Силаенков А.Н. Автоматизированные обучающие системы. Обзор
Подождите немного. Документ загружается.
Равные возможности получения образования независимо от места
проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной
обеспеченности обучаемого.
Дистанционное обучение расширяет и обновляет роль преподавателя,
который должен координировать познавательный процесс, постоянно
усовершенствовать преподаваемые им курсы, повышать творческую
активность и квалификацию в соответствии с инновациями.
Позитивное влияние оказывает дистанционное образование и на
студента, повышая его творческий и интеллектуальный потенциал за счет
самоорганизации, стремления к знаниям, умения взаимодействовать с
компьютерной техникой и самостоятельно принимать ответственные
решения.
Также важна идея сопряжение административной системы учебного
заведения с обучающей системой. Эта проблема не столь уж сложна, если в
учебном заведении уже существует автоматизированная административная
система или хотя бы с элементами автоматизации. По существу, речь идет об
учете данных об успеваемости обучающихся. Эти данные в значительной
степени будут поступать от обучающей системы в виде результатов контроля
на магнитном носителе, интернету. Достаточно будет при разработке
электронного учебника регламентировать формат результатов контроля и
создать небольшой программный модуль, который обеспечит ввод
(автоматическую загрузку) этих результатов в базу данных
административной системы. Фактически достаточно будет при разработке
шаблонов электронных учебников создать унифицированный формат
результатов контроля. В этом случае результаты контроля могут быть легко
привязаны к любой из существующих административных систем учебных
заведений.
В рамках данного дипломного проекта планируется разработать
электронное обучающее пособие для студентов первого, второго курса,
очного, заочного и вечерних отделений по предмету «Основы теории
компьютеров», раздел «Выполнение логических операций».
Данное электронное обучающее пособие планируется использовать для
закрепления навыков, для проверки знаний, а также для самоподготовки
студентов по данным дисциплинам. При использовании этой программы,
предполагается, что теоритический материал обучаемыми уже усвоен.
Учебное пособие должно содержать в себе проверочные уроки по
методам, изучаемым на семинарах и лекциях кафедры, и уроки по методам,
не изучаемым в рамках курса, преподаваемом на кафедре.
Предполагается, что программа должна содержать в себе справочную
систему, которая будет содержать в себе информацию по работе с
программой и обзор теоретического материала, который необходимо узучить
перед выполнением уроков.
В программе предполагается реализовать систему регистрации и
авторизации пользователей (разделение прав доступа).
111
Учетная информация по пользователям должна хранится в базе данных
в зашифрованном виде. Предусмотреть возможность получения отчета по
учетной информации из базы данных.
Внедрение разрабатываемого продукта позволит:
повысить качество дистанционного обучения,
повысить эффективность обучающих курсов, использующих
современные автоматизированные средства обучения, таких как гипертекст,
мультимедиа средства и встроенные упражнения, позволяющие увеличить
скорость обучения, легче понять контекст и улучшить запоминание
материала,
расширить возможности самоподготовки к зачетам и экзаменам и
самоконтроля студентов,
облегчить труд преподавателя по проверке знаний студентов.
Обзорная часть
Типология обучающих программ
Электронные учебные пособия являются главной частью
компьютерного программно-методического комплекса, включающего кроме
педагогических программных средств методическое и дидактическое
сопровождение данных программ.
Педагогическая ценность и качество электронного учебного пособия
зависит от того, насколько полно учитываются при его разработке комплекс
требований, предъявляемый к ним.
В настоящее время нет единой классификации электронных
обучающих систем, хотя во многих работах в зависимости от методических
целей, реализация которых оправдывает введение электронных обучающих
систем, выделяют среди них следующие типы:
1. Программы-тренажеры – предназначены для формирования и
закрепления умений и навыков, а также для самоподготовки обучаемых. При
использовании этих программ предполагается, что теоретический материал
обучаемыми уже усвоен. Многие из этих электронных обучающих систем
составлены в духе бихевиоризма, когда за один из ведущих принципов
берется подкрепление правильного ответа. В случайной последовательности
генерирует учебные задачи, уровень трудности которых определяется
педагогом. Если обучаемый дал правильное решение, ему сообщается об
этом, иначе ему либо предъявляется правильный ответ, либо предоставляется
возможность запросить помощь. Компьютерные учебные программы такого
типа реализуют обучение, мало чем отличающееся от программированного
обучения с помощью простейших технических устройств. Однако ПК
обладает значительно большими возможностями в предъявлении
информации, чем в типе ответа. Многие системы позволяют даже вводить с
некоторым ограничением конструированные ответы. В настоящее время
разработано достаточно большое число программ рассматриваемого типа.
При их разработке можно обойтись знаниями о процессе обучения и учебной
деятельности на уровне «здравого смысла», т.е. интуитивного, часто
недостаточно осознанного представление о процессе обучения и
112
индивидуального опыта, приобретенного разработчиками в процессе
преподавательской работы.
2. Контролирующие программы, предназначенные для контроля
определенного уровня знаний и умений. Известно, что контроль знаний
обучаемых представляет собой одно из самых важных и в то же время по
характеру организации и уровню теоретической исследованности одно из
самых слабых звеньев учебного процесса. Главный недостаток
существующих форм и методов контроля заключается в том, что в
большинстве случаев они еще не обеспечивают необходимой устойчивости и
инвариантности оценки качества усвоения учебной информации, а также
необходимой адекватности этой оценки действительному уровню знаний.
Совершенствование контроля за ходом обучения должно концентрироваться
вокруг узловой проблемы – проблемы повышения достоверности оценки
формируемых знаний, умений и навыков. Эту проблему можно
рассматривать в двух аспектах: во-первых, как увеличение степени
соответствия педагогической оценки действительному уровню знаний
обучаемых; во-вторых, как создание и реализация таких методических
приемов контроля, которые обеспечили бы независимость оценок от
случайных факторов и субъективных установок учителя. Использование
соответствующих пакетов контролирующих программ позволит повысить
эффективность обучения и производительность труда преподавателя,
придаст контролю требуемую устойчивость и инвариантность,
независимость от субъективных установок учителя.
3. Наставнические программы, которые ориентированны
преимущественно на усвоение новых понятий, многие из них работают в
режиме, близком к программированному обучению с разветвленной
программой. Обучение с помощью таких программ ведется в форме диалога,
однако по большей части ведется диалог, построенный на основе
формального преобразования ответа обучаемого, т.е. фактический диалог.
4. Демонстрационные программы, предназначенные для наглядной
демонстрации учебного материала описательного характера. Преподаватель
может успешно использовать компьютер в качестве наглядных пособий при
объяснении нового материала. Большими возможностями в интенсификации
учебного процесса обладают те демонстрационные программы, в которых
используется диалоговая или интерактивная графика.
5. Информационно-справочные программы предназначены для
вывода необходимой информации.
В недалеком будущем обучаемый при подготовке к занятиям или на занятиях
сможет использовать ПК, подключенный через модем и телефонную линию
связи к другим компьютерам и к библиотеке. В этом случае он может
получить любую необходимую информацию, имея доступ к
компьютеризированному каталогу книг и периодических изданий. С
помощью компьютера учащийся сможет осуществить доступ к любому
организованному хранилищу информации, ко многим различным банкам
113
данных. Знать, как с помощью компьютера можно получить информацию,
так же важно, как уметь пользоваться энциклопедией или библиотекой.
6. Имитационные и моделирующие программы, предназначенные
для «симуляции» объектов и явлений. Эти программы особенно
целесообразно применять, когда явление осуществить невозможно или это
весьма затруднительно. При использовании таких программ абстрактные
понятия становятся более конкретными и легче воспринимаются
обучаемыми. Кроме того учащиеся получают гораздо больше знаний при
активном усвоении материала, чем просто запоминая пассивно полученную
информацию.
7. Программы для проблемного обучения, которые построены в
основном на идеях и принципах когнитивной психологии, в них
осуществляется непрямое управление деятельностью учащихся. Это значит,
что предъявляются разнообразные задачи и учащиеся побуждаются решать
их путем проб и ошибок.
Рекомендуемые условия для успешного применения электронных
обучающих программ
Изучение отечественного и зарубежного опыта использования СНИТ, в
частности компьютера, в целях обучения, а также теоретические
исследования в области проблем информатизации образования позволяют
констатировать, что включение компьютера в учебный процесс оказывает
определенное влияние на роль средств обучения, используемых в процессе
преподавания того или иного предмета (курса), а само применение СНИТ
деформирует уже традиционно сложившуюся структуру учебного процесса.
Рассматривая педагогические аспекты проблем информатизации
образования и результаты исследований в этой области психологов и
методистов, следует констатировать, что в процессе общения обучаемого со
СНИТ и, в частности, при работе с компьютерной программой, а также в
процессе так называемого «экранного творчества» учащийся подменяет
объекты реального мира либо моделями, изображениями этих объектов, либо
символами, обозначающими объекты или отношения между ними, при этом
восприятие обучаемым реального мира подменяется опосредованным
восприятием последнего, что зачастую приводит к утрате предметности
деятельности, к оторванности от действительности. Кроме того, работа за
компьютером связана с высоким эмоциональным напряжением, которое не
всегда и не каждому может быть полезно.
Поэтому основным требованием к применению СНИТ в учебном
процессе и условием успешности этого применения является четкая
соразмеренность целей обучения, физических и психических возможностей
учащихся и средств НИТ применяемых в таком обучении. Долговременный
положительный эффект в обучении с использованием СНИТ достигается
наличием следующего:
114
программно - методическое обеспечение, ориентированное на
поддержку процесса преподавания определенного учебного предмета или
курса, которое должно включать: программные средства поддержки процесса
преподавания; инструментальные программные средства, обеспечивающие
возможность автоматизации процесса контроля результатов учебной
деятельности, разработки ППС, а также управления обучением;
объектно-ориентированные программные системы, в основе которых
лежит определенная модель объектного "мира пользователя" (например,
система подготовки текстов, база данных, электронные таблицы, различные
графические и музыкальные редакторы);
средства обучения, функционирующие на базе НИТ, применение
которых обеспечивает предметность деятельности, ее практическую
направленность (например, различные электронные конструкторы;
устройства, обеспечивающие получение информации об изменяющемся или
регулируемом физическом параметре или процессе; модели для
демонстрации принципов работы ЭВМ, ее частей, устройств);
системы искусственного интеллекта, используемые в учебных целях
(например, учебные базы данных, экспертные обучающие системы, учебные
базы знаний);
предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего
назначения, возможными вариантами реализации которых могут быть:
программная – на базе технологии мультимедиа, на основе использования
системы «Виртуальная реальность». В современной педагогической практике
отечественного образования их создание осуществляется в основном на базе
программной реализации, а зарубежные разработки основываются главным
образом на технологии мультимедиа.
Помимо вышеперечисленного в процесс обучения на базе НИТ
целесообразно включать и традиционные средства обучения,
обеспечивающие поддержку процесса преподавания того или иного учебного
предмета. Необходимость этого обусловлена их специфическими
функциями, которые передать СНИТ либо невозможно, либо
нецелесообразно с психолого - педагогической или гигиенической точки
зрения.
Подытоживая вышеизложенное, можно предложить следующий состав
системы средств обучения нового поколения, в которую входят средства
обучения, функционирующие на базе НИТ, отметив при этом назначение
составляющих:
средства обучения, предназначенные для поддержки процесса
преподавания учебного предмета (курса), включающие программные
средства;
объектно-ориентированные программные системы, предназначенные
для формирования информационной культуры и, в частности, культуры
учебной деятельности;
учебное, демонстрационное оборудование сопрягаемое с ЭВМ,
предназначенное для самостоятельного изучения учебного материала при
115
обеспечении предметности деятельности, ее практической направленности и,
кроме того, позволяющее обучаемому реализовывать спектр возможностей
СНИТ (управлять реальными объектами, осуществлять ввод и
манипулирование текстовой и графической информацией, получать и
использовать в учебных целях информацию о регулируемом физическом
параметре или процессе);
системы искусственного интеллекта, предназначенные для
организации процесса самообучения;
предметно-ориентированные среды обучающего и развивающего
назначения, в том числе одна из возможных реализаций – информационно-
предметная среда со встроенными элементами технологии обучения.
Структурирование учебного материала
Основные понятия дистанционного образования
Дистанционное обучение (ДО) – обучение, при котором все или
большая часть учебных процедур осуществляется с использованием
современных информационных и телекоммуникационных технологий при
территориальной разобщенности преподавателя и студентов.
Дистанционное образование – образование, реализуемое посредством
дистанционного обучения.
Дистанционная технология обучения (образовательного процесса) -
совокупность методов и средств обучения и администрирования учебных
процедур, обеспечивающих проведение учебного процесса на расстоянии на
основе использования современных информационных информационных и
телекоммуникационных технологий.
Кейс-технология – вид дистанционной технологии обучения,
основанный на использовании наборов (кейсов) текстовых, аудиовизуальных
и мультимедийных учебно-методических материалов и их рассылке для
самостоятельного изучения обучаемыми при организации регулярных
консультаций у преподавателей – тьюторов традиционным или
дистанционным способом.
ТВ-технология – вид дистанционной технологии обучения,
базирующийся на использовании систем телевидения для доставки
обучающемуся учебно-методических материалов и организации регулярных
консультаций у преподавателей – тьюторов.
Сетевая технология – вид дистанционной технологии обучения,
базирующийся на использовании сетей телекоммуникации для обеспечения
студентов учебно-методическими материалами и интерактивного
взаимодействия между преподавателем, администратором и обучаемым.
Система ДО – образовательная система, обеспечивающая получение
образования с помощью дистанционных технологий обучения. Включает в
себя: кадровый состав администрации и технических специалистов,
профессорско-преподавательский состав, учебные материалы и продукты,
методики обучения и средства доставки знаний обучающимся
116
(соответствующие одному или нескольким видам дистанционных технологий
обучения), объединенные организационно, методически и технически с
целью проведения дистанционного обучения.
Учреждение системы ДО - образовательное учреждение или
объединение образовательных учреждений, обеспечивающее
функционирование системы ДО.
Центр дистанционного обучения (центр ДО), Центр
дистанционного образования - отдельное подразделение,
представительство или филиал учреждения системы ДО, осуществляющее
административную, учебно-методическую, информационную и техническую
поддержку образовательного процесса.
Ресурсный центр ДО – образовательная организация или ее
подразделение, которое создает собственные, а также распространяет
заимствованные учебные материалы для ДО.
Полномасштабное дистанционное образование - дистанционное
образование, основанное на прохождении полного цикла обучения
соответствующего уровня и профиля с выдачей учащемуся
соответствующего документа об образовании (диплома).
Организация полномасштабного дистанционного образования –
учебная организация, обладающая преподавательским, методическим,
технологическим, техническим и административным потенциалом,
позволяющим дистанционно с надлежащим качеством и в полном объеме
государственного стандарта обеспечивать полномасштабное дистанционное
образование.
Учебный центр (центр коллективного пользования) организации
полномасштабного дистанционного образования - структурное
подразделение организации полномасштабного дистанционного образования
в виде филиала или представительства, расположенное в определенном
географическом пункте, имеющее учебные помещения, оборудование и
средства коммуникации, административный и учебно-вспомогательный
персонал, позволяющие проводить для жителей этого географического
пункта образовательный процесс, осуществляемый базовым учебным
заведением по дистанционной технологии.
Индивидуальное дистанционное обучение – дистанционное обучение
по месту проживания (нахождения) индивидуального обучающегося,
располагающего необходимыми аппаратно-программными средствами для
обеспечения телекоммуникаций и обучения.
База учебных материалов (для ДО) – совокупность учебно-
методических материалов (учебников, учебных пособий, методических
указаний и пр.), предназначенных для ДО и представленных в форме,
обеспечивающей доступ к ним со стороны участников процесса ДО.
Информационно-образовательная среда ДО (ИОС ДО) –
совокупность учебных материалов, средств их разработки, хранения,
передачи и доступа к ним, используемая в дистанционных технологиях
обучения.
117
Виртуальная аудитория – множество удаленных друг от друга
рабочих мест, объединенных каналами передачи данных и используемых в
рамках технологии дистанционного обучения обучаемыми для выполнения
одинаковых в содержательном отношении учебных процедур при
возможности интерактивного взаимодействия друг с другом и
преподавателем.
Лаборатория удаленного доступа - подразделение учебной
организации, оснащенное реальным учебно-исследовательским
оборудованием с дистанционным доступом к нему по
телекоммуникационным каналам связи.
Виртуальная лаборатория ДО - лаборатория удаленного доступа, в
которой реальное учебно-исследовательское оборудование заменено
средствами математического моделирования.
Инструментальные средства ДО – программное и информационное
обеспечение, используемое для представления учебных материалов в
информационно-образовательной среде ДО.
Учебно-методическое обеспечение ДО – база учебных материалов,
система управления этой базой, методики ДО, тесты, рекомендации по
технологии дистанционного обучения с учетом дидактических и
психологических аспектов.
Программное обеспечение ДО - системные и прикладные программы
и программные комплексы, используемые в том или ином виде
дистанционного обучения, включая инструментальные среды для создания
обучающих программ и программных комплексов.
Техническое обеспечение ДО – используемое в информационно-
образовательной среде ДО вычислительное, телекоммуникационное,
cпутниковое, телевизионное, периферийное, множительное, оффисное и
другое оборудование, а также каналы передачи данных.
Организационное обеспечение ДО – соответствующие местному и
федеральному законодательству формы организации учебного процесса с
использованием технологии ДО, а также рекомендации по их
использованию.
Нормативно-правовое обеспечение ДО – нормативно-правовые
документы Министерства образования РФ (лицензионные, аттестационные и
аккредитационные нормы и правила, законодательные акты, стандарты,
приказы, распоряжения и др.) , а также внутренние нормативные документы
организаций, осуществляющих ДО, регламентирующие подготовку и
проведение учебного процесса на основе дистанционных технологий
обучения.
Кадровое обеспечение ДО – штатные расписания, должностные
инструкции, профессорско-преподавательский состав, привлекаемый к
проведению ДО и к разработке и пополнению базы учебных материалов в
образовательном учреждении дистанционного типа .
Экстерриториальный профессорско-преподавательский состав -
профессора и преподаватели учреждения системы ДО, проживающие в
118
различных местах, объединенные организационно и методически средствами
телекоммуникации и ведущие учебный процесс в учебных центрах этой
организации на основании заключенных с ними договоров.
Тьютор – методист, преподаватель или консультант-наставник,
входящий в профессорско-преподавательский состав системы ДО,
осуществляющий методическую и организационную помощь обучаемым в
рамках конкретной программы дистанционного обучения.
Термины структурного анализа
Пространство знаний – совокупность всех видов знаний.
Область знаний - совокупность понятий, умений (структурных узлов)
и структурных связей между ними, характеризующееся основным понятием
и основным умением( основным структурным узлом (ОСУ).
Основное понятие (основной структурный узел) – это понятие,
включающее в себя максимальное количество понятий (СУ) области знаний.
Основное умение (основной структурный узел) – это умение,
включающее в себя максимальное количество умений области знаний (СУ).
Понятие – это структурный узел в виде совокупности определений
предметов или явлений, отражающая в обобщенной форме связи между
ними.
Умение – это совокупность действий в рамках данной области знаний,
приводящая к заранее определенному результату.
Определение – установленные отношения между предметами и
явлениями в рамках области знаний ( ОЗ)
Масштаб структурирования – количество СУ разных категорий, на
которые проструктурирована ОЗ.
Структурный узел(СУ) - совокупность понятий области знаний, а
также логических, семантических, информационных и других связей между
понятиями области знаний.
Обязательный структурный узел – минимальное количество СУ
низшей категории, находящееся на минимальном расстоянии от СУ высшей
категории и в совокупности представляющее СУ высшей категории
называются обязательными СУ.
Структура – совокупность устойчивых установленных связей между
СУ области знаний.
Связи – отношения меду СУ в рамках определений и терминологии
данной области знаний.
Модуль – часть области знаний, раскрывающее структуру конкретного
понятия.
Пространство знаний
Критерии выбора структурных областей
Критерий адекватности
119
Одним из важных критериев при структурировании областей знаний и
пространства знаний при использовании новых информационных технологий
– это принцип адекватности, который заключается в создании таких
принципов структурирования, которые бы органично выписывались в
способы и методы работы интернета и поисковых систем. То есть, области
знаний должны быть представлены таким образом, чтобы их компьютерная
обработка и способы представления информации соответствовали
требованиям интернет - технологий.
Подобное формирование структуры материала может быть соотнесено
со следующими механизмами поиска информации в интернет - пространстве:
В интернет - пространстве существуют так называемые поисковые
машины, которые позволяют быстро найти необходимую информацию .Для
того, чтобы найти необходимую информацию, есть несколько способов:
1. Сначала формулируется необходимое слово, или термин и
осуществляется поиск в заголовках (именах) сайтов, затем осуществляется
поиск в названиях страниц, затем осуществляется поиск в ключевых словах,
и в самую последнюю очередь – в текстах сайтов. Поиск осуществляется от
общего к частному. С одной стороны, при проведении поиска мы получаем
все больше информации,с другой стороны, круг поиска сужается, и
информация в отношении отдельного предмета или понятия детализируется.
2. Поиск осуществляется по темам, имеющимся на поисковой
машине – от темы к теме, по частям отсекая ненужную информацию, мы
достигаем необходимого результата. Данный процесс жестко
дифференцирован структурой тематической поисковой машины и требует
исполнения заранее запрограммированных шагов. Это – принцип
последовательных ступеней.
3. Можно осуществлять поиск в интернет пространстве просто
путешествуя по многочисленным ссылкам на необходимые вам сайты с
одного сайта на другой . Это – принцип расширения.
4. Наконец, совокупность всех вышеприведенных методов - есть
принцип смешанных схем
Из вышесказанного видно, что при построении структуры КДО по
принципам ПКН,ПР,ППС, выдерживается критерий адекватности и
созданная структура курса будет адаптирована к существующим способам
поиска информации по аналогии с поисковыми машинами.
Критерий полноты
Другим важным вопросом является логическое структурирование
областей знаний.
В соответствии с теоремой Геделя о неполноте любая система ( аксиом,
понятий и пр) либо противоречива, либо неполна.
Выберем такую структуру пространства знаний, которая неполна. То
есть, при структурировании пространства знаний основываемся на принципе
непротиворечивости системы.
Пространство ИНТЕРНЕТ – бесконечно изменяющаяся структура,
постоянно наполняющаяся информацией. Выделяя непротиворечивую
120