Особенности формирования электронного курса по физике (раздел механика) в LMS Moodle для обучения и контроля качества учебного процесса

На сегодняшний день разработке и использованию в учебном процессе электронных образовательных ресурсов уделяется огромное внимание. Стремительное проникновение информационных технологий в сферу образования оказывает значительное влияние на информатизацию всех сфер общественной жизни и требует серьезного расширения арсенала средств обучения. Использование мультимедийных средств позволяет создавать электронные образовательные ресурсы с высокой степенью интерактивности и повышает наглядность ресурсов и эффективность их использования в образовательном процессе. Работа не напрямую с самими явлениями и процессами, а с их моделями дает возможность быстро и без существенных затрат исследовать их свойства и поведение в запланированных ситуациях.

Примерами успешного использования таких ресурсов в учебном процессе служат дистанционные образовательные технологии, которые предполагают использование готовых компонентов для размещения материала, так и специально разработанных для выполнения лабораторных работ - виртуальные лаборатории. Виртуальные лаборатории (ВЛ) позволяют моделировать различные объекты и процессы, а также организовывать удаленный компьютерный доступ к реальному лабораторному оборудованию. Использование виртуальных лабораторий особенно актуально при преподавании таких дисциплин как физика, химия, биология, экология и др.

Научные эксперименты и опыты повышают заинтересованность в образовательном процессе студентов, стимулируют активную познавательную деятельность и творческий подход к получению знаний. Часто в силу отсутствия достаточного оборудования, ограничена возможность доступа обучающихся к наиболее интересным экспериментам и техническим объектам, которые зачастую представляют значительный интерес и способствуют эффективному обучению. Именно здесь и возникает острая необходимость в виртуальных лабораторных работах. На сегодняшний день доступно только относительно небольшое количество русскоязычных информационных ресурсов, позволяющих качественно проводить различные учебные занятия по физике дистанционно. Практическая значимость подобных электронных ресурсов заключается в том, что их использование позволит повысить качество образовательного процесса и при этом сэкономить затраты на дорогостоящие материалы.

Методология курса

Электронный образовательный ресурс по разделу физики «Механика» предназначен для использования на различных устройствах – ноутбуках, настольных и планшетных компьютерах, устройствах для чтения электронных книг. Электронный образовательный ресурс позволит в наглядной форме работать с лекционным материалом, предоставляет возможность для самостоятельного освоения материала и заполнения пробелов в знаниях. Кроме того, в ЭОР есть возможность проверки пройденного материала на основе тестирования и оценки преподавателем выполненных студентами виртуальных лабораторных работ.

В рамках представленного электронного образовательного ресурса по общей физике раздела «Механика» доступны следующие возможности:

• -    интуитивно  понятный  интерфейс для простоты и доступности

использования электронного ресурса;

• -    большой набор тестовых заданий;

• -    примеры решения задач и практические задания;

• -    доступ к результатам выполнения заданий, лабораторных работ и тестирования;

• -    наличие виртуальных лабораторий.

Представленный электронный ресурс со множеством возможностей, включая использование мультимедиа и специально разработанное программное обеспечение позволит осуществить проведение занятий в форме самостоятельной работы за компьютерами, при сохранении роли преподавателя как руководителя и консультанта, более тщательно спланировать индивидуальную работу со студентами, провести отбор и предоставление сложно усваиваемого материала на лекциях и практических занятиях очно по усмотрению преподавателя, оставляя для самостоятельной работы менее сложные темы, которые охватывают самостоятельную работу студентов и остаются вне рамок аудиторных занятий. В результате создания ЭОР студент получает возможность удобства работы с учебным материалом, в том числе самостоятельно, находясь на расстоянии, что особенно важно для студентов, обучающихся на вечернем или заочном отделениях, а также студентам с ограниченными возможностями по состоянию здоровья.

Реализация раздела «Механика» курса общей физики

Предназначенный для обучения студентов ЭОР должен отвечать всем требованиям, предъявляемым к ресурсам подобного типа [1]. С одной стороны, он должен соответствовать нормативным, образовательным стандартам, с другой – быть удобным и эффективным помощником студента в получении им знаний. Для достижения большей эффективности при проектировании курса, удовлетворяющего современным требованиям используем средство Rational Rose - CASE-средство фирмы Rational Software Corporation, предназначенное для автоматизации этапов анализа и проектирования программного обеспечения, генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документации на основе синтез-методологии объектноориентированного анализа и проектирования. В основе работы Rational Rose лежит построение различного рода диаграмм и спецификаций, определяющих логическую и физическую структуры модели, ее статические и динамические аспекты. В результате разработки проекта с помощью CASE-средства Rational Rose сформируем следующие документы: диаграммы классов, состояний, сценариев, модулей, процессов; спецификации классов, объектов, атрибутов и операций, заготовки текстов программ, модель разрабатываемой программной системы. Выделив основных акторов и сформулировав краткое описание выполняемой ими работы получим диаграмму вариантов использования (рис. 1). Акторы системы: составитель ЭОР\Преподаватель, Сотрудник ЦРДО, Технический специалист по верстке, НТЦ Информрегистр, Система дистанционного обучения MOODLE, Студент.

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования

Диаграммы последовательностей для прецедентов использования ЭОР в обучении через систему дистанционного обучения MOODLE и изучения материала, изложенного в электронном ресурсе представлены на рис. 2-3.

Рис. 2. Диаграмма последовательности для прецедента «Использование ЭОР в обучении через LMS MOODLE»

При разработке электронного образовательного ресурса раздела «Механика» курса общей физики использовался проект «Учебный курс». Для построения структуры данного проекта необходимо было провести предварительное планирование курса, чтобы определить уровень вложенности в структуре проекта, состав элементов, их порядок и взаимосвязь. Таким образом, электронный образовательный ресурс состоит из нескольких взаимосвязанных фрагментов, которые обладают определенными функциями и визуально представлены отдельными модулями. В ЭОР «Механика», представленном в LMS MOODLE содержатся следующие разделы (рис. 4):

• -    Лекционный материал. Данный раздел включает в себя лекционный материал по изучаемым темам. Весь материал разбивается на модули и соответствующие им темы. Навигация, организованная в электронном учебнике, позволит легко находить нужный материал.

• -    Вопросы для самоконтроля. К каждому разделу с лекционным материалом могут прилагаться вопросы для самоконтроля.

• -    Вопросы для зачёта или экзамена. Данный раздел включает в себя вопросы, ответы на которые по окончанию обучения студенты должны будут знать. По окончанию курса студенты сдают зачёт или экзамен, проводимый обычно в традиционной форме.

• -    Тесты для самоконтроля. В данном разделе содержатся тестовые вопросы по части пройденного лекционного материала. Если тестовые задания пройдены успешно, то студент переходит к дальнейшему изучению материала. Если нет, то студент снова изучает материал, предшествующий прохождению тестирования.

• -    Итоговый тест. Данный раздел содержит вопросы по всему изучаемому материалу. На итоговый тест также устанавливается порог прохождения. По окончанию тестирования выдаётся оценка. Если тестирование пройдено успешно, то считается, что студент освоил учебный материал.

• -    Задачи. Данный раздел содержит примерный набор задач для решения к пройденным темам.

• -    Виртуальные лаборатории. Раздел содержит интуитивно-понятный интерфейс. Построен на основе математических моделей, имитирующих физические процессы с использованием языков программирования высокого уровня Delphi, C++.

• -    Глоссарий. Данный раздел содержит термины по всему лекционному материалу. Доступ к глоссарию предоставляется на любом этапе обучения.

В LMS MOODLE представлены 2 раздела – это ЭОР в формате SCORM и виртуальные лаборатории (рис. 5) [2].

Рис. 3. Диаграмма последовательности для прецедента «Изучение материала, изложенного в электронном учебнике»

Кроме элементов, предусмотренных средствами создания ЭОР и представления электронных материалов в системе LMS MOODLE, например, глоссарий, тесты и др. система обучения снабжена серией виртуальных лабораторий, благодаря которым студент может выполнить лабораторную работу, провести эксперимент и отправить результаты проделанной работы преподавателю, не выходя из дома.

Для этого, с помощью моделирования физических процессов и объектноориентированного программирования, были разработаны унифицированные средства для проведения экспериментов. В результате проделанной работы был разработан интерфейс, в котором имеется возможность просмотра видео реальной установки, ознакомление с теоретической частью выполняемой работы, подробное описание по шагам выполнения предстоящего эксперимента, получение и фиксирование необходимых данных с последующим расчётом по формулам, представленным в теории, формирования необходимых таблиц результатов расчета и отправка их преподавателю посредством системы дистанционного обучения [3-4].

v Содержание

Титульный лист 1

Титульный лист 2

Рабочая программа

Методические указания по изучению дисциплины Балльно-рейтинговая система оценки знаний сту...

• ^>/ 1. Введение

• 1.1.    Общая характеристика курса и его место ...

• 1.2.    Предмет физики и ее связь с другими нау...

• 2.1.    Механическое движение.

• 2.2.    Скорость произвольно движущейся точки.

• 2.3.    Ускорение.

• 2.4.    Вращательное движение. Угловая скорое... Вопросы и задания для самоконтроля к теме 2 Пример решения задачи к теме 2

v 2. Кинематика материальной точки и поступател...

Тест к теме 2

• ^v 3. Законы динамики.

• 3.1.    Первый закон Ньютона. Масса.

• 3.2.    Закон сохранения и импульса.

• 3.3.    Второй закон Ньютона. Сила.

• 3.4.    Третий закон Ньютона.

• 3.5.    Закон сохранения импульса для системы ...

• З.б.    Центр масс и закон его движения.

• 4.1.    Упругие силы

• 4.2.    Сила тяжести и вес тела.

• 4.3.    Силы трения.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 3

Пример решения задачи к теме 3

Тест к теме 3

^ 4. Силы в механике.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 4

Пример решения задачи к теме 4

Тест к теме 4

• ^>/ 5. Работа и энергия.

• 5.1.    Работа и мощность.

• 5.2.    Кинетическая энергия.

• 5.3.    Потенциальная энергия.

• 5.4.    Закон сохранения энергии.

• 5.5.    Графическое представление энергии.

• 5.6.    Удар абсолютно упругих и неупругих тел.

• 6.1.    Момент инерции.

• 6.2.    Теорема Штейнера.

• 6.3.    Кинетическая энергия вращения.

• 6.4.    Момент силы

• 6.5.    Уравнение динамики вращательного дви...

• 6.6.    Момент импульса.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 5

Пример решения задачи к теме 5

Тест к теме 5

v б. Движение твердо го тел а.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 6

Пример решения задачи к теме 6

Тест к теме б

• ^v    7. Тяготение тел.

  • 7.1.    Законы Кеплера и закон всемирного тяго...

  • 7.2.    Поле тяготения.

  • 7.3.    Работа в поле тяготения.

  • 7.4.    Принцип эквивалентности.

  • 7.5.    Космические скорости.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 7

Пример решения задачи к теме 7

Тест к теме 7

• ^v    8. Относительность движения.

  • 8.1.    Неинерциальные системы отсчета.

  • 8.2.    Центробежная сила инерции.

  • 8.3.    Сила Кориолиса.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 8

Тест к теме 8

• ^v    9. Колебания и волны.

  • 9.1.    Гармонические колебания. Осциллятор.

  • 9.2.    Маятники.

  • 9.3.    Вынужденные колебания.

  • 9.4.    Затухающие колебания.

  • 9.5.    Упругие волны.

Вопросы и задания для самоконтроля к теме 9

Пример решения задачи к теме 9

Тест к теме 9

Лабораторные работы

Практические задания

Итоговый тест

Задания по вариантам для контрольной работы

Вопросы к экзамену