют нормы производственного поведения, поясняют правила безопасного обращения с техникой. Тренировочные фильмы (также применяемые в ОТ) предназначены для упражнения на специальных стендах. В этих фильмах показаны ситуации, с которыми можно столкнуться в реальности и на которые нужно уметь правильно и быстро реагировать с помощью средств, предусмотренных конструкцией учебного стенда. Тестовые фильмы предлагают модели жизненных обстоятельств; от обучаемых требуется их понять, проанализировать и оценить.

1.5 Интерактивные лабораторные работы

Интерактивная лабораторная работа - представляет собой один из прогрессивно развивающихся видов проведения лабораторных занятий, суть которого заключается в замене реального лабораторного исследования на математическое моделирование изучаемых физических процессов, но с элементами виртуального взаимодействия учащегося с лабораторным оборудованием [12-14]. В зависимости от используемой программной инструментальной среды можно создать хорошую иллюзию работы с реальными объектами.

В таком подходе есть положительный момент, позволяющий реализовать каждому обучаемому свои индивидуальные творческие способности. Находясь в виртуальной лаборатории, можно выбрать виртуальные приборы и оборудование, собрать на виртуальном стенде схему эксперимента по своему индивидуальному заданию, провести поисковое моделирование исследуемого физического процесса при различных заданных параметрах и ограничениях, обработать результаты исследования, не затрачивая усилий на рутинные расчеты и графические построения.

Оппоненты усматривают в нем тот недостаток, что реальный объект изучения и все лабораторное оборудование недоступно учащемуся в прямом физическом контакте. Следовательно, нарушается одна из основных образовательных функций лабораторного практикума - приобретение навыков самостоятельной практической работы с реальным оборудованием. Есть несколько возражений по этому вопросу: прямой физический контакт с объектом изучения важен преимущественно в тренажерах, где он объективно необходим для выработки координации движений при сложном ручном управлении (например, автомобиля). В большинстве других случаев прямой контакт практически ничего не дает в познании объекта. Изучаемые физические процессы (электрические, магнитные, тепловые гидродинамические и пр.), как правило, скрыты за внешней оболочкой объекта и недоступны для прямого восприятия через органы чувств человека, поэтому прямой контакт бесполезен (рисунок 8).



Рисунок 8. Виртуальная лабораторная работа по теплотехнике "Определение теплоемкости газа.

Пример: устройство центробежного пылевого вентилятора ВЦП-6 (интерактивная 3D модель, рисунок 9)

Рисунок 9. Устройство центробежного пылевого вентилятора ВЦП-6.

Пример: Программный комплекс Columbus 2007/ Columbus 10 “Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы” предназначен для проведения лабораторных работ по курсу “Сопротивление материалов” на ПЭВМ.

Программный комплекс Columbus 2007/ Columbus 10 “Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы” предназначен для проведения лабораторных работ по курсу “Сопротивление материалов” на ПЭВМ и позволяет провести следующие работы:

1. Растяжение металлического образца с построением диаграммы;

2. Сжатие металлического образца с построением диаграммы;

3. Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона для стали;

4. Испытание деревянных образцов на сжатие;

5. Испытание валов на кручение с определением модуля упругости при сдвиге;

6. Испытание балки на изгиб;

7. Испытание балки на чистый изгиб;

8. Косой изгиб;

9. Внецентренное растяжение стального стержня;

10. Внецентренное сжатие;

11. Исследование продольно-поперечного изгиба стержня большой гибкости;

12. Исследование явления потери устойчивости при сжатии стержня;

13. Изучение способности материалов сопротивляться ударным нагрузкам;

14. Определение ударной вязкости материалов.

В комплект поставки входят комплексы Columbus 2007 и Columbus 10 beta (полнофункцианальная версия под Windows Vista), примерные методические указания к проведению лабораторных работ на ПЭВМ с приложением (лабораторная тетрадь), электронный ключ, все необходимые драйверы и программы, руководство по установке (в электронном виде, рисунок 10).

Лабораторная работа №1. Растяжение.

Рисунок 10. Фрагменты лабораторной работы №1.

1.6 Виртуальные приборы для измерений физических величин

Виртуальные приборы (virtual instruments) - компьютерные программы, исполняющие, с помощью компьютера и относительно несложного оборудования (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, датчиков и исполнительных устройств), функции различных приборов. Виртуальные приборы используют как для замены обычных приборов, так и для реализации уникальных измерений, для которых нет обычных приборов.

Состав виртуального прибора: первичные датчики измерения физических величин: датчики температуры, давления, напряжения, тока, силы, тензометрические датчики и пр.; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для оцифровки сигнала с датчиков и согласования цифровых сигналов с ПК; персональный компьютер с программным обеспечением для визуализации результатов измерений, хранения и обработки [15].

Рисунок 11. Виртуальные приборы используют как для замены обычных приборов.

Программное обеспечение виртуальных приборов позволяет исследовать как быстроменяющиеся процессы (вибрацию машин), так и медленноменяющиеся процессы (исследовать режим нагрева, деформаций и пр.). Интерфейс программы представлен на рисунке12.

Рисунок 12. Интерфейс программы.

1.7 Тесты

Тест (англ. test -- проба, испытание, исследование) в психологии и педагогике, стандартизированные задания, результат выполнения которых позволяет измерить психофизиологические и личностные характеристики, а также знания, умения и навыки испытуемого.

Для компьютерного тестирования учащихся разработаны специализированные системаы тестирования. Системы позволяюет создавать и изменять тесты из вопросов, а так же автоматически оценивать результаты тестирования. Все настройки, и сами тесты хранятся в зашифрованном виде и доступ к ним осуществляется при помощи пароля. Имеющиеся системы тестирования обладают богатыми возможностям по контролю и анализу результатов тестирования. В автоматическом режиме формируются отчеты по успеваемости учащихся в группах, а также отчет по усвоению учащимися различных тем изучаемой дисциплины.

Во время тестирования учащемуся предлагается ответить на 50 - 100 вопросов, которые выбираются случайным образом из базы вопросов. Ответы располагаются в случайном порядке, что исключает запоминания расположения правильных ответов.

Задача преподавателя сводится к грамотному составлению теста (вопросов и вариантов ответов).

Для всестороннего и объективного контроля знаний учащихся рекомендуется по каждой дисциплине составлять не менее 200 вопросов, а к каждому вопросу от 3 до 6 вариантов ответов. При этом, весь курс целесообразно разбить на темы (оптимально 8-12 тем), и по каждой теме составить 20-30 вопросов.

Правила составления тестов по оценке знаний.

Каждый тест состоит из составляющих его вопросов, а потому и начинать надо с правил написания самих вопросов.

Часть I. Правила составления вопросов.

Правило 1. Вопрос должен быть вопросом.

Прежде всего, каждый вопрос должен быть составлен в виде вопроса, т.е. начинаться он должен с таких слов, как "что", "как", "когда", "где", "сколько" или с фраз "в каких случаях", "в каком месте", "с кем из" и т.д., а заканчиваться, соответственно, знаком вопроса. Большинство всех вопросов, предложенных отечественными создателями тестов, выглядят именно не как вопросы. Вот типичные формулировки составляемых вопросов - "Механическое движение -это: (и далее варианты ответов)", "кинетической энергией называется: (и далее варианты ответов)" и т.д. Конечно, все понимают, о чем идет речь в таких "вопросах" и никакой катастрофы такой подход к составлению тестов не представляет, и все же это не вопросы для тестирования. Давайте рассмотрим один пример с нарушением Правила 1.

Вопрос: Декодирование - это…

a)Расшифровка информации

b)Количество информации, отнесенное к одному символу, характеризующее количество переданной информации при неравновероятностным появлении символов.

c)Среда передачи информации, которая характеризуется максимально возможной для не скоростью передачи данных.

d)Преобразование дискретной информации шифрованием, сжатием или защитой от шума.

e)Помехи в канале связи при передаче информации.

Предлагаемый вопрос прекрасно демонстрирует недостатки формулирования вопроса не в виде вопроса. Заметим, что вопрос задается в виде вопроса совсем не случайно. Вопрос должен нести смысл ничем не меньший, чем сам ответ. А что несет данный вопрос? О чем спрашивается в вопросе? Может быть о том, что такое - декодирование? Глядя на варианты ответа, понимаешь, что нет. В сам вопрос смысл никакой не вложен, и понять его можно только в совокупности с вариантами ответов, а именно, спрашивается о том, какие из указанных процессов относятся к декодированию. Так почему бы и не задать вопрос так, как надо ? "Какие из указанных процессов являются декодированием?". А если быть точным, то декодирование не "это", и даже не расшифровка информации. Тут самое время указать еще и на то, что вопросы должны бы нести в себе элемент образования. Термины, понятия и цельные формулировки, используемые в вопросе, обязательно "откладываются" в головах тех, кто на эти вопросы отвечает. А поскольку тестирование в процессе учебы и подготовки специалистов - не цель, а средство, то как средство, вопросы могут быть наделены разработчиком еще одним качеством - умеренной, но уверенной терминологией, что опять же положительно влияет на качество подготовки.

Подводя итог, отметим, что задавая вопрос в виде вопроса, разработчик вынужден составлять его максимально корректно. По-другому не получится или получится заметно плохо. Кто-то нам может возразить, что корректность вопроса и четкость формулировок и терминов можно обеспечить и другим путем, например, заканчивая вопрос не знаком вопроса, а двоеточием и такими словами, как "это", а также глаголами "относятся", "называются", "принадлежат" и прочими. Безусловно, можно и по-другому. Правило - это ведь не теорема, его нельзя безупречно доказать. Но вы все же попробуйте писать вопросы с учетом предлагаемого Правила N1, а потом уж решайте, правильное ли это правило.

Правило 2.Вопрос должен составляться в соответствующих целях.

Вопросы могут быть легкие или трудные, простые и сложные, наивные и каверзные. Однако нужно понимать, что если вопрос составляется для аттестации, то вопрос не должен быть сложным, хитрым или коварным. Если мы хотим узнать, знает специалист или не знает что-то, то мы и вопрос должны создавать с учетом этого. Если же мы хотим тестируемого однозначно "завалить" своим вопросом, то в таком случае мы должны понимать, что мы его именно заваливаем, а не пытаемся узнать, что знает тестируемый, т.е. цель вопроса не аттестационная. Коварные и хитрые вопросы "завального" уровня прекрасны для различного рода конкурсов, чемпионатов и прочих состязаний, а также для выяснения отношения с подчиненными, если вы член аттестационной комиссии.

Не отдавая себе отчета в том, какие вы преследуете цели составляя тот или иной вопрос, можно добиться совсем не того, чего хотелось.

Правило 3. Вопрос должен содержать ссылку на первоисточник. Каждый вопрос должен иметь ссылку на первоисточник, но не в самом тексте вопроса, разумеется, а, так сказать, "за вопросом". Нужно это для дальнейшей работы над ошибками тестируемыми или для апелляции.

Преподаватель, находящийся в ранге Учителя, может себе позволить составлять вопросы по своим семинарам, урокам, лекциям без каких-либо ссылок именно на том простом праве, что он Учитель. Он сам учит, он сам и спрашивает. И спрашивает так, как ему самому хочется.

Во всех же других случаях, тот, кто составляет вопросы, должен указывать, а почему именно такой вариант ответа верный, а не другой. Первоисточником могут быть не только нормативные документы. Ссылки могут быть на учебники, статьи в газетах, даже на сообщения или сайты в Интернет - это уже не важно, главное, чтобы первоисточник соответствовал по своему авторитету затронутой теме и составленному вопросу, и был, в принципе, доступен. Наличие ссылки говорит о том, что составитель теста объективен, что он не пишет все подряд все то, что всплывает в его голове, пусть даже очень умной. Составитель вопросов с большинством тех, кто будет отвечать на его вопросы никогда не увидится, а им (тестируемым) точно захочется задать свои вопросы на ряд вопросов разработчика. Наличие ссылки - это своеобразная встреча сторон, диалог, упрощающий любые возможные споры, а также демонстрация объективности.

Правило 4. Количество вариантов ответов в вопросе должно быть разумным.

Сколько должно быть вариантов ответов в вопросе? Этот вопрос наименее принципиален - сколько хотите, столько и делайте вариантов. Все здесь определяет здравый смысл. Один вариант ответа быть не может, это понятно. Два варианта ответов? это для составителей-талантов или составителей-лентяев, так как в двух вариантах трудно раскрыть все многообразие возможных заблуждений и/или скрыть верный ответ.

Слишком много вариантов ответов также нехорошо, потому что тогда тестируемому трудно будет ориентироваться во всем многообразии предложенных вами "мыслительных лабиринтов". Тут, скорее всего, будут оцениваться уже не только и не столько знания, сколько другие качества специалиста: внимательность, зрительная память, крепкие нервы и проч. А ведь при оценке знаний нам не должны мешать посторонние факторы, иначе наши представления о знаниях специалиста будут искажены.

Если вариантов ответа на тот или иной вопрос получается довольно много, лучше сделать два, а то и три одинаковых, или почти одинаковых вопроса, с различными вариантами ответов. Оптимальное количество вариантов ответов составляет от трех до шести.

Правило 5. Неверные варианты ответов должны быть правдоподобны.

Вы можете сказать, что это само собой разумеющееся правило. Спешим заметить, что многие составители тестов, после того, как сформулировали вопрос и правильный вариант ответа, все остальное пишут "на авось". Написанные по такому принципу варианты ответов вызывают улыбку у тех, кто что-то понимает в соответствующей теме. Для самых "маленьких" (для начинающих) такие вопросы еще сойдут, но далее наступает период, когда очевидно, что составитель тестов просто не представляет себе или не хочет показывать другим свое представление о соответствующей теме. Все это снижает авторитет самого составителя и всех его вопросов.

В качестве отступления скажем, в наших тестах программа регистрирует все варианты ответов, какие дают участники тестирования. Последующий анализ после прохождения тестов десятками специалистов, показывает, насколько правдоподобны те или иные неверные ответы. Если на какой-то вариант ответа никто и никогда "не попадается", то возникает соответствующий вопрос к разработчику данного вопроса: - "Скажите, уважаемый, а зачем вы данный вариант ответа написали"? Один "невостребованный" вариант ответа в одном вопросе - это не беда, это бывает. Но вот если все вопросы перенасыщены подобным "балластом", тогда это уже плохо, тогда пора менять разработчика или, как минимум, вести с ним разъяснительную работу.

Часть II. Правила составления тестов.

Привило 1. Нужно однозначно определиться с видом вопросов составляемого теста

Существует несколько вариантов составления тестов:

· Вариант, когда из предлагаемых ответов правильным является только один ответ

· Вариант, когда предлагается множественный выбор ответов из всех предлагаемых

· Вариант, когда ответы не приводятся вовсе, а тестируемый должен самостоятельно составить правильный ответ.

Последний вариант составления тестов мы, собственно, не считаем тестированием, на наш взгляд, это письменный экзамен, но поскольку нам известны другие мнения, пусть такой вариант составления вопросов тоже будет называться тестированием.

Составив тест соответствующего вида, об этом нужно заблаговременно заявить тем, кто будет отвечать на вопросы вашего теста. Мешать вопросы разных типов нельзя.

Во-первых, потому, что дополнительное запутывание тестируемых - это уже психология, а не оценка знаний в чистом виде.

Во-вторых, возможны случаи, когда составитель вопреки своей уверенности в правильности варианта ответа будет не прав, например, когда один вариант включает в себя два любых других, а и тестируемый выбирает что-то одно, либо один объединяющий, либо два самостоятельных варианта.

В-третьих, сегодняшние тесты хороши именно тем, что они работают с использованием программных средств, а, значит, все должно быть однообразно, в противном случае, вы не получите хорошего анализа, пренебрежение которым говорит о том, что вы не понимаете преимуществ использования тестов с использованием программных средств.

Правило 2. Тест должен планироваться до составления вопросов.

Составление теста должно быть явлением планируемым еще на стадии составления самих вопросов. Совершенно незачем задавать десятки вопросов по одной и той же теме. Хороший тест тем и хорош, что несколько десятков вопросов равномерно оценивают знания тестируемого по целому спектру тем. Понимание "структуры теста" есть понимание назначения теста. Если вы получите по тесту только одну цифру, указывающую на процент правильных ответов, то считайте, что вы практически не получили ничего. Это все равно, что вы изобрели колесо и радуетесь тому, что оно катится. А то, что колесо - это основа любой техники - тачки, велосипеда, авто или еще там чего, вы пока не понимаете. Нацельтесь на результат, сделайте тест, где каждый вопрос входит в свою группу. Тогда анализ проведенного тестирования будет намного более интересным. Вот, к примеру, анализ теста операционного работника из 60 вопросов, которые были сгруппированы в 10 условно самостоятельных тем по 5-8 вопросов в каждой теме.

Таблица 1 Анализ результатов тестирования

Тема	Кол-во вопросов	Доля правильных ответов
Тема 1.	6	66,67%
Тема 2.	6	100,00%
Тема 3.	6	50,00%
Тема 4.	6	100,00%
Тема 5.	6	100,00%
Тема 6.	6	16,67%
Тема 7.	8	75,00%
Тема 8.	5	100,00%
Тема 9.	5	40,00%
Тема 10.	6	100,00%
Весь тест	60	81,67%

Тест - это инструмент оценки, применение которого должно точно указывать и область, и уровень знания/незнания тестируемого. Впрочем, все это прописные истины, о которых многие не задумываются, но с которыми все сталкивались еще в школе: 5 - по математике, 3 - по химии, 2 - по географии, и всем было ясно, что из себя ученик представляет, и учителю, и ученику, и его родителям.

Правило 3. Оптимальное количество вопросов в тесте никем не установлено.

Большинство предлагаемых тестов содержит по 15-20 вопросов. Это несерьезно. Преимущество тестирования состоит в том, что за короткий промежуток времени о знаниях тестируемого можно получить не просто полное, а переполненное представление. Переполненное представление, конечно, в сравнении с другими методами оценки знаний. А что такое 15 вопросов? 15 вопросов можно задать и в устном порядке, даже приятней, хоть с человеком пообщаешься. На таких дистанциях КПД тестирования можно считать нулевым.

Вот если бы тест вопросов в 100 или 200! Некоторые вот тут говорят, мол, больше получаса отвечать на вопросы тяжело: утомляемость, невнимательность, раздражение. Исходя из практики, мы просто не уверены в таких заключениях. После 20-го вопроса тестируемый, по нашим наблюдениям, только начинает соображать, после 50-го вопроса он вполне в прекрасном тонусе и после 100-го - ничуть не хуже. Другое дело, если тестироваться не хочется вообще, тогда совершенно любые аргументы уместны. Но вы лучше вспомните, сколько времени в средней школе проходит каждый выпускной письменный экзамен (проходил до внедрения тестирования)? Тест - это умственная работа. И физически тяжело тестироваться только тем, кого умственная работа сильно перегружает (например, каждые полчаса).

Так сколько вопросов в тесте оптимально? Не знаем. Но мы готовы спорить, что с освоением тестирования количество вопросов в тестах будет расти и через год - два в лучших заведениях будет предлагаться не менее ста вопросов "за один присест" [16-20].

2. Методики применения цифровых образовательных ресурсов в информационно - телекоммуникационном сопровождении системы образования

2.1 Группы цифровых образовательных ресурсов

Информационное содержательное обеспечение ИТС РСО может включать две группы ЦОР (цифровых образовательных ресурсов):

1) информационные источники:

· оригинальные тексты (хрестоматии; тексты из специальных словарей и энциклопедий; тексты из научной, научно-популярной, учебной, художественной литературы и публицистики….) не повторяющие стабильные учебники;

· статические изображения (галереи портретов ученых соответствующей предметной области; «плакаты» - изображения изучаемых объектов и процессов и пр.);- динамические изображения (изучаемые процессы и явления в пространственно-временном континууме - кино- и видеофрагменты, анимационные модели на CD, DVD);

· мультимедиа среды (информационно-справочные источники, практикумы (виртуальные конструкторы), тренажеры и тестовые системы, программированные учебные пособия («электронные учебники», виртуальные экскурсии и пр.).

2) информационные инструменты - это информационные средства, обеспечивающие работу с информационными источниками. Как правило, информационные источники включают отдельные информационные объекты (элементарные информационные объекты), которые при возможности их выделения могут самостоятельно использоваться в рамках ИТС.

Элементарные информационные объекты могут рассматриваться:

· как органичный компонент традиционного учебного процесса, не заменяющий, а дополняющий и расширяющий возможности традиционных, методически целесообразные средства обучения, повышая тем самым эффективность, качество обучения;

· как объекты проектирования учебно-информационной среды в рамках педагогического дизайна с использованием инструментальных средств, что позволит повысить эффективность использования ИТС в учебном процессе.

Законченные полноценные информационные источники - конечные оцифрованные продукты, покрывающие весь учебный курс или раздел (тему), рассматриваются как содержательный компонент ИТС, в том числе как содержательный компонент дистанционной образовательной услуги, как содержательный компонент ИКТ, как средство организации самостоятельной работы с использованием ИКТ, что определяет их основной функционал. Информационно-образовательные конечные оцифрованные продукты (оригинальные тексты, не повторяющие стабильные учебники) рассматриваются как дополнительные к основным. Информационно- образовательные потребности представлены для каждой целевой группы пользователей ЦОР как содержания ИТС в виде трехуровневой системы: потребности социального, корпоративного и индивидуального уровней.

2.2 Систематизация ЦОР

В основу разработанной структурно-функциональной модели ЦОР для поддержки основных системных взаимодействий в процессе реализации ИТС, положена систематизация ЦОР по следующим основаниям:

· по однородности и масштабу проблемного поля - предметные, межпредметные и надпредметные;

· по уровню общности достигаемых целей - уровень удовлетворения корпоративных и индивидуальных потребностей; уровень решения проблемы; уровень достижения конкретной цели в рамках выделенной проблемы; уровень решения задачи в рамках одной из целей и уровень решения фрагмента

· по основному виду учебной деятельности - мотивационные, объяснительные, отработки, контролирующие, интегрированные;

· по уровню формируемой знаниевой компетентности - ЦОР уровня знакомства, уровня осведомленности, уровня элементарной компетентности, уровня функциональной компетентности, уровня системной компетентности;

по уровню проблемности - обучаемой активности, полусамостоятельной обучаемой активности, полусамостоятельной активности, творческой активности.

Остановимся более подробно на описании методики отбора содержания выделенных видов ЦОР.

· однородность и масштаб проблемного поля ЦОР:

1). Под предметными ЦОР будем понимать ЦОР в рамках предметного поля одного предмета. Для этих ЦОР свойственны однородность содержания, опора на знания и умения обучаемых по предметной вертикали, концентрация усилий на закрепление изученного материала и контроле сформированного предметного понятийного ряда, а также направленность на формирование и развитие практико-ориентированных знаний, умений и навыков. Этот вид ЦОР целесообразно рекомендовать для изучения отдельной учебной дисциплины.

2). Межпредметные ЦОР - это ЦОР, охватывающие проблемное поле нескольких учебных предметов. Для этих ЦОР характерна неоднородность содержания, установление четких горизонтальных межпредметных связей, опора на умения обучаемых переносить знания с одного учебного предмета на другой, ориентированность на формирование и развитие прогностического, аксиологического мышления. Этот вид ЦОР можно рекомендовать для самостоятельной индивидуальной и групповой работы обучаемых, однако вполне возможно их также применять в рамках изучения междисциплинарных учебных курсов.

3). Надпредметные ЦОР - это ЦОР, проблемное поле которых не имеет фиксированных предметных границ. Последние формируются в процессе выполнения учебных заданий до той глубины и широты востребованных знаний, необходимых и достаточных для достижения заданной цели. Для подобных ЦОР характерна существенная неоднородность содержания, широкий диапазон методов и средств используемых при работе с ЦОР, расширяющееся проблемное поле. Опора на системные и фундаментальные знания обучаемых, ориентация на формирование и развитие системного мышления, смещение акцентов в сторону применения гносеологического и аксеологического подходов к выбору процедур реализации учебных заданий. Этот вид ЦОР предпочтительнее использовать как итоговый контроль уровня сформированности компетентности.

· общность целей достигаемых в процессе использования ЦОР.

Совокупность использованных ЦОР по отработке фрагментов задач позволяет выбрать ЦОР, применяемый по разрешению конкретных задач. После выполнения необходимого числа учебных заданий по решению конкретных задач, можно выбрать ЦОР, направленный на достижение определенной цели. Опыт применения целенаправленных ЦОР дает возможность приступить к работе по использованию проблемных ЦОР, направленных на формирование личностно-ценных качеств обучаемых (образованность, компетентность, конкурентоспособность, адаптивность и т.д.).

Последние характеризуют уровень удовлетворения исходных образовательных потребностей обучаемых. Заметим, что уровень общности целей ЦОР «фрагмент задачи», «задача», характерен для предметных ЦОР; уровень «цель» - для межпредметных ЦОР; уровень «проблема» и «образовательные потребности» - для надпредметного ЦОР.

· вид учебной деятельности. Классификация ЦОР по этому признаку соответствует основным видам учебной деятельности обучаемых. Можно выделить ЦОР мотивационной направленности, ЦОР -объяснения, ЦОР - отработки, ЦОР контроля, а также целесообразно ввести еще один вид ЦОР - комбинированные ЦОР. Мотивационные ЦОР выполняют функции конкретизации и усиления потребностей обучаемых в знаниях по предмету. ЦОР -объяснения направлены на расширение поля учебной информации по предметной области. ЦОР -отработки или закрепления знаний направлены на формирование технологических или практических знаний и умений. ЦОР контроля позволяют оценить достигнутый результат обучения. Интегрированные ЦОР сочетают в себе частичные или все характеристики выше перечисленных видов ЦОР. Проблемные и надпредметные ЦОР всегда являются интегрированными.

2.3 Аппаратные средства мультимедиа системы

Для построения мультимедиа системы необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио и видео сигналов в цифровой эквивалент и обратно, видеопроцессоры для преобразования обычных телевизионных сигналов к виду, воспроизводимому электронно - лучевой трубкой дисплея, декодеры для взаимного преобразования телевизионных стандартов, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и так далее. Все оборудование, отвечающее за звук, объединяется в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты.

Звуковые карты

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта. Любители игр будут удовлетворены новыми возможностями объемного звучания.

Для звуковых карт IBM совместимых компьютеров прослеживаются следующие тенденции:

Во-первых, для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable) или WT-синтез, сигнал, полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FM синтезе. Используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, то есть восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты.

В более дешевых платах чаще реализован частотно модулированный синтез с использованием синусоидальных колебаний, что в результате приводит к не совсем точному звучанию инструментов, отражение звука и рева, характерных для последнего поколения игр в игровых залах. Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов. Достигаемые результаты очевидны, музыкальные записи получаются более убедительны, а азартные игроки более впечатлительны.

Пионером в реализации WT синтеза стала в 1984 году фирма Ensoning. Вскоре wtсинтезаторы стали производить такие известные фирмы, как Emu, Korg, Roland и Yamaha.

Фирмы производители звуковых карт добавляют WT синтез двумя способами либо встраивают на звуковую карту в виде микросхем, либо реализуя в виде дочерней платы. Во втором случае звуковая карта дешевле, но суммарная стоимость основной и дочерней платы выше.

Во-вторых, это совместимость звуковых карт. За сравнительно не долгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов де-факто на звуковые карты. Так почти все звуковые карты, предназначенные для игр и развлечений, поддерживают совместимость с Adlib и Sound Blaster. Все звуковые карты, ориентированные на бизнес- приложения, совместимы обычно с MS Windows Sound Sistem фирмы Microsoft.

В третьих, одним из компонентов современных звуковых карт стал сигнальный процессор DSP(Digital Signal Processor) к возможности функциональным обязанностям этого устройства можно отнести: распознание речи, трехмерное звучание, wtсинтез, сжатие и декомпрессия аудиосигналов. Количество звуковых карт, оснащенных DSP, не так велико. Причина этого то, что такое достаточно мощное устройство помогает только при решении строго определенных задач.

Как правило, DSP устройство достаточно дорогое, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах. Одним из мощных DSP производителей сейчас является фирма Texas Instruments.

В-четвертых, появилась устойчивая тенденция интегрирования функций звуковых карт на системной плате. Несмотря на то что ряд производителей материнских плат уже включают в свои изделия микросхемы для воспроизводства звука, обеспокоенности в рядах поставщиков звуковых карт незаметно.

Потенциальная проблема при использовании встроенных средств обработки звука состоит в ограниченности системных ресурсов IBM PC совместимых компьютеров, а именно в возможности конфликтов по каналам прямого доступа к памяти (DMA). Пример такой платы это системная плата opti495 SLC, в которой используется 16-разрядный звуковой стереокодек AD 1848 фирмы ANALOG DEVICES.

В - пятых, стремление к более естественному воспроизведению звука заставляет фирмы производителей использовать технологии объемного или трехмерного (3D) звучания.

Самое модное направление в области воспроизведения звука в наши дни предоставляет так называемые объемность звучания. Применение этих эффектов объемного звучания позволяет расширить стереопространство что в свою очередь придает большую глубину ограниченного поля воспроизведения присущем не большим близко расположенным друг к другу колонок.

В шестых, это подключение приводов CD-ROM. Практически все звуковые карты имеют встроенные интерфейсы для подключения приводов CD-ROM одной или сразу всех трех фирм Sony, Panasonic/Matsushita и Mitsumi.Тем не менее, большинство звуковых карт рассчитано на подключение приводов Sony.

Появились карты и приводы поддерживающие стандартный интерфейс ATA(IDE), используемый для компьютеров с винчестером.

В седьмых, на картах используется режим dualdma то есть двойной прямой доступ к памяти. С помощью двух каналов DMA можно реализовать одновременно запись и воспроизведение.

И последние это устойчивое внедрение звуковых технологий в телекоммуникации.

Звуковые карты приобретаются в 90% случаев для игр, из оставшихся 10% для речевого сопровождения мультимедиа программ. В таком случае потребительские качества зависят только от ЦАП(цифро-аналогового преобразователя ) и от усилителя звуковой частоты. Еще более важным является совместимость со стандартом Sound Blaster, так как далеко не все программы будут поддерживать менее распространенные стандарты.

В набор Звуковых карт входят драйвера, утилиты, программы записи и воспроизведения звука, средства для подготовки и воспроизведения презентаций, энциклопедий, игр.

Лазерные диски, CD-ROM.

В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением мультимедиа приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компакт- дисков CD-ROM. Эти устройства и сами диски, относительно недорогие, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650 Мбайт), поэтому они очень удобны для поставки программ и данных большего объема, например каталогов, энциклопедий, а также обучающихся, демонстрационных и игровых программ. И многие программы полностью или частично поставляются на CD-ROM.

Принцип действия. Как и в компакт-дисках, применяемых в бытовых СD-плейерах, информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве компакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресформой. При единичном производстве компакт-дисков (так называемых СD-R дисков, см. Ниже) подложка выполняется из золота, а нанесение информации на нее осуществляется лучом лазера. В любом случае сверху от подложки на компакт-диске находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компакт-диск информацию от повреждений.

Хотя по внешнему виду и размеру используемые в компьютерах компакт-диски не отличаются от дисков, применяемых в бытовых СD плейерах, однако компьютерные устройства для чтения компакт-дисков стоят существенно дороже. Это не удивительно, ведь чтение программ и компьютерных данных должно выполняться с гораздо высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение используемых в компьютере компакт-дисков осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности. Использование такой технологии позволяет записывать на компакт-диски очень большой объем информации (650 Мбайт), и обеспечивает высокую надежность информации.

Однако скорость чтения данных с компакт-дисков значительно ниже, чем с жестких дисков. Одна из причин этого состоит в том, что компакт-диски при чтении вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость отхождения информации под читающей головкой. Стандартная скорость чтения данных с компакт-дисков всего 150-200 Кбайт/с, а время доступа 0,4 с. Впрочем, в последнее время выпускаются в основном устройства с двойной, тройной и даже четвертой скоростью вращения, они обеспечивают соответственно более высокие скоростные показатели: время доступа 0,2-0,3 с, скорость считывания 500 Кбайт/с. Заметим, однако, что устройства с тройной скоростью в реальных задачах увеличивают скорость работы с компакт-диском не в полтора и не в два раза по сравнению с устройством с двойной скоростью, а всего на 30 - 60%.

Видеокарты

Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на IBM PC совместимых компьютеров. Условно можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cupture play), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGATV и MPEG-плейеры.

TV - тюнеры.

Эти устройства выполняются обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал, поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкодера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств таких как MPEG-плейеры или фреймграбберы.

Некоторые из них имеют встроенные микросхемы для преобразования звука. Ряд тюнеров имеют возможность для вывода телетекста.

Фреймграбберы.

Появились примерно 6 лет назад . Как правило они объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера. Содержимое буфера обновляется каждые 40 мс. То есть с частотой смены кадров. Вывод видеосигналов происходит в режиме наложения (overby). Для реализации окна на экране монитора с "живым" видео карта фреймграббера соединена с графическим адаптером через 26 контактный Feature коннектор. С ним обычно поставляется пакет Video fjr Windows вывод картинки размером 240*160 пикселов при воспроизведении 256 цветов и больше. Первые устройства Video Blaster, Video Spigot.

Преобразователи VGA-TV.

Данные устройства транслируют сигнал в цифровом образе VGA изображения в аналоговый сигнал пригодный для ввода на телевизионный приемник. Производители обычно предлагают подобные устройства выполненные либо как внутренние ISA карта либо как внешний блок.

Ряд преобразователей позволяют накладывать видеосигнал, например для создания титров. При этом осуществляется полная синхронизация преобразованного компьютерного сигнала по внешнему (gtnlok). При наложении формируется специальный ключевой (key) сигнал трех видов lumakey, chromakey или alpha chenol.

1. В первом случае наложение производится там, где яркость Y превышает заданного уровня.

2. Накладывание изображения прозрачно только там где его цвет совпадает с заданным.

3. Альфа канал используется в профессиональном оборудовании, основанном на формировании специального сигнала с простым распределением, который определяет степень смещения видеоизображения в различных точках.

MPEG - плееры.

Данные устройства позволяют воспроизводить последовательности видеоизображения (фильмы) записываемых на компакт- дисках, качеством VNS скорость потока сжатой информации не превышает обычно 150 Кбайт/с.

Основная сложность задачи решаемой MPEG кодером, состоит в определении для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: (I)ntra, (P)redicted и (B)idirectional. Первым MPEG -плеерам была плата Reel Magic компании Sigina Desing в 1993 году.

3. Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы

Прежде всего, чрезвычайно удобно использовать компьютерные модели в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач [21-25].

Конечно, такие демонстрации будут иметь успех, если учитель работает с небольшой группой учащихся, которых можно рассадить вблизи монитора компьютера или, если в кабинете имеется проекционная техника, позволяющая отобразить экран компьютера на стенной экран большого размера. В противном случае учитель может предложить учащимся самостоятельно поработать с моделями в компьютерном классе или в домашних условиях, что иногда бывает более реально.

Следует отметить, что при индивидуальной работе учащиеся с большим интересом повозятся с предложенными моделями, пробуют все регулировки, как правило, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Как показывает практический опыт, обычному школьнику конкретная модель может быть интересна в течении 3 -5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: «А что делать дальше?»

Что же нужно сделать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный учебный эффект?

Учителю необходимо заранее подготовить план работы с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с функциональными возможностями модели, также желательно предупредить учащихся, что им в конце урока будет необходимо ответить на вопросы или написать небольшой отчёт о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздаёт учащимся индивидуальные задания в распечатанном виде.

Какие же виды заданий и учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями и как организовать эту деятельность?

Виды заданий к компьютерным моделям

1.Ознакомительное задание

Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся понять назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.

2.Компьютерные эксперименты

После того как компьютерная модель освоена, имеет смысл предложить учащимся 1 - 2 эксперимента. Такие эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в смысл происходящего на экране.

3.Экспериментальные задачи

Далее можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений.

4.Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой

На данном этапе учащимся уже можно предложить 2 - 3 задачи, которые вначале необходимо решить без использования компьютера, а затем проверить полученный ответ, поставив компьютерный эксперимент. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то время, отведённое на решение любой из этих задач, не должно превышать 5 -8 минут. В противном случае, использование компьютера становится мало эффективным. Задачи, требующие более длительного времени для решения, имеет смысл предложить учащимся для предварительной проработки в виде домашнего задания и/или обсудить эти задачи на обычном уроке в кабинете физики, и только после этого использовать их в компьютерном классе.

5.Неоднозначные задачи

В рамках этого задания учащимся предлагается решить задачи, в которых необходимо определить величины двух зависимых параметров, например, в случае бросания тела под углом к гори-зонту, начальную скорость и угол броска, для того чтобы тело пролетело заданное расстояние. При решении такой задачи учащийся должен вначале самостоятельно выбрать величину одного из параметров с учётом диапазона, заданного авторами модели, а затем решить задачу, чтобы найти величину второго параметра, и только после этого поставить компьютерный эксперимент для проверки полученного ответа. Понятно, что такие задачи имеют множество решений.

6.Задачи с недостающими данными

При решении таких задач учащийся вначале должен разобраться, какого именно параметра не хватает для решения задачи, самостоятельно выбрать его величину, а далее действовать, как и в предыдущем задании.

7.Творческие задания

В рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов. На первых порах это могут быть задачи, составленные по типу решённых на уроке, а затем и нового типа, если модель это позволяет.

8.Исследовательские задания

Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательское задание, то есть задание, в ходе выполнения которого им необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности. Самым сильным ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности. Заметим, что в особо сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов или предложить план, заранее составленный учителем [26-32].

9.Проблемные задания

С помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели.

10.Качественные задачи

Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы, конечно, лучше сформулировать, поработав с моделью, заранее.

При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности. Это занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект.

В последнее время можно часто слышать вопросы: "А нужен ли компьютер на уроках физики? Не вытеснят ли компьютерные имитации реальный эксперимент из учебного процесса?" Чаще всего такие вопросы задают учителя, не владеющие информационными технологиями и не очень понимающие, чем могут быть полезны эти технологии в преподавании.

Давайте попробуем ответить на вопрос: "Когда же оправдано использование компьютерных программ на уроках физики?" Мы считаем, что, прежде всего, в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе. Следует отметить, что под компьютерными понимают компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах.

В чем же преимущество компьютерного моделирования по сравнению с натурным экспериментом? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, не реализуемые в физических экспериментах.

...