ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАТФОРМЫ CLP4NET ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ УЧЕБНОГО КУРСА “ОСНОВЫ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ”
Н.И. Гераскин, Е.Г. Куликов, И.Е. Мильман, В.В. Пилюгин
НИЯУ МИФИ, Москва, Россия
NIGeraskin@mephi.ru, EGKulikov@mephi.ru, igalush@gmail.com, VVPilyugin@mephi.ru
Содержание
2. Общие сведения о платформе CLP4NET
3. Инструменты и ресурсы платформы CLP4NET
4. Курс “Основы научной визуализации” на платформе CLP4NET
Аннотация
Обучение специалистов в области компьютерной визуализации научных данных представляет собой актуальную задачу в плане подготовки современных инженерных и научных кадров. В статье излагаются вопросы использования Обучающей кибер-платформы для ядерного образования и подготовки персонала (англ. Cyber Learning Platform for Nuclear Education and Training, CLP4NET) для поддержки учебного курса “Основы научной визуализации” в НИЯУ МИФИ. Излагаются наиболее важные инструменты и ресурсы платформы CLP4NET, которые необходимы в процессе обучения.
Ключевые слова: научная визуализация, дистанционное обучение, CLP4NET.
1. Введение
Одной из важных задач образования в НИЯУ МИФИ на сегодняшний день является обучение студентов, магистров и аспирантов анализу больших объемов сложных и разнообразных научных данных. Современным эффективным методом анализа таких данных является метод компьютерной визуализации, который находит широкое применение при проведении различных теоретических и экспериментальных исследований в научных центрах и университетах России и за рубежом. Этот метод анализа научных данных часто называют методом научной визуализации [1].
В настоящее время в НИЯУ МИФИ и его филиалах формируются и апробируются образовательные модули в области анализа различных научных данных методом научной визуализации. Эти работы ведутся на базе университетской учебно-научной лаборатории “Научная визуализация” совместно с рядом кафедр НИЯУ МИФИ и его филиалов. В этих работах принимает также участие Британский национальный центр компьютерной анимации при университете Борнмута [1, 2].
Программа повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ предусматривает ряд стратегических инициатив для ликвидации разрывов между текущими и целевыми значениями показателей деятельности университета.
Анализ референтной группы университетов (Массачусетский Технологический Институт, Стэндфордский университет, Техасский A&M университет, Университет Цинхуа, Токийский институт технологий) позволил выделить у них наилучшие практики для использования в целевой модели НИЯУ МИФИ, в частности, использование дистанционных методов в образовательной деятельности [1].
В сфере информатизации целевая модель вуза предусматривает, в частности, переход к использованию дистанционных обучающих платформ, интегрированных в международную образовательную среду и коммуникаций со студентами [1].
В связи с этим важным направлением развития образовательного процесса НИЯУ МИФИ является внедрение предложенной Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) веб-платформы для ядерного образования и подготовки персонала CLP4NET [3], в основе которой используются дистанционные технологии, и которая способствует поддержке учебного курса “Основы научной визуализации”.
В ходе данных работ реализован учебный курс “Основы научной визуализации” с использованием платформы CLP4NET.
2. Общие сведения о платформе CLP4NET
Платформа CLP4NET используется для разработки, управления и распространения учебных онлайн-материалов с обеспечением совместного доступа [3]. Создаются данные материалы в визуальной учебной среде с заданием последовательности изучения. На платформе CLP4NET могут размещаться различного рода индивидуальные задания, проекты для работы в малых группах и учебные элементы для всех учащихся, основанные как на содержательном компоненте, так и на коммуникативном. Платформа CLP4NET характеризуется высоким уровнем интерактивности и позволяет участвовать в процессе обучения людям, находящимся в разных странах и имеющим выход в Интернет.
Пользователи платформы CLP4NET делятся на три группы:
ü Учащиеся: имеют доступ к материалам и заданиям, которые способствуют обучению и размещены преподавателем.
ü Преподаватели: ответственны за разработку материалов, заданий и проведение курса. Подразделяются на:
· Преподаватели, обладающие правом редактирования: имеют полные права для ведения курса, включая изменение заданий и оценивание учащихся;
· Преподаватели, не обладающие правом редактирования (ассистенты): могут вести курс и оценивать учащихся, но не могут изменять задания.
ü Администрация: отвечает за работоспособность платформы CLP4NET и заведует правами доступа, ключами, паролями.
Для регистрации на платформе CLP4NET необходимо связаться с администратором и запросить регистрационную форму. Для того чтобы войти на платформу CLP4NET, следует набрать в адресной строке интернет-браузера http://clp.mephi.ru и ввести свои личные регистрационные данные (рис. 1).
Рис. 1. Вход на платформу CLP4NET
Каждый пользователь имеет свой собственный профиль. Профиль – это запись, содержащая сведения, которые пользователь сообщает о себе некоторой компьютерной системе. Профиль содержит сведения, необходимые для идентификации пользователя при подключении к системе, информацию для авторизации и учета. Это логин и пароль, которые используются для входа на платформу CLP4NET. Пользователи платформы CLP4NET могут воспринимать профиль как личную страничку, кабинет, возможно даже, место хранения личной и другой информации (рис. 2).
Рис. 2. Профиль на платформе CLP4NET
3. Инструменты и ресурсы платформы CLP4NET
Центральным (смысловым) элементом платформы CLP4NET являются учебные онлайн-материалы, которые, будучи структурированы определенным образом, составляют основу курса. В рамках платформы CLP4NET курс имеет примерно такое же значение, как дисциплина в учебном заведении.
Разработка материала курса – это задача целой команды, в которую входят: преподаватели (обладают требуемыми знаниями), дизайнеры (создают оригинальный вид курса, соблюдая при этом необходимый формат), программисты (переводят материал в формат, пригодный для размещения на платформе CLP4NET) и редакторы (адаптируют текстовые материалы для целевой аудитории курса, проверяют грамматику, синтаксис и прочее). Курс может включать в себя текст, изображения, видео, звук, что обеспечивает высокую интерактивность в процессе обучения.
Платформа CLP4NET использует модульное обучение – способ организации учебного процесса на основе блочно-модульного представления учебной информации [3]. Сущность модульного обучения состоит в том, что курс состоит из модулей, содержание и объем которых могут варьироваться в зависимости от дидактических целей, профильной и уровневой дифференциации учащихся.
Каждый модуль включает в себя такие основные материалы как занятия, являющиеся смысловыми частями модуля, а также может иметь введение, содержащее краткую информацию о содержании и структуре модуля, и дополнительные материалы (презентации, звук, видео) (рис. 3).
Рис. 3. Учебные материалы на платформе CLP4NET
Рекомендуется изучать каждый модуль последовательно, то есть начинать с введения, затем переходить к первому занятию, второму, и так далее, а завершать дополнительными материалами. Для того чтобы открыть элемент модуля (введение, занятие, дополнительный материал) достаточно нажать на названии этого элемента. Каждое занятие состоит из нескольких страниц и может завершаться тестом.
Тест – это инструмент оценивания знаний учащихся, состоящий из системы тестовых заданий, стандартизованной процедуры проведения и обработки результатов. Учащиеся не могут создавать тест, это делает преподаватель.
Хотя условия теста определяются преподавателем, они важны для учащихся при прохождении теста. Поэтому рекомендуется, чтобы учащиеся проверяли основные условия теста (время начала и окончания, число попыток, наличие пароля) прежде, чем принять участие в нем.
Наиболее часто используемые в тестах типы вопросов:
ü Множественный выбор (рис. 4). Позволяет выбирать один или несколько правильных ответов из заданного списка.
ü Верно/Неверно. Простая форма вопроса “Множественный выбор”, предполагающая только два варианта ответа: “Верно” или “Неверно”.
ü Краткий ответ. Позволяет впечатывать в качестве ответа одно или несколько слов. Ответы оцениваются путем сравнения с разными образцами ответов, в которых могут использоваться подстановочные знаки.
ü Числовой ответ. Позволяет оценивать числовые ответы, в том числе с единицами измерения, несколькими способами, в том числе с учетом погрешностей.
ü Вычисляемый. Вычисляемые вопросы подобны числовым вопросам, только в них используются числа, которые случайно выбираются из набора при прохождении теста.
ü Эссе. Допускает ответ из нескольких предложений или абзацев. Должен быть оценен преподавателем вручную.
ü На соответствие. Ответ на каждый из нескольких вопросов должен быть выбран из списка возможных.
Рис. 4. Пример теста на платформе CLP4NET
Форум – веб-приложение для организации общения посетителей. Форум предлагает набор тем для обсуждения. Работа форума заключается в обсуждении пользователями созданных тем (рис. 5).
Учащиеся могут создавать обсуждения, а также оставлять сообщения, но не могут создавать сам форум; эту возможность имеют преподаватели.
Существует пять типов форумов (тип форума определяется преподавателем при его создании; вместе с тем основная идея любого форума – “поднять вопрос и обсудить”):
ü Простое обсуждение. Используется для одного (единственного) обсуждения, определенного преподавателем.
ü Стандартный форум. Используется для различных обсуждений, при этом как преподаватели, так и учащиеся могут создавать новые обсуждения. Это наиболее распространенный тип форумов.
ü Каждый размещает одно обсуждение. Это то же самое, что и стандартный форум, за исключением того, что каждый пользователь (учащийся или преподаватель) может начать только одно новое обсуждение.
ü Форум “Вопрос-Ответ”. Учащийся должен ответить на вопрос для того, чтобы видеть и комментировать ответы других учащихся.
ü Стандартный форум в формате блога. Это стандартный форум, который отображен в формате блога.
Преподаватель имеет право закрыть форум. Это означает, что учащиеся больше не могут оставлять сообщения и форум остается существовать в режиме чтения.
Рис. 5. Пример форума на платформе CLP4NET
Вики – веб-сайт, структуру и содержимое которого пользователи могут самостоятельно изменять с помощью инструментов, предоставляемых самим сайтом.
Для того чтобы страница содержала слово (фразу), которое следует определить, необходимо заключить это слово (фразу) в двойные квадратные скобки. Каждая страница Вики может иметь комментарии. Пользователи могут просматривать комментарии других пользователей, а также оставлять свои собственные комментарии.
Сущность концепции Вики заключается в следующем:
ü Каждый учащийся может редактировать любую страницу или создавать новые страницы, используя обычный веб-браузер без каких-либо его расширений.
ü Каждый учащийся может добавить ссылки на другие страницы, используя слова в двойных скобках.
ü Вики стремится привлечь учащихся к непрерывному процессу создания и сотрудничества, который постоянно меняет вид сайта.
Примеры использования Вики:
ü Заметки по занятиям.
ü Планирование совместной работы.
ü Совместное редактирование книги в режиме онлайн, создание содержимого по теме, определенной преподавателем.
Учащиеся не могут создавать Вики, это делает преподаватель.
4. Курс “Основы научной визуализации” на платформе CLP4NET
Общий вид курса “Основы научной визуализации”, реализованный на платформе CLP4NET для магистров кафедры №5 “Теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов”, представлен на рис. 6. Целью данного курса является изучение студентами теоретических основ и приобретение практических навыков решения задач анализа теоретических и экспериментальных данных методом научной визуализации [4].
Сверху располагается эмблема курса, а также Новостной форум, позволяющий участвовать в обсуждениях, получать последние новости, в частности, актуальное расписание занятий, обмениваться между собой сообщениями, а также задавать вопросы преподавателю и получать ответы в режиме онлайн.
Далее следуют непосредственно материалы занятий: презентации, а также текст веб-учебника, содержащего видеоматериалы, демонстрирующие процесс визуализации различных явлений (например, процесса объединения 2-х наноструктур С20). Учащиеся имеют доступ к этим материалам в любое время и в любом месте, где есть выход в сеть Интернет.
Рис. 6. Общий вид курса “Основы научной визуализации” на платформе CLP4NET
Для открытия текста веб-учебника достаточно щелкнуть по ссылке (рис. 7).
|
(а) |
|
(б) |
Рис. 7 (а, б). Фрагменты текста веб-учебника по курсу “Основы научной визуализации”, размещенного на платформе CLP4NET
5. Заключение
В результате использования платформы CLP4NET для поддержки учебного курса “Основы научной визуализации” можно сделать следующие выводы:
1. Использование платформы CLP4NET повышает эффективность процесса образования за счет использования современных, в том числе, дистанционных технологий, которые значительно расширяют возможности учащихся и преподавателей.
2. Учащиеся проявили интерес к использованию платформы CLP4NET, что в частности связано с тем, что молодое поколение активно пользуется компьютерными технологиями, открывающими широкие возможности в области образования.
3. Актуальным является дальнейшее использование платформы CLP4NET для поддержки курса “Основы научной визуализации”.
4. В настоящее время в НИЯУ МИФИ в рамках программы повышения конкурентоспособности разрабатывается пакет совместных с МАГАТЭ референтных магистерских программ для стран, начинающих развитие ядерной энергетики. Благодаря платформе CLP4NET, позволяющей демонстрировать графические и видеоматериалы, учебный курс “Основы научной визуализации” может быть реализован в дистанционном режиме в рамках данных магистерских программ.
Список литературы
1. Крючков Э., Алексеев В., Ермаков С., Гераскин Н., Пасько А., Пилюгин В., Маликова Е., Куликов Е., Фалин А., Пешехонов А. Опыт разработки и апробации дистанционного учебного курса "Основы научной визуализации" в НИЯУ МИФИ и его филиалах. М., НИЯУ МИФИ, Научная визуализация, т. 6, № 1, 2014, стр. 20-30. URL: http://sv-journal.org/2014-1/022139.html?lang=ru (дата обращения : 25.11.2014)
2. М.Н. Стриханов, Н.Н. Дегтяренко, В.В. Пилюгин, Е.Е. Маликова, Н.А. Матвеева, В.Д. Аджиев, А.А. Пасько. Опыт компьютерной визуализации наноструктур в НИЯУ МИФИ. М., НИЯУ МИФИ, Научная визуализация, т. 1, № 1, 2009, стр. 1-18. URL: http://sv-journal.org/2009-1/012139.html?lang=ru (дата обращения : 25.11.2014)
3. CLP4NET Leaflet. URL: http://www.iaea.org/nuclearenergy/nuclearknowledge/CLP/leaflet-CLP4NET.pdf (дата обращения : 25.11.2014)
4. В.В.Пилюгин, Е.Е. Маликова, А.А. Пасько, В.Д. Аджиев. Научная визуализация как метод анализа научных данных. М., НИЯУ МИФИ, Научная визуализация, т. 4, № 4, 2012, стр. 56-70. URL: http://sv-journal.org/2012-4/062139.html?lang=ru (дата обращения : 25.11.2014)
CLP4NET PLATFORM TO SUPPORT THE COURSE “FUNDAMENTALS OF SCIENTIFIC VISUALIZATION”
N.I. Geraskin, E.G. Kulikov, I.E. Milman, V.V. Pilyugin
NRNU MEPhI, Moscow, Russia
NIGeraskin@mephi.ru, EGKulikov@mephi.ru, igalush@gmail.com, VVPilyugin@mephi.ru
Abstract
Training of specialists in the field of computer visualization of scientific data is an urgent task from the point of view of engineering and scientific personnel training. The article describes the use of Cyber Learning Platform for Nuclear Education and Training (CLP4NET) to support the course “Fundamentals of scientific visualization” at NRNU MEPhI. The most important tools and resources of CLP4NET platform are considered, which are necessary in the learning process.
Key words: scientific visualization, distance learning, CLP4NET.
References
1. E. Kryuchkov, V. Alekseev, S. Ermakov, N. Geraskin, A. Pasko, V. Pilyugin, E. Malikova, E. Kulikov, A. Falin, A. Peshekhonov, The development and testing of distance educational course "Fundamentals of Scientific Visualization" experience at NRNU "MEPhI" and its branch establishments, Scientific visualization, Vol. 6, N 1, 2014, pp. 20-30. URL: http://sv-journal.org/2014-1/029ed2.html (accessed : 25.11.2014) [In russian]
2. M.N. Strikhanov, N.N. Degtyarenko, V.V. Pilyugin, E.E. Malikova, M.N. Matveeva, V.D. Adzhiev, A.A. Pasko, Computer visualization of nanostructures experience at nrnu "MEPhI", Scientific visualization, Vol. 1, n. 1, 2009, pp. 1-18. URL: http://sv-journal.org/2009-1/019ed2.html (accessed : 25.11.2014) [In russian]
3. CLP4NET Leaflet. URL: http://www.iaea.org/nuclearenergy/nuclearknowledge/CLP/leaflet-CLP4NET.pdf (accessed : 25.11.2014)
4. V. Pilyugin, E. Malikova, A. Pasko, V. Adzhiev, Scientific Visualization as Method of Scientific Data Analysis, Scientific visualization, Vol. 4, n. 4, 2012, pp. 56-70. URL: http://sv-journal.org/2012-4/069ed2.html (accessed : 25.11.2014) [In russian]