Разработка архитектуры комплекса обучающих программ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №6 (92) 2010

%

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

УДК 377+004 : [004.02+004.588] А. Е. УЛЬТАН

Е. С. ПЕТРОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ КОМПЛЕКСА ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ

В данной работе излагаются основные идеи, положенные авторами в основу архитектуры расширяемого комплекса обучающих программ.

Ключевые слова: архитектура программы, обучающая программа.

Компьютеризация образования является рычагом, с помощью которого можно существенно преобразовать всю образовательную систему снизу доверху [1—5]. Однако на сегодняшний день подобные коренные изменения пока не произошли. Очевидно, что на пути к подобным изменениям придется преодолеть еще много препятствий.

Одно из них, на наш взгляд, состоит в том, что на данный момент образовательными программами занимаются разные производители, создающие программы в различном стиле. На наш взгляд, было бы очень хорошо, если бы учащийся работал с комплексом обучающих программ разной направленности, но выполненных в едином стиле. Это помогло бы облегчить процесс обучения.

Таким образом, возникают следующие, изображенные на рис. 1, первые контуры архитектуры комплекса обучающих программ, состоящего из про-

граммы «Учитель» и различных обучающих модулей разной направленности.

Каждый модуль должен обладать своей уникальной функциональностью, а программа «Учитель» должна с одной стороны загружать модули и предоставлять пользователям возможность работать с ними в едином стиле, а с другой стороны — в нее должны выноситься все функции общие для модулей.

Модули предназначены для автоматизации процесса обучения различным предметам — химии, алгебре, геометрии, физике и т. д. Несмотря на разно-направленность, все модули, на наш взгляд, должны быть устроены единообразно и обязательно содержать, как указано на рис. 2, три функциональных блока:

а) учебник: аналог традиционного учебника, составленный в стиле стандартной для Ш1^с^8-про-грамм справочной системы с разбиением текста на

Программа «Учитель»

Рис. 1. Архитектура комплекса обучающих программ

Модуль

Учебник

Сборник задач Генератор задач

Учитель -решатель

Рис. 2. Устройство модуля

поименованные части, возможностями поиска по ключевым словам и гипертекстом. Из различных частей «Учебника« должен быть выход к тестам и соответствующим задачам из сборника задач;

б) сборник задач и генератор задач: с помощью генератора задач составляется сборник задач с учетом тематики и сложности задач. При этом генератором задач может оказаться просто MS Word или специально написанная программа;

в) учитель-решатель: программное средство, позволяющее пользователю сформулировать задачу и организовать её решение в двух режимах:

1) автоматическое решение. В этом режиме программа способна решать самостоятельно от начала и до конца предоставленную задачу с выводом на экран пошагового решения;

2) контроль над ходом пользовательского решения. В этом режиме программа способна контролировать пошаговое решение пользователя и предоставляет следующие функции:

— обнаружение ошибок;

— выдача подсказок по запросу пользователя о выявленных возможных действиях в текущем состоянии;

— осуществление шага решения по требованию пользователя;

— автоматическое решение до конца по требованию пользователя.

Кроме того, «Учебник» и «Учитель-решатель» заносят в накопитель ошибок информацию о текущем состоянии знаний ученика, для последующего учета при генерации новых тестов и задач.

На наш взгляд, работать с такими модулями можно даже без учителя,

Однако очень важно понять, что такой комплекс программ невозможен без еще одной программы, которую мы назвали «Конструктор». Одна из причин, требующая наличие этой программы, состоит в том, что для того, чтобь: «Учитель» мог позволять пользователю загружать для работы разные модули, необходимо, чтобы они были единообразно устроены. Следовательно, они должны проектироваться единообразно. Но в этом случае всех их можно проектировать епо-мощью одной программы («Конструктор»}. Это обеспечит единообразие устройства модулей и существенно сократит трудозатраты на проектирование и программирование, т. к. стандартные фрагменты кода будет писать «Конструктор».

Чтобы понять, как же единообразно должны быть устроены модули, необходимо, прежде всего, вспомнить, что такое алгоритм и как он описывается.

Рис. 3. Обобщенная диаграмма классов, с помощью которой можно описывать алгоритмы

Алгоритм — это совокупность действий, которую эктор (тот, кто совершает действие} должен совершить над некоторой системой для достижения поставленных целей. Специально для описания алгоритмов в современном программировании создан язык UML (Universal modeling language}. Он позволяет их описывать с помощью различных диаграмм. Любой алгоритм можно, например, единообразно описать с помощью укрупненной диаграммы классов, изображенной на рис. 3. Каждый прямоугольник на этой диаграмме описывает некоторый класс, т. е. описание устройства объектов, принадлежащих этому классу. Для этого каждый прямоугольник-класс содержит описание атрибутов (параметров), характеризующих объекты данного класса и описание процедур, которые могут выполнять объекты этого класса.

Из диаграммы видно, что алгоритм ассоциируется, с одной стороны, с некоторой системой, над которой совершаются действия. С другой стороны, алгоритм ассоциируется с действиями, которые в соответствующих состояниях можно произвести над системой и перевести ее с их помощью в новое состояние. А с третьей стороны — алгоритм ассоциируется с распознавателями состояний, в которых может находиться система, чтобы вызвать действия, соответствующие распознанному состоянию.

Как видим, такая диаграмма классов полностью описывает и устройство системы, с которой выполняются действия, и сами эти действия, и порядок их осуществления, т. е. полностью весь алгоритм. Единственный недостаток этой диаграммы состоит в том, что она не описывает алгоритм русским языком.

Этот недостаток можно устранить, если с каждым классом, каждым атрибутом класса, каждой процедурой класса связать описание на русском языке (или даже несколько разных описаний написанных, возможно, разными авторами). Такая диаграмма классов будет представлять интерес не только для программиста при создании программы (как это принято сегодня}, но и для педагога, создающего иерархию уроков или элементов учебника (главы, параграфы и т. д.}

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №6 (92) 2010 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №6 (92) 2010

Модуль

«Алгебра»

Учебник

Задачи

Учитель-

решатель

Модуль

«Химия»

Учебник

Задачи

Учитель-

решатель

Модуль «Кройка и шитье»

Учебник

Задачи

Учитель-

решатель

Модуль

«Симплекс-

метод»

Учебник

Задачи

Учитель-

решатель

Рис. 4. Архитектура комплекса обучающих программ, включающая программу «Конструктор»

дл:

я программиста

(31

Создание диаграммы классов для системы, с которой будет работать алгоритм

Создание диаграммы состояний алгоритма

Автоматическое создание общей диаграммы классов и шаблона программы

Введение и сохранение справочной информации о каждом элементе общей диаграммы классов

га:

Создание иерархии уроков или компонентов учебника и наполнение ее сохраненной ранее справочной информацией

Создание накопителя ошибок

Рис. 5. Требования, предъявляемые к программе «Конструктор»

или функционального блока «Учебник» обучающего модуля и желающего наполнить их текстом.

Для того, чтобы все это и многое другое можно было осуществить не вручную, а программным путём, мы предлагаем архитектуру комплекса обучающих программ, изображенную на рис. 4.

О программе «Учитель» и модулях, обучающих разным предметам (алгебре, химии и т. д.), мы говорили выше. Функции программы «Конструктор» показаны на рис. 5.

Как видим «Конструктор» должен позволять строить диаграмму классов, описывающую систему, над которой должны производиться действия алгоритма, и диаграмму состояний, описывающую алгоритм с точки зрения возможных состояний, в которых может оказаться система, и действий, соответствующих этим состояниям. После создания этих диаграмм «Конструктор» автоматически генерирует конкретную диаграмму классов модуля, похожую на обобщенную диаграмму классов, представленную на рис. 3. Теперь с помощью «Конструктора» можно с каждым элементом полученной диаграммы классов связывать текст.

Полученный таким образом продукт является очень ценным, т. к. на его основе с помощью «Конструктора» можно сгенерировать шаблон обучающего модуля, использующий введенный текст в подсказках учителя-решателя и отдать его программисту на

доработку. А с другой стороны, можно строить на экране иерархию глав или уроков (в частности, блока «Учитель») и простой операцией перетаскивания мышкой заполнять ее текстом. Кроме того, эта диаграмма классов алгоритма, знающая все о нем до мельчайших подробностей, должна стать основой для генерации описанного выше файла-накопителя ошибок, в который будут заноситься все сообщения об ошибках обучаемого, случившиеся при тестировании или решении задач.

Как видим, все функции «Конструктора» и вся слаженность всего комплекса базируются на единообразном описании систем и совершаемых с ними действий с помощью диаграмм классов, имеющих вид, представленный на рис. 3.

Подводя итог описания комплекса программ, хотелось бы обратить внимание на важное обстоятельство, состоящее в том, что при получении шаблона модуля нужно генерировать его таким образом, чтобы другие программы могли воспользоваться его функциональностью (это легко сделать). Тогда получается, что в рамках такой архитектуры мы получаем не просто комплекс обучающих модулей, а хранилище знаний о системах и действиях над ними, которое позволяет использовать эти знания, как в утилитарных, так и в педагогических целях.

В настоящее время нами реализован упрощенный вариант программ «Конструктор», «Учитель», модуля

«Симплекс-метод». Реализуются модули «Алгебра», «Решение текстовых задач по алгебре», «Экономика предприятия».

Библиографический список

1. Перспективы программированного обучения / К. Томас [и др.] ; перевод с англ. О.А. Бондина и Н.Т. Кобяковой ; под ред. А.В. Нетушила.— М. : Мир, 1966. — 247 с.

2. Программированное обучение : сб. статей ; пер. с англ. / Составитель И. Д. Ладанов. — М. : Изд. Министерства обороны СССР, 1966.-242 с.

3. Программированное обучение : межведомств. науч. сб. -Вып. 1.-Киев : Изд. Киевского ун-та, 1967.-250 с.

4. Щеголев, А.Г. Принципы применения компьютерной техники при изучении гуманитарных предметов : пособие для методистов, учителей и разработчиков программных средств учебного назначения / А. Г. Щеголев.-М. : ИНИНФО, 1993.-75 с.

5. Левинская, М. А. Продукционная модель интерактивной компоненты обучающей системы / М. А. Левинская // Математика. Компьютер. Образование : сб. науч. ст.—Москва — Ижевск : Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2003.—Вып. 10.—Ч. 1. — С. 81-93.

УЛЬТАН Александр Ефимович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Прикладная информатика в экономике».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ПЕТРОВ Евгений Станиславович, аспирант кафедры «Прикладная информатика в экономике».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 21.10.2009 г.

© А. Е. Ультан, Е. С. Петров

УДК 378.147 С. О. ГРУЗДЕВ

Омский государственный университет путей сообщения

К ВОПРОСУ О СОСТОЯНИИ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ МОБИЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ______________________________________________

Последние достижения в области мобильных устройств и беспроводных технологий позволили использовать мобильные устройства в образовательных учреждениях как средства усовершенствования учебного процесса. Педагогические исследования в области мобильного обучения как независимого или дополняющего существующую практику являются относительно новыми. Крайне важно выработать четко определенные педагогические принципы мобильного обучения, которые, несомненно, будут содействовать эффективному применению мобильного обучения.

Ключевые слова: мобильное обучение, беспроводные технологии, педагогическая теория, электронное обучение, мобильная среда, мобильный контент.

Структурная перестройка российской образовательной системы происходит на фоне изменений в самом характере образования, в центре внимания которого оказалось свободное развитие человека, его творческой инициативы, самостоятельности, конкурентоспособности, социальной и академической мобильности.

В современных условиях перспективы дальнейшего развития высшего профессионального образования связаны, прежде всего, с усилиями самих вузов по изменению структуры и содержания профессиональных образовательных программ, приближенных к запросам как конкретных вузов, так и общества в целом и учитывающих структурные изменения, происходящие в социально-экономической, культурной, политической сферах. В связи с этим понятны и обоснованы такие процессы в образовании, как модернизация, смена парадигм, экологизация, гуманизация и т.д. Новая парадигма образования заключается в фундаментальности, целостности, направленности на личность обучаемого. Повышению качества образования, основанному на научных

исследованиях, помогает, на наш взгляд, мобильное обучение, которое, в отличие от традиционного обучения, имеет свои преимущества, о которых будет сказано ниже.

Традиционные классические занятия в аудитории уже подкреплены четкими педагогическими принципами. Так, некоторые авторы рекомендуют семь педагогических принципов вузовского образования: мотивация студентов — общение с преподавателями; поощрение взаимодействия между студентами; поощрение активности в обучении; оперативная обратная связь; ограниченное время на выполнение задания; ожидание высоких достижений; уважение к проявлению таланта и альтернативным способам обучения.

Эти основные принципы также применимы к электронному и мобильному обучению. До сих пор педагогические исследования в сфере мобильного обучения были основаны главным образом на педагогике электронного обучения, принципы которого определил Keeton [1]: четко определенные цели; использование экстенсивной и целенаправленной

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №6 (92) 2010 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ