Разработка средств дистанционного обучения на основе космических средств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка средств дистанционного обучения на основе космических средств

В.И. Трушляков,

д-р техн. наук, проф. НОУ ВПО «ОмГА»;

В. Н. Саютин,

аспирант, ст. преп. НОУ ВПО «ОмГА»

Автор рассматривает широкие возможности, открывающиеся перед образованием, при внедрении информационных космических технологий. Возможности международного сотрудничества в области образования. По мнению автора, электронные космические технологии могут способствовать формированию междисциплинарного мышления школь-ников и помогут сделать осознанный выбор будущей профессии, связанной с наукоемкими технологиями. Предпринята попытка разработки лабораторных работ по классической физике с использованием аппаратуры спутника и даются методические рекомендации по их выполнению. Статья адресована школьным и вузовским преподавателям физики, математики, информатики, географии, экологии, основам безопасности жизнедеятельности.

Электронные космические технологии. Дистанционное обучение.

Development of the distance training means on a base of cosmic means

The author examines the ample opportunities opening before education, at introduction of information cosmic technologies. Opportunities of the international cooperation in the field of education. In opinion of the author, electronic cosmic technologies can promote to the formation of interdisciplinary schoolchildren thinking and will help to make the realized choice of the future profession connected to the high technologies. An attempt to development of laboratory works on classical physics with the use of the equipment of the satellite is undertaken and methodical recommendations on their performance are given. The article is addressed to school and high school teachers of physics, mathematics, computer science, geography, ecology, bases of safety in ability to live.

Electronic cosmic technologies. Distance training.

Применение технологий e-learning, электронных образовательных технологий и электронной педагогики, в том числе и дистанционных технологий обучения, позволяет достичь ряда преимуществ по сравнению с традиционными образовательными технологиями. Среди них, с педагогической точки зрения, важным является повышение качества обучения за счет индивидуализации работы студента при прохождении лабораторных практикумов, являющихся неотъемлемой частью программы подготовки специалистов.

Возможность перевода общетехнических и специальных дисциплин, а именно лабораторных практикумов, на дистанционную технологию появляется при условии обеспечения возможности выполнения реальных измерений дистанционно.

В ряде московских школ установлена уникальная российская разработка, не имеющая аналогов в мире по критерию «цена - качество»: портативные программно-технические комплексы приема и обработки космических изображений Земли в режиме реального времени. Подготовлены первые версии учебно-методических материалов по внедрению указанных выше технологий в образовательную и проектную деятельность московских общеобразовательных учреждений.

Проведенные обсуждения первых результатов реализации проекта на заседаниях круглых столов и в средствах массовой информации показали, что информационные космические образовательные технологии, внедренные в образовательный процесс, значительно повышают качество образования по ряду предметов (география, информатика, физика, основы безопасности жизнедеятельности и др.), развивают у учащихся творческие начала, умение формировать исследовательские гипотезы и проверять их достоверность, формировать активную жизненную позицию.

Данный проект, по мнению ряда высококвалифицированных педагогов, можно рассматривать как открытие новой космической эры в образовательном процессе, через 50 лет после запуска первого искусственного спутника Земли.

Космические технологии, а именно дистанционное зондирование Земли из космоса, имеют колоссальное значение в учебном процессе средней школы в связи с проблемой осознанного выбора будущей профессии, проблемой выбора поступления в тот или иной вуз. В этом смысле внедрение в учебный процесс технологии приема и обработки космической информации дает уникальный шанс знакомства на практике с возможностями множества различных будущих профессий. Так, с помощью технологии космического мониторинга можно получить вполне ясное представление о наукоемких информационных технологиях, используемых в строительстве, гидрометеорологии, географии, геологии, лесном хозяйстве, водном хозяйстве, сельском хозяйстве, экологии, картографии, сейсмологии, океанологии и др., и сделать вполне осознанный выбор будущей профессии, связанной с наукоемкими технологиями.

Тиражирование образовательных технологий приема и обработки космических изображений Земли в режиме реального времени в субъектах Российской Федерации позволит школьникам различных регионов России наладить регулярный обмен между собой постоянно обновляемыми космическими изображениями различных участков территории Российской Федерации и в конечном итоге создать регулярно обновляемую космическую карту России для повышения качества российского образования по целому ряду учебных дисциплин (география, информатика, математика, физика, основы безопасности жизнедеятельности и др.). Стоимость предлагаемого учебно-методического оборудования в серийном исполнении вполне доступна для учебных заведений (не превышает 30-40 тыс. руб.). При этом необходимо отметить, что одного комплекта оборудования вполне достаточно, чтобы обеспечить наглядными материалами в режиме реального времени учебный процесс одновременно несколько дисциплин (география, информатика, математика, физика, экология, основы безопасности жизнедеятельности и др.). Это способствует развитию междисциплинарного мышления и формированию важности изучения школьных предметов в едином взаимодействии.

Данный проект может заложить хорошую основу для развития международного сотрудничества в области внедрения новых образовательных технологий в различных странах мира, в частности, российско-американского сотрудничества, с учетом того, что прием и обработка космических изображений Земли на бесплатной основе производится с американского спутника NOAA. Школьники из различных стран могут обмениваться получаемыми данными и наблюдать за глобальными процессами изменения климата Земли.

Таким образом, для интенсификации учебного процесса, повышения его качества необходимо создание средств дистанционного обучения, в том числе системы дистанционного управления экспериментом (СДУЭ), являющейся основой дистанционных лабораторных работ [1, 6, 7]. СДУЭ должна обеспечивать возможность доступа студентов к лабораторным ресурсам (ЛР) вуза из любой географической точки в многопользовательском режиме в реальном масштабе времени и, следовательно, обеспечивать необходимую пропускную способность.

Идея дистанционного обучения обсуждается уже довольно длительное время, но разработка имеющихся концепций заканчивается, в основном, созданием либо обучающих программ по методу электронного учебника, либо систем моделирования с возможностью проводить численные расчеты и исследования моделей с использованием удаленного доступа: локальных сетей или глобальной сети интернет.

Для проведения лабораторных работ по физике в ряде случаев лучше всего создавать удаленный лабораторий практикум, который позволит производить необходимые физические измерения на реальном оборудовании с использованием реальных опытных образцов (пример работы рассмотрен в [2]), а также проводить моделирование исследуемых физических процессов на удаленных высокопроизводительных системах, например спутнике, находящемся на орбите [7].

Выше была рассмотрена концепция работы с данными дистанционного зондирования Земли при их использовании в учебном процессе. Рассмотрим следующую концепцию, суть которой заключается в использовании приборов, установленных непосредственно на борту КА и измеряющих проявления фундаментальных законов классической физики, например механики, теплообмена, кибернетики и т.д.

Предлагаемая концепция разработки удаленных лабораторных установок продолжает идею использования космических средств в образовании и включает в себя создание следующих элементов средств дистанционного обучения:

* математической модели проводимого эксперимента;

* макета лабораторной установки;

* удаленной лабораторной установки на основе научно-образовательного спутника и выведение ее на орбиту;

* схемы взаимодействия с Центом управления полетом и совместной разработки аппаратных и программных средств управления научно-образовательным спутником (управляющие программы, устройства и специализированные контроллеры для обработки телеметрических измерений с борта спутника), позволяющих проводить соответствующие лабораторные работы;

* организацию взаимодействия с Центром управления полетом научно-образовательного спутника через интернет.

Применение предлагаемой концепции позволит создавать лабораторные практикумы удаленного доступа с возможностью проводить дистанционные измерения в реальных условиях эксперимента, непосредственно контролировать и изменять параметры эксперимента с удаленных рабочих мест и в перспективе, с учетом возникших у вузов в настоящее время трудностей с модернизацией технической базы экспериментальных исследований, позволит осуществить создание межвузовских центров проведения лабораторных практикумов с использованием доступа к лабораторным установкам посредством сети интернет.

Кроме того, существенным моментом при разработке дистанционных средств обучения является возможность обеспечения сохранности дорогостоящего оборудования путем ограничения при одновременном обеспечении доступа к научно-технической информации, снимаемых с реальных приборов. Это позволяет существенно увеличить количество студентов, участвующих в проведении лабораторных работ, исключив риск порчи дорогостоящей аппаратуры.

Опыт работы в рамках приоритетного национального проекта «Образование» выявил в части использования дорогостоящего, как правило, зарубежного учебно-научного оборудования ряд таких проблем, как:

* необходимость его периодического обслуживания и содержания, в среднем ежегодно это составляет до 10% от его стоимости, на что в программе средства не выделяются;

* необходимость присутствия квалифицированного персонала при его использовании во время проведения ЛР во избежание поломок обучающимися; дистанционный обучение космический спутник

* повышенные требования к студентам по сохранности оборудования, что на практике очень сложно реализовать и т.д.

Разумеется, затраты на разработку, изготовление, выведение на орбиту, поддержание функционирования научно-образовательного спутника на орбите также значительны, однако проведение лабораторных работ на удаленной лабораторной установке на основе малоразмерного спутника, как правило, осуществляется параллельно выполнению другой целевой функции. Использование ракетно-космических технологий в образовании в соответствии с [8] является составным элементом космического образования, которое в свою очередь является показателем достижения любого государства в сфере применения высоких прорывных технологий в любой сфере деятельности.

На сегодня разработан ряд удаленных ЛР для различных сфер обучения (но в основном для проведения ЛР по электродинамике), например программный продукт LabVIEW (компания National Instruments). Примеры таких работ можно посмотреть на [3].

Российский партнер National Instruments фирма «Эликс» [4] также разрабатывает виртуальные приборы. Виртуальные приборы этих компаний созданы по принципу внешнего подключения устройства (или просто платы): подключается к персональному компьютеру, обрабатывает входные данные и выдает выходные данные. Либо как в случае с LabVIEW: после подключения внешнего устройства программа считывает параметры прибора и создает на его основе виртуальный прибор, после чего его можно использовать в программе для составлений схем и проведения ЛР.

В рассматриваемой работе предлагается дальнейшее развитие идей, предложенных в работах [2, 7] для изучения законов механики на основе удаленной лабораторной установки в виде спутника, находящегося на орбите. Использование научно-образовательного спутника, находящегося на орбите в околоземном космическом пространстве, позволяет моделировать значительное число ЛР на одном спутнике и получать доступ к данным через сеть интернет, не подключая какие-либо внешние, дополнительные устройства.

Научно-образовательные спутники имеют в своем составе широкий спектр оборудования, которое позволяет моделировать (проводить) на его основе удаленные ЛР, используя в качестве удаленной лабораторной установки как сам спутник, находящийся на орбите, так и показания его отдельных приборов.

При разработке технологий обучения с использованием средств дистанционного обучения возможен многоуровневый подход, то есть использование:

* математических моделей объектов с различной степенью учета воздействующих факторов и точностью описания;

* наиболее простейших физических макетов лабораторного оборудования, с соответствующим математическим описанием;

* реального оборудования на научно-образовательном спутнике, находящемся на орбите с соответствующим математическим описанием и проведением ЛР в реальном масштабе времени;

* архива измерительных материалов, полученных с борта научно-образова-тельного спутника при проведении ЛР.

Ниже представлена таблица 1 соответствия аппаратуры спутника и законов физики, по которым предлагается проводить удаленные лабораторные работы по классической физике с использованием научно-образовательных спутников, находящихся на орбите.

Таблица 1

Традиционный состав бортовых систем спутника и основные фундаментальные законы, используемые соответствующими бортовыми приборами

Перечень и состав ЛР, методические рекомендации по их выполнению разрабатываются с привлечением как преподавателей, так и специалистов, проектирующих и эксплуатирующих научно-образовательные спутники.

В таблице 2 приведена структурно-логическая матрица при реализации перспективного проекта удаленной лабораторной установки.

Таблица 2

Основные цели проекта, индикаторы прогресса и способы их измерения. Предположения и риски при реализации проекта

Библиографический список

7. Трушляков, В. И. Лабораторная работа в космосе / В.И. Трушляков. // Высшее образование в России. - 2004. - Вып. 9. - С. 168-169.

8. Алифанов, О. М. Роль космического образования в XXI веке / О.М. Алифанов, В.С. Хохулин. // Наука о человеке : гуманитарные исследования : науч. журн. - 2007. - № 1. - С. 121-127.

Размещено на Allbest.ru