Опыт применения электронных образовательных ресурсов в практико-ориентированной реализации учебной дисциплины

Experience in the use of e-learning resources in a practical-oriented implementation of the discipline

Pavel Grishmanovsky

Ph.D., Associate Professor, Surgut State University, Russia, Surgut

Olga Grishmanovskaya

lecturer, postgraduate, Surgut State University, Russia, Surgut

Аннотация. В данной статье представлен опыт применения системы управления обучением Moodle при разработке электронного образовательного ресурса для практико-ориентированной учебной дисциплины. Предложен подход к построению практико-ориентированной дисциплины и оцениванию достижений студентов. Обозначены ключевые проблемы реализации предложенного подхода в среде Moodle.

Abstract. This article presents the experience of using the Moodle learning management system in developing an e-learning resource for a practice-oriented educational discipline. An approach to building a practical-oriented discipline and assessing the achievements of students is proposed. Key problems of implementing the proposed approach in the Moodle environment are identified.

Ключевые слова: цифровизация образования; инженерное образование; электронные образовательные ресурсы; практико-ориентированное обучение; компетенция

Keywords: digitalization of education; engineering education; e-learning resources; practical-oriented training; competence

Стремительное развитие цифровых технологий дает возможности качественных улучшений практически во всех областях человеческой деятельности, но, с другой стороны, формирование информационного общества влечет и изменение сознания людей, что наиболее характерно для молодого поколения, выросшего в среде интенсивного информационного воздействия. Одной из черт является так называемое клиповое мышление как способ восприятия и обработки информации, неспособность длительно концентрироваться на одной задаче [1, 2].

Также отмечено значительное несоответствие между ожиданиями абитуриента, поступающего на образовательные программы инженерных направлений, образовательным процессом по этим программам и реальной инженерной деятельностью [3, 4].

В таком контексте традиционные образовательные технологии становятся малоэффективными для студентов, ориентированных на конкретные задания и быстрый конечный результат, в отличие от обучения в естественной для современных молодых людей динамичной и информационно прозрачной среде. В работе [5] показано, что именно смешанное обучение с применением электронных образовательных ресурсов обладает большим потенциалом для создания новых способов использования цифровых технологий в инженерном образовании, целью которых является не только повышение эффективности обучения, но и формирование у студентов профессиональных, информационных и самообразовательных компетенций.

Кроме того, авторы [6] отмечают, что значительная часть студентов, поступающих на инженерные направления подготовки, не мотивирована к профессиональной деятельности в выбранной области. Это сказывается на качестве подготовки инженерных кадров и требует поиска таких подходов к проектированию и реализации образовательных программ, которые будут адекватны сложившемуся состоянию в системе образования. Принятый компетентностный подход ориентирует современное образование на целенаправленную подготовку студентов к применению полученных знаний в условиях профессиональной деятельности и направлен на комплексное освоение знаний и способов практической деятельности в профессиональной области [7]. Таким образом, результатом обучения как по образовательной программе в целом, так и при освоении каждой отдельной дисциплины, является продемонстрированная студентом способность решать задачи профессиональной сферы.

По мнению авторов данной работы, эффективная с точки зрения достижения планируемых результатов обучения реализация учебной дисциплины в форме смешанного обучения с применением электронных образовательных ресурсов и средств управления образовательным контентом базируется на оптимальном балансе между степенью ожидаемой от студентов самостоятельности выполнения учебных заданий и степенью контроля результатов их выполнения, полученных лично студентом.

Высокая степень запланированной самостоятельности, присущая дистанционной форме обучения, приводит, с одной стороны, к снижению успешности освоения дисциплины из-за отсутствия навыков самостоятельной работы у студентов младших курсов и сложности разрешения затруднений, возникающих при освоении дисциплины, а с другой – к необходимости увеличения объема средств оценки результатов освоения дисциплины, полученных лично студентом, как степени сформированности компетенций, для исключения недобросовестного подхода к учебной деятельности, что требует, в свою очередь, либо увеличения объема контактной работы, что свойственно традиционной очной форме, либо привлечения специальных технических средств и реализации организационных мер, направленных на подтверждение подлинности представляемых результатов.

Учитывая отмеченные тенденции и собственные выводы на основании предварительного анализа, авторы предприняли попытку трансформации учебной дисциплины с целью повышения мотивации студентов, объективности оценки полученных компетенций и, как следствие, качества достигаемых результатов обучения по отношению к запланированным при разработке образовательной программы. При этом в качестве основных принципов трансформации были выделены следующие:

– обеспечить адаптивность дисциплины по отношению к индивидуальным особенностям познавательной деятельности студентов;

– перенести акцент в оценке успешности освоения дисциплины на практические компетенции, демонстрируемые в течение обучения;

– дать студентам объективную информацию об объёме работ и порядке их оценивания и об индивидуальном прогрессе освоения дисциплины в любой момент времени.

Реализация электронного образовательного ресурса по дисциплине в соответствии с отмеченными принципами выполнена в системе управления обучением LMS Moodle, используемой в Сургутском государственном университете. Без применения подобной системы реализовать подход, представленный ниже, крайне затруднительно в силу большой трудоемкости и высокой вероятности ошибок при расчете оценок.

Свободно распространяемая по лицензии GNU GPL среда Moodle – модульная объектно-ориентированная динамическая обучающая среда – стала наиболее популярной во всём мире электронной средой в сфере образования в течение последних лет и в настоящее время виртуальная рассматривается как эффективный способ обучения в высшей школе [8], ее используют в учебном процессе более двухсот университетов в России и почти пятьдесят тысяч организаций из более чем двухсот стран мира.

Широкое распространение Moodle обусловлено такими ее свойствами, как широкими возможностями масштабирования от единиц до сотен тысяч обучаемых, возможностью использования в качестве платформы для создания полностью онлайновых курсов, смешанного и дистанционного обучения, наличием набора функциональных элементов курса (лекции, тесты, задания, форумы, базы данных, словари и др.), возможностями создания среды для обмена информацией между всеми участниками образовательного процесса и интеграции с другими системами (например, посредством пакетов SCORM), наличие системы оценки результатов освоения отдельных элементов и курса в целом. Кроме того, интерактивность среды предусматривает как синхронное, так и асинхронное взаимодействие, благодаря чему может существенно увеличиваться степень усвоения учебного материала в силу более интересного и динамичного построения образовательного процесса [9].

При этом, концепция Moodle не связана непосредственно с отказом от традиционных форм обучения. Напротив, возможности электронной среды используются дополнительно к уже существующим формам обучения, создавая форматы смешанного и дистанционного обучения [10].

Именно возможности реализации модели смешанного обучения в рамках очной и заочной форм стали определяющими при выборе среды Moodle, однако, авторы столкнулись и с рядом недостатков этой среды в ходе трансформации дисциплины, опыт которой представлен в данной работе. Эти недостатки связаны со сложностью реализации адаптивного характера учебных элементов и иерархической структуры курса, организации многопоточного обучения и версионности материалов курса, отсутствием унификации механизмов оценки освоения элементов курса, трудностями с наглядным представлением результатов обучения и др.

Дисциплина «Программирование и основы алгоритмизации» преподается в 1 и 2 семестре для студентов 1 курса бакалавриата направлений «Управление в технических системах» и «Программная инженерия» и нацелена на формирование навыков анализа, формализации и решения задач средствами языка программирования высокого уровня C («Си»). При этом особый акцент делается на различиях в стандартах этого языка и его отличии от C++, что крайне важно для современного специалиста в областях как системного и технологического, так и прикладного программирования с точки зрения эффективного использования ресурсов вычислительных систем в условиях жестких ограничений. Учитывая, что программирование в целом является прикладной областью, призванной решать задачи, возникающие в других областях человеческой деятельности, эта и подобные ей дисциплины должны быть ориентированы на получение компетенций, связанных с практическим применением полученных знаний, тогда как наличие знаний само по себе бесполезно без умения применять их для анализа задач и формализации их решения, разработки, тестирования и документирования программного обеспечения.

Работа в течение семестра представляет собой логическую последовательность действий, направленную на формирование и развитие необходимых практико-ориентированных компетенций и их демонстрацию во время экзамена (рис. 1). Освоение каждого раздела, соответствующего теме дисциплины, включает, наряду с традиционными (аудиторными) лекциями, ознакомление с материалами в электронной форме (электронными лекциями) и подтверждение полученных знаний при выполнении тестов и практических заданий. Эта часть работы студента имеет репродуктивный характер и направлена на формирование и закрепление знаний и практических навыков – знать назначение и синтаксис элементов и конструкций языка программирования и уметь их использовать.

Рисунок. 1. Схема формирования и оценки сформированности компетенций

Адаптивный характер освоения этих элементов может быть реализован как за счет предоставления студенту альтернативных материалов, эквивалентных в содержательной части, но отличающихся детальностью или характером изложения, так и предоставлением практических заданий, уровень сложности которых зависит от степени сформированности необходимых компетенций, проявленной при выполнении предшествующих заданий.

В первом случае, основой является элемент «Лекция», дополняющий материал, рассмотренный во время аудиторного занятия по соответствующей теме. Такая лекция завершается одним или несколькими контрольными вопросами или заданиями, в зависимости от правильности ответа на которые предоставляется дополнительный фрагмент, содержащий более детальное или альтернативное изложение части материала.

Понятийных уровней изложения может быть несколько, но контроль обязателен на каждом из них, причем на наиболее детальном уровне производится либо возврат к началу соответствующего раздела, либо переход к материалам, внешним по отношению к данному образовательному ресурсу, либо, если это допустимо, вывод о завершении элемента курса с неудовлетворительной оценкой (рис. 3).

С той же целью может быть использован «мягкий» тест в режиме обучения, предлагающий пояснения в случае неправильного ответа, с возможностью его многократного прохождения, однако, элемент «Тест» не позволяет запрограммировать маршрут и акцент может быть сделан, скорее, на принципе «количество переходит в качество». Также возможно и опциональное предоставление дополнительных материалов, ориентированных на более высокий исходный уровень сформированности необходимых компетенций. При завершении одного элемента и переходе к следующему, «базовый» (начальный) уровень может быть выбран с учетом характера выполнения предшествующих элементов, чем обуславливается адаптивность предоставления материалов и формирование индивидуального маршрута на уровне курса в целом.

Однако, сложность адаптивного построения элемента «Лекция» заключается в том, что необходимо оценить не только степень овладения компетенцией, но и характер освоения элемента, обусловленный индивидуальными особенностями познавательной деятельности студента – использованием материалов более детального уровня изложения, предпочтение структурированного формализованного описания или рассмотрения конкретных примеров, преобладающее использование текстовых и графических форм или видеоматериалов и др. Элементы Moodle не содержат встроенных функций для реализации подобной логики.

Практические задания по теме также имеют преимущественно репродуктивный характер и не требуют существенных знаний в какой-либо предметной области или выполнения работ поискового и исследовательского характера. Сложность всех вариантов задания примерно одинакова, но обязательным требованием является самостоятельное выполнение задания, поэтому каждое практическое задание выполняется в соответствии с индивидуальным вариантом и в контролируемых условиях – в компьютерном классе в пределах предоставленного времени во время аудиторного занятия. При этом студентам полностью доступны как ресурсы электронного курса, так и любые информационные ресурсы в локальной сети университета и глобальной сети Интернет за исключением социальных сетей и облачных хранилищ. Работа оценивается по системе «зачтено»/«не зачтено» и результат должен удовлетворять двум условиям: программа должна работать и соответствовать заданию. В случае неуспешного выполнения предоставляется следующая попытка, как правило на следующем занятии.

В результате выполнения практического задания студент представляет программных код, правильность которого легко проверить путем сопоставления результатов его исполнения с эталонными, но в среде Moodle запуск сторонних программ (транслятора, проверяемой и эталонной программы) и анализ их вывода представляет собой определенную техническую проблему. Кроме того, результат в виде файла исходного кода может быть предоставлен для проверки посредством элемента «Задание» или при использовании тестового задания типа «Эссе» в элементе «Тест». В первом случае функции элемента не предусматривают автоматическую генерацию номера варианта, уникального в пределах студенческой группы. Во втором – возможна генерация случайного варианта, но без условия уникальности, а представленные ответы не отображаются в разделе «Работы на проверку». Таким образом, на данный момент выдача варианта осуществляется случайным образом, предоставление ответа – посредством элемента «Задание», а его проверка – непосредственно преподавателем путем визуального сопоставления вывода проверяемой и эталонной программ.

Выполнение лабораторных работ по каждой теме имеет продуктивный (отчасти даже творческий) характер и направлено на получение и демонстрацию практических навыков и освоение материала дисциплины через решение практических задач, требует не только знания языковых конструкций, но и конструирования программного кода, применения средств языка программирования для решения предметных задач. Каждая лабораторная работа ориентирована на материал соответствующей темы, например, линейные алгоритмы и построение выражений, итерационные алгоритмы и т.п., и при ее выполнении используется материал предыдущих тем, что способствует его закреплению и освоению в комплексе с вновь изученным. Кроме того, поощряется коммуникация студентов с целью поиска способа решения предметной задачи, анализа возможных вариантов программной реализации с точки зрения их корректности, эффективности и т.п.

Лабораторная работа построена как микропроект и состоит из ряда этапов:

– уточнение и анализ задания, сформулированного в виде предметной задачи, в том числе поиск необходимой для этого информации;

– построение формальных моделей, соответствующих предметной области, таких как математические формулы, чертежи, схемы, алгоритмы решения и т.п., что соответствует этапу проектирования ПО;

– собственно разработка и тестирование программы в соответствии с ограничениями, указанными в задании и методических рекомендациях;

– оформление отчета по результатам выполнения работы, включающего содержание этапов выполнения работы и обоснование принятых решений;

– защита работы как демонстрация навыков презентации и как контроль самостоятельного получения результатов.

Построение индивидуальных маршрутов выполнения лабораторных работ несколько проще в реализации: варианты индивидуальных заданий к каждой лабораторной работе ранжированы по сложности и вариант на следующую работу выдается с учетом характера выполнения предыдущей – чем быстрее и качественнее выполнена предыдущая работа, тем сложнее задание на следующую и наоборот. Такой подход позволяет студентам выполнять работы в индивидуальном темпе, как с опережением, максимально эффективно развивая компетенции, так и демонстрируя их наличие хотя бы на минимально необходимом уровне. Однако, функция выбора варианта задания также выполняется преподавателем, т.к. элементы среды Moodle не обладают такой логикой. Также элемент «Задание» не позволяет использовать в совокупности несколько оценок (в баллах или шкал) для оценивания одного ответа по нескольким критериям, соответствующим перечисленным выше этапам, а ввод дополнительных элементов оценивания усложняет работу с журналом оценок и другими отчетами.

Для оценки достижений студентов с учетом, в первую очередь, практически продемонстрированных компетенций, предоставления студентам объективной информации об объёме работ, порядке их оценивания и об индивидуальном прогрессе в ходе освоения дисциплины и, как следствие, повышения их мотивированности и самоорганизации, в рамках электронного курса разработана балльная система оценивания (табл. 1). Полученная балльная оценка по дисциплине за каждый семестр визуализируется также в виде буквенной оценки и переводится в традиционную в соответствии с табл. 2. Итоговая оценка включает в себя оценку работы в течение семестра, а наиболее весомой частью является оценка практически достигнутых результатов. Изменение принципов формирования итоговой оценки по дисциплине при наличии четких критериев оценивания и сроков выполнения заданий является организующим фактором и, как следствие, положительно сказывается на мотивации студентов, ответственном подходе к выполнению заданий и систематической работе с материалами дисциплины.

Таблица 1.

Система оценивания работы студентов

Таблица 2.

Соответствие балльных, буквенных и традиционных оценок

Как видно из табл. 1 и 2, получение положительной оценки по дисциплине возможно уже при выполнении всех учебных заданий на высоком уровне, что само по себе является сильным стимулом для студентов. При этом общим принципом предлагаемой системы оценивания является наличие проходного балла, равного 60% от максимально возможного, как при оценке отдельных заданий и работ, так и при оценке освоения дисциплины. Аналогично, допуск к экзамену осуществляется при преодолении барьера 60% от общей суммы в 70 баллов, которые могут быть получены в течение семестра. Большая часть баллов формируется именно при выполнении практических заданий, что, с одной стороны, стимулирует студентов к этим видам деятельности, а с другой – требует наличия процедур тщательного контроля их выполнения и адекватной оценки результатов.

Работа в течение семестра имеет средневзвешенную общую сумму 20 баллов с учетом весовых коэффициентов 1, 2-3 и 5 соответственно за каждый элемент лекции, теста и практического задания, т.е. наиболее значимыми оказываются практические навыки, продемонстрированные в контролируемых условиях, однако, для этого необходимо также освоить электронные материалы и выполнить тест по теме. Выполнение лабораторной работы, содержание и оформление отчета и защита работы оцениваются комплексно и выставляется одна оценка от 0 до 10 баллов. Лабораторные работы имеют разные весовые коэффициенты и в общей сложности составляют 40 баллов – наиболее значимую часть в общей оценке всей дисциплины.

В то же время поощряется работа студентов во время аудиторных занятий в связи с связи с выявленной высокой корреляцией успеваемости с посещением занятий. Относительно небольшая величина 10% может иметь решающую роль и для допуска к экзамену, и при переводе балльной оценки в традиционную. Однако, учет посещения занятий в привычной преподавателю компактной табличной форме средствами Moodle затруднителен.

Экзамен в рамках разработанной системы состоит из двух частей, условно названных «практическая» и «теоретическая», и построен таким образом, чтобы воспрепятствовать недобросовестному отношению к освоению дисциплины, при котором студенты нацелены на допуск к экзамену и на сдачу экзамена, а не на получение практических навыков применения изучаемых средств программирования.

Практическая часть экзамена, как и практические задания в семестре, проводится в компьютерном классе в контролируемых условиях, при ограниченном времени и полной доступности ресурсов электронного курса и любых других информационных ресурсов, в том числе в глобальной сети Интернет за исключением социальных сетей и облачных хранилищ. Таким образом, максимально моделируются реальные условия, в которых должны быть продемонстрированы компетенции в области программирования – самостоятельное выполнение работы при наличии технического задания и необходимых информационных ресурсов, которые включают в себя как справочную информацию по языку и средствам программирования, так и ресурсы, соответствующие предметной области. Практическая часть экзамена заключается в решении двух экзаменационных задач, каждая из которых оценивается максимум в 10 баллов при условии работоспособности, корректности, адекватности и соответствия заданию. Студент может получить не более двух задач, причем одну из них повышенной сложности (по своему желанию), успешное выполнение которой оценивается удвоенным количеством баллов (дополнительные баллы начисляются сверх общей суммы 30 баллов за экзамен). Таким образом, даже при выполнении практической части экзамена студент также демонстрирует «знаниевую» компоненту компетенций – синтаксиса и семантики элементов языка, основных определений, терминологии.

Так называемая «теоретическая» часть экзамена представляет собой ответ студента на два вопроса экзаменационного билета и оценивается максимум в 10 баллов, т.е. значительно ниже, чем практическая часть. При подготовке ответов на экзаменационные вопросы студент может пользоваться только предоставленными справочными материалами («официальными шпаргалками») из числа использовавшихся в работе в течение семестра, что также является элементом формирования и демонстрации профессиональных компетенций в области работы с технической и справочной информацией.

Для учета оценок по каждому элементу экзамена использованы элементы журнала с ручным вводом в силу тех же функциональных ограничений среды Moodle, связанных с генерацией вариантов заданий и представлением ответов. Кроме того, экзамен и практические задания в семестре проводятся в контролируемых условиях, что требует учета фактического присутствия студента в аудитории.

Заключительный компонент разработанной системы – это дополнительные («бонусные») баллы, которые являются поощрением за участие в олимпиадах, чемпионатах, конкурсах, хакатонах и других подобных мероприятиях различного уровня в области информатики и программирования, а также за некоторые достижения при освоении дисциплины.

Деятельность, которая поощряется дополнительными баллами, требует от студента, как правило, дополнительной подготовки, более глубоких знаний и практических навыков в области программирования, однако, во избежание возможной подмены одной деятельности другой, при подведении итогов учитывается максимум 10 дополнительных баллов и, как правило, это имеет решающую роль при получении буквенной оценки с символом «+».

В настоящее время представленная система адаптивной практико-ориентированной организации электронного образовательного ресурса по дисциплине реализована еще не в полной мере в силу технических ограничений, присущих используемой системе Moodle, несмотря на ее распространенность.

В частности, в данной системе невозможна или затруднительна из-за высокой трудоемкости реализация следующих компонентов адаптивного практико-ориентированного курса:

• учет посещаемости занятий студентами;
• ограничение доступа к элементам электронного курса в соответствии с реальным присутствием студентов в аудитории во время занятия по расписанию;
• ограничение доступа к элементам электронного курса, установка сроков выполнения и блокирование изменения оценок в журнале в соответствии с потоком и годом обучения студента;
• раздельная оценка результатов выполнения заданий как степени сформированности компетенций и характера выполнения заданий как проявления особенностей восприятия материала студентом;
• выбор вариантов заданий в зависимости от характера прохождения предшествующих элементов курса;
• автоматизированная проверка программного кода – результатов выполнения практических и экзаменационных заданий.

Кроме этого, работа с журналом оценок и формами отчетов, управление контингентом студентов и др. в среде Moodle не всегда удобно и влечет излишние затраты времени по сравнению с моделью электронных таблиц, таких как Microsoft Excel, Google Spreadsheets и др.

Перечисленные недостатки используемой системы являются основанием для поиска альтернативных систем организации электронных образовательных ресурсов или для разработки технического задания на доработку (модификацию) существующей системы.

Тем не менее, применение разработанного электронного курса авторами выявило готовность и высокий интерес студентов к работе с интерактивными ресурсами и позволяет говорить о повышении мотивации к процессу обучения, ожидании подобной организации учебной деятельности при изучении последующих дисциплин.