Использование мультимедиа технологий при изучении математики в техническом вузе

Высокое качество подготовки инженерных кадров, технической элиты общества всегда являлось важной задачей для государства. Мировой опыт свидетельствует о глобальном внедрении информационных технологий в учебный процесс технического вуза. Именно для технических вузов внедрение информационных технологий является наиболее эффективным, поскольку образовательный процесс имеет дело с различными механизмами, датчиками и приборами, проектированием робототехнических устройств. Поэтому в отличие от гуманитарного образования, где достаточно простые гипертекстовые продукты дают значительный эффект, в процессе подготовки инженера необходимо применение мультимедийных учебных ресурсов.

В образовательном процессе вуза широко используются электронные конспекты лекций (лекции-презентации), электронные учебники, виртуальные лабораторные работы, а также применяются дистанционные образовательные технологии (включая Web-технологии и образовательные порталы). Однако, на сегодняшний день в учебном процессе все еще слабо используются все возможности современной техники.

Существенную роль в формировании компетенций будущего бакалавра технического направления играет математическая подготовка. Цель обучения математике в техническом вузе состоит в том, чтобы обучающийся получил фундаментальную математическую подготовку, овладел навыками математического моделирования в области будущей профессиональной деятельности. От качества математической подготовки в значительной степени зависит уровень компетентности будущего инженера. Все это предъявляет повышенные требования к организации процесса обучения математике в техническом вузе.

Наиболее активно в последнее время в учебном процессе используются электронные конспекты лекций и электронные учебники. Анализ имеющихся в свободном доступе электронных конспектов лекций по высшей математике показал, что большинство из них не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современной лекции-презентации. На экран выводятся большие текстовые фрагменты, отсканированные со страниц учебников рисунки, чертежи, без адаптации к цели лекции, без устранения вспомогательного материала, который может изложить в устной речи лектор. Также анализ имеющихся электронных учебных изданий по математике показал, что большинство учебных пособий (75%) являются электронными аналогами известных печатных учебников (рис. 1).

Рис. 1 Электронные учебные издания по высшей математике

Характерной особенностью электронных конспектов лекций и электронных учебных изданий, применяемых в учебном процессе, является возможность использования в них не только текстовых страниц и графических иллюстраций, но и звукового сопровождения, анимационных и мультимедийных фрагментов. Системы мультимедиа обеспечивают большую свободу иллюстрирования учебного материала, обеспечивают возможность интенсификации обучения и повышение мотивации за счет применения различных способов обработки аудиовизуальной информации.

В то же время требования к электронным конспектам лекций отличаются от требований к электронному учебнику. Слайды на лекции выступают как иллюстративный материал и нет необходимости в озвучивании текста лекции (звук целесообразен только в видеофрагментах). Темп и последовательность изложения материала управляются лектором.

На кафедре естественнонаучных и гуманитарных дисциплин Тобольского индустриального института активно разрабатываются и внедряются в учебный процесс видеоресурсы учебного назначения, а также электронные учебные издания.

Видеоматериалы органично дополняют электронные конспекты лекций по высшей математике. Анализ научно-педагогической литературы показал, что в настоящее время не разработаны требования к видеоресурсам учебного назначения. Однако, при разработке видеоматериалов, мы опирались на требования, предъявляемые к электронным конспектам лекций, в системе которых используются видеоматериалы. В.А. Стародубцев выделяет следующие требования к применению электронных конспектов лекций в учебном процессе [1].

1. Для наилучшего понимания и запоминания учебного материала электронный конспект лекций должен быть насыщен компьютерной графикой и видеофрагментами. Причем, система анимации должна быть построена таким образом чтобы, сначала показался предваряющий текст, затем видеоматериал или иллюстрация.

2. Переход к новой порции информации может быть акцентирован во времени сменой цветовой палитры изображений и фона, звуком или движением изображений. В пределах одной лекции можно выделять 4,5 акцентов, привлекающих внимание студентов.

3. Общее количество слайдов лекции в зависимости от дисциплины колеблется от 45 и 60. В пределах одного слайда нельзя применять более чем два типа шрифтов.

4. Фон слайда лучше выбирать однотонным.. С учетом функциональной асимметрии мозга человека в левой половине визуального поля экрана следует располагать иллюстративные материалы, а в правой — текст.

Разработанные нами видео ролики созданы с помощью программ Autodesk 3ds max2009, Macromedia Flash8, Pinnacle Studio14. На рисунке 2 представлены некоторые слайды из видеофрагментов по аналитической геометрии. Текстовые фрагменты появляются постепенно с использованием эффекта «пишущая машинка». Рисунки вычерчиваются последовательно. Продемонстрировано получение эллипса. В уравнении эллипса указывается, а на рисунке демонстрируется перемещение эллипса вдоль осей координат. Показано получение эллипсоида и гиперболоида вращения методом вращения эллипса вокруг оси OX.

Видеоматериалы можно включать в лекцию, построенную в традиционном стиле, но в целях формирования общекультурных и основных профессиональных компетенций будущих инженеров наиболее целесообразно использовать проблемные лекции, лекции-визуализации, лекции с заранее запланированными ошибками и др. Проведенный опрос студентов инженерных специальностей и направлений подготовки бакалавров показал, что более 85% студентов считают необходимым использование мультимедиа, анимации и видеоресурсов в системе лекционных занятий по математике.

Рис. 2 Видеоролик на тему «Кривые и поверхности 2 порядка»

Электронные учебные пособия, разработанные на кафедре удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к учебникам нового поколения: а) звук, анимация, мультимедиа; б) многоуровневневость (обязательный минимум плюс дополнительный материал); в) построение по модульному типу (в виде логически завершенных тематических разделов начиная с цели, и заканчивая дидактическим инструментарием проверки достижения цели); г) наличие «шлейфа» — вспомогательных материалов на электронных носителях, поддержки в Internet.

Большинство электронных учебных пособий, посвящены специальным разделам математики, таким как функции комплексного переменного, ряды и интеграл Фурье, дифференциальная геометрия и др.

Эффективность управления познавательной деятельностью студента при работе с учебными пособиями усиливается за счет таких дидактических приемов как различные формы представления информации, выделение существенного, звук. Учебные пособия содержат большой объем дополнительного материала как в виде отдельных тем, так и дополнительные источники информации по отдельным вопросам темы (в виде ссылок на Интернет-источники), углублённая информация (доказательства теорем, выводы формул), историческая справка, информация из родственной области знания и др. Огромную роль выполняют приложения, которые имеют непосредственное отношение к профилю направления.

Учебные пособия созданы при помощи программы Macromedia Dreamweaver. Dreamweaver включает в себя много инструментов и средств: HTML, CSS, JavaScript, отладчик JavaScript, редакторы кода (просмотр кода и инспектор кода), что позволяет редактировать JavaScript, XML и другие текстовые документы, которые поддерживаются в Dreamweaver. Технология Roundtrip HTML импортирует документы HTML без переформатирования кода. Возможность визуального редактирования в Dreamweaver также позволяет быстро создавать или менять дизайн проекта без написания кода. На рисунке 4 представлены две страницы электронного учебного пособия по высшей математике «Функции комплексного переменного».

Рис. 4 Электронное учебное пособие

Система видеоматериалов по высшей математике, электронные учебные пособия зарегестрированы в Объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» на базе Учреждения РАО Институт научной информации и мониторинга.

Список литературы

1. Стародубцев В.А. Создание и применение электронного конспекта лекции: учебное пособие / В.А. Стародубцев. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — 88 с.
2. Татьяненко, С.А., Герчес, Н.И., Чижикова, Е.С. Формирование общекультурных и основных профессиональных компетенций будущего инженера [Текст] / С.А. Татьяненко, Н.И. Герчес, Е.С. Чижикова. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. — 184 с.
3. Хортон У., Хортон К. Электронное обучение: инструменты и технологии. — М.: Кудиц-Пресс, 2005. — 640 с.