В последние годы, особенно в период пандемии, усилилось обеспокоенность преподавателей высших учебных заведений качеством формирования профессиональных навыков студентов в результате проведения учебного процесса. В связи с расширением применения компьютерных технологий в обучении все чаще появляются исследования по проблемам, связанным с повышением эффективности обучения и использованием технических средств для достижения качественного результата.

Целью настоящего исследования было выяснить, какие проблемы выявляются в процессе вузовского обучения и как они могут быть решены для повышения эффективности работы университетов в период всесторонней цифровизации. Конечной целью являлась апробация внедренного в университете на основе перспективного подхода организации обучения разработанных методик и инструментальных средств, представленных в виде компьютерной обучающей системы.

Мы согласны с мнением авторов статьи [1], отмечающих трудности обучения и средства их преодоления с использованием компьютерных технологий, которые представляют собой важный инструмент повышения эффективности работы университетов в целом и обеспечивают конкурентное преимущество ВУЗа на рынке высшего образования.

В иностранной научно-педагогической литературе также широко обсуждаются возможности применения разного рода компьютерных тренажеров-симуляторов. Статья [2] посвящена рассмотрению опыта использования симуляторов, как эффективных средств обучения, в европейских университетах. Имитационное обучение относится, по мнению авторов статьи, к использованию программного обеспечения для обогащения процессов преподавания и обучения.

Из приведенного исследования можно сделать выводы о попытках и предложениях решения проблемы повышения качества образования при проведении очного или дистанционного обучения с помощью использования компьютерных технических средств.

Отметим, что типовой сценарий учебного процесса в высшем учебном заведении с использованием компьютерных технологий состоит из нескольких этапов, которые, по нашему мнению, могут быть объединены в одну компьютерную систему от представления методических материалов до анализа результатов контрольных мероприятий. Перспективным подходом в обучении является организация учебной работы со студентами в виде компьютерной системы – единого программного комплекса с обучающими информационными средствами, способного поддерживать процесс обучения и контроля в доступной для студента форме, что согласуется с предложениями ряда российских и зарубежных педагогов [2, 3].

Современные студенты с самого рождения привыкают к обмену знаниями в электронной среде, поэтому применение подобных средств в образовательном процессе будет делать их обучение более комфортным. Единая платформа навыков, средств и методов в обычной жизни и в образовании позволит студентам увеличить интерес к обучающим дисциплинам. А для преподавателей в такой системе будет доступна статистика результатов проверки знаний и умений студентов, на основе которой можно сделать качественный и количественный анализы успеваемости.

Материалы и методы

В Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете (СПбГМТУ) для внедрения перспективного подхода в методику обучения студентов была разработана обучающая компьютерная система-тренажер [4].

Система-тренажер состоит из трех программных модулей.

АРМ Преподаватель (автоматизированное рабочее место преподавателя) необходим для наполнения системы учебными материалами и управления списками преподавателей и студентов. Он обладает следующей функциональностью: обеспечивает работу при наличии/отсутствии сетевого соединения; имеет средства создания/редактирования учебных модулей, уроков, теоретических и практических тестов; обладает средствами редактирования групп и списка студентов в каждой группе, а также возможностью редактирования списка преподавателей (создание/изменение, задание пароля); имеет удобный просмотр статистики по результатам тестирования студентов.

АРМ Студент нужен для обеспечения работы студентов в режиме обучения и контроля теоретических знаний, практических навыков, а также
имеет следующую функциональность:
удобный просмотр учебных видеоматериалов; выполнение теоретических и практических тестов; просмотр статистики по результатам тестирования.

АРМ Сервис предназначен для создания сетевого соединения с базой данных, в которой хранятся сведения о преподавателях, студентах и результатах тестирования, представленных в виде отчетов по студентам, группам, модулям обучения. У него имеется ряд важных функций: надежное хранение логинов и паролей преподавателей; сохранение списков групп и студентов в базе данных; хранение статистики результатов тестирования студентов и предоставление её пользователям в удобном виде.

Система-тренажер разработана таким образом, чтобы ее можно было запускать как в автономном локальном режиме (например, на домашнем компьютере), так и в сетевом соединении с базой данных в компьютерной сети университета.

Система-тренажер обладает рядом функциональных возможностей:

• Обучением с помощью видеоуроков.
  
• Проверкой знаний теоретического материала изучаемой дисциплины.
  
• Проверкой практических навыков у обучающихся аналогично проведению лабораторных работ.
  
• Анализом и оценкой результатов тестирования с помощью отчетов в табличном и графическом видах.
  

Автономный локальный режим, который может использоваться вне сети и на домашнем компьютере преподавателя, обладает определенными достоинствами.

Во-первых, простая установка и настройка тренажера – это обычное копирование папок и файлов компьютерной программы на локальный компьютер.

Во-вторых, нет необходимости устанавливать систему управления базами данных (СУБД) для функционирования базы данных и запуска модуля тренажера АРМ Сервис, что часто является трудным делом для неопытных пользователей.

В-третьих, мобильность, т.е. возможность запуска с любых компьютеров, имеющих операционную систему Windows 7 и выше.

Важным достоинством является также возможность запуска с сервера локальной сети одновременно нескольких экземпляров одной обучающей системы-тренажера, что часто необходимо делать в компьютерных классах для большого количества студентов.

В этом режиме удобно осуществлять наполнение тренажера учебными обучающими материалами (видеолекциями, теоретическими и практическими тестами).

Недостатки локального режима ограничивают использование тренажера для большого количества студентов в компьютерном классе университета. В АРМ Преподаватель в этом режиме отсутствует возможность задавать группы со студентами, присутствует только возможность создавать и редактировать обучающий материал с видеолекциями, практическими и теоретическими тестами обучения. В отсутствии базы данных результаты тестирования сохраняются в одном файле на локальном компьютере каждого студента, поэтому получается несколько отчетов, которые сложно анализировать для большого количества студентов.

Сетевой режим системы-тренажера обладает лучшими возможностями, которые позволяют эффективно использовать его в компьютерных классах университета. В АРМ Преподаватель присутствует возможность задавать логины преподавателя, номера групп и фамилии студентов, которые сохраняются в базе данных, а в АРМ Студент при авторизации нужно выбирать группы и фамилии, вследствие чего ошибочный ввод исключается. Результаты тестирования всех студентов сохраняются в базе данных, из которых можно затем составлять отчеты по группам и модулям обучения, проводить анализ успеваемости.

Особо важное достоинство – возможность запускать тренажер с одного сетевого сервера в нескольких экземплярах для студентов, работающих на локальных компьютерах в сети, вследствие чего нет необходимости устанавливать тренажер на каждом отдельном компьютере.

Существенным недостатком данного режима является его сложная первоначальная установка, которая требует высокой квалификации сетевого администратора, способного настроить СУБД, подключить базу данных и запустить службу АРМ Сервис.

Рекомендуется в университете использовать сетевой вариант установки тренажера, так как он наилучшим образом позволяет выполнять свойственную ему функциональность, а для подготовки учебных материалов на компьютере преподавателя (например, в домашних условия) запускать локальный вариант.

Результаты апробации

Чтобы организовать структуру обучения (модули, уроки) в тренажере, необходимо запустить программное обеспечение АРМ Преподаватель и создать новые модули, а в них новые уроки с соответствующими названиями.

Каждый урок учебного модуля имеет три составляющие – видеоклип, практический и теоретический тесты. В видео представлен мультимедийный материал, позволяющий легко освоить некоторые сложные приемы работы по заданной дисциплине, чтобы на должном уровне студенты могли бы выполнить практические задания и лабораторные работы.

Видеоуроки вполне могут быть созданы самими преподавателями. Вначале необходимо разработать сценарий будущего видеоурока, проработать команды в изучаемой программе или другие операции для лучшего уяснения темы урока, несколько раз прорепетировать свои действия на компьютере, сопровождая их речевым содержимым.

Когда тренировочная часть закончена и материал отрепетирован, необходимо запустить ту программу, запись на которой будет выполняться для создания видеоурока. Следует также подготовить и открыть файлы, которые будут участвовать в демонстрации материала урока. После запуска программы, предназначенной для записи видео, осуществляется или проверяется настройка ее параметров, после чего производится запись действий преподавателя с голосовым сопровождением. Дальнейшая работа в программе заключается в редактировании записанного видеоурока – удалении неудачных моментов из шкал видео и звука, добавлении ключевых кадров масштабирования, перемещении кадров, ослаблении или усилении звука и т.д. После этого можно сохранить видеоурок и записать его в виде мультимедийного файла в папку с названием урока, а затем добавить в систему-тренажер (рис. 1).

Рисунок 1. Содержимое видеоурока в окне АРМ Студент

Обучающим приемом является также проверка практических навыков, полученных студентами, что является аналогом выполнения лабораторных работ по данной дисциплине. Для этого разрабатываются практические тесты с целью осуществления функции контроля освоения студентами умений при решении определенной задачи, т.е. проверка его практических навыков. Тренаж в практическом тесте закрепляет навыки, полученные в результате выполнения практических заданий по дисциплине. Практический тест, по своей сути, является имитацией отдельной части лабораторной работы, правильные и последовательные действия в которой необходимо проверить у обучающихся.

Практический тест состоит из нескольких этапов. Преподавателю необходимо сформулировать задание теста и затем разбить его на этапы выполнения, после чего создать сценарий перехода от одного этапа к другому.

В связи с этим в сценарии, который создается преподавателем, обязательно должны присутствовать картинки, вставленные из графических файлов. Чаще всего такими картинками являются скриншоты, созданные в виде копий окон программ, правильные действия в которых проверяются. Для математических или физических заданий картинки могут содержать поясняющие рисунки и формулы.

На рис. 2 в окне тренажера представлено создание шага практического теста. При этом правильная пиктограмма для щелчка мыши выделена прямоугольной заполненной фигурой, а область для ввода числа – в виде рамки с полем ввода правильного ответа. Подобное выделение осуществляется специальными инструментами в правом верхнем углу редактора тренажера.

Рисунок 2. Подготовка шага сценария практического теста

Поскольку студенты на определенном этапе должны ввести текстовые или числовые параметры, обеспечивающие выполнение задания, а также щелкнуть по некоторой области картинки, то обязательным является ее маркировка затеняющим цветом. Таким образом проверяется как правильность ввода текста (числа), так и выбор нужного параметра – например, кнопки в окне изучаемой программы.

Количество шагов, время выполнения и число запусков практического теста не ограничиваются.

После запуска тренажера студенту будет доступен перечень модулей (рис. 3), внутри которых находятся уроки с обучающими видеоклипами.

Рисунок 3. Модули в окне АРМ Студент

После выбора нужного модуля, а затем урока обучения, студент перейдет в окно, в котором можно выбрать просмотр видеоклипа, выполнить практический и теоретический тесты. Для обучения нужно перейти по щелчку мыши на страницу Видео и запустить видеоплеер. Для воспроизведения звукового сопровождения необходимы колонки или наушники, которые должны быть подключены ранее запуска видеоурока.

Вторая часть тренажера посвящена тестированию в виде практического и теоретического тестов, то есть является тестирующей системой. Для выполнения практического теста студент должен щелкнуть левой кнопкой мыши по кнопке Практический тест, а для прохождения теоретического теста – по кнопке Теоретический тест. В первом случае появится окно этапа практического теста, в котором нужно прочитать задание в верхнем правом углу окна и выполнить указание данного этапа. Студент должен щелкнуть по нужной области рисунка и ввести правильный параметр, если это требуется в задании. Тренажер отобразит следующий этап задания в соответствии с разработанным преподавателем сценарием данного теста. Если при прохождении практического теста студент будет часто ошибаться, то после 8-ми неудачных щелчков тест будет прерван с выдачей об этом сообщения «Практический тест не пройден». Можно будет вернуться к нему позже и повторить попытку.

Для запуска теоретического теста студент должен выбрать кнопку Теоретический
тест в окне содержания урока и пройти с ответами на заданные вопросы. Свой результат, как студент, так и преподаватель, могут увидеть на вкладке статистики в виде таблицы выполненных тестирований по различным модулям и урокам дисциплины (рис. 4). Это дает возможность оценить степень знаний и умений каждого студента по отдельности или всех студентов по конкретной теме дисциплины.

Рисунок 4. Таблица статистики

Обсуждение результатов

Обучающая компьютерная система внедрена в учебный процесс СПбГМТУ в 2015 году для ряда дисциплин, таких как «Инженерная и компьютерная графика», «Информационные технологии», «Интернет-технологии» и др. Для ее контента были разработаны видеоклипы, позволяющие студентам в мультимедийном режиме изучать материалы модулей дисциплин, причем такое изучение может быть выполнено многократно и вне зависимости от текущего материала, что дает отстающим студентам дополнительные шансы на сдачу экзамена или зачета. К мультимедийному материалу были выпущены печатные учебные пособия, например [5], в текстовом виде дополняющие информацию уроков и модулей.

Доклад и обсуждение современной методики обучения клиентскому Интернет-программированию с использованием обучающей системы были продемонстрированы на Международной конференции, посвященной инновационным технологиям в образовании [6].

Следует отметить, что разработанные и загруженные в систему-тренажер практические и теоретические тесты выполняют как контролирующую, так и обучающую функции. После выполнения задания практического теста по конкретной технологической операции, студент будет более осознанно делать данную операцию в лабораторном задании по дисциплине. И, наоборот, сначала сделав правильно лабораторную работу в дисциплине, студент далее безошибочно пройдет практический тест в тренажере. Таким образом, тренажер проверит и укрепит практические навыки, необходимые для освоения компетенций образовательной программы данной специальности.

Степень освоения теоретического материала дисциплины после выполнения теоретического теста отображается в статистике, которая доступна для просмотра как студентам, так и преподавателям. Это дает возможность сделать оценку успеваемости каждого студента по отдельности и всей группы в целом.

Поскольку каждому студенту предоставляются для обучения многочисленные мультимедийные материалы (видеолекции, практические тесты), которые позволяют отстающим студентам восполнить пробелы в изучении дисциплины и, таким образом, сохранить количественный состав обучающихся без их дальнейшего отчисления из ВУЗа.

Полученные нами данные об эффективности применения технических компьютерных средств обучения согласуются с мнением ряда авторов [3], которые используют виртуальные технологии и учебно-развивающие программы в учебном процессе для формирования компетентности студентов по различным дисциплинам.

Анализ успеваемости, проведенный за несколько лет эксплуатации обучающей компьютерной системы-тренажера, позволяет сделать вывод о необходимости и целесообразности выполнения обучения с помощью тренажера.

Заключение

В результате исследования различных методологических подходов был сделан вывод о наличии проблем в области организации обучения студентов ВУЗов. Из приведенного исследования можно также сделать выводы о попытках и предложениях решения проблемы повышения качества образования при проведении очного или дистанционного обучения с помощью использования компьютерных технических средств.

Перспективным подходом в обучении является организация учебной работы со студентами в виде компьютерной системы – единого программного комплекса с обучающими информационными средствами. Такой подход был реализован в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете и внедрен в методику обучения студентов путем разработки обучающей и тестирующей компьютерной системы-тренажера.

Отличиями внедренного тренажера от аналогичных обучающих программ являются созданные авторами демонстрационные видеолекции для каждого урока учебного модуля, а также разработанные оригинальные сценарии практических тестов (аналогов лабораторных работ).

Эксплуатация в течении ряда лет системы-тренажера с целью эффективного обучения студентов по различным дисциплинам позволяет сделать вывод о целесообразности использования данной методики организации учебного процесса и рекомендует ее внедрение в высшие учебные заведения нашей страны.

Финансирование

Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы Научного центра мирового уровня по направлению «Передовые цифровые технологии» (соглашение от 16.11.2020 № 075-15-2020-903).