Использование компьютерных программ для повышения качества обученности студентов Челябинского государственного политехнического техникума по дисциплине "Гидравлические и пневматические системы"

Анализ динамики основных фондов Челябинского Государственного Политехнического Техникума показывает: что по сравнению с увеличением эксплуатационных затрат в связи с неуклонным ростом платы за коммунальные услуги, связь, электроэнергию и т. п. фонды возросли. Но в тоже время, основные фонды соответствуют нормам для реализации профессиональных образовательных программ специальностей в соответствии с квалификационными требованиями Государственных Образовательных стандартов.

2.3 Результаты опытно-экспериментальной работы и их анализ

Проанализировав учебно-хозяйственную часть, перейдем, непосредственно, к нашей опытно-экспериментальной работе. Для исследования более наглядной, с нашей точки зрения, явилась дисциплина «Гидравлические и пневматические системы» (в дальнейшем именуемой ГИПС). Ее изучают 6 групп 3-х специальностей (А-379, А-380, Т-381, Т-382, АМ-383, АМ-389), она изучается на третьем курсе, на обучение отводится 1 год. ГИПС относится к циклу спец. дисциплин, изучает физические явления, связанные с динамикой и статикой жидкости и газа.

Компьютерное обучение по ГИПС введено с 1998года, в частности это: учебные компьютерные программы по расчету гидропривода, по построению схемы гидропривода, лабораторные работы по различным темам, и тестирование по части тем данной дисциплины. Учебные программы разработаны на основе программных продуктов: Компас-График 2D, 3D (дилер-фирма «АСКОН»); Автопроект, SolidWords.

В ходе эксперимента участвовали две группы студентов специальности «ТО и ремонт автотранспорта» Т-381: контрольная (1997 года обучения) и экспериментальная (2006 года обучения). В дальнейшем для удобства отображения результатов обозначим контрольную группу Т-381 1997 года обучения как первую (гр. 1), а экспериментальную группу Т-381 2006 года обучения как вторую (гр. 2). В контрольной группе выполнение семестрового задания проходило без применения компьютерной программы, данные об этой группе мы получили в архиве техникума. В экспериментальной группе аналогичная квалификационная работа выполнялась двумя способами: без применения компьютерной программы и с помощью компьютерной техники. Расчет на компьютере является вторым этапом выполнения работы. Количество учащихся обеих групп составляет 18 человек, половозрастной состав обеих групп примерно равный.

Чтобы выяснить влияние компьютерных программ на качество обученности студентов в гр.2, нами был проведен урок по расчету параметров гидропривода. Этот расчет является итоговой квалификационной работой по данному курсу (семестровое задание), в Приложении А представлен вариант расчета одного из студентов экспериментальной группы. Урок являлся вводным, в Приложении Б представлен план урока.

Опрос свёлся к тому, что у учащихся был выяснен уровень знания об основных параметрах, которые предстоит рассчитать. После устранения небольших недочетов с помощью отличников дежурный раздал бланки содержания работы (в бланках оставлены пробелы для введения своего варианта задания) и методички с вариантами заданий. Учащиеся записали в тетрадь порядок выполнения расчета по пунктам. После ответов на возникшие вопросы учащихся педагог предлагает пересесть за компьютерные столы и объясняет порядок введения данных в расчетную программу, что, по словам педагога, увеличивает положительную мотивацию.

За основу оценки результата эксперимента нами взят один из критериев - оценочный, соответственно показателем этого критерия будет количество оценок «хорошо» и «отлично» за выполненную работу. Для выполнения эксперимента мы собрали и обработали данные о полученных студентами оценках за семестровое задание. В таблице 2.5 мы представили архивные данные об оценках за семестровое задание, выполненное группой 1. Оценки за семестровое задание, выполненное экспериментальной группой 2, представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.5 - Показатели выполнения семестрового задания группой 1

Таблица 2.6 - Показатели выполнения семестрового задания группой 2

После того, как мы собрали все интересующие нас данные об обеих группах, мы провели исследование, цель которого доказать повышение качества обученности с помощью внедрения в образовательный процесс компьютерных программ. Гипотеза исследования: если в процессе обучения дисциплине «Гидравлические и пневматические системы» на ступени среднего профессионального образования (техникум) использовать компьютерные программы, то это будет способствовать повышению качества обученности учащихся. В начале воспользуемся статистикой критериев знаков и сравним оценки двух групп. Результаты сравнительной оценки представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Сравнение оценок группы 1 и группы 2

Из таблицы 2.7 видно, что после введения в обучение НИТ оценки более половины студентов изменились в положительную сторону

Обрабатываем результаты таблицы 2.7.

1. Исключаем случаи равенства и определяем объем новой выборки, состоящей из пар различающихся результатом: n=18-3=15.

2. Определяем количество чаще встречающихся знаков: k max = 12 «+».

3. В таблице 4 [] находим для n=15 пограничное значение критерия знаков на 95%-ном уровне достоверности: k табл =12.

k max (12) = k табл (12), следовательно, мы делаем вывод, что

различия в результатах не случайны, а вызваны применением в процессе обучения компьютерных программ, и, следовательно, применение этих программ в дальнейшем также даст положительные результаты.

Как известно, наиболее общей характеристикой измерения успешности обучения является так называемый процентный показатель успеваемости учащихся, который в последнее время чаще используется в формулировке «процент обученности учащихся». Данный показатель учитывает процентное отношение учащихся, успевающих по определенной дисциплине к общему числу учащихся в классе. Другим показателем является процент качества знаний учащихся (на «4» и «5»). Можно спорить о совершенстве тех или иных показателей в диагностике обучения, но обучение без оценок, как показывает опыт, невозможно. Необходима разработка более объективной системы оценивания, а она возможна, прежде всего, при наличии определенной методики, обеспечивающей сравнимость результатов в системе педагогического мониторинга. Наиболее объективной из действующих методик измерения обученности класса или группы учащихся, на наш взгляд, является показатель СОК (степень обученности класса) формула (3) В.П. Смирнова:

СОК = п5 100% + п4 64% + п3 36% + п2 16%, (3)

N

где п5 - количество полученных при исследовании пятерок;

п4 - количество четверок;

п3 - количество троек;

п2 - количество двоек;

N - общее количество учащихся.

Использовав данную формулу при проведении исследования влияния компьютерных программ на качество обученности, мы получили такие результаты:

для группы 1: СОК = 3*100% + 6*64% + 8*36% + 1*16% ;

18

для группы 2: СОК = 4*100% + 10*64% + 4*36%

18

Из расчетов видно, что показатели экспериментальной группы лучше. Результаты расчета сведены в таблицу и представлены в графической части.

Статистическая обработка результатов

1) Констатирующий эксперимент.

Для обработки результатов (оценок), полученных после проведения семестровой работы в контрольной и экспериментальной группах Т-381, воспользуемся методом вторичной статистической обработки. В таблице 2.4 представлено сравнение оценок.

Проведем ранжирование оценок:

Т-381 (1997): 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 5.

Т-381 (2006): 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5.

Для группы Т-381 (1997): медиана - 3,5, мода - 3.

Для группы Т-381 (2006): медиана - 4, мода - 4.

W - размах значений оценок;

Для группы Т-381 (1997): W=5-2=3 (без применения компьютера);

Для группы Т-381 (2006): W=5-3=2 (с применением компьютера), то есть размах значений оценок уменьшился на 1, это значит, что качество обученности в среднем по группе повысилось.

Sср - средний балл по семестровой работе;

Sср (группа 1) = 3,61, тогда как Sср (группа 2) =4

Sср (группа 1) < Sср (группа 2) на 9,75 % (разница допускается до 10%) следовательно для подтверждения гипотезы проведем формирующий эксперимент.

2) Формирующий эксперимент.

Вторичные методы статистических расчетов более сложные, но выявляют скрытые статистические закономерности эксперимента.

Для упрощения расчетов первую и вторую выборки оценок разобьем на девять подгрупп, так как количество учащихся в группах равное (по 18 человек), в каждой подгруппе по два человека. Сведем данные в таблицы.

В таблице 2.8 определены меры центральной тенденции и вариативности для группы 1, а в таблице 2.9- для группы 2.

Таблица 2.8- Меры центральной тенденции и вариативности для группы 1

Таблица 2.9 - Меры центральной тенденции и вариативности для группы 2

Определим дисперсию (среднее квадратичное отклонение) по формуле 4:

SІ = У / n , (4)

где n - количество подгрупп (пар);

У - суммарное квадратное отклонение.

Для группы 1: SІ = 5,5/ 9 = 0,61;

для группы 2: SІ = 4/ 9 = 0,44.

Для сравнения двух выборочных средних величин, принадлежащих двум совокупностям данных и для решения вопроса о том, отличаются ли средние значения статистически друг от друга достоверно, используют критерий Стьюдента (t) (формула 5):

t = ( x1­ x2 ) / vmІ1 + mІ2, (5)

где x1, x2 - среднее значение по одной и другой выборкам;

m1, m2 - интегрированные показатели отклонений частных значений из двух выборок от соответствующих их средних величин: m = SІ / n , тогда

для группы 1: m1 = 0,61/ 9 = 0,068;

для группы 2: m2 = 0,44/ 9 = 0,049, тогда

t = ( 3,61- 4 ) / v0.0046 + 0.0024 = 4,65.

По таблице 11 [] для заданного числа степеней свободы: n1+n2-2=9+9-2=16, и избранной вероятности допустимой ошибки 0,05 находим t табл.

Вывод: так как t =4,65>t табл. =2,12, то педагогические условия статисти- чески значимо повышают качество обученности, что и требовалось доказать.

2.3 Безопасная работа с компьютером

Успешному проведению исследовательской работы во многом способствовало соблюдение руководством техникума стандартов при планировании кабинетов с вычислительной техникой. Таким образом, работа в учебных аудиториях является безопасной и располагающей к повышению качества обученности.

Рассмотрим основные требования безопасности, предъявляемые при работе с компьютером. Очень важно правильно организовать рабочее место. Компьютер лучше разместить так, чтобы свет на экран падал слева. Несмотря на то, что экран светится, занятия должны проходить в хорошо освещенной комнате. Рабочие места с компьютерами должны располагаться так, чтобы естественный свет падал с боку, преимущественно слева. Оконные проемы в помещениях, где используются компьютеры, должны быть оборудованы светорегулируемыми устройствами: жалюзи, занавеси, внешние козырьки. Занавеси лучше сделать из однотонной плотной ткани, гармонирующей с окраской стен. Их ширина должна быть в 2 раза больше ширины окна. Внутренняя отделка помещений оказывает большое влияние на условия освещения. За счет отраженной составляющей освещение в отдельных зонах помещения может быть увеличено до 20%.

Общие правила организации освещения:

- избегать большого контраста между яркостью экрана и окружающего пространства, оптимальным считается их выравнивание;

- освещение в кабинетах должно быть смешанным: естественным - за счет солнечного света искусственным;

- не работать с компьютером в темном помещении.

Для освещения кабинетов информатики следует применять преимущественно люминесцентные лампы. Их располагают в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии видеомониторов. Наиболее благоприятные показатели зрительной работоспособности отмечаются при освещенности рабочего места в 400 лк, а экрана дисплея - 300 лк. Чтобы обеспечить нормируемые значения освещенности в кабинетах информатики, следует чистить стекла оконных рам и светильников не реже двух раз в год и своевременно заменять перегоревшие лампы.

Нельзя располагать рабочее место в углах комнаты или лицом к стене (расстояние от компьютера до стены должно быть не менее 1 м), экраном к окну, а также лицом к окну (свет из окна становится нежелательной нагрузкой на глаза во время занятий на компьютере).

Расстояние от глаз до экрана компьютера должно быть не менее 50 см.

Одновременно за компьютером должен заниматься один ребенок, так как для сидящего сбоку изображение на экране резко ухудшается. Стол и стул должны соответствовать росту ребенка. Поза работающего за компьютером должна быть такой: корпус выпрямлен, сохранены естественные изгибы позвоночника и угол наклона таза. Голова наклонена слегка вперед. Уровень глаз на 15 - 20 см выше центра экрана. Необходимо исключить сильные наклоны туловища, повороты головы и крайние положения суставов конечностей. Угол, образуемый предплечьем и плечом, а также голенью и бедром, должен быть не менее 90є.

В классах, где используются компьютеры, формируются специфические условия окружающей среды: ухудшаются воздушная среда, световая обстановка. Нерегулярное проветривание и отсутствие систем кондиционирования приводят к значительному ухудшению микроклимата.

Другая, не менее серьезная проблема - обеспечение электромагнитной безопасности работающих за компьютером. Работающий компьютер создает вокруг себя поле с широким частотным спектром, который представлен:

- электростатическим полем;

- переменным низкочастотным электрическим полем;

- переменным низкочастотным магнитным полем.

Потенциально возможными вредными факторами могут быть также:

- рентгеновское и ультрафиолетовое излучение электронно-лучевой трубки дисплея ПК;

- электромагнитное излучение низкочастотного диапазона;

- электромагнитный фон.

Экраны современных дисплеев делают из стекла, непрозрачного для рентгеновского излучения, возникающего в трубке, а ультрафиолетовое излучение при испытании не обнаруживается даже в самых старых моделях дисплеев. Излучения радиочастотного диапазона от электронных узлов компьютерной техники также ниже предельно допустимых уровней, регламентируемых санитарными нормами. Электростатическое поле возникает за счет электрического потенциала на экране дисплея. При этом появляется разность потенциалов между экраном дисплея и пользователем ПК. Наличие электростатического поля в пространстве вокруг ПК приводит к тому, что пыль из воздуха оседает на клавиатуре и экране дисплея. Однако, как показывает опыт, на практике обеспечить нормальную электромагнитную обстановку в классе удается далеко не всегда.

Специалисты советуют принять во внимание следующее:

1. Помещения, где эксплуатируются компьютеры должно быть удалено от посторонних источников электромагнитных излучений (электрощиты, трансформаторы, кабели электропитания с мощными электропотребителями, радиопередающие устройства и т. д.).

2. Если на окнах помещения имеются металлические решетки, то они должны быть заземлены. Как показывает опыт, несоблюдение этого правила может привести к резкому локальному повышению уровня полей в какой-либо точке помещения и сбоям в работе компьютера.

3. Групповые рабочие места, кабинеты информатики, желательно размещать на нижних этажах здания. Вследствие минимального значения сопротивления заземления именно на нижних этажах зданий существенно снижается общий электромагнитный фон на рабочих местах с компьютерной техникой.

Какая бы ни была расстановка компьютеров в классе - периметральная, порядная или центральная, рабочие места с компьютерами следует размещать так, чтобы расстояние между боковыми стенками дисплея соседних мониторов было не менее 1,2 м, а расстояние между передней поверхностью монитора в направлении тыла соседнего монитора - не менее 2 м. такая планировка рабочих мест способствует защите пользователя от электромагнитных излучений соседних компьютеров.

Регламенты продолжительности занятий, рекомендации по профилактике утомления, требования к обустройству компьютерных классов наряду с другими нормативами вошли в Санитарные нормы и правила (СанПиН) 2.2.2.542 - 96 «Гигиенические требования к терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы». Соблюдение изложенных в этом документе требований позволит создать безопасные и комфортные условия для работы учащихся всех возрастов.

Все вышеперечисленные требования в полном объеме выполняются в Челябинском Государственном Политехническом Техникуме и, безусловно, способствуют более продуктивной работе. (Приложение В).

2.4 Экономическое обоснование работы

Экономическая целесообразность объекта данной работы важна не только с точки зрения собственно стоимости, но и с позиций социально-экономической эффективности предлагаемых нововведений. Под социально-экономической эффективностью, следуя определению М.Н. Тимохина, подразумевается повышение уровня автоматизации труда преподавателя с целью экономии его сил и времени, и, как следствие, повышение производительности труда, под которой в данном случае мы будем понимать увеличение времени на преподавание и сокращение технических и организационных издержек процесса обучения.

Научно-технический прогресс интегрирует совокупность важнейших факторов роста производительности труда и обеспечивает быстрое развитие материально-технической базы педагогического процесса, которое находит свое выражение:

- в росте технической вооруженности труда педагога за счет ввода в

действие технически более совершенного оборудования;

- в совершенствовании оборудования;

- в разработке использования новых информационно-педагогических

технологий;

- в применении передовых методов организации труда. [ ]

Таким образом, обосновывая данный проект экономически, рассмотрим следующие критерии его эффективности: издержки на разработку компьютерной программы, стоимость затрат на оснащение компьютерного класса, возможность экономии сил и времени преподавателя, уровень научной организации труда. [ ]

В основе компьютерного обучения лежит программированное обучение с использованием технического устройства высокого уровня - компьютера. Роль программного обеспечения очень велика, да и стоимость тоже, в настоящее время на мировом рынке она составляет свыше 70% стоимости компьютера. Поэтому мы считаем важным показать на примере какие затраты понесло учебное заведение, при покупке программы и перепрограммировании. Учебные программы, использующиеся при обучении ГИПС, разработаны на основе программных продуктов: Компас-График 2D, 3D (дилер-фирма «АСКОН»); Автопроект, SolidWords. В таблице 2.10 представлены издержки на закупку материалов.

Оценка издержек на разработку программы SolidWords.

Статья 1 - материальные ресурсы.

Таблица 2.10 - Стоимость материалов

Транспортно заготовительные расходы:

ТЗР = (У Цтр* Нрасх %) / 100 % , тогда

ТЗР= (4890 * 1%)/ 100% = 48,90 руб.

Ст.1 = У Цтр* Нрасх + ТЗР

Ст.1 = 4890*1+48,90=4938,9 руб.

Статья 2 - оплата труда. В таблице 2.11 представлены затраты на заработную плату относительно затраченного времени.

Таблица 2.11 - Оплата труда

Ст.2=4400 руб.

Статья 3 - отчисления. В этой статье включены отчисления в пенсионный фонд(28%), фонд занятости (1,5%), медицинское страхование (3,6%), социальное страхование (5,4%), фонд образования (1%), транспортный налог (1%). Всего 40,5% от начисленной заработной платы.

Ст.3= (40,5% * Ст.2) / 100%

Ст.3= (40,5%* 4400) / 0,01=1782 руб.

Статья 4 - расходы на содержание и обслуживание оборудования, в которые включены: стоимость запасных частей, вспомогательных средств и амортизация.

Стоимость компьютера Pentium-486 - 18980.00 руб., норма амортизации -4%(КОМ), следовательно, расходы составили 759,2 руб.

Во время разработки программы потрачено 76 кВт электроэнергии (ЭНЕР), 1 кВт = 1,2 руб., следовательно, затраты на ЭНЕР = 91,20 руб.

Ст.4= КОМ + ЭНЕР

Ст.4 = 759,2+91,20=850,40 руб.

Статья 5 - полная себестоимость конечного продукта.

Ст.5 = У Ст 1 4

Ст.5 =4938,9+4400+1782+850,40 = 11971,3 руб.

Таким образом, можно сделать вывод, что программирование довольно затратная процедура, но так как в продаже нет подобных разработок, это является необходимым и окупаемым элементом. Кроме затрат на программное оснащение компьютера необходим целый ряд других затрат, чтобы обеспечить комфортную работу педагогам и учащимся, и, соответственно, повысить качество обученности. В этот ряд входят и затраты на оснащение компьютерного класса.

Представим примерную смету затрат на оснащение компьютерного класса в таблице 2.12.

Таблица 2.12 - Расчет затрат на оснащение компьютерного класса.

Таким образом, оборудование компьютерного класса, как и разработка новых компьютерных обучающих программ, требует определенных капиталовложений, которые, к сожалению, до сего времени не делает повсеместно Министерство образования. Так как внедрение компьютеров в процесс обучения повлияет на качество усвоения учебного материала, а значит и на качество подготовки будущих специалистов, то можно сделать вывод, что с экономической точки зрения внедрение компьютеров в процесс обучения выгодно.

Рассмотрим процесс внедрения компьютерных технологий в учебный процесс с точки зрения экономической эффективности преподавательского времени.

Расчет коэффициента использования учебного времени.

Для определения экономии времени преподавателя мы рассмотрели баланс времени учебного часа - 90 мин, формула (6). Для этого нами был проведен хронометраж занятия.

Тполн=Тпз+Тпреп, (6)

где Тполн - полное время учебного часа, мин;

Тпз - подготовительно-заключительное время, которое складывается из времени затраченного на приветствие (Тпр), проверку присутствующих (Тпп), постановку целей и задач занятия (Тц), включение/выключение ТСО (Ттсо), оформление различного рода записей на доске (Тд), подведение итогов (Ти), выдачу домашнего задания (Тдз). Тогда Тпз рассчитаем по формуле (7):

Тпз=Тпр+Тпп+Тц+Ттсо+Тд+Ти+Тдз, (7)

Тпз=0,5+4+2+2,5+11+5,5+2,5=28 мин.

Тпреп - время на преподавание, затрачиваемое на проверку пройденного материала (Тповт), входной контроль (Твх), выполнение самостоятельной работы (Тср), формула (8):

Тпреп= Тповт+Твх+Тср. (8)

Также это время можно рассчитать как разницу между полным временем и подготовительно-заключительным, формула (9):

Тпреп= Тполн- Тпз, (9)

Тпреп= 90-28=62 мин.

Кроме этого, преподавателю необходимо затратить во время занятия время на изображение плоских наглядных изображений на доске. На это уходит, в зависимости от уровня сложности схемы и изучаемой информации от 5 до 20 минут. На нашем занятии уйдет приблизительно 11 минут. Это время в данном расчете приплюсовано к полному времени часа.

Таким образом, коэффициент использования времени учебного часа найдем как отношение Тпреп к Тполн по формуле (10) в процентах:

Ки = (Тпреп/Тполн)·100% , (10)

Ки = (62 /90) · 100%= 68,9 %

С введением компьютерных программ имеется возможность уменьшить подготовительно-заключительное время на 5 минут. Тогда:

Тпреп= 90-23=67 минут.

Коэффициент использования учебного времени будет равен:

Ки=(67/90) ·100%=74,4 %.

Экономия времени составит 5,5%.

Таким образом, как с экономической точки зрения, так и с позиции экономии педагогического времени, можно заключить, что внедрение компьютерных технологий в процесс обучения несёт положительный характер.

Расчет общего показателя научной организации труда ().

Для расчета уровня НОТ по кабинету определим среднеарифметическое на основе частных коэффициентов ()

, (11)

где, К2- оснащенность кабинета;

К3 - организация рабочих мест учащихся;

К4 - организация рабочих мест преподавателя;

К5 - выполнение учебных планов и программ;

К6 - использование учебного времени;

К11 - абсолютная и качественная успеваемость;

К13 - психофизиологические, санитарно-гигиенические, эстетические условия;

К14- состояние техники безопасности.

В таблице 2.13 представлены числовые значения данных частных коэффициентов для имеющегося и ожидаемого уровня НОТ в ЧГПТ.

Таблица 2.13 -Значения частных коэффициентов К

На рисунке 2 представлено сравнение имеющегося и ожидаемого уровня НОТ в ЧГПТ.

Рисунок 2 - Сравнение уровней НОТ

Произведя расчет по формуле (11), получим:

для имеющегося уровня НОТ: КНОТ = 6,565,

для ожидаемого уровня НОТ: КНОТ = 6,97.

Из расчета видно, что имеющийся уровень НОТ немного уступает ожидаемому, а на рисунке наглядно представлено в каких конкретно показателях имеющийся уровень НОТ ниже. Следовательно, необходимо стремиться исправить недочеты в оснащении кабинета и в организации рабочего места преподавателя.

Выполнение экономического расчета показывает экономическую целесообразность и эффективность внедрения компьютерной техники в процесс обучения.

Страницы: 1, 2, 3