Типизация ЭУИ и требования к ним

Зайнутдинова Л.Х. Создание и применение электронных
учебников (на примере общетехнических дисциплин). //
Астрахань: Изд-во ЦНЭП, 1999.
Типизация компьютерных учебных программ по их назначению
Компьютерной учебной программой (КУП) будем называть любое программное
средство (систему), специально разработанное или адаптированное для применения в
обучении.
На основании проведенного анализа материалов научно-методических изданий и
собственного практического опыта применения информационных технологий в учебном
процессе технического вуза в настоящей работе предлагается следующая типизация КУП
в зависимости от их назначения. Предложено выделить три вида КУП:
педагогические программные средства (ППС),
информационно-поисковые справочные программные системы (ИПСПС),
обучающие программные системы (ОПС).
Термин ППС прочно утвердился в педагогической литературе благодаря работам
И.В. Роберт [Роберт, ,1994], [Роберт, 1994]. К педагогическим программным средствам
(ППС) отнесем компьютерные учебные программы одно-целевого назначения: сервисные,
контролирующие, тренажерные, моделирующие, демонстрационные и т.п. программные
средства. К информационно-поисковым справочным программным системам в первую
очередь относятся базы данных, базы знаний. Обучающие программные системы
отличаются тем, что предоставляют пользователю комплекс возможностей, в их число
входят автоматизированные обучающие системы (АОС), электронные учебники (ЭУ),
экспертные обучающие системы (ЭОС), интеллектуальные обучающие системы (ИОС).
Обобщим представления о возможностях отдельных видов КУП.
Сервисные программные средства предназначены для автоматизации рутинных
вычислений, оформления учебной документации, обработки данных экспериментальных
исследований. Они могут быть использованы при проведении лабораторных,
практических занятий, при организации самостоятельной работы студентов, в курсовом и
дипломном проектировании. Внедрение информационных технологий в учебный процесс
начиналось именно с сервисных программных средств.
Программные средства для контроля и тестирования уровня знаний обучающихся
нашли наиболее широкое применение ввиду относительной легкости их создания.
Существует целый ряд инструментальных систем - "оболочек", с помощью которых
преподаватель, даже не знакомый с основами программирования, в состоянии
скомпоновать перечни вопросов и возможных ответов по той или иной учебной теме. Как
правило, задачей студента является выбор одного правильного ответа из ряда
предлагаемых ответов. Такие программы позволяют разгрузить преподавателя от
рутинной работы по выдаче индивидуальных контрольных заданий и проверке
правильности их выполнения. Это особенно актуально в условиях массового образования.
Кроме того, исключается субъективность оценки знаний. Появляется возможность
многократного и частого контроля знаний, в том числе и самоконтроля, что стимулирует
повторение и, соответственно, закрепление учебного материала. Тестовые программы
отличаются особой системой контрольных вопросов.
Контролирующие и тестовые программы нашли исключительно широкое
применение. Они очень хорошо вписываются в рейтинговые системы оценки уровня
подготовки, возможно суммирование баллов, полученных студентом на протяжении
определенных периодов обучения и даже по целому ряду дисциплин [Зайнутдинова,
Надеев и др., 1993].
Недостатком большинства современных контролирующих программных средств
является то, что с их помощью удается осуществлять контроль знаний только на довольно
поверхностном, репродуктивном уровне. В перспективе необходим переход к более
совершенным контролирующим программам, способным ставить перед студентом
творческие учебные задания. Контролирующие и тестовые программы могут применяться
при проведении лабораторно-практических занятий, зачетов и экзаменов.
Тренажеры - это программные средства, предназначенные для отработки умений и
навыков. Они особенно эффективны для отработки практических умений и навыков,
например, для обучения персонала действиям в условиях сложных и даже чрезвычайных
ситуаций. Очень важны тренировки противоаварийных действий. Использование
реальных установок для тренировок [Бондаренко и др., 1995] нежелательно по целому
ряду причин (перерывы в электроснабжении, возможность создания аварийных ситуаций,
повышенная опасность поражения электрическим током).
Тренажеры могут также использоваться для отработки умений и навыков решения
задач. В этом случае они обеспечивают получение краткой информации по теории,
тренировку на различных уровнях самостоятельности, контроль и самоконтроль [Львов и
др.. 1996].
Программные средства для математического и имитационного моделирования
позволяют расширить границы экспериментальных и теоретических исследований,
дополнить физический эксперимент вычислительным экспериментом. В одних случаях
моделируются объекты исследования, в других - измерительные установки. Сокращаются
затраты на приобретение дорогостоящего лабораторного оборудования, снижается
уровень безопасности работ в учебных лабораториях.
В работе [Григорьев и др., 1997] предложен оригинальный подход, основанный на
компьютерном моделировании как измерительных установок, так и объектов
исследования. Создан уникальный программный комплекс "Лаборатория молекулярной
спектроскопии". Использованы методы имитационного моделирования работы
измерительных установок в реальном времени. Необходимость применения этих методов
вызвана тем обстоятельством, что измерительная установка с системой управления и
объекты исследования в совокупности образуют сложную систему, интерактивно
взаимодействующую с исследователем. Отдельные компоненты этой системы задаются
функционально, другие представлены базами данных, но поведение всей системы в целом
невозможно предсказать аналитически. По результатам этой работы можно даже говорить
о новой технологии обучения экспериментальным дисциплинам, основанной на
одновременном применении имитационных моделей как для измерительных установок,
так и для объектов исследования.
Очень часто моделирующие программные средства строятся с использованием
универсальных прикладных пакетов типа MathCad, MathLab, Evrica, MicroCap, pSpice и
др., разработанных на высоком профессиональном уровне известными фирмами.
Универсальность и высокое качество этих программ привели к их широкому
использованию в различных областях.
Так, например, пакет MathCad предназначен для решения широкого круга
математических задач. Достоинством пакета является его способность воспринимать и
воспроизводить почти естественную для человека форму записей условий задачи и ее
решения с использованием обычных математических правил и обозначений. На основе
пакета MathCad строятся самые разнообразные КУП [Кузнецов Э.В., 1995], [Гусев и др.,
1995], [Лаптев, 1995], [Шамайло, 1995].
Пакеты программ PCAD, pSpice могут быть использованы для схемотехнического
моделирования. Пакет pSpice применяется дня моделирования {аналоговых .устройств, а
пакет PCAD для моделирования цифровых устройств [Степанов и др., 1995]. Пакет Micro
Cap получил распространение для имитационного моделирования электрических цепей
[Кузнецов Э.В., 1995 ], [Белянин и др., 1995], [Зайнутдинова, Бодров и др., 1995].
Работа с универсальными пакетами не требует знания языков программирования.
Другим очень важным достоинством универсальных пакетов прикладных программ
является то, что такие программы предоставляют пользователю богатый набор
специальных функций. Широкий спектр специализированных возможностей в свою
очередь требует больших затрат времени на освоение пакетов, что создает
дополнительные проблемы в условиях дефицита учебного времени. Поэтому при
использовании этих пакетов на аудиторных занятиях целесообразно предварительно
создавать некоторые заготовки учебных заданий, некоторые "модели лабораторных
стендов" [Кузнецов Э.В., 1995 ], [Зайнутдинова, Бодров и др., 1995].
К моделирующим программным средствам можно также отнести предметноориентированные программные среды (микромиры), обеспечивающие возможность
оперирования моделями-объектами определенного класса. Они основаны на принципах
"конструктивизма" [Пейперт, 1989]. С точки зрения С. Пейперта, компьютер - это
инструмент, с помощью которого обучение может стать более интересным, быстрым и
простым, если в его основе будет лежать оперирование моделями реального мира. Идеи
конструктивизма получили широкое распространение [Duffy et al., 1992].
Психологические аспекты учебной деятельности с применением подобных сред
рассмотрены в работе [Давыдов и др., 1996]. В частности, примером такой среды для
области ОТД может служить система "STRATUM COMPUTER" [Баяндин и др., 1996 ],
[Баяндин и др., 19962], [Мухин, 1992], [Мухин и др., 1995], [Рябуха, 1995]. Весь мир всякий предмет, явление представляются в этой системе в виде простейших кирпичиков,
кубиков - элементарных моделей реальных объектов или процессов. Эти объекты не
живут уединенно, они пребывают во взаимодействии друг с другом. Пользователи могут
обращаться с моделями элементарных объектов как с конструкторским материалом,
создавая легко модифицирующиеся модели сложных систем. Архитектура учебнокомпьютерной среды, основанной на принципах конструктивизма, рассматривается в
работе [Найханова и др., 1996]. Пример интегрированной среды для моделирования
электрических цепей приведен в работе [Васильев, 1992].
Информационно-поисковые справочные программные системы предназначены для
ввода, хранения и предъявления пользователю разнообразной информации. Это могут
быть различные гипертекстовые программы, обеспечивающие иерархическую
организацию материала и быстрый поиск информации по тем или иным признакам
[Ашхотов и др., 1996]. Гипертекст состоит из множества страниц, одни из которых
Содержат ссылки на другие. В начале работы с гипертекстовой программой на экране
появляется головная страница, которая содержит названия гипертекста заголовки
разделов. Благодаря перекрестным ссылкам можно переходить от раздела к разделу в
удобном для пользователя порядке.
Большое распространение получили также всевозможные базы данных.
Первоначально базы данных были задуманы как компьютеризованные системы хранения
документов, чтобы заменить системы документации на бумаге [Джонассен, 1996, с.120].
Каждая запись в базе данных разделена на поля по типам или классам содержащейся в ней
информации. Системы управления базами данных обеспечивают возможность поиска и
сортировки информации, а также позволяют создавать новые поля базы. Базы данных
могут использоваться в учебном процессе для организации предъявления содержания
учебного материала и его анализа [Зайнутдинова, Петрова, 1993], [Артемьев и др., 1998].
В работе [Роберт, 1994 , с. 150-151] подчеркивается, что "...консервативные свойства
учебных баз данных преобладают над динамическими. Это приводит к превалированию
декларативного представления информации над процедурным (декларативным назовем
представление информации, характеризуемое тем, что основная часть информации
представляется в виде статической совокупности фактов..)". В этой же работе учебные
базы данных рекомендуются для самостоятельной работы учащихся с целью поиска и
анализа необходимой информации. Если к тому же база данных будет разрабатываться
самими студентами, то им придется глубже осмысливать изученный материал, структуру
этого материала и связи между отдельными его элементами. В этом случае можно
говорить о применении баз данных в качестве инструментов познания [Джонассен, 1996,
с.120]. Кроме того, базы данных могут быть применены для улучшения организации
образовательного процесса на внутри вузовском, региональном и общегосударственном
уровнях [Гузаиров, 1998]. Сообщается о создании базы данных по электротехническим
специальностям, в которой приведены государственные образовательные стандарты по
направлениям и специальностям, учебные планы, учебные программы, списки учебной
литературы, средства оценки качества образования, кадровый потенциал кафедр и др.
[Гузаиров и др., 1995].
Автоматизированные обучающие системы (АОС) - упоминаются в литературе чаще
каких бы то ни было других обучающих программных систем. Согласно [Апатова, 1994,
с.54]: "Под автоматизированной обучающей системой (АОС) можно понимать любую
компьютерную программу учебного назначения". Действительно, такое толкование АОС
имело место ранее, однако в настоящее время, когда методы и средства информационных
технологий претерпели существенные изменения, необходима конкретизация этого
понятия. На основании анализа, проведенного в настоящем исследовании по материалам
ряда научно-методических конференций, выявлено, что сейчас под АОС чаще всего
понимают обучающую программу сравнительно небольшого объема, обеспечивающую
знакомство учащихся с теоретическим материалом и в некоторой степени тренировку и
контроль уровня знаний [Пятницкая и др., 1993], [Зайнутдинова, Ануфриев и др., 1992],
[Зайнутдинова, Хисамов, 1993], [Кагаков, Зайнутдинова, и др., 19943]. Само слово
"автоматизированные" предполагает некоторую незавершенность действия по
автоматизации обучения. В дальнейшем в данной работе использование термина "АОС"
сведено к минимуму ввиду его некоторой неопределенности и расплывчатости.
Электронные (компьютерные) учебники в связи с их комплексным назначением
относятся к обучающим программным системам (ОПС). Общепринятого определения
понятия "электронный учебник" пока не существует. В работе [Демушкин и др., 1995, с.
18] дается следующее толкование: "Компьютерный учебник - это программно-
методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный
курс или его большой раздел. Компьютерный учебник соединяет в себе свойства
обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума". С этим вполне
можно согласиться. Однако далее следует указание о том, что компьютерный учебник
должен быть реализован в виде книги с комплектом дискет. Книга содержит изложение
теории, а дискеты - различные компьютерные программы. Аналогичную позицию
занимают и некоторые другие авторы. Так, например, в Сибирской государственной
академии телекоммуникаций и информатики разработан компьютерный учебник по
теории электрических цепей [Бакалов и др., 1998 ], [Бакалов и др., 19982], который
представляет собой сочетание книги и дискет с программами-тренажерами. Известно
также добротное компьютерное учебное пособие "Электротехника, Электрические и
магнитные цепи", разработанное Э.В. Кузнецовым [Кузнецов Э.В., 19953]. Работая с этим
пособием, студент сначала изучает по обычной книге (на бумажном носителе) "квант"
теоретического материала, а затем выполняет на компьютере практические задания в
репетиционном или контролирующем режимах. С нашей точки зрения, программно методический комплекс, реализованный в виде книги с комплектом дискет, точнее будет
назвать компьютеризированным учебником, как это сделано в работе [Козлов и др., 1995].
Электронный (компьютерный) учебник должен, по нашему мнению, обеспечивать
выполнение всех основных функций, включая предъявление теоретического материала,
организацию применения первично полученных знаний (выполнение тренировочных
заданий), контроль уровня усвоения (обратная связь) без помощи каких бы то ни было
бумажных носителей, то есть только на основе компьютерной программы. Такой
электронный учебник (ЭУ) можно будет легко "переиздавать", то есть корректировать по
мере необходимости, он хорошо впишется в систему дистанционного обучения и
автоматически обеспечит непрерывность и полноту дидактического цикла процесса
обучения. Как известно [Теоретические основы процесса обучения..., 1989, с. 146-160],
"дидактический цикл - это структурная единица процесса обучения, обладающая всеми
его качественными характеристиками, выполняющая функцию максимально полной
организации усвоения (в данных условиях) фрагмента содержания образования". Первое
звено дидактического цикла реализует постановку познавательной задачи, второе звено
обеспечивает предъявление содержания учебного материала, третье организует
применение первично полученных знаний (организация деятельности по выполнению
отдельных заданий, в результате которой происходит формирование научных знаний),
четвертое звено дидактического цикла - это получение обратной связи, контроль
деятельности учащихся, пятое звено организует подготовку к дальнейшей учебной
деятельности (задание ориентиров для самообразования, для чтения дополнительной
литературы). Реализация всех звеньев дидактического цикла процесса обучения
посредством единой компьютерной программы без обращения к бумажным носителям
информации существенно упростит организацию учебного процесса, сократить затраты
времени учащегося на обучение и автоматически обеспечит целостность дидактического
цикла в пределах одного занятия (одного сеанса работы с ЭУ).
На основании вышеизложенного автором настоящего исследования было
сформулировано [Зайнутдинова, 1999, с.13-14] следующее определение: "Электронный
учебник (ЭУ) - это обучающая программная система комплексного назначения,
обеспечивающая непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения:
предоставляющая теоретический материал, обеспечивающая тренировочную учебную
деятельность и контроль уровня знаний, а также информационно-поисковую
деятельность, математическое и имитационное моделирование с компьютерной
визуализацией и сервисные функции при условии осуществления интерактивной обратной
связи".
Безусловно, создание ЭУ в таком понимании потребует больших усилий, нежели
при разработке компьютеризированного учебника. И, как это справедливо отмечено в
[Герасимов и др., 1998, с.12], реализация всех функций в одной обучающей программе цель трудно осуществимая. Но, тем не менее, такая цель должна быть достигнута.
Экспертные обучающие системы (ЭОС) реализуются на базе идей искусственного
интеллекта, они моделируют деятельность экспертов при решении достаточно сложных
задач и способны приобретать новые знания. "ЭОС должна обеспечивать ответ на запрос
обучаемого и решение задач из определенной предметной области" [Роберт, 1994, с. 150],
при этом ЭОС обеспечивает пояснение стратегии и тактики решения задач изучаемой
предметной области при диалоговой поддержке процесса решения.
"Экспертные системы - это сложные программы, которые манипулируют знаниями в
целях получения удовлетворительного и эффективного решения в узкой предметной
области" [Уотермен, 1989, с. II]. "Под экспертной понимается система, объединяющая
возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система
может предложить РАЗУМНЫЙ СОВЕТ или осуществить РАЗУМНОЕ РЕШЕНИЕ
поставленной задачи" [Нейлор, 1991, с.9]. "Экспертные системы - это сложный
программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных
предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее
квалифицированных пользователей" [Гаврилова и др., 1996, с.4]. Экспертные системы в
первую очередь ориентированы на решение на основе знаний специалистов - экспертов
трудных практических задач, в основном, в неформализованных областях (медицина,
геология, сельское хозяйство, управление, вычислительная техника, электроника,
юриспруденция и др.) и при этом позволяют получать результаты, сравнимые, а иногда и
превосходящие те, которые может получить эксперт-человек [Попов, 1987, с.7].
Пользователь, работающий с экспертной системой, вводит свои исходные данные,
описывающие исследуемую достаточно сложную ситуацию, формулирует проблему
(вопрос) и затем получает решение задачи от экспертной системы, при этом экспертная
система обосновывает и объясняет свое решение.
В работе [Попов, 1987, с.11] говорится о том, что "типичная экспертная система
имеет следующие компоненты:
1) база знаний, хранящая множество продукций (в общем случае правил);
2) рабочая память, хранящая данные (база данных);
3) интерпретатор, решающий на основе имеющихся в системе знаний
предъявленную ему задачу;
4) лингвистический процессор, осуществляющий диалоговое взаимодействие с
пользователем (экспертом) на естественном для него языке (естественный язык,
профессиональный язык, язык графики, тактильное воздействие и т.п.);
5) компонента приобретения знаний; 6) объяснительная компонента, дающая
объяснение действий системы и отвечающая на вопросы о том, почему некоторые
заключения были сделаны или отвергнуты".
В работе [Лобанов и др., 1991] экспертно - обучающие системы также
рассматриваются как системы нового типа, создаваемые на основе практического
использования элементов искусственного интеллекта для моделирования действия
экспертов по дидактике и методике преподавания тех или иных дисциплин. "Основу ЭОС
составляют базы знаний, моделирующие коллективные знания экспертов преподавателей, методистов и специалистов по конкретным предметным областям"
[Лобанов и др., 1991, с.2]. Опыт разработки и применения экспертно - обучающих систем
в высшей школе освещен в сборнике научных трудов [Разработка, 1989]. Некоторые
аспекты структуры ЭОС рассматриваются в работе [Александров и др., 1996]. Вопросы
представления учебной информации для ЭОС анализируются в статье [Савельев и др."
19863]. Реализации педагогического общения в рамках ЭОС обсуждается в докладе
[Котикова и др., 1996].
В последнее время экспертные обучающие системы начинают применяться также и
для хорошо изученных и формализуемых предметных областей, использующих
постоянные или редко меняющиеся (стационарные) базы знаний [Анисимова и др., 1996],
[Апатова и др., 1996]. Создание ЭОС является сложной и весьма трудоемкой задачей, в
связи с чем возникают проблемы автоматизации их разработки [Галеев, 1996],[Галеев и
др., 1997].
К сожалению, при работе с ЭОС не реализуются такие звенья дидактического цикла
процесса обучения, как организация применения учащимся полученных первичных
знаний и получение обратной связи (контроль действий учащихся). Между тем, если,
фрагмент содержания представляет собой теоретическое знание большой степени
абстракции, например "Законы Ньютона", то усвоить их без анализа возможностей
применения в конкретных ситуациях просто нельзя [Теоретические основы процесса
обучения... 1989, с. 146-160]. Необходима система заданий, конкретизирующих их
содержание. Эти задания должны выполнить сами учащиеся, чтобы усвоить изучаемый
материал. При работе с ЭОС учащимся не приходится самим искать решение,
соответственно, не реализуется и такое звено дидактического цикла, как получение
обратной связи. Интеллектуальные обучающие системы (ИОС) относятся к системам
наиболее высокого уровня и реализуются на базе идей искусственного интеллекта
[Аверкин и др., 1992]. В работе [Машбиц, 1988, с. 153] отмечается, что нет еще четких
критериев отнесения обучающих программ к типу ИОС. "Одни авторы в качестве таких
критериев называют генерирование обучающих воздействий, другие учет не только
ответа, но и способа решения, третьи - построение модели обучаемых и т.д.". Е.И.
Машбиц называет [Машбиц, 1988, с. 153] следующие существенные признаки ИОС:
1.ИОС могут осуществлять управление не только по результату, но и по процессу,
т.е. управлять на всех этапах решения учебной задачи, начиная от ее постановки и поиска
принципа решения и кончая оценкой оптимальности решения, с учетом особенностей
деятельности обучаемых.
2. Они обеспечивают диалоговое взаимодействие, как правило, в языке, близком к
естественному, причем в ходе диалога могут обсуждаться не только правильность тех или
иных действий, но и стратегия поиска решения, планирования действий, приемы контроля
и т.д.
3. В них на основе модели обучаемого осуществляется рефлексивное управление
обучения. Причем эта модель обучаемого уточняется в ходе обучения.
4. Они допускают постановку учащимся задач и осуществляют управление
процессом решения этих задач и задач, предъявляемых системой, с учетом достижения
учебных целей.
5. Многие из этих систем по мере накопления данных могут совершенствовать свою
стратегию обучения.
6. Система не содержит основных и вспомогательных обучающих воздействий в
готовом виде, а генерирует их.
Иными словами, ИОС должна обеспечить учебный диалог с пользователем на
уровне индивидуальной работы опытного педагога с учащимся. В наиболее общем случае
ИОС это не только обучающие, но и обучающиеся системы [Стефанюк, 1994].
Сообщения о разработках ИОС для области естественнонаучных и общетехнических
дисциплин носят пока единичный характер. В работе [Апатова, и др., 19962],
посвященной рассмотрению архитектуры ИОС, отмечается, что в ИОС наряду с
проблемой самостоятельной навигации обучаемого в базе знаний возникает также
проблема достижения целей обучения. Основой ИОС является база знаний предметной
области, включающая объективные научные знания (содержание учебного предмета) и
субъективные знания, то есть знания эксперта (методику обучения, опыт преподавателя).
ИОС должна сделать урок для одного ученика непохожим на урок для другого, и не
только потому, что ученики, работая самостоятельно, выбирают свою обучающую
последовательность. Система должна каждому обучаемому объяснить предмет сообразно
уровню его подготовки, темпу усвоения, другим индивидуальным особенностям. В то же
время, в результате обучения у различных по своему начальному уровню обучаемых
должны быть достигнуты результаты не ниже некоторых минимально допустимых.
В работе [Collins et al., 1988] рассматривается использование ИОС для обучения
путем сравнения действий учащегося с некоторыми оптимальными стратегиями.
Учащемуся предоставляется возможность рефлексии, то есть осознания правильности
своих действий путем сопоставления их с оптимальными решениями. Процесс
сопоставления визуализируется, что существенно облегчает рефлексию.
Приведены примеры использования ИОС для различных учебных дисциплин,
включая математику, грамматику, спорт.
Применение ИОС весьма перспективно, однако их разработка чрезвычайно сложна
и трудоемка.
Типизация компьютерных учебных программ по форме
предоставления информации
В работе [Ашхотов и др., 1996] предлагается классифицировать программы также
по уровню их развития и по степени использования современной периферии. С нашей
точки зрения, за классификационный признак в данном случае точнее будет принять
форму предоставления (предъявления) информации пользователю, определяющую тот
или иной вид восприятия пользователем этой информации.
На основании анализа научно-методической литературы предлагается следующая
четырехуровневая типизация компьютерных учебных программ по форме предоставления
информации пользователю:
1 уровень: программы, предоставляющие учебную информацию только в
вербализованной форме (тексты);
2 уровень: программы, предоставляющие учебную информацию в вербализованной
форме (тексты) и в форме двухмерной графики;
3 уровень: программы "мультимедиа" (multimedia - много сред), предоставляющие
информацию в виде трехмерной графики, звукового сопровождения, видео, анимации и
лишь частично в вербализованной форме (тексты).
Вопросы использования мультимедиа в образовании рассматриваются различными
авторами [Ротмистров, 1994], [Михелькевич и др. 1998]. В работе [Роберт, 1994 , с-155156] показано, что программы мультимедиа обеспечивают возможность интенсификации
обучения и повышение мотивации обучения за счет применения современных способов
обработки аудиовизуальной информации, таких, как: "манипулирование" (наложение,
перемещение) визуальной информацией как в пределах поля данного экрана, так и в
пределах поля предыдущего (последующего) экрана; контаминация (смешение) различной
аудиовизуальной информации; реализация анимационных эффектов; деформирования
визуальной информации (увеличение или уменьшение определенного линейного
параметра, растягивание или сжатие изображения); дискретная подача аудиовизуальной
информации; тонирование изображения; фиксирование выбранной части визуальной
информации для ее последующего перемещения или рассмотрения "под лупой";
многооконное представление аудиовизуальной информации на одном экране с
возможностью активизировать любую часть экрана (например, в одном "окне" видеофильм, в другом - текст); демонстрация реально протекающих процессов, событий в
реальном времени (видеофильм). "Мультимедиа часто организовано как гипермедиа.
Гипермедиа состоит из узлов, которые являются основными единицами хранения
информации и могут включать в себя страницы текста, графику, звуковую информацию,
видеоклип или даже целый документ" [Джонассен, 1996, е.127]. Таким образом,
гипермедиа есть своего рода сочетание мультимедиа с гипертекстовой структурой;
4 уровень: программы "виртуальная реальность" (ВР) предоставляют не только
звуковую и пространственную зрительную информацию, но также и тактильную
(осязательную) информацию и создают иллюзию вхождения и присутствия пользователя в
реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире", иллюзию
перемещения пользователя относительно объектов этого мира. Согласно [Литвинцева,
1996, с.183], "система виртуальной реальности представляет собой человеко-машинный
интерфейс качественно нового типа, погружающий пользователя в трехмерный мир
модели для непосредственного сенсорного восприятия этого мира,с прямым
манипулированием объектами в нем." ВР-система является интерфейсом не только к
зрительной и языковой системам пользователя, но и к другим его сенсорноперцептивным системам (слух, осязание и даже обоняние). Новые исключительные
психолого-педагогические возможности систем ВР анализируются в работе [Роберт, 1994
, с.157-164].
Соответственно форме предоставления изменяется механизм восприятия и
осмысления получаемой пользователем информации. Осмысление вербализованной
учебной информации - теоретическое понятийное, графической - теоретическое образное
или наглядно-образное. При переходе к системам виртуальной реальности происходит
качественное изменение восприятия информации, теперь оно осуществляется не только с
помощью зрения и слуха, но и также с помощью осязания и даже обоняния. Возникают
предпосылки для реализации дидактического принципа наглядности обучения на
принципиально новом уровне. Осмысление информации, предоставляемой системами
виртуальной реальности, может быть уже не только теоретическим, но и практическим, а
именно: наглядно-образным или наглядно - действенным. Практическое мышление
требует меньших усилий по сравнению с теоретическим, восприятие образной
информации, как правило, легче восприятия символьной информации, поэтому
программы более высокого уровня в состоянии обеспечить лучшее понимание и усвоение
учебного материала. Однако, чем выше уровень программы, тем больше труда должно
быть вложено в ее создание, тем совершеннее должно быть аппаратное обеспечение.
ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОННЫМ
УЧЕБНИКАМ
Несмотря на то, что современные информационные технологии уже прочно вошли
в образование, до сих пор не решены многие концептуальные вопросы разработки
обучающих программных систем. Исследования, проведенные Б.С. Гершунским
[Гершунский, 1987], Е.И. Машбиц [Машбиц, 1986, 1988],И.В. Роберт [Роберт, 1986, 1991,
1994 , 19942, 1999], Т.П. Ворониной, В.П. Кашициным, О.П. Молчановой [Воронина и др.,
1995] и другими авторами, очертили круг проблем в этой области, требующих наиболее
пристального внимания.
Как справедливо отмечается в работе [Воронина и др., 1995, с.65]: "Пока что
качество обучающих программ, основанных на НИТ, часто оставляет желать лучшего.
При этом наиболее уязвимой оказывается не технологическая, а педагогическая
компонента обучающего материала. Использование современных быстродействующих
компьютеров, мощного программного обеспечения, современных средств коммуникации,
спутниковой связи т.д. часто оказывается недостаточно педагогически обоснованным".
Проведенный И.В. Роберт анализ практики использования программных средств учебного
назначения позволил ей сделать заключение о том, что наиболее существенными
причинами создания низкокачественных (с педагогической точки зрения) компьютерных
программ являются, во-первых, частичное, а порой и полное игнорирование
дидактических принципов обучения при их разработке и, во-вторых, неправомерный
перенос традиционных форм и методов обучения в новую технологию обучения,
использующую компьютер. [Роберт, 1994 ,с.26].
Б.С. Гершунский говорит о том, что "возникает множество вопросов, так или иначе
связанных с разработкой целостной психолого-педагогической концепции компьютерного
обучения" [Гершунский 1987, с. 82]. Им ставится задача решения комплекса вопросов:
формирование мотивации и познавательного интереса в учении, установление
рационального, педагогически оправданного диалогового общения учащихся с
компьютером на всех этапах представления и усвоения соответствующей учебной
информации; сочетание индивидуальных, групповых и коллективных форм обучения,
активизация познавательной деятельности учащихся, организация оперативного контроля
и самоконтроля результатов учебно-познавательной и творческой деятельности с
последующей (в случае необходимости) коррекцией процесса обучения и т.д.
Е.И. Машбиц обращает внимание на то, "что использование компьютера
преобразует деятельность как учителя, так и учащихся, изменяя ее содержание,
операциональную структуру, оказывая значительное влияние на мотивы участников этой
деятельности, в значительной мере перестраивая систему взаимоотношений между ними.
Передача части обучающих функций техническому устройству, анализ проблем обучения
с учетом возможностей компьютера не просто выдвигают новые психологические
проблемы, они требуют критического пересмотра фундаментальных положений
педагогической и психологической теорий обучения. Это обусловлено тем, что данные
теории, становясь методологическим средством проектирования программ, не могут
ограничиться функцией объяснения, но должны стать предписывающими, причем
предписания должны относиться ко всем основным аспектам взаимодействия обучающего
и учащихся и допускать технологизацию." [Машбиц, 1988, с. 3].
На основании вышеизложенного становится очевидной актуальность разработки
комплекса психолого-педагогических требований, предъявляемых к электронному
учебнику. Педагогические требования включают в себя дидактические требования,
касающиеся наиболее общих аспектов обучения, и методические требования, связанные
со спецификой преподавания тех или конкретных дисциплин или групп дисциплин.
Дидактические требования к электронным учебникам
Дидактические требования соответствуют специфическим закономерностям
обучения и, соответственно, дидактическим принципам обучения. В работе [Роберт, 1994,
с.29-32] сформулированы дидактические требования к педагогическим программным
средствам. Необходимо провести конкретизацию этих требований применительно к ЭУ и
осуществить анализ возможностей развития этих требований на основе последних
достижений в области современных информационных технологий. Рассмотрим две
группы дидактических требований: требования к ЭУ как к дидактическому средству
вообще (традиционные дидактические требования) и требования к ЭУ как собственно к
средству новых информационных технологий (новые дидактические требования).
О возможности повышения уровня реализации традиционных
дидактических требований при создании электронных учебников
1.Требование научности обучения с использованием ЭУ означает, в первую
очередь, достаточную глубину и корректность изложения содержания учебного
материала, предоставляемого ЭУ, с учетом последних научных достижений.
Согласно [Данилов, 1975, с.129-132] для успешной реализации принципа
научности обучения необходимо:
руководствуясь логикой соответствующего учебного предмета, найти
принципы отбора самого существенного содержания изучаемой науки;
обеспечить рассмотрение каждого нового изучаемого предмета или
явления на основе диалектического подхода, то есть с учетом его развития и
взаимодействия с другими предметами и явлениями;
обеспечить условия для образования правильных представлений и
научных понятий и для точного выражения их в определениях и терминах,
принятых в данной науке;
проводить изложение того или иного научного понятия в контексте
соответствующей научной теории или гипотезы и сопоставление изучаемого
понятия с противоположными понятиями;
раскрывать историю открытия изучаемых явлений;
давать представление о методах научного поиска, посредством которых
было открыто изучаемое явление.
При использовании средств современных информационных технологий и,
в частности, ЭУ требование научности обучения может быть реализовано на
новом качественно более высоком уровне благодаря возможности имитации
научного поиска, научных открытий, Научных исследований с помощью
элементов математического и имитационного моделирования, благодаря
возможности более глубокого и всестороннего изучения предметов и явлений
при применении таких форм предоставления информации, которыми
располагают программы мультимедиа и виртуальной реальности.
К сожалению, в настоящее время нет никаких официальных органов в
системе высшего технического образования, контролирующих выполнение
требования научности в разрабатываемых инициативно компьютерных учебных
программах. Трудно даже представить все возможные негативные последствия
разработки КУП, не отвечающих требованию научности, учитывая легкость
"издания" и распространения КУП как на дискетах, так и по сети Интернет.
Согласно [Данилов, 1975, с. 129-132], принцип научности обучения
следует рассматривать во взаимодействии с принципом доступности обучения.
2. Требование доступности обучения, осуществляемого посредством ЭУ,
означает необходимость определения степени теоретической сложности и
глубины изучения учебного материала сообразно возрастным и
индивидуальным особенностям учащихся. Не допустима чрезмерная
усложненность и перегруженность учебного материала, при которой овладение
этим материалом становится непосильным для учащихся [Харламов, с.171].
Принцип доступности необходимо рассматривать в его взаимосвязи с
принципом научности. "Именно при внутреннем взаимодействии эти принципы
дадут возможность педагогам всех рангов - и авторам школьных программ и
учебников, и преподавателям найти ту тонкую линию ведения обучения при
максимальном удовлетворении требований как принципа научности, так и
принципа доступности. Принцип научности приобретает в этом случае не
абстрактный, а конкретно содержательный смысл, а принцип доступности
становится мерой умственного и физического напряжения учащихся". [Данилов,
1975, с.121]. Учение не должно быть ни чрезмерно легким, ни чрезмерно
тяжелым.
При использовании ЭУ доступность обучения может быть повышена за
счет более понятного изложения сложных моментов учебного материала при
условии умелого использования богатого арсенала различных форм
предоставления информации. По мнению И.Ф. Харламова, "Осуществление
доступности обучения связано с учетом индивидуальных особенностей
мыслительной деятельности и памяти учащихся, а также уровня их подготовки
и развития" [Харламов, 1997, с.172]. Есть учащиеся с замедленным мышлением,
с ослабленной памятью. Для них необходим медленный темп обучения и
многократность повторения обучающего воздействия. В этом отношении у ЭУ
имеется явное преимущество в сравнении с традиционным книжным
учебником. ЭУ имитирует обучающее воздействие учителями дает возможность
многократного повторения этого обучающего воздействия в замедленном
темпе. Обычный же учебник лишь передает содержание учебного предмета.
3. Требование обеспечения проблемности обучения обусловлено самой
сущностью и характером учебно-познавательной деятельности. Когда учащийся
сталкивается с учебной проблемной ситуацией, которую ему надо разрешить,
его мыслительная активность возрастает. Уровень выполнимости данного
дидактического требования с помощью ЭУ может быть значительно выше, чем
при использовании традиционных книжных учебников. Возможна яркая
наглядная постановка учебной проблемы и не менее яркое представление путей
ее решения. При этом невозможно и нецелесообразно все вопросы и задания
формулировать в проблемной форме. "Основные фундаментальные знания
неизбежно приходится сообщать учащимся, разъяснять им вне проблемного
обучения; значительную часть способов деятельности необходимо закрепить
тренировкой и упражнениями. И только определенная часть знаний и способов
деятельности, умело и обоснованно отобранная, становится объектом
проблемного обучения" [Лернер, 1974, c.51-52].
4. Требование обеспечения наглядности обучения означает чувственное
восприятие изучаемых объектов, их макетов или моделей и их личное
наблюдение учащимися. Огромная значимость наглядности для успешного
усвоения учебного материала отмечалась уже в трудах великого педагога Я.А.
Коменского [Коменский, 1982]. Большое значение придавал наглядности
обучения также К.Д. Ушинский, ему принадлежат следующие слова: "Детская
природа ясно требует наглядности. Учите ребенка каким-нибудь пяти
неизвестным ему словам, и он будет долго и напрасно мучиться над ними; но
свяжите с картинками двадцать таких слов и ребенок усвоит их на лету"
[Ушинский, 1974, ч:Т.2; с.290]. Первоначально наглядность обучения
трактовалась как путь познания от конкретного к абстрактному.
В настоящее время существуют различные толкования принципа
наглядности обучения. М.А. Данилов отмечает: "Чувственное познание является
источником всех знаний учащихся о внешнем мире. Однако само чувственное
познание направляется абстрактным мышлением...." [Данилов, 1975, с.122].
Отсюда следует вывод о взаимосвязи наглядного и отвлеченного, конкретного и
абстрактного в обучении.
Соответственно, принцип наглядности трактуется в этой работе как
принцип единства конкретного и абстрактного [Данилов, 1975 , с. 115].
Обстоятельный анализ принципа наглядности обучения приведен в работе
[Оконь, 1990, с. 185-189]. Отмечается, что если при обучении в младших
классах познание идет, в основном, от конкретного (наглядного) к
абстрактному, то на высших ступенях обучения процессы мышления проходят
уже не только от конкретного к абстрактному, но и наоборот. "Так путь от
обычного наблюдаемого конкретного к абстрактному, фиксирующему законы,
которые управляют им и его развитием, имеет свое дополнение в пути от
абстрактного к новому, глубокому, обусловленному научным познанием,
познанию конкретного, к пониманию самой действительности. Это
пространство познания является территорией функционирования принципа
наглядности" [Оконь, 1990, с.188]. Принцип наглядности истолкован здесь как
принцип заполнения пространства между конкретным и абстрактным.
Обращается внимание на то, что наглядность обучения может осуществляться
опосредованно, например, через различные графические схемы, карты,
диаграммы, на которых действительные объекты представляются обобщенно с
помощью условных обозначений.
Чем же будет отличаться наглядность обучения при использовании
электронного учебника? Во-первых, ЭУ в состоянии обеспечить полисенсорное
восприятие учебного материала, в то время как при работе с традиционным
книжным учебником используется лишь зрительное восприятие, то есть
буквально "наглядность". Даже программы второго уровня предоставления
информации (смотри п. 1.2.2 настоящей работы), использующие всего лишь
двумерную графику, в состоянии существенно улучшить наглядность учебного
материала. В программах третьего уровня с мультимедийным представлением
информации появляется возможность создания не только зрительных, но и
слуховых ощущений. Программу четвертого уровня, создающие виртуальную
реальность, обеспечивают воздействие на несколько органов чувств, среди
которых зрение, слух, осязание и даже обоняние [Литвинцева, 1996, с.183]. Чем
больше органов чувств участвуют в процессе восприятия информации, тем
успешнее процесс познания. Желательность воздействия учебной информации
одновременно на несколько органов чувств учащихся отмечалась Ю.К.
Бабанским при проведении анализа оптимальности сочетании словесных,
наглядных и практических методов обучения [Бабанский, 1989, с. 36].
Во-вторых, средства современных информационных технологий, и ЭУ в
том числе, существенно повышают качество самой визуальной информации, она
становится ярче, красочнее, динамичнее. Огромными возможностями обладают
в этом плане технологии мультимедиа (см.п. 1.2.2), предоставляющие
информацию в виде трехмерной компьютерной графики, видео, анимации. В
работе [Роберт, 1994, с.30] используется понятие компьютерной визуализации
учебной информации, которое удачно обобщает различные способы подачи
такой информации в современных КУП.
В-третьих, в связи с тем, что при использовании современных
информационных технологий коренным образом изменяются способы
формирования визуальной информации, становится возможным создание
"наглядной абстракции". Если обратиться к истокам принципа наглядности
обучения, то мы увидим, что наглядность при использовании традиционных
технологий обучения подразумевала, в первую очередь, конкретность
изучаемого объекта. В работе [Харламов, 1997, с.169] к учебно-наглядным
пособиям отнесены: реальные предметы и явления в их натуральном виде,
модели машин, муляжи, иллюстративные пособия (картины, рисунки,
фотографии), графические пособия (диаграммы, графики, схемы, таблицы),
учебные кинофильмы. При использовании ЭУ и некоторых других КУП
возможна наглядно-образная интерпретация существенных свойств не только
тех или иных реальных объектов, но даже и научных закономерностей, теорий,
понятий [Зайнутдинова, 1997], причем в динамике, если это необходимо.
Получила распространение когнитивная компьютерная графика [Зенкин, 1991],
позволяющая визуализировать математические закономерности.
Если первые два преимущества ЭУ в плане реализации принципа
наглядности обучения, а именно: полисенсорность восприятия учащимся
учебной информации и высокое качество компьютерной визуализации как бы
лежат на поверхности и хорошо видны, то третье преимущество,
заключающееся в возможности наглядно-образного представления абстрактных,
сущностных, наиболее значимых сторон и свойств изучаемых явлений,
закономерностей, систем, устройств пока еще не осознано в должной мере. Но
именно в нем скрывается большой резерв повышения эффективности процесса
обучения. Благодаря третьему преимуществу облегчается переход к
дедуктивной логике учебного процесса. Дело в том, что логика обучения от
фактов и конкретных представлений к понятиям и законам (индуктивная
логика) более закономерна для младших классов. М.А. Даниловым показано,
что "необходимо применять в обучении как индуктивно-аналитическую, так и
дедуктивно-синтетическую логику учебного процесса в тесном взаимодействии.
Суть этого решения заключается в том, что почти одновременно с восприятием
конкретных предметов и явлений вводятся те научные понятия и принципы,
благодаря которым становится более глубоким и содержательным восприятие
конкретного материала. Следовательно, понятия, принципы науки не всегда
должны вводиться в конце индуктивного пути усвоения материала, а в процессе
этого усвоения или даже ранее его" [Данилов, 1975, с.101].
Необходимость повышения роли дедуктивного подхода к изложению
научных знаний и установления более удачного соотношения его с
индуктивными приемам обучения отмечена также Ю.К. Бабанским:
"Дедуктивный подход позволяет генерализовать научные идеи, формулы,
законы и пр., на основе которых затем выводятся частные элементы,
происходит освобождение содержания от излишних деталей и фактов"
[Бабанский, 1989, с.22].
Таким образом, требование обеспечения наглядности в случае ЭУ
реализуется на принципиально новом, более высоком уровне. В перспективе,
когда получат большее распространение системы виртуальной реальности, повидимому, можно будет говорить не только о наглядности, но и о
полисенсорности обучения.
5. Требование обеспечения активности и сознательности учащихся в
процессе обучения, при использовании ЭУ также реализуется на новом более
высоком качественном уровне. Без активной и сознательно осуществляемой
учебно-познавательной деятельности учащиеся не могут овладеть изучаемым
материалом. С помощью ЭУ возможно более четкое и наглядное представление
целей и задач предстоящей учебной деятельности. Для повышения активности
обучения ЭУ должен генерировать разнообразные учебные ситуации,
формулировать разнообразные вопросы, предоставлять учащемуся возможность
выбора той или иной траектории обучения, возможность управления ходом
событий.
Существенное повышение активности обучения при использовании
информационных технологий бесспорно и отмечается практически во всех
исследованиях. В некоторых случаях предоставляемая активность даже может
оказаться чрезмерной с педагогической точки зрения. Так, например, в статье
[Hutchings et al., 1992, p.171-172], посвященной вопросам авторской разработки
и оценки систем гипермедиа для образования, отмечается, что программы
гипермедиа создают слишком большой простор для активных самостоятельных
действий обучаемого. Предоставление ученику чрезмерно большой
возможности выбора в организации своего обучения может только перегружать
и запутывать его, снижая эффективность учебного процесса. Аналогичные
проблемы возникают также при использовании предметно - ориентированных
программных сред (микромиров), обеспечивающих возможности оперирования
моделями-объектами определенного класса. Они основаны на принципах
"конструктивизма" [Пейперт, 1989].
Следовательно, при использовании современных информационных
технологий, предоставляющих необычайно большие возможности для
повышения активности деятельности обучающегося, необходимо также
повысить управление процессом обучения для того, чтобы исключить
нерациональные траектории обучения и сократить тем самым время обучения.
Таким образом, в современных условиях становится целесообразным
рассмотрение принципа активности и сознательности обучения во взаимосвязи
с принципом систематичности и последовательности обучения.
6. Требование систематичности и последовательности обучения при
использовании ЭУ означает обеспечение последовательного усвоения
учащимися определенной системы знаний в изучаемой предметной области.
Согласно [Бабанский, 1989, с.36] "Принцип систематичности и
последовательности в обучении требует, чтобы знания, умения и навыки
формировались в определенном порядке, в системе: каждый элемент учебного
материала логически связывается с другими, последующее опирается на
предыдущее и готовит к усвоению нового".
"Проблемы, познавательные задачи в учебном процессе выдвигаются не
случайными обстоятельствами, а в определенной последовательности,
обусловленной логикой учебного процесса" [Данилов, 1975, с.96]. При
разработке ЭУ необходимо помнить, что логическая структура той или иной
науки не переносится механически в логическую структуру учебного предмета.
В логике учебного предмета раскрываются ведущие идеи науки и то ее
содержание, которое должно войти в программу изучения. "Логика учебного
предмета - исключительно важная категория, определяющая общее
направление, т.е. "стратегию" изучения основ науки" [Данилов, 1975, с.97].
Однако конкретный путь обучения определяется уже логикой учебного
процесса, которая выражает последовательность шагов обучения,
обеспечивающую оптимально эффективные результаты как в отношении
усвоения знаний, так и в отношении развития познавательных способностей
учащихся. "Логика учебного процесса находится в теснейшей связи с логикой
учебного предмета, но не тождественна ей. Логика учебного процесса более
подвижна, извилиста, противоречива. Она не является простой проекцией
логики учебного предмета, его программы и содержания и содержания
учебника. Логика учебного процесса есть сплав логики учебного предмета и
психологии усвоения учащимися преподаваемого учебного материала"
[Данилов, 1975, с.97].
Раскрытие логики учебного процесса и раньше было непростой задачей
для дидактов и методистов. Теперь же, когда в условиях использования
современных информационных технологий появляется все больше
возможностей для воздействия на сферу психологии познавательных процессов,
проектирование логики учебного процесса становится еще более сложным.
При разработке ЭУ следует находить оптимальное соотношение между
требованием последовательности и систематичности обучения,
"регламентирующим действия пользователя", и требованием активности
обучения, предполагающим предоставление пользователю свободы выбора
своих действий (своей траектории обучения).
7. Требование прочности усвоения знаний при использовании ЭУ также
получает новое звучание. Для прочного усвоения учебного материала
наибольшее значение имеют глубокое осмысление этого материала, его
рассредоточенное запоминание. "Это вызывает необходимость неоднократного
обращения учащихся к изучению и запоминанию пройденного материала, т.е.
его повторения. Однако эта работа должна быть правильно организована"
[Харламов, 1997, с.175]. В частности, повторение должно сопровождаться
проверкой и оценкой знаний учащихся. С помощью ЭУ становится возможной
организация многократных повторений как разнообразной деятельности,
повышается вариативность контролируемых индивидуальных учебных заданий.
О возможности улучшения осмысления изучаемого материала уже сказано
выше при рассмотрении требований наглядности и доступности обучения с
применением ЭУ.
8. Требование единства образовательных, развивающих и воспитательных
функций обучения в ЭУ также потенциально реализуемо на более высоком
уровне. Глубокий анализ возможностей умственного развития человека в
условиях применения информационных технологий приведен в работе
Б.Ф.Ломова [Ломов, 1991 ]. Благотворное влияние информационных технологий
на раскрытие индивидуальных возможностей человека, на их развитие и
реализацию на благо обществу и себе убедительно показывает в своих работах
И.В. Роберт [Роберт, 1994, 19942]. Она отмечает синергизм педагогического
воздействия информационных технологий.
Наряду с теоретическим понятийным мышлением развиваются также и
другие виды мышления: теоретическое образное, практическое нагляднообразное и практическое наглядно-действенное. Новые технологии обучения и в
том числе дистанционное обучение, формируют новое мировосприятие:
происходит расширение кругозора учащихся, появляется возможность доступа
к мировым информационным ресурсам и оперативного их использования,
рождается чувство сопричастности к мировым событиям, к мировой культуре.
Создаются предпосылки не только для интеллектуального, но и для
личностного развития [Панюкова, 1998]. Кроме того, усиливаются возможности
художественно-эстетического воспитания, например: путем включения в узлы
гипермедиа систем репродукций шедевров мирового изобразительного
искусства, а также за счет высоко профессионального дизайна компьютерной
визуализации учебного материала. Вполне осуществимо также и музыкальное
развитие учащиеся при использовании фрагментов музыкальных классических
произведений в качестве аудио-компоненты мультимедийных программ.
На основании вышеизложенною установлено, что потенциально, при
условии проектирования ЭУ на основе педагогической и психологической
теорий обучения, а также при достаточно полном использовании современных
аппаратных возможностей компьютерной техники, электронные учебники в
состоянии обеспечить (по сравнению с традиционными учебниками) более
высокий уровень реализации таких традиционных дидактических требований,
как: научность обучения, доступность обучения, проблемность обучения,
наглядность обучения, активность и сознательность учащихся в процессе
обучения, систематичность и последовательность обучения, прочность усвоения
знаний, единство образовательных, развивающих и воспитательных функций
обучения.
Дидактические требования, предъявляемые к электронному
учебнику как к собственно средству новых информационных
технологий
В ряде исследований сформулированы некоторые новые дидактические принципы
обучения, присущие только новым информационным технологиям [Апатова, 1994, с.2631], [Воронина и др., 1995, с.164-194], [Роберт, 1994, с.29-32]. Соответственно можно
говорить и о новых дидактических требованиях к этим средствам. Например, в работе
И.В. Роберт [Роберт, 1994, с.29-32] рассматриваются требование адаптивности
(приспосабливаемости) ППС к индивидуальным возможностям обучаемых, требование
обеспечения интерактивного диалога, а также требование обеспечения суггестивной
обратной связи (suggest -предлагать, советовать). Апатова Н.В. [Апатова, 1994;мс.26-31]
говорит о том, что "компьютерное обучение определило два новых дидактических
принципа: индивидуализации обучения и активности". В этой же работе предлагается
новый принцип когнитивности коммуникации, под которым понимается коммуникация,
организация диалога между обучаемым и обучающим, в данном случае между
компьютером и учащимся. В работе [Воронина и др., 1995, с.164-194] в качестве
методологических принципов образования, основанного на информационных
технологиях, рассматриваются следующие: интерактивность, обучение как диалог,
адаптивность процесса обучения, активность обучаемого в образовательном процессе, а
также принцип гибкости учебного материала.
На основании изложенного очевидно, что на сегодняшний день еще не
сформулирована единая система новых дидактических принципов обучения, основанного
на применении современных информационных технологий. Это затрудняет как
разработку, так и применение СНИТ. Необходимо провести обобщение выявленных
различными авторами новых дидактических принципов.
С нашей точки зрения, нецелесообразно активность обучения причислять к новым
дидактическим принципам, поскольку принцип активности и сознательности обучения
присущ также и традиционным технологиям обучения. Следует лишь отметить, что
активность обучения при использовании СНИТ существенно повышается. Кроме того, на
наш взгляд, целесообразно суггестивную обратную связь, диалог, когнитивность
коммуникации считать элементами интерактивности. На основании проведенного в
настоящей работе обобщения предлагаем в дальнейшем в качестве новых дидактических
принципов обучения, основанного на информационных технологиях, рассматривать
индивидуальность, интерактивность и адаптивность обучения. Соответственно, можно
говорить о том, что электронные учебники Должны обеспечивать выполнение требований
индивидуальности, интерактивности и адаптивности обучения. Кроме того, на основании
анализа научно-методической литературы и личного опыта автора по созданию и
применению ЭУ в настоящей работе [Зайнутдинова, 1999, с.34] установлена
целесообразность введения таких новых дидактических требований к ЭУ, как:
а) системность и структурно-функциональная связанность представления учебного
материала в ЭУ,
б) обеспечение полноты (целостности) и непрерывности дидактического цикла
обучения в ЭУ.
Рассмотрим возможности реализации новых дидактических требований,
предъявляемых к ЭУ как к средству новых информационных технологий, подробнее.
I. Требование обеспечения индивидуальности обучения при работе учащихся с
электронным учебником означает следующее: ЭУ должен создавать условия для
самостоятельной (индивидуальной) работы учащегося. Как минимум, ЭУ должен
обеспечивать выдачу учащимся индивидуальных вопросов и заданий и проверять
результаты индивидуальных решений. Согласно [Унт, 1990, с.47], индивидуальной или
самостоятельной работе присущ такой недостаток как снижение роли учителя.
Отличительной особенностью индивидуальности обучения при использовании ЭУ
оказывается то, что обучающее воздействие учителя, осуществляемое опосредованно
через компьютерную программу, не только не снижается, а наоборот даже усиливается.
Дело в том, что ни один преподаватель не сможет физически сформировать, выдать и
проверить такое огромное количество индивидуальных вопросов и заданий, которое под
силу электронному учебнику [Зайнутдинова, 1995]. Кроме того, здесь следует принять во
внимание также и тот фактор, что ЭУ моделирует обучающие воздействия преподавателя
в целом, включая и объяснение нового материала. У учащегося впервые появляется
возможность многократного обращения к "обучающему воздействию преподавателя" в
удобном для себя темпе. Это особенно хорошо для слабых учащихся. В работе [Данилов,
1975, с.118] сказано, что "принципы обучения определяются целями воспитания и имеют
исторический характер, некоторые принципы утрачивают свое значение и сходят с
педагогической сцены (например, индивидуальность...)". Это положение было высказано
в 1975 году. Теперь, по прошествии двадцати с лишним лет, принцип индивидуальности
обучения возвращается в жизнь, но уже на новом качественном уровне.
2. Требование интерактивности обучения означает, что в процессе обучения
должно иметь место взаимодействие учащегося с электронным учебником.
Интерактивность - это наиболее популярное в области информационных технологий
понятие. Интерактивность в переводе с английского означает взаимодействие,
воздействие, влияние друг на друга. В работе [Воронина и др., 1995] интерактивность
рассматривается в качестве принципа построения обучающих программ, в виде критерия
качества обучающих программ и в качестве принципа компьютерного обучения. Наиболее
широкое трактование имеет понятие интерактивности как принципа обучения. Развитие
мультимедиа и гипермедиа технологий, искусственного интеллекта, телематических
систем представляет собой реализацию принципа интерактивности во все более новых
формах. Так, например, при дистанционном обучении интерактивность означает общий
доступ к различным средствам телекоммуникации: электронной почте, компьютерным
конференциям, компьютерным сетям, спутниковой связи. Возможна совместная работа
группы обучаемых над одним и тем же материалом, взаимодействие обучаемых с
преподавателем и между собой и так далее. Интерактивность как критерий качества
учебных программ предложено определять в виде отношения количества взаимодействий
обучающегося с программой ко времени, затраченному на использование программы
[Quentin-Baxter et al" 1992. P.I 79]. Конечно, такого рода оценка качества программы
является; весьма упрощенной, поскольку она не учитывает ни уровня задаваемых
вопросов, ни качества возможных ответов.
По отношению к ЭУ интерактивность следует рассматривать как принцип
построения программы и как критерий ее качества. Взаимодействие учащегося с ЭУ
предполагает наличие обратной связи: ЭУ должен выдавать то или иное обучающее
воздействие (объяснение, подсказку, новый вопрос, новое задание и т.п.) только после
анализа действий учащегося. По сути дела такое взаимодействие представляет собой не
что иное как учебный интерактивный диалог учащегося с электронным учебником.
Интерактивность - это, пожалуй, самое сильное преимущество электронного
учебника по сравнению с его традиционным книжным аналогом.
3. Требование обеспечения адаптивности обучения с применением ЭУ означает
приспособление, адаптацию процесса обучения к уровню знаний, умений,
психологических особенностей того или иного ученика и т.д. Согласно [Воронина, 1995,
с.183], "Практически любая компьютерная обучающая система, поскольку она является
обучающей, содержит в себе определенные механизмы реализации принципа
адаптивности". Можно выделить несколько уровней адаптации процесса обучения к
особенностям обучаемого. Первым или минимальным уровнем адаптации договоримся
считать возможность выбора учащимся наиболее подходящего для него индивидуального
темпа изучения материала. На втором уровне адаптации производится диагностика
состояния обучаемого и на основании данных об уровне знаний ученика, его
индивидуальных особенностей предлагается та или иная определенная ветка обучения.
Например, возможен синтез минимального пути в дереве решения для каждого
обучаемого с изменением сценария процесса обучения при условии успешного
прохождения тех или иных этапов контроля [Самойленко, 1992].
Недостатком такого подхода является сложность установления всех возможных
характеристик потенциальных пользователей. Третий уровень адаптации базируется на
так называемом открытом подходе, который не предполагает классифицирования
возможных пользователей и заключается в том, что авторы программы стремятся
разработать как можно больше вариантов ее использования, как можно больше путей ее
прохождения. Сюда можно отнести самые разнообразные программы, созданные на
основе гипертехнологий (гипертекст и гипермедиа). Авторы могут дополнительно
наращивать программу, расширять ее как по содержанию, так и по спектру
предоставляемых услуг. И, наконец, четвертым уровнем адаптации обучающих программ
к уровню знаний, умений, психологических особенностей того или иного ученика
является их интеллектуализация - применение методов искусственного интеллекта. Такие
программы должны автоматически создавать профили, образы и модели пользователей;
автоматически определять уровень знаний и умений пользователя в данной области
обучения; диагностировать недостаток понимания или начало недопонимания; предлагать
помощь, совет или руководство. Нижний уровень интеллектуальности может быть
определен как способность системы генерировать знания (логический вывод) и потом
целенаправленно использовать эти знания.
Таким образом, для реализации дидактического требования обеспечения
адаптивности обучения необходимо при разработке ЭУ использовать различные приемы и
способы, позволяющие приспособить обучение к индивидуальным особенностям
учащихся.
Возникает вопрос: "Чем же собственно отличаются принципы индивидуальности и
адаптивности обучения?".
Индивидуальность процесса обучения нацелена на создание условий для
самостоятельной (индивидуальной) работы учащегося, что очень важно с точки зрения
активизации деятельности учащегося и обеспечения прочности его знаний. При
использовании ЭУ на занятии в дисплейном классе мы можем сказать, что каждый
студент работает индивидуально.
Адаптивность процесса обучения означает его приспособление к уровню знаний,
умений, психологическим характеристикам того или иного учащегося, то есть
приспособление к индивидуальным особенностям учащихся.
4. Сформулированное в настоящей работе требование системности и структурнофункциональной связанности представления учебного материала в ЭУ также
относится к числу требований, характеризующих ЭУ как средство новых
информационных технологий.
Объективная необходимость системного представления учебного материала была
обоснована в отечественной дидактике давно. "Исследование, проведенное Л.Я. Зориной,
показало, что старшеклассники при изучении теории в курсах физики, химии, биологии,
даже хорошо зная их фактическое содержание, плохо представляют себе основные
элементы теории и характер связи между ними. Например, оперируя терминами "закон",
"принцип", "постулат", "научный факт", "гипотеза", "концепция", "явление", "процесс" и
т.п., они плохо знают содержание этих понятий и не понимают, какие знания выступают в
качестве исходных положений, а какие в качестве следствий, не осознают соподчинения
знаний внутри теории. Это мешает осознанному усвоению теорий и затрудняет
построение рассказа - отбор необходимой информации и ее организацию,
последовательность расположения. Системные знания - это знания, выстраивающиеся в
сознании учеников по схеме: основные научные понятия - основные положения теорииследствия - приложения. Необходимо вооружить учащихся не только фактическими
знаниями теории, но и методологическими знаниями, т.е. знаниями об основных
элементах теории и структурно - функциональных связях между ними" [Дидактика
средней школы..., 1982, с. 69-70].
Если при традиционных технологиях обучения системность представления учебного
материала можно было в той или иной мере обеспечить, то установление структурнофункциональных связей между фрагментами учебного материала как бы оставалось за
кадром. Теперь же, при переходе к новым информационным технологиям появляется не
только возможность, но и объективная необходимость системности и структурнофункциональной связанности представления учебного материала.
Во-первых, КУП являются не только педагогическими, но и программными
системами. Программная реализация учебного курса без систематизации и
структуризации учебного материала просто не осуществима. Компьютерная учебная
программа, подобно памяти человека, должна хранить в разных "отсеках" отдельные
фрагменты учебного материала и обеспечивать возможность легкого и быстрого доступа
пользователя к этим фрагментам. При этом компьютерная программа должна также
отражать взаиморасположение и связь этих фрагментов и обеспечивать их системное
взаимодействие. Таким образом, использование в образовании новых информационных
технологий вызывает необходимость новых подходов к проектированию и организации
процесса обучения; теперь педагог, внедряющий новую технологию обучения, должен
провести существенно большую по объему подготовительную работу по структуризации
и систематизации учебного материала и установлению структурно-функциональных
связей между его фрагментами. Пример использования подобного подхода для
организации концептуального опроса студентов по общетехнической дисциплине
приведен в работе [Крымская и - др.,1995]: "Данный подход предусматривает выбор
базовых N понятий курса (концептов), с использованием которых формулируются
важнейшие законы, конструируются методы расчета и, в конечном счете, образуется
система представлений о рассматриваемой предметной области. Затем выделенные
концепты приоритезируются, после чего строится алгоритмическая последовательность
перехода от одних концептов к другим с помощью направленного применения
индуктивных и дедуктивных выводов, а также расчетных методик". Понятие
концептуальной сети как формы организации учебного материала упоминается также в
работе [Воронина и др., 1995, с.189]. Ярким примером системности и структурнофункциональной связанности представления учебного материала могут служить также
различные гипертекстовые программы и системы гипермедиа.
Во-вторых, структурированный и систематизированный учебный материал, в
котором четко обозначены структурно-функциональные связи между его фрагментами,
лучше воспринимается и легче усваивается учащимися. Располагая таким учебным
материалом, учащийся имеет возможность многократного и легкого обращения к
отдельным фрагментам и к системе в целом. При этом обращение к тому или иному
фрагменту может осуществляться различными путями, что способствует лучшему
пониманию и усвоению взаимных связей между отдельными понятиями, теориями и т.д.
Улучшается также и системность (целостность) восприятия материала учебного курса.
Хорошо структурированный и систематизированный материал легче "архивируется" в
долговременной памяти человека, нежели набор разрозненных фактов и представлений.
В-третьих, структурирование и систематизация изучаемого материала, выявление
структурно-функциональных связей между его фрагментами способствуют развитию
системного, структурного мышления и интеллекта в целом. Интересное размышление по
поводу системности мышления приведено в работе К.В. Кумунжиева: "....наличие у
человека развитого интеллекта означает владение им (возможно на интуитивном уровне и
в неформальном варианте) технологией системного проектирования. Традиционно
изучением интеллекта занимаются психологи. В силу специфики своего образования
(недостаточное развитие системного структурного мышления) они ограничивают модель
интеллекта, принимая за основу такие элементы, как понятия и операции с ними. Вместе с
тем, без сомнения, в функционировании интеллекта, особенно в процессе проектирования,
существенно важными являются процессы раскрытия внутренней структуры понятия
(например, иерархические деревья, морфологические таблицы и др.) и процедуры поиска
решений на этих структурах. Это сфера, которой больше внимания уделяют специалисты
по системному проектированию и искусственному интеллекту" [Кумунжиев, 1995].
В работе [Воронина и др., 1995, с. 189] говорится о принципе гибкости учебного
материала. Речь идет о том, что современные информационные технологии обеспечивают
возможность свободной навигации учащегося по материалам учебного курса, а также о
том, что курс может наращиваться или корректироваться путем введения или доработки
отдельных модулей, отдельных "единиц" обучающего материала. С нашей точки зрения,
"гибкость учебного материала" - это следствие системности и структурнофункциональной связанности представления учебного материала.
5. Предложенное в настоящей работе требование обеспечения полноты
(целостности) и непрерывности дидактического цикла обучения в ЭУ означает, что
ЭУ должен предоставлять возможность выполнения всех звеньев дидактического цикла в
пределах одного сеанса работы с ЭВМ. Согласно [Теоретические основы процесса
обучения..., 1989, с. 146-160], "дидактический цикл - это структурная единица процесса
обучения, обладающая всеми его качественными характеристиками, выполняющая
функцию максимально полной организации усвоения (в данных условиях) фрагмента
содержания образования". Первое звено Дидактического цикла реализует постановку
познавательной задачи, второе звено обеспечивает предъявление содержания учебного
материала, третье организует применение первично полученных знаний (организация
деятельности по выполнению "сдельных заданий, в результате которой происходит
формирование научных знаний), четвертое звено дидактического цикла - это получение
обратной связи, контроль деятельности учащихся, пятое звено организует подготовку к
дальнейшей учебной деятельности (задание ориентиров для самообразования, для чтения
дополнительной литературы). Реализация всех звеньев дидактического цикла процесса
обучения посредством единой компьютерной программы без обращения к другим
источникам: информации существенно упрощает организацию учебного процесса,
сокращает затраты времени учащегося и автоматически обеспечивает полноту и
целостность дидактического цикла г и его непрерывность в пределах одного занятия
(одного сеанса работы с ЭУ).
Хорошо известно, что в рамках традиционной технологии обучения в техническом
вузе отдельные звенья дидактического цикла реализуются с большим разбросом по
времени. Лекции, на которых излагается новый теоретический материал, и комплекс
занятий, направленных на применение и закрепление изучаемого материала
(лабораторные занятия, упражнения, РГР и т.д.), могут оказаться разнесенными во
времени на недели и даже месяцы. Нередко к моменту выполнения лабораторной работы
студенты полностью забывают лекционный материал. В результате эффективность
учебного процесса снижается. Требование обеспечения полноты (целостности) и
непрерывности дидактического цикла обучения в ЭУ позволяет устранить рассмотренный
недостаток. Но при этом, конечно же, должен быть правильно установлен объем
заданного фрагмента содержания образования с тем, чтобы этот фрагмент действительно
мог быть изучен и закреплен в пределах одного сеанса (одного урока) работы с ЭВМ.