Wstęp

Zastosowanie zajęć asynchronicznych w programie studiów technicznych staje się coraz powszechniejsze, głównie jako uzupełnienie studiów synchronicznych i obejmuje coraz więcej obszarów przekazywanej wiedzy.

Obok treści przedmiotów opisowych zastosowanie metod kształcenia na odległość możliwe jest także w programach zajęć laboratoryjnych i projektowych, choć tu istnieją pewne istotne ograniczenia związane ze specyfiką studiów technicznych, a ściślej, z oczekiwaniami dotyczącymi profilu kształcenia inżynierów. Doświadczenia wskazują, że opanowanie pewnych działów wiedzy inżynierskiej, może stać się pełniejsze właśnie dzięki możliwościom narzędzi komunikacji wirtualnej.

W referacie opisano przykład przedstawienia treści przedmiotu w postaci modułu wykładu wirtualnego, takiej właśnie dziedziny wiedzy. Jest nią przygotowanie do zajęć praktycznych, łączących elementy ćwiczeń laboratoryjnych i projektowania.

Nowe technologie

Różnorodność narzędzi udostępnionych dzięki nowym technologiom informacyjnym pozwala na tworzenie wirtualnej wersji treści wykładów w formie najodpowiedniejszej dla typu przedmiotu. Dokonanie właściwego wyboru decyduje o skuteczności użycia nauczania synchronicznego. Konieczność poznania nowych technologii prowadzi do zasadniczych zmian w strukturze zajęć, polegających m. in. na zacieraniu się różnic między poszczególnymi ich typami. W obszarze studiów technicznych dotyczy to zwłaszcza ćwiczeń laboratoryjnych i projektowania. Do dziedzin, w których proces ten jest szczególnie widoczny należy automatyka.

W technice regulacji automatycznej pojawiły się nowe typy urządzeń, których funkcje definiuje się w drodze programowania, nie zaś, jak dotychczas, przez stosowanie odpowiednich elementów mechanicznych lub elektrycznych. Konieczne zatem staje się nowe podejście do procesu dydaktycznego - od studentów wymaga się bowiem umiejętności integracji różnych dziedzin wiedzy i bardziej starannego, a więc i bardziej pracochłonnego przygotowania do zajęć.

Przebieg ćwiczenia

Tradycyjny przebieg ćwiczenia laboratoryjnego obejmuje:

• zapoznanie się studentów z opisem stanowiska i zadań do wykonania, dostarczonym w postaci drukowanej instrukcji,
• test sprawdzający przygotowanie do zajęć,
• wprowadzenie do ćwiczeń wraz z demonstracją stanowiska, przeprowadzone przez instruktora,
• wykonanie ćwiczenia (próbne uruchomienie, wykonanie zadań kontrolowanych z komentarzem instruktora, wykonanie zadań samodzielnych).

Analiza możliwości wykorzystania narzędzi multimedialnych i próby ich zastosowania w toku przygotowania ćwiczeń laboratoryjnych i oceny ich wyników wskazują, że ta droga okazuje się przydatna. W I fazie, zamiast korzystania wyłącznie z drukowanej instrukcji, studenci zapoznają się z działaniem urządzenia i jego otoczeniem, z użyciem animowanych prezentacji i filmów, zaopatrzonych w odpowiednią narrację i ewentualny podkład dźwiękowy. Pozwala to na znaczne skrócenie czasu trwania instruktażu wstępnego i lepsze wykorzystanie czasu ćwiczenia. Przygotowanie może odbywać się również w trybie asynchronicznym, z użyciem sieci lokalnej czy też przez internet.

W licznych pracach¹ omówiono koncepcję rozwiązania tego zadania przez stosowanie zajęć asynchronicznych w procesie studiów technicznych. Przedstawiono też ograniczenia takiego rozwiązania oraz nowe możliwości, jakie stwarza wybór takich zajęć. Do możliwości tych zaliczyć można:

• rozszerzenie wymiany informacji między studentami oraz większy zakres konsultacji, jakich prowadzący może udzielić studentom przed ćwiczeniami oraz po nich;
• przedłużenie czasu na wykonanie ćwiczenia przez wyeliminowanie znacznej części informacji wstępnych, jakie zwykle poprzedzają jego realizację;
• pozyskanie większych możliwości krytycznej analizy przebiegu i wyników ćwiczenia.

Najpoważniejszymi ograniczeniami natomiast są:

• konieczność zaangażowania pracowników dydaktycznych w znacznie większym wymiarze godzin,
• wysokie koszty przygotowania wirtualnej wersji treści przedmiotu.

Sterowniki programowalne

Sterownik, czyli urządzenie realizujące zamianę zamierzenia operatora na odpowiednią czynność wykonywaną przez układ regulacji, a więc i sterowany obiekt, ewoluował od początkowej formy dźwigni ręcznej lub nożnej, przez układy elektromechaniczne, hydrauliczne lub pneumatyczne do współczesnych układów elektronicznych, działających zgodnie z instrukcją przesłaną za pomocą odpowiedniego programu komputerowego. Aby jednak zagwarantować sobie kontrolę nad działaniem układu automatyki, stosownie do możliwości percepcyjnych, operator otrzymywać może informacje o stanie układu w postaci graficznej. Najczęściej jest to animowany graficzny obraz schematu układu wzbogacony o dynamiczne odwzorowanie mierników wraz z ich aktualnymi wskazaniami. Taka jest właśnie geneza oprogramowania do wizualizacji sterowników².

W programie studiów na kierunku elektroautomatyka okrętowa, prowadzonym na Wydziale Elektrycznym Akademii Morskiej w Gdyni studenci poznają zarówno technikę posługiwania się oprogramowaniem do wizualizacji sterowników, jak i jego praktyczne zastosowania. Stosowanie takich narzędzi, jak pakiety programów INTOUCH i PG4, jest niezbędne w wielu dziedzinach automatyki. Praktyka dydaktyczna wskazuje natomiast, że realizacja zajęć tego typu jest stosunkowo trudna, opanowanie wiedzy zaś wymaga od studentów znacznego nakładu pracy. Dlatego właśnie podjęto poszukiwania metod opartych na odmiennym podejściu do "dostarczania" wiedzy.

Opisana w niniejszym artykule technika nie jest jedyną próbą rozwiązania problemu na Wydziale Elektrycznym Akademii Morskiej, równocześnie bowiem wprowadzone zostają wirtualne wersje innych przedmiotów, takich jak: podstawy automatyki czy technika cyfrowa, przy czym i w tych przypadkach celem jest mieszany (częściowo synchroniczny, częściowo zaś asynchroniczny) system przekazywania wiedzy.

Przedstawiony w niniejszej pracy moduł wirtualny ma natomiast formę odmienną od pozostałych, a mianowicie stanowi stronę internetową. Strona zawiera wiele składników i ma dość złożoną strukturę (w sensie różnorodności zastosowanych technik). Jest przeznaczona dla studentów, którzy w znacznym stopniu opanowali wcześniej umiejętność posługiwania się komputerem i różnymi typami oprogramowania.

Ogólne informacje o module wirtualnym

Opisany moduł wykładu wirtualnego ma postać strony internetowej o roboczej nazwie e-learning. Powstał on jako część pracy magisterskiej wykonanej i obronionej na Wydziale Elektrycznym Akademii Morskiej w Gdyni przez współautorów niniejszego referatu. W tej części zawarta jest ogólna charakterystyka modułu oraz opis sposobu jego wykorzystania.

Dostęp

Z treścią modułu można zapoznać się w sieci lub na płycie CD. Po wybraniu odpowiedniej nazwy pojawia się lista plików i katalogów. Nazwy rozdziałów znajdują się na pionowym pasku w lewej części strony i są interaktywne, a więc wybranie każdej z nich uruchamia kaskadowo dostęp do zawartej pod nią treści lub czynności, jakie należy wykonać.

Charakterystyka treści

Rozdział Podstawy pakietu InTouch zawiera: opis ogólny, omówienie typów okien, opis pasków narzędzi i typów zmiennych, obsługi aplikacji służącej do wizualizacji, tj. podstawowych funkcji, okna głównego itp. Pokazane są też możliwości, jakie daje program, a także opisy zasad tworzenia aplikacji.
W rozdziale Programy wizualizacyjne zawarto opis pakietu Axeda Supervisor, w którego skład wchodzi także program wizualizacyjny Wizcon 8.2, jak również najnowsza wersja 9.0 programu InTouch.
Rozdział Podstawy PG4 zawiera podstawy obsługi aplikacji służącej do oprogramowania sterowników PLC.
Rozdział Ćwiczenia InTouch opisuje podstawowe ćwiczenia obsługi aplikacji wizualizacyjnej tego pakietu, których wykonanie objęte jest programem zajęć w laboratorium Automatycznych Systemów Energetycznych.
Kolejny rozdział to Ćwiczenia PG4, gdzie znajduje się omówienie ćwiczenia z podstaw obsługi aplikacji, tj. programowania sterowników PLC. Opisy poszczególnych ćwiczeń podano w postaci plików PDF.
W rozdziale Download znajduje się zbiór programów pomocniczych wykorzystanych przy tworzeniu modelu wizualizacji.

Poszczególne rozdziały zawierają w odpowiednich miejscach bieżące wskazówki dotyczące kolejnych faz korzystania z tekstu.

Uaktywniając kolejne tytuły menu, można poznać wszystkie składniki procesu programowania sterownika. Dostępne są zarówno opisy w formacie PDF, jak i animowane demonstracje poszczególnych funkcji programów InTouch i PG4. Demonstracje zapisane są jako pliki AVI i mogą być prowadzone automatycznie lub stopniowo, po kolejnych ruchach myszki. W ten sposób można poznać całą sekwencję procesu instalacji programu i jego stosowania. Na stronie głównej znajdują się także niezbędne atrybuty narzędzia kształcenia asynchronicznego, tj. łącze do forum dyskusyjnego, utworzonego także w ramach tej strony, łącze kontaktu z prowadzącym przez pocztę elektroniczną i wreszcie łącza do stron związanych tematycznie z treścią opisanej strony.

Rysunek 1. Przykład okna wyświetlanego podczas demonstracji programu

Przykład sekwencji ćwiczenia

Przyjrzyjmy się sekwencji ćwiczenia w opanowaniu programu InTouch:

1. wybieramy plik home page.htm,
2. z menu wybieramy Ćwiczenia w InTouch,
3. z przywołanej strony wybieramy p. 2 - Tworzenie rysunków, a następnie - z kolejnej podstrony - Zobacz jak to zrobić,
4. po przeczytaniu treści na stronie, która pojawiła się po ostatniej instrukcji uaktywniamy ostatni wiersz - Zobacz jak wykonać tę część ćwiczenia.

Ta ostatnia instrukcja wywołuje animację ilustrującą tworzenie rysunku stanowiącego wizualizację wybranej funkcji sterownika.

Z kolei przechodzimy do podrozdziału Tworzenie rozbudowanej aplikacji (b1).

Kliknięcie w obszarze tego tekstu wywoła pojawienie się punktu (b2) Tworzenie rozbudowanej aplikacji cz.1, a dalsze postępowanie ma identyczny przebieg, jak opisany wyżej.
Na końcu podrozdziału (tak jak i w poprzednich) znajduje się aktywny napis dalej..., powodujący przejście do kolejnego punktu, którym w tym przypadku (b3) jest Tworzenie rozbudowanej aplikacji cz. 2.

Rysunek wzorcowy (rys. 2) - zarówno w punkcie b1, jak i b3 - można powiększać, korzystając z aktywnego napisu. W objaśnieniach pod rysunkiem znajduje się fraza Stwórz za pomocą paska narzędziowego RYSOWANIE. Kliknięcie podkreślonych wyrazów powoduje otwarcie opisu Pasek narzędzi RYSOWANIE, kończącego sekwencję.

Rysunek 2. Ilustracja zasad tworzenia rysunku w programie InTouch

Rysunek 3. Rysunek wyświetlany w bloku informacji o programie InTouch

Rysunek 4. Zrealizowana za pomocą programu InTouch wizualizacja układu regulacji automatycznej

Uwagi końcowe

Przedstawiony tu wirtualny moduł treści przedmiotu laboratorium systemów energetycznych, chociaż niepozbawiony pewnych mankamentów, stanowić będzie już w swojej obecnej formie przydatny element procesu dydaktycznego, zwłaszcza w systemie studiów zaocznych. W odróżnieniu od częściej stosowanej techniki prezentacji PowerPoint, rozszerzonej o efekty animacji, przedstawiony moduł ma strukturę strony internetowej, choć korzystanie z internetu w trakcie pracy nie jest konieczne.

Różnorodność środków użytych do tworzenia modułu powoduje, że całość zajmuje 621 MB pamięci. Można dzięki temu całość modułu zapisać na CD. Sekwencja ustalona przez interaktywne menu na stronie głównej pozwala na płynną pracę, nie dając odczuć użytkownikowi dużej ilości informacji jako obciążenia.

Na podstawie prób przeprowadzonych przez autorów uznano, że wprowadzenie modułu do zajęć dydaktycznych jest celowe, a ewentualne modyfikacje wykonywane będą stosownie do uwag zgłaszanych przez studentów.

Bibliografia

• D. P. Compora, Current Trends in Distance Education: An Administrative Model, "Journal of Distance Education" 2003, nr 4.
• B. A. Galwas, J. Nowak, S. Nowak, M. Pajer, P. Witoński, Edukacja w Internecie, "Przegląd Telekomunikacyjny. Wiadomości Telekomunikacyjne" 2001, nr 5-6.
• J. Lisowski, Z. Wiśniewski, ECTS - based programs implementation in marine engineering studies, 5th Baltic Region Seminar on Engineering Education, Gdynia, Poland, 17-19 September, 2001.
• Z. Wiśniewski, O możliwości stosowania systemów kształcenia na odległość w morskich studiach technicznych, Materiały Sympozjum Narzędzia Wspomagające Nauczanie na Odległość, Gdynia, listopad 2003.
• Z. Wiśniewski, Zajęcia asynchroniczne w programie studiów technicznych - możliwości rozwijania umiejętności krytycznego myślenia, III Konferencja Akademia online, Łódź, czerwiec 2004.
• Z. Wiśniewski, Asynchronous Learning - an Opportunity to Develop Critical Thinking Ability, Materiały 33 Sympozjum IGIP, Fribourg, wrzesień 2004.

Netografia

• www.marinelink.com