Проект "Компьютерные тренажеры"

Департамент образования и науки Костромской области

ОГБПОУ «Костромской автотранспортный колледж»

структурное подразделение г. Нея

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

по ОДП.03 «Информатика»

на тему:

«Компьютерные тренажёры»

Выполнил студент

группы №1 первого курса

Профессия 23.01.17

«Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей»

Федоров Иван

Руководитель: Андреева Т.Н.

преподаватель информатики

г. Нея 2022

Содержание

Введение

1. Назначение, основные компоненты и критерий качества компьютерных тренажеров

2. Области применения компьютерных тренажеров

2.1. Использование компьютерных тренажеров для подготовки рабочих дорожно-строительных профессий

2.2 Использование компьютерных тренажеров в образовании

2.3 Применение тренажеров в системе дистанционного обучения

3. Особенности программной реализации, примеры

Заключение

Список использованной литературы 24

В настоящее время наблюдается бурный рост высоких технологий, ускоряется смена поколений техники, появляются новые знания, усложняется система управления информацией, наблюдается стремительный рост научно-технического прогресса. Эти обстоятельства настойчиво требуют новых знаний, особенно умения их быстрого приобретения, что диктует необходимость разработки новых форм обучения. Основное место в сложившейся ситуации занимает электронное обучение. Этому способствует бум сетевых технологий и повсеместное распространение интернета. Интернет позволил появиться такой форме образования, как дистанционное обучение.

Среди электронных форм обучения одно из ведущих мест в последние годы занимают компьютерные тренажеры. Они позволяют решить проблему передачи эмпирических знаний, которая является одной из сложнейших задач обучения и подготовки специалистов. Согласно ГОСТ 21036-75, тренажеры включают в себя техническое средство "профессиональной подготовки человека-оператора, предназначенное для формирования и совершенствования профессиональных навыков и умений обучаемых, необходимых для управления материальным объектом, путем многократного повторения действий, присущих управлению реальным объектом". Исторически тренажеры использовались для обучения персонала управлению дорогостоящим, опасным или просто недоступным оборудованием в реальных условиях, таким как космические ракеты, пилотируемые станции, самолеты, атомные электростанции и т. д. Тренажеры незаменимы для тренировки действий в сложных и чрезвычайных ситуациях.

Однако компьютерные обучающие программы (КТ), в отличие от реальных, решают самые разнообразные задачи. При работе на КТ, наряду с получением практического опыта, одновременно происходит процесс осмысления теоретических знаний и формирования личностных навыков их применения. С этих позиций тренажер становится не столько средством обучения, сколько инструментом извлечения знаний, формирования личного опыта. Обучающие технологии активизируют познавательные процессы студента, максимально приближая процесс приобретения и закрепления информации.

Известно, что после прослушивания лекции на следующий день в памяти остается 10% содержания, после чтения – 30%, после просмотра-50%, т. е. восприятие образной информации обычно легче, чем восприятие символической. Однако наименьших усилий требует практическое мышление: сделав это своими руками, до 90% объема информации остается в памяти. Благодаря компьютерному тренажеру студент может достичь поставленной цели обучения в удобном режиме в более короткие сроки и с меньшими затратами.

С помощью мультимедийных технологий КТ предоставляет информацию в виде трехмерной компьютерной графики, видео, анимации, обеспечивая полисенсорное восприятие учебного материала через зрительные, слуховые, тактильные каналы восприятия, активизирует слуховую и эмоциональную память. Чем больше органов чувств вовлечено в процесс восприятия информации, тем успешнее идет процесс познания.

Цель работы заключается в определении цели, задач и назначении компьютерных тренажеров.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:

- обозначить цели, задачи и назначение компьютерных тренажеров;

- рассмотреть области применения компьютерных тренажеров;

- рассмотреть особенности программной реализации компьютерных тренажеров;

- привести примеры компьютерных тренажеров, которые разработаны в Российской Федерации.

1. Назначение, основные компоненты и критерий качества компьютерных тренажеров

Тренажером называется практически все, что содержит полезную информацию об управлении ТП, хоть как-то отличается от обычного бумажного учебника и, более того, может быть установлено на компьютер. Поэтому целесообразно прежде всего сформулировать основные положения, касающиеся обучения в целом, и дать краткое описание тренажеров для обучения операторов в предметной области, изложенной в названии. Любые тренажеры предназначены для передачи "процедурных" знаний, т. е. знания о том, как организована практическая деятельность, в отличие от" декларативных " знаний об объекте, содержатся в учебниках, анкетах, тестовых системах, учебных фильмах и других средствах обучения. В результате обучения на тренажерах у студентов формируются, совершенствуются и закрепляются навыки, то есть автоматизированные действия, которые наряду с имеющимися знаниями об объекте определяют умение им управлять.

Существуют три принципиальных отличия тренажеров от других средств обучения, которые определяют наличие следующих обязательных компонентов тренажеров.

1. Любой тренажер содержит так называемый "заменитель реального объекта", так как тренажер создается именно потому, что использовать реальный объект для обучения невозможно, опасно или дорого. Другими словами, если предположить такую невероятную ситуацию, что ваша компания решит использовать реальную установку для обучения операторов, то эта статья не для вас; хотя насколько продуктивным будет такое обучение (не говоря уже о его стоимости) - вопрос дискуссионный. Указанный заменитель объекта называется имитационной моделью объекта.

2. В любом тренажере взаимодействие обучаемого с моделью объекта осуществляется посредством специальной среды, называемой информационной моделью. С ее помощью обучаемый воздействует на тренажерную модель и получает информацию о ее состоянии. В современных терминах информационная модель представляет собой интерфейс обучаемого. Например, в тренажере «велосипед» это панель с кнопкой задания «крутизны подъема» и датчиком числа «сжигаемых» калорий.

3. Является ли тренажерная модель, снабженная информационной моделью, тренажером? – Нет, это всего лишь имитатор реального объекта с возможностью манипулирования им. Имитатор становится тренажером с появлением правил, методов, рекомендуемого состава тренировочных упражнений и прочими атрибутами обучения. Все это принято называть моделью обучения; примером такой модели может служить книжечка-инструкция, прилагаемая к комплекту детского конструктора «Lego».

Тренажеры в современном понимании появились тогда, когда возникла необходимость массовой подготовки специалистов к работе на однотипном оборудовании или с аналогичными рабочими действиями, а также на оборудовании, использование которого может нанести вред неподготовленному специалисту. Применение тренажеров в этих отраслях получило широкое распространение благодаря возможности сочетания теоретических знаний с практическими навыками.

Значительный вклад в развитие симуляторной техники внесли совершенствование компьютерных технологий и прогресс в области создания виртуальной реальности. Благодаря влиянию этих факторов сформировался новый класс тренажеров-компьютерные обучающие программы.

Компьютерный тренажер – это тренажер, модель и дидактическая часть которого реализована на основе компьютерных технологий. В связи с этими особенностями компьютерные тренажеры обладают рядом преимуществ:

1. Затраты на приобретение и эксплуатацию компьютерной техники значительно ниже этих показателей для специализированной техники.

2. Компьютерное оборудование требует значительно меньше времени на настройку и подготовку к работе.

3. Внутри компьютерной системы гораздо проще изменять параметры окружающей среды тренажера.

4. Использование виртуальных тренажеров гораздо менее опасно, чем использование механических тренажеров.

Введем критерий качества тренажера. Очевидно, что она не может быть сведена к качеству отдельных компонентов, хотя каждый из них должен быть выполнен на максимально высоком уровне. Критерий вытекает из реальной цели обучения, необходимой для получения навыков управления реальным объектом. Иными словами, необходимо обеспечить так называемый позитивный перенос навыков от обучения к реальной деятельности. Принцип достижения такого переноса заключается в обеспечении максимального сходства деятельности студента в обучении и в реальной практике. При этом само обучение рассматривается как модель реальной деятельности, а требования к отдельным компонентам тренажера определяются критерием подобия.

Из всего этого следует, что разработка компьютерных тренажеров – достаточно перспективное направление деятельности.

2. Области применения компьютерных тренажеров

2.1. Использование компьютерных тренажеров для подготовки рабочих профессий

В наше время для начального освоения техники совсем не нужно садиться за управление реальной машиной, а достаточно сесть за компьютерный тренажер (симулятор). Благодаря таким тренажерам человек получает необходимые навыки, чтобы, впоследствии, пересесть на дорожного «гиганта» с минимально возможными последствиями. Под последствиями понимаются неосторожные действия человека, которые могут привести к поломке машины или нанесению вреда окружающей действительности. Принцип, по которому изготавливаются компьютерные тренажеры – моделирование реальности. Применительно к тренажерам техники это означает создание виртуальной модели машины, которая при взаимодействии ведет себя также как реальная. Очевидно, что, чем более похожа созданная модель на свой реальный прототип и, чем ближе ее поведение к реальности, тем качественнее тренажер. Примером может послужить тренажер, показанный на рис.1.



Рис. 1. «Автотренажер».

В комплект тренажера входит:

• программное обеспечение (компьютерный имитатор автомобиля);

• системный блок ЭВМ;

• панели ЛСД;

• пульт управления (кресло, кнопки управления, джойстики);

• платформа.
  
  

Для контроля знаний и умений по технике безопасности и общим вопросам работы применяется сетевая универсальная система тестирования. По результатам работы компьютерный тренажер оформляет и выводит на печать протокол работы, оценки, ошибки, проводит аттестацию или оценивает результаты работы персонала.

Подводя итог всему выше сказанному, можем сделать вывод, что такие тренажеры можно расценивать не просто, как развлечение, а как целую обучающую систему. Используя тренажеры для обучения, процесс образования становится более разнообразным. Как правило зрительная информация (при конспектировании) усваивается хорошо, а грамотно смоделированная ситуация еще лучше.

Компьютерный тренажер вовремя предупредит нас об ошибке, тем самым, снижая риск ее появления, при работе на реальной машине («Предупрежден – значит вооружен»). Самообучение происходит без риска нанесения вреда здоровью, как обучающемуся, так и окружающим. Тренажер можно использовать не только для обучения, но и для аттестации, периодическому повышению квалификации и т.д.

2.2 Использование компьютерных тренажеров в образовании

Можно выделить несколько классов тренажеров, которые используются в учебном процессе: электронный программный экзаменатор; демонстрационный (иллюстративный) тренажер; тренажеры, обучающие моторным навыкам; тренажеры, обучающие распознаванию образов; тренажеры, обучающие работе по алгоритму; тренажеры, обучающие поведению в нештатных ( и(или) аварийных) ситуациях; тренажеры, обучающие решению задач с разветвленным деревом допустимых решений.

Эффективное применение тренажеров в учебном процессе позволяет значительно уменьшить число ошибок, увеличить скорость манипуляции и принятия решений, сократить время обучения, более адекватно оценивать уровень полученных знаний и приобретённых навыков, индивидуализировать обучение, формировать выводы по действиям обучающегося.

При разработке учебно-тренажерных комплексов используют ряд методических приемов: ознакомление с порядком операций, наличие обратной связи, последовательность освоения материала (выполнение сначала простых операций, а затем переход к сложным процессам), возможность многократного повторения, получение дополнительных пояснений при выполнении операций.

Отдельно выделим следующие виды тренажеров используемых в образовании: интернет-тренажеры и интерактивные тренажеры.

Интернет-тренажер – программный комплекс, в основу которого положена оригинальная методика оценки знаний, умений и навыков и целенаправленная тренировка обучающихся в процессе многократного повторного решения тестовых заданий, реализованный средствами веб-приложений. Примером интернет-тренажера является сервис http://training.i-exam.ru/ (рис.2). Данный интернет-тренажер позволяет проводить тестирование студентов, обучающихся по образовательным программам, реализуемым в рамках ФГОС. Применение интернет-тренажеров может представлять собой одну из форм подготовки к контролю знаний в дистанционном образовании.



Рис. 2. Интернет-тренажеры http://training.i-exam.ru/
Режимы работы интернет-тренажеров могут быть следующими:

1. Тестирование студентов в режимах «Обучение» и «Самоконтроль» для подготовки к зачетам и экзаменам.

• «Обучение» предполагает наличие обратной связи и комментариев к тестовым заданиям, отсутствием временных ограничений, незамедлительным появлением сообщений о правильности или неправильности ответов.

• «Самоконтроль» определяет работу в условиях максимально приближенных к контрольному тестированию, проводимому преподавателем.

1. Диагностическое тестирование – определяет исходный уровень знаний, перед началом образовательного процесса.

2. Внутреннее контрольное тестирование проводимое преподавателем, в котором он может сам формировать банк заданий из существующей коллекции.

Интерактивный тренажер – это программа, предназначенная для самостоятельного изучения (или повторения) с одновременным контролем знаний по определённой теме. Существует два режима его работы:

1. Демонстрационный (иллюстративный) – обеспечивает непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения, представляет теоретический материал и обеспечивает визуализацию полного аналитического решения конкретной задачи.

2. Тренировочный или оценочный.

Все интерактивные задания в интерактивном тренажере должны предполагать наличие обратной связи, возможности коррекции действий и возможности совершать практические действия. К интерактивным заданиям в тренажере можно отнести последовательности вопросов и интерактивными подсказками и практикумами. Интерактивные тренажеры используются на различных этапах урока: актуализация знаний, постановка темы урока, изучение и закрепление нового материала, домашнее задание, самостоятельная работа, проверка знаний.

Интерактивные тренажеры разрабатывают преподаватели самостоятельно, как правило, в средах работа в которых не составляет большого труда, таких как Microsoft PowerPoint или Microsoft Excel (рис. 3, 4). Огромное количество тренажеров так же выпускается специализированными фирмами.



Рис.3. Тренажер в Microsoft Excel



Рис.4. Тренажер в Microsoft PowerPoint


Таким образом, благодаря доступности средств создания тренажеров, большого выбора программных комплексов, тренажёры в современном образовании занимают важное место при формировании и закреплении знаний, умений и навыков обучающегося и выполняют роль педагогического инструмента позволяющего повысить качество образовательного процесса.

2.3 Применение тренажеров в системе дистанционного обучения

При дистанционном обучении используются различные информационные и коммуникационные технологии (чаще всего — сочетание различных технологий). Современные технологии дистанционного образования упорядочивают процесс управления системой образования, оптимизируют усвоение знаний за счет формирования специализированной информационной среды, удобной человеку, привычно использующему Интернет для получения информации и межличностных коммуникаций.

Интернет в целом является почти идеальным техническим средством для дистанционного образования. Но необходимо помнить, что любое обучение требует определенной организационно-информационной поддержки. Необходимо иметь следующие структуры:

• поддержка проектирования учебного материала;

• доставка учебного материала слушателям;

• поддержка «справочных» материалов;

• консультации;

• контроль знаний;

• организация общения слушателей.

Внедрение компьютера в учебный процесс дает возможность создать богатый справочный и иллюстративный материал, представленный в самом разнообразном виде: текст, графика, анимация, звуковые и видеоэлементы.

Интерактивные компьютерные программы активизируют все виды деятельности человека: мыслительную, речевую, физическую, что ускоряет процесс усвоения материала. Интерактивные тестирующие системы анализируют качество знаний.

Тренажеры являются как обучающим, так и оценочным методом.

Проводя самостоятельные опыты, обучаемые могут убедиться в истинности приобретаемых знаний, в реальности тех или иных явлений и процессов. А уверенность в истинности полученных сведений, убежденность в знаниях делают их осознанными, точными. Средства наглядности повышают интерес к знаниям, делают более легким процесс усвоения, поддерживают внимание и позволяют оценить знания обучаемого и его умение применять знания на практике, что делает тренажеры наиболее перспективным и эффективным методом обучения.

3. Особенности программной реализации, примеры

В современных тренажерах и в программах подготовки и обучения, на них основанных, закладываются принципы развития практических навыков с одновременной теоретической подготовкой. Реализация такого подхода стала возможна в связи с бурным развитием и удешевлением электронно- вычислительной техники и прогрессом в области создания виртуальной реальности.
В общем случае тренажер представляет собой программно-аппаратный комплекс, имеющий структуру, представленную на рисунке 6.



Рис. 6. Структура тренажера

Моделирующий компьютер

Моделирующий компьютер может быть столь же прост, как персональный компьютер, или таким сложным, как многопроцессорный сверхсовременный мини-компьютер. Компьютер моделирования связан с интерфейсом оператора через систему ввода-вывода. Интерфейс оператора может состоять как из панелей управления и контроля, так и видеотерминалов и распределенной системы управления, обслуживающей видеотерминалы. В большинстве случаев физические свойства интерфейса оператора точно или в максимально приближенной степени соответствуют конкретному моделируемому процессу.

Имитационная модель

Программные модели, используемые в имитационном компьютере, реалистично отображают взаимодействие компонентов и систем моделируемого процесса. Это наиболее важная часть тренажерной системы, от степени приближенности имитационной модели к реальному объекту или ситуации зависит качество получаемых навыков.

Интерфейс оператора

Интерфейс оператора позволяет обучающемуся манипулировать органами управления способом, приближенным или идентичным используемому в реальном процессе. Динамический отклик тренажера должен быть максимально приближен к отклику систем и компонентов реального объекта.

Интерфейс инструктора

Интерфейс инструктора позволяет управлять работой тренажера, выбирать сценарий тренировки и начальное состояние имитируемого процесса, вводя сбои моделируемого процесса или его компонентов либо изменяя внешние факторы. Часть функций инструктора может автоматически выполнять и сама имитационная модель.

Дополнительное периферийное оборудование

Периферийное оборудование включает в себя принтеры, панели аварийной сигнализации и любое другое оборудование, необходимое для повышения реалистичности моделируемой окружающей обстановки или документирования процесса тренировки.

Тренажеры могут объединяться между собой в сеть для отработки навыков взаимодействия нескольких лиц. При этом может использоваться общий моделирующий компьютер с несколькими интерфейсами операторов или отдельные моделирующие компьютеры с согласующим устройством между ними. Отдельно следует отметить класс тренажеров, не использующих специальную аппаратную интерфейсную часть. Это чисто компьютерные тренажеры.

Роль интерфейса в них выполняют стандартные устройства ввода-вывода компьютера: клавиатура, мышь, монитор. Использование таких тренажеров целесообразно в случаях, когда в моделируемых объектах и ситуациях нет необходимости в использовании специального оборудования. Примером может быть тренажеры по принятию решений и выработки навыков поведения, не связанные напрямую с управлением какими-то устройствами.

Приведем примеры некоторых существующих тренажерных систем, разработанных в России.

Заключение

Потребность сегодняшнего дня в переходе на качественно другой уровень образования требует осмысления педагогических возможностей, комплексирующих применение компьютерных тренажеров с традиционными педагогическими технологиями.

Большой резерв повышения эффективности процесса обучения заключается в возможности наглядно-образного представления абстрактных, сущностных, наиболее значимых сторон и свойств изучаемых явлений, закономерностей, систем, устройств, что в полной мере реализуют компьютерные тренажерные комплексы.

Дистанционное образование возможно исключительно с использованием компьютерных тренажеров, ориентированных на работу в глобальной сети.

Тренажерные технологии дают доступ к сложному и дорогостоящему оборудованию ведущих фирм и научных лабораторий.

Разработка компьютерных тренажеров с использованием мультимедиа технологий создает возможность реализовать практически любые по сложности эксперименты с оборудованием и воспроизвести методики отработки любых нештатных ситуаций.

Использование развивающих возможностей информационно - образовательной среды позволит подготовить квалифицированного специалиста с обязательным учетом необходимости его творческого развития, что поможет ему не испытывать трудности в принятии решений в нестандартных ситуациях.

Список использованной литературы

1. Власов В.А., Шубин А.Н., Филимонов С.В., Орлов А.А., Колпаков Г.А., Голдобин Д.Н., Тимченко С.Н., Бабушкин С.H. Компьютерный тренажер для оперативного технологического персонала производства по разделению изотопов урана центробежным методом // Известия Томского политехнического университета. 2014. Т. 307. № 1. С. 176-181.

2. Иорданский М.А. Архитектура компьютера: учебное пособие. Н.Новгород: Мининский университет, 2015. 81 с.

3. Каганов В.Ш. Информационные технологии как инструмент повышения конкурентоспособности образовательных программ в системе корпоративного обучения // Прикладная информатика, 2011. №6(36).

4. Полат Е. С. Теория и практика дистанционного обучения: Учеб.пособие для студ.высш.пед.учеб.заведений / Е. С. Полат, М. Ю. Бухаркина, М. В. Моисеева; Под ред. Е. С. Полат. — М.: Издательский центр «Академия», 2014.- 416 c.

5. Рогозин К. И Виртуальные компьютерные тренажеры в учебном процессе // Гарантии качества профессионального образования: Тезисы докладов Международной научнопрактической конференции. Барнаул, 2015. С. 152-154.

6. Трухин А.В. Автоматизированная тренажерно-обучающая система: компьютерный тренажер и язык описания сценариев // Открытое и дистанционное образование. 2017. № 3. С. 47-55.

7. Якименко О.В., Стась А.Н. Применение обучающих программ-тренажеров в обучении программированию // Вестник ТГПУ. 2019. Выпуск 1 (79)

8. http://www.uchportal.ru/load/22-1-0-51741

9. http://infourok.ru/prezentaciya_po_informatike_trenazher_ustroystvo_kompyutera-101752.htm