Дистанционные on-line курсы

Совместные дистанционные on-line курсы

Очевидно, что чтение только «обменных» курсов в рамках элективов и факультативов не позволило максимально эффективно использовать дистанционные технологий в рамках очной формы обучения студентов. Поэтому была предложена, разработана и внедрена в учебный процесс новая по структуре и форме методика преподавания дистанционных курсов, которые получили название «совместных». Согласно этой методике каждый модуль читаемой дисциплины закреплялся за одним университетом-участником сети.

В настоящее время разработано и внедрено в учебный процесс на постоянной основе два «совместных» магистерских курса. Один из них «Интеллектуальные системы управления» впервые был введен в учебный процесс в 2015/16 учебном году. Этот курс, состоит из четырех модулей (каждый из которых, в свою очередь, содержит по три лекции объемом шесть академических часов). На рисунке 1 показан состав курса лекций, прочитанных по указанной методике преподавателями «МЭИ», Омского государственного технического университета и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого для участников сети.

По завершении всего курса преподавателями соответствующих университетов, принявшими участие в его прочтении, проводится итоговая аттестация знаний студентов, обучающихся в их университетах.

Университеты сети по своему усмотрению могут включать в свои курсы другие модули и изучать этот курс полностью или по частям в зависимости от выделяемых на это учебных часов, во многих случаях решая проблему нехватки высококвалифицированных преподавателей по соответствующим направлениям подготовки.

Рисунок 1 – Состав совместного курса «Интеллектуальные системы управления»

Положительный опыт апробации первого совместного курса позволил разработать и внедрить в учебный процесс в осеннем семестре 2016/17 учебного года еще один подобный курс: «Современная теория управления», который состоит из 5 тематических модулей, каждый из которых также содержит по три лекции:

Этот курс был прослушан восемью участниками сети.

Совместные курсы «Современная теория управления» (СК-СТУ) и «Интеллектуальные системы управления» (СК-ИСУ) размещены в созданном участниками проекта электронном информационном ресурсе.

В целом дистанционный доступ к интеллектуальным образовательным ресурсам различных школ, имеющих различные традиции и подходы к образовательному процессу, сохраняя у учащихся непосредственный контакт с преподавателями, позволяет значительно расширить качественное наполнение изучаемого теоретического курса, особенно в тех случаях, когда сложный и объемный курс носит комплексных характер.

Кроме совместных, в сети представлены обменные курсы, которые размещены также в электронном информационном ресурсе:

  • 1 Обменный курс «Информационные устройства МиРС из ОМиРТ» к.т.н., доцент Коротков Е.Б. (ОК-ОМ-БГТУ).
  • 2 Обменный курс «Прикладная гидромеханика и машиностроительная гидравлика» д.т.н., профессор Стажков С.М. (ПГМиМГ-БГТУ).
  • 3 Обменный курс «Основы проектирования автоматизированных технологических комплексов» д.т.н., профессор Брейдо И.В. (ОК-ОПАТК-КарГТУ).
  • 4 Обменный курс «Системы управления и контроля автоматизированных технологических комплексов» д.т.н., профессор Фешин Б.Н. (ОК-СУиКАТК-КарГТУ).

Особенности создания электронных образовательных ресурсов на основе информационных компьютерных технологий

Существующие в настоящее время методы создания электронных образовательных ресурсов в основном ориентированы только на простое представление обычных лекционных и контрольных материалов в электронном виде. Очевидно, что такие электронные учебные ресурсы, а также традиционные учебники уже не позволяют обеспечивать быстрое и качественное усвоение обучающимися непрерывно увеличивающегося объема знаний. Поэтому возникает необходимость создания новых способов формирования у студентов прочных теоретических знаний, навыков, умений и компетенций по выбранным ими специальностям, в том числе и с использованием постоянно расширяющихся возможностей, которые уже сейчас предоставляют современные компьютерные информационные технологии и интернет.

В рамках сети «Синергия» были созданы и введены в эксплуатацию несколько электронных образовательных ресурсов (ЭОР) нового поколения.

Курс «Теория автоматического управления» (ТАУ) — лежит в основе подготовки специалистов в области любой промышленной и технической автоматизации, робототехники и мехатроники. Данный ЭОР снабжен большим количеством демонстрационных примеров и материалов, включающих видео-ролики, иллюстрирующие практическую направленность и практическое использование изучаемого теоретического материала. Этот ЭОР включает в себя теоретическую и практическую составляющие, элементы реального практического проектирования автоматических мехатронных систем и устройств.

Являясь составной частью международной межуниверситетской научно-образовательной сети «Синергия», он доступен для широкого использования возможностей этой сети в образовательном процессе при подготовке исследователей и инженерных кадров различных уровней в области автоматизации производства, интеллектуальной робототехники и мехатроники.

На основе данного курса в этой сети создаются аналогичные ресурсы по другим дисциплинам указанного выше направления.

Созданный ЭОР реализован в виде отдельного интернет сайта. Основной особенностью построения его архитектуры является модульный принцип, позволяющий обеспечивать свободную и легкую расширяемость, модернизацию и обновляемость формируемого материала, высокую интерактивность и возможность удобного распространения через компьютерные сети. Модули ЭОР могут варьироваться в зависимости от требуемого объема его различных частей и последовательности представления излагаемого теоретического и иллюстративного материала, включая демонстрационные фильмы и ролики. Это позволяет преподавателю выбирать оптимальную структуру и объем курса с учетом специфики учебных планов и программ конкретных специальностей университетов, входящих в сеть.

Технические особенности ЭОР позволяют обеспечить:

  • Широкое использование мультимедиа средств: графических изображений, фотографий, аудиозаписей, учебных видеосюжетов и др. для всестороннего и наглядного пояснения каждой изучаемой темы.
  • Двуязычное представление (изложение) учебного и демонстрационного материала на русском и английском языках, что очень важно не только для изучения самой дисциплины, но и предметной иностранной терминологии с четкой привязкой к конкретным понятиям, учитывающим специфику курса. Очень важным является и то, что все тексты озвучивают профессиональные дикторы — носителя языка. При этом в процессе обучения преподаватель также имеет возможность озвучивать излагаемый материал самостоятельно, постоянно оценивая степень усвоения материала конкретной аудиторией слушателей.
  • Использование виртуальных лабораторных практикумов, моделирующих работу реальных регуляторов для различных мехатронных и робототехнических систем.
  • Применение двух/трехмерных статических и динамических демонстрационных моделей конкретных (различных) робототехнических и мехатронных объектов.
  • Звуковое сопровождение излагаемого материала, которое создает эффект присутствия обучающихся в местах проведения экспериментов и натурных испытаний или создает благоприятный фон для соответствующей настройки слушателей.
  • Технические возможности и особенности построения ЭОР за счет различной анимации, а также адаптивных настроек и подстроек размеров шрифтов, цветопередачи, громкости, тембра голоса лектора и т.п. позволяют значительно усилить и ускорить процесс усвоения теоретического материала.

На рисунке 2 приведен общий вид стартовой страницы ЭОР по курсу ТАУ.

Рисунок 2 – Стартовая страница ЭОР по курсу ТАУ

На этом рисунке показаны основные элементы управления ЭОР (они обведены красными прямоугольниками). На нижнем элементе управления 1 пользователь имеет возможность выбрать язык представления материала (русский или английский), тембр голоса лектора, а также увеличить или уменьшить шрифт выводимого на экран текста. На верхнем элементе управления 2 представлены справочная информация об ЭОР, поиск, глоссарий, а также предусмотрен доступ в раздел технической помощи. Здесь же слабовидящие пользователи ЭОР могут включить контрастный режим отображения материала.

Опыт использования ЭОР по курсу ТАУ в сети «Синергия» показал, что созданный ЭОР является удобным в эксплуатации и позволяет обеспечить быстрый доступ к различным разделам уже изученного материала. Изучение курса по желанию обучающихся может происходить на русском или английском языках, что позволяет студентам одновременно изучить соответствующую техническую терминологию, используемую в области автоматического управления.

Содержательная часть ЭОР (см. элемент 3 на рис. 2) разделена на четыре базовых блока: «Лекции», «Примеры», «Презентация» и «Задания». В блоке «Лекции» приведены текстовые материалы лекций по ТАУ. В текущую версию ЭОР включены три основных раздела современной теории управления:

1 Теория линейных систем автоматического управления (САУ):

  • основы построения САУ;
  • их обобщенное математическое описание и классификация;
  • передаточные функции и структурные схемы автоматических систем;
  • частотные характеристики САУ;
  • виды и свойства элементарных звеньев САУ;
  • процессы в управляемых системах;
  • методы исследования устойчивости САУ;
  • оценка качества процессов управления;
  • корректирующие устройства САУ;
    различные методы синтеза корректирующих устройств с использованием логарифмических амплитудных и фазовых частотных характеристик;
  • корректирующие устройства по внешнему воздействию, инвариантность систем.

2 Теория нелинейных САУ:

  • нелинейные характеристики САУ;
  • методы исследования их устойчивости;
  • метод фазового пространства для исследования свойств нелинейных систем;
  • приближенный метод исследования нелинейных систем с использованием метода гармонической линеаризации;
  • подход к проектированию нелинейных систем с использованием метода исследования устойчивости Ляпунова;
  • самонастраивающиеся и робастные системы.

3 Теория синтеза оптимальных САУ:

  • понятие об оптимальном управлении; сведения из вариационного исчисления;
  • задачи на условный экстремум; синтез оптимальных систем с помощью вариационного исчисления;
  • принцип максимума в теории оптимальных систем;
  • метод динамического программирования.

Пользователь может выбрать изучаемую часть лекций, а также соответствующий раздел этой части.

Основной особенностью и преимуществом созданного ЭОР по сравнению с существующими учебниками и электронными изданиями является использование большого количества демонстрационных примеров и материалов, иллюстрирующих реализацию изучаемого теоретического материала на практике. Эти материалы размещены в базовом блоке «Примеры», в котором реализована виртуальная среда, позволяющая пользователю обрести практические навыки анализа и синтеза систем управления различными техническими объектами, предусмотренные учебной программой.

Данный ЭОР содержит полную совокупность современных электронных средств и учебных материалов по курсу ТАУ. Отличительной особенностью курса является глубокая и структурированная компиляция лекционного материала, содержащего основные базовые понятия и подходы к анализу и проектированию различных систем автоматического управления с детализированной практической и лабораторной работой студентов на современном лабораторном и промышленном оборудовании сети «Синергия», а также с использованием высококачественных виртуальных лабораторных практикумов.

Опыт использования созданного ЭОР в рамках дистанционного преподавания ТАУ для студентов университетов сети «Синергия» показал эффективность предложенного нового подхода к представлению теоретического учебного материала. Результаты четырехлетнего использования ЭОР показали повышенный интерес и успешное освоение слушателями изучаемого ими сложного теоретического материала. При этом у студентов наблюдался существенный рост компетенций и навыков использования этого материала на практике.
В аналогичном виде представлены электронные образовательные ресурсы Дальневосточного федерального университета и по другим дисциплинам специальности «Мехатроника и робототехника»: «Роботы и их системы управления», «Автоматизированные информационно-управляющие системы», «Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем», «Первичные преобразователи информации» и др.

В совместном электронном библиотечном фонде проекта «Синергия» представлены электронные образовательные ресурсы также других участников проекта «Синергия» по направлениям подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Управление в технических системах».

Использование таких ЭОР (особенно при обучении студентов инженерных специальностей), включающих постоянно обновляемую информацию в сочетании с их наглядным практическим применением на большом количестве реальных примеров, позволяет готовить компетентных специалистов для активного решения многих производственных задач, связанных с созданием и освоением новых интеллектуальных технологий современного автоматизированного производства.

За подготовку глобального образовательного ресурса по курсу ТАУ его создатели были награждены Дипломом победителя четвертого регионального конкурса — выставки мультимедийных средств обучения.

Учебно-методическое обеспечение сетевого дистанционного обучения

Полноценная качественная реализация учебного процесса невозможна без развитой учебно-методической базы, которая расширяет возможности участников сети по созданию, постоянному обновлению и совершенствованию совместных профессиональных образовательных программ, взаимосвязанных учебных планов и учебно-методических комплексов совместно-реализуемых дисциплин. В созданную совместную учебно-методической базу участников сети включены учебники, учебные пособия, руководства по выполнению лабораторных, расчетно-графических и курсовых работ, а также другие учебно-методические материалы.

Учитывая многолетний успешный опыт сотрудничества в рамках Международного университетского сетевого проекта «Синергия» вузы-участники проекта согласились предоставлять доступ к электронным информационным ресурсам своих университетов представителям другим участников проекта, с целью:

  • подготовки к публикации совместных учебных и учебно-методических материалов;
  • успешной подготовки и реализации в учебном процессе совместных и обменных лекций и практических занятий;
  • проведения совместных научных работ и подготовки совместных научных публикаций;
  • подготовки совместных образовательных программ и учебно-методических комплексов, оперативной координации учебных планов и отдельных дисциплин, участвующих в сетевом учебном процессе.

В настоящее время созданная общая электронная библиотека размещена на сайте проекта «Синергия», доступна для преподавателей и студентов вузов-участников проекта и представляет собой первый (основной) уровень структуры информационного обеспечения указанного проекта.

Технически доступ участников проекта к созданным электронным информационным образовательным ресурсам осуществляется путем предоставления университетами своих IP-адресов, которые позволяют зарегистрироваться им в качестве пользователей и дают возможность войти в электронные библиотеки друг друга. Наличие единой учебно-информационной сети, построенной на основе выделенного канала VPN сразу же позволило обеспечить научно-методическое взаимодействие педагогических коллективов и образовать на этой основе интегрированный научно-методический и учебный комплекс, который на протяжении уже более десяти лет позволяет обеспечивать дистанционное взаимодействие на многих удаленных территориях России.

Опыт эксплуатации объединенной электронной библиотеки проекта «Синергия» показал, что произошло существенное расширение возможностей участников сети по разработке, постоянному обновлению и совершенствованию совместных профессиональных образовательных программ, в том числе – взаимосвязанных учебных планов и учебно-методических комплексов по совместно-реализуемым дисциплинам. При этом создание совместных учебно-методических комплексов не только исключило зачастую неоправданный параллелизм в учебно-методической работе, но и позволило существенно повысить качество учебно-методических материалов, создавая творческое методическое взаимодействие между преподавателями различных университетов.

В результате участниками Международного университетского научно-образовательного сетевого проекта «Синергия» по существу создана общая (единая) база знаний, которая, непрерывно совершенствуясь и расширяясь, без привлечения дополнительных финансовых средств университетов позволила решить проблему максимального объединения и использования интеллектуальных ресурсов многих ведущих университетов для повышения качества предоставления образовательных услуг. Указанная база и учащимся дает возможность эффективного использования всей сосредоточенной в базе информации для изучения соответствующих дисциплин специальности, не выезжая за пределы своего университета.

Созданная база знаний и построенная на ее основе информационная платформа формируют творческую среду для участия университетов и их коллективов в совместных научных и научно-технических (в том числе и международных) проектах по мехатронике и робототехнике, создавая реальные предпосылки для скорейшего внедрения на российских промышленных предприятиях пятого технологического уклада.