Юрков Н.К. Интеллектуальные компьютерные обучающие системы

Подождите немного. Документ загружается.

261

Обучаемый

Обучающая среда

Объяснение материала,

выдача контрольных заданий

Решение задач, написание тестов

(проверка теоретических знаний)

Макетирование схемы

(применение знаний на практике)

Выбор схемы и

входного воздействия

Результат выполнения

задания

Практический

блок

Аналитический блок

Рис. 68. Структурная схема ИКОС

Обучаемый

Блок формирования

входного воздействия

Блок контроля

(макетная плата)

Выходной блок

(оцифровка сигнала)

Обучающая среда

Объяснение материала,

выдача контрольных заданий

Решение задач, написание тестов

(проверка теоретических знаний)

Макетирование схемы

(применение знаний на практике)

Выбор схемы и

входного воздействия

Установка входного

воздействия

Результат выполнения

задания

Практический

блок

Выходной

сигнал

Аналитический блок

Микроконтроллер

Рис. 69. Структурная схема ИКОС

с расписанным лабораторным блоком

Условно в практическом (лабораторном) блоке можно выде-

лить четыре основных блока. Основным из них является микро-

контроллер, посредством которого осуществляется управление ла-

262

бораторным блоком и связь с обучающей средой. Микроконтрол-

лер, управляемый обучающей средой, устанавливает входное воз-

действие (сигнал) на блок контроля обучаемого (макетную плату).

Выходной сигнал подается на выходной блок, в котором оцифро-

вывается и подается в микроконтроллер, в котором будет осущест-

вляться предварительная обработка результата перед выдачей его

обучающей среде. На основании полученного результата обучаю-

щая среда будет делать вывод о необходимости более глубокого и

детального объяснения учебного материала или о необходимости

подсказки. Для закрепления учебного материала обучающая среда

будет предлагать изменять какой-либо параметр, чтобы обучаемый

понимал, какой параметр на что влияет.

Таким образом, введение в ИКОС дополнительной ветви об-

ратной связи дает выигрыш в усвоении и более глубоком понима-

нии обучаемого материала.

За время обучения данной ИКОС обучаемый овладеет не

только теоретическими знаниями о предмете, но и получит опыт

работы с реальными элементами, что также немаловажно в на-

стоящее время.

6.4. Исследование эффективности применения ИКОС

Задача информатизации обучения заключается в применении

принципиально новой организации учебного процесса на более

высоком качественном уровне взаимодействия педагогов и обу-

чаемых в условиях использования ИКОС. Создание и внедрение

принципиально новой дидактической модели технологии обучения

предполагает организацию оптимального взаимодействия человека

с компьютером, что позволит повысить эффективность учебного

процесса.

Применение ИКОС существенно меняет роль и функции пе-

дагога и обучаемых, оказывая значительное влияние на все компо-

ненты учебного процесса обучения: меняется характер, место и

методы совместной деятельности педагогов и обучаемых; услож-

няются программы и методики преподавания различных дисцип-

лин; видоизменяются методы и формы проведения учебных заня-

тий. Схема «человек–компьютер» обладает неизмеримо большими

возможностями, способна предложить принципиально новый под-

ход к решению задач учебного процесса, отличный от традицион-

ного [59].

Вместе с усвоением большого объема теоретических знаний

у обучаемых должны быть сформированы практические навыки и

263

умения, позволяющие творчески использовать их в профессио-

нальных целях. Дидактические задачи, решаемые в ходе подготов-

ки обучаемых, разнообразны, имеют профессиональную теорети-

ческую и практическую направленность. Все это требует того,

чтобы в целях активизации учебно-познавательной деятельности

обучаемых с применением ИКОС комплексно использовались са-

мые различные СО.

Рассмотрим некоторые особенности комплексного примене-

ния различного вида СО в рамках ИКОС. Основными являются:

демонстрация труднодоступных для непосредственного наблюде-

ния процессов и явлений с помощью математических и физиче-

ских моделей; исследование объектов, процессов и явлений на

различных видах практических занятий и в процессе подготовки к

занятиям; решение задач проектирования; формирование навыков

и умений различного характера; всестороннее обеспечение игро-

вых форм занятий; самостоятельная работа студентов без регист-

рации их деятельности с целью изучения учебного материала и са-

моконтроля полученных знаний и др.

В зависимости от конкретных дидактических задач, решае-

мых с использованием ИКОС, могут эффективно применяться раз-

личные СО или их сочетание. При этом необходимо сознавать, что

комплексное их применение может выполнить свою роль в фор-

мировании творческой личности только в том случае, если оно бу-

дет естественной составной частью всего учебного процесса.

Фрагментарное, эпизодическое, не связанное единым замыслом их

использование в ИКОС не только не даст необходимого эффекта,

но и может привести к обратному результату.

Говоря о комплексном применении СО в составе ИКОС,

нельзя не остановиться и на другой проблеме, возникающей па-

раллельно. Речь идет о соединении традиционных форм обучения

с компьютерными и построение на этой основе целостной эффек-

тивной дидактической системы. В условиях компьютеризации

важно создать у обучаемых адекватные психологические установ-

ки при работе с КСО, избежать конфликта в содержании и органи-

зации различных форм обучения, найти оптимальные виды их

применения.

Использование ИКОС в вузах возможно практически во всех

традиционных формах организации обучения с различными весо-

выми соотношениями между традиционным и компьютерным их

видами. К организационным формам обучения, которые можно

264

использовать, относятся лекции, семинары, специальные занятия

по расчету и проектированию, курсовые и дипломные работы, на-

учно-исследовательские и лабораторные работы, все виды само-

стоятельного обучения (аудиторного и внеаудиторного), а также

работы в режиме «тренажер».

Важнейшим условием эффективности профессиональной

деятельности педагога в этих условиях становится компьютерная

культура. Это значит, что преподаватель, использующий в учеб-

ном процессе ИКОС, должен:

 знать возможности компьютера в своей предметной облас-

ти и обладать навыками работы в условиях использования ИКОС;

 уметь подбирать и соответственным образом компоновать

учебный материал исходя из целей обучения;

 писать собственные или в сотрудничестве с программи-

стами обучающие программы;

 уметь разумно сочетать использование ИКОС с другими

видами учебной деятельности.

Непременным условием применения ИКОС является заинте-

ресованность педагога в ее использовании. Это означает, что пре-

подаватель должен увидеть, что данная технология помогает ему

решать некоторые педагогические задачи обучения более эффек-

тивно (например раскрыть значимость изучаемого учебного мате-

риала, повысить интенсивность его усвоения, развить и закрепить

навыки практической работы, управлять учебной деятельностью,

регистрировать результаты усвоения учебного материала, способ-

ствовать формированию у обучаемых рефлексии своей деятельно-

сти и т.д.), а также может высвободить время за счет автоматиза-

ции рутинных этапов педагогической деятельности нетворческого

характера (например сообщение начальных сведений по изучае-

мому разделу, проверка практических работ и т.д.).

Информатизация высшей школы подразумевает ряд новых

профессиональных задач, среди которых одной из наиболее зна-

чимых является оценка эффективности использования в учебном

процессе современных информационных технологий обучения.

Решение этой задачи влечет за собой потребность в выборе и

обосновании для этих целей критериев дидактической эффектив-

ности, позволяющих проводить соответствующие педагогические

измерения. К сожалению, в настоящее время единого подхода к

данной проблеме не выработано.

265

Под дидактической эффективностью применения в обучении

ИКОС следует понимать эффект деятельности преподавателя по

достижению с использованием комплекта компьютерных и ин-

формационных средств заранее прогнозируемых целей обучения и

воспитания студентов, это – положительное приращение достиг-

нутого при этом результата в настоящем к предыдущему результа-

ту с учетом временных, технических, дидактических и психофи-

зиологических затрат [75]. В таком случае измерение и оценку ди-

дактической эффективности применения ИКОС можно с доста-

точной степенью достоверности производить по количественно-

качественным показателям образовательного процесса путем

обобщения и сравнения одних статистических данных с другими.

Методы оценки дидактической эффективности применения

ИКОС, сложившиеся к настоящему времени в вузах, можно под-

разделить на две основные группы. В первую из них входят те, в

которых используются критерии, отражающие различные технико-

экономические показатели этого процесса. С их помощью делают-

ся попытки определить минимально возможные затраты на созда-

ние оптимального по составу дидактического комплекта, предна-

значенного для достижения определенных образовательных целей.

При решении задачи стоимостной оценки необходимой вычисли-

тельной и информационной техники определяются наиболее эко-

номичные пути создания соответствующей учебно-материальной

базы или доведения показателей качества наличествующих

средств до оптимальных значений. Это позволяет производить ее

комплектование аппаратурой, обладающей требуемыми дидакти-

ческими возможностями и в то же время имеющей наименьшую

стоимость. Ко второй группе относятся методы, в которых исполь-

зуются критерии, позволяющие оценивать чисто дидактические

составляющие процесса использования ИКОС.

Внедрение дорогостоящей вычислительной и информацион-

ной техники, несомненно, требует расчетов ее экономической эф-

фективности. Однако перенасыщение методик оценки технико-

экономическими показателями, расширяющими за счет этого ма-

тематический аппарат, чрезмерно усложняет их и вызывает неже-

лание использовать. При этом следует учитывать, что необходи-

мость применения ИКОС уже не нуждается в доказательствах, по-

этому в дальнейшем нет необходимости продолжать обосновывать

полезность и целесообразность их применения, ставя во главу угла

экономические показатели, хотя разработка новых ИКОС, вклю-

266

чающих применение современной дорогостоящей вычислительной

техники, несомненно, требует таких расчетов. Вместе с тем в соот-

ношении экономической и дидактической эффективности ИКОС

приоритет должен быть отдан последней.

В педагогической теории и практике в настоящее время сло-

жились два подхода к оценке эффективности применения ИКОС.

Первый из них связан с использованием качественных, а второй –

количественных ее показателей. При этом первые базируются на

основном критерии учебного процесса – качестве обучения и его

составляющих. К ним следует отнести условные характеристики,

выражающиеся в понятиях: объем знаний, навыков и умений, их

полнота, системность, осмысленность, прочность, действенность,

результативность, качество, познавательная активность обучае-

мых, мотивация обучения и т.п.

Делаются попытки ввести дифференцированные критерии,

зависящие от форм и методов, применяемых в ИКОС: возмож-

ность индивидуализации и профессиональной направленности

обучения, использование компьютерной техники при подготовке

специалистов различных профилей, достоверность и точность мо-

делирования расчетов, степень разгрузки обучающих и обучаемых

от трудоемких, рутинных операций по контролю обучения, расче-

там и др.

Определяя качественные показатели по результатам решения

определенных заданий путем оценки ответов на вопросы и т.д.,

используя показатели важности, стоимости, весомости и т.п., ис-

следователи устанавливают заданные критерии эффективности

применения ИКОС. Однако таким образом весьма сложно объек-

тивно и достоверно оценить знания, приобретенные за счет ис-

пользования компьютерной и информационной техники, и прежде

всего их творческое умение использовать ее, учесть при этом не

только прямые, но и косвенные показатели качества обучения. Эти

оценки зачастую чрезмерно субъективны и недостаточно точны и

последовательны. Оценивая эффективность применения ИКОС та-

ким образом, преподаватели не получают полной информации о

действительном состоянии сформированных знаний, навыков и

умений у обучаемых, а тем более о процессах их приобретения.

Этот подход не позволяет определить количественные показатели

эффективности процесса обучения, использование которых имеет

ряд своих преимуществ и особенностей. Кроме того, наблюдается

стремление специалистов опираться на сложный математический

267

аппарат, что делает расчеты громоздкими и трудно применимыми

в практической деятельности.

Тем не менее наличие качественных характеристик не только

существенно, но, безусловно, необходимо, так как принципиально

облегчает решение проблемы оценки эффективности применения

ИКОС в учебном процессе, получение более объективной картины

обучения. Использование набора таких критериев как качество ус-

воения знаний, навыков и умений, прочность их усвоения и время

обучения позволяют успешно решать задачи оценки эффективно-

сти применения ИКОС. При этом, безусловно, необходимо иметь

достаточную выборку из опытных данных, чтобы дать квалифици-

рованную оценку.

268

7. Перспективные технологии развития

интеллектуальных компьютерных

обучающих систем

7.1. Адаптация к психофизическому состоянию

обучаемого

Повышение эффективности информационных технологий

обучения связано с развитием и применением методов и средств

построения информационно-образовательных систем на основе

адаптивных алгоритмов управления обучением и контроля уровня

подготовки. Подобные алгоритмы используют принцип обратной

связи и их возможности определяются составом параметров, дос-

тупных для измерения во время обучения и контроля. Традицион-

но обратная связь строится по результатам анализа ответов обу-

чающегося и не учитывает его психофизическое состояние в ре-

альном масштабе времени.

Известно, что в течение учебного периода центральная нерв-

ная система (ЦНС) обучаемого испытывает чрезвычайно большую

нагрузку. Кроме учебной нагрузки, сказываются также экологиче-

ское влияние окружающей среды и социально-бытовые проблемы,

проблемы межличностных отношений в быту и в учебной группе,

постоянный дефицит времени. Совокупность этих факторов воз-

действия на ЦНС обучаемого, многие из которых можно опреде-

лить как стрессовые, дает основание классифицировать структуру

его деятельности в учебный период как деятельность человека-

оператора.

С точки зрения психологии профессиональной деятельности

человеку-оператору необходимо в условиях постоянного лимита

времени воспринимать и обрабатывать большой объем информа-

ции, анализировать изменение ситуации, принимать конструктив-

ные решения и предпринимать действия (двигательные, управлен-

ческие), направленные на эффективное их исполнение. Совершен-

но очевидно, что такой род деятельности предъявляет чрезвычайно

высокие требования к психофизическому состоянию человека-

оператора (в рассматриваемом случае обучаемого). Именно высо-

кий уровень функционального состояния психофизической сферы

269

обеспечивает обучаемому возможность в конкретный отрезок вре-

мени качественно реализовать имеющийся в наличии собственный

психомоторный и интеллектуальный потенциал, что в конечном

итоге определяет эффективность его учебной, а в дальнейшем и

профессиональной деятельности.

Важнейшим фактором обеспечения высокого качества про-

фессиональной подготовки выпускников вузов является активная

учебно-трудовая и познавательная деятельность студентов. Эта

деятельность представляет собой сложный процесс в условиях

объективно существующих противоречий, к которым относятся:

 противоречия между большим объемом учебной и науч-

ной информации и дефицитом времени на ее освоение;

 противоречия между объективно текущим постепенным,

многолетним процессом становления социальной зрелости буду-

щего специалиста и желанием, как можно быстрее самоутвердить-

ся и проявить себя;

 противоречия между стремлением к самостоятельности в

отборе знаний с учетом личных интересов и жесткими рамками

учебного плана и учебных программ.

Эти противоречия создают высокое нервно-эмоциональное

напряжение, которое отрицательно отражается на здоровье и фи-

зическом состоянии студентов.

Однако многие факторы, сопутствующие умственной дея-

тельности студентов, снижают эффективность кровообращения в

головном мозге, ухудшают его кровоснабжение. К ним относятся:

длительное пребывание в положении сидя за столом, нервно-

психическое напряжение, отрицательные эмоции, напряженная ра-

бота в условиях дефицита времени, высокая ответственность за

результаты усвоения знаний и др.

Длительная напряженная умственная работа снижает также

возможности организма к ее качественному продолжению, насту-

пает утомление как нормальная реакция организма и как итог та-

кого процесса – снижение успеваемости. Утомление может вы-

звать состояние усталости, которое появляется перед наступлени-

ем утомления и является субъективным чувством человека. Уста-

лость нарастает при непонимании значения выполняемой работы,

неудовлетворенности ее результатами. Наоборот, усиление инте-

реса, успешное завершение работы снижает чувство усталости.

Утомление не всегда обнаруживается в одновременном ослабле-

270

нии всех сторон деятельности. Снижение работоспособности в од-

ном виде учебного труда может сопровождаться сохранением его

эффективности в другом виде. Так, например, устав производить

вычислительные операции, можно успешно заниматься чтением.

Такое утомление частичного характера свойственно определенным

видам умственного труда и является обратимым процессом. Утом-

ление снимается своевременным эффективным отдыхом.

При систематическом перенапряжении нервной системы

возникает переутомление, для которого характерны чувство уста-

лости до начала работы, отсутствие интереса к ней, апатия, повы-

шенная раздражительность, снижение аппетита, головокружение и

головная боль.

Объективными признаками переутомления являются: сниже-

ние веса тела, диспепсические расстройства, повышение сухо-

жильных рефлексов, лабильность частоты сердцебиения и артери-

ального давления, потливость, выраженный дермографизм, сни-

жение сопротивляемости организма инфекциям, заболеваниям

и т.п. Оценка степеней переутомления представлена в табл. 11.

Таблица 11

Краткая характеристика степеней переутомления

(по К. К. Платонову)

Симптом

Степень переутомления

I – начинаю-

щееся

II – легкое

III – выра-

женное

IV – тяжелое

Снижение рабо-

тоспособности

Малое

Заметное

Выраженное

Резкое

Появление ранее

отсутствовавшей

усталости при

умственной

нагрузке

При усиленной

нагрузке

При обычной

нагрузке

При облег-

ченной

нагрузке

Без видимой

нагрузки

Компенсация

понижения ра-

ботоспособно-

сти волевым

путем

Не требуется

Полностью

Не полностью

Незначи-

тельно

Эмоциональные

сдвиги

Временное

снижение

интереса

к работе

Временами

неустойчи-

вость

настроения

Раздражи-

тельность

Угнетение,

резкая

раздражи-

тельность