Сетевые информационные технологии в преподавании общепрофессиональных и специальных учебных дисциплин технического профиля

Одним из направлений реализуемого приоритетного национального проекта «Образование» определено стимулирование инноваций в сфере образования. Предлагаемая статья является попыткой осмыслить и систематизировать опыт их применения – опыт использования сетевых информационных технологий в образовательном процессе Сахалинского промышленно-экономического техникума (г. Южно-Сахалинск), в частности в преподавании общепрофессиональных и специальных дисциплин специальностей электротехнического и компьютерного профиля.

Внедрение информационных технологий (ИТ) в учебный процесс происходит неуклонно и поэтапно вместе с развитием средств обучения (компьютеров, электронных образовательных ресурсов, в том числе средств мультимедиа и других устройств) и прикладных профессиональных и обучающих программ. Возможности этого развития представляются безграничными.

Поскольку учебный процесс охватывает группы студентов, переход на использование ИТ осуществляется поэтапно с развитием локальной вычислительной сети (ЛВС) в учебном заведении – увеличением количества компьютерных кабинетов и усложнением структуры и наполнением ЛВС электронными образовательными ресурсами.

Если на начальном этапе в кабинете информатики проходили занятия только по информатике, то по мере совершенствования компьютеров, появлением и развитием ЛВС наступил этап широкого применения прикладных компьютерных программ в организации учебного процесса, а также и в подготовке в основном специалистов компьютерных специальностей. В настоящее время мы переживаем этап применения прикладных программ и мультимедийных средств в сочетании с сетевыми информационными технологиями (СИТ). На этом этапе возникают трудности, связанные с расширением и углублением функций ЛВС, вследствие чего улучшаются условия применения СИТ, а также с освоением преподавателями информационных технологий вообще, и СИТ в частности.

Занятия по гуманитарным и техническим дисциплинам проводятся преподавателями, в основном, по традиционным формам – лекция (обычно преподаватель объясняет материал, иногда использует видеофильмы или видеоролики с помощью проектора, а затем диктует под запись конспект), устный опрос (иногда тестирование в бумажном варианте), практическое занятие в прикладной программе на компьютере с использованием задания или методических указаний с листа бумаги (отчёты оформляются в тетради или в файлах на жёстком магнитном диске компьютера) и т.д. При этом может использоваться классная доска (иногда ещё меловая), плакаты не первой свежести. Преподаватель рисует (как умеет) на доске формулы, диаграммы, схемы, чертежи. Внимание и активность студентов на таком традиционном занятии бывают, как правило, не высокими. А анализ качества студенческих конспектов лекции подчас вызывает недоумение. Компьютеры на учебном занятии применяется либо ограниченно (для презентаций и фильмов), либо не применяется вообще, за исключением занятий по информатике и информационным технологиям.

Качество учебного процесса в традиционном его понимании улучшается не существенно. Однако, ИТ и СИТ могут существенно наполнить содержание учебного материала и изменить качество его представления студентам, а значит сделать учебное занятие более результативным и чаще достигающим поставленных целей.

Сетевые ИТ существенно расширяют возможности раскрытия содержания учебного материала преподавателем и восприятия студентами, предоставляемые прикладными компьютерными программами, в том числе и для электронного моделирования схем, процессов, объектов, а также сетевыми образовательными ресурсами, такими как мультимедийные универсальные энциклопедии, базы знаний, образовательные Интернет-сайты, WEB-серверы и файловые серверы учебного заведения для хранения различных данных (файлов) на них в электронном (цифровом) виде – презентаций, электронных книг, электронных конспектов, отсканированных текстовых и графических материалов, электронных курсов и т.п.

На всех этапах учебного процесса – от планирования, подготовки к лекциям, лабораторным и практическим занятиям, проведения аудиторных занятий – лекций, лабораторных и практических занятий при использовании заданий и методических указаний на работу в электронном виде, работ в программах-симуляторах, подготовки и сохранения электронных отчётов (файлов) на файловом сервере, до компьютерного тестирования на всех этапах аттестации, – преподаватель и студенты используют возможности сетевых образовательных ресурсов и сетевых информационных технологий.

Получив с файлового сервера материалы УМК по дисциплине на флэш-носители (мобильные телефоны) или скопировав их с сайта учебного заведения, студенты очного и заочного обучения получают новые возможности для самостоятельной работы.

Применяя СИТ, преподаватели и студенты могут не только получать знания из необъятных информационных и образовательных ресурсов Интернета, баз знаний, электронных библиотек за рубежом, в России и в учебном заведении, но и творчески выбирать необходимые данные для плодотворной преподавательской работы, усиливая её креативную составляющую, и для более мотивированной успешной учёбы студентов. Специфика учебных дисциплин технического профиля и СИТ

Специфика преподавания учебных дисциплин технического профиля предполагает тесную связь теории и практики, проверяемую на технических объектах.

Цели занятия невозможно достичь, не используя компьютерные прикладные программы и мультимедийные средства, СИТ, при использовании которых усвоение теоретического материала проходит легче и эффективнее. Скажем, как можно освоить операционную систему, не проверив на практическом занятии за компьютером, как работают её модули и прикладные программы? Или как компьютер подключить к ЛВС? Или как можно быстро смоделировать электронную или логическую схему и проверить её работу? Или как создать учебную базу данных, сохранить её на файловом сервере и сделать доступной для других пользователей? А как спроектировать и провести технические испытания электроустановки, системы электроснабжения или механического узла, не имея для этого ни элементов, ни образцов, ни приборов?

Сейчас это доступно и можно быстро сделать только с использованием пакета офисных прикладных программ, программ-симуляторов и виртуальных лабораторий с сохранением заданий, методических указаний, т.е. исходных данных, и результатов работы в файлах на файловом сервере. Компьютерные программы становятся мощными виртуальными средствами для исследований и проектирования на лабораторных и практических работах, для курсового и дипломного проектирования. В условиях недостаточного оснащения техникума лабораторным оборудованием и приборами этот метод ещё и дёшев.

Во время лекционного занятия хороший эффект даёт теперь уже традиционная компьютерная презентация, а также учебный фильм или видеоролик, демонстрируемые на экране проектора или непосредственно на LCD-панели.

Преподаватель при объяснении материала и демонстрации алгоритмов практической работы изучаемой прикладной программы может использовать компьютер (ноутбук, нетбук, планшетный компьютер) для демонстрации непосредственно из экрана программы на экране проектора или на LCD-панели. При проведении лекции в большой аудитории преподаватель может объяснять материал через микрофон компьютера, соединённого со звукоусилительной аппаратурой.

В компьютерном кабинете появляются возможности компьютерной интерактивной работы преподавателя и студентов при проведении лекции и на практическом (лабораторном) занятии. Программа контроля и управления студенческими рабочими станциями с компьютера преподавателя (например, italk или Remote Administrator) позволяет преподавателю подключить рабочий стол своего компьютера ко всем рабочим станциям кабинета, т.е. включить режим демонстрации. Или подключиться со своего компьютера к рабочему столу студенческой рабочей станции, проконтролировать ход выполнения практической или лабораторной работы студентом, а также проконсультировать его, практически показывая порядок действий, т.е. включить интерактивный режим. Это, пожалуй, один из самых эффективных и перспективных способов использования СИТ не только при аудиторном, но и при дистанционном (удалённом) обучении.

Использование электронной доски в кабинете возможно в двух режимах: в демонстрационном режиме; в интерактивном режиме.

Демонстрационный режим электронной доски применим на лекциях в обычном кабинете, а также на практических (лабораторных) занятиях в компьютерном кабинете. Возможно, нецелесообразно использование в компьютерном кабинете ещё и электронной доски.

Интерактивный режим электронной доски лучше всего подходит для практических (лабораторных) работ в компьютерном кабинете. Возможен режим, когда необходимо всем показать на доске рабочий стол одной из студенческих рабочих станций для интерактивной работы студента с преподавателем.

Не следует забывать, однако, что электронная доска – самая экологически чистая классная доска.

Недостатками электронной доски следует считать ограниченное разрешение изображения на ней, а также недостаточную яркость, контрастность и резкость изображения. Состояние учебно-материальной базы для преподавания учебных дисциплин технического профиля и современные требования к ним.

Книжный фонд учебного заведения обречён на непрерывное отставание в условиях бурно развивающихся отраслей знания и материального производства. Другие средства обучения [1, с. 319] для дисциплин профессионального цикла технических специальностей практически повсеместно морально и физически устарели или, в лучшем случае, в полной мере не соответствуют современным требованиям. Зачастую они просто отсутствуют (например, современные дорогостоящие учебные автомобили, тракторы, электротрансформаторы, контакторы, электродвигатели, стенды для электроники и т.п.). Отсюда неизбежны снижение качества подготовки специалистов, низкая мотивация у преподавателей к труду и у студентов к учёбе. Может быть, лучше всего обстоят дела в подготовке специалистов информационных технологий. Какой выход из данного состояния?

Одним из путей выхода из тупика является создание и использование цифровых мультимедийных технологий и электронных образовательных Интернет-ресурсов, компьютерных симуляторов, интерактивных электронных лабораторий и образовательных баз данных. Информационные ресурсы этих технологий могут быть найдены в Интернете, накопляемы и сохраняемы на носителях и серверах, а также разработаны преподавателями, поддерживаемыми специалистами и преподавателями ИТ. Уровень подготовки преподавателей и их готовность использовать сетевые информационные технологии

Он достаточен, однако, первыми стремятся к их широкому применению преподаватели ИТ. Плановая периодическая переподготовка всех преподавателей решила бы проблему повышения их профессионального статуса и компетентности. Вместе с тем вырос бы их авторитет у студентов. Одноранговая сеть

В одноранговой (простой) локальной вычислительной сети (ЛВС) роль файлового сервера может выполнять любой компьютер (например, компьютер преподавателя), у которого есть дополнительный жесткий магнитный диск с папками с различными правами доступа пользователей к ним, которые определяет преподаватель.

В случае выхода из строя компьютера-сервера дополнительный диск переставляется на другой исправный компьютер, тем самым быстро решается проблема простоя ЛВС.

В одноранговой сети папки для файлов при выполнении лабораторных и практических работ, отчётов и других данных обычно хранятся на жёстком диске рабочей станции студента. Эта папка может быть доступна другим студентам. Многоранговая сеть

В многоранговой (развитой) ЛВС с выделенным файловым сервером и другими серверами проблемы прав доступа к папкам и доступом в Интернет решает администратор сети.

С развитием ЛВС расширяется спектр возможностей преподавателя и студентов. Преподавателю во взаимодействии с администратором сети легче разграничить доступ студентов к электронным образовательным ресурсам [2], размещённым на сервере, тем самым обеспечив их сохранность и безопасность.

Электронные образовательные ресурсы (это электронные книги, электронные копии книг, журналов и других источников на бумажных носителях, электронные конспекты лекций преподавателя по преподаваемым дисциплинам, электронные задания на лабораторные и практические работы, электронные варианты вопросов для контрольных и самостоятельных работ, электронные вопросы для срезов остаточных знаний, электронные вопросы тестов как для фронтального опроса, электронные сетевые тесты по темам предметов и тесты для предметных экзаменов и другие электронные документы, входящие в УМК) могут быть размещены и надёжно защищены на файловом сервере в сетевых папках. Доступ студентов к некоторым из них может быть ограничен. Остальные папки доступны только для чтения.

Сетевые папки со всеми индивидуальными правами доступны только преподавателю. Преподаватель сам определяет структуру папок и файлов в них, а также порядок доступа к ним студентов.

На сервере развитой ЛВС для студентов могут быть созданы индивидуальные папки ограниченного объёма (квотированные папки), в которых они могут сохранять файлы с отчётами и результатами выполненных лабораторных и практических работ, файлы схем и другие данные. При этом папки других студентов недоступны, что увеличивает возможности самостоятельной работы студентов. Структура ЛВС техникума

В техникуме внутри учебных корпусов смонтирована и действует компьютерная кабельная ЛВС на кабеле UTP (витая пара), а учебные корпуса соединены с главным корпусом (около 100 м), в котором функционирует файловый сервер, через беспроводные мосты Wi-Fi. Также смонтированы две точки доступа Wi-Fi для подключения к серверу провайдера Интернет.

В техникуме разработан и поддерживается WEB-сайт, доступный любому руководителю, преподавателю и студенту. На нём есть раздел с текущим расписанием занятий учебных групп и преподавателей, что является несомненным удобством.

В отдельный сегмент ЛВС объединены компьютеры бухгалтерии со своим локальным сервером. Тестирование в ЛВС

Информационные сети предоставляют прекрасные возможности для проведения различного рода тестирований студентов, в том числе для промежуточной и итоговой аттестации. Практика показывает, что мотивация студентов в процессе обучения при тестировании повышается. Тестирование может быть применимо не только для контроля уровня усвоения материала, но и для обучения. Обширный хорошо подготовленный с методической точки зрения тест, включающий практические задания и охватывающий все разделы и темы технической и специальной дисциплины, может быть хорошим подспорьем и преподавателю и студентам.

Глубина тестирования студентов по технической и специальной дисциплине в ЛВС может быть различной – от поурочного фронтального опроса-теста, самостоятельной работы-теста, контрольной работы-теста, зачёта-теста до государственного экзамена-теста.

Сетевое тестирование в системе «клиент-сервер» может быть организовано с использованием, например, программы 1С Экзаменатор. Для функционирования такого метода тестирования на файловом сервере или на компьютере преподавателя устанавливается серверная часть, а на студенческих рабочих станциях клиентская часть программы.

Подготовив тест, разместив его на сервере и настроив рабочие станции с помощью сетевого администратора, преподаватель может использовать тест не только для итоговой аттестации, но и для промежуточной. Кроме того, тест может быть использован преподавателем аудиторно в режиме обучения как для студентов очного, так и заочного обучения.

Другим вариантом сетевого тестирования является метод с использованием WEB-сервера (например, FreeBSD). Для доступа к нему и тестирования используется любой WEB-браузер (например, Mozilla Firefox). Этот вариант является более предпочтительным, так как защищённость ключа теста более высока.

Электронный сетевой тест может быть преобразован в тест на бумажном носителе. Тестирование в Интернете

Тестирование через Интернет приобретает всё большую популярность, поскольку позволяет произвести независимую оценку индивидуальных знаний студентов по предмету, т.е. мониторинг с использованием образовательного Интернет-портала [3], [5].

В частности, на портале www.fepo.ru и www.i-exam.ru производится репетиционное (диагностическое), а затем экзаменационное тестирование по специальностям и предметам ссузов и вузов в режимах off-line и on-line. Учебный процесс и сеть

Возможности, предоставляемые сетевыми информационными технологиями, существенно продвинули учебный процесс.

Образовательные ресурсы, размещённые в сетях настолько стали доступными, что проблема быстрого нахождения источников знаний по сути перестала существовать.

Сетевые информационные технологии позволили существенно улучшить доступность и мобильность оцифрованных источников – электронных баз знаний, электронных энциклопедий (например, Wikipedia) [4], электронных библиотек и книг, электронных учебно-методических материалов.

Преподаватель имеет массу возможностей, чтобы подготовить УМК дисциплины на высоком методическом уровне, который определяется его профессиональными компетенциями и уровнем овладения информационными технологиями.

Используя доступные электронные источники в Интернете и/или оцифрованные посредством сканера и программы автоматического распознавания текста, рисунков и таблиц (например, ABBYY FineReader) нужные страницы книг из библиотеки, преподаватель может подготовить, разместить на сервере и сделать доступными электронные конспект лекций, презентации, задания по практическим и лабораторным работам по преподаваемой дисциплине.

Восприятию студентами лекционного материала весьма способствуют мультимедиа-материалы – кинофильмы, видеоролики, презентации, схемы, диаграммы и т.п., демонстрируемые с компьютера или DVD-плейера через проектор на экран или электронную доску. Весьма эффективна демонстрация таких материалов с компьютера преподавателя на экранах мониторов студенческих рабочих станций.

Взаимодействие преподавателя и студента на занятии может существенно измениться с использованием электронной интерактивной доски, а также программы управления студенческими рабочими станциями и оказания помощи студентам с рабочей станции преподавателя (например, italk). В такой программе возможна совместная работа преподавателя и студента в программе студента, когда преподаватель и студент работают на своих рабочих станциях. Такая возможность лучше всего подходит на практических и лабораторных работах. Роль специалистов ИТ в развитии сетевых технологий

Сложилась парадоксальная ситуация: есть большая потребность в специалистах и преподавателях ИТ в образовании, однако их низкая заработная плата не способствуют быстрому качественному развитию ИТ вообще и сетевых технологий в частности.

В результате специалисты ИТ, обслуживающие всё время растущий парк компьютеров, оргтехники и развивающуюся ЛВС, вынужденные подрабатывать преподаванием предметов, перегружены и не имеют нормальных возможностей к плановой переподготовке и самоподготовке по профилю своей основной специальности.

Иногда в этих условиях обязанности специалистов ИТ перераспределяются на преподавателей ИТ. Используется эксплуатация энтузиазма и преданности делу и тех и других. Компьютер преподавателя в кабинете информатики

Компьютер преподавателя должен быть оснащён современными устройствами:

• мощным многоядерным процессором с поддержкой 3D-графики;

• мощным графическим контроллером (видеокартой);

• дополнительным объёмным жёстким магнитным диском для хранения больших объёмов данных – УМК по всем преподаваемым учебным дисциплинам по очной, заочной и дистанционной формам обучения, в том числе лекционных тексто-графических файлов, электронных книг, электронных конспектов, презентаций, видеокурсов и фильмов, а также электронных методических материалов для лабораторных и практических работ и т.д.

• электронной интерактивной доской (или видеопроектором с хорошими характеристиками разрешения и экраном);

• звуковой системой (5:1);

• сканером;

• лазерным принтером.

На компьютер преподавателя должно быть установлено прикладное программное обеспечение:

• пакет офисных программ (например, MS Office или бесплатный LibreOffice), включающий текстовый редактор, электронную таблицу, редактор презентаций, редактор математики;

• программа для чтения книг и файлов pdf-формата (например, Adobe Reader);

• архиватор (например, RAR);

• плагин для чтения файлов djvu-формата (например, WinDJView или универсальный STDU Viewer);

• программа для просмотра видеоматериалов на компьютере (например, InterVideo WinDVD или бесплатный VLC media player);

• редактор растровой графики (например, Paint, Adobe PhotoShop или бесплатный ArcSoft PhotoStudio);

• программа для сканирования и распознавания текста, графики и таблиц (например, ABBYY FineReader);

• необходимые программы-симуляторы (например, Electronics Workbench, Multisim);

• необходимые виртуальные лаборатории;

• сервер базы данных для тестирования (например, 1С Экзаменатор) в одноранговой сети.

Компьютер студента должен быть оснащён современными устройствами:

• мощным многоядерным процессором с поддержкой 3D-графики;

• мощным графическим контроллером (видеокартой);

• объёмным жёстким магнитным диском для хранения результатов работы (файлов) в одноранговой сети.

На компьютер студента должно быть установлено прикладное программное обеспечение:

• пакет офисных программ (например, MS Office или бесплатный LibreOffice), включающий текстовый редактор, электронную таблицу, редактор презентаций, редактор математики;

• программа для чтения книг и файлов pdf-формата (например, Adobe Reader);

• архиватор (например, RAR);

• плагин для чтения файлов djvu-формата (например, WinDJView или универсальный STDU Viewer);

• программа для просмотра видеоматериалов на компьютере (например, InterVideo WinDVD или бесплатный VLC media player);

• редактор растровой графики (например, Paint, Adobe PhotoShop или бесплатный ArcSoft PhotoStudio);

• необходимые программы-симуляторы (например, Electronics Workbench, Multisim);

• необходимые виртуальные лаборатории.

• клиентский модуль для тестирования в сетях (например, 1С Экзаменатор).

Неизбежен постепенный переход от бумажных УМК учебных дисциплин и других учебных материалов, на разработку, переделку, изготовление и хранение которых расходуется много дорогой бумаги, тонера и цветных чернил, к электронным документам.

Место хранения их давно известно – накопители на жёстких магнитных дисках (винчестерах) рабочих станций, а также на файловом сервере. Надёжность такого хранилища как винчестер достаточно высока, она проверена десятилетиями. Несколько винчестеров могут быть объединены в RAID-массив, в котором надёжность хранения данных может быть очень высока.

Всё больше учебных материалов, в том числе шаблонов, хранится на файловом сервере. Преподаватели и методисты обмениваются ими через сетевые папки сервера и посредством флэш-носителей. Затраты сил, времени, бумаги и ресурсов оргтехники при переходе на электронный документооборот будут резко снижаться.

Революционные изменения в информационных технологиях, связанных с компьютерными и сетевыми технологиями, неизбежно ведут к революционным изменениям средств обучения, проектирования и труда. А, значит, дидактические вопросы «чему учить?» и «как учить?» – содержание, методики и формы обучения студентов должны быть переосмыслены и приведены в соответствие с требованиями достижения целей современного качественного образования.

Информационные сети – локальные и глобальные – и информационные технологии и коммуникации, развивающиеся на их основе, самым непосредственным образом способствуют ускорению открытий новых знаний, их обмену и использованию в образовании и других видах деятельности людей. Литература:

1. Профессиональная педагогика: Учебник для студентов, обучающихся по педагогическим специальностям и направлениям. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Ассоциация «Профессиональное образование», 1999.

2. Мосолков А.Е. Статья «Электронные образовательные ресурсы нового поколения». http://tsosh.ru.

3. www.fepo.ru

4. Свободная энциклопедия Википедия: ru.wikipedia.org.

5. www.i-exam.ru