1
Stanisław Szabłowski
Zespół Szkół Zawodowych Nr 1
Przemyśl
E-learning w kształceniu technicznym
1
2
Wprowadzenie
Obecny rozwój cywilizacji informacyjnej zmusza ludzi do zmiany przyzwyczajeń tak-
że w dziedzinie edukacji. Obok szkoły tradycyjnej powstały równolegle nurty edukacyjne,
których celem jest m.in. uczenie się na odległość. Uczenie się wspomagane sieciami kompu-
terowymi (e-learning) nabiera szczególnego znaczenia u progu trzeciego tysiąclecia. Jest ono
już pewnym standardem edukacji społeczeństwa informacyjnego.
Kształcenie zawodowe w średnich szkołach technicznych ma swoją specyfikę. Eduka-
cja przedmiotów technicznych jest ściśle związana z zapewnieniem uczącym się odpowied-
nich warunków kształcenia w postaci laboratoriów i pracowni. Podstawą kształcenia zawo-
dowego jest szerokie łączenie teorii z praktyką. Kreowanie pożądanego wizerunku absolwen-
ta technikum wymaga stosowania w dydaktyce zawodowej wielu różnych form i metod ucze-
nia się - nauczania teoretycznego i praktycznego (polimetodyczność) z uwzględnieniem
kształcenia elektronicznego (e-learning). W edukacji zawodowej rozpowszechnia się współ-
cześnie nowe formy zajęć praktycznych, jakimi są symulacje komputerowe i eksperymenty na
odległość.
Szczególnie interesująca i wartościowa pedagogicznie jest mechatroniczna koncepcja
edukacji technicznej. Jest ona oparta na myśleniu i działaniu systemowym – mechatronika
łączy w sobie elektrotechnikę, elektronikę, automatykę, informatykę, cybernetykę. Proces
kształcenia w zakresie mechatroniki wymaga określonych, wysokich standardów wyposaże-
nia dydaktycznego w postaci nowych urządzeń i oprogramowania, łącznie z wykorzystaniem
1
Referat został wygłoszony przez autora na ogólnopolskiej konferencji „Rola i miejsce e-learningu we
współczesnej edukacji” – Krosno, 6-7 grudnia 2007.
2
G. Dryden, J. Vos, Rewolucja w uczeniu,. Poznań: Wyd. Moderski i S-ka, 2000, s. 420
2
metod multimedialnych i symulacji komputerowych w nauczaniu – uczeniu się
3
. Praktyka
pedagogiczna autora wskazuje, że realizacja zajęć tego typu jest bardzo trudna, a przyswoje-
nie wiedzy i umiejętności wiąże się z niepowodzeniami dydaktycznymi uczniów. Od uczniów
wymaga się umiejętności integracji różnych dziedzin wiedzy i bardziej starannego, a więc
i bardziej pracochłonnego przygotowania się do zajęć lekcyjnych i egzaminu zawodowego.
Konieczne zatem staje się innowacyjne podejście do procesu dydaktycznego. Zastosowanie
zajęć asynchronicznych w programach kształcenia techników wydaje się nieodzowne,
przede wszystkim jako uzupełnienie i wspomaganie synchronicznych lekcji stacjonar-
nych (b-learning). Z obszarów zawodowych treści programowych najbardziej efektywne –
zdaniem autora - jest wyodrębnienie przede wszystkim zajęć laboratoryjnych i projekto-
wych, które można z powodzeniem realizować poprzez uczenie się na odległość.
W artykule opisano praktyczne możliwości realizacji zajęć lekcyjnych w trybie asyn-
chronicznym na przykładzie technikum elektrycznego i mechatronicznego w Zespole Szkół
Zawodowych Nr 1 w Przemyślu. Wskazano także na walory pedagogiczne poznawcze i utyli-
tarne tego typu kształcenia zawodowego.
Wirtualna metrologia
Dydaktyka przedmiotów technicznych podkreśla, że poznanie opisów teoretycznych
lub modeli zjawisk nie wystarcza dla pełnego ich zrozumienia – ważne jest nabycie umiejęt-
ności wykonywania eksperymentów i posługiwania się przyrządami pomiarowymi. Opano-
wanie treści kształcenia jest tym pełniejsze i trwalsze, im bardziej wiedza teoretyczna wiąże
się bezpośrednio z działaniem praktycznym, stając się dzięki temu wiedzą operatywną. My-
ślenie techniczne ucznia przechodzi wówczas od teorii do praktyki i odwrotnie.
W szkolnych laboratoriach wykonywanie pomiarów różnych wielkości fizycznych
stanowi podstawę badań urządzeń technicznych. Czynności metrologiczne są nieodłącznym
komponentem procesu uczenia się przez badanie i odkrywanie podczas zajęć laboratoryjnych.
Nowe technologie informacyjno-komunikacyjne dokonały przełomu w dydaktyce metrologii.
Wpływ technologii informacyjnej na metrologię ujawnił się w nowych rozwiązaniach tech-
nicznych, występujących w literaturze pod nazwą wirtualnych przyrządów pomiarowych.
Wirtualny przyrząd pomiarowy jest rodzajem inteligentnego przyrządu komputerowe-
go, który integruje rzeczywisty sprzęt pomiarowy i oprogramowanie z komputerem oso-
3
Por. program nauczania – technik mechatronik 311[50]/T-4, SP/MENIS/2004.05.14
3
bistym ogólnego przeznaczenia
4
. Należy wyraźnie zaznaczyć, że w określeniu definicyjnym
odnosi się zarówno do sfery rzeczywistej jak i nierealnej (wirtualnej).
Tak rozumiane urządzenia pomiarowe mogą funkcjonować autonomicznie w przedmioto-
wym laboratorium rzeczywistym lub mogą być włączone w sieć Internet. W wersji sieciowej
mają one strukturę rozproszoną, ponieważ cechują się dostępem z dowolnego miejsca na
świecie.
W kształceniu zawodowym przypisuje się dużą rolę symulacjom komputerowym we
wspomaganiu uczenia się – nauczania teorii sterowania i regulacji. Z ich pomocą uczeń szko-
ły zawodowej wkracza w trudny i skomplikowany świat automatyki. Teoria sterowania cha-
rakteryzuje się dość wysokim stopniem abstrakcji i silną matematyzacją, co utrudnia zrozu-
mienie wzajemnego oddziaływania na siebie elementów składowych układu regulacji. Zna-
komitym ułatwieniem jest w tym przypadku obserwacja przebiegów sygnałów w układach
automatyki. Rzeczywiste układy, zawierające obiekty regulacji technologicznych postaci pro-
cesów technologicznych czy złożonych urządzeń, są niedostępne dla doświadczeń dydaktycz-
nych. Budowa ich fizycznych modeli, nawet w zmniejszonej skali, jest bardzo kosztowna.
Znacznie tańszym rozwiązaniem jest obserwacja przebiegów w modelach komputerowych
układów. Pozwala ona przy tym na obserwacje w przyspieszonej skali czasu, co ma istotne
znaczenie dla poprawy efektywności percepcji.
Eksperymenty na odległość
Powszechny obecnie dostęp do Internetu umożliwia wykorzystanie technologii infor-
macyjnej w uczeniu się – nauczaniu przedmiotów technicznych poprzez prowadzenie ekspe-
rymentów i pomiarów w trybie zdalnym za pośrednictwem komputerowych wirtualnych
przyrządów pomiarowych o strukturze rozproszonej. Należy je zaliczyć do nowych środ-
ków dydaktycznych wspomagających uczenie się – nauczanie w szkołach przedmiotów tech-
nicznych.
Rozwój komputerowych systemów pomiarowych, a w szczególności zdefiniowanie
architektury wirtualnego przyrządu pomiarowego znacząco przyczyniły się do powstania no-
woczesnej struktury systemu pomiarowego rozproszonego terytorialnie
5
. Rozproszone sys-
temy pomiarowe, sterujące i regulacyjne, osadzone w sieci Internet stanowią szeroką bazę
4
R. J. Rak, Technologia informacyjna na usługach metrologii, XXXVI Międzyuczelniana Konferencja
Metrologów, Ustroń, 21-24.08.2004, www.wega.elektr.polsl.gliwice.pl/mkm2004/pdf/mkm/41.pdf.
5
Por. W. Winiecki, Wirtualne przyrządy pomiarowe, Warszawa, Oficyna Wydawnicza PW, 2003.
4
budowania zdalnego dostępu do laboratorium i wreszcie organizacji laboratorium wirtualnego
(rys. 1).
Rys. 1. Struktura rozproszonego systemu pomiarowego, sterującego i regulacyjnego
6
Są to nowoczesne elementy procesu dydaktycznego, które mogą być wykorzystane nie
tylko w modelu kształcenia na odległość, lecz również do wspomagania kształcenia tradycyj-
nego - stacjonarnego.
Wirtualne przyrządy pomiarowe w dużym stopniu zastąpiły w laboratoriach drogie
i skomplikowane przyrządy inteligentne, co znacznie uprościło proces projektowania, uru-
chamiania i modernizacji tych laboratoriów. Graficzny interfejs użytkownika, który do złu-
dzenia przypomina rzeczywisty przyrząd pomiarowy powoduje, że użycie i rozumienie przy-
rządu jest intuicyjne dla tych, którzy korzystali do tej pory z konwencjonalnych przyrządów
pomiarowych. Możliwość modyfikowania procedury pomiarowej poprzez zmianę zainstalo-
wanego w komputerze oprogramowania, bez zmiany komponentów sprzętowych sprawia, że
badania i eksperymenty stają się coraz bardziej elastyczne, nowoczesne i proste. Osadzenie
wirtualnego przyrządu pomiarowego w rozproszonym systemie zlokalizowanym w sieci In-
ternet daje olbrzymią możliwość tworzenia zaawansowanych i elastycznych systemów, które
mogą służyć prowadzeniu eksperymentów i wspomagać proces dydaktyki zawodowej.
Szybki rozwój narzędzi programistycznych, ułatwiających komunikację komputerów
na duże odległości, przesądza o wyjątkowej atrakcyjności wirtualnych laboratoriów w szkole.
Wielką zaletą zdalnego eksperymentowania jest możliwość korzystania z unikalnej aparatury
pomiarowej – szkół bowiem nie stać ze względów finansowych na zakup tak drogich urzą-
dzeń. Uczeń obserwując układ pomiarowy, zmienia jego parametry i ustawienia, korzystając
6
Źródło: http://rcl.physik.uni-kl.de
5
z interfejsu graficznego. Zdalna praca z układem pomiarowym za pośrednictwem Internetu
odbywa się za pomocą środków multimedialnych, które intensywnie działają na sferę zmy-
słów ucznia. Zachęcają do własnych poszukiwań i eksperymentowania, inspirują działania
twórcze. Uczący się obsługuje manipulatory przyrządu i ogląda wyniki pomiarów za pomocą
trójwymiarowej grafiki interfejsu użytkownika. Systemy zabezpieczeń sprawiają, iż wszelkie
niepoprawne działania ucznia nie wyrządzają szkody układom pomiarowym. Warto zwrócić
uwagę na fakt, że uczeń poprzez sieć globalną ma kontakt z aparaturą rzeczywistą, bada
on układy rzeczywiste, a nie tylko modele (rys. 2).
Rys. 2. Wirtualne laboratorium mikroelektroniki
7
Jest to niezwykle cenna zaleta takich działań ucznia z punktu widzenia dydaktyki
przedmiotów zawodowych. Wirtualne laboratoria rozproszone łączą w sobie także moż-
liwości zdalnego prowadzenia symulacji i weryfikowania modeli.
Propozycja metodyki zajęć w wirtualnej pracowni
Globalna sieć Internet umożliwia prowadzenie eksperymentów w różnych ośrodkach
naukowych oraz korzystanie z wyników prac przez szerokie grono naukowców, studentów,
nauczycieli i uczniów, niezależnie od miejsca ich aktualnego pobytu. Sprawia to, że rozpro-
szone wirtualne laboratoria pomiarowo- sterujące powstały w ostatnich latach w wielu uczel-
7
Źródło: http://rcl.physik.uni-kl.de
6
niach i ośrodkach badawczych. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystać je w praktyce
dydaktycznej średniej szkoły technicznej.
W Zespole Szkół Zawodowych Nr 1 w Przemyślu w ramach eksperymentu pedago-
gicznego prowadzone są w roku szkolnym 2007/2008 zajęcia asynchroniczne w wirtualnej
pracowni elektroniki na kierunku kształcenia technik elektryk i technik mechatronik. Celem
eksperymentu jest określenie efektywności dydaktycznej kształcenia zawodowego wspoma-
ganego platformą edukacyjną i zdalnym laboratorium wirtualnym.
Jako podstawę teoretyczną kształcenia na odległość przyjęto konstruktywizm pedago-
giczny, na podstawie którego opracowano koncepcję uczenia się-nauczania przedmiotów za-
wodowych. Koncepcja ta określa w istotny sposób metodykę prowadzenia zajęć z wykorzy-
staniem platformy e-learningowejj Moodle. W pierwszym etapie eksperymentu wykorzystane
jest laboratorium fizyczne RCL udostępnione przez Politechnikę Kaiserslautern w Niem-
czech
8
(rys.3).
Rys. 3. Laboratorium fizyczne Politechniki Kaiserslauten
Laboratorium fizyczne RCL Politechniki Kaiserslauten jest składnikiem kursu asyn-
chronicznego na platformie Moodle dla uczniów klas elektrycznych i mechatronicznych Ze-
społu Szkół Zawodowych Nr 1 w Przemyślu. (rys. 4).
8
http://rcl.physik.uni-kl.de. Dostęp do laboratorium nie wymaga rejestracji i logowania użytkownika.
7
Rys. 4. Laboratorium na platformie Moodle
Analiza treści kształcenia przedmiotów zawodowych doprowadziła do opracowania
odpowiedniego zestawu ćwiczeń laboratoryjnych. Praca uczniów w laboratorium obejmuje:
- przygotowanie się do zajęć na podstawie materiałów elektronicznych, które zawierają in-
strukcje do ćwiczeń wraz z zagadnieniami teoretycznymi;
- wykonanie ćwiczeń (eksperymentów na odległość);
- opracowanie wyników eksperymentów i przesłanie ich na platformę edukacyjną do oceny
przez nauczyciela;
- zapoznanie się ze słownictwem technicznym z elektrotechniki i elektroniki w języku nie-
mieckim lub angielskim;
- sprawdziany testowe zaliczające ćwiczenia.
Asynchroniczne zajęcia w pracowni wykorzystują wszystkie mechanizmy wzajemnej
interakcji i komunikacji wielostronnej pomiędzy uczniami i nauczycielem oferowane przez
platformę edukacyjną Moodle. Koncepcja eksperymentu pedagogicznego przewiduje w dru-
gim etapie dostęp do laboratorium mikroelektroniki w Massachusetts Institute of Technology
9
(MIT) w Cambridge (USA) (rys. 5).
9
Jest to jedna z najbardziej prestiżowych uczelni technicznych świata. MIT jako pierwszy na świecie
postanowił udostępnić w Internecie swoje materiały edukacyjne jako otwarte kursy e-learningowe na stronie
8
Rys. 5. Laboratorium mikroelektroniki
10
MIT po zalogowaniu się użytkownika
W laboratorium MIT iLab można zrealizować w trybie asynchronicznym, podobnie
jak w RCL Kaiserslauten, wiele treści programowych z przedmiotów elektronicznych i me-
chatronicznych. Obsługa laboratorium odbywa się w języku angielskim.
Konkluzje
Wartości pedagogiczne uczenia się konstruktywistycznego w laboratorium zdalnym na
platformie edukacyjnej trzeba rozpatrywać w dwóch kategoriach – poznawczej i utylitarnej.
Kategoria poznawcza dotyczy rozwoju intelektu technicznego ucznia szkoły zawodowej po-
przez twórcze programowanie, tworzenie i weryfikację hipotez podczas projektowania i dia-
gostykę systemów technicznych.
Pozytywne wartości pedagogiczne sfery poznawczej w procesie kształcenia elektry-
ków i mechatroników wynikają przede wszystkim z możliwości twórczego programowania
systemów technicznych przez uczącego się. W projektowaniu systemów pomiarowo – regula-
cyjnych zachodzi proces uczenia się przez programowanie. Podczas programowania występu-
je rozwój umiejętności intelektualnych. Programowanie uczy logicznego myślenia, wyciąga-
nia wniosków, analizowania sytuacji błędnych i wyboru wariantów optymalnych.
http://web.mit.edu/ocw
. Ilość i jakość kursów jest imponująca. Wirtualne laboratoria są komponentem wybra-
nych kursów. Można z nich korzystać zupełnie niezależnie – wymagana jest jedynie autoryzacja użytkownika.
10
http://ilab.mit.edu
9
Wykorzystanie e-learningu w rozwijaniu umiejętności projektowania i diagnostyki syste-
mów technicznych związane jest z szerokim stosowaniem metod symulacyjnych. W projek-
towaniu wspomaganym komputerem programy symulacyjne ułatwiają tworzenie i weryfika-
cję hipotez we wszystkich fazach procesu projektowania. Zastosowanie oprogramowania pro-
jektowego ma duże walory pedagogiczne ze względu na możliwość aktywnej pracy ucznia
w fazie koncepcyjnej i konstrukcyjnej procesu projektowania.
Podstawą kształcenia elektryków i mechatroników są sytuacje dydaktyczne, w których
uczący się powinien zlokalizować przyczyny uszkodzeń i usunąć awarie urządzeń. Osiągnię-
cie tego celu wymaga zastosowania metod indukcyjnych i dedukcyjnych. Programy symula-
cyjne potrafią inspirować skutecznie ucznia w tym kierunku, a symulacja komputerowa stwa-
rza warunki, umożliwiające rozwiązanie problemu.
Pozytywne wartości pedagogiczne sfery utylitarnej związane są z praktycznymi dzia-
łaniami ucznia w laboratorium wirtualnym. Dzięki zdalnemu dostępowi do aparatury pomia-
rowej i sterującej uczeń ma możliwość:
• zapoznania się z nowoczesnymi technikami pomiarowymi, stosowanymi w laborato-
riach naukowych;
• zapoznania się z metodyką wykonywania eksperymentów z wykorzystaniem kompu-
tera;
• prowadzenia symulacji;
• zbierania i statystycznego opracowywania wyników pomiarów;
• weryfikacji modelu z rzeczywistością.
Rozwój narzędzi e-learningowych stawia przed dydaktyką przedmiotów technicznych
trudne wyzwania, ale również e-learning wyposaża ją w nowe i nieznane do tej pory możli-
wości, które już wykazują wielką przydatność w procesach dydaktycznych szkoły zawodo-
wej.
Bibliografia
Rak R., J., Technologia informacyjna na usługach metrologii,
www.wega.elektr.polsl.gliwice.pl/mkm2004/pdf/mkm/41.pdf.
Winiecki W., Wirtualne przyrządy pomiarowe, Warszawa, Oficyna Wydawnicza PW, 2003.
http://rcl.physik.uni-kl.de
http://ilab.mit.edu