CC BY
63
УДК 368.3.068
В. Б. Алмаметов, А. В. Затылкин, И. Д. Граб, В. С. Зияутдинов, С. В. Щербакова
МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ НАВЫКОВ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЕ ОБУЧЕНИЯ С ВНЕШНИМ ОБЪЕКТОМ ИЗУЧЕНИЯ
Аннотация. Дан анализ современных подходов к формированию профессиональных знаний и навыков у специалистов, деятельность которых связана с разработкой сложных технических объектов. Предложена архитектура интеллектуальной компьютерной обучающей системы, отличающейся наличием внешнего объекта изучения, который объединяет процессы обучения и тренинга и позволяет не только передавать обучаемым профессиональные знания, но и формировать у них профессиональные навыки и умения.
Ключевые слова: методология, интеллектуальная компьютерная система обучения, архитектура системы, новые информационные технологии.
Abstract. The analysis of modem approaches to development (of) the professional knowledge and skills for specialists is given, theirs activities are connect with working out of difficult technical objects. The architecture of the intellectual computer training system is offered. The architecture differs to availability external object of studying. Its integrate learning and training processes, allowing transfer professional skills and develop professional knowledge and skills to trainees.
Keywords: methodology, intellectual computer system of training, architecture of the system, new information technologies.
Введение
Сейчас уже можно с полной уверенностью утверждать, что развитие информационных технологий создало необходимую основу для превращения компьютерных средств обучения из информационного приложения традиционных методик преподавания в новое средство обучения, радикально изменяющее технологию подготовки современных специалистов. Качественные изменения инструментария разработки компьютерных средств обучения предполагают разработку новых методических подходов к организации процессов подготовки специалистов в различных областях знаний. Это позволит, с одной стороны, систематизировать уже накопленный опыт в данной области, с другой - сформулировать основные требования ко вновь разрабатываемым системам автоматизированного обучения.
Очевидно, что развитие компьютерных средств учебного назначения на базе новых информационных технологий должно естественным образом опираться на практику существующих результатов в области разработки электронных средств обучения. По мнению авторов, одной из важнейших проблем компьютерного обучения на сегодняшний день является проблема создания интеллектуальных компьютерных обучающих систем (ИКОС), способных обеспечить эффективную организацию процессов теоретического обучения и получения практических навыков. Данная работа посвящена именно этой проблематике.
1 Постановка задачи
В настоящее время существует множество обучающих систем по самым различным предметным областям. Возможности таких систем колеблются от простейших (позволяют проводить тестирование, сохранять его результаты, а затем предоставлять их) до достаточно сложных. Они могут быть снабжены различными средствами анализа результатов обучения (например, статистическая обработка результатов), оформления отчетов по различным критериям, установки параметров вопросов (например, коэффициент сложности), параметров тестов (например, ограничение времени тестирования), разграничения прав доступа и т.д. Некоторые системы могут использоваться при работе в локальных и глобальной сетях.
Различаются системы и по типам вопросов. Чаще всего имеется возможность создавать только одновариантные вопросы (дается несколько вариантов ответов, из которых только один является правильным). Более сложные системы позволяют использовать несколько типов вопросов: многовариантные (несколько вариантов ответов, из которых правильных может быть несколько или все), открытые (обучаемый должен ввести ответ сам), на нахождение соответствия (дается два списка, требуется для каждого элемента первого списка установить подходящий к нему элемент второго списка). Примерами таких программ являются системы Ассистент, Мастер Тест, Система Электронного Тестирования (сетевая версия), Экзаменатор, AnyTest, SunRav TestOfficePro, Teaching Templates (система веб-тестирования), TestMaker и многие другие [1-3].
Следующим классом программ являются средства разработки самих обучающих систем, которые создают рабочую среду для процессов обучения и проведения тестов. Некоторые из них позволяют осуществлять связь тестовых вопросов с теоретическими темами: например, при неправильном ответе на вопрос обучаемый может получить объяснение, в чем состоит его ошибка, или вернуться к изучению связанного с вопросом теоретического материала. Примерами таких программ являются Адонис, Кадис, Наставник [3, 4].
Отдельно стоит отметить системы, предназначенные для создания мультимедийных справочников, энциклопедий, словарей. Основные достоинства таких систем - удобство представления информации, быстрота поиска, возможность быстро создавать сложные информационные системы, быстро объединять множество файлов в единую систему. Функции контроля и тренировки в них отсутствуют. Примером такой программы является пакет HyperMethod [5].
Анализ существующих обучающих систем показывает, что их подавляющее большинство является электронными учебниками с односторонней передачей информации от обучающей системы к обучаемому, дополненными в лучшем случае системами тестового контроля знаний. При этом в основном работы в области компьютерных средств учебного назначения имеют прикладной характер и нацелены на создание узкоспециализированных обучающих программ, являющихся либо электронными аналогами существующих учебных курсов, либо элементами технических средств обучения в рамках тех же существующих учебных курсов. Как следствие, значительная часть этих программных продуктов - это специализированные авторские разработки, отражающие сложившиеся в конкретном учеб-
ном заведении потребности практики обучения и субъективные взгляды их создателей на методы компьютерного обучения.
На начальном этапе развития средств электронного обучения наличие специализированных обучающих компьютерных систем позволяло значительно повысить эффективность традиционных методик обучения, дополнив и расширив их функциональные и дидактические возможности. Однако в настоящее время наличие широкого спектра разнородных и функционально перекрывающихся программных обучающих пакетов прикладных программ создает определенные неудобства. Во-первых, это затрудняет выбор необходимой системы обучения на рынке существующих, во-вторых, при разработке новой системы отсутствует научно обоснованная методологическая база для ее создания как элемента отдельного класса компьютерных средств учебного назначения.
2 Методология обучения
Основой разработки методологического подхода к обучению на основе использования новых информационных технологий, на взгляд авторов, должен являться концептуальный анализ характера человеческого знания как специфического объекта передачи, которая осуществляется в процессе обучения. Результаты этого анализа, в свою очередь, являются базой для формирования соответствующего инструментария обучения, позволяющего с наибольшей эффективностью осуществить передачу знаний от системы обучения к обучаемому.
В основе данного анализа лежит уже сложившееся к настоящему времени выделение в человеческом знании двух основных аспектов - декларативного и процедурного. Первый из них характеризует существующие факты и закономерности конкретной предметной области и носит повествовательный характер, второй связан с описанием способов и процедур решения задач в данной области знания. Анализ конкретной предметной области с точки зрения соотношения указанных видов знания позволяет выбрать наиболее приемлемый вариант организации автоматизированной обучающей системы (АОС).
Для большинства технических специальностей, ориентированных на приобретение обучаемым не только знаний, но также навыков и умений, необходимо создание обучающей системы, объединяющей процессы обучения и тренинга, позволяющей эффективно работать с декларативными и процедурными знаниями, формируя у обучаемых профессиональные навыки и умения. Это, в частности, касается инженерных специальностей, связанных с разработкой радиоэлектронных средств (конструкторов и технологов).
Очевидно, что при разработке концепции обучающей системы необходим комплексный подход, учитывающий различные аспекты ее создания и функционирования. К ним прежде всего относится методология обучения и особенности архитектуры системы.
В настоящее время одной из наиболее интересных, с точки зрения авторов, теорий, обосновывающих методику последовательного формирования профессиональных знаний, умений и навыков, является широко известная в современной психологической науке теория поэтапного формирования умственных действий и понятий (П. Я. Гальперин, Н. Ф. Талызина). Процесс
усвоения знаний рассматривается как учебно-познавательная деятельность обучаемого, которая осуществляется в виде четко различимых по форме действий (материальная, речевая, умственная деятельность), состоящих из психических операций в каждом упражнении и следующих друг за другом в строго определенной последовательности согласно установленной системе. В соответствии с этим процесс обучения разбит на ряд этапов, каждый из которых предназначен для решения конкретной дидактической задачи по формированию определенного навыка (табл. 1) [6].
Таблица 1
Этапы формирования профессиональных навыков
Название этапа Основные задачи этапа Средства обучения Уровень обученности (по Маркварду)
Начальный Мотивация, целеполагание, общая ориентировка Доска, плакаты, кино-и аудиовизуальные средства Предвосхищение, смутное понимание
Ключевой Создание схемы ООД (ориентировочные основы действий) АОС Смутное достигнутое понимание
Материальный Знания производственного процесса, принципов управления, нормативных документов АОС, динамические модели, функциональные тренажеры Достигнутое понимание
Речевой Умения решать стандартные производственные задачи Процедурные тренажеры Воспроизведение
Умственный Умения решать нестандартные производственные задачи Процедурные тренажеры Освоение- творчество
Завершающий Навыки сложных действий Комплексные тренажеры Творчество по отношению к сложному действию
Коррекции Доводка и коррекция умений и навыков Рабочее место
На первых этапах обучения доминирующее положение занимает декларативная составляющая профессионального знания, при этом делается акцент на основных понятиях, формируется общее представление об объектах предметной области, их свойствах и отношениях между ними. По мере овладения обучаемым основными элементами конкретного знания на последующих этапах все большее внимание уделяется элементам процедурного характера, позволяющим использовать уже полученные знания для решения типовых задач. На заключительных этапах обучения знания и навыки используются обучаемым для решения реальных задач, возникающих в конкретной предметной области.
Развитие современных информационных технологий предоставило в распоряжение разработчиков средств автоматизированного обучения целый ряд принципиально новых средств, позволяющих значительно расширить инструментарий обучения и тем самым кардинально повысить эффективность реализации рассмотренных этапов обучения.
Прежде всего, следует отметить методы и технологии построения систем визуализации и обработки информации - мультимедиа, гипертекста, гео-информационных систем. Использование данных технологий позволяет не только изменить форму, количество и темпы предоставления информации обучаемым, но и качественно изменить методологию обучения, дополнив традиционные методы передачи знаний новыми, ранее не используемыми.
Кроме этого, активно развиваются методы инженерии знаний, позволяющие оперировать не только фактическими данными, но и знаниями специалистов. При этом указанные методы предполагают рассмотрение знаний в динамике, в соответствии с реальными изменениями знаний в конкретной профессиональной области. Данные методы уже получили практическую реализацию в рамках экспертных систем. Методы инженерии знаний представляют в настоящее время реальную методологическую основу для накопления, организации и передачи знаний в конкретных областях профессиональной деятельности, обеспечивая преемственность развития этих областей.
Следует также отметить значительное развитие различных систем моделирования на основе традиционных математических методов и моделей. В частности, стало возможным использование сложных математических и имитационных моделей различных объектов и процессов вследствие значительного увеличения вычислительной мощности компьютеров.
Наконец, развитие средств телекоммуникации позволило снять пространственные ограничения на доступ к источникам информации и сделать ее доступной всем заинтересованным категориям пользователей.
3 Внедрение методики обучения
Использование результатов применения новых информационных технологий и методологии теории поэтапного формирования умственных действий и понятий позволило авторам разработать архитектуру интеллектуальной компьютерной системы (рис. 1) [7].
Отличием архитектуры ИКОС является использование концепции выделения внешнего объекта изучения (ОИ), состоящего из базы знаний (БЗ) предметной области, лабораторного блока и системы автоматизированного проектирования (СЛБ-системы), в отдельный внешний блок. Объект изучения информационно обособлен от собственно системы обучения, реализующей управление процессом формирования знаний и умений обучаемого.
Взаимодействие ОИ и ИКОС осуществляется через единый объектный интерфейс технических систем или напрямую (работа с БЗ предметной области). Объект изучения, реализованный внешним подключаемым модулем, позволяет перепрофилировать ИКОС на другую предметную область, лишь заменяя один ОИ на другой.
Интеллектуальный интерфейс пользователя ИКОС отвечает за организацию диалога с пользователем, оптимальным образом приводя к достиже-
нию цели общения человека и ИКОС. Через него обучаемый получает учебный материал в виде текста, мультимедиа.
Рис. 1 Архитектура ИКОС с внешним объектом изучения
Объектный интерфейс технических систем служит для анализа информации, полученной от БЗ предметной области, лабораторного блока и СЛБ-системы, и принятия решения о действиях обучаемого, помогая системе управления процессом обучения вырабатывать ту или иную стратегию обучения и контроля.
Заключение
Таким образом, разработка архитектуры ИКОС с внешним объектом изучения, реализующей методологию поэтапного формирования профессиональных знаний и умений, позволяет создать новое средство обучения, качественно изменяющее технологию подготовки современных специалистов.
Список литературы
1. Бобров, Л. К. Адаптивная система компьютерного тестирования [Электронный ресурс] / Л. К. Бобров, Р. Т. Сунгатулин. - Режим доступа: http://www.gpntb.ru/win/interevents/crimea2000/doc/tom1/333/Doc10.HTML
2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:www.http://www.sunrav.ru
3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:www.alltest.ru
4. Соловов, А. В. Дидактика и технология электронного обучения в системе
КАДИС [Электронный ресурс] / А. В. Соловов. - Режим доступа:
http://cnit.ssau.ru/do/articles/kadis/kadis.htm
5. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:www.HyperMethod.com
6. Талызина, Н. Ф. Педагогическая психология : учебное пособие / Н. Ф. Талызина. - М. : Академия, 1998. - 288 с.
7. Архитектура ИКОС с внешним объектом изучения / Н. К. Юрков, В. Б. Алмаметов, А. В. Затылкин и др. // Надежность и качество : труды Международного симпозиума / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2008. -Т. 1.
Алмаметов Валерий Борисович
кандидат технических наук, доцент, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет
Almametov Valery Borisovich a Cand.Tech.Sci., the senior lecturer, chair of designing and radio equipment manufacture, the Penza state university
Затылкин Александр Валентинович аспирант,
Пензенский государственный университет
Zatylkin Alexander Valentinovich the post-graduate student, the Penza state university
Граб Иван Дмитриевич аспирант,
Пензенский государственный университет
Grab Ivan Dmitrievich
the post-graduate student, the Penza state university
Зияутдинов Владимир Сергеевич кандидат педагогических наук, доцент, кафедра электроники телекоммуникаций и компьютерных технологий,
Липецкий государственный педагогический университет
E-mail: zvs@lspu.lipetsk.ru
Щербакова Светлана Владимировна доцент, кафедра русского языка как иностранного,
Институт международных отношений Пензенского государственного университета
Zijautdinov Vladimir Sergeevich the candidate of pedagogical sciences, the senior lecturer,
chair of electronics of telecommunications and computer technologies,
Lipetsk state pedagogical university
Shcherbakova Svetlana Vladimirovna
the senior lecturer,
Russian chair as foreign,
Institute of the international relations of the Penza state university
УДК 368.3.068 Алмаметов, В. Б.
Методология формирования профессиональных навыков в интеллектуальной компьютерной системе обучения с внешним объектом изучения / В. Б. Алмаметов, А. В. Затылкин, И. Д. Граб, В. С. Зияутдинов,
С. В. Щербакова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2009. - № 1 (9). - С. 48-54.
