CC BY
11
Петров Ю. И. УДК 681.3.06
ФОРМИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО РЕСУРСА ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО -ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ УНИВЕРСИТЕТА
Интенсивное развитие информационных и коммуникационных технологий и их активное использование в учебном процессе уже привели к некоторым изменениям в системе образования, затронувшим не только ее структуру, методологию, но и технологию процесса обучения. Появление и широкое использование Internet и связанных с ним Web-технологий привело к тому, что конкурентоспособность учебных заведений в значительной степени зависит от наличия у них доступных через коммуникационные каналы информационных ресурсов. Такие тенденции в системе образования требует новых средств обучения, и в первую очередь, компьютерных средств обучения (КСО). Такие средства обучения должны содержать весь спектр образовательного методического ресурса, включая электронный образовательный ресурс (ЭОР), автоматизированные системы обучения и контроля знаний и обеспечивающие системы. Непременным условием успешного функционирования КСО является наличие в университете программно-аппаратной инфраструктуры хранения, поиска, выбора, доставки и представления образовательного ресурса, реализованной в виде информационно-образовательной среды (ИОС) университета.
Таким образом, очевидно, что реализация инновационных образовательных технологий в университете неразрывно связана с созданием и использованием качественных КСО в рамках ИОС университета. При этом важно как наличие качественных КСО, так и их доступность в рамках ИОС, определяемая предоставляемыми ею возможностями оперативного поиска, выбора, получения и компоновки ЭОР, соответствующих конкретным образовательным потребностям и условиям применения. Решение этих задач приводит к созданию открытой образовательной среды университета, позволяющей качественно реализовать образовательные услуги, как по традиционным
технологиям контактного обучения, так и по технологиям дистанционного обучения.
Компьютерные средства обучения имеют достаточно давнюю историю, а последний по времени этап их развития связан с Internet, в котором коммуникационные и информационные технологии вышли за первоначально предназначавшиеся им пределы, и во многом стали определять принципы разработки программного обеспечения вообще. В частности, в области КСО это отразилось не только на появлении систем обучения, построенных на базе Web - технологий, но также и на том, что Internet -браузеры стали основным средством пользовательского интерфейса. Исходя из этого, можно определенно утверждать, что технологической основой современных электронных компьютерных средств обучения будут Internet, и связанные с ним информационные и коммуникационные технологии.
Опыт использования компьютерных
средств обучения в рамках традиционных технологий и методик обучения показывает низкую эффективность их использования. Это связано с тем, что задачу разработки новых КСО нельзя рассматривать раздельно от задачи разработки методик обучения с их использованием. Эти задачи тесно связаны друг с другом, и решение проблем разработки средств обучения вытекает из постановки задачи разработки методик обучения с использованием этих средств. Таким образом, можно считать, что проблема разработки электронных компьютерных учебников, и в частности, Web-учебников, имеет две составляющие: психолого-педагогическую, связанную с разработкой форм представления учебного материала и решения вопроса усвоения этого материала обучаемым и технологическую, связанную с программно-аппаратными средствами реализации учебного материала.
Использование Web - технологий при создании учебных материалов дает очевидные преимущества. Гиперссылки упрощают реализацию навигации, а возможность встраивать в Web-страницы разнообразные мультимедийные элементы является основой для отображения любых по сложности учебных материалов. С позиций педагога создается обманчивое впечатление, что все технические проблемы создания учебных курсов решаются успешно и просто при наличии уже апробированного учебного материала, представленного в форме обычного учебника. Одна из наиболее распространенных ошибок при создании учебных материалов в Web-среде заключается в выполнении их в виде электронной копии стандартных печатных учебников, представленных в формате Word или Acrobat Reader. Такой подход нецелесообразен, так текстовые документы этих форматов обычно имеют большой объем, неприемлемый для работы в компьютерной сети, и, кроме того, Internet-браузеры не отображают напрямую документы этих форматов и требуются дополнительное время на их конвертацию и интерпретацию. Еще более важной для таких учебных материалов является проблема восприятия и усвоения обучаемым такого представления материала. Помимо некоторой эйфории, которой страдают некоторые начинающие авторы электронных учебников, имеется достаточно большое число трезвых публикаций [1], в которых приводятся данные о том, что электронные учебники, выполненные как копии печатных учебников, не дают предполагавшегося эффекта. Проблема разработки и внедрения электронных учебников усугубляется неподготовленностью части преподавательского состава к освоению информационных технологий и внедрению этих технологий в практику преподавания. Остается проблема инерционности в преподавании ряда общеобразовательных курсов, имеющих вековые традиции, методики и преемственность. И, что может быть еще более важно, механический перенос традиционных методик преподавания на аппаратно-программную базу персональных компьютеров и рабочих станций зачастую дискредитирует идею использования информационных технологий.
В отечественной педагогике в исследованиях, связанных с изучением факторов, обуславливающих повышение эффективности обучения при применении электронных учебников [1,2], установлено, что это повышение достигается за счет усиления мотивации обучающегося и активизации его познавательной деятельности как на уровне сознания, так и подсознания через интерактив-
ность, многоканальность, структуризацию и визуализацию информации и может достигаться различными методами. Целесообразность электронного представления учебного материала определяется спецификой его содержания и организации, нелинейной связью между подготовленностью и способностями обучаемого к восприятию, возможностью управления процессом обучения самим обучаемым в соответствии со своим уровнем подготовленности и способностями.
Так как с точки зрения восприятия учебного материала обучаемым не существует ни одной преобладающей теории разработки электронных учебников, то при их создании имеет смысл руководствоваться рекомендациями, почерпнутыми из выводов разных ведущих школ психологии: бихевиоризма, конструктивизма и когнитивной науки [3]. Известно, что с психологической точки зрения процесс восприятия информации с экрана сильно отличается от традиционного процесса чтения книг.
В когнитивной психологии предлагается структурная модель памяти человека, в которой выделяются кратковременная (рабочая) и долговременная память. Информация от органов чувств поступает в кратковременную память, где из нее выделяется та часть, которая оценивается как существенная. Отфильтрованная информация далее передается в долговременную память, где включаются механизмы длительного запоминания. Объем перемещаемой в долговременную память информации определяется качеством и глубиной обработки в рабочей памяти. Чем глубже обработка, тем больше ассоциаций, соответствующих новой информации, формируется в памяти.
Еще в 50-х годах прошлого столетия американский психолог Дж. Миллер сформулировал правило «7±2», из которого вытекало, что объем кратковременной памяти любого человека ограничен одним и тем же небольшим числом (от 5 до 9) смысловых единиц, а различие между новичком и экспертом состоит в смысловых размерах этих единиц. Если человеку предлагается ситуация, в которой он должен одновременно обрабатывать большее число единиц информации, то часть полезной информации неизбежно будет теряться, а, значит, становится меньше шансов для осмысленного запоминания. Очевидно, что этот факт нельзя игнорировать при разработке электронных учебников. Из этого следует, что необходимо ограничить объем информации, одномоментно предлагаемой обучаемому. А это означает, что для электронного учебника нужно специальным образом структурировать учебные материалы.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Такая структуризация должна обеспечивать постраничное представление материалов, где под страницей понимается один кадр экрана или фрейм. Это означает, что длинные страницы должны быть исключены полностью, т.е. необходимость в прокрутке страниц в основном возникать не должна. Следует отметить еще один момент, связанный с прокруткой страницы. После прокрутки, прежде чем продолжить знакомство с материалом, требуются усилия, чтобы найти, где пролегает граница между предыдущим и новым экранами. А это неизбежно ведет к рассеиванию внимания. Поэтому поэкранная организация электронного учебника должна быть принята, как важнейший принцип представления учебных материалов.
Другой важной составляющей электронного учебника является система навигации. Эта система для любого электронного учебника должна опирается на его организацию. С учетом требований постраничного просмотра, логичной является иерархия следующих структурных элементов: тема-занятие-страница. По рекомендации школы бихевиоризма необходимо подавать учебные материалы небольшими порциями с немедленным контролем усвоения, количество страниц для одного занятия должно быть небольшим (не более 10). С учетом этого, управление навигацией разбивается на две составляющие. Одна из них выступает в роли оглавления курса и дает возможность выбирать темы и разделы. Вторая связана с перемещениями по страницам внутри раздела. Поскольку раздел может как содержать, так и не содержать подразделы, система навигации должна учитывать обе ситуации.
При разработке отдельных страниц требуется соблюдение условий восприятия содержимого даже при разработке простых текстовых элементов. Так как чтение текста с экрана происходит медленнее, чем с листа, то, очевидно, что объем предлагаемых словесных описаний должен быть так же меньше, чем это было бы в обычном учебнике. Кроме того, текст должен быть разбит на небольшие абзацы, которые визуально должны быть четко разделены друг от друга, а каждый абзац целесообразно рассматривать как отдельный элемент структуры.
Тем не менее, размер страницы или фрейма может не всегда соответствовать необходимому логичному размеру фрагмента учебного материала. Но в этом случае можно предложить простое и достаточно эффективное решение, состоящее в поэтапном погружении учащегося в материал. Сначала обучаемому предлагается сжатое пред-
ставление, в котором визуализируются только самые необходимые для понимания излагаемого фрагмента факты, формулировки, иллюстрации и т.п. Более сложная для понимания часть материала, например, построение детального алгоритма, в это время скрыта. Для ее раскрытия обучаемому предлагаются специальные элементы управления в виде переключателей, которые позволяют отобразить/скрыть дополнительное содержание страницы. Дополнительный материал может так же предлагаться в отдельном всплывающем окне.
Резюмируя сказанное, можно сформулировать требования, предъявляемые к Web-учебнику.
Web-учебник - это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Такой учебник соединяет в себе свойства обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Основное назначение Web-учебника - формирование и закрепление новых знаний, умений и навыков в определенной предметной области и в определенном объеме в индивидуальном режиме. Web-учебник должен обеспечивать оптимальную для каждого конкретного пользователя последовательность и объём различных форм работы с курсом, состоящую в чередовании изучения теории, разбора примеров, методов решения типовых задач, отработки навыков решения типовых задач, проведения самостоятельных исследований и формирования мотивов дальнейшей познавательной деятельности, обеспечивать возможность самоконтроля качества приобретенных знаний и навыков, прививать навыки исследовательской деятельности, экономить время обучаемого, необходимое для изучения курса.
На кафедре «Информатика» ИрГУПС в течение ряда лет ведутся работы по подготовке и использованию методических материалов в электронном виде [4-6]. В результате разработана технология подготовки Web-учебников, предназначенных для их использования в сетях Internet и Intranet и сами Web-учебники [7,8]. Технология базируется на использовании гипертекста во фреймовой структуре. В основу технологии положен принцип быстрого доступа к необходимому разделу методического материала.
Для отображения предметной части учебника и быстрой навигации предложена фреймовая структура Web-страницы, состоящая из четырех окон:
• Окна отображаемого раздела.
• Окна загрузки меню вызова глав учебника.
СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫМ ПОДХОД В ИССЛЕДОВАНИЯХ
• Окна загрузки меню разделов и параграфов учебника.
• Баннер учебника.
На рис.1 представлен вид окна браузера, в которое загружен разработанный Web-учебник «Разработка Web-приложений».
Загрузка содержимого окон определяется взаимодействием фреймов, определяемым файлами раскладки (layout-файлами). В окно содержательной части документы загружаются через меню 2-го уровня. При этом для разделов, содержащих параграфы, загружаются дополнительные файлы раскладки, загружающие во второе окно меню 3-го уровня. Окно содержательной части может быть развернуто на весь экран, с возможностью возврата в четырехоконную структуру.
Web-учебник представляет собой совокупность методических описаний лабораторных работ, выполняемых для освоения языков программирования HTML, JavaScript и PHP, и позволяющие создавать Web-страницы с использованием этих языков. Описания лабораторных работ загружаются через меню 1-го уровня, загруженного в окно вызова глав учебника.
Рис.1 Окно Web-учебника «Разработка Web-приложений»
Все описания лабораторных работ построены по одной структуре:
1. Задание на лабораторную работу.
2. Теоретический материал для выполнения работы.
3. Пример выполнения лабораторной работы.
4. Индивидуальные задания для выполнения лабораторной работы.
5. Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы.
6. Примерные задания на защиту лабораторной работы.
7. Тесты для допуска к защите лабораторной работы.
8. Тесты для защиты лабораторной работы.
В соответствии с этой структурой построены меню 2-го и 3-го уровней, загружающие содержательную часть методического материала в окно отображаемого раздела. При этом меню 2-го и 3-го уровней загружается в окно меню разделов и параграфов учебника. Материал, соответствующий выбранному разделу или параграфу представляет собой html-файл содержания (content-файл) и загружается по ссылкам из меню 2-го или 3-го уровней. Переход в однооконную структуру и возврат в четырехоконную структуру так же осуществляется layout-файлами.
Загрузка и взаимодействие фреймов реализована в Web-учебнике следующим образом. Начальная загрузка учебника осуществляется layout-файлом, который в левое окно загружает меню выбора лабораторных работ, в среднее окно загружает empty-файл (файл без содержания), при котором среднее окно остается пустым, а в правое окно загружается content-файл с заставкой учебника. Во всех режимах в верхнее окно загружается content-файл, содержащий баннер учебника. Меню выбора лабораторных работ содержит ссылки на layout-файлы, загружающие выбранные работы. При выборе лабораторной работы, соответствующий layout-файл производит загрузку окон следующим образом. В правое окно по-прежнему загружается меню лабораторных работ, в среднее окно загружается content-файл, содержащий меню 2-го уровня параграфов выбранной лабораторной работы, а в правое окно загружается content-файл содержащий задание на выбранную работу. Далее, в соответствии с меню 2-го уровня по ссылкам в правое окно загружаются content-файлы содержания выбранного раздела. Если пункт меню разделов содержит параграфы, то выбор этого пункта приводит к загрузке layout-файла, по которому в среднее окно загружается content-файл меню параграфов выбранного раздела, а в правое окно - заголовок параграфа. По ссылкам этого меню в правое окно загружаются content-файлы содержания выбранного параграфа. Возврат к меню 2-го уровня осуществляется по кнопке Возврат по которой загружается layout-файл меню 2-го уровня.
В описаниях лабораторных работ последовательно рассматриваются вопросы структуры HTML-документа, создаваемого с помощью языка HTML, понятие основных конструкций, принципы текстового и дизайнерского оформления Web-страниц, внедрение на Web-страницу различных элементов оформления, формирование и взаимодействие фреймовых структур. Язык JavaScript рассматривается в контексте внедрения на Web-страницу оформительских элементов и создания
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
интерактивных Web-страниц. Для этого рассматривается синтаксис языка, его основные конструкции, порядок создания и вызова функций JavaScript и формы размещения скриптов JavaScript в HTML-документе. Язык PHP рассматривается с точки зрения создания интерактивных Web-страниц и создания Web-приложений, обеспечивающих взаимодействие клиентских и серверных компонентов Web-страниц.
Программный комплекс Web-учебника содержит порядка 1500 файлов, в числе которых файлы Лт/-формата, содержащие HTML-документы содержания и раскладки и файлы jpg- и ^//-формата, содержащие рисунки. Файлы Web-учебника занимают дисковое пространство объемом порядка 9 Мб. и могут быть размещены как на локальном компьютере, так и на Web-сервере. Для разработанного учебника необходимым и достаточным условием его использования является наличие на компьютере Web-браузера. При размещении на локальном компьютере обеспечивается максимальная скорость просмотра Web-страниц учебника.
При разработке учебника использовались языки программирования HTML, JavaScript и PHP. Программные коды файлов Ыт/-формата создавались с использованием редактора Блокнот и специализированных Web-редакторов Macromedia Home Site 5 и Ase HTML 4 Pro. Файлы рисунков, представляющих фрагменты экранных копий создавались с использованием редактора Paint и конвертировались в формат jpg. Рисунки различных блок-схем создавались графическим редактором Microsoft Visio и также конвертировались в формат jpg. Для построения примитивов и обработки рисунков использовался редактор Corel Draw 10. При создании Web-страниц с использованием языка PHP использовался Web-сервер Apache, сгенерированный пакетом Денвер-2 (http://denwer.ru).
По данной технологии разработано несколько учебников и других методических материалов по дисциплинам, проводимым кафедрой «Информатика» ИрГУПС. Все материалы установлены на сервере методических материалов университета и в методическом разделе сайта кафедры «Информатика». Учебники [7,8] прошли регистрацию в фонде алгоритмов и программ ВНТИЦ. Опыт использования Web-учебников показал:
Нахождение методических материалов в виде сетевых ресурсов обеспечивает оперативное
нахождение и использование материалов по всем темам изучаемых дисциплин со всех рабочих станций учебных залов и общежитий университета. Это дает возможность использования методических материалов, как для проведения занятий, так и для самостоятельной работы студентов.
Компоновка учебных материалов в виде Web-учебника, содержащего все разделы учебной работы по изучаемой теме, показало высокую степень освоения учебного материала.
Изложение материала по предложенной методике оказалось эффективным средством проведения учебного процесса.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Образцов П. И. Обеспечение учебного процесса в условиях информатизации высшей школы // Педагогика. 2003. № 5. С. 27-33.
2. Валеологические проблемы разработки мультимедийных учебных пособий / И. И. Пира-тинская, И. И. Шолина, Б. И. Джинджолия, Е. В. Мартынова, В. С. Кортов, В. С. Старцев // Валеология. 2000. № 2. С. 53-58.
3. Современная психология : справ. руководство / под ред. В. Н.Дружинина. М. : Инфра-М. 1999. 356 с.
4. Петров Ю. И. Информационная поддержка учебного процесса в корпоративной сети университета // Информационные технологии и проблемы математического моделирования сложных систем : сб. науч. ст. Иркутск, 2004. Вып. 1. С. 144-148.
5. Ларюшина Н. О., Петров Ю. И. Анализ компьютерных систем обучения для вузов // Информационные технологии и проблемы математического моделирования сложных систем : сб. науч. ст. Иркутск, 2006. Вып. 3. С. 76-84.
6. Ларюшина Н. О., Петров Ю. И. Вопросы представления методических материалов с использованием Internet-технологий // Информационные и математические технологии в науке и управлении : тр. XI Байкал. Всерос. конф. Иркутск, 2006. Ч. 2. С. 232-237.
7. Петров Ю. И. Программирование на языке Pascal : учеб. М. : ВНТИЦ, 2007. № 50200700389.
8. Петров Ю. И. Разработка Web-приложений : учеб. М. : ВНТИЦ, 2007. № 50200702025.
