CC BY
59
Educational Technology & Society 4(3) 2001 ISSN 1436-4522
Особенности проектирования интерфейса образовательного мультимедиа для школ
М.Н. Морозов, А.И. Танаков, Д.А. Быстров Марийский Государственный технический Университет,
Йошкар-Ола, Россия morozov@marstu.mari.ru
Введение
Исследования в области человеко-машинного интерфейса главным образом сосредоточены на вопросах взаимодействие взрослых пользователей с компьютеризированном рабочем местом [Marian G. Williams Mark W. Altom Kate Ehrlich, 1999]. Когда рассматриваются особенности проектирования образовательного мультимедиа для школ, важно критически воспринимать существующие общие рекомендации по дизайну, организации, применению и тестированию интерфейса и учитывать определенные проблемы возникающие в ходе создания образовательных сред, ориентированных на потребности детей как пользователей, учитывая особенности возраста и пола [Robertson, J.W. 1994]. Дело в том, что одна из главных целей при использовании компьютеров на рабочем месте заключается в повышении производительности труда, и вопросы обучения здесь вторичны. Напротив, именно обучение является главной целью применения компьютеров в образовательной среде. Именно это заставляет пользователей-взрослых и пользователей-детей воспринимать программные системы и взаимодействие с ними совершенно по-разному.
В данной статье рассмотрены особенности проектирования интерфейса школьных образовательных мультимедиа CD-ROM, проблемы расширения их интерактивности и связанные с этим вопросы применения иерархии пространственных метафор.
Мотивация, интерактивность и метафоры в интерфейсе образовательного мультимедиа
Мотивация для применения компьютеров существенно различается у взрослых, использующих бизнес приложения на рабочих местах, и учеников в школе, взаимодействующих с образовательными программами. На рабочем месте мотивация пользователя в применении компьютера обусловлена потребностью качественно решать свои производственные задачи. Наоборот, учащиеся используют компьютеры, чтобы решать образовательные задачи, установленные преподавателем, и реальной мотивацией в этом случае для них может быть удовольствие от работы с обучающей программой. Соответственно, для деловых программных систем, чтобы быть эффективными для применения взрослыми на рабочих местах, необходимо, главным образом, быть удобными и помогать пользователям решать их ежедневные задачи. Для образовательных программных средств, чтобы быть эффективными в школе, важными являются не только полезность, но и возможность доставлять удовольствие детям. Многие исследователи отмечают повышение полезности образовательного программного обеспечения, если в нем обеспечивается мотивация, аналогичная той, что наблюдается, когда дети, увлеченные компьютерными играми, не могут оторваться от экрана монитора [Norman, D.A.. Spohrer, J.C., 1996; Inkpen, K., Booth, K.S., Klawe, M., Upitis, R.,1995]. Безусловно, не малая роль при этом отводится определению принципов построения пользовательского интерфейса, отличных от принятых для бизнес-приложений. Для образовательного мультимедиа на первое место выходят эстетические характеристики визуального представления интерфейса, наличие элементов увлекательности.
Другая важная особенность образовательного мультимедиа продукта -интерактивность. Для деловых программ расширение интерактивности редко является объектом специальной разработки. В этом классе программ
интерактивность естественно определяется при решении проектных задач бизнес-приложений, и любое внесение дополнительной интерактивности не может иметь практического смысла. Вместе с тем, если мультимедиа продукт используется для улучшения учебного процесса, его программная организация и интерфейс должны обеспечить такой уровень интерактивности, который подходит не только для конкретных задач обучения [Soloway E., 1996], но и способен заинтересовать пользователя- школьника.
Степень интерактивности в мультимедиа системах может в значительной степени различаться по уровню. Как правило, очень высокий уровень интерактивности обеспечен в компьютерных играх. Однако в образовательных программах, к сожалению, большая часть интерактивности редко выходит за пределы примитивного уровня электронного перелистывания страниц. Вместе с тем, интерактивность в образовательных программах должна быть организована таким образом, что бы увлечь и поощрить обучаемого к глубокому изучению предмета. Таким образом, можно избежать поверхностного подхода к процессу обучения, когда учащиеся просто запоминают определения, правила, процедуры и принципы, но не достигают уровня понимания, позволяющего применять знания к новым ситуациям и обеспечивающего развитие навыков анализа и синтеза.
При создании образовательного мультимедиа одной из основных целей является поиск наиболее подходящих формы представления и организации учебной информации. При этом, одинаково важно как максимально полное использование выразительных возможностей компьютера, так и достижение поставленных педагогических целей. Ключом в решении указанной задачи является эффективное применение метафор пользовательского интерфейса при создании адекватной образовательной среды.
Использование метафор в программном обеспечении чрезвычайно многогранно. Это связано с уникальными когнитивными функциями метафоры, которая не только формирует понятие о новом объекте через установления сходства с уже известным, но и предопределяет способ и стиль мышления о нем.
Взаимодействуя с образовательным мультимедиа через средства интерфейса, обучаемый должен, главным образом, сосредоточится на восприятии учебного материала. Однако сложная нелинейная структура мультимедиа информации, обусловленная ее многокомпонентной природой, вынуждает пользователя отвлекаться на изучение и понимание навигационных и сервисных средств интерфейса. Это может привести к так называемой информационной перегрузке учащихся. Метафоры в этом случае могут рассматриваться как инструмент, позволяющий преодолеть такие проблемы в мультимедиа приложениях. Выбирая и применяя метафоры для представления информации на экране монитора, можно упростить понимание сложных и незнакомых компьютерных форм через включение в интерфейс уже хорошо знакомых объектов и явлений. Учащийся таким образом быстро распознает, что означают представленные навигационные объекты, и каковы их функции в системе.
Появившаяся возможность широкого использования трехмерной графики позволяет перейти от традиционного электронного учебника с гипертекстовыми страницами, реализующего метафору книги, к интерактивной образовательной среде, организованной на основе метафоры "нового" мира. Теперь экран монитора воспринимается учеником как окно в новый, трехмерный мир знаний, в котором образы реальных объектов действуют наряду с виртуальными моделями [Морозов М.Н., Марков А.И., 2000].
Для построения пользовательского интерфейса образовательного мультимедиа, наряду с общей метафорой от разработчиков требуется и выбор частных метафор организации визуального пространства экрана, как для учебных материалов, так и своих элементных метафор для навигационных и других объектов, расположенных в этом пространстве. Таким образом, выстраивается иерархия метафор, связанных определенной смысловой нагрузкой.
Метафоры для базового курса химии
Для мультимедиа CD ROM по школьному курсу химии для 8-9 классов было решено использовать в качестве общей метафоры метафору мира цирка, которая является логическим продолжением общей метафоры мира театра, принятой в созданных для старших школьников CD-ROM «Общая и неорганическая химия» и «Органическая химия» [Морозов М.Н., Соколов С.Н., Марков А.И., 1999].
Обшая метафора
Метафоры фона
(
Метафоры средств навигации
Метафоры контента
Рис. 1 Иерархия метафор базового курса химии
WorldMetaphor: Metaphor «Мир цирка химии»
1
—а
Виды
1 Metaphor___________________________
«Подлет в мире химии к цирку»
2
3
4
3
с: z:
Рис. 2 Метафоры фонов
Кроме этого разработаны три класса частных метафор - метафоры фона, метафоры сервисных средств и средств навигации, метафоры контента, все так или иначе связанные с темой цирка (Рис. 1). Метафоры фона представляют собой различные виды на мир цирка химии. Было выбрано несколько ключевых видов на мир (Рис. 2): «Подлет в мире химии к цирку» - для заставки, «Вид на выход на арену» - как основной вид, «Вид на зрителей» - для кадров с таблицей Менделеева («зрители» - элементы таблицы) и «Вид на арену» - как дополнительный вид для отдельных кадров.
Вид на выход на арену
1
Рис. 3. Метафора элементов навигации
В рамках общей метафоры были разработаны частные метафоры для отдельных элементов фона. Для «Подлета в мире химии к цирку» - элементы окружающей природы и здание цирка. Для остальных видов - стены, ковры, сиденья, зрители (химические элементы), арена, выход на арену, дверь выхода и т.д.
Для элементов управления также был проработан ряд метафор (Рис. 3) в соответствии с перечнями навигационных элементов для разных режимов использования мультимедиа курса. Например, для режима обучения были предложены следующие частные метафоры, соответствующие общей метафоре цирка: «воздушный шар с надписью» (переход в меню подразделов), «ленточка с надписью ХИМИЯ» (переход в режим демонстрации информации о создателях мультимедиа курса), «осветительные прожекторы» (переходы в режимы обучения, тестирования или просмотра опытов), «цирковые зонты» (переход на следующий кадр или возврат на предыдущий), «украшение арены» (переход на любой кадр подраздела) и т.д. Скриншот одного из учебных фрагментов приведен на Рис 4.
О Предмет химии. Вещества и их свойства
ли миньирчиь
Неорганическая химия - изучает все химические элементы и их соединения.
Неорганическая Общая 0| - химия химия
Физическая
А налити чес кая ХИМИЯ
\ ХИМИЯ -------—--- '
Препаративная Химия
химия Окружающем
~/ среды
Органическая
химия
Биохимия
Химическая ——^технология
Геохимия
о. .-о
Предмет химии
Рис. 4 Пример учебного фрагмента базового курса химии.
Для элементов контента также был разработан соответствующий основной метафоре цирка набор частных метафор (Рис. 5). Например, для статических изображений (фотографии, иллюстрации) была предложена метафора «волшебных картинок, возникающих в воздухе», для видео - «экран, спускающийся на канатах», для концептуальных схем - «летающий ковер» и т. д.
«Мир цирка химии»
Элементы контента 1
«Плакат на ножках (текст)»
Вид на выход на арену
2
3
«Говорящие формулы (озвученные химические формулы)»
4
Рис. 5. Метафоры элементов контента
Интерактивность в мультимедиа предоставляет огромные возможности для представления учебного материала и организации навигации. Однако на стадии разработки мультимедиа требуется ограничить набор интерактивных средств программы таким образом, чтобы добиться не только простоты в их использовании, но в большей степени достигнуть быстрого распознавания учащимся интерактивных элементов в визуальном пространстве экрана. В проекте «Базовый курс химии» с этой целью использованы типовые интерактивные формы, главным образом представляющие собой концептуальные карты для отдельных тематических разделов. Так концептуальная карта типа «Цветок» позволяет объединить различные
составляющие конкретного понятия в единое целое, увеличивая возможности визуального закрепления воспринимаемого образовательного материала учащимся. При этом, возможно как прямое взаимодействие с каждым элементом концептуальной карты - «лепестком цветка», так полное проигрывание
концептуальной карты через специальный пульт, с привычным набором кнопок управления (Рис. 6).
ИЮТЗДНАЧАЛЬНЫЬ
ХИМИЧЕСКИЕ
ПОНЯТИЯ
О Предмет химии. Вещества и их свойства
ХЗІ9ЛЯЯ
Неорганическая^
Органическая
химия
Препаративная
' Химия \ окружающей \ среды
Современная химия - это наука о веществах, их строении, свойствах и химических реакциях, в результате которых образуются другие вещества.
Предмет химии
Рис. 6. Концептуальная карта типа «Цветок».
Аналогично построены и другие интерактивные элементы, например, озвученные химические формулы, сцены в разделе «Химия на службе человека» и виртуальные 3Б модели молекул. Напротив, в учебном фрагменте «Лаборатория алхимика» (Рис. 7) интерактивность построена на вовлечении инструментов нескольких уровней, отчасти дублирующих друг друга. Так проигрывание анимации с демонстрацией опыта возможно простым нажатием клавиши мыши на навигационный элемент. Но эти же анимации может продемонстрировать волшебная «мудрая сова», которая «съедая курсор» сама становится необычным 3Б курсором, перелетающим с криками от одного активного элемента экрана к другому. В этом же учебном фрагменте предоставляется возможность исследовать некоторые инструменты алхимика, приблизив и осмотрев их. Такой набор разнообразных навигационных средств призван, прежде всего, заинтересовать ученика, увеличить его мотивацию к использованию образовательного программного продукта.
Рис. 7 «Лаборатория алхимика»
Заключение
Технические возможности компьютеров уже не являются ограничивающим фактором в проектировании и разработке интерфейса образовательных программ. Третье измерение постепенно становится встроенным атрибутом взаимодействия человека с компьютером и предоставляет новые возможности в выборе метафор для обучающих мультимедиа программ. Помимо упрощения навигации, ученик получает доступ к другому уровню интерактивности для изучения, как физической реальности, так и более абстрактных категорий, концепций, фактов и знаний. Кроме этого, применение пространственных метафор способствует представлению образовательного мультимедиа в увлекательной форме, что существенно повышает мотивацию к пользованию таких программных средств у обучаемых.
Вместе с тем, развитие способов интерактивности, сочетающееся с использованием пространственных метафор, существенно усложняет процесс проектирования человеко-машинного интерфейса, ставя перед разработчиками новые задачи, требующие дальнейших исследований.
Быстрое распространение 3Б интерфейса, не только в мультимедиа СБ-КОМ, но и в средствах электронного обучения в Шете! и в системах виртуальной реальности, делает эти исследования особенно актуальными.
Литература
[Marian G. Williams Mark W. Altom Kate Ehrlich, 1999], Marian G. Williams Mark W. Altom Kate Ehrlich, The CHI is the Limit : Human Factors in Computing Systems //CHI 99 conference proceedings ; Pittsburgh, PA, USA, -New York, ASM-Press 1999 ,629 S. ISBN 0201485591
[Robertson, J.W. 1994], Robertson, J.W. Usability and children's software: A user-centered design methodology //Journal of Computing in Childhood Education 5, 3/4,1994,pp 257-271.
[Norman, D.A.. Spohrer, J.C., 1996], Norman, D.A.. Spohrer, J.C., "Learner-Centered Education," //CACM 39 (4), 1996, pp. 24-27.
[Inkpen, K., Booth, K.S., Klawe, M., Upitis, R.,1995], Inkpen, K., Booth, K.S., Klawe, M., Upitis, R., "Playing Together Beats Playing Apart, Especially for Girls," //Proc. CSCL '95,- Indiana IL., 1995, pp. 177-181.
[Soloway E., 1996], Soloway E.,Interactions: New visions of human-computer interaction, //NY, ACM 1996.
[Морозов М.Н., Марков А.И., 2000], Морозов М.Н., Марков А.И., Новые метафоры для школьного образовательного мультимедиа. //Научно-методическая конференция профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников МарГТУ по итогам НИР за 1999 год.- Йошкар-Ола, 2000 г.
[Морозов М.Н., Соколов С.Н., Марков А.И., 1999], Морозов М.Н., Соколов С.Н., Марков А.И., Школьное мультимедиа: третье измерение мира знаний.
http://marstu.mari.ru/mmlab/home/public/mmrus/school.html //Вторая Московская
международная конференция EVA'99 Москва. - Москва 1999г., 9-6-(1-5).
