Система онлайн-освіти "Математика.укр" та інтерактивні веб-технології

Славко Г.В.
Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Система онлайн-освіти "Математика.укр" та інтерактивні веб-технології анімаційних візуалізацій навчального матеріалу

Головною перевагою систем дистанційного навчання, зазвичай, вважається можливість онлайн взаємодії викладача і учня, доступ до навчального матеріалу у зручний для учасників навчального процесу час, автоматизація подачі розв'язків задач та їх перевірка, облік виконання програми курсу та інше. Але, технології навчальної платформи Moodle дозволяють також використовувати можливості веб-програмування для реалізації та розміщення інтерактивних демонстраційних матеріалів безпосередньо у навчальних курсах. Інтерактивність дозволяє учню у реальному часі отримувати реакцію системи. Інтерактивність мотивує учасника онлайн-системи, сприяє підвищенню зацікавленості, доволяє повторювати спроби. Особливо цей чинник є вагомим під час вивчення складних дисциплін, таких як математика, наприклад.

Однієї з причин, яка ускладнює навчання, є взаємовідносини учня і учителя. Більш того, важливим психологічним фактором, що заважає навчанню, є публічна оцінка учня (наприклад у класі). Інколи, цей психологічний фактор є джерелом мотивіції для того, щоб віддати перевагу спілкуванню у соціальних мережах, а не у реальному світі. Інтерактивна ж взаємодія з навчальним матеріалом у системі онлайн освіти, дає розуміння учню, що він взаємодіє не з реальною людиною, а з програмними засобами. Таким чином, учень має безліч спроб у разі невдачі. А, враховуючи, досвід багатьох учнів участі у онлайн іграх, це ще більше наближає онлайн-освіту до звичної онлайн гри і сприяє тому, що учень зосереджується безпосередньо на самому процесі, а не на психологічних підразниках.

Під час розробки на базі Moodle системи онлайн-освіти "Математика.Укр" [1], розрахованої, у першу чергу, на курси математичного спрямування, значна увага приділялась впровадженню анімаційних візуалізацій, які надають можливість студентам змінювати онлайн параметри, налаштування та одразу бачити результат у реальному часі. Такий підхід, як показали дослідження, підвищує зацікавленіть студентів, збільшує залученність до курсу та сприяє кращому розумінню матеріалу.

У якості прикладів можна навести онлайн 3d візуалізацію функції Хімельблау з можливістю інтерактивної взаємодії: обертання поверхні, маштабування, переміщення, зміна кута перегляду. Зверніть увагу, для перегляду інтерактивних прикладів, ваш браузер повинен підтримувати технології html5.

Функція Хімельблау [3] — мультимодальна функція двох змінних. Відома тим, що її використовують для перевірки ефективності алгоритмів оптимізації, у якості тестової функції. Функція визначається рівнянням:

\[f\left(x,y\right)=\left(x^{2}+y-11\right)^{2}+\left(x+y^{2}+7\right)\]

Наведемо ще один приклад, побудований з використанням можливостей анімації svg-графіки. Наведений нижче приклад дає можливість переміщувати точки, через які проведено пряму і, тим самим, надає інтерактивності ілюстрації до теми: "Пряма на площині через дві точки".

Наступний приклад може бути використаний під час вивчення теми - "Графіки у полярній системі координат" або графіки, задані параметричними рівняннями. Щоб запустити анімацію (рух червоної точки) достатньо натиснути "мишею" у полі графіка. Тут наведено графік, подубований за рівняннями:

\[x=4\left(sin\left(4\theta\right)-0.3\right)cos\left(2\theta\right)\]\[y=4\left(sin\left(4\theta\right)-0.3\right)sin\left(2\theta\right)\]

Більше прикладів використання інтерактивних можливостей можно переглянути в демонстраційному курсі, викладеному на сайті: "Математика.Укр".

Для реалізації наведених тут прикладів, використовувались можливості d3.js – бібліотеки для обробки та візуалізації даних. Також, для розробки анімованих візуалізацій використовувались можливості векторної svg-графіки та її анімації за допомогою javascript та мови SMIL [2]. Такі демо-матеріали сприяють більш якісному розумінню студентами навчального матеріалу, не потребують спеціалізованого програмного забезпечення, можуть бути використані під час лекцій та самостійного вивчення матеріалу. Слід звернути увагу на те, що універсальність системи Moodle, дозволила реалізувати наведені вище інтерактивні приклади у межах цієї доповіді і при цьому не виникло жодних проблем, що надає впевненості у можливості перенесення курсів з інтерактивною анімацією з використанням, наприклад пакетів SCORM, у інші системи дистанційного навчання (розповсюдження курсів).

Слід зазначити, побудова таких анімацій вимагає від розробників розуміння не тільки основ математики, але й володіння елементарними навичками веб-програмування. Таким чином, можна говорити про встановлення міждисциплінарних зв'язків. Наприклад, студенти-програмісти більше не задають на лекціях питань - "навіщо програмісту вивчати математику?". Студентам, які вивчають вищу математику, основи програмування, веб-програмування та комп'ютерну графіку, у якості курсових завдань можна ставити завдання розробити візуалізацію математичних задач, теорем та формул. Це можуть бути досить прості задачі (візуалізація теореми Піфагора, побудова графіків стандартних функцій), так і більш складні (перетини типових фігур, гомотетичні перетворення, властивості кривих та інше).

Досвід впровадження інтерактивних анімацій в СДО "Математика.Укр" свідчить про зростання зацікавленості до навчального матеріалу курсів: студенти отримують більш якісний навчальний матеріал та можливості для застосування свої знань, викладачі – додаткову наочність під час викладання. Слід зазначити, що інтерактивні матеріали дозволяють використовувати їх під час лекцій та практичних занять із звичайним проектором за умови доступу до мережі, що також сприяє якості подання навчального матеріалу. Це також сприяє кращому засвоєнню навчального матеріалу. Цінність інтерактивність навчального матеріалу підвищується у поєднанні і можливостями технологій Moodle для інтерактивної перевірки знань [4].

Запитання, пропозиції про співпрацю та участь у роботі системи дистанційного навчання на базі Moodle "Математика.Укр" можна надсилати на офіційну скриньку системи: osvita@primat.org або залишати тут на форумі для обговорення доповіді. Також, ви можете прийняти участь в інтерактивному голосувані (форма додається нижче), або за посиланням на окремій сторінці: "Висловитися".

Список використаних джерел

  1. Система онлайн освіти "Математика.укр" [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: http://математика.укр .
  2. Scalable Vector Graphics (SVG) 1.1 (Second Edition) [Електронний ресурс] / w3.org – Режим доступу до ресурсу: https://www.w3.org/TR/SVG/.
  3. Himmelblau D. Applied Nonlinear Programming. — McGraw-Hill, 1972.
  4. Славко Г.В. Розробка та впровадження інтерактивної перевірки програмних кодів у системі онлайн-освіти "Математика.укр" [Електронний ресурс] / Славко Г.В. // Інформатика та системні науки. – 2017. – Режим доступу до ресурсу: http://dspace.puet.edu.ua/bitstream/123456789/5552/1/22%20Славко.pdf.
Остання зміна: субота, 19 серпень 2017, 10:13