CC BY
126
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ
А.В. Добрынин
В статье развивается и конкретизируется аспект «Информационные технологии в образовательном процессе». Автор анализирует комплекс дидактических принципов образования (обучения) и доказывает необходимость реализации этих принципов посредством информационных технологий, которые используются в единстве образовательной, развивающей и воспитательной функций. В статье дается анализ способов реализации этих принципов через ИТ ОПС. Сформулированы технические требования к ИТ ОПС и проанализировано их влияние на учебную деятельность. Автор утверждает, что не существует определенной системы использования программных средств и выделяет некоторые технические требования, которые помогут в развитии мотивации студентов старших курсов в процессе создания ИТ ОПС.
Ключевые слова: информационные технологии, образовательный процесс.
Проблема создания, эффективного использования средств информационных технологий является в настоящее время особенно актуальной. Исследователями П.И. Образцовым, Я.А. Ваграменко, И.В. Робертом,
Н.В. Апатовой, Ю.О. Овакимян, С.В. Паню-ковой, Л.Х. Зайнутдиновой и др. было выявлено, что на сегодняшний день нет общепринятой классификации программных средств информационных технологий (ИТ), предназначенных для использования в образовательном процессе.
Каждое из определений отражает тот или иной параметр классификации. Такие определения, как «автоматизированная обучающая система» (АОС), «экспертная обучающая система» (ЭОС), «тренажер», «электронная энциклопедия» и др. заведомо ограничивают спектр определяемых программных средств ИТ, т. к. отражают либо отличительную техническую возможность (например, ЭОС), либо отдельное методическое назначение («тренажер», «контролирующая
программа» и др.).
Наиболее приемлемым выглядит определение «педагогическое программное средство», предложенное И.В. Роберт, однако автор под термином «ППС» понимает компьютерные учебные программы одноцелевого назначения: сервисные, контролирующие. тренажерные, моделирующие, демонстрационные и т. д. Мы считаем, что современное программное средство может включать в себя возможность достижения нескольких целей, осуществления целого ряда функций (контроль знаний, оптимизация рутинной работы, поисковой деятельности).
Рассмотрим наиболее часто упоминаемые в классификациях разновидности программных средств ИТ, которые можно использовать в образовательном процессе школы. Итак, образовательные программные средства ИТ подразделяются:
1. По функциональному назначению (электронные учебники; автоматизированные обучающие системы (АОС); экспертные обучающие системы (ЭОС); программы-тренажеры; программные средства для контроля и тестирования; базы данных учебного назначения).
2. По способу представления информации (образовательные программные средства ИТ, предоставляющие информацию в вербализованной форме (в виде текста); образовательные программные средства ИТ, в которых информация представлена в виде гипертекста; образовательные программные средства ИТ с использованием технологии мультимедиа; образовательные программные средства ИТ с использованием технологии «виртуальная реальность» ) .
3. По методическому назначению (проблемно-ориентированные ОПС ИТ).
Рассмотрим подробнее классификацию образовательных программных средств ИТ по функциональному назначению.
Электронные учебники (tutorials).
А.С. Демушкин определяет понятие «электронный (компьютерный) учебники» следующим образом: «...это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Компьютерный учебник соединяет в себе свойства обычного
учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума» [1].
Н.Н. Соболева с соавторами отмечают необходимость наличия в учебнике следующих систем: ядро (управляющий модуль) курса; иллюстрированный учебно-справочный комплекс; комплекс виртуальных лабораторий и интерактивных моделей; тестирующий комплекс, интегрированный с базой данных задач; поисковый комплекс; система помощи; система методической поддержки.
Автоматизированные обучающие системы (automotized training systems). АОС упоминаются в литературе достаточно часто. По определению Н.В. Апатовой «...под автоматизированной обучающей системой (АОС) можно понимать любую компьютерную программу учебного назначения» [2]. Методы и средства информационных технологий претерпели существенные изменения, данное понятие нуждается в конкретизации. Л.Х. Зайнутдино-ва считает необходимым уточнить определение АОС, утверждая, что «под АОС чаще всего понимают обучающую программу сравнительно небольшого объема, обеспечивающую знакомство учащихся с теоретическим материалом и, в некоторой степени, тренировку и контроль уровня знаний» [3].
Экспертные обучающие системы (ЭОС) (expert systems). ЭОС рассматриваются в работах И.В. Роберт, С.В. Панюковой и других авторов. ЭОС реализуются на базе идей искусственного интеллекта, они моделируют деятельность экспертов при решении достаточно сложных задач и способны приобретать новые знания. ЭОС должна обеспечивать ответ на запрос обучаемого и решение задач из определенной предметной области, при этом ЭОС обеспечивает пояснение стратегии и тактики решения задач изучаемой предметной области при диалоговой поддержке процесса решения.
Экспертные системы в первую очередь ориентированы на решение на основе знаний специалистов-экспертов трудных практических задач, в основном, в неформализованных областях (медицина, геология, сельское хозяйство, управление, вычислительная техника, электроника, юриспруденция и др.) и при этом позволяют получать результаты сравнимые, а иногда и превосходящие те, которые может получить эксперт-человек.
Типичная экспертная система имеет следующие компоненты: база знаний, хранящая множество правил; рабочая память, хранящая данные (база данных); интерпретатор. решающий на основе имеющихся в системе знаний предъявленную ему задачу; лингвистический процессор, осуществляющий диалоговое взаимодействие с пользователем (экспертом) на естественном для него языке (естественный язык, профессиональный язык, язык графики, тактильное воздействие и т. п.); объяснительная компонента, дающая объяснение действий системы, отвечающая на вопросы о том, почему некоторые заключения были сделаны или отвергнуты. В последнее время экспертные обучающие системы начинают применяться и в хорошо изученных, формализуемых предметных областях, использующих постоянные или редко меняющиеся (стационарные) базы знаний.
Интеллектуальные обучающие системы (ИОС) (iпtelligeпce systems) относятся к программным средствам ИТ наиболее высокого уровня и реализуются на базе идей искусственного интеллекта. ИОС могут осуществлять управление не только по результату, но и по процессу, следовательно, управлять на всех этапах решения учебной задачи, начиная от ее постановки и поиска принципа решения и кончая оценкой оптимальности решения, с учетом особенностей деятельности обучаемых.
Программы-тренажеры (training simulator) - это программные средства ИТ, предназначенные для отработки умений и навыков. Они особенно эффективны для отработки практических умений и навыков, например, для обучения персонала действиям в условиях сложных и даже чрезвычайных ситуаций.
Некоторым программы-тренажеры созданы с использованием имитационных возможностей компьютера, а также с использованием возможности моделирования. В этом случае они обеспечивают получение краткой информации по теории, тренировку на различных уровнях самостоятельности, контроль и самоконтроль.
Образовательные программные средства (ОПС) ИТ для контроля и тестирования (check prograтs) также можно выделить в отдельную группу. Они нашли наиболее широкое применение ввиду относительной легко-
32Q
сти их создания. Существует целый ряд инструментальных систем - «оболочек», - с помощью которых преподаватель, даже не знакомый с основами программирования, в состоянии скомпоновать перечни вопросов и возможных ответов по той или иной учебной теме.
Классификация программных средств ИТ по способу представления информации включает в себя ОПС ИТ с представлением информации в вербализованной форме, ОПС ИТ с представлением информации в виде гипертекста, ОПС на основе технологий мультимедиа.
Образовательные программные средства ИТ с представлением информации в вербализованной форме (в виде текста) являются электронным аналогом традиционных печатных учебников. Достоинствами подобных программных средств является малый объем, наличие сервисных функций (возможность нахождения разделов, распространения по компьютерным сетям, возможность быстрого тиражирования). Недостатками таких программных средств являются затруднения в восприятии информации с экрана и т. д.
Образовательные программные средства ИТ с представлением информации в виде гипертекста находятся на более высоком уровне по сравнению с программами, где информация представлена в вербализованной форме.
Гипертекст отличают три главных особенности: 1) набор узловых точек; 2) сеть, связывающая узловые точки; 3) системы мультимедиа, подключенные к этим узлам.
Узлы служат точками входа в представление информации в мультимедиа и с помощью сети они связаны таким образом, что информация может быть представлена либо в структурированном, либо в неструктурированном виде последовательности событий. Узлы в тексте - это выделенные специальным образом слова. Подведя к ним курсор, можно выйти из текста и перейти к другой узловой точке. В узле возможны другие формы представления учебной информации, например, иллюстрации, которые, в свою очередь, могут иметь свои точки выхода в другие узлы системы. Такие картинки называются гиперкартами. В виде гиперкарты могут храниться любые рисунки, помеченные номерами ссылок на текстовые или дру-
гие графические пояснения. Гипермедиа позволяет объединить концептуальные знания, которые требуют много примеров или являются результатом нескольких контекстов (смыслов).
Программные средства на основе технологии мультимедиа представляют информацию в виде трехмерной графики, звукового сопровождения, видео, анимации и лишь частично в вербализованной форме (тексты).
В.А. Красильникова дает следующее определение технологии мультимедиа: «Мультимедийные технологии - способ подготовки электронных документов, включающих визуальные и аудиоэффекты, мультипрограммирование различных ситуаций под единым управлением интерактивного программного обеспечения».
Вопросы использования мультимедиа в образовании рассматриваются различными авторами. В работе И.В. Роберт сказано, что программы мультимедиа обеспечивают возможность интенсификации обучения и повышение мотивации обучения за счет изменения современных способов обработки аудиовизуальной информации, таких, как: «манипулирование» (наложение, перемещение) визуальной информацией в пределах поля данного экрана или в пределах поля предыдущего (последующего) экрана; контаминация (смешение) различной аудиовизуальной информации; реализация анимационных эффектов; деформирование визуальной информации (увеличение или уменьшение определенного линейного параметра, растягивание или сжатие изображения); дискретная подача аудиовизуальной информации; тонирование изображения; фиксирование выбранной части визуальной информации для ее последующего перемещения или рассмотрения «под лупой»; многооконное представление аудиовизуальной информации на одном экране с возможностью активизировать любую часть экрана (например, в одном «окне» -видеофильм, в другом - текст); демонстрация реально протекающих процессов, событий в реальном времени (видеофильм).
Мультимедиа часто организовано как гипермедиа. Гипермедиа состоит из узлов, которые являются основными единицами хранения информации и могут включать в себя страницы текста, графику, звуковую
информацию видеоклип или даже целый документ.
Таким образом, гипермедиа есть своего рода сочетание мультимедиа с гипертекстовой структурой.
Преимущество мультимедиа-курсов,
прежде всего, состоит в наличии так называемых точек разветвления в программе, что позволяет регулировать процесс восприятия информации и либо вернуться назад к повторению материала, либо перейти к любой другой точке разветвления. Чем больше таких точек, тем выше интерактивность программы и ее гибкость в процессе обучения. Это достигается за счет включения в мультимедийные обучающие курсы гипертекста [3].
Другим важнейшим преимуществом является аудиосопровождение учебной информации, повышающее эффективность восприятия материала, комментариев к изучаемым объектам, которые параллельно демонстрируются на экране ПК. Еще более эффективно сочетание аудиокомментариев с видеоинформацией или анимацией, так как появляется возможность постепенно, шаг за шагом разъяснять самые сложные процессы в развитии объектов [4].
Таким образом, возможности систем мультимедиа позволяют интегрировано представлять на экране компьютера любую аудио-видео информацию, реализуя интерактивный диалог пользователя с программой.
Осмысление вербализованной учебной информации - теоретическое понятийное, графической - теоретически-образное или наглядно-образное. При переходе к системам виртуальной реальности происходит качественное изменение восприятия информации, теперь оно осуществляется не только с помощью зрения и слуха, но и также с помощью осязания и даже обоняния. Возникают предпосылки для реализации дидактического принципа наглядности обучения на новом уровне, который заключается в том, что создаются предпосылки деятельности, направленной не только на созерцание, но и на созидание, на творчество. Осмысление информации, предоставляемой системами виртуальной реальности, может быть уже не только теоретическим, но и практическим, а именно: наглядно-образным или наглядно-действенным.
Программы с использованием технологии «виртуальная реальность» позволяют
нам обеспечить более высокую степень интеграции теоретической и практической составляющих учебного материала классифицировать программные средства ИТ по методическому назначению, включающему проблемно-ориентированные, объектно-ориентированные и предметно-ориентированные ОПС ИТ.
Проблемно-ориентированные программные средства ИТ направлены на решение определенной учебной проблемы. В них же целесообразно и ставить проблему, включая в этот процесс старшеклассника с тем, чтобы он принимал активное участие в анализе задачи, поисках пути решения, выборе наиболее оптимального решения и в разработке алгоритма его реализации.
Объектно-ориентированные программные средства ИТ дают возможность осуществления некоторой деятельности с объектной средой.
Предметно-ориентированные программные средства ИТ позволяют моделировать изучаемые объекты и их отношения в определенной предметной среде. Такого рода программные средства предоставляют старшекласснику возможность самому построить и исследовать модель, ее свойства, отношения с другими моделями.
Однако данная классификация программных средств будет неполной, если в нее не включить еще четвертую группу ОПС ИТ, которую мы назвали «полифункциональной ОПС ИТ» Наиболее эффективно способствовать развитию мотивации учебной деятельности старшеклассников будет ОПС ИТ, обладающее полифункциональным назначением, т. е. способное осуществлять представление материала с учетом модальности восприятия, обеспечивать возможности контроля и самоконтроля ОПС, включающее в себя необходимую справочную информацию, средства для закрепления полученных знаний и умений. Кроме того, оптимальное для развития мотивации учебной деятельности старшеклассников ОПС ИТ должно обладать интерактивным диалогом, быть направлено на развитие способности старшеклассников к социальной и предметной рефлексии, способствовать проявлению позитивных эмоций. Изложение учебного материала должно обладать проблемностью, а также сопровождаться наличием эффективных средств содействия
когнитивной деятельности старшеклассника в процессе поиска решения проблемы.
Считаем важным выделить в нашей классификации программные средства, при помощи которых можно создавать ОПС ИТ.
1) Программные средства для математического и имитационного моделирования. Такие программы позволяют расширить границы экспериментальных и теоретических исследований, дополнить физический эксперимент вычислительным экспериментом. В одних случаях моделируются объекты исследования, в других - измерительные установки. К примеру, программа 3D StudioМах предназначена для работы с трехмерными анимационными элементами и может быть использована в программных средствах ИТ с элементами моделирования.
2) Программные средства для генерации электронных учебников. В качестве примера можно привести систему Hyper Method, при помощи которой можно создавать электронные учебники, основанные на использовании гипертекста.
3) Программные средства для генерации тестовых заданий. В таких программах преподаватель перечисляет контрольные вопросы, возможные ответы к ним и указывает правильные ответы.
Современные ОПС ИТ дают немало педагогических возможностей при использовании в образовательном процессе благодаря своим техническим характеристикам. Технические характеристики ОПС ИТ обусловливают также широту и эффективность решения педагогических задач.
Рассмотрим кратко технические характеристики.
ОПС необходимо учитывать по нескольким причинам: для эффективного достижения образовательных целей; для создания методик использования ОПС ИТ в процессе преподавания образовательных дисциплин; для обеспечения возможности отбора работниками образования готовых ОПС ИТ, предназначенных для использования в процессе изучения той или иной дисциплины; для корректной постановки преподавателем задачи разработчику в случае необходимости разработки ОПС ИТ; для контроля качества ОПС ИТ, используемых в образовательном процессе.
Наиболее важной характеристикой является способ представления материала за счет
использования технологии мультимедиа и гипертекста. Гипертекст позволяет структурировать материал, реализовать систему ссылок, повышающую удобство работы с изучаемой информацией.
Информационные возможности образовательных программных средств позволяют осуществлять оперативный доступ к мировым информационным ресурсам независимо от их удаленности от обучающегося, обеспечить развитие навыков сетевого общения, преодоление психологического барьера среди слабоуспевающих учащихся за счет удаленности преподавателя.
Кроме того, ОПС ИТ могут содержать большие объемы учебной информации, которые часто бывают реализованы в виде учебных баз данных, оснащенных системами поиска и навигации. Большое значение для реализации дидактических возможностей имеет такая характеристика, как структурированное представление учебного материала.
1. Демушкин А.С., Кирилов А.И., Сливина Н.А., Кривошеев А.О. и др. Компьютерные обучающие программы // Информатика и образование. 1995. № 3. С. 16.
2. Апатова Н.В. Информационные технологии в школьном образовании. М., 1994.
3. Зайнутдинова Л.Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин) Астрахань, 1999.
4. Дубинский Ю.П. Зырянов Г.Б. Межпредметные связи и компьютеризация как факторы повышения эффективности обучения естественнонаучным дисциплинам в профильном учебном заведении // Наука и школа. 2002.
С. 48-59.
Поступила в редакцию 26.02.2008 г.
Dobrynin A.V. Information technologies in the educational process. The author analyzes the complex of didactic principles of education and proves the necessity of realization of these principles by means of information technologies, which are used in the unity of educational, developmental and pedagogical function. The analysis of the ways of realization of these principles through EPMIT is given in the article. Technical requirements to EPMIT are formulated and their influence on training activities is analyzed. The author states that there is no definite system of using software and singles out some technical requirements, which will help in development of motivation of graduate students in the process of creating EPMIT.
Key words; information technologies, educational process.
