Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева»
Факультет информационных технологий и управления
Кафедра
информационных компьютерных технологий
Выпускная квалификационная работа бакалавра
По направлению: «Информационные системы и технологии»
На
тему: «Разработка интерактивных компонентов для виртуальных лабораторных
практикумов»
Содержание
Введение
. Литературный обзор
.1 Использование информационных технологий в образовании
.2 Системы дистанционного обучения
.3 Виртуальные лаборатории
.4 Мультимедийная платформа Adobe Flash
. Теоретическая часть
.1 Задачи и содержание практикума по общей химии
.2 Состав виртуального лабораторного практикума по общей химии
.3 Критический анализ ранее разработанных практикумов
.4 Постановка задач по переработке и совершенствованию практикума
. Практическая часть
.1 Этапы разработки виртуального лабораторного практикума
.2 Устранение недостатков, оптимизация кода, разработка компонентов
.3 Разработка лабораторного комплекса
.4.Пример лабораторной работы
.5 Руководство программиста
Выводы
Список литературы
Приложения
Введение
Современные информационные технологии, хотя и были созданы не для нужд системы образования, приводят к революционным изменениям в образовательном процессе. Образование, вслед за другими областями, быстро и уверенно встраивается в сетевой мир. Среди учебных заведений наиболее активно информационные технологии внедряются в высших учебных заведениях. Это обусловлено следующими причинами. Содержание образования все труднее совместить с ограниченным временем обучения. Тяжело одновременно сохранять традиции и быть на переднем крае науки. Исчерпывают себя традиционные формы обучения, но и возможности их модернизации ограничены. Необходимо соблюдать общие требования образовательных стандартов и учитывать индивидуальные способности каждого студента. С учащимися, несмотря на взрослый возраст и осознанный выбор, необходимо вести организационно-воспитательную работу, используя коммуникационные возможности информационных технологий. Поэтому информационные технологии существенно обогащают деятельность вузов, расширяют доступность образования, позволяют внедрять новые подходы к обучению, развивать творческие и профессиональные навыки. организовывать учебно-воспитательный процесс. Таким образом, в последние годы информационные компьютерные технологии все в большей степени внедряются в образовательный процесс, решая актуальные методические задачи и другие проблемы современного отечественного образования.
Среди целей образовательного процесса важное место занимает постановка самостоятельной работы студентов. Развитию такой самостоятельной деятельности, в частности, способствуют технологии дистанционного обучения. Данные технологии важны при различных видах занятий и форм обучения. Среди таких технологий выделяются виртуальные лабораторные комплексы, с помощью которых закрепляются основные понятия по лабораторному практикуму, требования техники безопасности, умение проводить опыты и ставить эксперименты, выполнять расчеты, делать выводы и другие умения и навыки. Такие комплексы незаменимы при отсутствии доступа к реальной лаборатории, оборудованию и установкам, посуде и реактивам. Их основным недостатком является отсутствие непосредственного контакта, ощущения органами чувств, навыков, приобретаемых руками. Применение flash-технологий, благодаря правдоподобной анимации частично устраняет названный недостаток, создавая воображение присутствия, эффект собственного участия и давая возможность наблюдения за процессом.
На кафедре ИКТ в последние годы разрабатывается виртуальный лабораторный практикум для кафедры ОНХ общей и неорганической химии (ОНХ). Дипломники Студенты кафедры ИКТ разработали больше сотни значительную часть лабораторных работ и интегрировали их в единый виртуальный практикум. Все это способствует повышению эффективности учебного процесса и облегчению формирования у студентов соответствующих навыков и компетенций. Несмотря на то, что данные лабораторные работы широко используются на кафедре ОНХ, со временем обнаруживаются их недостатки и накапливаются пожелания. Наибольшее число таковых относится к виртуальным лабораторным работам по общей химии. Следовательно, назрела необходимость в выявлении и устранении недостатков в интерактивных лабораторных работах по общей химии, а так же их совершенствовании.
AMVAS - Цели и задачи подкорректировать, чтобы были идентичны слайдам
Целью данной дипломной работы является:
· Разработать в среде Adobe Flash набор интерактивных компонентов для использования в виртуальных лабораторных практикумах, существенная качественная переработка и доработка виртуальных лабораторных работ по общей химии посредством исправления и оптимизации программного кода, добавления новых интерактивных компонентов, расширения функционала и возможностей.
Согласно цели дипломной работы были поставлены следующие задачи:
· освоение методики и стилистики ранее созданных лабораторных работ виртуального лабораторного практикума как по общей, так и по неорганической химии, для сохранения в дорабатываемых блоках единства стиля и реализации воплощенных возможностей;
· разбор сценариев выполнения лабораторных работ по общей химии и знакомство с программным кодом этих работ для проведения критического анализа;
· выделить стандартные компоненты, которые могут быть использованы для виртуальных практикумов. Формализовать алгоритмы операций с данными компонентами;
· переработка имеющегося программного кода для устранения недостатков и его оптимизации, разработка недостающего программного обеспечения для расширения функционала и возможностей;
· создать программные коды, реализующие основные операции с компонентами. Сформировать виртуальную лабораторную работу с использованием настраиваемых параметров интерактивных компонентов
· объединение в единый виртуальный
практикум переработанных блоков работ с разработанными ранее блоками работ по
дисциплинам «Общая химия» и «Неорганическая химия».
1. Литературный обзор
1.1 Использование информационных
технологий в образовании
Современные информационные технологии, хотя и были созданы не для нужд системы образования, приводят к революционным изменениям в образовательном процессе. Образование, вслед за другими областями, быстро и уверенно встраивается в сетевой мир. Среди учебных заведений наиболее активно информационные технологии внедряются в высших учебных заведениях. Это обусловлено следующими причинами. Содержание образования все труднее совместить с ограниченным временем обучения. Тяжело одновременно сохранять традиции и быть на переднем крае науки. Исчерпывают себя традиционные формы обучения, но и возможности их модернизации ограничены. Необходимо соблюдать общие требования образовательных стандартов и учитывать индивидуальные способности каждого студента. С учащимися, несмотря на взрослый возраст и осознанный выбор, необходимо вести организационно-воспитательную работу, используя коммуникационные возможности информационных технологий. Поэтому информационные технологии существенно обогащают деятельность вузов, расширяют доступность образования, позволяют внедрять новые подходы к обучению, развивать творческие и профессиональные навыки. организовывать учебно-воспитательный процесс.
Как считают специалисты, занимающиеся проблемами совершенствования высшего Российского образования, применение современных информационных технологий при обучении фундаментальным дисциплинам способно решить многие проблемы [1].
Чтобы успешно включить эти технологии в учебный процесс необходимо учесть некоторые факторы:
● преподавателей нужно подготовить к разработке, реализации и коррекции того учебно-методического обеспечения, в котором задействованы информационно-технические средства обучения;
● необходимо разными способами простимулировать интерес студентов и учесть их потребность в разнообразных формах взаимодействия;
● необходима поддержка благоприятной атмосферы в процессе взаимодействия на занятиях;
● надо обоснованно сочетать традиционные и интерактивные форм организации занятий [2].
Современные информационные технологии дают возможность преподавателю, не обладающему навыками программирования, создавать весьма интересные обучающие интерактивные видеоролики и мультимедийные тренажеры, проводить тестирование студентов и осуществлять обратную связь с целью выявления наиболее тяжелых с точки зрения студентов тем курса. Также следует выделить важную с точки зрения интерактивности возможность предложить инструменты для организации групповой и коллективной деятельности, предоставляемую облачными технологиями. Интерактивное обучение способствует развитию навыков общения, позволяет осознавать значение группового опыта, обучает контролю своего участия в работе группы, уважению ценностей и правил, принятых группой, обоснованию своего мнения и отстаиванию собственной позиции. Таким образом, информационное обеспечение вместе с интерактивным обучением, стимулирует активность студентов в процессе их профессионального образования [1].
Имеются различные мнения по поводу мультимедийной поддержки преподавания дисциплин, требующих изображения химических формул или сложных схем превращений. Представители сугубо традиционных форм обучения считают, что только в том случае, когда лектор последовательно изображает формулы мелом на доске, студент способен усвоить логику изложения материала, закрепление которого предполагает дальнейшую работу с литературой [3]. В этих доводах содержится определенный смысл, но современные студенты приучены не столько к получению информации из печатных источников, сколько к возможностям электронных ресурсов. По сути, поменялся стереотип получения информации: современные студенты свободно владеют компьютером, не испытывая при этом психологических и иных барьеров, свойственных людям старшего поколения, и при приобретении каких-либо новых знаний не нуждаются в бумажном носителе информации [4]. Также, анкетирование студентов показывает, что многие из них предпочитают работать именно с интерактивными видеороликами, а не с электронными текстами [5]. На основе анкетирования также можно сделать вывод, что при чтении лекций уже недостаточно использовать только электронные презентации и мультимедиатехнологии. Необходимо активно внедрять сетевые интерактивные технологии в самостоятельную учебную работу студентов [6].
Таким образом, в последние годы информационные
компьютерные технологии все в большей степени внедряются в образовательный
процесс, решая актуальные методические задачи и другие проблемы современного
отечественного образования.
1.2 Системы дистанционного обучения
Дистанционное обучение - это процесс взаимодействия преподавателя и учащихся между собой на расстоянии, отражающий все присущие учебному процессу компоненты (цели, содержание, методы, организационные формы, средства обучения) и реализуемое специфичными средствами Интернет-технологий или другими средствами, предусматривающими интерактивность [7].
Дистанционное обучение - это самостоятельная форма обучения, в которой информационные технологии (ИТ) являются ведущим средством [8].
Современное дистанционное обучение построено с помощью применения таких главных компонентов, как:
· среда передачи данных (почта, телевещание, радиовещание, коммуникационные сети);
· методы, зависящие от технической среды обмена данными.
Цель дистанционного обучения заключается в интеграции информационных и образовательных технологий, что обеспечивает интерактивность взаимодействия студентов и высокую продуктивность распределенного учебного процесса.
К задачам создания системы дистанционного обучения относится разработка информационно-обучающей среды с целью организации дистанционного учебного процесса и сетевых технологий интерактивного взаимодействия пользователей.
В современную эпоху технологий разработка и внедрение систем дистанционного обучения становится особенно важным, так как именно эти системы имеют все шансы максимально правильно и гибко отвечать на нужды социума в образовании.
При управлении ходом обучения все без исключения обучающие системы подразделяются на те, где управление процессом возложено на пользователя, и те, где оно возложено на обучающую систему.
К системам первого класса можно отнести электронный учебник или методическое пособие с последовательной структурой, электронный учебник или методическое пособие с гипертекстовой структурой, полнотекстовая база данных, электронная библиотека, мультимедийный электронный учебник или методическое пособие, электронный учебник или методическое пособие со средствами рубежного контроля. Система может обладать свойствами мультимедийных систем.
Ко второму классу относятся обучающие системы, где ответы и действия обучаемого влияют на дальнейший ход процесса обучения. Степень управления учебным процессом непосредственно зависит от степени адаптации системы под конкретную группу обучающихся. поэтому обучающие системы данного класса разделяются на подклассы по степени их адаптивности и способами реализации адаптации: автоматизированная обучающая система с линейной моделью обучения, автоматизированная обучающая система с разветвленной моделью обучения. автоматизированная обучающая система с адаптацией по форме изложения, автоматизированная обучающая система с адаптацией по логике изложения, мультиагентная автоматизированная обучающая система с адаптацией по объекту и целям обучения [9].
К достоинствам дистанционного образования можно отнести и то, что скорость обучения устанавливается самим учащимся, он в состоянии выбрать любой элемент курса, самостоятельно запланировать время, место и продолжительность занятий. Также дистанционное обучение не связано с географическим и временным положением студента и вуза. С его помощью легко реализовать обратную связь. Оно дает возможность использовать новейшие достижения информационных и телекоммуникационных технологий. Дистанционное образование предоставляет равные возможности независимо от состояния здоровья и материальной обеспеченности.
Но необходимо отметить и его минусы. Например, отсутствие очного общения, включающего воспитательные моменты, индивидуальный подход, эмоции. Необходима самодисциплина, самостоятельность и сознательность студента. Нужен постоянный доступа к источнику информации, хорошая техническая оснащенность, недостаток практических занятий и навыков. Отсутствует постоянный контроль, который для русского менталитета является мощным побудительным стимулом. Материалы не всегда достаточно хорошо разработаны. Необходимо излагать знания только в письменной форме.
В 2014 году в России начался валютный кризис, в связи с чем увеличились цены на лабораторное оборудование, учебные пособия, возросли траты на обеспечение высшего и профессионального образования. Исходя из этого, можно сделать вывод о необходимости введения дистанционного обучения в систему образования России. [10].
1.3 Виртуальные лаборатории
Виртуальный лабораторный практикум - вид проведения лабораторных занятий, суть которого заключается в замене реального лабораторного исследования на математическое моделирование изучаемых процессов с виртуальным взаимодействием учащегося с лабораторным оборудованием. Возможности современных имитационных компьютерных моделей создают полную иллюзию работы с реальным оборудованием.