Опыт создания электронных учебных изданий Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

№4(22)2009

Я. М. Русанова, М. И. Чердынцева

Опыт создания электронных учебных изданий

В условиях современных требований, предъявляемых к технологиям образования, разработка компьютерных учебников, ориентированных на новую реальность, является подтверждением слов «Учить надо не лучше, учить надо иначе».

Основное назначение электронного учебника, как впрочем, и обычного, быть самоучителем. Востребованность электронных учебных изданий объясняется целым рядом причин, прежде всего, внедрением дистанционного обучения. Однако и традиционные методологии обучения существенно выигрывают от их применения, благодаря возможностям использования мультимедийных и программных средств и организации интерактивного взаимодействия для контроля усвоения материала.

В настоящее время наблюдается интенсификация процессов создания учебников, справочников, методических разработок на компакт-дисках, размещения обучающих программ в Интернете. В связи с появлением новых информационных технологий не просто возросла роль учебника, но он приобрел свойства, благодаря которым преподаватель может существенно повысить эффективность учебного процесса. Удобство в пользовании, а также уникальные возможности при работе с информацией, размещенной на электронных носителях, уже оценены по достоинству и преподавателями, и учениками.

Тем не менее, электронный учебник (даже самый лучший) не может и не должен заменять книгу. Именно поэтому для его создания недостаточно взять существующий хороший бумажный учебник, перенести его на экран компьютера, снабдить навигацией (создать гипертексты) и богатым иллюстративным материалом (включая мультимедийные средства).

Электронный учебник не должен превращаться в текст с картинками. Его функция прин-

ципиально иная — максимально облегчить понимание и запоминание (причем активное, а не пассивное) наиболее существенных понятий, утверждений и примеров, вовлекая в процесс обучения иные, нежели обычный учебник, возможности человеческого мозга, в частности, слуховую и эмоциональную память, а также используя компьютерные объяснения.

Многие недостатки традиционных учебников и учебных пособий в свете современной действительности могут быть достаточно легко ликвидированы благодаря широким возможностям электронных учебных изданий. Более того, можно утверждать, что компьютерные учебники обладают целым рядом преимуществ по сравнению с обычными учебниками.

Сформулировать эти преимущества поможет ответ на вопрос: «Чем электронный учебник отличается от традиционного учебника на бумажном носителе?»

Печатное издание:

• обучение основано на тексте и иллюстрациях к нему, информация подана в статичной форме и воспринимается линейно, последовательно;

• изучение материала пассивно: усвоение информации возможно только в том виде, в каком она представлена;

• ограничены возможности углубленного и расширенного изучения материала, беглого ознакомления с материалом, самоконтроля, приобретения практических навыков в использовании полученных знаний;

• форма изложения и объем материала ограничены форматом книги.

22

№4(22)2009

Электронное издание:

• обучение основано на целостном восприятии и наглядном объяснении, использующем разнообразные способы подачи материала, в том числе динамические, звуковые, видео;

• интерактивное обучение: каждый учащийся выбирает наиболее приемлемый для него способ общения с учебником с целью более эффективного усвоения материала;

• возможность углубленного и расширенного изучения материала, более подробного рассмотрения трудных моментов, краткого знакомства с курсом, самоконтроля на разных уровнях, моделирования изученных процессов, получения практических навыков;

• открытая, гибкая система, позволяющая корректировать, совершенствовать, дополнять материал.

Особо отметим новые средства в электронном обучении, позволяющие реализо-вывать преимущества электронных учебных изданий:

• интерактивная графика, в том числе трехмерная (возможность увеличить изображение, рассмотреть его со всех сторон, увидеть детали);

• анимация, моделирующая и демонстрирующая процессы;

• динамические визуальные формулы, которые могут быть логически связаны с наглядной демонстрацией процессов;

• логически управляемые диаграммы и графики;

• поиск возможных вариантов решений проблем с просмотром результатов (как положительных, так и отрицательных);

• тестирование в различных режимах — от выбора одного или нескольких верных ответов из списка до ввода собственного словесного ответа с его последующим анализом;

• переход по полезным ссылкам к дополнительной литературе.

Однако если при формулировании ключевых моментов новой технологии не индивидуализировать обучение (под индивидуализацией мы понимаем использование индивидуальных траекторий и темпов освоения материала), то самое лучшее программное и техническое оснащение может не дать желаемого эффекта.

В отличие от традиционных электронный учебник позволяет включать избыточный материал: справочники, видео- и аудиозаписи, дополнительные иллюстрации. Даже подача одного и того же материала может предполагать разные формы (с акцентом на различные особенности восприятия) и разную глубину его изложения.

Согласно исследованиям профессора Б. М. Владимирского (НИИ нейрокибернетики им. А. Б. Когана Южного Федерального университета), «для индивидуальных особенностей памяти в электронных учебниках и обучающих программах должна иметься возможность изложения одного и того же материала в различной последовательности, в зависимости от типа ведущей сенсорной системы памяти. При наличии мультимедийных средств, текстовое изложение материала лучше перемежать читаемыми и объясняемыми голосом блоками с одновременным образным представлением материала».

При разработке компьютерных учебников должны предусматриваться разные сценарии и режимы подачи учебного материала в зависимости от индивидуальных особенностей обучающегося. Исходя из этого, можно сформулировать ряд требований к конструкции электронных учебных изданий:

1) многоуровневость — в содержании должны быть представлены аналитико-логическая, визуальная, практическая и алгоритмическая формы учебного материала;

2) возможность свободного выбора траектории усвоения материала и создания предпосылок для появления чувства удовлетворенности от процесса обучения; индивидуальная траектория разрабатывается и строится преподавателем; их может быть несколько, и тогда студент имеет шанс выбрать наиболее подходящую для него;

3) возможность индивидуализировать темп освоения учебного материала, варьировать меру его развернутости;

4) включение элементов самостоятельного исследования, моделирования, если угодно, игры в виде мысленного эксперимента;

5) использование компьютерных учебников с позиции «активного обучающегося»:

гг

I

«о

о §

3=

05

23

№4(22)2009

>а

з §

3

л

I

о

г

§ §

(не может быть сведено к предъявлению текстов и регистрации правильности ответов на поставленные вопросы);

6) наличие не просто задач, а обучающих заданий с многовариантностью исходных данных и контрольных вопросов, предполагающих возможность анализа решений и получение рекомендаций по повторному ознакомлению с изучаемым материалом.

Перечислим основные принципы, которыми следует руководствоваться при создании электронного учебника, отвечающего современным требованиям: принцип квантования, принцип наглядности, принцип ветвления, принцип регулирования, принцип компьютерной поддержки, принцип адаптивности, принцип собираемости.

Первые четыре принципа касаются, в основном, содержательной части, структуры электронного учебника, разбиения на разделы, связей между ними. Их реализация доступна практически любому преподавателю.

Реализация остальных трех принципов достаточно сложна и трудоемка, она требует специальных знаний и навыков для разработки программных продуктов.

Рассмотрим подробнее два последних принципа.

Согласно принципу адаптивности электронный учебникдолжен:

• допускать адаптацию к нуждам конкретного пользователя в процессе учебы;

• позволять варьировать глубину и сложность изучаемого материала, его прикладную направленность в зависимости от будущей специальности учащегося;

• применительно к нуждам пользователя генерировать дополнительный иллюстративный материал, предоставлять графические и геометрические интерпретации изучаемых понятий и полученных учащимся решений задач.

Принцип собираемости подразумевает, что электронный учебникдолжен быть выполнен в форматах, позволяющих:

• компоновать их в единые электронные комплексы;

• расширять и дополнять их новыми разделами и темами;

• формировать электронные библиотеки по отдельным дисциплинам для разных специальностей;

• формировать личные электронные библиотеки студента (в соответствии со специальностью и курсом, на котором он учится).

Традиционно существует мнение, что электронный учебник представляет собой гипертекст, снабженный иллюстрациями, видео-и аудиоматериалами. Есть точка зрения, что использование гипертекстовых конструкций является новым словом в педагогике, так как приводит к формированию принципиально нового типа повествования. Исходя из этого, собственно текст в значительной своей части сопровождается большим количеством ссылок.

Под термином «гиперссылка» в учебнике обычно подразумевается некое выделение в тексте (цветом, шрифтом, формой курсора при наведении курсора на область гиперссылки), дающее возможность получить на экране дополнительную или поясняющую информацию, которая в данный момент не может присутствовать на экране из-за его перегруженности основной информацией. Еще одна причина использования гиперссылок в тексте — многократное обращение к одним и тем же информационным объектам из разных мест в учебнике.

Авторы электронных учебников очень часто применяют гипертекстовые ссылки, не задумываясь о том, нужны ли они читателю. Однако зачастую вместо того, чтобы помочь ему лучше усвоить изучаемый материал, гипертекстовые ссылки заводят его в незнакомую область. Неправильное использование ссылок может принести больше вреда, чем пользы.

В подтверждение вышесказанного приведем слова профессора Б. М. Владимирского: «Вообще говоря, гипертекстовые ссылки мало соответствуют процессу человеческого мышления. Мышление осуществляется с помощью восприятия целостных идей и смысла, а гиперссылки обеспечивают доступ только к отрывкам. Однако когда глубокий по содержанию текст разрывается такими ссылками, то внимание обучающегося распыляется, так что в конечном счете такая конструкция отвращает

24

№4(22)2009

очень многихучеников откомпьютерныхучеб-ников и обучающих программ».

Не следует использовать гиперссылки для переходов на другие страницы учебника, которые, возможно, также содержат гиперссылки для переходов на третьи страницы и т.д. Это нарушает последовательность изложения материала. Возможно, такое применение гиперссылок хорошо для энциклопедий,справочников и т. п., но не учебников, содержание и представление материала в которых должны провести обучающегося по некоторому заранее определенному маршруту освоения знаний.

Если ссылки все-таки используются, необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• постоянно помнить, что ссылки не способны создать информационное содержание, но способны его разрушить;

• конструировать интерфейс так, чтобы можно было просмотреть новый материал, не теряя полностью из вида тот текст, в котором содержалась гипертекстовая ссылка;

• использовать ссылки только для самых важных моментов, уточняющих смысл сообщения или раскрывающих его глубину.

С нашей точки зрения, оправданно применять гипертекстовые ссылки для организации

структуры учебного курса, в частности, оглавления, поясняющих элементов в отдельных окнах. Поясняющие элементы могут быть использованы для просмотра дополнительных иллюстративных материалов или представления сведений для углубленного изучения. Использование отдельных окон для отображения таких элементов позволяет осуществить переход к ним, не нарушая логику изложения и структуру учебника.

В качестве примера рассмотрим электронный учебник «Методы программирования». Он содержит систематизированный материал по курсам «Информатика», «Языки программирования и трансляторы», «Системное и прикладное ПО». Наполнение учебника осуществлялось по материалам лекций, читаемых на факультете математики, механики и компьютерных наук Южного федерального университета (ЮФУ) и учебным пособиям по соответствующим курсам [6,7], изданными сотрудниками кафедры прикладной математики и программирования ЮФУ.

Для представления материала учебника используется фреймовая структура (рис. 1).

Слева представлено оглавление. В центре расположен текст одного из разделов. Справа

гг

I

«о

о §

3=

05

Рис. 1. Фреймовая структура учебника

25

№4(22)2009

>а

з §

3

is л

£

0

1

§ §

располагаются иллюстрации к тексту, если они есть. Внизу приводятся тексты программ, которые относятся к данному разделу. Рядом с текстом программы находится кнопка «Выполнить», при нажатии на которую запускается апплет, выполняющий программу. Если для представленного алгоритма имеется еще и демонстрационная версия, то рядом с кнопкой «Выполнить» будет расположена кнопка «Демонстрация».

Апплеты, иллюстрирующие работу алгоритмов, запускаются в отдельном окне, что позволяет одновременно видеть текст учебника, фрагмент изучаемой программы и процесс ее выполнения.

Важным достоинством электронного учебника является возможность наглядно увидеть работу алгоритма. Чтобы обеспечить такую возможность, для всех алгоритмов или программ, тексты которых приведены в учебнике, имеются апплеты, демонстрирующие выполнение программы. Для ряда алгоритмов (поиск в массиве, сортировка массива и файла, обработка динамических структур) приводятся апплеты, которые по шагам иллюстрируют выполнение алгоритма.

Весь представленный в учебнике материал разбит на компоненты. Структура учебника описывается отдельно. Такой способ представления позволяет динамически формировать материал учебника.

Компонентами рассмотренного учебника являются:

• описание структуры (оглавление);

• фрагменты излагаемого курса;

• иллюстрации;

• тексты программ;

• апплеты, демонстрирующие выполнение алгоритмов;

• тесты для самостоятельной проверки усвоения материала.

Каждый компонент предварительно готовится в виде файла с помощью соответствующих программ (например:текстовый редактор, графический редактор, компилятор языка Java, скрипты для формирования и проверки тестов).

На основе подготовленных компонентов программным путем формируется вариант

электронного учебника. Такой подход формирования учебника позволяет легко компоновать материал, расширять и изменять его, многократно использовать отдельные компоненты, особенно программы, в разных разделах.

Наиболее сложным, но в то же время эффектным компонентом электронного учебника является система контроля знаний.

На рис. 2 приведен пример теста рубежного контроля электронного учебника по компьютерной графике.

Тесты, включаемые в электронные учебные издания, предназначены в первую очередь для самостоятельного контроля знаний студентами. Основная задача такой системы тестирования — дать студенту возможность самому критически оценить степень усвоения материала, обратить внимание на те разделы, которые следует повторить или изучить более внимательно. Такие системы тестирования наиболее ценны для студентов младших курсов, которым зачастую трудно привыкнуть к отсутствию ежедневного контроля со стороны преподавателя.

При реализации средств проверки знаний в электронных учебниках всюду, где представляется возможным, следует отдавать предпочтение средствам, позволяющим использовать вариативную систему контроля.

Простейшим способом реализации вариативности можно считать наличие большого количества вопросов или тестов и применение алгоритмов случайного выбора. Случайный выбор может относиться как к выбираемым тестам, так и к предлагаемым в тестах вариантам и количеству неправильных ответов, а также положению правильного ответа в списке вариантов для выбора. При этом следует учитывать, что большое количество, должно реально означать порядка 100-200 однотипных вопросов (или тестов) по каждому изучаемому модулю. При этом для организации обратной связи по каждому вопросу должны быть подготовлены комментарии к возможным ошибочным ответам со ссылками на необходимый материал для повторного изучения.

Безусловно, подготовка таких тестовых заданий является очень трудоемким процессом и практически не автоматизируема. Тем не ме-

26

№4(22)2009

'Ш G:\tempplPycaHoaa new Компьютерная графика Электронное уче бное пособиеUest\test1 .html - Microsoft Internet Explorer

Правка Вид Избранное Сервис Справка

QHasaa ■ Q ■ Щ g ^ I ¿У Поиск Шбраш Адрес! G:\tempp\Pycah

У*

Компьютерная графика Электронное учебное пособие\test\testl.html

& в ■ □ « Ü О «

Q. Поиск - 9- И(0) -| Д. • 4

vj fl Переход

Тест рубежного контроля по теме "Растровые алгоритмы"

1 Для октанта плоскости с каким номером происходит вывод алгоритма Брезензсейма?

®4

0 2

01 О 3

Microsoft Internet Explorer

Результаты;

Вопрос №2: Верно!

2. Какое утверждение относи

©4-х смежностьболее силь: О они равны

О 8-х смежность более силь О они не зависят друг от др;

3. В каком году разработан ал

©1983 О 1957 О 1978 О 1965

4. Какой алгоритм заливки п

©Рекурсивный ©Рекурсивный на основе ci О Алгоритм с предварите ль ©Примерно равны

5. Какой алгоритм заливки заливке ©Рекурсивный

©Рекурсивный на основе серий пикселов ©Алгоритм с предварительным выделением границы ©Примерно равны

Алгоритм с предварительный

Алгоритм с предварительный выделением границы

Всего правильных о"

и многократно!!

Проверить результаты )

Ï

<5S СО

О §

о;

Рис. 2. Тест рубежного контроля

нее, для многих областей знаний такой вариант контроля является единственно возможным.

Именно поэтому особый интерес представляют системы, включающие возможность автоматической генерации тестовых заданий. Например, представляется возможным разрабатывать системы автоматической генерации тестов для математических дисциплин, а также для предметов в области computer science.

Предлагаемая нами методика формирования электронногоучебного издания позволяет включать тесты любых типов, их комбинации. Более того, можно подключать уже готовые системы тестирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бушкова О. С., Русанова Я. М., Чердынцева М. И. Инструментальная среда для формирования электронных учебников, адаптированных к целям обучения. Тезисы Шестнадцатой международной конференции «Математика. Компьютеры. Образование». Пущино, 2009. С. 481.

2. Зимина О. В. Печатные и электронные учебные издания в современном высшем образовании: Теория, методика, практика. М.: Изд-во МЭИ, 2003.

3. Русанова Я. М., Чердынцева М. И. Современные технологии и методы создания электронного учебника. Тезисы Четвертой Всероссийской школы-семинара «Математическое моделирование и биомеханика в современном университете». 2008.

4. Русанова Я. М., Чердынцева М. И. Принципы реализации программ автоматической генерации тестов. Тезисы Четвертой Всероссийской школы-семинара «Математическое моделирование и биомеханика в современном университете», 2008.

5. Владимирский Б. М. Компьютерные учебники: анализ конструкции и психофизиологические требования / Южный университет. Ростов н/Д. 2008. № 17-20,

6. МинаковаН.И, Невская Е. С., Чекулаева А. А., Чердынцева М. И. Методы программирования. 2-е изд. М.: Вузовская книга, 2000.

7. Невская Е. С., Чекулаева А. А., Чердынцева М. И. Искусство программирования. М.: Вузовская книга, 2002.

27