Интегрированная мультимедиа обучающая среда по небесной механике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.01, кандидат физико-математических наук Голубева, Елена Юрьевна

• Голубева, Елена Юрьевна
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Голубева, Елена Юрьевна

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

Глава 1. Концепция интегрированной обучающей среды

1.1. Использование современных компьютерных средств

для обучения

1.2. Концепция интегрированной обучающей

среды

1.2.1. Составные части

1.2.2. Компьютерный учебник

1.2.3. Компьютерный задачник

1.2.4. Дистанционная библиотека

1.2.5. Связь между элементами среды

Глава 2. Компьютерный курс по небесной механике

2.1. Основные элементы и структура курса

2.1.1. Информационная модель курса. Принцип элементов знания

2.1.2. Элементы и структура курса

2.2. Теоретическое наполнение курса

2.3. Реализация курса

2.4. Использование средств мультимедиа

Глава 3. Компьютерный задачник по небесной механике

3.1. База задач

3.2. Оценка качества базы задач

3.2.1. Характеристика пакета задач. Схема сквозного тестирования

3.2.2. Построение минимального достаточного множества элементов знания для пакета задач по небесной механике

3.2.3.Характеристика блоков пакета задач. Схема тестирования

по частям

3.2.4. Формирование контрольных работ

3.2.5. Структура задачника

Глава 4. Дистанционная библиотека

4.1 Небесная механика в Интернет

4.2 Дистанционная библиотека как часть интегрированной обучающей среды

4.3.Структура сайта «Небесная механика в Интернет»

4.4. Примеры документов Интернет

Заключение

Литература

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интегрированная мультимедиа обучающая среда по небесной механике»

Введение

Бурное развитие вычислительной техники создало множество новых возможностей в области создания компьютерных обучающих систем. За последние несколько лет возник богатый спектр графических программ, позволяющих быстро создавать профессиональные графические двух- и трехмерные модели объектов и явлений. Появились и развились средства мультимедиа, позволяющие подключать к изображению на экране компьютера видео и звук. Более совершенные языки программирования, а также созданные в последнее время системы подготовки текстов нового поколения дали возможность создавать программные продукты, направленные на образование, достаточно быстро. Компьютеры стали более доступны, почти каждое высшее учебное заведение оснащено современными компьютерными классами, и каждый студент имеет доступ к работе с компьютерами. Как следствие этих изменений в информационных технологиях, появились обучающие программы разного направления, предназначенные для обогащения учебного процесса в различных областях научного знания.

Так например, среди различных классов таких программ возникли компьютерные учебники, направленные на самостоятельное образование студентов. Такие учебники содержат теоретическую информацию и систему контроля, позволяющую студенту самостоятельно контролировать свои знания. Некоторые из таких учебников обладают возможностью выбирать программу обучения и темп изложения, индивидуальные для каждого пользователя. Это позволяет снять стрессовую ситуацию для тех обучаемых, которые воспринимают информацию медленнее по сравнению со средним темпом изложения на лекциях и семинарах, а для быстро воспринимающих информацию дает возможность лучше проявить свои способности. Тем самым повышается интерес к изучаемому предмету. Некоторые обучающие системы открыты для преподавателя. Он может по желанию добавлять или удалять те или иные главы изучаемого материала.

Особенное значение в настоящее время приобретает Всемирная информационная сеть Интернет. Она содержит огромное количество разнообразной информации во всех областях человеческого знания.

Практически повсеместная доступность Интернет превратила эту сеть в важнейший источник информации для тех, кто хочет изучить ту, или иную науку. Современное состояние Всемирной Сети таково, что она содержит информацию в текстовом, графическом и звуковом виде, что делает ее полной, а путешествие по Интернет увлекательным и познавательным для любого пользователя. Современные системы компьютерного образования могут включать в себя элементы, полученные через сеть Интернет.

Возможность включать в классические методы обучения визуализацию объектов изучения, анимацию, мультимедиа при помощи компьютера приобретает особенное значение для есстественнонаучных дисциплин, так как такое включение позволяет лучше представить изучаемый объект и, как следствие, лучше понять законы его изменения.

Изучение небесной механики при помощи компьютера имеет важное значение, так как с одной стороны это важная наука для многих студентов, изучающих дисциплины естественнонаучного цикла. С другой стороны современные возможности компьютера позволяют привлечь внимание студента к объектам изучения при помощи яркого изложения материала, множественных иллюстраций и звукового сопровождения, заостряющего внимание на важных воппросах. Использование таких возможностей может значительно обогатить классический процесс изучения небесной механики.

Цель диссертации состоит в разработке интегрированной мультимедиа обучающей среды по небесной механике. В качестве составных частей среды в диссертации разработаны компьютерный учебник и компьютерный задачник. Также обучающая среда включает в себя разработанные в диссертации элементы дистанционного образования, осуществляя связь с источниками информации о небесной механике и астрономии в университетах, институтах и лабораториях во всем мире при помощи всемирной информационной сети Интернет.

Диссертация состоит из четырех глав, введения, заключения, списка литературы и приложений.

Первая глава посвящена изложению концепции интегрированной обучающей среды и общему описанию структурных решений, принятых при разработке системы. В главе в начале дается анализ существующих компьютерных обучающих систем, обсуждается их направленность и необходимость их объединения в интегрированную среду. Затем излагается основная концепция интегрированной обучающей среды и описывается ее реализация на примере мультимедиа интегрированной среды по небесной механике.

Вторая глава посвящена первому элементу среды - компьютерному учебнику по небесной механике. В ней изложена схема и структура теоретического материала и примеров задач, включенных в обучающий курс. Используется принцип представления структуры курса небесной механики в виде графа элементов знаний и изложения материала курса согласно этому принципу. Также в этой главе излагаются методы компьютерной реализации курса, как компьютерной программы, обладающей единым интерфейсом со всей интегрированной средой и снабженной диалоговой системой общения с обучаемым.

Третья глава диссертации посвящена второму элементу среды -компьютерному задачнику. Компьютерный задачник по небесной механике представляет собой компьютерную систему тестирования знаний, основанную на принципе элементов знаний в небесной механике, изложенном во второй главе. В главе описаны составляющая задачник база задач и особенности компьютерной реализации задачника, как самостоятельной, открытой для преподавателя обучающей системе.

Четвертая глава диссертации посвящена третьему элементу среды, дистанционной библиотеке «Астрономия и небесная механика в Интернет». Приводится анализ существующих в Интернет информационных ресурсов по астрономии и небесной механике. Излагаются структура дистанционной библиотеки и особенности ее компьютерной реализации, приводятся примеры документов Интернет, включенных в дистанционную библиотеку.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации и вытекающие из них направления развития обучающих средств по небесной механике.

Результаты работы докладывались на заседании кафедры теоретической механики механико-математического факультета МГУ, на Всероссийском семинаре по робототехническим системам в 1998 году, на "Ломоносовских чтениях" в 1998 году, докладывались на конференциях "Новые информационные технологии в профессиональном образовании" (Алушта, 1994), ICEE'95 (UNESCO, Москва, 1995), Конференции МГУ по информатизации образования-1998 (конференция проходит раз в два года), 7-ой Межвузовской математической конференции "7-е Математические Чтения МГСУ", Руза, 1999.

Основные результаты диссертации опубликованы в пяти работах [20-24].

Заключение диссертации по теме «Теоретическая механика», Голубева, Елена Юрьевна

Основные результаты, полученные в настоящей диссертации, состоят в следующем.

1. Разработана общая концепция построения компьютерной интегрированной обучающей среды по небесной механике, включающей компьютерный учебник, компьютерный задачник и дистанционную библиотеку. Концепцию характеризует многоуровневая структуризация системы знаний, выделение элементов знания как основы изложения и количественной оценки усвоения изучаемого материала.

2. В соответствии с указанной концепцией разработана информационная модель компьютерного учебника по небесной механике. На основе информационной модели подготовлено содержательное наполнение учебника, разработана и реализована структура компьютерного учебника, состоящего из трех глав, восьми уроков и справочной исторической главы.

3. В соответствии с технологией составления пакетов тестовых задач и концепцией обучающей среды разработан пакет задач по небесной механике, включающий 28 задач, и произведен анализ его качества согласно разработанным методам. Показано, что пакет удовлетворяет поставленным требованиям.

4. Разработана дистанционная библиотека "Астрономия и небесная механика в Интернет", реализующая элементы дистанционного образования.

5. Разработаны и апробированы принципы звукового сопровождения материала компьютерного учебника. Реализовано средствами цифрового звука сопровождение разделов компьютерного учебника по небесной механике.

Проведенные в диссертации исследования открывают возможности для дальнейшего развития разработанного компьютерного обучающего комплекса.

Одним из таких направлений должна стать разработка обширного банка пакетов контрольных задач. Представляется целесообразным в этой разработке реализовать многоуровневое наполнение банка задачами разных групп сложности, а также задачами, обеспечивающими межтематическое тестирование по всем основным разделам курса небесной механики и постконтроль знаний студентов, завершивших изучение курса. Последнее позволит регулярно контролировать знания выпускников и, при необходимости, поддерживать требуемый уровень этих знаний.

Для более подробного анализа моделей обучения студента представляется целесообразным развитие моделей динамики освоения элементов знания. В таком расширении целесообразен учет относительного изменения в степени освоения элементов знания при выполнении каждой очередной контрольной работы.

Заключение.

В результате исследований, выполненных в диссертации, была сформулирована и реализована в виде программного комплекса концепция компьютерной интегрированной мультимедиа обучающей среды. На основе этого комплекса создана развитая интегрированная обучающая среда по небесной механике, включающая в себя обучающую систему, систему контрольных работ и дистанционную библиотеку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Голубева, Елена Юрьевна, 1998 год

Литература

1. Дубошин Г.Н. Небесная механика. Аналитические и качественные методы. Учебное пособие для университетов. М.: Наука, 1978

2. Дубошин Г.Н. Введение в небесную механику. ОНТИ НКТП СССР 1938

3. Маркеев А.П. Точки либрации в небесной механике и космодинамике.М.: Наука, 1972

4. Шарлье К. Небесная механика. М.:Наука, 1966

5. Ю.Ф.Голубев. Основы теоретической механики. М.: Изд-во МГУ, 1992

6. Иванов Н.М., Дмитриевский А.А , Лысенко Л.Н. Баллистика и навигация космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1986

7. Татаринов Я.В. Лекции по классической динамике. М.: Изд-во МГУ, 1984

8. Дмитриевский A.A. Внешняя баллистика. М.:Наука, 1958

9. Ермолаев С.И., Комаров Л.Б.,Чурбанов Е.В. Внешняя баллистика. М.: Машиностроение, 1972

Ю.П.Аппель. Теоретическая механика. М.:Физматгиз, 1960

П.Березкин E.H. Курс теоретической механики. М.,1974

12.Бухгольц H.H. Основной курс теоретичекой механики. М.Наука, 1972

13.Гребенников Е.А., Рябов Ю.А. Новые качественные методы в небесной механике. М.: Наука, 1971

14.А.П.Маркеев. Теоретическая механика. М.: Наука, 1990.

15.Н.Г.Четаев. Теоретическая механика. М.: Наука, 1987.

16.Сборник задач по небесной механике и космодинамике. Под общей редакцией Демина В.Г. М.: Наука, 1972

17.И.Бать, Г.Ю.Джанелидзе, АС.Кельзон. Теоретическая механика в примерах и задачах. ч.1,2.

18.И.В.Мещерский. Сборник задач по теоретической механике. М.: Наука, 1986.

19.Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Ю.Н.Ионова. Электронный мультимедиа курс по теоретической механике. Спб. 1994.

20.Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Ю.Н.Ионова, Е.Ю.Голубева. Мультимедиа курс по теоретической механике в проффессиональном образовании. Труды

конференции "Новые информационные технологии в профессиональном образовании. Алушта. 1994.

21.Yu.F.Golubev, V.E.Pavlovsky, V.ASveshnikova, J.N.Ionova, M.AKokarev, E.Yu.Golubeva. The computer education tools on theoretical mechanics engineering education. Int.Conf. ICEE'95 (UNESCO). Moscow. 1995

22.Ю.Ф. Голубев, В.Е.Павловский, Е.Ю. Голубева, Е.С. Нечаева. Компьютерные обучающие средства по теоретической механике. Ломоносовские чтения-98, тезисы докладов, 4.1. Секция «Методические проблемы непрерывного образования и современные информационные технологии.» Подсекция «Компьютерные технологии в образовании» с75-78.

23.В.Е. Павловский, Е.Ю. Голубева. Астрономия и небесная механика в Интернет. Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша РАН, 1999 (в печати)

24.В.Е. Павловский, Е.Ю. Голубева. Интегрированная мультимедиа обучающая среда по небесной механике. Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша РАН, 1999 (в печати)

25.Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Ю.Н.Ионова. Компьютерный курс по теоретической механике. Концепция и реализация. Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша РАН

26. Ю. А. Архангельский, Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Н.Ю.Зенкова, В. А. Свешникова, АВ.Тихонова. Компьютерный обучающий курс "Динамика". Тр. Всероссийского научно-методического семинара "Компьютерные технологии в высшей школе". СПб. 1993.

27. Ю. А. Архангельский, Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Н.Ю.Зенкова, В. А. Свешникова и др. Видеокомпьютерный курс по теоретической механике. Тр. научно-методического совещания-семинара "Компьютерные технологии обучения в курсе "Теоретическая механика", Тула, 1991.

28.П.Л.Брусиловский. Модели обучаемого в обучающих системах. УСИМ 1992 NN 7/8 (125/126) 109-119.

29.Т.В.Волошинова, М.П.Юшков. Цели и задачи специального лабораторно-вычислительного практикума по прикладной механике. Сб. научно-методических статей по теоретической механике. Вып. 18, М. 1987, 58-62.

30.Ю.Ф.Голубев, В.Е.Павловский, Н.Ю.Зенкова. Методика создания компьютерного курса по теоретической механике. Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша РАН, 9-1992, 28 с.

31. Демонстрационные приборы по теоретической механике. Под ред. Н.В.Бутенина. Л.: 1980, 31-69.

32.А.М.Довгялло, Е.Л.Ющенко. Обучающие системы нового поколения. // УСИМ, 1988, 1, 83-86.

33.А.А.Дородницын. Вычислительные методы в механике. Сб. научно-методических статей по теоретической механике. Вып. 11. М. 1981, 4-13.

34.И.С.Емельянова. Лабораторная работа "Динамика цепочки нелинейных маятников с соударениями" с применением ЭВМ в режиме диалога. Сб. научно-методических статей по механике. Вып. 18. М. 1987, 51-58.

35.Информационные технологии в университетском образовании. М.: 1991. Каталог отраслевого фонда алгоритмов и программ. М.: 1989. вып. 2,3,4,10 1988; вып. 1,5 1990.

36.Ретинская И.В., Шугрина М.В. Отечественные инструментальные системы для разработки обучающих программ. // Мир ПК, 7, 1994.

37.Методика проведения упражнений по теоретической механике. Вып.2. Динамика. Вып.З. Динамика и аналитическая Под ред. Бутенина Н.В. М.: 1981.

38.Методические указания к выполнению расчетов по курсу теоретической механики в дисплейных классах. М.: 1987.

39.Новожилов И.В., Зацепин М.Ф. Типовые расчеты по теоретической механике на базе ЭВМ. М.: 1986.

40.Педагогические требования к техническим средствам обучения. Рига, 1988.

41.Потеев М.И. Основы аналитической дидактики. Спб, 1992, 67 с.

42.Щелкачев В.Н. Проблемы педагогики высшей школы. М.: 1991.

43.Проблемы использования ЭВМ в процессе преподавания теоретической механики. Материалы Совещания-семинара. Вильнюс 1985.

44.Теоретическая механика. Вывод и анализ уравнений движения на ЭВМ. Под ред. Веретенникова В.Г. М.: 1990.

45.Труды Всероссийского научно-методического совещания-семинара "Компьютерные технологии в высшей школе". Спб, 1993.

46.Килонен П., Аллуизи Э. Научение и забывание. Человеческий фактор. Под ред. Г.Салвенди. М.: Мир, 1991, том 1. 298-360 (пер. с англ.).

47.Коул Б. Гипертекст решает проблему информационного обслуживания. //Электроника, N 4, 1990, 38-42 (пер. с англ.)

48.Ван Тайл Ш. Совершенно новый подход к использованию компьютеров//Электроника, N 4, 1990, 42-45 (пер. с англ.)

49. Уикенс К. Переработка информации, принятие решения и познавательные процессы. Человеческий фактор. Под ред.Г.Салвенди. М."Мир".1991. том 1. 206-268 (пер. с англ.)

50.Фоули П., Моури Н. Ощущение, восприятие и проектирование систем. Человеческий фактор. Под ред.Г.Салвенди. М."Мир".1991. том 1. 155-206 (пер. с англ.)

51.Хойс К. Мотивация. Человеческий фактор. Под ред.Г.Салвенди. М."Мир".1991. том 1. 268-298 (пер. с англ.)

52.Шэндл Дж. В поисках дополнительного жизненного пространства //Электроника, N 4, 1990, 24-28 (пер. с англ.)

53.Crane G. Hypermedia and the Study of Ancient Culture//Computer Grafics and Applications. July, 1991. 45-51.

54.Киркова P. Обработка знаний в интеллектуальных обучающих системах//УСиМ 1992, NN 7/8, 83-86 (На англ. яз).

55.Haber Schaim, Рорее, Walter. PSSC Physics. Toronto, Canada, 1986

56.Nielson J. HyperText and HyperMedia. IEEE. Computer Graphics

57.Pea R.D., Soloway E. Learning through MultiMedia. IEEE. Computer Graphics and applications. July, 1991.

58.Pea R.D., Soloway E. Mechanisms for Facilitating a Vital and Dynamic Education System: Fundamental Roles for Education Science and Technology. Reply to Office of Technology Assesment. 1987

59.Sleeman D., Brown J.S. Intelligent tutoring systems// Intelligent tutoring systems.

London: Acad. Press, 1982, 1-12 60.Soloway E. How the Nintendo Generation Learns// Communications 1991, vol. 34, N 9, 23-26, 95

61.3енкова Н.Ю. Разработка компьютерных обучающих систем по теоретической механике. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат.наук. М., 1993 62.Ионова Ю.Н. Методическое, алгоритмическое, программное обеспечение электронного учебника по теоретической механике Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат.наук. М., 1995