Гибридные среды обучения студентов инженерных специальностей основам работы с геодезическим оборудованием

Полный текст

Постановка проблемы. Подготовка студентов в инженерных университетах подразумевает изучение ими многочисленных и разнообразных приборов и цифровых устройств в разных профессионально-ориентированных курсах. Действительно, производственные процессы в современной инженерии осуществляются, как правило, с использованием сложного переносного оборудования, поддерживающего большое число режимов и способов измерения. В частности, выпускники архитектурно-строительных вузов должны обладать соответствующими знаниями, умениями и навыками применения в своей собственной работе и работе связанных с ними трудовыми операциями специалистов и подразделений разнообразного геодезического оборудования, такого как дальномеры, теодолиты, нивелиры, электронные тахеометры, наземные лазерные сканеры и другие подобные устройства [18]. С увеличением количества устройств и усложнением их работы вероятность ошибочных действий также существенно возрастает. Поэтому студенты должны представлять не только последовательность корректных действий при работе с приборами, но и принимать во внимание типовые ошибки, которые могут возникнуть при работе с каждым типом оборудования, а также системные ошибки в процессе осуществления трудовых операций. Например, ошибки могут включать в себя неправильную интерпретацию полученных данных, неверную последовательность действий при работе с оборудованием. Поэтому превышение нормальных временных затрат преподавателей и обслуживающего оборудование персонала на первых этапах массового потокового освоения студентами приборного парка обязательно приводит либо к пере- грузке университетских лабораторий, либо к некачественному освоению и снижению практической подготовленности студентов, создает трудно преодолимый барьер при переходе к профессионально-ориентированным практикам и применению оборудования в трудовых цепочках и производственных ситуациях. Лабораторные занятия при начальной работе будущих инженеров с оборудованием проводятся в стационарных лабораториях университета, как правило, вне профессионального контекста и только в присутствии обслуживающего персонала, что, к сожалению, не допускает самостоятельной работы студентов с сохранением индивидуального темпа обучения. Основная причина состоит в том, что такие устройства достаточно дорогие для университетских бюджетов по своей стоимости и ремонту, а ошибочные неконтролируемые действия неопытных пользователей часто приводят к трудно ремонтируемым неисправностям геодезического оборудования. К тому же оборудование, находящееся в ремонте, увеличивает нагрузку на оставшийся приборный парк, а иногда приводит и к сокращению объема реально осваиваемых умений обучаемых. В связи с развивающимися процессами информатизации высшего образования закономерным является массовое обращение преподавателей и руководства университетов к дистанционным образовательным технологиям и смешанному обучению. Несомненно, данное положение справедливо и для начальных этапов освоения сложного инженерного оборудования студентами архитектурно-строительных специальностей. Наряду со стационарными лабораториями или образцами профессиональных портативных устройств, университеты изыскивают дидактические возможности и разрабатывают средства для обеспечения будущих инженеров доступом к удаленным лабораториям, виртуальному оборудованию или даже виртуальным средам [17; 20]. Поскольку одной из задач профессиональной инженерной подготовки является осуществление измерений в практических ситуациях в контексте профессиональной деятельности, трудно и даже невозможно полностью исключить непосредственное взаимодействие с преподавателями (по крайней мере, для портативных геодезических устройств во время геодезических практик). Для подобных инженерных курсов смешанное обучение [3; 6] с использованием мобильных устройств становится одним из способов повышения эффективности практической составляющей учебного процесса. Следует подчеркнуть, что отношение студентов университетов к использованию дистанционных технологий и средств необязательно априори положительное, оно может нести в себе и отрицательные позиции [21]. Поэтому выявление одновременно эффективных и одобряемых студентами средств смешан- ного обучения на начальных этапах работы с оборудованием остается актуальной проблемой для курсов высшего инженерного образования и подготовки. Дистанционные образовательные технологии и смешанное обучение при освоении инженерных приборов часто связывают с использованием компьютерных сред с имитацией работы устройств, виртуальных сред и лабораторий и, наконец, удаленных лабораторий. Компьютерные имитационные программы и онлайн-сервисы управления реальным и виртуальным лабораторным оборудованием показывают себя эффективными в экспериментальной и исследовательской работе студентов, позволяя избегать организационные, технические и иные трудности [2]. Онлайн-лаборатории могут быть как удаленными, так и виртуальными, с успехом дополняя традиционные лаборатории [8]. Благодаря исследованиям к настоящему времени накоплен значительный опыт их применения в профессиональном образовании [12]. Удаленные лаборатории, как и стационарные учебные лаборатории, предполагают физическую установку и обслуживание оборудования, допуская дистанционные онлайн-измерения и управление. Такая ситуация может быть рациональна, например при организации совместного образовательного процесса нескольких инженерных вузов. В отличие от удаленных лабораторий, виртуальные лаборатории предполагают использование средств или платформ компьютерного моделирования оборудования с высокой степенью интерактивности при взаимодействии с пользователями. Компьютерное моделирование в итоге необязательно оказывается намного проще или дешевле. В нем также присутствуют недостатки и ограничения, присущие компьютерным моделям в целом. Тем не менее INNOVATION PEDAGOGICAL TECHNOLOGIES IN EDUCATION они способны продемонстрировать огромное разнообразие производственных операций и физически сохранить дорогостоящее инженерное оборудование при обучении студентов. Практические профессиональные умения обучаемых могут оказаться даже выше, чем при обучении с использованием удаленного и традиционного лабораторного парка. Однако социальные навыки и умения решения нестандартных проблем в подавляющем большинстве случаев оказываются ниже, чем в стационарных физических лабораториях (и лучше по сравнению с удаленными) [12]. Виртуальная работа с оборудованием с использованием мультимедиа средств 2D и 3D или сред виртуальной реальности обладает обширным дидактическим потенциалом [12] и может быть успешно использована в качестве контента дистанционных технологий в смешанном обучении для инженерных специальностей [1]. Значительный интерес для смешанного обучения представляют гибридные лаборатории [16]. Таксономия гибридных лабораторий может опираться на структурную основу [16] с включением физического (стационарного или мобильного) и онлайн-компонентов (удаленного или виртуального). Важно отметить, что гибридные лаборатории предоставляют как физические, так и онлайн-формы работы с одним и тем же оборудованием или устройствами с одинаковыми функциями. Различные комбинации физических и онлайнкомпонентов образуют разные варианты гибридных лабораторий. Так, интеграция реальной и виртуальной работы с одними и теми же лабораторными приборами приводит при определенных условиях к лучшему пониманию содержания обучения, чем каждый отдельный вид лабораторий [14]. Конфигурация гибридных лабораторий с виртуальным компонентом и переменным - стационарным и мобильным - физическим компонентом является достаточно новой для педагогических исследований. Именно такая переменная физическая составляющая особенно нужна на начальных этапах освоения геодезического оборудования: в учебных лабораториях изучаются стационарные устройства, а в реальной геодезической практике используются портативные аналоги. Виртуальные лаборатории способны стать своеобразным обучающим и тренирующим средством, доступным через персональные мобиль- ные компьютерные устройства, такие как смартфоны или планшеты. Применение мобильных устройств с доступом к онлайн-лабораториям или дистанционным электронным средствам обучения с имитацией режимов и способов работы приборов и устройств может также сократить разрыв между реальным и цифровым пространством, сформировав гибридное пространство [7]. Средства и методы мобильного обучения уже достаточно давно применяются в образовательном процессе [13], но само понятие мобильного (или повсеместного, доступного) обучения, на наш взгляд, подчеркивает больше технические аспекты. Понятие гибридной среды (или, в нашем контексте, гибридной среды обучения) [4] лучше соответствует дидактике смешанного обучения в инженерном образовании. Проектирование и использование гибридной среды обучения в инженерном образовании может быть весьма успешным, если, например, общая среда включает в себя несколько виртуальных сред, компоненты мобильных беспроводных технологий, элементы социальных сетей и игр дополненной реальности с поддержкой распределенной и совместной работы учащихся [4]. Следует отметить, что разработка подобной гибридной среды является крайне трудоемкой и контекстно-зависимой. Нами в качестве альтернативы предлагается проверить применимость гибридных сред упрощенной конфигурации для обучения работе с геодезическим оборудованием на основе интерактивных виртуальных средств обучения и персональных мобильных устройств студентов архитектурно-строительного университета, что и послужило основной целью данного исследования. Методы исследования. При работе с виртуальным лабораторным оборудованием могут использоваться поддерживаемые университетами или сообществами платформы и открытые проекты [11; 15]. Но почти все они сосредоточены на определенном типе оборудования (например, на двигателях или реакторах) или моделируемой производственной области (например, на машинной динамике). Повторимся, что разработка таких виртуальных средств весьма трудоемка. Для отдельных инженерных курсов можно предложить узкую ориентацию на конкретные дидактические задачи, например, обучение будущих специалистов в области строительства цифровым измерениям на местности во время геодезических работ, для которых подготавливается некоторый комплект виртуальных средств обучения, в виде мультимедийных ресурсов или интерактивных тренажеров. В качестве примера для курса геодезии можно привести тренажеры для виртуального 2D-моделирования и интерактивный онлайн-инструмент с подробными проблемно-ориентированными рубриками для самооценки и взаимной оценки студентов [9]. По нашему мнению, виртуальная составляющая гибридной среды при начальной работе с инженерным оборудованием может быть представлена на- бором мультимедийных обучающих средств, которые имитируют работу инструментов и устройств с высокой степенью интерактивности, доступных на одной онлайн-платформе для конкретного инженерного курса [5]. Подобные интерактивные мультимедийные образовательные ресурсы и средства для курса инженерной геодезии были разработаны на кафедре инженерной геодезии Новосибирского государственного архитектурно-строительного универ- ситета (НГАСУ (Сибстрин)), в первую очередь для виртуальной имитации работы с основными геодезическими приборами (в частности, теодолитами или нивелирами) и для демонстрации порядка использования геодезического оборудования в различных производственных процессах. К настоящему времени для курса инженерной геодезии в НГАСУ (Сибстрин) уже разработано несколько десятков интерактивных мультимедий- ных ресурсов и средств обучения; они аккумулированы на сайте руководителя студенческой творческой мастерской «Geo-S» (URL: http://geo-s.sibstrin.ru), ко- торая привлекает студентов для разработки данных виртуальных средств [18]. При разработке используется стандартная видеообработка, озвучивание, ани- мация, технологии 2D- и 3D-моделирования. Средства обучения, представлен- ные на сайте «Geo-S», охватывают не только работу с геодезическим обору- дованием, но также представлены в виде более двух десятков учебных ани- мационных фильмов, видеороликов, электронных учебных материалов, таких как интерактивный геодезический словарь с иллюстрациями и озвучиванием. INNOVATION PEDAGOGICAL TECHNOLOGIES IN EDUCATION Большинство изображений допускают увеличение и сопровождаются звуко- выми комментариями. Таким образом, средства могут использовать студенты с различными стилями обучения и обучаемые с ограниченными возможностями здоровья. Для иностранных студентов существует англоязычная версия (рис. 1). Все средства прошли многолетнюю апробацию, доказали свою педагогическую эффективность и активно используются в образовательном процессе вуза [15]. Отметим, что одним из условий разработки виртуальных средств обуче- ния являлась возможность адаптации к различным компьютерным устрой- ствам, включая персональные мобильные устройства (рис. 2), прежде всего широко распространенные смартфоны. Таким способом сформирована технологическая основа гибридной образовательной среды при изучении курса инженерной геодезии. Курс инженерной геодезии включает лабораторные работы с геодези- ческим оборудованием. Использование средств виртуальной лаборатории особенно эффективно в сочетании с методом «перевернутого класса», когда студенты вначале самостоятельно знакомятся с порядком использования приборов и устройств, а далее обучаются в гибридной среде - первое время с помощью виртуальных средств обучения, а затем - в стационарной лаборатории [10]. Кроме того, технологии смешанного обучения хорошо сочетаются с прин- ципами мобильного обучения. Студенты имеют возможность в полной мере использовать гибридную среду для самообучения в удобное время и в удобном для них месте. Они могут использовать виртуальные инструменты обучения для обновления знаний и навыков с использованием личных мобильных устройств не только вне аудиторий для самостоятельной работы, но и во время работы в стационарной лаборатории. Рис. 1. Англоязычная версия геодезической задачи Рис. 2. Мобильная версия виртуального средства обучения Так, педагогическое наблюдение выявило, что студенты размещали мобильное устройство с виртуальным средством обучения рядом со стационарным оборудованием, чтобы повторять корректные действия или осуществлять самоконтроль во время лабораторных работ по инженерной геодезии. Также удобным для студентов оказалось использование виртуальных средств обучения на мобильных платформах в процессе геодезической практики при использовании переносных геодезических приборов на местности. Для определения результатов экспериментального обучения работе с геодезическим оборудованием студентов архитектурно-строительных направлений проведен ряд опросов студентов НГАСУ (Сибстрин) в процессе изучения общепрофессионального курса инженерной геодезии, их данные обработаны и представлены в следующем разделе. Результаты и обсуждение. Проведенный в конце ежегодной летней геодезической практики опрос студентов НГАСУ (Сибстрин) (78 человек) показал, что 93 % (73 студента) самостоятельно, по своей инициативе использовали разработанные виртуальные инструменты при выполнении практических заданий с геодезическим оборудованием на местности. Последнее ежегодное анкетирование студентов проводилось с использованием социальных сетей и охватило выборку из 94 студентов НГАСУ (Сибстрин), изучавших курс инженерной геодезии в течение года, но до прохождения ими летней геодезической практики. Отвечая на вопрос «С какого устройства вы просматриваете сайт?», только один студент ответил, что не использует сайт, остальные студенты выбрали следующие варианты (допускалось несколько ответов): смартфон - 78 %, ноутбук - 59 %, стационарный компьютер - 20 %, нетбук - 9 % (рис. 3). Рис. 3. Результаты опроса студентов по использованию мобильных устройств для онлайндоступа к виртуальным средствам обучения на сайте Более 90 % опрашиваемых студентов подтвердили, что использовали сайт руководителя студенческой творческой мастерской «Geo-S» с виртуальными средствами для подготовки к лабораторным работам с геодезическим оборудованием; 89 % считают сайт в его текущем виде удобным. Таким образом, использованная конфигурация гибридной учебной среды оказалась функциональной и востребованной студентами при изучении курса инженерной геодезии и работы с лабораторным оборудованием. Профессионально-ориентированная деловая игра с имитацией геодезической службы строительного предприятия, проводившаяся на летней геодезической практике, подтвердила одобрение студентами виртуальных средств в деятельностном аспекте. Так, в процессе проведения деловой игры «Подготовка горизонтальной площадки к строительным работам» студентам было выдано техническое задание с местом предполагаемого строительства, требованиями к отчетной документации и исходными данными для конкретной задачи. Оценивалось не только качество, но и скорость выполнения задания, а также правильная организация производственного процесса. Перед деловой игрой проводилось вступительное занятие для ознакомления с процессом игры, определения состава участников геодезической бригады. Далее студенты распределяли производственные должности между участниками. После выдачи задания участникам ни к преподавателю, ни к экспертам, ни к другим лицам не было разрешено обращаться за консультациями, но можно было пользоваться собственными мобильными устройствами. В результате практически все участники опроса - 78 человек (до 100 %, 1 студент - только во время подготовки к игре) в той или иной степени использовали не сторонние ресурсы, а виртуальные средства обучения, разработанные мастерской «Geo-S», составившие основу гибридной среды. Следовательно, гибридная среда обучения может способствовать формированию более высокой степени удовлетворенности обучением. Мобильные устройства используются не только для доступа к интерактивному контенту, но и для образовательных коммуникаций с другими студентами и преподавателем [19]. В частности, на сайте руководителя студенческой творческой мастерской «Geo-S» присутствует новостная лента, в которой можно найти расписание консультаций, актуальные для студентов мероприятия, форум для общения по вопросам образования. Можно сделать вывод о том, что представленная конфигурация гибридной среды эффективно применима для начальной работы с геодезическим оборудованием и одобряется студентами. Заключение. Поскольку большинство геодезических приборов являются портативными, применение персональных мобильных устройств является удобным решением для начальной подготовки студентов инженерных специальностей к работе с геодезическим оборудованием. Для начальных этапов обучения студентов работе с геодезическим оборудованием предлагается упрощенная конфигурация гибридной среды обучения, основанная на интерактивных виртуальных инструментах обучения и мобильных устройствах, что является доступным и функциональным решением для инженерных вузов. Гибридная среда включает в себя гибридную лабораторию геодезического оборудования, состоящую из физического (как стационарного, так и портативного) компонента, дополненного онлайн-компонентом интерактивных виртуальных средств обучения, имитирующих работу геодезических приборов и устройств с возможностью интерактивной самооценки. Интерактивные тренажеры и другие электронные средства обучения аккумулированы на сайте с онлайн-поддержкой курса инженерной геодезии и дополнены средствами дистанционного общения преподавателя и студентов. Виртуальные средства имитации работы оборудования - виртуальный компонент гибридной среды - можно использовать вместе с методом «перевернутого класса» для начального обучения работе в стационарной лаборатории, для обновления знаний и навыков посредством интерактивного самоконтроля, поддержки выполнения профессиональных трудовых операций, в частности, проведения деловой игры или индивидуальных заданий на местности с переносным геодезическим оборудованием.

Об авторах

Елена Валерьевна Дудышева

Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина

Автор, ответственный за переписку.
Email: dudysheva@yandex.ru

кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры математики, физики, информатики

Российская Федерация, 659333, Бийск, ул. Владимира Короленко, 53

Ольга Валентиновна Солнышкова

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Email: o_sonen@mail.ru

кандидат педагогических наук, доцент, заведующая кафедрой инженерной геодезии

Российская Федерация, 630008, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Список литературы