Глава 10.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Основной задачей ЭУМК является предоставление учащемуся средств обучения и организации процесса обучения. При этом следует минимизировать затраты преподавателя на организацию процесса обучения, ведение консультаций и контроль таким образом, чтобы учащийся смог в процессе самостоятельной работы при общении с компьютером достичь заданного уровня знаний, умений и навыков по изучаемой учебной дисциплине. Рубежные и итоговые проверки знаний, умений и навыков остаются за преподавателем.

При этом предполагается, что:

1. Часть средств обучения может быть продублирована и представлена обучающемуся на твердых носителях (книга, методическая разработка и т.д.).

2. Общение учащегося с компьютером может носить как рекомендательный, так и обязательный характер в зависимости от этапа обучения и уровня усвоения учебного материала.

3. Процесс обучения в зависимости от предмета, формы обучения и его организации допускает возможность общения учащихся не только с преподавателем, но и между собой.

В данном случае, компьютер является не только источником знаний, но и средством управления познавательной деятельностью учащегося. Познавательная деятельность индивидуальна и подчинена определенным законам. Успешность усвоения предмета в значительной степени зависит от того, насколько методика изложения учебного материала и организация процесса обучения учитывают:

• заинтересованность учащегося в результатах обучения;

• соответствие учебного материала современному состоянию науки и возможности его усвоения учащимся;

• закономерности процесса обучения;

• индивидуальные свойства и качества личности обучающегося.

При проектировании ЭУМК разработчики создают систему, в которой им приходится соединять методы, средства и формы обучения для конкретной группы обучающихся. Психологи и педагоги разработали различные методики их проектирования.

Наиболее полно психолого-педагогические основы обучения, в частности компьютерного рассмотрены в работах А.А. Золотарева [10.1] и В.П. Беспалько [10.2]

Рассмотрим систему интенсивного информатизированного обучения (СИИО) и систему «Компьютика», название образовано от соединения слов компьютер и педагогика.

10.1.Система интенсивного информатизированного обучения

Система интенсивного информатизированного обучения (СИИО) разработана профессором А.А. Золотаревым и является попыткой «объединения лучшего в работающее целое».

10.1.1.Основные понятия

Познакомимся с основными понятиями и терминологией.

Педагогика – наука о специально организованной целенаправленной и систематической деятельности по формированию человека, о содержании, формах и методах воспитания, образования и обучения. Это – наука о педагогических системах.

Педагогическая психология – отрасль психологии, изучающая психические явления, возникающие в условиях целенаправленного педагогического процесса, она разрабатывает психологические основы обучения и воспитания.

Знания – это информация о способах умственной или физической деятельности. Информация может существовать вне человека (записанная на различных носителях) или в голове человека (записанная в структурах его мозга).

Умения – это способность применять знания для выполнения деятельности.

Навыки – это автоматизированные умения.

Учение – это собственная активность учащегося по выполнению какой-то последовательности действий, ведущих к усвоению им знаний, умений и навыков.

Усвоение – это процесс и результат учения.

Преподавание – это процесс, выполняемый учителем по руководству (управлению) учением учащегося.

Обучение – это совокупный процесс преподавания и учения, совершаемые в одно и то же время.

Воспитание – это частный случай процесса обучения, направленного на овладение учащимся знаниями, умениями и навыками жизни в окружающем мире.

Образование – это совокупный процесс и результат обучения и воспитания.

10.1.2.Педагогическая система

Обучение следует рассматривать как процесс взаимосвязанной деятельности преподавателей (преподавание) и учащихся (учение), протекающий в рамках педагогической системы.

Педагогическая система – это среда, в которой по определенной технологии реализуется процесс обучения.

В структуре педагогической системы можно выделить элементы, образующие две взаимосвязанные группы: группу элементов, формулирующих педагогическую (дидактическую) задачу, и группу элементов, образующих педагогическую технологию, гарантированно решающую эту задачу.

В первую группу входят учащиеся, цели и содержание обучения, сформулированные на основе социального заказа, во вторую – преподаватели, методы, средства и формы обучения, а также учебно-научная материальная база. Методы, формы и средства обучения образуют дидактическую систему. Таким образом, педагогическая система может быть представлена как совокупность преподавателя, учащегося, дидактической задачи, дидактической системы и учебно-научной материальной базы.

В традиционном образовании преподаватель реализует дидактическую систему в процессе обучения, при этом он выступает и в роли носителя информации и в роли организатора деятельности учащегося. Компьютер, если и используется, то играет роль средства обучения.

При компьютеризированном обучении учебная информация и организующая деятельность преподавателя материализуются в виде содержания, структуры, алгоритма функционирования компьютерной обучающей программы (компьютерного средства обучения). Таким образом, преподаватель все равно присутствует в педагогической системе, хотя и виртуально, а компьютер из средства обучения превращается в дидактическую систему.

Педагогическая система создается поэтапно. Исходными являются требования к ее конечному продукту – знаниям и качествам выпускника учебного заведения. Эти требования называются государственным (социальным) заказом и формулируются в виде Государственного образовательного стандарта (ГОС) или других документов.

Первый этап заключается в том, что на основе ГОС ставится дидактическая задача – определяются промежуточные и конечные цели обучения, производится отбор и структурирование содержания учебного материала. Задаются ограничения, связанные с организационными моментами и возможностями материальной базы.

На втором этапе проектируется дидактическая система – определяются методы, средства, формы и этапы обучения.

На третьем этапе разрабатывается реальная дидактическая система – создаются средства обучения и учебно-методическое обеспечение и, наконец, подбираются или специально подготавливаются преподаватели, способные работать в спроектированной педагогической системе.

Эффективность педагогической системы определяется тем, в какой степени достигается требуемое качество обучения при допустимых временных и стоимостных показателях.

Преподавание – это деятельность преподавателя, учитывающая закономерности учения и заключающаяся в передаче учащемуся информации и в организации деятельности учащегося по усвоению содержания учебного материала на требуемом уровне.

Учение предполагает собственную активность учащегося по выполнению некоторой последовательности действий, ведущих к усвоению им содержания учебного материала и преобразованию полученной информации в знания, умения и навыки (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Знания через деятельность

10.1.3.Закономерности учения

Более точно закономерности учения можно было бы назвать так: «Этапы обучения». Тем самым мы бы выделили суть главной закономерности учения как деятельности обучающегося, заключающейся в поэтапном овладении им содержанием учебного материала. Кроме этого, следует подчеркнуть, что учение есть несамостоятельная деятельность, ограниченная создаваемыми преподавателем условиями и управляющими воздействиями.

Собирательный характер содержания, излагаемого в настоящем пункте, состоит в том, что в нем аккумулируются закономерности обучения, нашедшие отражение в группе принципов, относящихся к интенсивному дидактическому процессу, и концентрирующиеся вокруг ведущего принципа этой группы – соответствия дидактического процесса и дидактической системы закономерностям учения.

Покажем, что последовательность этапов учения (обучения), вытекающая из принятого нами деятельностного подхода в обучении, образует общее русло, вбирающее в себя закономерности обучения, и является исходным моментом построения интенсивного дидактического процесса, направленного на усвоение содержания учебного материала.

В соответствии с деятельностным подходом, основу процесса усвоения составляют действия самого обучающегося – внешние, практические (материальные, материализованные) и внутренние, умственные. Материальное действие – это действие с реальными предметами, а материализованное – действие со знаково-символическими объектами (речь, текст, схема, формула, рисунок, чертеж и др.).

Кроме того, внешние действия (действия во внешнем плане) могут различаться по характеру преобразования. Так, с реальными предметами учащийся может осуществлять не только реальные, но и перцептивные действия, т.е. действия восприятия; а со знаково-символическими объектами – еще и речевое действие. Последнее может осуществляться в форме внешней речи (громкое проговаривание, молчаливое прописывание) и речи «про себя».

Перцептивное действие имеет идеальную (умственную) форму, но остается во внешнем план – в плане восприятия.

Умственное действие – действие во внутреннем плане, которое осуществляется без опоры на какие-либо средства.

Считается, что каждой из форм действия (перцептивной, материальной или материализованной, внешнего проговаривания, речи «про себя» и умственной) соответствует определенный уровень усвоения.

Процесс перевода действия, прежде всего его ориентировочной части, из внешнего плана во внутренний – в сознание и подсознание обучающегося определяется как процесс интериоризации. Он проходит через последовательность четырех этапов учения (обучения): материального или материализованного, внешнеречевого, внутренней речи «про себя» и умственного.

Процессу интериоризации в соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий должны предшествовать еще два этапа: мотивационный и создания (разъяснения или выделения) схемы ориентировочной основы действия (ООД) – системы указаний на то, как выполнять осваиваемое действие (рис. 10.2).

Общая последовательность этапов обучения следующая.

В первую группу входят начальный (первый) и ключевой (второй) этапы обучения (рис. 10.3). Условно эта группа обучения названа лекционной, так как в массовом обучении цели, которым служат первый и второй этапы, достигаются главным образом на проблемной лекции. Она, как увидим позднее, имеет существенное отличие от традиционной информационно-рецептивной лекции. Лекционные этапы предназначены для предъявления учащимся и первичного усвоения ими теоретической части целостного смыслового блока учебного материала (например, темы), а также знаний о способах деятельности. Кроме того, эти этапы являются стартовыми в формировании творческих умений.

Рис. 10.2. Этапы обучения в ПФУД

Рис. 10.3. Лекционные этапы обучения

Начальный этап обучения предназначен для общей ориентировки учащихся в содержании темы и обеспечения на этой основе целеполагания и мотивации. Аналогом этому этапу служит мотивационный этап создания мотивации, принятый за исходный в теории поэтапного формирования умственных действий.

Ключевой этап служит для разъяснения учебных вопросов темы, создания схем ориентировочной основы действий по каждому из них и теме в целом. Здесь главным образом путем проблемного изложения учебного материала и с опорой на средства, используемые на начальном этапе, доказательно раскрывается содержание темы, создаются условия, позволяющие организовать активную самостоятельную деятельность учащихся на последующих этапах обучения.

Особое значение на начальном и ключевом этапах обучения придается раскрытию структуры учебного материала, системе смысловых связей между понятиями, другими элементами учебных вопросов, самими вопросами темы, а также связям с материалом, на котором базируются элементы и смысловые блоки изучаемого предмета.

На лекционных этапах (ЛЭ) обучения осуществляются первые, но очень важные шаги, ведущие в последующем к усвоению содержания учебного материала на требуемом уровне. В результате же прохождения начального и ключевого этапов требовать от обучающихся выполнения каких-либо самостоятельных действий, пусть даже репродуктивных, нельзя. Учебная деятельность обучающихся на этих этапах заключается главным образом в восприятии знаний (слушание, наблюдение, конспектирование, умственное копирование деятельности преподавателя). Такая деятельность осуществляется прежде всего в форме перцептивных действий, которой сопутствуют материализованные (конспектирование) и даже умственные (первичное понимание и запоминание) действия, но без гарантии овладения действиями в этих формах. Усвоение знаний оказывается низким. Рассчитывать на их свободное воспроизведение обучающимися не приходится. Будем считать, что на начальном этапе обучения достигается лишь первый уровень усвоения содержания темы, а на ключевом – второй.

Во вторую группу этапов обучения включены этапы с третьего по шестой, получившие в теории поэтапного формирования умственных действий название этапов интериоризации: материальный или материализованного действия (третий этап), внешнеречевой (четвертый), внешней речи «про себя» (пятый) и умственный (шестой).

Этапы этой группы называются рабочими (РЭ) (рис.10.4). На них отрабатываются действия, обеспечивающие усвоение всех видов содержания учебного материала, относящиеся к каждому отдельно взятому учебному вопросу.

Рис. 10.4. Рабочие этапы обучения

Новое название этапов не означает отрицание системой интенсивного обучения процесса интериоризации. Однако этот процесс нельзя считать единственным. Во-первых, он при освоении действий, относящихся к сложному содержанию, сопровождается, как правило, процессом экстериоризации ранее усвоенного опыта. Во-вторых, внешняя речь на четвертом этапе может дополняться или даже заменяться системой тех же по форме, но сокращенных по содержанию опор, которые используются на этом этапе обучения при следовании рекомендациям теории поэтапного формирования умственных действий.

С учетом изложенного рассмотрим каждый из этапов обучения.

Итак, третий этап – формирование действия в материальной (материализованной) форме или этап выполнения обучающимся действия с полной системой опор. На этом этапе активная (интенсивная) деятельность обучающихся только начинается. Любое действие, связанное с усвоением каждого учебного вопроса, здесь выполняется пооперационно в материализованной, материальной или смешанной форме и с полной системой опор (схема ООД, конспект обучающегося, учебник, опорный конспект, обучающая программа и др.). Обучающийся уясняет состав операций выполняемых действий под наблюдением преподавателя, инструктора, более опытного товарища или обучающей (контролирующей) программы. В конце третьего этапа он должен уметь выполнять усваиваемое действие самостоятельно, безошибочно, но с необходимыми ему внешними опорами.

Важно отметить, что на этом этапе (в особенности в конце его) происходит совмещение форм действия. Наряду с формированием материально-материализованной (материализованно-материальной) формы действия параллельно начинает формироваться и речевая форма действия. При этом по мере освоения действия, часть операций как бы пропускается (сливается с другими), в то время как для выполнения остальных еще требуются вещественные опоры. По мере углубления понимания содержания операций формируемого действия схема ООД начинает постепенно переходить во внутренний план - в сознание обучающихся, т.е. присваивается ими, становясь ориентировочной основой их будущей самостоятельной деятельности.

Четвертый этап – формирование действия во внешнеречевой форме, т.е. в форме внешней (устной или письменной) речи, или этап выполнения действия с сокращённой системой опор. Здесь активизируется процесс интериоризации действия. Если в начале этапа речевые действия, связанные с усвоением элементов социального опыта, осуществляются с частичной опорой на схему ООД и другие сокращенные по сравнению с третьим этапом материализованные или материальные средства (опоры), то в конце его опорой служит сама внешняя речь - устный (письменный) рассказ (изложение), объяснение порядка выполняемого действия.

В ходе четвертого этапа действие, из-за закономерной связи между словом и мыслью, приобретает качество сознательности, глубоко осмысливается обучающимися. Пропуск этого этапа крайне нежелателен, так как именно здесь, как правило, достигается понимание материала.

Пятый этап – это этап внешней речи «про себя» или сравнительно медленного выполнения действия без внешних опор. Он является переходной ступенью, обеспечивает перевод действия в умственную форму. План очередного шага выполняемого действия обучающийся проговаривает «про себя». По мере прохождения этапа некоторые группы операций начинают выполняться слитно. Речь постепенно сокращается. То, что оказывается освоенным обучающимся, им не проговаривается. Однако темп выполнения действия остается замедленным. В случае возникновения затруднений учащемуся может оказываться незначительная помощь в виде указаний, рекомендаций общего наводящего на мысль характера. Они могут последовать от преподавателя, с экрана дисплея, от соседа по рабочему столу.

Шестой этап – умственный или этап, когда действие выполняется свободно, без всяких опор. На нем внутренняя речь переходит в «чистую» мысль. Учащийся становится полностью самостоятельным. Он сам, без прямой и опосредованной помощи преподавателя, выполняет требуемое действие, решает поставленную перед ним задачу. Контролю на этом этапе подлежат конечный результат, слитность операций и быстрота выполняемого действия.

Формируемые действия в процессе интериоризации изменяются по основным параметрам: обобщаются и абстрагируются, свертываются, ускоряются, становятся все более и более мыслительными, в результате чего постепенно на каждом этапе (с третьего по шестой включительно) соответственно повышается усвоение формируемых элементов социального опыта, относящегося к каждому учебному вопросу. В результате процесса интериоризации обучающийся присваивает схему ООД, переводит ее во внутренний план ценою собственных усилий. Все это, при умелой подборке проблемных задач, создает необходимые предпосылки для формирования творческих умений.

Этапы с седьмого по девятый называются заключительными.

Седьмой этап – этап итогового обобщения (рис. 10.5). По своей сути он вбирает в себя третий, четвертый, пятый и шестой этапы, но относится не к усвоению отдельных действий, а к деятельности в целом, состоящей из действий, усвоение которых было проведено на предшествующих этапах. Проще говоря, если на третьем - шестом этапах осуществлялось, например, изучение (перевод во внутренний план) отдельных вопросов темы, то на седьмом этапе изучается тема как целостный блок. Этап итогового обобщения может предназначаться как для обобщения индивидуального опыта, так и для выработки навыков коллективных действий. Но в обоих случаях он состоит как бы из четырех предшествующих этапов.

Рис. 10.5. Заключительные этапы (ЗЭ) обучения

Восьмой этап – этап контроля успешности обучения. Условно он может быть разделен на два подэтапа: выполнение учащимся итоговых заданий и их контроль преподавателем (оценивание). Основное назначение восьмого этапа заключается в оценке степени достижения поставленных целей обучения (изучения) смысловой части учебного материала темы, раздела или курса в целом.

Девятый этап – коррекции и доводки знаний и умений. Этот этап предназначен для того, чтобы в случае необходимости довести обученность до требуемого уровня усвоения. Этот этап в совокупности с другими этапами гарантирует требуемое (заданное) качество обучения.

Зависимость между этапами обучения, характеристиками овладения действием и соответствующими им уровням усвоения (обученности) приведена в табл. 10.1.

Если задаться требуемым уровнем усвоения учебного материала, то с помощью этой таблицы можно установить этап, на котором следует остановить изучение материала.

Таблица 10.1

Зависимость между этапами учения (обучения), характеристиками овладения действием

(знаниями, умениями) и соответствующими им уровнями усвоения (обученности)

Поставив в соответствие каждому этапу, через который нужно пройти для достижения требуемого уровня, свойственную ему дидактическую систему, можно спроектировать и затем создать целостную дидактическую систему (методику интенсивного обучения), умелая реализация которой обеспечит гарантированное (требуемое) качество обучения.

Рассмотрев изложенные выше закономерности учения, можно констатировать, что они служат первоосновой для создания интенсивного информатизированного дидактического процесса и позволяют предложить общую схему его проектирования.

Однако прежде чем перейти к его описанию заметим, что акцент на поэтапное усвоение содержания учебного материала как главную закономерность учения вовсе не означает игнорирование других научных теорий усвоения социального опыта. Это в первую очередь относится к ассоциативно-рефлекторной теории учения, творцами которой являются С.Л. Рубинштейн, Н.А. Менчинская, Д.Н. Богоявленский, Ю.А. Самарин, Е.Н. Кабанова-Меллер и др. Такая теория опирается на основные представления условно-рефлекторной деятельности головного мозга, вскрытые И.М. Сеченовым и И.П. Павловым. Ими доказано, что человеческий мозг обладает способностью устанавливать, запечатлевать и воспроизводить связи (ассоциации) между отдельными событиями, фактами, образами. Согласно ассоциативно-рефлекторной теории усвоение содержания учебного материала и формирование личностных качеств человека есть процесс образования в его сознании как простых, так и сложных (системных) связей. В концепции СИИО акцентируется внимание на системном видении обучающимся усваиваемого им содержания учебного материала на всех описанных выше девяти этапах учения.

Теория содержательного обобщения В.В. Давыдова и Д.Б. Эльконина основана на положении о ведущей роли теоретических знаний. Это положение реализуется в основной схеме усвоения содержания обучения:

З^Т ® З^А ® У^А ® У^Тв,

где З^Т – теоретические знания; З^А – знания о способах деятельности (алгоритмах); У^А – умения выполнять практические и интеллектуальные действия на основе знания алгоритмов; У^Тв – творческие умения.

Творческие умения могут формироваться в ходе овладения не только содержанием учебного материала путем решения задач творческого характера в соответствующей предметной области, но и в ходе овладения каждым из указанных в схеме предшествующих им элементов содержания.

К сказанному по поводу теории содержательного обобщения следует добавить, что нами разделяется критический взгляд авторов этой теории на наглядность как простую иллюстрацию объекта или явления, формирующую обобщения эмпирического характера. Поэтому в число принципов СИИО взамен традиционного принципа наглядности включен принцип сочетания абстрактности мышления с наглядностью в обучении, предполагающий использование предметных или знаковых моделей, позволяющих выделить существенные признаки объекта или явления.

Концепция СИИО не отрицает полезность использования бихевиористической теории учения (Э. Торндайк, Д. Уотсон, Б. Скинер и др.), в которой общая формула усвоения выглядит как «стимул (побудительная причина к действию) – реакция на стимул (само действие) – подкрепление (сигнал о правильности выполненного действия и стимулирующее вознаграждение)». Применение этой формулы в педагогической практике оправдано, по нашему мнению, прежде всего на рабочих этапах обучения в тех частных случаях, когда возникает необходимость овладеть умением выполнять сравнительно простые действия путем их многократного повторения, т.е. в ходе тренажа.

Эффективное усвоение в СИИО больших доз пусть даже хорошо структурированного учебного материала предусматривает его сжатие и представление в форме, позволяющей одномоментно запечатлеть заключенное в нем содержание. Примерно об этом говорит и гештальт-теория усвоения (М. Вертхеймер, Г. Мюллер, В. Келер и др.). Поэтому можно считать, что ее ключевое положение о необходимости целостной организации объекта восприятия нашло отражение и в концепции СИИО, в которой широко используются такие формы обобщенного представления содержания, как опорный конспект (ОК), граф, структурно-логическая схема (СЛС).

Проведенные в Военной академии имени Ф.Э. Дзержинского длительные исследования суггестопедического подхода в обучении, сопровождавшиеся педагогическими экспериментами по изучению различных дисциплин, показали его служебную, а не ведущую роль в усвоении учебного материала. Вместе с тем они подтвердили значимость в обучении эмоционального внушения (суггестии) во всех тех случаях, когда научная достоверность системно представленного содержания учебного материала обучения остается главной в процессах его понимания и запоминания. Поэтому в СИИО не отрицается, а предусматривается создание благоприятных психолого-педагогических условий обучения путем использования суггестивных факторов, оказывающих благоприятное влияние на усвоение содержания учебного материала. К числу этих факторов относятся авторитет преподавателя, инфантилизация – установление обстановки безусловного доверия к тому, о чем он говорит, двуплановость при сообщении информации, достигаемая за счет ораторского искусства преподавателя и комфортных условий интерьера, погружение – концентрированное изучение учебной дисциплины, ведущееся непрерывно в течение нескольких часов в день или даже недель.

Заметим, что перечисленные факторы суггестии правомерно считать и составляющими опыта эмоционального отношения к действительности (О^Э), являющегося частью содержания, подлежащего усвоению.

Изложенное выше является, в конечном счете, подтверждением и следствием того обстоятельства, что обучение в СИИО рассматривается как целостное явление (рис. 10.6). Педагогическая система, в рамках которой оно ведется, всегда открыта для совершенствования и способна вобрать в себя все разумное в педагогической науке и практике обучения, отведя ему подобающее место.

10.1.4.П

остановка дидактической задачи

Проектирование технологии обучения заключается в постановке дидактической задачи (ДЗ) и формировании дидактической системы (ДС) – системы методов, средств и форм обучения, адекватных условиям и закономерностям учения (рис. 10.7). При этом объем ДЗ определяется смысловой дозой содержания учебного материала, подлежащего изучению (учебный вопрос, тема, раздел, часть учебной дисциплины или дисциплина в целом).

Рис. 10.6. Структура педагогической системы

Рис. 10.7. Этапы создания педагогической системы

Будем рассматривать процесс постановки ДЗ на примере темы (рис. 10.8 и 10.9). Такая смысловая доза содержится, как правило, в любой учебной дисциплине. Ее усвоение учащимися позволяет им осуществлять сложное действие, а в отдельных случаях и деятельность.

Рис. 10.8. Общая схема проектирования СИИО

Рис. 10.9. Постановка дидактической задачи

10.1.5.Задание целей обучения

Цель изучения темы – планируемый (требуемый) результат обучения, достижение которого в ходе интенсивного дидактического процесса является обязательным. Она задается в виде требуемого уровня усвоения предметных умений.

В СИИО принято говорить о шести уровнях усвоения. Первый и второй уровни достигаются на лекционных (первом и втором) этапах обучения. После их прохождения возможность самостоятельного выполнения обучающимся действия даже с полной системой опор (конспект, учебник, учебное пособие, схема ООД, опорный конспект и др.) крайне затруднена. Обучающийся не может, как правило, продемонстрировать умение воспроизвести лекционный материал темы.

Достижение более высокого уровня усвоения содержания обучения (третьего – выполнения действия с полной системой внешних опор; четвертого – выполнения действия с сокращенной системой внешних опор; пятого – выполнения действия без внешних опор, но медленно; шестого – выполнения действия свободно, без опор) оказывается возможным лишь на этапе итогового обобщения (седьмом), на котором после изучения отдельных вопросов темы на рабочих (третьем – шестом) этапах формируются умения, отражающие содержание темы в целом: воспроизвести знание теоретической части темы – ЗТ, знание алгоритма – ЗА, умение выполнить действие в соответствии с его алгоритмом – УА. При этом следует помнить, что интенсивное обучение предусматривает формирование у обучающихся творческих умений (УТв) и опыта эмоционального отношения к предмету и окружающей человека действительности (ОЭ). Уровень их усвоения не задается, но они должны преднамеренно формироваться преподавателем и проявляться у обучающихся. Формулировка цели в терминах умений ориентирует преподавателя на проектирование системы обучения, гарантирующей достижение требуемого (заданного) качества обучения, а обучающихся на ее достижение.

Вместе с тем при задании уровней усвоения элемента содержания изучаемой темы и проектировании дидактической системы, обеспечивающей их достижение, следует учитывать место темы и роль, которую она играет в учебной дисциплине. Так, тема «Концепция СИИО» является первой и вместе с тем базовой в курсе «Теория и методика СИИО». Ее содержание включает в себя теоретические знания и полученный на их основе обобщенный алгоритм (общую схему) проектирования СИИО. На этой весьма сложной для усвоения теме строится весь последующий каркас курса, где ее положения должны многократно применяться, а следовательно, и все глубже усваиваться. Учитывая эти обстоятельства, следует считать правильным при изучении темы в начале курса задать четвертый уровень усвоения ЗТ и ЗА. Этот уровень обеспечит понимание материала темы и ее осознанное применение в дальнейшем. Результатом такого подхода будет общая экономия учебного времени при изучении курса и достижение обучающимися пятого или даже шестого уровня усвоения темы.

Если тема не связана с темами других учебных дисциплин, то преподаватель сам определяет уровень ее усвоения. Для этого он анализирует межтемные (внутридисциплинарные) связи и исходя из конкретных целей обеспечиваемых тем определяет требуемый для данной темы уровень обученности.

Если тема обеспечивает темы других дисциплин, то требуемый уровень обученности определяется исходя из интересов тех учебных дисциплин, для которых имеет значение изучение вопросов рассматриваемой темы.

10.1.6.Отбор и структурирование учебного материала

После установления цели изучения темы необходимо для ее достижения отобрать соответствующее содержание и провести его структурирование. Работа преподавателя на этом этапе постановки дидактической задачи включает в себя:

• определение источников информации, которые могут послужить основой для отбора содержания темы;

• анализ источников информации и отбор из них того содержания, которое соответствовало бы цели изучения темы;

• макро- и микроструктурирование отобранного содержания, раскрывающие всю систему его внутритемных, межтемных и междисциплинарных смысловых связей.

Определение источников информации целесообразно начинать с анализа перечня литературы, помещаемого в конце учебной программы по дисциплине. В него, как правило, включаются основные литературные источники, которые использовали авторы программы. Кроме того, авторы включают в состав перечня и последние вышедшие книги по данному предмету.

Весьма полезные сведения об источниках информации могут быть получены из библиографических списков учебников и учебных пособий, а также путем анализа структуры и состава учебно-методических комплексов. При этом следует учитывать, что в учебной литературе используются различные способы группировки источников:

• алфавитный, в порядке упоминания источника в тексте, по разделам, главам книги,

• систематический (в логической последовательности какого-то раздела предмета),

• хронологический (показывающий историю развития и изучения науки или хронологию описываемых событий),

• топографический (когда внимание читателя обращается на региональный характер литературы).

Важную роль при определении источников информации могут играть широко распространенные научно-библиографические издания, библиотечные каталоги и картотеки, а также уже получившие широкое распространение автоматизированные информационно-библиографические системы. Лучшие из них (например, «Марк») обеспечивают подключение к международным сетям научно-технической информации.

Особое, а в целом ряде учебных дисциплин главенствующее положение среди источников информации занимают нормативные документы: законы, постановления директивных органов, уставы, наставления и др. Их включение в число источников информации, подлежащих анализу, является обязательным.

Деятельность разработчика СИИО по определению источников учебной, научной, директивной и иной информации, которые необходимы для последующего углубленного анализа их и отбора содержания обучения, целесообразно завершить созданием его личной картотеки в обычной или электронной форме.

Анализ выявленных источников информации и отбор из них содержания учебного материала следует проводить, руководствуясь принципами, относящимися прежде всего непосредственно к целям и содержанию обучения.

После отбора из различных источников информации блоков материалов, которые предполагается включить в тему, следует приступить к структурированию ее содержания.

Структурирование содержания темы. Суть процесса структурирования состоит в том, чтобы выявить систему смысловых связей между элементами дидактической единицы содержания (учебной дисциплины, ее части, раздела, темы, вопроса) и расположить учебный материал в последовательности, которая вытекает из этой системы связей. Применительно к структурированию содержания темы это означает необходимость выполнения действий по выявлению системы смысловых связей между ее учебными вопросами и их элементами. После чего следует расположить учебный материал в последовательности, которая учитывала бы логику выявленных взаимосвязей, и отразить результаты работы в наглядной форме – в виде матрицы связей или графа учебной информации, листа основного содержания (ЛОС) и его электронного аналога (ЭЛОС).

Структурирование содержания с помощью матриц и графов наиболее целесообразно для дисциплин физико-математического и технического направлений, т.е. для дисциплин, основанных на точных науках.

Для дисциплин гуманитарного цикла наиболее целесообразен комплексно-блочный метод, основанный на глубоком смысловом анализе содержания учебных элементов и всей совокупности связей между ними. На основе этого метода разрабатывается структурно-логическая схема, основанная на разбивке содержания на смысловые блоки, ведущим видом связи между которыми является функционально-смысловая связь.

Следуя этим принципам (рис. 10.10), разработчик СИИО должен обеспечить:

Рис. 10.10. Принципы, относящиеся к целям и содержанию

• систему целей учебной дисциплины, входящей в систему предметов учебного плана;

• отбор материала по принципу генерализации – концентрации содержания темы вокруг ведущих идей, принципов и закономерностей науки, на которых базируется учебная дисциплина;

• отбор по принципу историзма, руководствуясь которым следует раскрыть предысторию, состояние и тенденции развития научного содержания темы;

• отбор по принципу целостности и комплексности научного содержания учебной дисциплины, требующий сохранить целостность научного знания, на котором она построена и обеспечить адаптацию содержания учебного материала к будущей профессиональной деятельности специалиста и к другим учебным дисциплинам путем задания необходимого для этого уровня его усвоения.

Анализируя с позиций указанных принципов учебник или другую книгу, следует прежде всего обратить внимание на структуру издания. В наиболее полном виде структура учебного издания рассмотрена П.Г. Бугой, посвятившим многие годы своей жизни работе над теорией и практикой создания учебных книг. Она представляет собой следующие друг за другом элементы: оглавление – предисловие – методические рекомендации – основной текст (введение, части, разделы, главы, параграфы, контрольные вопросы и задания) – заключение – приложение –– литература – указатели.

Прежде чем углубляться в содержание какого-либо элемента основ­ной части текста книги, полезно ознакомиться с ее справочно-сопроводи­тельным аппаратом (оглавлением, предисловием, заключением).

Правильно прочитанное оглавление не только позволит найти необходимое для отбора содержания темы место в книге, но и даст возможность получить общее представление о ней и о квалификации ее авторов. Если книга разделена на части, то следует прочитать названия этих частей и установить степень их смыслового соответствия названию книги. Такой же прием прочтения оглавления применяется и по отношению к другим смысловым частям его: названия разделов сопоставляются с названием части, в которую они входят; названия глав – с названием раздела; параграфов – с названием главы. В результате такого прочтения оглавления могут быть выделены основной смысловой скелет книги и место в нем того материала, который должен быть проанализирован, отобран и включен в содержание разрабатываемой темы.

Предисловие представляет собой вводный текст. В нем кратко характеризуется роль и значение учебной дисциплины в подготовке специалиста. Раскрываются ее цели и связи с другими дисциплинами учебного плана. Показываются особенности и отличия данного издания от предшествующих публикаций.

Заключение подводит итог изложенного в книге материала. Ознакомление с ним до обращения читателя к основному тексту или сразу после прочтения введения позволяет акцентировать внимание на особо значимых вопросах, которые отражены в книге, а также на проблемах, еще не нашедших своего разрешения.

Введение по праву считается важнейшей составной частью текста издания. Оно ориентирует читателя в содержании основной части книги и тем самым готовит его к ее усвоению. Введение дает первичное понимание состояния освещаемых в книге проблем, раскрывает предысторию их возникновения и развития, связи с другими областями знаний. Внимательное прочтение правильно построенного введения способствует осмыслению структуры издания и его направленности на решение практических задач.

Матрица связей содержания обучения.

С помощью матрицы можно наглядно представить формально-логическую систему смысловых связей между различными по объему содержания дидактическими единицами. Так, например, можно говорить о матрице содержательных смысловых связей между учебными дисциплинами, т.е. о междисциплинарной матрице; или о межтемной матрице; а в интересующем нас случае – о внутритемной матрице.

Любая из матриц строится по одному и тому же правилу: на пересечении строк и столбцов отмечается (например, знаком «+» или цифрой 1) наличие связи между этими дидактическими единицами (дисциплинами, разделами, темами, вопросами).

Если связи между дидактическими единицами не противоречат законам формальной логики, то матрица будет треугольной и ниже ее главной диагонали не окажется заполненных клеток. Если это будет не так, то корректировкой содержания и изменением последовательности его расположения добиваются логической последовательности изучения.

В табл. 10.2 приведен абстрактный пример матрицы внутритемных связей. Она фиксирует взаимосвязи между пятью условными вопросами темы. О подобных матрицах говорят, что они имеют размерность n´n (в нашем примере 5´5). На пересечении строк и столбцов цифрой 1 указано наличие связи между соответствующими вопросами темы, а цифрой 0 - отсутствие связи. Так, например, на пересечении второй строки и четвертого столбца стоит 1, что означает необходимость использования учебного материала второго вопроса при изучении четвертого вопроса темы.

Таблица 10.2

Пример матрицы внутритемных связей

В табл. 10.3 показана реальная матрица внутритемных связей темы «Основные кинематические характеристики движения материальной точки», в которой отражена система связей между всеми ее четырьмя вопросами:

• кинематические задачи;

• основные кинематические характеристики движения материальной точки;

• движение с заданным ускорением;

• движение с постоянным ускорением

Таблица 10.3.

Матрица внутритемных связей темы «Основные кинематические характеристики движения материальной точки»

Треугольная форма рабочего поля матрицы (отсутствие связей между вопросами темы ниже главной диагонали матрицы) свидетельствует о правильном выборе последовательности изучения вопросов темы.

Граф учебной информации темы.

Граф учебной информации – это множество элементов содержания, построенных в определенных связях и отношениях. В отличие от матрицы связей, отражающей формально-логические связи элементов содержания, граф демонстрирует выбранный преподавателем замысел построения и изложения учебного материала.

Основные виды отображения на графе учебной информации приведены на рис. 10.11. Метод индукции означает переход от знаний меньшей общности к знаниям большей общности (рис. 10.11,а). Дедуктивный метод, который применяется, как правило, в теоретических науках, базирующихся на математических методах, – это переход от изучения более общих положений и теорий к частным вопросам (рис. 10.11,б). Линейная структура (рис. 10.11,в) имеет вид взаимнооднозначного отображения элементов содержания одинаковой общности.

Рис. 10.11. Основные виды отображения на графе учебной информации:
а – индуктивное отображение; б – дедуктивное отображение; в – взаимнооднонозначное отображение

В качестве примера на рис. 10.12 приведен граф темы «Основные кинематические характеристики движения материальной точки», построенный дедуктивным методом, а в табл. 10.4 представлена его спецификация.

Рис. 10.12. Граф темы «Основные кинематические характеристики движения материальной точки»

Таблица 10.4.

Спецификация графа темы «Основные кинематические характеристики движения материальной точки»

В графе «Требуемый уровень обученности» зашифрованы умения и уровни усвоения. Цифрами указан уровень усвоения действий, например:

• З^Т₆ – теоретическое содержание учебного вопроса должно быть усвоено обучающимся так, что он должен продемонстрировать умение свободно и безошибочно воспроизвести его содержание, не обращаясь к источникам информации, т.е. без внешних опор;

• З^Т₅ – то же, но медленно, без опор, проговаривая про себя;

• З^Т₃ – то же, но с полной системой опор;

• З^А₄ – учащийся должен продемонстрировать знание алгоритма решения задачи с сокращенной системой опор;

• У^А₅ – учащийся должен показать умение решать задачу по известному алгоритму ее решения, медленно, проговаривая про себя.

10.1.7.Задание требуемых уровней усвоения и исходных уровней обученности

Учебным вопросам структурированного содержания темы необходимо задать требуемый уровень их усвоения. Для этого преподаватель должен знать, какой исходный уровень обученности должны иметь студенты, начинающие изучение вопросов темы, и какой уровень усвоения изучаемых вопросов необходимо обеспечить, чтобы создать условия для эффективного усвоения тем данной и других (последующих) дисциплин.

Для задания требуемого уровня усвоения изучаемого материала и для установления требуемых исходных уровней обученности строятся матрицы межтемных и междисциплинарных связей.

Матрица межтемных связей отражает связь учебных вопросов данной темы с предыдущими и последующими темами учебной дисциплины (табл. 10.5).

Таблица 10.5.

Матрица межтемных связей

На пересечениях строк и столбцов матрицы ставится требуемый для каждой последующей темы уровень усвоения (верхняя цифра в соответствующей клетке пересечения). Окончательно этот уровень устанавливается как максимальный из всех уровней, обусловленных требованиями последующих тем.

Если рассматриваемая тема обеспечивает другие учебные дисциплины, то строится матрица междисциплинарных связей (табл. 10.6).

Таблица 10.6.

Матрица междисциплинарных связей вопросов темы

Эта матрица отражает связь учебных вопросов данной темы с другими дисциплинами. Построение такой матрицы аналогично рассмотренной ранее, но уровень обученности устанавливает преподаватель, отвечающий за ту учебную дисциплину, которой соответствует вопрос данной темы. Окончательное значение уровня усвоения учебного вопроса темы определяется как максимальное значение уровней, полученных из анализа матриц межтемных и междисциплинарных связей.

Исходный уровень обученности устанавливается с помощью все тех же матриц, что и требуемый уровень усвоения – матриц межтемных и междисциплинарных связей. На пересечениях строк и столбцов нижняя цифра соответствует требуемому исходному уровню обученности для предыдущих тем или учебных дисциплин.

В матрице междисциплинарных связей у базовых учебных дисциплин, для которых определяется исходный уровень обученности, могут указываться темы, имеющие значение для изучения вопросов рассматриваемой темы (например, в табл. 10.6 для дисциплины 1 указаны темы 1.1 и 1.2). В этом случае требуемый исходный уровень обученности относится к этим темам учебных базовых дисциплин. Принцип выбора исходного уровня обученности по значению максимально требуемого сохраняется и в этом случае. Например, для вопроса 5.2 темы 5 требуемый исходный уровень обученности по теме 1.1 базовой учебной дисциплины 1 установлен равным трем, для вопроса 5.4 – шести, для вопроса 5.5 – четырем, а окончательное значение требуемого исходного уровня обученности по теме 1.1 первой базовой дисциплины установлено равным шести.

В заключение отметим, что задание требуемых уровней усвоения изучаемого материала является одной из важнейших предпосылок гарантии того, что спроектированная СИИО обеспечит достижение требуемого качества обучения.

10.2.Психолого-педагогические основы компьютерного обучения и проектирование педагогических систем «Компьютика»

Материал данного параграфа является кратким изложением первых двух частей книги профессора В.П. Беспалько [10.2]. Подзаголовок этой книги «Педагогика третьего тысячелетия» и не проанализировать ее было бы неправильно. Без изложения основных идей, высказанных в этой книге, трудно провести их сравнение с другими методиками проектирования педагогических систем.

10.2.1.Основные положения

Всякий умеющий читать, писать и говорить имеет склонность считать себя пригодным для преподавательской работы. Вместе с тем, существует наука педагогика, знание законов которой только и может сделать процесс обучения осмысленным и целенаправленным.

Традиционная система обучения, в значительной степени построенная на интуиции и здравом смысле, все же позволяет так или иначе исправлять педагогические ошибки преподавателя. При компьютерном обучении такой возможности нет. То, что заложено в компьютерную дидактическую систему, будет функционировать в отрыве от создателей, достигая или не достигая поставленных целей. Создавая компьютерные средства обучения, преподаватель (носитель учебной информации по предмету) должен, конечно же, сотрудничать с методистом, хорошо знающим законы педагогики и психологии. Однако ему самому придется принять одну из возможных психолого-педагогических концепций и спроектировать дидактическую систему. Да, наконец, и разговаривать они должны на одном языке, то есть использовать научную систему понятий и терминологии.

Далее будут представлены основные понятия, касающиеся педагогической системы, свойств и качеств личности учащегося. Рассмотрены особенности представления (предъявления) учебной информации, критерии усвоения учебных элементов и способы диагностики знаний умений и навыков.

10.2.2.Некоторые психологические предпосылки к образованию и обучению

1. «Все люди существенно различны как по своим физическим, так и психическим задаткам. Каждый человек является носителем только ему присущих специальных способностей к вполне определенным видам человеческой деятельности.

Образование – это развитие человеческих врожденных способностей. Все образование следует строить вокруг доминантных специальных способностей учащегося и немного из смежных видов деятельности. И это будет персонализированное «всестороннее и гармоничное образование и развитие».

2. «Мотивация – это человеческое стремление … проявить себя в том, к чему он чувствует себя потенциально способным» (A.H.Маслов, 1970 г.).

«Под мотивацией следует понимать генетическое стремление человека к самореализации в соответствии с его врожденными способностями к определенным видам деятельности и настойчивость в овладении ею на творческом уровне. Это активное и устойчивое стремление реализуется во вполне видимые достижения только тогда, когда возникают (создаются) необходимые условия для этого. В противном случае самореализация в большей или меньшей степени подавляется немотивированными видами деятельности, достижения в которых не могут превышать исполнительского уровня».

3. Цели образования, обучения и оценки их качества усвоения должны быть сформулированы с предельной точностью, т. е. диагностично. Без этого нет объективного контроля качества обучения.

4. Никто и никогда не подсчитывал, достаточно ли учащемуся времени, отведенного по учебному плану для усвоения с требуемым качеством заданного в учебнике объема информации.

5. Структура процесса обучения – это схема движения учащегося от незнания к знанию.

Человек в своем познании продвигается по уровням усвоения и формам деятельности. По уровням усвоения он передвигается от узнавания к подражанию (копированию) и далее к эвристическому и творческому действиям. По формам деятельности учащийся продвигается от материальной к материализованной и от нее к речевой и умственной. Даже полностью осознавая этот факт, преподаватель не может реализовать учебный процесс в соответствии с закономерностями процесса обучения и по уровням усвоения, и по формам деятельности в условиях массового обучения и отсутствия компьютерных обучающих программ.

6. Поскольку учащиеся различаются темпом усвоения, то учитель или компьютер должны обеспечить организацию собственной активности учащихся и управление этой активностью, а не быть только источниками предоставления информации.

7. Чрезвычайно низка оценка социальной значимости учительской профессии и оплата труда учителя. Учет качества труда учителя сдерживается недостаточной разработанностью соответствующих критериев и процедур.

Желательно разработать такую модель организации образования и процесса обучения, которая учитывала бы все эти предпосылки.

10.2.3.Свойства и качества личности

Будем рассматривать свойства и качества личности как требования и ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании ЭУМК.

Свойства личности психологами систематизированы (рис. 10.13).

В каждом отдельном человеке перечисленные на рис. 10.13 свойства и качества проявляются в различной степени.

На основании совокупности характерных свойств и качеств психологами делались попытки выделить профиль личности по ее направленности на вполне определенную область деятельности, т.е. выделить личностные типы: теоретический, экономический, эстетический, общественный, политический, религиозный, индустриальный, информационный. С опорой на структуру личности и личностные типы можно задавать цели образования как на уровне социального (государственного) заказа, так и на уровне отдельных предметов.

Задать цель образования или обучения диагностично - это значит:

• исходные и конечные свойства и качества объекта описать настолько точно, чтобы они могли быть всегда безошибочно опознаны;

• чтобы значения свойств и качеств преобразуемого объекта могли быть измерены;

• чтобы результаты измерения могли быть соотнесены с определенной шкалой оценки.

Конечная цель образования – это описание того, какая личность должна быть воспитана (сформирована) в ходе образовательного процесса, т.е. какими должны быть социальные, экзистенциальные (профессиональные), психические и биологические свойства выпускника учебного заведения.

Наиболее полно разработаны методы диагностичного описания экзистенциальных и психических свойств личности, наименее – социальных, несмотря на их ведущую роль в структуре личности. Остановимся более подробно на экзистенциальных или профессиональных свойствах личности (existence – независимое и успешное выживание). Определим эти свойства как профессиональные, так как профессиональное образование является венцом образования (рис. 10.14).

Рис. 10.13. Структура личности

Рис. 10.14. Экзистенциальные свойства личности

При любом выборе профессиональной направленности начинает работать механизм отбора информационного содержания образования. Все предметы разбиваются на группы соответственно целям формирования и развития тех интеллектуальных способностей, которые являются необходимыми для данного вида деятельности. Группа 1 –основа будущей профессиональной деятельности; группа 2 –предметы, изучаемые только в связи с потребностями научной аргументации построения объектов и процессов, изучаемых предметами группы 1; группа 3 – общеразвивающие предметы. Для обеспечения информационного содержания каждого предмета создана методика его детализированного анализа. В основе методики лежат:

• построение логической структуры учебного предмета;

• выявление единицы содержания обучения - «учебный элемент» (УЭ);

• введение понятия «ступень абстракции» в описании УЭ в учебном предмете.

10.2.4.Логическая структура и учебный элемент

Логическая структура – это граф понятий и связей между ними. Строится он в виде опрокинутого кроной вниз дерева. Рассмотрим его на примере логической структуры математической науки (рис. 10.15)

Рис. 10.15. Логическая структура математической науки

В корне графа расположен исходный объект классификации (1. Математика), далее идут составные части исходного объекта, выделенные по определенному признаку (2; 3; 4; 5 – разделы математики). Каждая часть разделяется на подразделы (6; 7; 8 – подразделы раздела 2).

Число ступеней (порядков) графа зависит от требуемой подробности классификации, а выбор признаков – от целей классификации. Каждый объект классификации при необходимости его подробного рассмотрения может быть представлен в виде самостоятельного графа (рис. 10.16).

Рис. 10.16. Логическая структура предмета «Арифметика»

Поскольку в учебных заведениях науки никогда не изучаются в полном объеме, то всегда учебная программа по предмету – это некоторое ограниченное по тем или иным соображениям число объектов изучаемой науки.

Объекты науки, отобранные для изучения и названные учебными элементами, которые представляют собой элементарные частицы учебного материала, каждая из которых является предметом, явлением (процессом) или методом деятельности. На рис. 10.16 можно видеть все разновидности УЭ: предметы или объекты; явления или процессы; методы деятельности.

С помощью таких графов легче решать вопросы отбора УЭ из логической структуры соответствующей науки, ликвидировать дублирование их в разных предметах, устанавливать межпредметные связи.

Граф учебного предмета показывает число изучаемых учебных элементов и связи между ними, что важно для анализа посильности усвоения учебного предмета по его объему. Соотношение графов науки и соответствующего учебного предмета очень полезно преподавателям, ведущим занятия по данному предмету.

10.2.5.Ступени абстракции описания учебных элементов

Учебная информация различается в зависимости от глубины научного проникновения в сущность УЭ. Упрощение реальных свойств объектов в целях выделения существенных для их изучения свойств и качеств – это некая абстракция. Возможны четыре ступени абстракции в описании УЭ.

Ступень 1 – феноменологическая – это внешнее описание УЭ на естественном языке (описательное изложение).

Ступень 2 – качественная теория, предоставляющая возможность предсказаний, используется специфический язык науки с терминологией и символикой. На этой ступени абстракции все еще находятся многие, так называемые, гуманитарные и социальные науки, в том числе педагогика и психология.

Ступень 3 – количественная теория, которая создает математическую модель объекта науки и обеспечивает наиболее полное знание закономерностей его поведения. Прогнозируется будущее поведение и состояние объекта. Применение управляющих воздействий изменяет их в требуемом направлении.

Ступень 4 – аксиоматическая теория – высшая ступень развития науки в целом, учитывающая общность законов функционирования объектов, принадлежащих разным наукам (теории систем, биофизике, физической химии, кибернетике и т.д.).

Объективно любая наука и соответственно каждый учебный предмет могут быть изложены на любой ступени абстракции при условии, что они достигли ее в своем развитии. На каком языке излагать информацию о УЭ, т.е. на каком языке надо научить учащихся говорить, думать и мыслить зависит от потребности учащегося в его будущей деятельности и доступности этого языка для него.

Для сравнения разных предметов по ступеням абстракции можно ввести коэффициент абстракции К_а =1-4 или относительный коэффициент абстракции в зависимости от уровня развития соответствующей науки

К_{а отн}= К_{а пр.}/ К_{а н} ,

где К_{а отн.} – относительный коэффициент абстракции данного учебного предмета; К_{а пр} – ступень абстракции изложения предмета; К_{а н} – ступень абстракции, достигнутая в соответствующей науке.

10.2.6.Уровни усвоения знаний, умений, навыков

По сути дела обучение – это процесс усвоения (овладения) знаний, умений, навыков на требуемом уровне за определенный период.

Под уровнем усвоения понимают степень мастерства овладения деятельностью, достигнутую учащимся в результате обучения. Параметр уровень усвоения, обладая полной диагностичностью, позволяет точно задать цель изучения предмета и каждого учебного элемента, а также проверить с любой точностью и надежностью степень их усвоения учащимися (рис. 10.17).

При репродуктивном усвоении учащийся лишь воспроизводит ранее усвоенную информацию (с помощью речи или в уме) о методах деятельности и в практически неизменном виде применяет ее для выполнения типовых действий. Мастерство выполнения действий, в свою очередь, зависит от полноты усвоения. При продуктивном усвоении учащийся не только воспроизводит ранее усвоенную информацию и применяет ее в процессе деятельности, но и преобразует ее для использования в нестандартных (нетиповых) условиях.

Рис. 10.17. Уровни усвоения деятельности

Отличительная особенность человека (его сознания и мышления) состоит в том, что он может выполнять как репродуктивную, так и продуктивную деятельность при недостатке информации, приобретая ее по ходу действия из других источников.

Репродуктивная деятельность с подсказкой называется узнаванием. Это первый (начальный) уровень усвоения, его еще называют знакомством. Подсказкой является не только помощь другого человека, но и любая помощь извне, которую получает учащийся при использовании любого внешнего источника информации о правилах деятельности (справочник, инструкция, учебник, на­ставник, инструктор и др.).

Следующий уровень усвоения деятельности это репродуктивная деятельность по памяти, когда все необходимые правила действия воспроизводятся учащимся самостоятельно, поскольку они надежно закреплены в его долговременной памяти. Это второй уровень усвоения и второй уровень возможного мастерства выполнения последовательности действий. На этом уровне учащийся без помощи извне (подсказки) воспроизводит ранее усвоенную информацию и решает типовые задачи, выполняя самостоятельно необходимые действия.

Третьим уровнем усвоения является такое усвоение информации учащимся, при котором он достигает умения применять ее в нестандартных ситуациях и при решении нетиповых задач. При этом учащийся изменяет (преобразовывает) исходные условия задачи, чтобы свести их к ранее изученным типовым методам решения. Эта деятельность названа эвристической, как и уровень усвоения. В процессе деятельности на этом уровне учащийся усваивает новую для себя информацию и обогащает свой опыт по отношению к тому опыту, которым он уже овладел на первом и втором уровнях. Это, однако, субъективно новая информация, т.е. новая только для учащегося, но хорошо известная в науке. Эвристическая деятельность требует от учащегося не только хорошего запоминания информации, но и развитых умений рассуждать и мыслить.

Высшим (четвертым) возможным уровнем усвоения является творческое усвоение информации о некоторой деятельности. На этом уровне учащийся демонстрирует умения осуществлять исследовательскую и изобретательскую деятельности, которые приносят человечеству так называемую объективно новую информацию, т.е. информацию, обогащающую существующую науку. Люди, способные заниматься творческой деятельностью, обладают ярко выраженной одаренностью к какой-либо ее разновидности: физике или литературе, шахматам или баскетболу, рисованию, пению или танцам. Такие ярко одаренные личности проявляются в виде творцов уже в раннем детстве, импровизируя в данном виде деятельности и успешно подражая мастерам. Творческая деятельность - это высший уровень развития человеческой способности к применению ранее усвоенной информации путем ее преобразования, совершенствования и создания ее логически развивающихся продолжений. Объективно наблюдаемые уровни усвоения как некоторые ступени развития мастерства человека в ходе его обучения и приобретения опыта работы показывают, что творческая деятельность – это логический результат подъема по ступенькам с первого по четвертый уровень. Этот подъем, возможный для любого человека, совершается только при условии специальной одаренности человека к овладению данным видом деятельности и образования, успешно развивающего его задатки.

Уровни усвоения деятельности представлены в табл.10.7.

Таблица 10.7.

Уровни усвоения деятельности

Заметим, что рассмотренная классификация уровней усвоения деятельности послужила основой для многих других систем. Наибольшие расхождения наблюдаются в определениях четвертого уровня. Как уровень профессиональной деятельности человека четвертый уровень не вызывает сомнений, но если речь идет о работе в обучающей среде, то этот уровень почти никогда не достигается (да и цель такая не ставится). Реально проверить достижение этого уровня в обучающей среде не возможно. В таком случае необходимо уточнить, а возможно и разбить третий уровень усвоения деятельности в обучении на два подуровня.

При этом к третьему уровню можно отнести решение учащимся комплексных нетиповых задач, требующих анализа и приведения их к совокупности типовых, для которых существуют решения, усвоенные на втором уровне.

К четвертому уровню усвоения деятельности можно отнести продуктивную деятельность, требующую синтеза и оценки.

10.2.7.Оценка уровня усвоения, шкалы оценок

Уровень усвоения является диагностично заданным параметром, так как для него не только однозначно определено описание уровней, позволяющее четко разграничивать деятельность на одном уровне от деятельности на другом, но и точно заданы две другие операции диагностичного описания цели - измерение и оценка. Измерение уровня усвоения осуществляется путем введения понятия «существенная операция деятельности», под которым понимают все действия, выполняемые деятелем, ведущие к достижению цели деятельности. Так, если учащийся решает математическую задачу, состоящую из m математических действий, и при описании решения допускает грамматические ошибки, то эти ошибки считаются несущественными операциями его деятельности и в расчет успешности усвоения не принимаются. Число существенных операций в этом примере равно m. Если же учащийся совершает ошибки в математических действиях, то подсчитывается число правильно выполненных им существенных операций n, которое затем соотносится с общим числом существенных операций m, что дает представле­ние о качестве усвоения. Отношение n к m называется коэффициентом усвоения : К_у = n / m.

Понятно, что 0 < К_у < 1 на любом уровне усвоения.

10.2.8.Автоматизация деятельности (формирование навыка)

В ряде случаев необходимо не только овладеть деятельностью на заданных ступенях абстракции и уровне усвоения, но и владеть ею так, чтобы можно было при необходимости включиться в деятельность «с места», не долго раздумывая с чего начать и чем закончить ее. Параметром, характеризующим деятельность в этом отношении, является ее автоматизация. Наблюдая за людьми, осуществляющими одну и ту же деятельность (например, управление автомобилем), легко заметить, что выполняют они последовательность действий с разной степенью легкости: одни - медленно и как бы с трудом, другие – быстро красиво и играючи. И те, и другие уже овладели необходимым мастерством, но у первых действия еще не автоматизированы и навык еще не сформировался, тогда как у вторых это уже произошло. Чтобы судить о степени сформированности навыка и задаваться соответствующей целью, вводится параметр автоматизация. Его наиболее простое выражение – это время Т, необходимое для выполнения действия. Относительным показателем автоматизации является коэффициент автоматизации, или коэффициент навыка:

К_н = Т_сп/Т_уч,

где Т_сп – время необходимое специалисту для выполнения данного действия (деятельности), Т_уч – время, необходимое учащемуся для выполнения того же действия.

Понятно, что К_н может изменяться от 0 до 1,0 в процессе обучения. В случаях, когда не требуется высокая степень автоматизации деятельности, задается К_н =0,5. Чем опаснее промедление в выполнении действия (летчик, врач, спортсмен), тем задают значение К_н ближе к 1,0. Коэффициент автоматизации деятельности используется для назначения времени на экзамен по любому предмету. Для этого определяют время, необходимое заведомо квалифицированным в данном предмете людям (учителю, мастеру) на выполнение пробы, а затем, задавшись значением К_н, подсчитывают время на контроль по формуле

Т_уч = Т_сп/ К_н.

Аналогичным образом можно рассчитать время, необходимое на выполнение одного конкретного задания

10.2.9.Осознанность усвоения

В ходе своего роста и развития человек обучается различным видам деятельности. В век сплошной механизации и автоматизации человеческой деятельности почти все его трудовые функции передаются машинам, которые выполняют их с более высокими показателями, чем это делает человек. Что же остается человеку, и что никогда не смогут делать машины?

Человеку остается выбор и обоснование вида и способа деятельности, т.е. то, что в психологии называется осознанной интеллектуальной деятельностью. Такой характер деятельность приобретает, когда деятель может обосновать и аргументировать выбор своего решения или способа действия, опираясь на закономерности и принципы науки, приложимые к данному случаю, а также из соображений выгодности или полезности. В зависимости от эрудиции деятеля возможны четыре способа аргументации, которые образуют четыре уровня осознанности выполняемого действия.

Нулевой уровень осознанности соответствует действию, когда оно осуществляется по правилу или алгоритму без способности деятеля аргументировать его выбор и обосновать его научные основы. Так действуют не только компьютер и станок – автомат, но часто и люди.

Первый уровень осознанности – выбор способа действия аргументируется закономерностями, правилами и понятиями, принадлежащими к одному из предметов программы обучения, например, физике, химии или литературе. Этот уровень осознанности назовем предметным. Решение задач на предметном уровне осознанности не превосходит второго уровня усвоения, поскольку внутрипредметные правила и алгоритмы обеспечивают деятельность, ограниченную изучаемым предметом.

Второй уровень осознанности действия возникает, когда учащийся начинает воспринимать отдельные предметы школьного учебного плана не как изолированные друг от друга области знания, а как разные стороны и свойства одного и того же объекта, связанные между собой и часто перекрывающие друг друга. В этом случае для аргументации выбора решения учащийся опирается на ряд смежных предметов и алгоритмы, предоставляемые ими для деятельности. Например, при решении физических задач учащийся учитывает химизм происходящих явлений или экологические аспекты своего решения. Понятно, что второй уровень осознанности усвоения тесно связан со ступенью абстракции изучаемого предмета (чем выше, тем лучше) и обеспечивает успешное решение задач третьего уровня усвоения. Этот уровень осознанности получил название межпредметного.

Третий уровень осознанности действия возникает, по всей вероятности, тогда, когда учащийся усваивает учебные предметы, излагаемые на четвертой ступени абстракции – аксиоматической, и в дальнейшем использует сформированный таким образом метод мышления для анализа событий и решения задач третьего-четвертого уровней усвоения в своей практике. Можно сказать, что при выполнении деятельности с опорой на третий уровень осознанности учащийся использует весь арсенал современной науки для выбора и обоснования своих решений. Это высший уровень человеческого осознания своей деятельности и развития человеческого интеллекта. Этот уровень осознанности можно назвать системным. В некоторых случаях может оказаться полезным относительный показатель степени осознанности усвоения – коэффициент осознанности К_о, характеризующий отношение актуальной (текущей) степени осознанности усвоения к максимально возможной.

10.2.10.Исходные данные для проектирования педагогической системы

Выше были рассмотрены разработанные диагностичные параметры задания целей обучения по экзистенциальным свойствам личности. Они обобщены в виде логической структуры – графа, представленного на рис. 10.18.

Рис. 10.18. Структура параметров целей обучения

Мы познакомились с вопросами:

• выбора дисциплин для подготовки специалиста;

• отбора содержания учебной дисциплины в зависимости от уровня развития соответствующей науки, требований будущей деятельности учащегося и его готовности к ее восприятию;

• требуемых уровней усвоения содержания, степени автоматизации деятельности и осознанности усвоения по отдельным учебным элементам.

Это исходные положения психолого-педагогической науки, необходимые для осознанного проектирования педагогических систем любого образования.

10.2.11.Подготовка содержания образования и целей обучения, проверка их посильности для учащихся

Счастье отдельного человека состоит в том, что его учили и научили тому, к чему у него есть природная склонность и естественные задатки к высокому качеству усвоения. Только в этом случае можно в итоге образования воспитать творца.

Содержание образования должно строиться как профильно-ориентированная совокупность источников, называемых учебными предметами. Если предметы отобраны, то остается построить их логические структуры и выделить все содержащиеся в этих предметах учебные элементы, а затем назначить цель изучения каждого УЭ в терминах:

а – ступень абстракции (феноменологический; качественный; количественный; аксиоматический);

б – уровень усвоения (знания знакомства; по памяти; решение нестандартных задач и творческий);

о – степень осознанности (по алгоритму; внутрипредметный; межпредметный; системный);

К_н – коэффициент автоматизации или навыка (по времени выполнения действия или системы действия по отношению ко времени его выполнения специалистом).

Чтобы обоснованно поставить цели обучения, надо знать будущую потребность учащихся в предлагаемом для изучения содержании. В персонализированном образовании цели хорошо и диагностично описаны.

Зная диагностичную цель обучения, можно получить эмпирическую формулу для расчета того объема информации, который учащемуся надо усвоить, а затем проверить, доступна ли цель - усвоить заданный объем за данное время, для учащегося по его природной способности.

При этом объём информации:

Ф = N×а×б²×о×К_у ×К_н×И [бит],

где N – число УЭ в предмете; И – среднее количество информации в описании одного УЭ.

Скорость усвоения [бит/с] определяется для каждого предмета и каждого ученика экспериментально

С = Ф/Т

при фиксированном объеме учебной информации.

Время, необходимое для изучения учебного материала

Т_пр = Ф_пр /С

Запланированное время не должно быть меньше Т_пр.

При расчетах предлагается считать, что слово содержит примерно 12 бит информации.

10.2.12.Разработка педагогической технологии

Педагогическая технология образуется тремя элементами:

• дидактическим процессом (способ или метод обучения);

• организационными формами обучения;

• средствами обучения.

Дидактический процесс (теория построения учебного процесса). Слово «дидактический» происходит от греческого слова «дидахос», что означает учу, обучаю. В настоящее время под «дидактикой» понимают теорию обучения.

В структуре учебного процесса необходимо различать три его взаимосвязанные и взаимодействующие части:

• мотивацию учения – М;

• учебную деятельность учащегося – У_д;

• управляющую деятельность учителя или технического средства обучения (ТСО) – У_у, т.е.

D_пр = {М; У_д; У_у}.

«Процесс обучения может быть эффективным только при условии, что учащийся обладает учебной мотивацией к изучаемому предмету, самостоятельно и полно выполняет адекватную цели обучения учебную деятельность и, наконец, эта деятельность управляется извне методами, гарантирующими заданное качество обучения».

Это важнейший педагогический закон.

Под мотивацией следует понимать генетическое стремление человека к самореализации в определенных видах деятельности в соответствии с его врожденными задатками - способностями. Это активное и устойчивое стремление реализуется во вполне видимые достижения только тогда, когда возникают или создаются необходимые для этого условия. В противном случае самореализация в большей или меньшей степени подавляется немотивированными видами принудительной учебной деятельности (отсюда следует необходимость создавать однородные по уровню стремлений учебные группы и организовывать учебный процесс исходя из способностей учащихся).

Кроме «врожденной» мотивации учащегося к определенному виду будущей профессиональной деятельности следует выделять мотивацию к изучению конкретного учебного предмета и даже темы. Решается это путем рассмотрения во вводной лекции структуры всего учебного курса и демонстрации на примере технической системы или на каком-либо системном объекте тех проблем, которые будут рассмотрены в курсе, и уровня задач, которые смогут решать учащиеся, овладевшие данным курсом.

В результате исследований познавательной деятельности человека выявлено, что она может совершаться различными способами и имеет некоторое множество возможных структур, называемых теориями обучения, которые выбираются человеком по еще недостаточно понятным правилам и зависимостям от познавательной задачи и условий обучения (рис. 10.19).

На первом уровне графа названы пять наиболее известных структур познавательной деятельности. Выполненные исследования приводят психологов к выводу, что одной оптимальной системы познавательных действий не существует: человек в разных обстоятельствах обучения может применять разные познавательные действия для достижения усвоения, но при использовании любой теории обучения действует по одному и тому же алгоритму функционирования (АФ):

АФ = { OД; ИД; КД; КОР},

где ОД – ориентировочная деятельность; ИД – исполнительная деятельность; КД – контрольные действия; КОР – корректировочные действия.

Рис. 10.19. Логическая структура теорий обучения

S - стимул; R - реакция

В каждой теории усвоения эта формула наполняется своим содержанием, но АФ остается одним и тем же (рис. 10.20). Каждый этап АФ состоит из вполне определенных действий учащегося по обработке учебной информации в процессе ее усвоения.

На этапе ОД учащийся выполняет действия по осознанию целей обучения, т.е. требований к его знаниям; знакомится с общим планом содержания учебника по оглавлению или его логической структуре; а также с особенностями методики предстоящего обучения.

Рис. 10.20. Обобщенный алгоритм функционирования

На этапе ИД вступает в полную силу та теория усвоения, на которой базирует свое преподавание учитель или пишет свой учебник автор. При этом учитель или автор проектирует систему познавательных действий учащегося на этом этапе усвоения как процесс постепенного восхождения по уровням усвоения и степени автоматизации. Изучение учебного материала можно начинать с любых ступеней абстракции и осознанности, доступных учащимся, тогда как уровень усвоения и автоматизация требуют обязательной постепенности и полноценности в развитии знаний и действий от исходного к конечному уровню. Постепенность означает, что ни один уровень усвоения не может быть пропущен в ходе обучения, если на нем не достигнут коэффициент 0,7 и выше. Последнее есть условие полноценности или завершенности обучения. В практике обучения делаются две кардинальные ошибки, приводящие к неуспеваемости учащихся:

• как правило, пропускается отработка деятельности на первом уровне, и учащимся после этапа ОД предлагаются задачи второго - третьего уровней усвоения;

• учащиеся переходят к изучению нового учебного материала, когда предшествующий еще не освоен с К_у=0,7.

На этапе КД (при пооперационном контроле усвоения) используются тесты успешности усвоения, которые из всех возможных методов контроля усвоения (устные опросы и письменные работы) дают наиболее точные и надежные данные о качестве усвоения знаний учащимися, пригодные для принятия обоснованных решений.

10.2.13.Дидактические принципы обучения

Под дидактическими принципами понимают некоторые очевидные исходные положения, которым должен удовлетворять любой учебно-воспитательный процесс, т.е. аксиомы образования и обучения.

1. Принцип систематичности: обучение, однажды начавшись, должно продолжаться в определенном режиме и ритме до достижения заданного результата.

2. Принцип последовательности: УЭ должны образовывать логически связанную последовательность без пропусков и разрывов; переход к следующему уровню усвоения должен происходить только после того, как предшествующий уровень пройден с К_у = 0,7; подъем по ступеням абстракции от феноменологического к аксиоматическому; постепенность продвижения по этапам универсального АФ.

3. Принцип доступности: обучение должно соответствовать индивидуальным психолого-физиологическим свойствам учащихся по темпу, уровню усвоения и реальному опыту усвоения смежных предметов.

4. Принцип активности: учащийся должен быть вовлечен в учебную деятельность, адекватную целям обучения; в идеале все время урока должно быть заполнено учебной деятельностью учащихся в соответствии с АФ.

5. Принцип наглядности: особенно хорошо может быть реализован с помощью средств вычислительной техники, в том числе с использованием изменяющихся моделей, графиков и видео.

6. Принцип историчности в развитии данного учебного предмета и учебного элемента (объекта, явления, метода).

Выбор метода обучения диктуется принципами обучения и структурой универсального АФ.

10.2.14.Управление учебным процессом

Управляет познавательной деятельностью ученика учитель. Он наблюдает за деятельностью учащихся, контролирует ее ход, корректирует ошибочное усвоение (но не ошибки!). Эту деятельность учителя назовем алгоритмом управления (АУ). Если АУ передать для исполнения самому учащемуся, то возможно самообучение.

Возможны два способа управления учебной деятельностью: разомкнутое (по конечному результату, достигнутому за относительно продолжительный период обучения – за несколько занятий, время на изучение темы, семестр) и замкнутое или циклическое (после выполнения каждого этапа АФ и усвоения каждого УЭ), что реально возможно лишь при автоматизированном обучении.

Если АУ учитывает индивидуальные особенности ученика (подготовленность и темп), то информационный процесс в обучении называют направленным, если учитель ориентируется на «среднего» учащегося в группе – рассеянным. Когда управление осуществляет учитель, то оно называется неавтоматизированным, когда управление доверено техническим средствам – автоматизированным.

Три характеристики управления обучением образуют дидактическую систему (ДС). На рис. 10.21 приведены монодидактические системы. Если их комбинировать в процессе изучения предмета или в процессе одного и того же урока, то получатся комбинированные ДС.

Рис. 10.21. Классификация дидактических систем

Наиболее эффективной по уровню усвоения за ограниченное время является система 7 – управление замкнутое, направленное и ручное, т.е. (человек-репетитор), но она и наиболее дорогая. В использовании системы 8 (управление замкнутое, направленное и автоматическое) будущее обучения, но ее реализация осложнена слабостью психологического обеспечения создания адаптивных обучающих программ и большими трудозатратами на их разработку. Поэтому при правильном программировании обучения в соответствии с универсальным АФ, можно было бы получить хорошее качество обучения в дидактической системе 6, а рассеянный информационный процесс можно компенсировать хорошей обратной связью.

10.3.Сравнительный анализ методик проектирования педагогических систем СИИО и «Компьютика»

Необходимо отметить законченность и полноту обеих методик. Они стоят на позициях деятельностного подхода в обучении. В соответствии с этим подходом знания приходят к учащемуся через его личную деятельность по их овладению. Обе методики придерживаются одинаковых закономерностей по этапам обучения, уровням обученности и дидактическим принципам обучения, хотя и излагают это по-разному.

Однако формирование учебных групп обучающихся, описание целей обучения и подбор содержания учебного материала в этих методиках существенно различаются. Рассмотрим некоторые детали.

В методике В.П. Беспалько привлекают внимание следующие моменты.

1. При формировании учебных групп он рекомендует делать их однородными (гомогенными) по профессиональной ориентации обучающихся и осуществлять это как можно раньше на базе специальных задатков личности. Эту рекомендацию достаточно трудно применить к высшему образованию, так как вполне обоснованно считается, что большая часть студентов выбрала вуз и специальность исходя из желания проявить себя в будущем во вполне определенной профессии. Этим определяется главная мотивация успешности обучения и отношения обучающихся к изучению различных дисциплин. Хотя нарушение этого принципа существует и в вузе, когда у абитуриента из-за ряда причин еще не сформировалось стремление к определенной профессиональной деятельности в будущем или не выявились специальные задатки личности и он поступал в вуз по ряду случайных причин (например, по желанию родителей или заодно с товарищами). Часто у таких студентов обучение в вузе заканчивается неудачно. Но не следует их путать с недостаточно подготовленными и не умеющими учиться в вузе, но имеющими хорошую мотивацию абитуриентами. Им просто необходима помощь как со стороны преподавателей, так и со стороны сокурсников.

2. При формировании содержания учебной дисциплины В.П. Беспалько рекомендует сначала рассмотреть структуру соответствующих научных достижений в данной предметной области, а затем в зависимости от будущей профессиональной потребности формировать набор учебных элементов и определять ступень абстракции их описания. Думается, что далеко не все преподаватели владеют структурой научных достижений в своей предметной области.

3. Привлекает внимание введение в цели обучения уровня осознанности, т.е. умения объяснить причины выбора того или иного способа решения поставленной задачи или способа деятельности.

4. Задание целей обучения для изучения как дисциплины в целом, так и отдельных учебных элементов в ней в виде четырех параметров - коэффициентов усвоения, абстракции, осознанности и навыка позволяет конкретизировать содержание обучения и сделать измеряемыми результаты обученности.

5. Заслуживает всяческого поощрения попытка ввести число для измерения объема учебного материала и определения посильности его усвоения.

В СИИО целый ряд вопросов изложен системно и очень подробно, что позволяет использовать этот материал как хороший учебник по вопросам закономерностей учения, этапам проектирования СИИО, этапам структурирования учебного материала, технологии задания уровней усвоения и исходных уровней обученности. Подробно рассмотрены особенности постановки дидактических задач, проектирование и разработка дидактических систем на лекционных, рабочих и заключительных этапах обучения. Дается взаимосвязь этапов обучения с методами, средствами и формами обучения.

Поскольку автор СИИО считает, что она не закрыта для дальнейшего развития, то ее дополнение идеями, изложенными в «Компьютике», позволяет создавать более совершенные учебные пособия, особенно в электронном виде, когда обеспечивается индивидуализация обучения в полном соответствии с закономерностями учения и гарантированным достижением заданного уровня и качества обученности.

10.4.Когнитивные возможности современных информационных технологий

10.4.1.Средства представления учебной информации

Звук. В обучении звук может использовать в нескольких целях:

• демонстрация образцов звука, создаваемого изучаемыми объектами;

• в качестве аудиолекций для сообщения подлежащего усвоению учебного материала;

• в обучении иностранным языкам в качестве материала для аудирования, обучения произношению, в том числе с использованием обратной связи по результатам автоматизированного сравнения произношения учащегося с образцом;

• как составная часть компьютерных мультимедиа - лекций, когда голос преподавателя или диктора воспроизводится синхронно с демонстрацией слайдов с графическим и символьным материалом;

• в качестве тестового задания в системах автоматизированного тестирования (например, в обучении музыке – задание на узнавание музыкального инструмента или фрагмента произведения, в технике – диагностика агрегата автомобиля по записи шума его работы);

• для оживления интерфейса пользователя (звук листания электронных страниц, напоминающий листание страниц книги; щелканье экранных кнопок; сигнал о завершении длительной процедуры, например загрузки файла или расчета данных);

• воспроизведение голосовых сообщений - информирование о правильности выполнения контрольного задания, краткие советы и пояснения к изучаемому материалу и интерфейсу пользователя;

• как средство интерфейса пользователя компьютера для слабовидящих учащихся;

• компьютерная телефония для общения преподавателя с учащимися и учащихся между собой.

Практически все современные персональные компьютеры оснащены звуковой подсистемой. Качество звука, обеспечиваемого такой подсистемой, достаточно высокое и при подключении акустических систем высокого класса (колонок, наушников, микрофона) почти полностью соответствует возможностям восприятия человеческого уха (20 – 20 000 Гц).

Наличие микрофона позволяет вводить звуковой сигнал в компьютер для его записи, передачи по компьютерным сетям или автоматического анализа.

Видео. Видео в обучении может использоваться в разных формах [10.3]:

• иллюстративный материал в мультимедиа - учебниках;

• иллюстративный материал на групповых аудиторных занятиях;

• видеолекции для группового просмотра на видеокассетах, CD-ROM и DVD, видеолекции, транслируемые по каналам связи и компьютерным сетям;

• видеолекции для индивидуального просмотра на видеокассетах, CDROM и DVD;

• компьютерные интерактивные видеолекции с синхронным показом слайдов;

• видеотренинги с демонстрацией образов осваиваемой деятельности;

• видеотренинги с видеосъемкой действий учащегося для их последующего анализа;

• в качестве тестового задания в системах автоматизированного тестирования;

• в качестве элемента виртуальной реальности в тренажерах;

• средство оживления интерфейса пользователя в мультимедиа - учебниках;

• видеотелеконференции – средство общения преподавателя с учащимися и учащихся между собой.

Сфера применения видео в качестве иллюстративного материала в мультимедиа-учебниках довольно широка. Существенным отличием видео от других видов иллюстраций, используемых в мультимедиа-учебниках, является то, что поток информации, содержащийся в видеоматериале, воспринимается учащимися преимущественно не как сведения о явлении, а как непосредственное отображение этого явления, процесса, события. Во многих случаях это создает психологическую атмосферу сопричастности с происходящим на экране, что способствует активизации эмоционально-волевой сферы учащихся и интенсификации обучения.

Видеофрагменты могут использоваться в системах автоматизированного тестирования. Они могут как входить в состав тестового задания, на которое предлагаются варианты ответов в текстовой форме, так и, наоборот, набор видеофрагментов может являться вариантами ответа на тестовый вопрос.

Видео эффективно используется для развития навыков устной речи, публичного выступления. Владение искусством устного общения – важнейшая составляющая компетентности специалиста, в том числе и технического. Одним из методических приемов по его становлению является организация анализа собственных выступлений перед группой и оценка качества речевой деятельности выступающих товарищей по группе. Для реализации этого чрезвычайно эффективно использовать видеозапись таких выступлений.

Видеозапись учебных занятий важна для приобщения студентов педагогических вузов и аспирантов технических вузов к педагогической деятельности. Просматривая и анализируя видеозапись учебного занятия (урока), проводимого другим преподавателем (учителем), студенты учатся критически оценивать принимаемые им решения, формируют собственные педагогические взгляды.

Анимация. Анимация представляет собой последовательность искусственно созданных изображений, при демонстрации которых с определенной скоростью (обычно от 5 до 30 кадров в секунду) создается эффект реалистичного движения представленных на них объектов.

В настоящее время анимация создается в основном с помощью специальных компьютерных программ. Эта технология заменила использовавшуюся ранее покадровую съемку на кинопленку.

Различают двумерную и трехмерную компьютерные анимации.

Двумерная (2D) анимация отражает действие на плоскости. Объекты изображены в виде плоских фигур, тени отсутствуют или представлены однотонными очертаниями. Перемещение объектов в плане может имитироваться изменением их масштаба и удалением невидимых (перекрываемых другими объектами) частей. Создание двумерной анимации относительно несложно, а ее визуализацию (создание изображения по заранее созданной модели) может выполнять в реальном времени персональный компьютер средней мощности. Благодаря этому двумерная анимация используется для создания интерактивных демонстраций в компьютерных учебниках наиболее часто. С развитием технологии Macromedia Flash двумерная анимация получила широкое распространение в сети Интернет.

Трехмерная анимация (3D) характеризуется объемным представлением объектов, наличием виртуальных источников освещения, теней, учетом законов распространения, отражения и преломления света. При создании трехмерной компьютерной анимации сначала конструируются модели объектов из кривых Безье или сплайнов. Затем модели «обтягиваются» виртуальными материалами, имитирующими отражение света поверхностью реальных объектов, определяются источники света и виртуальные кинокамеры.

Создание трехмерных сплайновых моделей, служащих основой для такой анимации, более трудоемко, чем создание двумерных моделей. Кроме того, необходимые для получения реалистичного трехмерного изображения модели, материалы, источники света и кинокамеры имеют много настраиваемых параметров, что делает пользовательский интерфейс программ создания трехмерной анимации весьма сложным. Взаимодействие параметров перечисленных объектов часто носит нетривиальный характер, и для их осмысленного выбора требуются специальные знания в области физики, оптики и математики. Практически это приводит к тому, что для создания сколько-нибудь сложной трехмерной анимации необходимы профессионально подготовленные специалисты.

Для визуализации виртуальных трехмерных сцен требуется большой объем вычислений – даже мощные персональные компьютеры при просчете сцен центральным процессором затрачивают на обсчет одного кадра несколько секунд. Поэтому трехмерные сцены просчитываются на этапе создания и хранятся в мультимедиа – учебнике в виде последовательности кадров обычно в формате AVI или GIF.

В последнее время на персональных компьютерах появились технологии, позволяющие использовать для визуализации моделей трехмерной анимации специализированный процессор графической карты (на платформе Windows эти технологии известны под торговой маркой Direct3D). В результате появилась возможность визуализации в реальном времени довольно сложных сцен. Это открывает путь для создания интерактивной трехмерной анимации, необходимой для получения «виртуальной реальности». Создание такой анимации очень трудоемко и практикуется в настоящее время в основном в компьютерных играх и тренажерах.

10.4.2.Гипертекст

Гипертекст очень широко используется в электронных публикациях, компьютерных приложениях и позволяет разнообразить подачу информации. Идея гипертекста, как и всякая здравая идея, проста и состоит в том, чтобы дать человеку средства воспринимать информацию в определяемой им последовательности.

В информационных технологиях гипертекст нужен для организации взаимосвязей между различными объектами (документами, фрагментами документов или программами). Для осуществления переходов необходимо создание чувствительных областей, активизация которых, например, щелчок мыши, нажатие клавиши клавиатуры или слово, произнесенное в микрофон, приведет к переходу от одного объекта к другому. Чувствительные области могут быть встроены в объекты, что называется внутренним гипертекстом, или могут представлять собой отдельные объекты, называемые внешним гипертекстом.

Приведем примеры. Когда пользователь запускает браузер для просмотра документов во Всемирной паутине, он работает с гипертекстом, так как его элементы (гиперссылки) встроены в web-страницы. Когда же мы щелкаем мышью на рабочем столе Windows по значку программы или документа, мы используем внешний гипертекст, так как программы и документы, на которые ссылаются значки, «ничего не знают» о том, что являются элементами гипертекста. Переход может осуществляться как в начало документа, так и в произвольное место в нем. Из примеров видно, что гипертекст легко и естественно используется в современных компьютерных технологиях.

Для работы с гипертекстом необходимы гипертекстовые связи между объектами. Объекты и связи образуют сеть. Переходы пользователя или компьютера при просмотре информации называются гипертекстовой навигацией. За последние годы разработано большое число гипертекстовых систем. Мы рассмотрим только реализацию гипертекста во Всемирной паутине на основе языка разметки HTML.

Гипертекст используется в HTML следующим образом.

Адрес объекта задается с помощью так называемых унифицированных указателей объектов (ресурсов). Унифицированный указатель ресурса состоит из трех частей: протокола, адреса компьютера, в котором расположен ресурс, и пути в файловой системе компьютера.

По умолчанию используется протокол передачи гипертекста HTTP. Название протокола завершается двоеточием и двумя косыми чертами, после которых имеется адрес компьютера, в котором расположен ресурс. Этот адрес может быть представлен либо в виде доменного имени, например, www.mpei.ru, либо в виде так называемого IP-адреса, однозначно определяющего адрес компьютера в Интернете, например 193.233.70.01. Третья часть адреса, определяющая местонахождение объекта в файловой системе сервера, отделяется от доменного имени (IP-адреса) сервера косой чертой и включает в себя путь к требуемому объекту, например http://myServer.com/manuals/chapter01.html.

Описание гипертекста в HTML осуществляется с помощью специальной конструкции – тега <a>. Выглядит это так:

<a href=«адрес объекта»>чувствительная область гиперссылки</a>

Здесь в адресе объекта указывается унифицированный указатель ресурса для объекта, к которому осуществляется гипертекстовой переход, а чувствительная область объекта (в примере чувствительная область гиперссылки) – это выделенный текст или изображение, щелчок мышью по которому приводит к гипертекстовому переходу к объекту.

В отличие от традиционных изданий, например книг, электронные издания (ЭИ) благодаря гиперссылкам позволяют создавать разнообразные навигационные структуры. С помощью гиперссылок автор издания может образовать любую сеть. Другие виды структур моделируются с помощью сетевой структуры.

Следует иметь в виду, что навигационная структура очень важна для сетевых электронных изданий. Дело в том, что сетевое электронное издание первоначально представляет собой набор отдельных экранных страниц. Объем страниц ограничивается логической структурой издания и временем ее загрузки в компьютер пользователя.

Иерархическая структура. Наверное, самый легкий и логичный способ конструирования межстраничных связей в электронном издании – иерархическая структура или, что то же самое, меню, как показано на рис. 10.22. Иерархическая структура прекрасно подходит для больших электронных изданий, так как моделирует оглавления, имеющиеся в большинстве традиционных печатных изданий. В электронном издании с иерархической структурой пользователь легко определяет свое текущее положение. Он может выбрать одно из двух направлений перемещения: вверх, т.е. к более общей информации, или вниз – к специализированной.

Рис. 10.22. Иерархическая структура ЭИ

Линейная структура. Линейная структура напоминает обычную книгу. Как показано на рис. 10.23., страницы ЭИ следуют одна за другой, а основная страница ЭИ играет роль титульной страницы книги. В линейной структуре на каждой странице имеются только две гиперссылки - вперед и назад. Можно также добавить гиперссылку на основную страницу издания.

Рис. 10.23. Линейная структура

В линейной структуре обычно легко определить, где находишься, из-за ограниченных возможностей переходов по гиперссылкам.

Линейная структура с альтернативами. Жесткость и ограниченность линейной структуры можно ослабить, позволив пользователям отклоняться от основного пути. В линейной структуре с альтернативами на одной из страниц, как это показано на рис. 10.24, может быть несколько гиперссылок на линейные подструктуры.

Рис. 10.24. Линейная структура с альтернативами

Пусть, например, описывается установка в компьютер пакета программ, причем все шаги этой процедуры, кроме одного, не зависят от типа компьютера. Структура такого электронного издания хорошо укладывается в линейную структуру с альтернативами.

Иерархически линейная структура. Иерархически линейную структуру имеет практически любая книга. Действительно, иерархическую составляющую обеспечивает оглавление, а линейную – последовательность страниц книги. Иерархически линейная структура в электронном издании поддерживается лучше, чем в традиционном издании, так как, найдя нужный раздел в оглавлении, не нужно запоминать номер страницы и листать книгу, а достаточно указать на соответствующую гиперссылку. На рис. 10.25 изображено электронное издание с иерархически линейной структурой.

Сочетание линейной и иерархической структур позволяет пользователю перемещаться в четырех направлениях: вверх, вниз по иерархии, а также вперед и назад на одном уровне иерархии.

Рис. 10.25. Электронное издание с иерархически линейной структурой

Сетевая структура. Сетевая структура образована неупорядоченным множеством связей между страницами, причем читатель переходит от страницы к странице по произвольному маршруту, используя гиперссылки. Пример сетевой структуры изображен на рис. 10.26.

По таким электронным изданиям можно перемещаться без определенной цели. Они удобны тогда, когда автор намеренно хочет сделать изложение бессистемным, моделирующим ассоциативное мышление или побуждающим к случайному просмотру. Всемирная паутина сама является гигантской сетевой структурой.

Рис. 10.26. Сетевая структура электронного издания

Сетевая структура плохо подходит для электронных учебников. Облегчить ориентацию в электронном издании с сетевой структурой можно следующими способами:

• создать на каждой странице гиперссылку на основную страницу;

• поместить на каждой странице карту ЭИ с указанием положения данной страницы в издании или какими-либо иными пояснениями читателю о том, где он находится в данный момент.

10.4.3.Когнитивная графика

При подготовке данного материала использованы источники [10.4 – 10.7].

Человеческое познание пользуется как бы двумя механизмами мышления. Один из них – возможность работать с абстрактными цепочками символов, с которыми связаны некоторые семантические и прагматические представления, а именно: умение работать с текстами в самом широком смысле этого слова. Такое мышление можно было бы назвать символическим или алгебраическим. Форму семантической репрезентации этого вида (алгебраичес­кую) часто называют вербальной.

Другой механизм мышления – способность работать с чувственными образами и представлениями об этих образах. Такие образы обладают куда большей конкретностью и интегрированностью, чем символические представления. Но они и значительно более расплывчаты, менее логичны, чем то, что скрывается за элементами, с которыми оперирует алгебраическое мышление. Однако без них мы не могли бы отображать в нашем сознании окружающий мир в той полноте, которая для нас характерна. Способность работать с чувственными образами (со зрительными образами) определяет то, что можно назвать геометрическим образным мышлением. Образная реп­резентация – это форма хранения информации в памяти о наглядных образах в пространстве и времени или форма хранения сенсорных компонентов, сенсорного опыта, приобретенного в прошлом.

Физиологически логическое мышление связано с левым полушарием человеческого мозга, а образное мышление – с правым полушарием. Каждое из полушарий человеческого мозга является самостоятельной системой восприятия внешнего мира, переработки информации о нем и планирования поведения в этом мире. Левое полушарие представляет собой как бы большую и мощную ЭВМ, имеющую дело со знаками и процедурами их обработки. Естественно-языковая речь, мышление словами, рационально-логические процедуры переработки информации – все это реализуется именно в левом полушарии. В правом же полушарии реализуется мышление на уровне чувственных образов: эстетическое восприятие мира, музыка, живопись, ассоциативное узнавание, рождение принципиально новых идей, открытий и др. Весь тот сложный механизм образного мышления, который нередко определяют одним термином «интуиция», и является правополушарной областью деятельности мозга.

Нередко правополушарное мышление связывают с деятельностью в искусстве. Иногда это мышление даже называют художественным. Однако и более формализованные виды деятельности в существенной мере используют интуитивный механизм мышления.

Человеческое мышление и человеческое поведение обусловлены совместной работой обоих полушарий человеческого мозга. В одних ситуациях преобладает логический компонент мышления, в других - интуитивный. По мнению психологов, все люди делятся на три группы: с преобладающим левополушарным, с правополушарным, со смешанным мышлением. Это разделение генетически предопределено, и существуют специальные тесты для выявления склонности к тому или иному типу мышления.

Эксперименты показывают, что способность к переходу от одной формы репрезентации к другой представляет собой важный источник творческих возможностей человека. Связи и трансформации, которые при одной форме репрезентации могут быть замаскированы, после смены репрезентации становятся вдруг очевидными, что может при­вести к быстрому решению проблемы.

Многие специалисты в области психологии мышления убеждены, что именно наличие двух способов представления информации: в виде последовательности символов и в виде картин-образов вместе с умением работать с ними и соотносить оба способа представления друг с другом обеспечивают сам феномен человеческого мышления.

Описанные выше фундаментальные различия между лево- и правополушарной стратегией переработки информации имеют прямое отношение к формированию различных способностей. Так, для научного творчества, т.е. для преодоления традиционных представлений, необходимо восприятие мира во всей его целостности, что предполагает развитие способностей к организации многозначного контекста (образного мышления). И действительно, существуют многочисленные наблюдения, что для людей, сохраняющих способности к образному мышлению, творческая деятельность менее утомительна, чем рутинная монотонная работа.

Люди, не выработавшие способности к образному мышлению, нередко предпочитают выполнять механическую работу, причем она им не кажется скучной, поскольку они как бы «закрепощены» собственным формально-логическим мышлением. Из этого ясно, как важно с ранних пор правильно строить воспитание и обучение, чтобы оба нужных человеку типа мышления развивались гармонично, чтобы образное мышление не оказалось скованным рассудочностью, чтобы не иссякал творческий потенциал человека.

Появление и развитие средств интерактивной компьютерной графики (ИКГ) открывает для сферы обучения принципиально новые графические возможности, благодаря которым учащиеся могут в процессе анализа изображений динамически управлять их содержанием, формой, размерами и цветом, добиваясь наибольшей наглядности. Применение графики в учебных компьютерных системах не только увеличивает скорость передачи информации учащимся и повышает уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное «чутье», образное мышление.

Воздействие ИКГ на интуитивное образное мышление привело к возникновению нового направления в проблематике искусственного интеллекта, названного когнитивной (т.е. способствующей познанию) компьютерной графикой.

В настоящее время интерактивная компьютерная графика – это одно из наиболее бурно развивающихся направлений новых информационных технологий. В связи с этим начинают четко различать две функции компьютерной графики: иллюстративную и когнитивную.

Иллюстративная функция позволяет воплотить в более или менее адекватном визуальном оформлении лишь то, что уже известно, т.е. уже существует либо в окружающем нас мире, либо как идея в голове исследователя. Когнитивная же функция ИКГ состоит в том, чтобы с помощью некоего изображения получить новое, т.е. еще не существующее даже в голове специалиста, знание или, по крайней мере, способствовать интеллектуальному процессу получения этого знания.

Иллюстративные функции графики реализуются в учебных системах при передаче учащимся артикулируемой части знания, представленной в виде заранее подготовленной информации с графическими, анимационными иллюстрациями, аудио- и видеоиллюстрациями. Когнитивная же функция проявляется тогда, когда учащиеся «добывают» знания с помощью исследований на математических моделях изучаемых объектов и процессов, причем, поскольку этот процесс формирования знаний опирается на интуитивный правополушарный механизм мышления, сами эти знания в существенной мере носят личностный характер. Каждый человек формирует приемы подсознательной умственной деятельности по-своему.

Современная психологическая наука не располагает строго обоснованными способами формирования творческого потенциала человека, пусть даже профессионального. Одним из известных эвристических подходов к развитию интуитивного профессионально-ориентированного мышления является решение задач исследовательского характера. Применение учебных компьютерных систем позволяет в существенной мере интенсифицировать этот процесс, устранив из него рутинные операции, сделать возможным проведение различных экспериментов на математических моделях.

Роль компьютерной графики в этих учебных исследованиях трудно переоценить. Именно графические изображения хода и результатов экспериментов на математических моделях позволяют каждому учащемуся сформировать свой образ изучаемого объекта или явления во всей его целостности и во всем многообразии связей. Несомненно также, что изображения выполняют при этом прежде всего когнитивную, а не иллюстративную функцию, поскольку в процессе учебной работы с компьютерными системами процедурного типа у учащихся формируются сугубо личностные, т.е. не существующие в таком виде ни у кого, компоненты знаний.

Конечно, различия между иллюстративной и когнитивной функциями компьютерной графики достаточно условны. Нередко обычная графическая иллюстрация может натолкнуть учащихся на новую мысль, позволит увидеть некоторые элементы знания, которые не «вкладывались» преподавателем-разработчиком учебной компьютерной системы декларативного типа. Таким образом, иллюстративная по замыслу функция графического изображения превращается в функцию когнитивную. В то же время когнитивная функция ИКГ-изображения при первых экспериментах с учебными системами процедурного типа в дальнейших экспериментах превращается в функцию иллюстративную для уже «открытого» и, следовательно, уже не нового свойства изучаемого объекта.

Тем не менее принципиальные отличия логического механизма мышления человека от интуитивного, вытекающие из этих различий формы представления знаний, и способы их освоения делают полезным в методологическом плане различение иллюстративной и когнитивной функции компьютерной графики. Это позволяет более четко формулировать дидактические задачи ИКГ-изображений при разработке компьютерных систем учебного назначения.

Когнитивная графика и искусственный интеллект. В искусственном интеллекте термин «когнитивная графика» трактуется как совокупность методов и средств представления знаний и работы с ними на уровне графических (статических и/или динамических) образов. Такие системы предполагают единообразное описание не только графических примитивов, но и сложных графических представлений. Созданные компьютером образы могут рассматриваться как деклара­тивные структуры, трансформирующиеся во внутреннее представле­ние компьютера с помощью процедур, отражающих знания о законах преобразования сформированных образов, и позволяют активизиро­вать представления об объектах, недоступных прямому наблюдению или вообще не имеющих образного представления в обычной реаль­ности.

Установление связи между текстами, описывающими сцены, и соответствующими изображениями потребовало наличия в базах знаний специальных представлений для зрительных образов и процедур соотнесения их с традиционными формами представления знаний.

Графическая информация стала трактоваться с позиций знаний, содержащихся в ней. Если до этого ее функция сводилась к иллюстрации тех или иных знаний и решений, то теперь она стала включаться равноправным образом в те когнитивные процессы, которые моделируются в базах знаний и на основе их содержимого. Термин «когнитивная графика» отражает этот принципиальный переход от иллюстрирующих изображений к видеообразам, способствующим решению задач и активно используемым для этого.

Когнитивная функция изображений использовалась в науке и до появления компьютеров. Образные представления, связанные с понятиями граф, дерево, сеть и другими, помогли доказать немало новых теорем. Круги Эйлера позволили визуализировать абстрактное отношение силлогистики Аристотеля, диаграммы Венна сделали наглядными процедуры анализа функций алгебры логики. Систематическое использование когнитивной графики в компьютерах в составе человеко-машинных систем сулит многое.

Примеры когнитивной графики. Образное мышление в решении математических задач, особенно на эвристическом этапе решения, имеет весьма существенное значение. Также невозможно представить себе решение геометрических задач без наличия у человека способностей к пространственному воображению.

Основой принципа визуализации служит когнитивная графика, цель которой состоит в создании комбинированных когнитивных моделей представления знания, сочетающих в себе символический и геометрический способы мышления и способствующих активизации процессов познания.

Появление вычислительных машин с развитыми системами графики, дающими пользователю возможность строить изображение на дисплее, оказалось явлением намного более серьезным, чем это представлялось. Во всей познавательной деятельности человека, и в частности в деятельности, связанной с решением практических задач, все время присутствуют две возможности. Одна из них состоит в использовании разного рода символьных систем, в которых реальные объекты и явления заменены абстрактными символами. Вторая возможность позволяет применять для решения задач наглядные образные представления объектов и явлений.

Сравним две эти возможности, решив системы двух линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными. Пусть надо решить систему

x + 2y= 8,

3х – 2y = 32.

Существуют два пути. Можно выразить х из первого уравнения, подставить во второе, найти из него у, а затем вычислить х. При этом получается ответ: х = 10, у = –1.

Но можно воспользоваться общим алгебраическим выражением, дающим для системы

ax + by = с

dx + ey = f

решение в виде x = (ce – bf)/(ae – bd)y = (af – cd)/(ae – bd). В любом случае, решая задачу, надо осуществлять подстановки и другие алгебраические преобразования, а также выполнять арифметические операции.

Можно, однако, поступить иначе. Вводится систем координат и строятся два графика, уравнениями которых являются выражения, входящие в систему. Решение системы задается точкой пересечения этих графиков. Эти два подхода иллюстрируют достоинства и недостатки алгебраического и геометрического подходов. Алгебраический подход дает возможность найти решение в общем виде, пригодном для любой конкретной системы уравнений. Геометрический подход не обладает такой степенью общности. Нельзя нарисовать в системе координат прямые «в общем виде», а значит, для каждой конкретной системы уравнений соответствующие прямые должны быть построены. Однако если нас интересуют не конкретные значения х и у, а лишь вопрос о наличии или отсутствии решения, то при алгебраическом подходе надо и в этом случае провести те же самые выкладки, что и при решении системы. При геометрическом же подходе, взглянув на изображение, можно дать мгновенный ответ. Если графики пересекаются, то решение существует.

Наглядность – одна из основных особенностей когнитивной графики как совокупности приемов и методов образного представления условий задачи, которые позволяют либо сразу увидеть решение, либо получить подсказку для его нахождения.

Другим примером использования когнитивной графики в учебном процессе является применение современных математических пакетов при проведении учебно-исследовательских работ.

Существует множество интегрированных математических программных систем для научно-технических расчетов: Eureka, Derive, Mercury, MathLab, MathCAD, Maple, Mathematica.

Системы MathCAD традиционно занимают особое место среди этого множества программных продуктов и по праву могут называться наиболее современными, универсальными и массовыми математическими системами. Новые версии системы просты в использовании и обучении. MathCAD обладает широкими графическими возможностями. Это позволяет создавать математические графики практически всех типов (в том числе анимационные), а также фрагменты видеофильмов, что значительно облегчает визуализацию и анализ данных.

Облегчая решение сложных математических задач, система снимает психологический барьер при изучении математики, делая процесс изучения интересным и достаточно простым. Целесообразное применение системы в учебном процессе способствует повышению фундаментальности математического и технического образования, содействует подлинной интеграции процесса познания.

10.4.4.Восприятие учебной информации

Процесс передачи информации как составная часть обучения может Процесс передачи информации как составная часть обучения может и должен оптимизироваться в целях улучшения качества обучения [10.8 − 10.10].

Общие закономерности восприятия. Восприятие является чувственным этапом познания, оно неразрывно связано с мышлением, имеет мотивационную направленность, сопровождается эмоциональным откликом. Восприятие – непосредственное чувственное отражение предметов и явлений в целостном виде в результате осознания их опознавательных признаков.

В зависимости от целенаправленности, участия воли восприятие делится на две формы: непроизвольное (непреднамеренное, не связанное с волевым напряжением и заранее поставленной целью) и произвольное (преднамеренное, целенаправленное).

Существуют четыре уровня восприятия:

• сенсорный – чувственный охват объекта, попадание его в поле зрения;

• перцептивный – осмысление объекта, отнесение его к определенной категории, классу объектов;

• оперативный – охват какой-либо функции, стороны объекта;

• деятельностный – взаимодействие с объектом как целью деятельности.

Восприятие представляет собой отражение в сознании человека предметов, явлений, целостных ситуаций объективного мира при их непосредственном воздействии на органы чувств. В процессах восприятия формируется целостный образ: образ предмета, образ ситуации, образ другого человека и др. Образ восприятия нередко обозначают как перцептивный образ.

Составной частью процесса восприятия является ощущение как отражение отдельных сторон предметов и явлений. Ощущение выполняет функцию ориентации субъекта в самых элементарных, непосредственных свойствах объективного мира. Если восприятие отражает целостные предметы и ситуации, то ощущение доставляет сведения об отдельных элементах предметов или ситуаций. Глядя на стол, мы воспринимаем его как целостную конструкцию, целостный предмет; в то же время органы чувств информируют нас об отдельных свойствах стола (например, его окраске). Прикасаясь ладонью к столу, мы ощущаем тепло или холод, гладкость или шероховатость поверхности и т.п.

Основные виды и свойства восприятия. Восприятие как непосредственное отражение мира классифицируется по разным основаниям. Традиционно выделяют пять видов восприятия в соответствии с ведущим анализатором, участвующим в построении перцептивного образа − зрительное, слуховое, осязательное (тактильное), вкусовое, обонятельное.

Различают также виды восприятия в зависимости от объекта восприятия, например, восприятие пространства, времени, движения, скорости; произведений живописи, музыки; основных явлений социальной жизни человека (другого человека, событий общественной жизни) и т.п. Восприятие окружающего мира, как правило, комплексно; оно представляет собой результат совместной деятельности различных органов чувств. Более того, восприятие сложных явлений предметного и социального мира осуществляется прежде всего благодаря участию процессов памяти, мышления и воображения. Иначе говоря, вести речь о процессе восприятия в «чистом виде» во многих случаях неправомерно. В психологии существует деление видов восприятия в зависимости от участия в нем других психологических образований: эмоциональное восприятие (восприятие мира, искусства); рациональное восприятие (восприятие, подчиненное процессу мышления) и др.

Каждый из видов восприятия имеет свои специфические особенности и механизмы. Их описание представляет задачу как психологии, так и других отраслей знания: физиологии, кибернетики.

Психологическая сущность восприятия в полной мере может быть представлена через описание его основных свойств. В качестве ведущих свойств восприятия в психологии выделяют предметность, целостность, осмысленность и обобщенность, структурность, избирательную направленность, апперцепцию, константность.

Предметность восприятия проявляется в отнесенности образов восприятия к реальным предметам или явлениям объективной действительности. Предметность восприятия означает адекватность, соответствие образов восприятия реальным предметам.

Целостность восприятия выражается в том, что образы восприятия представляют собой целостные, законченные, предметно оформленные структуры. Целостность предмета определяется его функциональным назначением в деятельности или жизни человека. Отельные части объекта мы стремимся объединить в единое знакомое нам целостное образование (рис. 10.27). Тенденция сознания к целостности объекта, изображенного на рис. 10.27, настолько велика, что мы даже видим стороны прямоугольника.

Рис. 10.27. Иллюстрация целостности восприятия

Осмысленность и обобщенность. Воспринимая предметы и явления, мы осознаем, понимаем то, что воспринимается.

Восприятие связано с отнесением данного предмета к определенной категории, понятию, с обозначением его словом. Только определив категорию воспринимаемого объекта, мы распознаем его признаки. Восприятие в значительной мере зависит от цели и задач деятельности. В объекте на передний план выступают те его стороны, которые соответствуют данной задаче.

Наиболее простая форма осмысливания предметов и явлений – узнавание. Здесь восприятие тесно связано с памятью. Узнать предмет – значит воспринять его в соотношении с ранее сформированным образом.

Осмысленность восприятия устраняет некоторые зрительные иллюзии (рис. 10.28). На рис. 10.28 а возникает иллюзия преломления прямой, проходящей через перекрывающие ее объекты. На рис. 10.28 б эта иллюзия исчезает благодаря осмысленности восприятия.

а) б)

Рис. 10.28. Иллюстрация осмысленности восприятия

С
труктурность − свойство, позволяющее воспринимать предметы в совокупности их устойчивых связей и отношений. Мы узнаем различные объекты благодаря устойчивой структуре их признаков. В восприятии вычленяются взаимоотношения частей и сторон предмета. Осознанность восприятия неразрывно связана с отражением устойчивых отношений между элементами воспринимаемого объекта. Внешне различные, но по существу однотипные объекты опознаются как таковые благодаря отражению их структурной организации (рис. 10.29)

Рис. 10.29. Внешне различные варианты буквы А

Избирательная направленность – преимущественное выделение одних объектов по сравнению с другими, обусловленное особенностями субъекта восприятия: его опытом, потребностями, мотивами и т.д. Из бесчисленного количества окружающих нас предметов и явлений мы выделяем в данный момент лишь некоторые из них. Это зависит от того, на что направлена деятельность человека, от его потребностей и интересов.

Избирательность восприятия – преимущественное выделение объекта из фона. При этом фон играет роль системы отсчета, относительно которой оцениваются пространственные и цветовые качества фигуры. Объект выделяется из фона по его контуру. Чем резче, контрастнее, контуры предмета, тем легче его выделение. Избирательность восприятия сопровождается концентрацией восприятия – субъективным расширением зоны фокуса внимания и сжатием периферийной зоны. При равнозначности объектов преимущественно выделяются центральный и больший объекты (рис. 10.30) Как видно из рис. 10.3, выделяется фигура в центре, а не четыре сегмента по краям.

Рис. 10.30. Иллюстрация избирательности восприятия

Апперцепцией называется зависимость восприятия от опыта, знаний, интересов и установок личности. Глядя на горящий костер издали, мы не ощущаем его тепла, но в восприятие включено и это качество.

В зависимости от прошлого опыта, знаний, профессиональной направленности человек избирательно воспринимает различные стороны предметов. Плоский предмет, представленный на рис. 10.31, может стать объемным, как только вы узнаете, что перед вами изображение пирамиды.

Рис. 10.31. Изображение пирамиды

Константность − относительное постоянство воспринимаемой формы, величины и цвета предмета, независимо от значительных изменений условий восприятия. Благодаря этому свойству мы узнаем предметы в различной обстановке.

Восприятие как деятельность. Образы восприятия не создаются одними только внешними воздействиями. Для их получения необходимы особая внутренняя активность субъекта, особого рода перцептивная деятельность. Восприятие − это сложная познавательная деятельность. Она включает в себя систему перцептивных действий и операций субъекта, в ходе которых он производит отбор необходимых и важных признаков в самом предмете, а затем сличает с ними формируемый образ. При восприятии действуют различение, опознание, измерение, контроль, оценка и др. Состав перцептивных действий зависит от степени осмысленности восприятия, т.е. понимания того, что воспринимается, от перцептивной задачи, стоящей перед человеком, от его потребностей и мотивов.

Деятельность по восприятию предметов и явлений внешнего мира формируется при жизни человека в процессе практического оперирования объектами восприятия. Важную роль в развитии восприятия играет специальное обучение эффективным перцептивным действиям.

Формы информации, предъявляемой в учебном процессе. Под информацией в контексте процесса обучения понимается сообщение, зафиксированное искусственно созданными знаками (или знаковыми системами), доступное для восприятия и понимания аудиторией, на которую оно рассчитано.

Можно выделить речевую, пиктографическую (от латинского pictus – рисованный, изображенный) и идеографическую формы передачи информации.

Важнейшим достижением человека, позволившим ему использовать как прошлый общечеловеческий опыт, так и настоящий, явилось речевое общение. Речь – это язык в действии. Язык – система знаков, состоящая из слов с их значениями и синтаксиса – набор правил, по которым строятся предложения.

Речь имеет три функции: обозначения, общения и коммуникации (передачи знаний, отношений, чувств). В контексте обучения последняя функция является важнейшей. В коммуникативной функции речи выделяют три стороны: информационную, выразительную и волеизъявительную.

Информационная сторона проявляется в передаче знаний и тесно связана с функциями обозначения и обобщения.

Выразительная сторона речи помогает передать чувства и отношения говорящего к предмету сообщения.

Волеизъявительная сторона направлена на то, чтобы подчинить слушателя замыслу говорящего.

В психологии различают два основных вида речи: внешнюю и внутреннюю. Внешняя речь включает в себя устную (диалогическую и монологическую) и письменную.

Информативность речи зависит прежде всего от ценности сообщаемых в ней фактов и способности ее автора к сообщению. Понятность речи зависит, во-первых, от ее смыслового содержания, во-вторых, от ее языковых особенностей и, в-третьих, от соотношения между ее сложностью, с одной стороны, и уровнем развития, кругом знаний и интересов слушателей – с другой. Выразительность речи предполагает учет обстановки выступления, ясность и отчетливость произношения, правильную интонацию, умение пользоваться словами и выражениями переносного и образного значения.

Устная речь занимает большое место при традиционной форме обучения.

Письменная речь (текст), как правило, является основной формой предъявления учебной информации при обучении и самостоятельной работе. Восприятие текста существенным образом зависит от размера шрифта, гарнитуры и стиля оформления документа. Печатный текст и текст, предъявляемый на экране компьютера, существенным образом отличаются друг от друга.

Пиктографические знаковые системы. Если задаться целью построить ряд форм пиктографической информации, например, по признаку увеличивающейся знаковости или, что то же самое, по признаку возрастания абстрактности, то формы предъявления информации выстроятся в такой ряд: фотография (видео) > технический рисунок > чертеж > схема.

Фотография как способ изображения и как средство фиксации отражения реальных предметов объективно представляет собой плоскостное изображение, и все же человек в состоянии правильно воспринимать изображение объекта ввиду того, что на фотографии схватывается пространственное соотношение объектов аналогично человеческому видению.

При восприятии объекта наиболее эффективной оказывается его фотография без функционального фона; мягкое изображение, сохраняющее все полутоновые переходы, воспринимается хуже, чем контрастный фотоснимок.

Как правило, технический рисунок может обеспечить достаточную научную и техническую достоверность, точность, четкость и ясность изображения объекта. С помощью технического рисунка не просто воспроизводят особенности изображаемого объекта, а, сознательно применяя необходимый выбор осей, их положения и размерные отношения по осям, точно передают форму, объемность, основные пропорции и назначение предмета, что позволяет изучить его по графическому изображению.

Психологически наилучшим по восприятию следует считать не изометрическое или диметрическое изображение предмета, а перспективное.

Понимание технических рисунков в общем не имеет существенных различий с пониманием фотографий аналогичных объектов на нейтральном «пустом» фоне.

Чертеж можно определить как графическое построение, содержащее условное изображение предмета, полученное методами проецирования в декартовой системе координат.

Наличие чертежей в печатном текстовом сообщении способствует более глубокому его пониманию, причем даже наличие или отсутствие подрисуночного описания устройства и его частей не оказывает существенного влияния на глубину понимания сообщения.

Любая схема, отображающая технический объект, представляет собой продукт абстрагирования в целях показа лишь самого существенного и принципиального в нем. Работа со схемой требует определенного уровня развития пространственных представлений и мышления. Чтение схем предполагает некоторое изначальное понимание взаимоотношений между определенными техническими объектами или узлами одного объекта.

Таким образом, чтение схем связано с соотнесением ее знаковых форм с различными конструкциями, т.е. с сопоставлением знакового и реального, а в ряде случаев также с оперированием пространственными динамическим образами. На правильность восприятия и понимания схемы как одного из важнейших видов обобщенной наглядности оказывает влияние и различное расположение условных изображений.

Исследования показали, что квалифицированные испытуемые при решении схемных задач используют усвоенные ранее готовые приемы и оперируют не элементами, а узлами схем. В случае затруднения при решении задач с помощью готовых приемов они прибегают к методу проб и ошибок или эвристическому методу. Неквалифицированные испытуемые чаще используют метод проб и ошибок, но с приобретением некоторого опыта переходят к эвристическому методу.

Следует отметить, что существуют классы объектов, поддающихся представлению только в виде схемы, или только в виде чертежа. Между этими граничными классами есть обширный класс объектов, допускающий отображение в виде как схемы, так чертежа.

Схема может изображать не только предметы, вещные объекты, но и процессы, коммуникации, траектории движения и др.

Коэффициент информативной значимости (отношение доли сущностной информации к полной информационной емкости сообщения) для схемы, очевидно, будет близок к единице, а для чертежа − значительно ниже.

Пиктограмма – изображение предметов, событий и действий путем условных знаков. Эта форма предъявления информации выполняет несколько функций:

• в образной, бросающейся в глаза форме демонстрирует количественные характеристики какого-либо явления, процесса, объекта;

• показывает месторасположение того или иного объекта;

• характеризует функциональное назначение органов управления или индикации;

• показом ситуации или объекта инспирирует определенный тип поведения реципиента или воздержание от определенных поступков;

• служит товарным знаком.

К идеографическим знаковым системам относятся график, гистограмма, диаграмма, таблица, формула, номограмма.

Идеографический вид семантической информации по сравнению с пиктографическим видом способен к передаче более скрытых от непосредственного восприятия свойств и особенностей изучаемого объекта или его фрагмента.

Под графиком обычно понимают совокупность определенным образом организованных линий, выражающих количественную зависимость взаимосвязанных величин. Графики дают возможность наглядного восприятия разного рода функциональных зависимостей, в том числе и таких, которые принципиально невозможно наблюдать визуально.

Арифметический масштаб по сравнению с логарифмическим повышает эффективность графиков более чем в 3 раза.

Координатная сетка увеличивает эффективность графиков приблизительно на 30 %.

Можно изобразить факты при помощи графиков или диаграмм таким образом, что представление о них будет совершенно неверным. Часто неправильно выбранный масштаб одной из осей графика (или соотношение масштабов осей) является причиной ложных впечатлений о представленных на графиках зависимостях.

Масштаб должен быть выбран так, чтобы можно было свободно различать существенные для данного графика зависимости, но чтобы при этом не «выпячивались» несущественные количественные или качественные характеристики.

Гистограммы применяются в тех случаях, когда на одной из осей (или на обеих осях) отложены дискретные величины.

Семиотический анализ гистограмм показывает, что их информационные возможности меньше, чем у графиков. Например, затруднительно построить гистограмму с большим числом столбиков. Такие гистограммы, кроме того, теряют свое основное преимущество − наглядность и поэтому трудно воспринимаются.

По критерию эффективности гистограммы в порядке увеличивающейся трудности восприятия распределяются так: столбиковая, полифакторная, сложная, круговая.

Диаграмма – графическое построение, наглядно показывающее соотношение между различными величинами. Как правило, она не имеет осей с нанесенными на них шкалами. На диаграмме каждая величина представлена прямолинейным отрезком, геометрической фигурой (прямоугольником, кругом или более сложным геометрическим образованием).

Семиотический анализ диаграмм показывает, что они как форма предъявления информации выполняют почти все функции, характерные для гистограмм. Однако отсутствие координатных осей с нанесенными на них шкалами лишают диаграммы «общего знаменателя», т.е. знания о диапазоне возможных изменений параметрических точек.

В порядке увеличения времени восприятия типы диаграмм распределяются так: столбиковые > ленточные > круговые.

Некоторое преимущество по критерию эффективности имеют диаграммы с индикацией значений на изображении по сравнению с диаграммами с индикацией, вынесенной за пределы изображения. Индикация диаграмм (как, кстати, и шкалы графиков и гистограмм) должна быть максимально читабельной.

Таблица − свод числовых (иногда буквенных) данных, расписанных по графам (столбикам) и строкам. Таблицы бывают однонаправленные, двунаправленные и многонаправленные.

Вопрос о предпочтительности графика (гистограммы, диаграммы) или таблицы спорный.

Графики имеют достоинства − они устанавливают зависимость между двумя или несколькими переменными и, превращая цифры в линии или блоки, лучше позволяют охватить множество результатов по сравнению с таблицами, часто перегруженными слишком полной информацией.

У. Росс Эшби считает, что табличная форма представления информации обладает одним очень важным преимуществом − она содержит только факты и ничего больше.

Д.И. Менделеев, прибегнув к табличному методу, открыл периодический закон, установил связь между известными в его время химическими элементами и успешно прогнозировал открытие новых элементов, указав их важнейшие характеристики.

Семиотический анализ, основанный на рассмотрении сущностных особенностей графиков и таблиц с точки зрения их информативных возможностей, показывает следующее.

Таблицы и графики (гистограммы, диаграммы) взаимно трансформируемы, инверсны в том смысле, что всю информационную емкость таблицы можно представить в виде графика.

При считывании информации из таблиц экспериментально не обнаружена зависимость числа ошибок от числа граф в таблице. На считывание показаний из таблицы уходит примерно в 2,5 раза больше времени, чем на считывание показаний с графиков. Средняя относительная погрешность при считывании показаний с графиков примерно в 4 раза выше, чем при считывании информации из таблиц.

Под формулой обычно понимают общее формализованное определение какого-либо правила, отношения, закона, структурной схемы вещества, применимое в определенных условиях ко всем частным случаям, выраженное числами или буквами (или тем и другим) и соединенное математическими знаками и символами.

Оптимальное употребление математической символики − это дополнение ее словесными пояснениями.

Семиотический анализ преимуществ и недостатков формул позволяют сделать такие выводы.

Формула, как правило, имеет значительно большую информативную емкость, чем таблица или номограмма, поскольку она более универсальна. Универсальность формулы, разумеется, не безгранична − она имеет четко очерченный диапазон применимости.

Степень наглядности формулы и таблицы примерно одинакова, но степень наглядности формулы определяется уровнем математической подготовки субъекта, а требования к подготовке субъекта при восприятии таблицы значительно меньше.

Существенный недостаток формул по сравнению с таблицами заключается в том, что формула способствует образованию иллюзий непрерывности функциональной зависимости даже в тех случаях, когда ее нет.

Согласно экспериментальным данным увеличение в формуле числа переменных с двух до четырех вызывает увеличение числа ошибок более чем в 2 раза; с четырех до шести − более чем в 6 раз.

Формула − наиболее концентрированная и емкая форма предъявления информации.

Номограмма − это особое графическое построение, с помощью которого по оговоренным правилам можно без вычислений получать решение уравнений (формул), для которых номограммы специально построены. Номограмма − это геометрическая модель формулы.

Эксперимент показывает, что номограммы несколько (совсем незначительно) проигрывают формулам в точности, но значительно выигрывают в быстроте получения решений.

Есть смысл строить и применять номограммы для формул, имеющих не более семи переменных. При большем их числе резко снижается точность решения и возрастает длительность поиска ответа.

Наиболее целесообразно строить специальные номограммы для формул с двумя-тремя переменными, когда диапазон возможных изменений переменных невелик.

10.4.5.Информационные объекты

Под информационными объектами будем понимать законченные блоки информации, которые могут быть использованы в качестве средств обучения в целях решения той или иной дидактической задачи.

В качестве таких объектов могут выступать текстовые документы, слайды компьютерных презентаций, компьютерные модели явлений, механизмов и процессов, модели лабораторных установок. На базе этих объектов строятся различные электронные учебные пособия, энциклопедии, базы знаний.

Наиболее распространены текстовые документы. В них могут присутствовать все формы информации: текст, фотографии, рисунки, диаграммы и др. При этом широко используют цвет, различные стили текста, гипертекст, анимация, звуковое сопровождение. В электронном виде текстовый документ становится мультимедийным. Это позволяет представить информацию предельно наглядно и во всей ее полноте.

Текстовые документы создаются с помощью текстовых редакторов или различных инструментальных сред проектирования обучающих систем. Как правило, их создание не требует навыков программирования на тех или иных языках.

Основные требования к электронным текстовым документам заключаются в том, что такие документы должны хорошо читаться на экране монитора и иметь развитую систему навигации.

На рис. 10.32 представлена страница конспекта лекций по физике. В данном случае мы видим практически отсутствие дизайна. Слева расположена панель навигации по всему конспекту. В конце параграфа имеются кнопки для переходов вперед, назад и к началу параграфа. На этой странице ничто не отвлекает внимание читателя от восприятия содержания.

Рис. 10.32. Страница конспекта лекций по физике

На рис. 10.33 изображена страница из Энциклопедии истории России издательства «Коминфо». В данном случае поработал профессиональный дизайнер – применен специальный шрифт, подобран цвет фона и графических элементов, использованы специально разработанные пиктограммы. При наведении курсора на слова, выделенные цветом, на экране появляются рисунки, карты, толкование терминов. Имеется звуковое сопровождение текстов, применяется развитая система навигации и поиска. Слева расположена панель навигации с изображениями и годами жизни правителей, справа вверху находятся кнопки перехода на другие страницы, в начало текста и кнопки возврата в текст из справочного материала. Ниже расположены выпадающие меню «Современники», «Культура», «События», еще ниже − пиктограммы «Карты», «Генеалогическое древо» и «Хронология». Ниже текста имеются элементы настройки (сервис), закладки, помощь и регулятор громкости. Страница сильно перегружена графическими элементами, отвлекающими от текста. Пользователь большую часть времени будет проводить не за чтением текста, а в путешествии по разделам. Это вполне допустимо для энциклопедии, но неприемлемо для учебного пособия.

Рис. 10.33. Страница Энциклопедии истории России

Более лаконично оформлена страница Базового курса английского языка издательства «Экс форс» (рис. 10.34). Основное пространство занято текстом, параметры шрифта и выбор фона можно в любой момент изменить в разделе «Настройка». Органами управления служат кнопки «Меню», «Выбрать» и кнопки управления плеером, воспроизводящим звуковое сопровождение. На экране только самое необходимое, ничто не отвлекает внимания пользователя.

Рис. 10.34. Страница Базового курса английского языка

Вся навигация и настройка системы сосредоточены в меню (рис. 10.35).

Рис. 10.35. Меню Базового курса английского языка

Некоторые текстовые документы, такие как страницы электронных задачников и тестирующих систем, требуют реакции пользователя. В простейшем случае необходимо выбрать правильный ответ из списка, в более сложном − сконструировать ответ в символьной форме. На рис. 10.36 представлена страница электронного задачника по физике. Здесь ответ конструируется путем перетаскивания с помощью мыши символов из имеющегося набора в специальную строку. В задачниках и тестирующих системах должны быть предусмотрены кнопки ввода ответа («Готов»), отказа от ответа («Дальше») и вызова помощи. Могут также подключаться калькулятор и программа построения графиков.

Рис. 10.36. Страница электронного задачника

Слайды лекционных презентаций также можно отнести к текстовым документам. Их, как правило, проецируют на экран и рассматривают с большого расстояния. Слайды не следует загромождать текстом. Размер шрифта в тексте и формулах должен быть не менее 20 пунктов. Основными элементами слайда являются рисунки, схемы, диаграммы, формулы. Широко применяется анимация при появлении и трансформации элементов слайда. Чем меньше элементов на слайде и чем они крупнее, тем лучше читается информация с большого расстояния. Не следует использовать одновременно более двух-трех цветов. При цветовой разметке следует учитывать, что на большом расстоянии лучше различаются светлые текст и линии на темном фоне. На слайде не должно быть лишних элементов управления и навигации, отвлекающих внимание. На рис. 10.37 изображен слайд лекционной презентации по физике.

Рис. 10.37. Слайд лекционной презентации

Заголовок слайда определяется названием рассматриваемого учебного вопроса. Он выводится на экран при смене слайда без анимации. При управляемом показе текст слайда, элементы рисунков и формул выводятся последовательно в соответствии с изложением материала лектором.

В правой части слайда приводятся формулы, полученные ранее и необходимые при рассмотрении текущего учебного вопроса.

В отличие от текстовых документов компьютерные модели реализуются программным способом на основе математической модели процесса или явления. Компьютерные модели могут быть использованы самостоятельно в качестве лекционных демонстраций или тренажеров, а также могут быть включены в состав текстовых документов.

Компьютерная модель, как правило, состоит из изображения (объемного или схематического) механизма, или установки, органов управления, позволяющих устанавливать параметры, запускать, останавливать работу модели, и средств визуализации состояния модели и ее параметров. Компьютерная модель сопровождается кратким теоретическим описанием изучаемого явления или процесса и описанием порядка работы с нею.

На рис. 10.38 приведена компьютерная модель изотермического процесса расширения или сжатия идеального газа, входящая в интерактивный курс «Открытая физика».

Рис. 10.38. Компьютерная модель изотермического процесса

Объектом исследования является идеальный газ, заключенный в цилиндр с поршнем и помещенный в термостат, имеющий заданную температуру. Работа модели состоит в перемещении поршня под действием внешней силы. Количеством молекул под поршнем показывается, что при изменении объема изменяется их концентрация, стрелками указывается направление передачи тепла. На pV-диаграмме отражается состояние термодинамической системы. Дополнительно на другой диаграмме выводится соотношение между количеством теплоты, сообщенной системе, работой газа и изменением внутренней энергии. Органы управления состоят из кнопок «Пуск», «Стоп», «Сброс» и окна ввода значения температуры.

На рис. 10.39 представлена модель для изучения закона сохранения момента импульса, выполненная с помощью моделирующей среды Stratum 2000. Здесь изображение установки сделано трехмерным. Имеются органы управления установкой и средства визуализации ее параметров.

Рис. 10.39. Демонстрационная модель закона сохранения момента импульса

В качестве лекционных демонстраций или индивидуальных средств обучения, включенных в текстовые документы, могут использоваться также численные математические модели, в которых информация визуализируется с помощью графиков.

На рис. 10.40 приведен график распределения интенсивности света, построенный по теоретической формуле с помощью программы Microsoft Origin.

Рис. 10.40. Математическая модель распределения интенсивности

света в дифракционной картине

Наиболее сложными объектами являются компьютерные модели лабораторных установок. На базе их создаются виртуальные компьютерные практикумы, тренажеры. Модели лабораторных установок могут также использоваться для лекционных демонстраций.

Модель должна воспроизводить все основные параметры реальной установки. Кроме изображения самой установки, приводятся изображения и другого оборудования: источников питания, генераторов, осциллографов и других измерительных приборов. Степень проработки изображений может быть различной, вплоть до трехмерного изображения. Должны функционировать органы управления приборами и оборудованием. Есть примеры реализации модели лабораторной установки с использованием принципа конструктора, когда установка «собирается» из набора элементов самим обучаемым. Кроме изображения оборудования, на экране должна быть таблица для записи результатов измерений. В ряде случаев целесообразно привести принципиальную электрическую схему.

Компьютерная лабораторная работа кроме самой модели установки должна содержать программу обработки результатов эксперимента и распечатки протокола работы. Кроме этого следует привести описание лабораторной работы, содержащее теоретические основы изучаемого явления, описание экспериментальной установки, порядок выполнения работы и обработки результатов, контрольные вопросы для самопроверки.

На рис. 10.41 приведена модель лабораторной установки для изучения вынужденных электрических колебаний, входящая в компьютерный практикум по курсу общей физики.

10.4.6.Заключение

Когнитивные возможности современных средств вычислительной техники очень большие. Они позволяют: подавать учебный материал в соответствии с законами восприятия; использовать не только материал, находящийся в ЭВМ, но и в системе вычислительных машин и во Всемирной паутине; находить новые методы решения задач, используя пакеты прикладных программ, модели устройств и явлений, когнитивную графику; не затемняя основной идеи, с помощью гипертекста раскрывать дополнительные сведения о изучаемых событиях, явлениях, технологиях.

Рис. 10.41. Модель лабораторной установки для изучения вынужденных электрических колебаний

Все это позволяет создавать электронные учебные ресурсы высокого уровня. При этом должны быть решены по крайней мере четыре блока проблем: представление информации; анализ высказываний обучающегося; выработка управляющего воздействия (как должен протекать процесс обучения после ответа обучающегося) и сбор статистики о ходе обучения (затраты времени и характер ответов на вопросы).

Все эти проблемы средства вычислительной техники (СВТ) принципиально могут решать достаточно успешно за исключением ряда ограничений, налагаемых на форму представления ответов. Не решенными остаются вопросы анализа устных и свободно конструируемых письменных ответов обучающихся, особенно ответов на вопрос «Почему это так?».

Остаются не решенными и часть психолого-педагогических вопросов типа, когда и почему необходимо представлять информацию в виде устной или письменной речи, когда их совмещать и как. Но это не вопросы технических возможностей СВТ, а психолого-педагогические вопросы. И таких вопросов при компьютерном обучении еще остается много.

10.5.Методические требования к электронному учебно-методическому комплексу

Ранее было определено кого, чему и как учить. Теперь это необходимо реализовать в комплексе средств обучения при принятой форме организации учебного процесса. Под ЭУМК будем понимать комплекс средств обучения, реализованный в электронном виде, обеспечивающий изучение заданной дисциплины от определенного начального уровня подготовки учащегося до конечного уровня, диагностично определяемого через способность учащегося отвечать на вопросы, решать задачи и вести проектирование в заданной предметной области.

В зависимости от начального уровня подготовки обучающихся, используемой методики изложения материала, требуемого конечного уровня обученности, степени осознанности, ступени абстракции и требуемого коэффициента автоматизации ЭУМК может быть реализован в разных вариантах. Он может включать в себя лекционный материал, задачник, лабораторную работу, контрольную работу по теме и всему предмету, электронный справочник, электронное пособие по проектированию, деловую игру и другое, а также обязательно содержать методический материал по изучению данного предмета данным контингентом. Методическое пособие не только направляет деятельность обучающегося по изучению предмета, но и координирует ее с работой других обучающихся и с преподавателем, учебным планом и формой организации учебного процесса.

Из данного определения ЭУМК следует, что в зависимости от предмета он может быть совершенно разным по сложности, а потому и время на его разработку может быть различным: от нескольких месяцев до нескольких лет. В последнем случае, естественно, он разрабатывается по частям и чаще всего по видам занятий, а не по темам [10.11]. Одним из основных требований к составляющим ЭУМК и к ЭУМК в целом, является методическая проработка, включающая в себя решение вопроса об организации познавательной деятельности учащегося в соответствии с закономерностями обучения.

Часть преподавателей считает, что если изложен учебный материал, к нему поставлены вопросы и даны задачи требуемого на экзамене уровня, то освоение материала обучающимся является его личным делом. Однако такой подход не может быть оправдан даже для отлично успевающих учащихся с неограниченным временем на усвоение предмета. Для них необходимо подкрепление правильности понимания предмета со стороны преподавателя и тем реже, чем методически лучше проработан ЭУМК. Для основной же массы учащихся необходимы организация их деятельности в соответствии с теорией обучения, особенно, по сложным предметам, контроль качества усвоения знаний теории, алгоритмов, умений и навыков по всем вышеизложенным критериям в процессе изучения каждой темы.

Если ЭУМК применяется в дистанционной технологии обучения, то в этом случае особое внимание следует обратить на контроль регулярности и добросовестности работы обучающегося с программами ЭУМК, что обеспечивается лишь регулярными беседами с преподавателем по итогам изучения тем и разделов.

В заключение снова перечислим основные методические требования к ЭУМК.

К учебникам предъявляются следующие требования.

1. Необходимо определить контингент, для кого ЭУМК будет создан.

2. Указать, в какой степени изучение данного предмета поможет в профессиональной деятельности будущего специалиста. Определить ступень абстракции и степень осознанности изучаемого предмета.

3. Раскрыть, в какой степени изучаемая дисциплина отражает уровень развития научных исследований по данному направлению. Определить перечень изучаемых учебных элементов.

4. Определить, какой начальный уровень знаний необходим для усвоения дисциплины в целом и по отдельных учебных элементов.

5. На основании взаимосвязи учебных элементов между собой и с соседними дисциплинами исходя из будущей профессиональной деятельности определить требуемый итоговый или конечный уровень обученности по отдельным учебным элементам.

6. Построить граф взаимосвязи учебных элементов и определить очередность их изложения.

7. При изложении каждой главы целесообразно рассмотреть пример, который раскрывает содержание всех рассматриваемых в данной главе вопросов на уровне словесного описания и обозначения проблем, что необходимо для обеспечения единства восприятия содержания главы.

8. Для каждого параграфа выбрать метод изложения: проблемный, информационно-рецептивный, исследовательский или эвристический.

9. Подобрать вопросы по каждой теме от минимального уровня усвоения их до максимального требуемого.

10. Продумать реакцию ЭВМ на тот или иной вариант ответа на отдельный вопрос и (или) серию вопросов с обеспечением диалога по усвоению материала темы последовательно до заданного уровня усвоения.

11. Выставить методические требования к формированию задачника, набору лабораторных работ, справочнику, контрольным работам и т.п.

12. Провести в соответствии с выставленными требованиями подбор учебного материала к ним.

13. Приступить к обсуждению реализации электронного варианта составляющих ЭУМК с методистом - программистом c учетом особенностей и требований дидактических систем, в которых он будет применяться, и когнитивных (познавательных) возможностей современных информационных технологий.

В прил. 10.1 приведено описание разработанного в МЭИ (ТУ) учебно-методического комплекса по дисциплине «Физика» для технических вузов [10.11 - 10.14,]. Этот комплекс включает в себя все необходимые компоненты для изучения дисциплины: лекционный материал, вопросы по его усвоению, задачник, лабораторные работы, указания по изучению теоретического материала, указания по решению задач с помощью компьютера, указания по выполнению лабораторных работ. Комплекс реализован по концепции СИИО.

Список литературы

10.1. Золотарев А.А. Теория и методика систем интенсивного информатизированного обучения. М.: Ассоциация «Кадры», 2003.

10.2. Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). М.: Изд-во Московского психолого-социального института, 2002.

10.3. Ахромушкин Е.А. Применение видеотехнологий в современных автоматизированных учебных комплексах (АУК) по техническим дисциплинам // Тезисы докладов Всероссийской конф. «Современная образовательная среда» ( 1- 4.11.2002 г.) М.: ВВЦ, 2002. с. 48-49.

10.4. Поспелов Д.А. Десять "горячих точек" в исследованиях по искусственному интеллекту. Интеллектуальные системы. М.: МГУ. 1996. Т.1. С. 47-56.

10.5. Червинская К. Р., Щелкова О. Ю. Медицинская психодиагностика и инженерия знаний / Под ред. Л. И. Вассермана. М.: Издательский центр «Академия», 2002. ,

10.6. Соловов А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения. Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1995.

10.7. Щекин Г.В. Ассиметрия мозга и психологические особенности человека . Киев: Межрегион. заочн. универс. управл.персоналом, 1992. N2. С.102-112.

10.8. Антонов А.В. Восприятие и понимание. Киев: Наукова думка, 1988.

10.9. Столяренко Л.Д. Основы психологии: Учебное пособие. – 7-е изд., перераб. и доп. Ростов -на -Дону: Феникс, 2003.

10.10. Еникеев М.И. Общая и социальная психология: Учебник для вузов. М.: Издательство НОРМА, 2002.

10.11. Евсеев А.И., Седов А.Н., Савкин А.Н. Опыт поэтапной разработки компьютерного учебно-методического комплекса на базе дисциплины «Общая физика» // Тезисы докладов Всероссийской конф. «Современная образовательная среда». М.:ВВЦ, 2002., С.123-124.

10.12. Седов А.Н. Информационные ресурсы учебной дисциплины в единой образовательной среде университета // Тезисы докладов Международной конф. «Информационные и телекоммуникационные технологии в образовании. (20-21 мая 2003 г.). М.2003.

10.13. Седов А.Н. Информационные ресурсы дисциплины «Физика» в единой образовательной среде университета // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конф. «Человеческое измерение в информационном обществе» (29.10-01.11.2003 г.). М.: ВВЦ,.2003., С.52-53.

10.14. Седов А.Н., Савкин А.Н. Реализация концепции мультимедийной версии учебника на примере курса «Общей физики» // Тезисы докладов Всероссийской конф. «Современная образовательная среда» (21-24.11.2001 г.). М.: ВВЦ,2001. С. 65-67.