Визуализация и интерактивная поддержка учебного процесса

Современные инструментальные средства, открывают широкие перспективы для визуализации и интерактивности учебного процесса. Применение графических объектов в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное чутье, образное мышление. Визуализацию в концепции информационно-образовательной среды следует понимать не только как насыщенность учебных материалов высококачественными цветными иллюстрациями (что само по себе очень полезно), но и как использование анимационных изображений, построенных на основе математических моделей изучаемого объекта или явления. В качестве примера можно привести анимационные изображения картины электромагнитного поля, построенной по его математической модели. К сожалению, печатное издание не может передать анимационный эффект, что определяет одно из достоинств ИОС, по сравнению с учебником.

Рис. 4. Анимация в составе учебного материала

Интерактивные программы, органично встроенные в тексто-графические документы лежат в основе построения виртуальных лабораторных работ. Возможность самостоятельно менять параметры процесса, управлять измерительными приборами, изменять характеристики материалов позволяет для учащегося создать некую виртуальную творческую лабораторию, где он может не только изучить определенный раздел, но и развить в себе навыки исследователя. В качестве примера на рис. 5 приведена виртуальная лабораторная работа по курсу «Физика», посвященная изучению процесса заряда и разряда конденсатора.

Рис. 5. Виртуальная лабораторная работа по курсу «Физика»

Следует отметить, что применение виртуальной лабораторной базы не исключает проведения лабораторных работ в реальной лаборатории, но позволяет заместить часть из них или более детально подготовиться к ним.

Применение наукоемкого программного обеспечения

Одной из дидактических функций ИОС является возможность использования в учебном процессе современного универсального наукоемкого программного обеспечения, такого как Mathematica, Spice и др.

На сегодняшний день существует два основных подхода к применению наукоемкого программного обеспечения в образовательном процессе.

1. Разработка образовательными учреждениями собственных программных средств. К достоинствам этого подхода следует отнести традиционно скромные требования к операционным системам и компьютерному оборудованию. К недостаткам — значительные временные ресурсы, требуемые для их создания отдельными разработчиками или малыми коллективами разработчиков. Отсюда узкая специализация создаваемых программных продуктов, разнородность стиля и нестыковка интерфейсов различных программных продуктов при их объединении в одно целое для расширения их функциональных возможностей. Немаловажно также то обстоятельство, что такие программные средства представляют собой закрытые системы, оставляющие пользователя в узком и заранее заданном классе учебных или научных разделов или примеров.

2. Применение универсальных математических программ. Фирмы-разработчики интегрированных математических пакетов широкого применения, имея материальные средства привлечь к созданию квалифицированных математиков и программистов и обеспечить их совершенным компьютерным оборудованием и информационной поддержкой, создают наукоемкие программные продукты, содержащие в себе огромный объем интерактивных математических объектов и функций. К достоинствам такого подхода относится тот факт, что последнее обстоятельство позволяет преподавателям сосредоточить свои усилия на обеспечении концептуальной и методической поддержки читаемых курсов. К недостаткам относятся: высокая стоимость таких пакетов программ и их развития, необходимость современного, дорогостоящего технического обеспечения компьютерных классов для реализации учебного процесса с использованием универсальных математических программ.

Рассматриваемая концепция предлагает третий, на сегодняшний день, оригинальный подход к использованию наукоемкого программного обеспечения в образовательном процессе. Это подход предполагает использование технологии «тонкого клиента», позволяющей реализовать удаленное использование универсального пакета через сеть Интернет. Пользовательским интерфейсом в такой реализации является Web-браузер на клиентском компьютере, а расчетной частью — ядро универсального пакета.

Такой подход имеет следующие положительные аспекты:

1. Для проведения расчетов нет необходимости приобретать универсальный пакет, который имеет внушительную стоимость на каждый компьютер в классе.

Для комфортной работы с пакетом не нужен мощный компьютер, т.к. все вычисления выполняются на сервере.

На рис. 6 показан разработанный по такой технологии интерфейс, между Web-браузером и ядром пакета Mathematica.

Рис. 6. Пример Web-интерфейса с пакетом Mathematica