Разработка электронного учебно-методического комплекса (стр. 3 )

Принцип стереоскопичности обеспечивается соблюдением следующих правил:

·  во-первых, наглядное представление информации должно помимо текстовой информации, организованной специальным образом, сопровождаться графическими иллюстрациями, звуковым и голосовым сопровождением (по желанию обучаемого);

·  во-вторых, осуществление контроля с обратной связью, с диагностикой ошибок (объяснение причин ошибочных действий студента и предъявление на экране соответствующих комментариев и образцов решения);

·  в-третьих, применение программных средств с разным методическим назначением: тренажеры, информационно-поисковые и информационно-справочные подсистемы, моделирующие и имитационные, демонстрационные (визуально-слуховые), учебно-игровые.

Принцип модульности. Модульность (блочность) является главным свойством, реализуемым как при построении кейсовой технологии, основанной на ТМО, так и при создании МАОС. Важно отметить, что преимущества ЭУМК начинают быть все более значимыми по мере насыщения электронной составляющей комплекса различными компьютерными обучающими программами.

Как правило, первым элементом МАОС является электронный учебник (ЭУ) и учебная база данных, образующая справочник (УБД). На следующем этапе обычно ведется разработка электронного задачника и контролирующей программы (КП), предназначенных для организации практической работы в классе, самостоятельной работы студентов, контроля знаний обучаемых на различных стадиях работы (входной, промежуточный и итоговый контроль). В эти же сроки разрабатывается электронная рабочая тетрадь (ТР), которая используется одновременно как преподавателем, так и студентом. Разработка лабораторного практикума (ЛП) может вестись независимо, если она ориентируется на уже работающие компьютерные программы и прикладные математические пакеты типа Derive, MathCad, MathLab, Mathematica и т. п. МАОС, кроме обучающей, операционной и диагностической функций, выполняет роль рабочей тетради преподавателя, альбома примеров и иллюстраций, накопителя статистических данных об учебном процессе.

Большая скорость развития на аппаратном уровне компьютерной, телекоммуникационной техники, средств мультимедиа приводит к необходимости при создании МАОС ориентироваться на необходимость замены ее элементов на более современные даже в процессе разработки комплекса. При этом "бумажная" составляющая комплекса может и не меняться. Таким образом, блочная (модульная) структура комплекса является необходимым условием его существования.

Мы считаем, что принцип модульности построения ЭУМК обеспечивается соблюдением следующих правил:

·  во-первых, учебный материал курса, разработанного на основе ТМО, выстроен с учетом принципа модульности;

·  во-вторых, МАОС должна иметь такую блочную структуру, чтобы в процессе эксплуатации ЭУМК имелась возможность дополнения, исправления, замены (даже полной) как отдельных частей каждой подпрограммы, так и ее полной замены;

·  в-третьих, материал внутри каждой подпрограммы МАОС должен быть структурирован по блокам (УЭ, слотам, ячейкам и т. п.) так, чтобы существовала возможность конструировать единое содержание обучения из этих блоков, так и легко их расширять, заменять и вводить новые блоки в интегрированной базе данных ЭУМК.

Принцип вариативности. Вариативность является принципиальным требованием любой современной системы обучения. В зависимости от уровня образования (бакалавр - специалист - магистр), от степени подготовленности и уровня обученности реализация вариативности предполагает различное содержание, определяющее уровень вариативности. В литературе выделяют следующие возможные уровни реализации вариативности:

·  методов и форм организации познавательной деятельности;

·  содержания и структуры изучаемого учебного материала;

·  структуры организации познавательной деятельности;

·  структуры целей и основных задач учебных дисциплин.

Следует подчеркнуть, что реализация более высоких уровней вариативности несомненно приведет к изменению и предыдущих уровней. Так, например, изменение целей и задач курса при подготовке математика-исследователя (магистра) и математика-преподавателя (специалиста) не позволит сохранить неизменным содержание и комплекс методов и приемов обучения.

Так, реализация принципа вариативности в ТМО требует построения модульных программ (МП) и модулей таким образом, чтобы легко обеспечивалась возможность их приспособления к индивидуальным способностям студентов и особенностям их профессиональной специализации. Следовательно, принцип вариативности осуществляется как по горизонтали (неполный вариант модуля рекомендуется для слабых студентов, сокращенный вариант - для средних и углубленный - для сильных, причем выбор варианта делает сам студент после прохождения входного контроля), так и по вертикали (глубина и объем учебного материала зависят от потребностей профессиональной подготовки студентов, например, модуль для магистров-математиков, с другой стороны, для студентов-физиков).

Данный принцип в ТМО имеет еще одну грань - разнообразие методов и форм усвоения содержания модуля. Это могут быть как традиционные формы и методы обучения, так и творческие. В соответствии с этим принцип вариативности в ТМО реализуется в следующих правилах:

·  во-первых, для индивидуализации обучения необходимо проводить тщательную входную диагностику знаний, чтобы по ее результатам можно было построить горизонтальные модули;

·  во-вторых, для индивидуализации обучения необходимо провести анализ "потребности" в обучении со стороны студента, чтобы обеспечить индивидуальную технику учения;

·  в-третьих, необходимо обеспечить индивидуальный контроль и самоконтроль после достижения цели обучения.

Принцип вариативности построения ЭУМК состоит в том, что комплекс создан из отдельных подпрограмм, они могут быть легко заменены, переструктурированы, дополнены. Это позволяет получить мобильную, динамичную, открытую для изменений и дополнений обучающую систему. Причем в этой системе можно легко изменять как базу знаний (содержание учебной дисциплины), так и осуществлять выбор необходимых средств для достижения целей, и усвоения содержания.

Следует подчеркнуть, что принцип вариативности при построении ЭУМК позволяет обеспечить качественную реализацию другого частного принципа ТМО - принципа паритетности. В соответствии с этим принципом, который еще иногда называют педагогикой сотрудничества, студент и преподаватель находятся не в субъект-объектном, а в субъект-субъектном взаимодействии. Психологами доказано, что обучение протекает эффективно тогда, когда студент сам максимально активен, а педагог выполняет роль консультанта-координатора.

Принцип паритетности при построении учебного процесса на основе ЭУМК претерпевает существенные изменения. Программно-методическое обеспечение комплекса настолько увеличивает потенциал организационной и исполнительской самостоятельности студента, что в конце обучения он может полностью перейти на самообучение.

Принцип паритетности обучения на основе ЭУМК требует соблюдения следующих правил:

·  МАОС должна не только обеспечивать возможность самостоятельного усвоения знаний студентами до определенного уровня, но и вооружить его необходимой стратегией усвоения учебного материала;

·  в процессе обучения преподаватель делегирует целый ряд своих функций - информационную, визуализацию, проведение эксперимента, контроля - модульной программе, что позволяет ему осуществить оптимально функции консультанта и научного руководителя;

·  МАОС позволяет формировать культуру учебной деятельности и информационную культуру (за счет интегрированной пользовательской среды).

Принцип открытости. Принцип открытости при построении ЭУМК означает прежде всего, что сам комплекс является открытой системой по всем направлениям:

·  сами модульные программы допускают включение новых модулей, а модули - новые учебные элементы;

·  комплекс должен допускать изменения в своей структуре как по объему, так и по составу его составляющих блоков (подпрограмм) в МАОС;

·  информация, имеющаяся в ЭУМК, должна быть доступной для ее использования в локальных и глобальных сетях, то есть может быть реализован удаленный доступ, используемый в дистанционном обучении, для самообучения или для обучения студентов, которые по объективным причинам не могут присутствовать на занятиях (болезнь, командировка, соревнования и т. п.).

Таким образом, принцип открытости построения ЭУМК предполагает, что комплекс представляет необходимые по объему и качеству информационные учебные ресурсы не только любому пользователю-студенту, но и неограниченные возможности для преподавателей в процессе разработки и совершенствования ЭУМК.

Поясним на примерах эти положения. Междисциплинарные связи при изучении математики существуют практически между всеми учебными дисциплинами. Так, например, КОП для проведения лабораторной работы в курсе "Методы вычислений" по теме "Первая начально-краевая задача для уравнения теплопроводности", в которой решение строится методом конечных разностей или методом конечных элементов, может быть использована при изучении этой задачи методом разделения переменных Фурье в курсе "Уравнения математической физики".

Так в последние годы появилась новая компьютерная технология - VRML (Virtual Reality Modeling Language). Согласно официальному определению, VRML - "это формат файлов для описания интерактивных трехмерных объектов и миров". Он может быть использован в Интернете, в интранет-сетях и в локальных приложениях. VRML представляет собой универсальный формат обмена для интеграции трехмерной графики и мультимедиа. Он способен представлять статические и динамические трехмерные объекты, обладающие гиперсвязями с другими средами, такими, как текст, звуки, видео и картинки (слайды). Интерактивные возможности языка VRML являются также очень перспективными при создании ЭУМК. Поскольку язык VRML допускает оцифрованное речевое сопровождение, техническую возможность вставки VRML-фрагмента в обучающую программу, то использование такой технологии виртуальной реальности (и не только VRML) будет в скором времени при создании обучающих программ обычным явлением.

Отметим также, что стремительное развитие технических средств обучения и НИТ дает новые возможности для изменения формы представления материала на лекциях в связи с использованием электронной доски, для проведения лабораторных работ с одновременным контролем и самоконтролем процесса усвоения знаний и коррекцией этого процесса в ходе самого занятия и т. п.

Соблюдение всех методических принципов построения ЭУМК является наиболее сложным в процессе работы по созданию МАОС. Анализ методической литературы показывает, что на практике часто используются низкокачественные с дидактической точки зрения компьютерные программы. Это обусловлено пренебрежением к дидактическим принципам и грубым, прямым переносам традиционных методов в НИТ. А между тем информатизация образования приводит как к смене содержания, так и к трансформации методов обучения. От студента требуется овладение всем репертуаром средств и методов приобретения знаний (см. рис. 19).

Выполнение принципов модульности, вариативности и открытости построения ЭУМК обеспечит устойчивость комплекса к эффектам морального и физического старения аппаратной базы за счет его независимости от типа компьютера, операционной системы и пакетов прикладных программ.

При этом нужно все время помнить, что наряду с огромными возможностями, предоставляемыми НИТ, существуют ограничения, которые определяют специфические требования к разработчикам компьютерных обучающих программ (КОП):

·  реализация платформенной и системной независимости;

·  использование для представления информации единого стандартизированного формата;

·  обеспечение возможности использования широко распространенных программных продуктов для работы с КОП, например, браузеров Internet Explorer и Netscape Communicator;

·  реализация средств защиты с целью обеспечения безопасности и соблюдения прав на интеллектуальную собственность.

Рис. 19. Целевая ориентация ЭУМК, построенного на основе ТМО в личностно ориентированном математическом образовании

Обсуждение этих узко специальных "программистских" вопросов мы позволим себе оставить за рамками данного пособия.

Таким образом, к частным принципам модульного обучения - модульности, проблемности, вариативности, паритетности - добавляются принципы стереоскопичности, открытости, а также видоизмененный принцип паритетности. При этом принципы модульности и вариативности получают новое развитие. Эти принципы отражают специфику и своеобразие математики как науки и соответствующих ей учебных дисциплин. Помимо этого принципы учитывают индивидуальные познавательные особенности студентов и отвечают уровню информационной культуры общества.

·  организация взаимодействия системы с пользователем в процессе эксплуатации;

·  создание средств для начального заполнения базы знаний и ее пополнения в процессе использования системы.

МАОС представляет собой сложный программно-информационный комплекс, информационной составляющей которого является база знаний системы, а программной – средства решения перечисленных выше задач.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) успешно применяется для решения задач организации диалога с пользователем, а также в тех предметных областях, где набор программно реализуемых объектов ограничен и их свойства достаточно очевидны.

В области интеллектуальных систем набор объектов, образующих систему, гораздо менее очевиден. С большой долей уверенности можно утверждать, что в системе будут использованы:

1.  объекты (одного или нескольких типов) для представления и организации знаний;

2.  объекты (одного или нескольких типов), реализующие тот или иной способ логического вывода;

3.  объекты, реализующие интерфейс с пользователем при решении той или иной задачи при конструировании МАОС;

4.  объекты, обеспечивающие получение новых знаний, их систематизацию и контроль непротиворечивости с существующей базой.

Наиболее определенными в настоящее время можно считать интерфейсные объекты. Они осуществляют вывод информации на экран в процессе решения задачи и формы этого вывода достаточно ограничены:

·  текстовая информация (запрос, ответ);

·  графическая информация (схемы, графики, диаграммы, рисунки);

·  звуковой сигнал, которым может сопровождаться то или иное действие (в том числе и в виде речи).

Ввод данных пользователем также осуществляется ограниченным числом методов:

·  алфавитно-цифровой ввод с клавиатуры;

·  указание координат экранных объектов с помощью «мыши» или аналогичного устройства;

·  ввод речевой информации на ограниченном естественном языке.

Природа интерфейсных объектов в значительной мере определяется операционной средой, в которой будет функционировать интеллектуальная система. В настоящее время большая часть персональной вычислительной техники работает под управлением MS Windows NT, MS Windows 95/98 и выше, IBM OS/2 версии 2,0 и выше, Linux с эмулятором Windows. Все эти системы представляют разработчикам стандартные библиотеки для реализации тех или иных функций графического интерфейса пользователя.

Объекты, реализующие представление знаний, достаточно специфичны для каждого из известных способов организации знаний [9]. Например, широко распространенное в традиционных системах представление знаний в виде фреймов достаточно легко интерпретируется в рамках объектно-ориентированной технологии. В этом случае фрейму-прототипу соответствует класс, фрейму-экземпляру – объект этого класса, а слотам фрейма – данные-члены класса. Продукционные компоненты фрейма достаточно легко представляются функциями-членами класса, но при этом возникает традиционная дилемма между эффективностью и жесткостью компилируемых функций с одной стороны и гибкостью (возможностью модификации) и значительным временем исполнения интерпретируемых функций с другой. Эта проблема по-разному решается в различных языках, поддерживающих технологию ООП.

Объекты, реализующие прямой или обратный логический вывод, с одной стороны достаточно формализованы в смысле выполняемых действий, с другой стороны – зависят от выбранного способа представления знаний. Для фреймового представления, как одного из наиболее традиционных, эти объекты должны выполнять следующие действия:

·  формирование исходных данных, определяющих начальную ситуацию, в виде фреймов;

·  просмотр правил, составляющих базу знаний и выявление правил, применимых в данной ситуации;

·  выбор одного из применимых правил, его использование и изменение данных в слотах одного или нескольких фреймов;

·  проверку условия конца поиска, т. е. факта достижения заданной целевой ситуации.

Объекты, обеспечивающие получение и систематизацию новых знаний, т. е. наполнение базы знаний, в настоящее время наименее исследованы и формализованы. Отметим только возможность получения новых знаний на основе уже имеющихся в базе знаний, а также возможность извлечения знаний из текстовых документов и баз данных, которые представляют собой основные формы хранения информации в ЭВМ.

Рассмотренные типы объектов образуют ядро интеллектуальной системы, обладающей традиционной архитектурой и относящейся по современной классификации к системам первого поколения [10].

При создании МАОС учитывалось, что с позиций когнитивной эргономики словесные текстовые учебные материалы должны быть визуально оформлены. Текст на экране монитора усваивается иначе, чем написанный на бумаге. Текст в электронном учебнике является обучающей средой, готовящей к общению с упражнениями, но будучи создан в форме гипертекста, одновременно способен дать быстрый доступ к объемам информации, равноценным библиотекам учебников. Важно, что в оформлении гипертекста доступны все возможности, достижимые с помощью почти стандартизованных текстовых структур: рисунки-иллюстрации, математические формулы, различные способы форматированного оформления страниц и шрифтов. Использование элементов мультипликации, звуковое оформление при создании обучающего текста может придать дополнительную изобразительную ценность обучающей среде и оживить изложение учебного материала.

Поиски технологии, которая могла бы решить все перечисленные выше задачи, привели нас к Интернет-технологиям, которые используются в сети Internet и представляют собой широкий спектр деятельности человека в "виртуальном мире". Это и "on-line"-доступ к электронным учебникам и университетам, использование электронных переводчиков, баз данных и библиотек, теле - и видеоконференций, электронная почта, поисковые системы и многое другое. Возможности Internet помогают ориентироваться в море информации, предоставляемой WWW-сетью (World Wide Web), на основе каталогов Web-серверов и поисковых машин.

Так в WWW-сети информация представлена в основном в виде HTML-файлов (гипертекстов), то есть документов, связанных между собой взаимными ссылками. Таким образом, сама структура документа помогает организовать поиск необходимой информации. По второй, наиболее распространенной технологии проектирования, - Case-технологии - КОП реализуется как отдельная программа на одном из языков программирования. Но так как возможности подключения КОП, разработанной по Case-технологии, в программу, выполненную по Интернет-технологии, имеются, то мы остановились на первом варианте.

Последние спецификации HTML позволяют реализовать все возможности мультимедиа (графика, звук, анимация, видео), подключение новых средств представления информации (например, VRML - язык описания виртуальной реальности). При этом учебный курс (даже отдельная подпрограмма) может пополняться по мере разработки новых дополнительных возможностей (вставок) уже после сдачи программы, которая находится уже в режиме эксплуатации.

Эта технология позволяет использовать ссылки не только на документы, но и на исполняемые файлы на стороне сервера, благодаря чему можно включать в информационную систему как уже работающие готовые программы, так и вновь создаваемые.

Таким образом подготовленные КОП могут быть использованы на отдельных персональных компьютерах (ПК), в локальных и глобальных сетях, что очень важно для решения проблемы информационного и методического обеспечения удаленного доступа (например, при дистанционном обучении). При этом на основе электронного издания можно получить копии (CD, бумажную, на дискетах, сетевые) как всего курса, так и его отдельных частей.

Основными достоинствами Интернет-технологии являются платформенная независимость полученного программного продукта и весьма простой способ внесения исправлений. Действительно, переписать на сервере несколько файлов гораздо проще, чем посылать пользователю новую версию программы, разработанной, например, по Case-технологии. При этом, поскольку документы HTML фактически являются текстовыми файлами и для них не требуются компиляторы, то для этой технологии не нужно дополнительно покупать лицензионное программное обеспечение.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4