CC BY
51
3.2. Умение использовать дополнительные программные средства.
3.3. Умение анализировать результаты компьютерного моделирования и сопоставлять их с имеющимися сведениями.
Как видно из табл. 1-3, студенты экспериментальной группы, изучающие физику с использованием проектно-ориентирован-ного метода, обладают более высоким уровнем усвоения физического материала, а также информационных, экспериментальных и
исследовательских умений, чем студенты контрольной группы.
Отметим, что студенты самостоятельно, по своей инициативе используют работу в базе данных проекта и как средство изучения и повторения материала, и как пропедевтическое средство при дальнейшем изучении специальных физических дисциплин.
Проведенный эксперимент доказал целесообразность применения рассмотренного в статье метода обучения.
Литература
1. Открытое образование - стратегия ХХ1 века для России / Под общ. ред. В.М. Филиппова и В.П. Тихомирова. - М.: МЭСИ, 2000. - 356 с.
2. Тихомиров В.П. Основные принципы построения дистанционного образования в России // Дистанционное образование. - 1998. - № 1. - С. 5-7.
3. Тихомиров Ю.В. Виртуальный лабораторный практикум по курсу физики. - М.: Физикон, 20022003.
4. Ларионов В.В. Основные принципы проектно-ориентированного обучения физике в техническом университете // Известия Томского политехнического университета. - Т.307 (1). - 2004. - С.185-188.
6. Ларионов В.В., Писаренко С.Б. Особенности компьютерного тестирования по физике студентов, обучающихся технике и технологиям // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы междунар. конф.: В 3 т. - Т.1 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. - С. 208-212.
7. Анимированные явления в физике // http://physflash.narod.ru.
8. Пичугин Д.В., Ларионов В.В. Композиционный физический практикум http://csgnz.ultranet. tomsk.ru/aspa .
ЭВОЛЮЦИЯ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБУЧАЕМОГО С КОМПЬЮТЕРОМ
Ю.А. Аляев, к.т.н., доц., проректор по научной работе, академик Академии информатизации образования РФ Тел.: (342) 2-660-690; E-mail: [email protected] Пермский региональный институт педагогических информационных технологий
http://pripit.perm.ru А.Ю. Беляков, к.т.н., доц. каф. Тактико-специальной, боевой и физической подготовки Тел.: (342) 2-614-620; E-mail: [email protected] http://kafedratsp.narod.ru Пермский филиал Нижегородской академии МВД России http://www.iperm.ru/company2309.html Л.К. Гейхман, д.пед.н., проф., зав. каф. Прикладной лингвистики и информационных технологий образования Тел.: (342) 2-164-164; E-mail: [email protected] Пермский государственный технический университет http://www.pstu.ru
The models of interaction between the learner and the existing educational electronic publications are analysed. The proposing model of the learner — computer interaction holds much promise, due to the intellectualization of the educational programs and providing them with personal qualities. The article specifies the psychological and pedagogical features of the interaction between the learner and the intellectually active educational environment.
Многие нынешние автоматы имеют связь с внешним миром, выражающуюся как в восприятии впечатлений, так и в выполнении действий. Они содержат органы чувств, исполнительные органы и какой-то эквивалент нервной системы, объединяющий передачу информации от первых ко вторым.
Норберт Винер (Кибернетика)
Модели взаимодействия участников образовательного процесса при использовании информационных технологий
В настоящее время большинство педагогических инноваций связано с современными информационными технологиями. Однако зачастую в образовательном процессе информационно-коммуникационная среда используется лишь для реализации функций хранения информации (текстовой или мультимедийной) и выдачи ее по запросу пользователя. Представление учебного материала в электронном виде, несомненно, повышает его мобильность, доступность, информационную емкость, избыточность и т.д., улучшает ряд других характеристик, связанных с удобством переработки информации. Но меняет ли качественно образовательный процесс такой количественный прирост, обусловленный возможностями информационных технологий? Какие новые качества достижимы при соответствующем методическом обеспечении?
В традиционной безкомпьютерной педагогике субъект-объектную модель (рис. 1а) взаимодействия в системе преподаватель - обучаемый считают архаической и не способствующей развитию личности. В образовательном процессе, построенном на основе этой модели, обучаемый играет пассивную роль реципиента - поглотителя знаний, а преподаватель - их транслятора.
Прогрессивной, личностно-ориенти-рованной считается субъект-субъектная модель (рис. 1 б). В этом случае обучаемый играет активную роль (индивидуум, личность) и, в идеале, занимается саморазвитием и самообразованием в сотрудничестве с фасили-татором. Такой образовательный процесс в большей мере способствует становлению личности, способной к самореализации в жизни и профессиональной деятельности в современном обществе.
Именно поэтому новые информационные педагогические технологии должны
ориентироваться на активизацию самостоятельной учебной деятельности, на развитие и реализацию творческих способностей личности, на исследовательский характер познавательной деятельности.
Рис. 1. Модели взаимодействия участников образовательного процесса: а) субъект-объектная модель; б) субъект-субъектная модель
Однако подавляющее большинство учебных материалов, существующих в информационно-коммуникационной среде, транслируется обучаемым посредством локальных электронных учебников или сетевых изданий. Это объясняется сравнительной простотой и частичной автоматизацией самой процедуры переноса учебного материала в формат гипертекстовых документов. Безусловно, такая форма передачи учебной информации имеет свои преимущества, обусловленные возможностями: оперативно добавлять, корректировать и обновлять хранимую учебную информацию вслед за измене -ниями, происходящими в профессиональной среде; свободно и неограниченно тиражировать и использовать электронные издания в массовом обучении; получать доступ к учебной информации в любое время и в любом месте.
Тем не менее, само по себе чтение учебника в электронном виде, имеющее целью лишь овладение некоторым объемом фиксированных, «чужих» знаний, не способствует развитию личностных качеств. Использование более продвинутых автоматизированных обучающих систем, основанных на принципах программированного обучения, направлено на повышение управляемости процесса усвоения знаний. При всех преимуществах эти и иные (моделирующие
программы, мультимедиа и т.д.) компьютерные средства обучения, в большинстве случаев, используются в рамках субъект-объектной модели взаимодействия в системе преподаватель - компьютер - обучаемый (рис. 2а).
Задача преподавателя, в контексте развития личности обучаемого, должна состоять в том, чтобы найти такие формы организации образовательного процесса, которые
способствовали бы вовлечению обучаемого в активную познава-тельно-исследова-тельскую деятельность. При этом источником развития личностных качеств могут выступать различные учебные проблемные ситуации. Личностный опыт может приобретаться: в рамках самостоятельного познавательного поиска с последующей систематизацией, в ходе которого новое знание наделяется личностным смыслом; в процессе проектной коммуникативно-диалогической деятельности при решении задач в мини-группах, где происходят выработка и апробация собственной позиции; в ходе самореализации при выполнении творческих заданий. Педагогические технологии подобного рода поддерживают субъект-субъектные модели (рис. 2б) и используются уже несколько лет, но это пока, скорее, исключение, чем правило. К сожалению, массовое внедрение таких разработок в настоящее время затруднительно ввиду сложности организации, значительного времени на подготовку, невозможности прямого оценивания учебных достижений в общепринятой фиксированной балльной шкале, разной технической оснащенности учебных заведений.
Следующим шагом на пути совершенствования моделей взаимодействия участников образовательного процесса следует считать развитие интеллектуальных свойств самого средства обучения - компьютера и перевод его из ранга объектов в субъекты системы.
Развитие моделей взаимодействия участников образовательного процесса
До сих пор информационно-коммуникационная среда в подавляющем большинстве случаев рассматривается как хранили-
ще мультимедиа и текстовых файлов. При таком подходе внедрение информационных технологий в организацию образовательного процесса качественно не меняет его, а лишь повышает его эффективность за счет количе-
а)
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
преподаватель
(субъект)
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
фасилитатор
(субъект)
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
фасилитатор
(субъект)
обучаемый (объект)
индивидуум (субъект)
/ \ индивидуум (субъект) \ У
Рис. 2. Модели взаимодействия участников образовательного процесса при использовании информационных технологий: а) субъект-объектная модель; б), в) субъект-субъектные модели
ственных показателей. Дело в том, что заявленная интерактивность обучающих программ и сетевых ресурсов лишь в малой степени является таковой. Анализ показывает, что электронные издания по типу поддерживаемого общения можно условно разделить на два класса: реализующие навигационный диалог, в котором обучаемый - ведущий (рис. 3б), и назидательный обучающий диалог, в котором компьютер - ведущий (рис. 3в).
За счет относительной простоты организации наибольшее распространение получил навигационный диалог. Интеллектуальная составляющая, в том числе проблема выбора, возлагается в таком взаимодействии непосредственно на обучаемого. Такой тип диалога повсеместно используется для организации Интернет-ресурсов, электронных учебников, энциклопедий и справочников. Навигационный диалог предоставляет, в определенных пределах, свободу выбора маршрута изучения учебного материала, но, по сути, не обеспечивает обратную связь. Ввиду этого навигационный диалог в большей степени подходит только для предъявления справочных материалов. В процессе же освоения новой предметной области, когда у
обучаемого еще не сложилось концептуальное представление об изучаемой системе понятий, более оправданным следует считать стиль взаимодействия, обеспечивающий поддержку когнитивной деятельности обучаемого.
.(компьютер (инфор-■ I мацио нн о-комму-, [никационная среда)
фасипигатор 1 А X Г
1 (субъект) \ ^-I
индивидуум
(субъект)
интерактивный диалог
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
назидательный диалог
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
навигационных диалог
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
П
и
□
индивидуум
{субъект)
обучаемый
{объект)
обучаемый
(субъект)
д)
компьютер (информационно-коммуникационная среда)
фасипигатор
(субъект)
индивидуум
(субъект)
Рис. 3. Развитие моделей взаимодействия участников образовательного процесса: а) традиционная модель взаимодействия; б) навигационный диалог; в) назидательный диалог; г) интерактивный диалог; д) комплексная модель взаимодействия
Назидательный диалог получил распространение в автоматизированных обучающих системах. Схемы назидательного диалога (скорее адаптивного монолога), как правило, легко укладываются в три разновидности: линейная, разветвляющаяся и циклическая. При этом в основе построения диалога такого типа лежит успешность усвоения обучаемыми отдельных порций информации и логическая структура самого учебного материала, характерные для программированного обучения и традиционно лекционной формы взаимодействия преподавателя с обучаемыми. Тогда как при интерактивной форме взаимодействия с обучаемыми преподаватель учитывает познавательные стили индивидуумов, поддерживает мотивацию познавательной деятельности, предоставляет возможность самореализации, способствует усилению личностного смысла приобретаемых продуктов обучения.
Одна из первых практических реализа-
ций интерактивного «человеко-машинного» диалога была связана с численным решением задачи отыскания экстремума функции. Схема диалоговой оптимизации была отработана еще в начале 60-х годов прошлого столетия на ламповой машине БЭСМ-1. С тех пор требования к интерфейсу программного обеспечения претерпели серьезные изменения в сторону интеллектуализации, повышения дружественности и интуитивной понятности.
Активное взаимодействие пользователя с обучающей программой является главным преимуществом интерактивного диалога и в наибольшей степени оправдывает использование компьютерных технологий в обучении. Представляется, что уровень интерактивности коррелирует с дидактической эффективностью компьютерных обучающих программ, так как он отражает степень активности пользователя, однозначно определяемую функциональными возможностями компьютерной программы. Несмотря на то, что уровень интерактивности - понятие в значительной мере качественное, априори можно сделать заключение о приемлемости использования обучающей программы. Если программа способна организовать учебную деятельность в окружении аудиовизуальных объектов, каждый из которых реагирует на воздействие пользователя, то она более предпочтительна, чем аналогичная по информационному содержанию, но предоставляющая лишь навигационные возможности (листать страницы, переходить по гиперссылке).
Рассмотрим возможную классификацию компьютерных программ по уровням интерактивности [8]:
1. Простой (пассивный) уровень характеризуется минимумом действий пользователя и, соответственно, небольшими функциональными возможностями интерактива. Пассивным можно считать просмотр достаточно простого, преимущественно текстового, учебного контента в режиме изучения (получения информации). Основную смысловую нагрузку несет текст, иллюстрации, как и в книге, его поясняют. Навигация по тексту в данном случае линейная, аналогичная «путешествию» по разделам книги с использованием оглавления. При этом используется простейшие средства навигации: листание, прокрутка текста и переход по гиперссылке.
2. Ограниченный уровень взаимодействия с учебным продуктом формулируется
как процесс, в котором учащийся реагирует на отдельные учебные запросы. Данный уровень интерактивности предполагает составление из простейших элементов типа «запрос-реакция» цепочек, которые, в свою очередь, формируют более сложные структуры типа «деревьев». Таким способом реализуется нелинейная навигация в контенте, причем траектория передвижения пользователя от фрагмента к фрагменту может быть сколь угодно сложной. Массив текста имеет многомерную структуру, а обращения к фрагментам не детерминированы заранее.
3. Полный уровень интерактивности характеризуется разнообразием реакций учащегося на многочисленные учебные запросы и расширением спектра способов взаимодействия. В таком режиме предполагаются манипуляции с объектами на экране, использование распознавания речи, применение имитационного моделирования, сложная навигация, адаптируемая компьютером к уровню текущих знаний пользователя.
4. Уровень реального масштаба времени характеризуется вовлечением учащегося во взаимодействие со средой, моделирующей реальные объекты и процессы. Пользователь управляет элементами среды, отвечает на сложные учебные запросы. Очевидно, что речь идет о полноценном использовании интерактива, мультимедиа и моделинга, формирующих учебную среду, приближенную к виртуальной реальности.
Данная классификация акцентирована на количественных характеристиках процесса взаимодействия (количество способов обмена информацией, количество актов приема и передачи информации). Между тем, в ходе реализации образовательных задач эти характеристики не являются решающими при определении эффективности учебной деятельности. В рамках образовательного процесса «ценность информации не может быть определена независимо от ее рецепции - мы можем судить о ценности полученного сообщения лишь по последствиям его восприятия рецептором» [5]. Как справедливо отмечает С.И. Валянский [5], существуют ситуации, в которых не количество, а «осмысленность» и ценность информации имеют решающее значение.
Таким образом, рассмотренная выше классификация не является исчерпывающей при описании сущности процесса взаимодействия компьютерной программы с учащимся. Попробуем уточнить понятие инте-
рактивности, с точки зрения решения именно образовательных задач. С одной стороны, рассмотрим формальные признаки собственно контекстной активности компьютерной программы, с другой - уточним направленность этой активности, соответствующую потребностям учащегося.
Итак, традиционно интерактивность компьютерных программ состоит в обработке текущих запросов пользователя, в какой бы форме они ни были представлены (клавиатура, мышь, голос, объекты на экране), без анализа истории взаимодействия с пользователем (рис. 4а). Такой формат взаимодействия достаточно просто организовать, используя простейшие алгоритмы, ставящие в соответствие реакцию компьютерной программы из некоторого банка возможных действий совокупности признаков (входных воздействий пользователя).
Несколько сложнее, но гораздо более насыщенно (интеллектуально), с точки зрения именно взаимодействия, выглядит формат (рис. 4б), предполагающий наличие в программе блока обработки предыстории, накладывающего свои критерии на возможный характер ответных действий компьютерной программы вслед за воздействиями пользователя. Диалог в этом случае будет ближе к «человеческому» в том смысле, что будет больше походить на последовательный обмен мнениями (информацией).
И, наконец, наиболее «человеческим» окажется такой формат взаимодействия, при котором к описанным выше возможностям добавится также способность компьютера к генерации собственных воздействий, направленных на пользователя, то есть алгоритм реализации собственных предпочтений программы (рис. 4в). Данный алгоритм, в каком-то смысле, наделит обучающую программу «темпераментом». Подразумевается, что компьютерная программа будет нацелена вступить во взаимодействие с пользователем, и уже на фоне этого общения будет проходить образовательный процесс.
Подобный формат взаимодействия, без сомнения, расширяет возможности компьютерного обучения. При этом основной характеристикой компьютерной программы, определяющей эффективность ее использования в образовательной деятельности, становятся не информационная насыщенность и логическая стройность учебного контента, а разнообразие, адекватность и глубина актов общения. При такой акцентуации в построении интерактивного диалога подразу-
мевается расширить (дополнить) понятие интерактивности и выделить в самостоятельный класс формат взаимодействия, основанный на интеллектуальной активности компьютерного сопровождения образовательного процесса. Здесь имеет смысл обратить внимание читателей на достаточно новое понятие.
ух
Ф интеуактивп ъгй диалог
штвуахтиенъш диалог
Рис. 4. Форматы интерактивного взаимодействия: а) «запрос-обработка текущего запроса -ответ»; б) «запрос - обработка всех запросов - ответ»; в) алгоритм реализации собственных предпочтений
Прежде всего, необходимо отметить, что взаимодействие подразумевает активность и учащегося, и электронного издания. Активность учащегося может быть представлена системой последовательных и усложняющихся действий, направленных на усвоение новых понятий и порождение новых смыслов, на установление системы отношений между понятиями, на формирование новых способов мыслительной деятельности, на развитие и закрепление ранее приобретенных, на развитие умений и отработку навыков решения учебно-профессиональных задач, на формирование отношения к изучаемой предметной области. Естественно, подобный подход осуществим только
в рамках активной самостоятельной учебной деятельности, не ограниченной процессами чтения, понимания и запоминания.
Активность электронного издания направлена на реализацию ряда учебных потребностей учащегося, имеющих особое значение при самостоятельной учебной деятельности:
- правильно ли понято текущее задание, насколько оно сложное, каковы возможные варианты формулировки заданий, построенных на изучаемой предметной области;
- много ли еще осталось неосвоенной информации, каков текущий уровень успешности усвоения информации учащимся, сформированности его умений и навыков;
- какова эмоциональная оценка текущей учебной деятельности учащегося, каково объективное положение учащегося по сравнению со среднестатистическим уровнем усвоения;
- как именно преодолеть текущее затруднение в выполнении задания (здесь недостаточно только указать на неправильность решения и показать общую методику решения подобных задач, важно именно контекстно дифференцировать совершаемую ошибку, предложить пояснение возникшего затруднения, пути выхода из него и, по возможности, альтернативные способы решения задания, ориентируясь на различные способы организации мыслительной деятельности учащихся);
- как относиться ко вновь осваиваемой информации, какова практическая значимость того или иного знания, в каких профессиональных ситуациях и как именно применять полученные знания;
- каковы возможные направления расширения познаний об изучаемой предметной области и их влияние на профессиональный рост.
Подобные потребности могут быть реализованы в рамках интеллектуально-активного компьютерного сопровождения, понимаемого нами как процесс целенаправленного и контекстного включения в образовательный процесс информационных технологий, базирующихся на использовании интеллектуальных агентов. В свою очередь, под интеллектуальным агентом будем понимать программное обеспечение, реализующее алгоритм рационального поведения как последовательность актов восприятия внешних воздействий и генерации собственных воздействий на внешнюю среду. Рациональность поведения агента определяется
формальными критериями в детерминированных условиях. Внешними воздействиями могут быть действия пользователя с экранными объектами, с клавиатурой, мышью, иными манипуляторами или детекторами. Воздействиями на внешнюю среду могут быть вывод информации на монитор, звуковоспроизводящие устройства, в файл, выдача команд на манипуляторы и иные устройства.
Выбор агентом действия в любой конкретный момент времени может зависеть от: последнего акта восприятия; всей последовательности актов восприятия, наблюдавшихся до этого времени; алгоритма реализации собственных предпочтений, определяемых формальными критериями. Этим определяются его интеллектуальная активность и развитие понятия интерактивности, понимаемой здесь как реализация взаимодействия с пользователем на уровне «запрос - ответ». Таким образом, интеллектуальная активность компьютерного сопровождения есть характеристика системы взаимодействия пользователя с учебным электронным изданием, отражающая степень активности компьютерной программы и пользователя в ходе решения образовательных задач.
Можно предположить, что с уровнем интеллектуальной активности компьютерного сопровождения коррелируют следующие характеристики самостоятельной учебной деятельности: сила учебной мотивации, когнитивная активность, интенсивность и устойчивость внимания, глубина освоения предметной области учебной дисциплины, спектр формируемых продуктов учения, интеллектуальная насыщенность системы взаимоотношений между участниками образовательного процесса (учащимися и преподавателем).
Уровень интеллектуальной активности может быть определен в рамках порядковой шкалы измерений (например: «низкий», «средний», «высокий») и детерминирован количеством элементарных актов восприятия внешних воздействий и генерации собственных воздействий на внешнюю среду, наличием актов взаимодействия, собственной активности относительно образовательных задач, алгоритмических структур адаптации сценариев под познавательные стили и эмоциональное состояние пользователей.
Синтез алгоритма, способного адекватно, разнообразно и, в целом, «разумно» реагировать на действия пользователя, относится к области задач построения искусствен-
ного интеллекта. В настоящее время подобные разработки приобретают все большее значение.
Задачи, решаемые интеллектуальными системами, в большинстве случаев можно свести к ряду типовых, среди которых можно выделить следующие: автоматизация управления, распознавание образов, планирование, прогнозирование, аппроксимация функций, оптимизация, диагностика. В какой-то мере этот список повторяет функции и задачи педагога при построении образовательного процесса. Безусловно, что при текущем уровне развития информационных технологий цифровая вычислительная машина не сможет в полной мере реализовать себя как субъект образовательного процесса. Но раз уж компьютеры используются для реализации образовательных целей, то представляется целесообразным исследовать возможности современных достижений в области кибернетики и математической логики.
Существует несколько базовых информационных технологий, позволяющих разрабатывать действующие интеллектуальные системы: искусственные нейронные сети, продукционные системы, нечеткая логика. Основная особенность интеллектуальных систем - наличие механизма обработки знаний, который и позволяет решать нетривиальные задачи. Несомненно, что полнота передачи особенностей внешнего мира в базе знаний интеллектуальной системы и рассудочной деятельности человека в машине вывода определяют степень разумности поведения компьютера. Однако стремление к воспроизведению целого мира в модели искажает конечную цель разработки интеллектуальных систем.
В настоящее время речь, скорее, идет не о создании машин, моделирующих мыслительную деятельность человека в понимании А. Тьюринга [11], а о разработке алгоритмов рациональной деятельности в ограниченном пространстве состояний [10]. Такая постановка вопроса переводит процедуру синтеза интеллектуально-активной обучающей программы из разряда теоретически возможных в практически реализуемые. Достаточно лишь четко ограничить рамки «правильного» поведения, описать список целей и задач рационального функционирования.
Формальная цель интеллектуализации интерактивности обучающей программы состоит в переходе на двунаправленную
(рис. 3г) и интеллектуально-активную (рис. 4в) модель общения в подсистеме индивидуум - компьютер, то есть к взаимодействию. Из опыта нашей работы с обучающими программами можно заключить, что минимально необходимый набор функций (задач), обеспечивающих вовлечение пользователя во взаимодействие и поддержание его достаточно долгий отрезок времени, может быть задан реализацией трех основных процессов. Представим их в общем виде.
Прежде всего, взаимодействие должно быть направлено на адаптацию сценария работы программы под своеобразие познавательных стилей субъекта (особенностей кодирования информации, когнитивных способов переработки информации, способов постановки и решения проблем, способов познавательного отношения к действительности), учет которых расширит возможности свободного и конструктивного интеллектуального саморазвития. Основная проблема в реализации данного требования состоит в увеличении количества потребных ресурсов в соответствии с количеством возможных вариантов исполнения сценария и в их алгоритмической проработке. Выбор реализуемых в конкретном образовательном акте способов познавательной деятельности может быть сделан как самим пользователем, так и непосредственно программой - открыто, либо в ходе диалога, по косвенным признакам. При этом информационная емкость и интеллектуальные возможности компьютерных средств обучения должны быть направлены на обеспечение психологической многоуровневости учебного контента.
Кроме того, интеллектуально-активная форма организации взаимодействия потенциально способна и должна поддерживать так называемую «поточную» мотивацию, при которой процесс «взаимодеятельности» поглощает индивидуума, а результат его деятельности в субъективном восприятии отходит на второй план. Происходят персонификация [7] образа компьютерной программы и неосознанное вовлечение индивидуума в процесс взаимодействия, в рамках которого осуществляется познавательная деятельность.
«Сдвиг мотива на процесс» на начальном этапе работы с программой обеспечивает вовлечение обучаемого в познавательную деятельность за счет получения эмоционального удовлетворения [6]. В дальнейшем в ходе такого виртуального взаимодействия возникает возможность переключения вни-
мания на предмет изучения и, тем самым, перевода учения из бесконтрольного и стихийного в сознательно контролируемое. Для этого необходимо, чтобы предмет (учебный материал) был действительно интересен обучаемому, либо форма его подачи была привлекательна. Но еще лучше, чтобы познание было не пассивным (читать, просматривать, наблюдать), а активным (воздействовать, менять, регулировать), например в ходе самостоятельного, но управляемого исследования предметного поля.
И, наконец, поддержание режима множественности суждений по одной проблеме, разных объяснений одного и того же факта, альтернативных путей решения задачи должно обеспечить стимулирование развития у субъекта такого базового интеллектуального качества, как диалогичность рассуждений - способность вести доказательную беседу с самим собой. Учебная деятельность в таком режиме способствует формированию открытой познавательной позиции субъекта как формы метакогнитив-ного опыта.
Описанные принципы организации взаимодействия были реализованы в двух исследовательских прототипах компьютерных программ: «Экспертная система обучения первичным управленческим навыкам» [2] и «Интеллектуально-активная обучающая программа Moon». В первой программе большее внимание уделялось организации деятельностного подхода к обучению с использованием информационных технологий [1].
Во второй программе акцент сделан на организации именно взаимодействия как основы познавательной деятельности. Предметное содержание данной программы обеспечивает формирование навыка ориентирования на местности по Луне. Осознать влияние описанных эффектов можно лишь в процессе собственного учения с использованием обучающей программы, воспринимаемого субъективно в динамике изменяющихся учебных ситуаций. Тем не менее, мы сочли возможным привести в настоящей работе несколько статичных изображений - экранных форм программы, фрагментарно раскрывающих особенности организации взаимодействия в подсистеме индивидуум -компьютер (рис. 5-8 - см. цв. вставку). К особенностям используемого прототипа, отраженным в приведенных экранных формах, относятся:
- возможность выбора психологически близкого консультанта для дальнейшего сопровождения процесса учения (рис. 5 - см. цв. вставку);
- присутствие активности со стороны программы (виртуального консультанта) в ходе этапа ознакомления с теоретическим материалом, выражающейся в наличии текущих контекстных рекомендаций (рис. 6 -см. цв. вставку);
- максимально возможная диалогич-ность на этапе исследовательской деятельности или тренажа, организация пошаговой коррекции формируемых умственных действий (рис. 7 - см. цв. вставку);
- поддерживающий режим организации контроля уровня усвоения учебного материала, активность обучающей программы (виртуального консультанта) в соответствии с успешностью решения задач, попытка перевести контроль в желание самодиагностики учебной успешности (рис. 8 - см. цв. вставку).
Описанные выше режимы взаимодействия были реализованы путем повышения активности обучающей программы за счет алгоритмического описания собственных предпочтений программы и ее реакций на: действие обучаемого с объектами на экране в ходе реализации тренажа; местонахождение обучаемого в учебном тексте; текущую успеваемость обучаемого в тесте; продолжительность реализации обучаемым предписанных действий.
Психолого-педагогические особенности взаимодействия обучаемых с интеллектуально-активной средой обучения
Опыт разработки и использования обучающих компьютерных программ [1-4] в образовательном процессе Пермского филиала Нижегородской академии (ПФ НА) МВД России за 2003-2007 годы позволяет сделать несколько обобщений и сформулировать принципиальные положения о психолого-педагогических особенностях взаимодействия обучаемых с интеллектуально-активной средой обучения.
1. Интеллектуальный интерфейс снимает нагрузку с преподавателя по организации процесса самостоятельного учения, что является базисом для реализации индивидуального подхода. Обучаемые, встречаясь с незначительными затруднениями по существу изучаемой предметной области или по управлению обучающей программой, способны самостоятельно справиться с препятствиями на пути освоения учебного мате-
риала при наличии виртуального педагога (интеллектуальной поддержки процесса учения). Высвобождаемое время у реального педагога может быть рационально использовано для реализации контекстной помощи обучаемым в условиях массового обучения (рис. 9 - см. цв. вставку).
2. Все обучаемые условно могут быть разделены на пассивных и активных. К пассивным отнесем обучаемых, конформных по отношению к интеллектуально-активной среде обучения. Обучаемые этой категории «прислушиваются» к мнению виртуального педагога, обращают внимание на его комментарии и рекомендации. Процесс освоения учебного материала при взаимодействии с интерактивной обучающей программой у таких обучаемых, как правило, протекает относительно гладко (по задуманному разработчиком сценарию). При тщательно продуманном сценарии обучаемые этой группы способны самостоятельно, без привлечения реального педагога, преодолеть все этапы -от изучения теории до практической отработки изученных вопросов - и успешно пройти контроль.
В свою очередь, активисты по различным причинам оказываются не способными к осуществлению учебной деятельности в сопровождении виртуального педагога. Активность этой категории обучаемых выражается в проявлении излишней самостоятельности в освоении предметной области, что в ряде случаев приводит к отсутствию системности формируемых знаний и снижению качества развиваемых умений и навыков. В ряду активных могут оказаться обучаемые с различной степенью учебной успешности - как «отличники», так и слабоуспевающие. Как правило, активисты образуют незначительную часть аудитории и составляют 10-15% от общего числа обучаемых. Но именно они требуют особого внимания и постоянной поддержки со стороны реального педагога. Дело в том, что интерактивность обучающей программы ограничена и настроена на действия обучаемого. Если же обучаемый пропускает некоторые нюансы теоретического материала, излагаемые виртуальным педагогом, или не обращает внимание на контекстную помощь в ходе тренажа, то в дальнейшем при возникновении проблемной ситуации корректирующего взаимодействия компьютерной программы с обучаемым не происходит. Проблемность носит случайный характер и может быть не привязана к текущей учебной
ситуации. В этом случае распознать слабые стороны в понимании обучаемым предметной области сможет только реальный педагог после непродолжительной беседы с обучаемым. Следствием этого обстоятельства частично является следующий тезис.
3. Взаимодействие - это непрерывная задача для компьютерной программы. Как только процесс общения становится не актуальным для обучаемого, он теряет мотивацию для продолжения взаимодействия. Неактуальность может выражаться в пассивности обучающей программы, излишней сложности или простоте генерируемых сообщений, отсутствии контекстной необходимости этих сообщений, не адекватности выражаемых мыслей логике происходящего учебного процесса. Как правило, вовлечь обучаемого снова в активное взаимодействие с учебной средой сложнее, чем поддерживать непрерывное взаимодействие.
4. Экспертные системы обучения способны поддерживать исследовательский режим учения за счет значительной базы знаний по предметной области и интеллектуального интерфейса. Такой режим особенно предпочтителен в свете индивидуализации обучения. Он создает основу для активизации обучаемых во время учебной деятельности и обусловливает неповторимость итогов обучения. Кроме того, возможность самостоятельно добывать, анализировать и критически оценивать знания о предметной области способствует развитию учебных компетенций.
5. Компьютерная программа, предоставляющая возможность обучаемому не только поглощать фиксированную информацию, но и делать что-то самому, привлекает внимание к учебе как к творческому и активному времяпрепровождению. Такая учебная деятельность обладает большей продуктивностью за счет активного применения знаний, усвоения их в процессе деятельности. Активно-деятельностный характер учения способствует долговременному и прочному усвоению необходимых продуктов учения.
6. Проявления интеллектуальности обучающей программы в диалоге способствуют формированию «поточной мотивации» у обучаемого в смысле непрекращающейся заинтересованности процессом общения, тем самым поддерживая активность обучаемого и его нацеленность на учебную деятельность. Несомненно, интеллектуальные информационные технологии при грамот-
ном использовании могут обеспечить безотрывное и увлеченное учение.
7. Использование интеллектуально-активных обучающих программ создает базу для реализации моделей взаимодействия участников образовательного процесса, в которых учащиеся играют более активную роль, переводятся в статус субъекта. От активности и самостоятельности учащегося зависит спектр исследованных вопросов. Существенно расширяются возможности преподавателя по организации проблемных диалогов или полилогов непосредственно в ходе занятия.
Традиционные педагогические цели, преследуемые при использовании информационных технологий, сводятся, как правило, к двум основным:
- реализация социального заказа по развитию информационно-коммуникационных компетенций, обусловленная информатизацией современного общества;
- интенсификация учебно-воспитательного процесса, обусловленная повышением продуктивности обучения, использованием стимулов активизации познавательной деятельности, углублением межпредметных связей.
Развитие моделей взаимодействия в системе преподаватель - компьютер - обучаемый (рис. 3а-д - см. цв. вставку) позволит поставить новые педагогические цели, сводящиеся к развитию характеристик личности: становление открытой познавательной позиции; готовность получать или самостоятельно приобретать новые знания; развитие диалогичности рассуждений (конструктивный монолог); развитие способностей подбора точных, конкретных формулировок для своих мыслей; развитие навыков исследовательской деятельности, способностей к анализу и синтезу; развитие дивергентных способностей (креативности) за счет уменьшения доли репродуктивной деятельности; формирование умения вырабатывать критерии оптимизации и принимать рациональные решения из нескольких альтернативных.
Представленные педагогические цели соответствуют направленности модернизации профессионального образования - внедрению принципов компетентностного подхода, что подтверждает актуальность разработки личностно-развивающей модели взаимодействия в системе преподаватель -компьютер - обучаемый (рис. 3г - см. цв. вставку). Экономическая целесообразность и педагогическая эффективность разработки
и использования подобных электронных изданий напрямую зависят от самого учебного материала, что требует дополнительных экспериментальных исследований в различных предметных областях и уточнения структуры модели взаимодействия.
Дидактическая эффективность интеллектуально-активной среды обучения
Принято считать, что компьютерное обучение предполагает использование компьютера как технического средства, полностью или частично выполняющего в отношении обучаемых функции преподавателя [9]. При этом основная цель компьютеризации состоит в повышении эффективности обучения. К показателям оценки эффективности компьютерного обучения обычно относят: качество усвоения обучаемыми программы обучения; время, затраченное ими на усвоение этой программы; материальные затраты; временные затраты преподавателей. Среди этих показателей, несомненно, основным считают качество усвоения. Очевидно, что высокие материальные затраты на реализацию компьютерного обучения могут быть оправданы только в случае роста качества усвоения по сравнению с существующим традиционным обучением. Таким образом, в самом первом приближении эффективность компьютерного обучения может быть формально определена как отношение качества усвоения материала к затратам.
В нашей работе мы придерживаемся следующей позиции. Компьютерное средство обучения есть вспомогательный инструмент преподавателя, способный, при грамотном использовании, существенно расширить педагогические возможности по организации субъект-субъектного взаимодействия, проблемного и исследовательского режимов учения, развития учебных компетенций. Именно переход на субъект-субъектную модель образовательного процесса, по нашему мнению, можно считать основным успехом в реализации интеллектуально-активной среды обучения. Однако было бы неправильным обойти вниманием достигаемые учащимися уровни освоения учебного материала. Поэтому в настоящей работе мы сочли нужным привести некоторые данные, имеющие отношение к формальным признакам эффективности компьютерного обучения.
Для проверки дидактической эффективности за 2003-2007 годы было проведено несколько педагогических исследований.
Естественно, что форма проведения занятия, а также структура взаимодействия преподавателя и учащихся постоянно корректировались, в том числе и после проведения анкетирования и сравнительных экспериментов.
Опишем некоторые результаты одного из таких экспериментов (рис. 10 - см. цв. вставку), реализованных в июне-июле 2005 года. В эксперименте участвовало 111 респондентов - курсантов первого курса ПФ НА МВД России и 3 преподавателя. Экспериментальную группу составили 60 человек (2 учебные группы), контрольную - 51 (2 учебные группы).
При проведении занятий по изучению тактики действий служебно-войсковых нарядов органов внутренних дел с экспериментальной группой использовалась обучающая программа - «Экспертная система обучения первичным управленческим навыкам» [2]. В контрольной группе занятия проводились традиционным образом: изложение материала преподавателем с разбором нескольких вариантов у доски.
Акцент в описании результатов эксперимента был сделан на двух критериях: уровне сформированности знаний и уровне сформированности умений. Мы выделяли три уровня сформированности: ниже среднего, средний и выше среднего. Знания в наших исследованиях трактовались как совокупность хранимых в памяти учащегося фактов, данных, понятий об изучаемой предметной области, взаимоотношения между ними. Умения понимались как освоенные способы выполнения умственных действий, обеспечиваемые совокупностью приобретенных знаний. Немаловажным признаком сформированости умений считаем возможность их выполнения не только в привычных, но и в изменившихся условиях. Требования к сформированности умений: автоматизм исполнения, глубина понимания производимых умственных манипуляций, долговременность запоминания.
Уровень сформированности определялся как самими учащимися по субъективному восприятию себя в среде других учащихся, так и преподавателями - сравнением с эталоном, то есть с собственными знаниями. Естественно, обе формы оценки уровня сформированности знаний или умений субъективны и не могут дать достоверную информацию о достигнутых уровнях сформи-рованности продуктов обучения (абсолютные значения). Но так как они применялись в сходных условиях для диагностики кон-
трольной и экспериментальной групп, то могут нести полезную, с точки зрения сравнительного эксперимента, информацию (относительные значения).
В ходе эксперимента было установлено (табл. 1 и рис. 10 - см. цв. вставку), что уровень фактологических знаний о предметной области у контрольной и экспериментальной групп не имеет достоверных различий (уровень статистической значимости р=0,25).
Наша интерпретация этого факта состоит в том, что при учебной работе с программой больше времени тратится на освоение нюансов тактики именно на примерах, в ходе решения задач. В ходе контроля, построенного по принципу решения все усложняющихся задач, большее внимание уделено именно тактически грамотному планированию специальной операции, а не запоминанию отдельных отрывочных фактов, не привязанных к конкретной ситуации. Предполагается, что сами факты запоминаются непосредственно в ходе решения задач. Так как задачи, по сути, вложены одна в другую, то есть каждая последующая в большей или меньшей степени опирается на предыдущие, то отдельные факты о тактике действий приходится припоминать и использовать неоднократно. Здесь необходимо отметить лишь одно обстоятельство - для ряда обучаемых этот формат учебной деятельности не является привычным и может
привести даже к ухудшению конечного результата. Это связано с неготовностью обучаемых самостоятельно акцентировать свое внимание на значимых для данного предметного поля моментах. Именно активное участие преподавателя в рамках диалогов, возникающих в аудитории во время проведения занятия, может способствовать преодолению данного затруднения.
Уровень умений, полученных с использованием интеллектуально-активной среды обучения, позволяет с большей уверенностью говорить об улучшении качества усвоения (уровень статистической значимости р=0,10). Можно лишь предполагать, что на большей выборке были бы показаны более достоверные результаты. К сожалению, обеспечить больший объем выборки на одном потоке (т. е. с максимально схожими условиями) в наших условиях не представляется возможным.
Кроме того, можно отметить, что у респондентов, занимавшихся с компьютерной программой, несколько повышен уровень самооценки как по уровню знаний, так и по уровню умений (табл. 1). Оценка преподавателей об уровне их подготовленности дает менее ощутимые различия в сравнении с контрольной группой (90 к 97,5% по умениям и 75 к 90% по знаниям).
Таблица 1
Результаты сравнительного эксперимента
критерий группа респондентов ниже среднего средний выше среднего общее число Хи-квадрат достоверность различий
умения контрольная группа о себе 21 27 3 51 7,714 97,50%
экспериментальная группа о себе 15 31 14 60
преподаватели о контрольной группе 28 1В 5 51 5,711 90%
преподаватели об экспериментальной группе 21 25 14 60
знания контрольная группа о себе 13 23 Э 51 4,663 90%
экспериментальная группа о себе 7 35 18 60
преподаватели о контрольной группе 16 25 10 51 3,011 75%
преподаватели об экспериментальной группе 13 27 20 60
Таким образом, при соответствующей реализации интеллектуально-активные обучающие программы более эффективны как средство формирования умений.
Подводя итоги, сделаем несколько обобщений.
Применение компьютерных средств обучения приносит больший педагогический эффект в том случае, когда преподаватель активно участвует в организации учебной
деятельности под управлением обучающей программы. Эта задача не является тривиальной, в частности, для интеллектуально-активных обучающих программ. Данные средства обучения сами способны создавать интеллектуально насыщенную среду общения. При этом задача преподавателя состоит в оптимальном и контекстном дозировании своего участия, чтобы не снизить эффект от самостоятельного и индивидуализированно-
го познавательного процесса, но и не упустить процессы, уходящие в тупик. Следует провести дополнительные исследования по разработке моделей субъект-субъектного взаимодействия в системе преподаватель -обучаемые при организации компьютерного обучения.
Интеллектуальная активность переводит электронное издание из пассивного информационного ресурса в категорию активных участников образовательного процесса. Интеллектуально-активное компьютерное сопровождение процесса учения может выражаться в организации контекстной помощи учащемуся, в поддержании диалога об изучаемой предметной области, в имитации сотрудничества при решении учебно-профессиональных задач, в поддержании эмоционального и когнитивного тонуса в течение всего процесса учения, в организации познавательного диалога как формы освоения новой информации, в диагностике успешности учебной деятельности в процессе диалога, а не в ходе тестирования, в адаптации сценария учебной деятельности под познавательные стили обучаемого.
В случае интеллектуальной активности учебного электронного издания самостоятельная учебная деятельность приобретает новые качества. В какой-то мере происходит персонификация образа компьютерной программы, наделение ее личностными качествами. Процесс учения из труда наедине с самим собой переходит в разряд совместной деятельности, в категорию решения учебных проблем во взаимодействии. Интеллектуальная активность электронных изданий может стать основой для реализации дея-тельностного подхода, для выработки способностей к конструктивному анализу и целенаправленному синтезу информации.
Познавательно-исследовательский характер организации образовательного процесса, реализуемого в ходе взаимодействия с интерактивной информационно-коммуникационной средой (компьютерной программой), не только позволит обеспечить изучение нового материала по некоторой учебной дисциплине, но и составит основу для организации личностно-развивающих педагогических ситуаций. В роли таких ситуаций могут выступать текущие учебные проблемы, синтезируемые компьютерной программой.
Проблемность выражается: в необходимости самостоятельного целеполагания и саморегуляции познавательных процессов; в наличии альтернативности суждений, ситуации сомнения и свободного выбора; в потребности в собственном размышлении и принятии самостоятельных решений; в концентрации сил для преодоления препятствий и в осознании собственной ответственности. Несомненно, что такая организация направлена на актуализацию и востребование (а значит - развитие) личностных качеств, не затрагиваемых при традиционном информационно-сообщающем формате использования электронных изданий.
Таким образом, современные информационные технологии могут и должны рассматриваться как один из компонентов целостной системы профессионального образования. При рациональном использовании они не только облегчают доступ к учебной и профессиональной информации, но и повышают эффективность образовательного процесса, так как открывают возможности вариативности учебной деятельности, ее индивидуализации и дифференциации, позволяют по-новому организовать взаимодействие всех субъектов образовательного процесса, способствующее развитию личностных качеств обучаемых.
Литература
1. Аляев Ю.А., Беляков А.Ю., Гейхман Л.К. Формирование управленческих компетенций с использованием экспертных систем обучения // Открытое образование. - 2006. - № 3. - С. 19-28.
2. Беляков А.Ю. Экспертная система обучения первичным управленческим навыкам. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2006612350 от 5.07.2006. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
3. Беляков А.Ю. Экспертные системы обучения основам тактической подготовки // Психопедагогика в правоохранительных органах. - 2005. - № 1 (23) . - С. 94-96.
4. Беляков А.Ю., Гейхман Л.К. Личностно-развивающая модель взаимодействия в системе преподаватель - компьютер - обучаемый //Информационные технологии в организации учебной деятельности курсантов/студентов профильных вузов:Мат. научн.-практ. конф. 20 окт. 2006 / Перм.фил. НА МВД России. - Пермь, 2006. - С. 17-25.
5. Валянский С.И. Теория информации и образование. Условия выживания России. - Сер. «Аиро-Монография». -М.: Аиро-ХХ; «Крафт+», 2005. -140 с.
6. Габай Т.В. Учебная деятельность и ее средства: Монография. - М.: МГУ, 1988. - 255 с.
7. Кравченя Э.М. Технические средства обучения: Уч. пособие. - Мн.: Высш. школа, 2005. - 304 с.
8. Осин А.В. Мультимедиа в образовании: контекст информатизации. - М.: Агентство «Издательский сервис», 2004. - 320 с.
9. Печников А.Н. Теоретические основы психолого-педагогического проектирования автоматизированных обучающих систем. - Петродворец: ВВМУРЭ им. А.С.Попова, 1995. - 322 с.
10. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход. - 2-е изд./ Пер. с анг. -М.: Изд. дом «Вильямс», 2006. - 1408 с.
11. Тьюринг А. Могут ли машины мыслить? / Информационное общество: Сборник. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2004. - 507 с.
КАЛЕНДАРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В ВУЗЕ
А. Л. Истомин, к.т.н., доц., проректор по учебной работе Тел.: (3951) 67-88-45; E-mail: [email protected] Ангарская государственная техническая академия http://www.agta.ru
On the basis of the constructed mathematical model the task of optimization of the curriculum is put, allowing to minimize resources of high school and to provide performance of the state educational standard.
Анализ современного состояния развития автоматизированных систем управления высшим учебным заведением (АСУ ВУЗ) показал, что в существующих АСУ ВУЗ отсутствуют системы автоматизированного проектирования (САПР) учебных планов, базирующиеся на математических моделях и методах оптимизации. Имеющие же средства в той или иной мере лишь автоматизируют действия диспетчера учебного отдела или заведующего кафедрой по внесению изменений в учебный план, формируют различные формы отчетов и документов. При этом осмысление учебных планов ложится на работников высшей школы, которым в условиях многих ограничений приходится формировать не столько оптимальный, сколько допустимый учебный план. Это приводит к несогласованности календарных планов изучения дисциплин близких или родственных специальностей в различных учебных планах (дисциплины на объединение в потоки), значительным колебаниям объемов учебной нагрузки кафедр по семестрам и годам, неравномерности загрузки аудиторий, колебанию штатной численности профессорско-преподавательского состава (III 1С) во времени, снижению эффективно-
сти использования имеющихся ресурсов вуза.
Таким образом, задача построения САПР учебных планов в вузе, математического обеспечения этих систем является актуальной.
В рамках предпринятого в настоящей работе исследования требования государственного образовательного стандарта (ГОС) считаются заданными и, следовательно, заданной является следующая информация:
- перечень дисциплин и их основные разделы;
- логическая последовательность дисциплин;
- количество часов на изучение дисциплин;
- общее количество часов теоретического обучения;
- сроки освоения образовательной программы, включая время на экзаменационные сессии, практики, каникулы, итоговую аттестацию;
- максимальный объем учебной нагрузки студента в неделю;
- предельный объем аудиторных занятий студента в неделю.
В табл. 1 показан фрагмент учебного плана, в котором отражены дисциплины, количество часов, отводимых на их изучение по семестрам и видам занятий, формы аттестации знаний.
Учебный план включает множество дисциплин. Требуется составить учебный план, обеспечивающий выполнение ГОС и
