Опыт использования виртуальных кейс-технологий при самостоятельном проведении лабораторного эксперимента.

Китайская мудрость гласит: «Скажи мне – и я забуду; покажи мне – и я запомню; дай мне действовать самому – и я научусь». Этот педагогический принцип сохраняет свою актуальность до сих пор. В вузах МЧС России лабораторные работы (во взаимодействии с другими методами изучения фундаментальных и технических наук) всегда были основой пожарно-технического образования, так как профессиональная компетентность будущих сотрудников Государственной противопожарной службы (ГПС) предполагает формирование умений и навыков, связанных с измерением величин технических параметров и обработкой результатов этих измерений.

Однако специфика пожарно-технического образования предполагает изучение физических и химических процессов, протекающих достаточно продолжительное время (например, прогрев строительных конструкций или самовозгорание), при этом применение виртуальных моделирующих комплексов требует адекватной продолжительности лабораторных занятий, что не всегда может вписаться в современные динамически насыщенные планы обучения. Решением указанной проблемы могло бы быть временное масштабирование моделируемых процессов, а также проведение комплексных расчетно-экспериментальных занятий продолжительностью 6 академических часов, в течение которых:

• моделировался физико-химический процесс во временном масштабе, максимально приближенным к естественно протекающему процессу;
• было выполнено достаточное количество измерений, позволяющее получить необходимый навык их проведения;
• возможные промежутки времени между измерениями эффективно использовались для выполнения расчетной части комплексного задания. Для успешного решения накопившихся противоречий, связанных с организацией и проведением лабораторных экспериментов в рамках расчетно-лабораторного занятия, необходимо:
• провести анализ исследований по разработке дидактических средств в области виртуального лабораторного эксперимента, позволяющих повысить эффективность обучения в вузах МЧС России;
• разработать модель организации расчетно-лабораторного занятия для курсантов вуза МЧС России, включающую в себя расчетную и экспериментальную фазы;
• сформировать оптимальную схему проведения расчетно-лабораторного занятия;
• разработать оптимальную структуру и произвести программную реализацию программно-компьютерных комплексов, а также необходимую методическую поддержку, позволяющую курсантам и студентам выполнять лабораторные эксперименты;
• определить пути и методы интенсификации занятий за счет более качественной подготовки курсантов и студентов путем внедрения в педагогическую практику индивидуальных комплексных заданий, содержащих как расчетную, так и экспериментальную компоненты.

В ходе проведения констатирующего эксперимента был произведен анализ возможных вариантов организации расчетно-лабораторных занятий увеличенной продолжительности в вузах МЧС России, на основании которого построена система принципов формирования содержания индивидуального комплексного расчетноэкспериментального задания, содержащего как расчетную, так и экспериментальную компоненты и позволяющего обеспечить самостоятельную работу курсантов в режиме групповой работы с лабораторными вычислительными комплексами. Результаты анализа представлены в таблице 1.

Организация эффективного проведения расчетно-лабораторных занятий увеличенной продолжительности предполагает распределение ресурсов вычислительного комплекса, используемого для проведения виртуального эксперимента, при поочередном получении исходных данных индивидуальных расчетных заданий и их выполнении. Таким инструментом может быть специальный интерактивный график, встроенный в управляющую оболочку виртуальной теплофизической лаборатории и позволяющий обеспечить оперативный переход различных членов бригады к различным этапам выполнения комплексного расчетно-экспериментального задания.

Схема организации расчетно-лабораторного занятия увеличенной продолжительности представлена на рис. 1.

Структурная схема интерактивного графика выполнения индивидуальных комплексных расчетно-экспериментальных заданий бригадой из двух курсантов представлена на рис. 2.

В ходе констатирующего этапа эксперимента были опрошены 24 курсанта 3 курса инженерного факультета с целью определения возможности доступа к персональным компьютерам (ПК) и готовности использования ПК для выполнения комплексных расчетно-экспериментальных заданий.

Таблица 1
Формирование содержания комплексного расчетно-экспериментального задания

Результаты опроса позволяют сделать следующие выводы: многие из курсантов имеют возможность доступа к ресурсам ПК и готовы использовать эти ресурсы. Условием использования ПК при самостоятельной учебной работе во внеаудиторный период является наличие соответствующего русифицированного программного продукта, имеющего разветвленную контекстную помощь. Результаты опроса приведены в таблице 2.

Рис. 1.
Схема организации расчетно-лабораторного занятия

Рис. 2.
Структурная схема интерактивного графика

Таблица 2
Результаты опроса курсантов по использованию ПК

 
Анализ результатов эксперимента показывает, что применение виртуальных технологий во время проведения лабораторного эксперимента и выполнения комплексных расчетно-экспериментальных заданий дает существенный эффект, прежде всего, в части соблюдения графика выполнения лабораторных и расчетных работ. Это положительно сказывается и на выполнении самостоятельных работ по другим учебным дисциплинам.

Контрольный опрос проводился независимыми экспертами через 14 месяцев после окончания изучения дисциплины «Термодинамика и теплопередача» в рамках подготовки к дистанционному тестированию.

Методами математической статистики были вычислены среднеквадратические отклонения распределения баллов контрольного опроса: Dэ = 0,72 по разделу «Теория теплообмена»; Dк =1,29 по разделу «Техническая термодинамика».

Уменьшение среднеквадратичного отклонения и смещение центра распределения в сторону более высоких баллов объективных показателей остаточных знаний по результатам изучения раздела «Теория теплообмена», по сравнению с результатами изучения раздела «Техническая термодинамика», позволяет сделать вывод об эффективности использования виртуальных технологий при выполнении комплексных расчетно-экспериментальных заданий на расчетно-лабораторных занятиях увеличенной продолжительности.

После обработки результатов контрольной проверки установлено, что показатель эффективности возрастает по мере увеличения промежутка времени между окончанием изучения учебной дисциплины и измерением остаточных знаний. Так, средний показатель эффективности непосредственно после окончания изучения дисциплины был равен ε=1,07, через 14 месяцев этот показатель возрос до ε=1,12. Разница в средних баллах экспериментального и контрольного этапов педагогического эксперимента возросла за этот же промежуток времени с 0,11 до 0,20.

На основании проведенных исследований установлено следующее:

1. Изучение отечественного и зарубежного опыта позволяет сделать вывод, что необходимое качество подготовки специалистов в вузах МЧС России может быть достигнуто, в том числе, проведением фронтальных расчетно-экспериментальных занятий повышенной продолжительности.

2. Тематика комплексных расчетно-экспериментальных заданий применительно к особенностям обучения в вузе МЧС России должна:

1. быть максимально приближенной к предполагаемой области практической деятельности обучаемых;
2. позволять осуществлять поэтапный непосредственный и дистанционный контроль самостоятельной работы над комплексным расчетно-экспериментальным заданием со стороны преподавателя;
3. поддерживать число вариантов не менее числа обучающихся по данной специальности в вузе, что является необходимым условием обеспечения эффективной самостоятельной работы над комплексным расчетно-экспериментальным заданием.

3. При разработке учебно-методических материалов, поддерживающих виртуальные технологии организации работы над комплексным расчетно экспериментальным заданием, необходимо учитывать, что:

1. эффективным средством активизации учебно-познавательной деятельности курсантов и студентов является применение автоматизированного рабочего места курсанта с интегрированной виртуальной лабораторией;
2. при формировании структуры автоматизированного рабочего места курсанта желательно обеспечить резидентное нахождение интерактивного графика выполнения комплексного расчетно-экспериментального задания, для чего можно использовать фреймы;
3. варианты выхода на основные компоненты автоматизированного рабочего места курсанта целесообразно максимально дублировать через гиперссылки между его отдельными составляющими.

4. Экспериментально доказано, что использование сформированного комплекта методической документации и соответствующего программно-компьютерного сопровождения повышает эффективность фронтальных расчетно-экспериментальных занятий увеличенной продолжительности по дисциплине «Термодинамика и теплопередача».

ЛИТЕРАТУРА

1. Акимов, М.Н. Самоконтроль при обработке на ПЭВМ результатов теплофизического эксперимента / М.Н. Акимов, А.А. Кузьмин // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы совершенствования профессиональной подготовки и переподготовки кадров». - М.: 2000. - С. 46-47.
2. Артамонов, В.С. Виртуальная теплофизическая лаборатория. Лабораторный практикум. / В.С. Артамонов, А.А. Кузьмин, А.И. Белявцев. - СПб: СПб университет МВД России, 2001.
3. Баскин, Ю.Г. Метод априорной оценки эффективности учебных занятий в группах с различными социально-психологическими характеристиками. / Ю.Г. Баскин, А.А. Грешных // Вестник Санкт-Петербургского института Государственной противопожарной службы МЧС России. – 2005. – №1.

Контактная информация: a_bolotin@mail.ru