Глобальные компьютерные сети в информационной модели обучения

Глобальные компьютерные сети в информационной модели обучения

А. К. Кувакин

Врач, строитель и программистка спорили о том, чья профессия древнее. Врач заметил: "В Библии сказано, что Бог сотворил Еву из ребра Адама. Такая операция может быть проведена только хирургом, поэтому я по праву могу утверждать, что моя профессия самая древняя в мире". Тут вмешался строитель и сказал: "Но еще раньше в Книге Бытия сказано, что Бог сотворил из хаоса небо и землю. Это было первое и, несомненно, наиболее выдающееся строительство. Поэтому, дорогой доктор, вы не правы. Моя профессия самая древняя в мире". Программистка при этих словах откинулась в кресле и с улыбкой произнесла: "А кто же, по-вашему, сотворил хаос?" [6]

В предлагаемой автором статье рассматриваются глобальные компьютерные сети (Internet) как сложная самоорганизующаяся коммуникативная система, обладающая внезапно появляющимися свойствами. Рассматривается проблема сосуществования "Человека читающего" с "Человеком кликающим (click-щелчок)", проблемы перехода от дисциплинарной к информационной модели обучения и один из способов решения данных проблем - использование объектно-ориентированного подхода и его преимуществ по сравнению с традиционными методами. Автором выделяется проблемное поле для будущего исследования.

Введение

Условия существования человечества в XXI веке требуют перехода к новой стратегии развития общества на основе знаний и высокоэффективных технологий. Поэтому формирование перспективной системы образования, соответствующей этой цели, является одной из важнейших проблем развития мирового сообщества.

Одним из принципиальных положений в стратегии повышения интеллектуального потенциала нации является идея опережающего образования. Ее суть заключается не только в том, чтобы обеспечить приоритетное развитие системы образования на фоне других социально-экономических факторов, но, главным образом, в том, чтобы своевременно подготовить людей к будущему.

Будущее развитие человечества (в условия перехода к информационному обществу) характеризуется новыми взаимоотношениями людей и информации, которая становится основным стратегическим ресурсом.

Для современного информационного общества характерно:

неуклонное возрастание скорости передачи сообщений; 

увеличение объемов передаваемой информации; 

ускорение обработки информации; 

все более полное использование обратных связей; 

наглядное отображение используемой информации; 

рост технической оснащенности [1].

Основным поставщиком (а как будет показано ниже, правильнее сказать, "генератором" информации) являются глобальные компьютерные сети - Internet.

Internet как область изучения.

Методы изучения глобальных компьютерных сетей

Internet уже сегодня является областью изучения его специалистами из различных областей знаний - программистами, педагогами, психологами и т.д. [1].

Однако многогранное изучение данного явления специалистами разных профессий не гарантирует создания цельной картины, общего подхода к пониманию проблем глобальной компьютерной сети. В результате рождается проблемное поле междисциплинарного исследования, вбирающее в себя различные подходы, языки описания, модели и теории.

Поясним данный тезис с точки зрения "пользователя" глобальных сетей. Под пользователем мы будем понимать неспециалиста в области сетевых технологий, например, ученика, изучающего элементы интерфейса одной из программ для просмотра гипертекстовой информации. "Пользователь" может запросить информацию с любого из доступных серверов; выполнить манипуляции с информацией, интерпретируемой его программой; проследить маршруты своих запросов; выделить участников телекоммуникационного обмена (сервер, клиент). Однако увидеть Internet "вообще" он не может, т.к. в этом качестве Internet является вещью эмпирически ненаблюдаемой. В качестве примера данной проблемы можно указать независимые от пользователя Internet часто возникающие изменения промежуточных объектов для получения информации: изменение схемы маршрутизации, изменение пространства доменных имен и т.п. Следствие данных изменений - ситуации, которые не может предвидеть ни один человек в мире, например, увеличение (уменьшение) времени выполнения запроса, невозможность (возможность) получения требуемой информации. Одна из интересных особенностей современных глобальных сетей - возможность саморегулирования своих механизмов без участия "руководителя".

Пользователь всегда включен в Internet, находится "всегда" внутри Сети, т.е. Сеть является его средой. Избегая философских рассуждений о "вещи в себе", пользователь решает конкретные жизненные задачи, отказавшись от понимания Internet "вообще", т.е. видит Сеть только со стороны своих потребностей.

Аналогично можно взглянуть на Internet глазами специалиста в любой области знаний. Например, для педагога Internet - это всего лишь средство для организации педагогического процесса. 

Internet - это сложная, самоорганизующаяся коммуникативная система, обладающая внезапно появляющимися свойствами [1]. 

Для описания данной системы необходимо использовать нетрадиционные подходы ее изучения. Одним из них становится синергетический подход. За последнее десятилетие экспансия синергетики охватила не только различные области науки, но и проникла в сферы человеческой деятельности, носящие сугубо прикладной характер.

В условиях современного мира, информационной революции и компьютеризации, успехов математического моделирования сложных социоприродных процессов и вычислительного эксперимента неправомерно пользоваться устаревшими методами и моделями.

Синергетика - это научная дисциплина, которая рассматривает закономерности процессов системной интеграции и самоорганизации в различных системах [1,4].

Синергетика может дать общие ориентиры для научного поиска, для прогнозирования и моделирования процессов в сложных системах.

Самое интересное приложение синергетики для настоящей статьи реализуется сейчас в комплексе наук, называемых когнитивными. Это теория распознавания образов, обучения, коммуникации и параллельных самоорганизующихся вычислений.

С этих позиций оказывается возможным по-новому взглянуть на процессы мышления, восприятия знаний, речи, письма - как на процессы, совершающиеся и "внутри" человеческого мозга и "вовне", в пространстве коммуникации, синергетического взаимодействия головного мозга - со всеми очевидными и неочевидными опосредованиями. Такой контекст наиболее адекватен для дальнейшего рассмотрения проблем самоорганизации глобальной компьютерной сети. С этой точки зрения центральной проблемой познания Internet является проблема познания новых форм диалога и коммуникации.

Таких понятий, как информация, обмен информацией, хранение информации, уже недостаточно для объяснения процессов, происходящих в сложной системе. В некотором смысле утверждение о том, что Internet служит для "хранения информации", эквивалентно утверждению, что атмосфера служит для "хранения воздуха".

Компьютерная сеть принципиально отличается от книги тем, что она скорее не только источник, получатель, обработчик информации, хранитель печатных знаков, но и генератор новых форм коммуникативной активности человека. Заметим, что понятие "генератор" подразумевает не просто создание форм активности, предлагаемых человеку, а скорее их "диктовку" - получение их априори [1].

"Человек кликающий" как объект исследования

"Человек читающий" в настоящее время сосуществует вместе с "Человеком кликающим", который указывает с помощью манипулятора "мышь" графические и текстовые образы на экране [1].

Заметим, что процесс перехода на новый уровень, задуманный создателями "интуитивного пользовательского интерфейса" как тривиальный, оказывается непростым для бывшего "Человека читающего". Соединить в единую коммуникативную систему - палец на устройстве мышь "Человека кликающего" и курсор на дисплее, наделить эту систему целеполаганием и смыслом - это, в конечном счете, означает создать иной способ фиксации коммуникаций. Тезис, выдвинутый на заре информатизации образования А.П. Ершовым, "от компьютерной грамотности - к информационной культуре общества, которая должна стать важной частью его общей культуры", определяет главную характеристику информационной культуры - умение человека использовать соответствующим образом весь набор информационных технологий в своей повседневной деятельности [1].

Пока преждевременно говорить, какая культура прогрессивна: является ли новый способ деятельности причиной утраты культуры слова или это наоборот - переход к новым образам. Для автора данной работы гораздо более важно подчеркнуть, что представители данной культуры существуют.

Глубина этой проблемы видна хотя бы в различии, увеличивающемся непонимании между генерацией школьников и студентов после 1980 года рождения и преподавателями. Студент, имеющий в своем распоряжении компьютер, подключенный к Internet, за один вечер работы в Сети может получить специальные знания, которые бы он не получил и за семестр занятий в библиотеке. В результате создается новая схема познания и освоения мира.

Схема "кликанья" кардинальным образом отличается от схемы чтения письма, просмотра телевизора, слушанья и чтения лекций. Чтение ассоциативно связывается с непрерывностью, гладкостью ведения взгляда по листу, умением "держать" длинный текст. Напротив, "кликанье" сопряжено с постоянными отходами, ответвлениями и ассоциируется с сингулярностью в каждой точке, неопределенностью цели, плохой предсказуемостью того, что увидишь после очередного запроса.

В результате этого процесса "Человек кликающий" рождает новые языки, новые знаково-смысловые пространства общения. Читается при этом не текст, а гипертекст и контекст. В связи с этим и рождается новое представление о форме новой коммуникативной сложности.

Использование информационной модели обучения

Не принижая роль традиционных приемов, ориентированных на использование речи в образовательном процессе, следует отметить появление новых методов обучения. Основная причина - рождаются новые языки и схемы понимания и усвоения знаний, менее связанные с говорением, словом, звуком, связанные со зрительным рядом, образом, формой, цветом [2].

Вообще выделяют следующие методические модели использования информационных технологий (ИТ) в учебном процессе [1,3]:

"модель изучения" - модель, предназначенная для изучения компьютера, программных интерфейсов. В данном случае происходит освоение инструмента, орудия труда. Данная модель имеет вспомогательное значение для реализации других моделей; 

"модель существования" ориентирована на использование программных сред, реализующих искусственные среды методом моделирования или создания виртуальной реальности; 

"модель управления собственной информацией". Обучаемый накапливает некоторые материалы, требующие особого внимания в смысле организации хранения, обновления и т.п.; 

"модель управления технологическим процессом". В учебном процессе может использоваться при компьютеризированном управлении физическими или химическими опытами; 

"модель творчества". При достаточном овладении компьютером перед обучаемым может быть поставлена задача, требующая нетривиального решения (творческого подхода); 

"модель общения". В основном данная модель связана с реализацией проектов взаимодействия между удаленными обучаемыми (или преподавателями); 

"модель просмотра" и "модель добывания информации". Данные модели связаны с самостоятельным отысканием материалов с использованием средств Internet, электронных энциклопедий и т.п.; 

"модель опосредованного взаимодействия" - непосредственное общение с компьютером участников учебного процесса не требуется, хотя полученная информация и определяет учебную деятельность.

Заметим: важность "модели изучения" при традиционном подходе была настолько велика, что на первых этапах использования ИТ в учебном процессе по сути заменяла все остальные. Изучение курса программирования, курса использования стандартного набора программных средств было единственной целью преподавания информатики.

В настоящее время происходит смещение ориентиров от изучения компьютера как такового к изучению информационных технологий. Интересно, что использование ИТ во всех моделях, кроме "модели изучения", применимо к любому общеобразовательному предмету.

Проблема приоритетного преподавания информатики как основы информатизации общества и достижения нового качества образования связана с изменением модели обучения [1,3]. Наблюдается переход от дисциплинарной модели, которая характеризуется классическими средствами хранения информации (книга и т.п.). Интерпретатором знания в данной модели выступает преподаватель. Напротив, информационная модель характеризуется не средствами хранения информации, а источниками информации (книга, услуги Internet и т.п.). Интерпретатором знаний выступает не преподаватель, а обучаемый (роль преподавателя - координатор учебного процесса).

Дисциплинарная модель обучения

Информационная модель обучения

Хранитель информации:

книга;

учебное пособие и т.п.

Источник информации:

книга;

учебное пособие;

базы данных и экспертные системы;

сервисы Internet и т.п.

 

Координатор учебного процесса - преподаватель.

Интерпретатор знания: преподаватель.

Интерпретатор знания: обучаемый.

Это качественно новая информационная модель обучения, когда сначала есть чувство, "что понимаю", но - понять не могу (вижу только верхушку айсберга), однако преобразования уже происходят [3].

Заметим, что роль преподавателя в информационной модели ни в коем случае не стоит принижать. Координация учебного процесса - это то, что требует повышенной квалификации учителя, овладения системоорганизующими способностями.

Объектно-ориентированный подход как метод информационной модели обучения

На взгляд автора работы, одним из методов, применяемых в информационной модели обучения, может служить так называемый объектно-ориентированный подход. 

Данный подход применяется достаточно широко при создании программных продуктов. Проблемы, которые мы пытаемся решить с помощью программного обеспечения, часто неизбежно содержат сложные элементы, а к соответствующим программам предъявляется множество различных, порой взаимоисключающих требований. Достаточно трудно понять, даже в общих чертах, как работает каждая такая система [6]. 

Основная область использования объектно-ориентированного подхода в учебном процессе, по мнению автора, также связана с решением задач с нечеткой логикой (во всех, кроме первой (см. выше) методических моделях использования ИТ в учебном процессе):

нестационарные задачи - отличаются эволюцией информации об объекте исследования; 

задачи с расплывчатым отражением некоторых зависимостей и плохо определенными ограничениями; 

задачи, в которых оценка решения производится по системе несогласованных (противоречивых) критериев; 

задачи с неоднозначно определенным решением; 

некорректные задачи [3].

Заметим, что характеристики учебных задач, стоящие перед пользователем Internet, принадлежат к описанным. В работе [6] описываются признаки сложной системы, под определение которой попадает и Internet (в [6] ссылка на работу Courtois, P. June 1985. On Time and Space Decomposition of Complex Structures).

Рассмотрим применение объектно-ориентированного подхода при решении типичной задачи, стоящей перед пользователем Internet: поиск информации с использованием программы для просмотра гипертекстов. Суть проблемы - найти URL-адрес (Uniform Resource Locator -унифицированный способ указания ресурсов), являющийся информационной моделью ресурса Internet, и восстановить по нему сам ресурс. Для простоты будем считать, что результат поиска - гипертекстовая страница. Данная задача характеризуется следующим:

уточнение направления поиска (технологии поиска) и уточнение содержания ресурса происходит в процессе выполнения поиска; 

результат поиска плохо формализован, поскольку набор ключевых слов (тезаурус), используемых при написании запроса поисковой машине, неоднозначен (возможно использование синонимов, двойных отрицаний и т.п.); 

противоречивость критериев определяется тем, что полнота получения списка URL-адресов часто конфликтует с достоверностью результатов; 

неоднозначность решения очевидна - возможно получение разных схожих ресурсов; 

результат получения информации непредсказуем (невозможность восстановления ресурса по URL-адресу).

Перечисленные характеристики задачи являются следствием того, что Internet - это сложная, самоорганизующаяся коммуникативная система, обладающая внезапно появляющимися свойствами. Поэтому методы, лежащие в основе традиционного подхода (описание единой технологии организации поиска), в данном случае неприменимы. Воспользуемся объектно-ориентированным подходом.

Суть объектно-ориентированного подхода состоит в следующем:

Четкое выделение понятия объекта - понятия, абстракции или любой вещи с четко очерченными границами, имеющей смысл в контексте рассматриваемой прикладной проблемы. 

Определение совокупности схожих объектов с одинаковым набором свойств, называемой классом объектов. 

Выделение особых характеристик объектов класса, которые будем называть атрибутами. 

Выделение операций над объектами класса, которые будем называть методами [6].

Перейдем к объектно-ориентированному описанию данной задачи. Пользователь манипулирует с классами объектов, называемых "гипертекстовыми страницами". Каждый представитель данного класса (экземпляр класса) имеет свойства (атрибуты):

URL-адрес; 

заголовок ресурса; 

текстовое содержание. 

Над гипертекстовыми страницами возможно выполнение операций: 

восстановление (конструирование) страницы по URL-адресу; 

закрытие страницы (уничтожение); 

просмотр страницы; 

сохранение результата в файле; 

выделение степени соответствия задаче.

Основное преимущество представления страниц как экземпляров класса - единообразное манипулирование с конкретными объектами, которые, возможно, пользователь видит первый раз в жизни. Нечеткое определение конкретного объекта, результата поиска, все равно входит в рамки данного класса.

Одна из особенностей объектно-ориентированного подхода - объединение в одном классе и атрибутов объекта и операций по их обработке. Принятое название такого свойства - инкапсуляция.

В процессе организации поиска пользователь сталкивается с более сложными гипертекстовыми ресурсами, например, результат (тоже ресурс), выдаваемый поисковой машиной, имеет дополнительное свойство - количество найденных URL-адресов. Пользователь в своем сознании создает новый класс объектов на базе известного класса, причем все те методы и атрибуты, которые были в базовом классе, наследуются классом-потомком. Данную особенность принято называть наследованием.

Результат организации поиска является также гипертекстовой страницей, однако выполнение метода "выделение степени соответствия задаче" для него выполняется иначе. Для страниц, принадлежащих классу "результат поисковой машины", релевантность определяется полнотой, а для класса "результат поиска" определяется по соответствию запросу (для класса просто "гипертекстовая страница" метод "выделение степени соответствия задаче" не определен, т.е. является абстрактным). При одинаковом названии метода пользователь выполняет разные действия. Данную особенность принято называть полиморфизмом.

Рассмотрим, какие преимущества дает использование особенностей объектно-ориентированного подхода (инкапсуляции, наследования и полиморфизма [6]) при решении подобных задач. Одной из сторон являются результаты, полученные при использовании синергетического подхода - концепции самоорганизации и саморазвития [1, 4].

Концепция самоорганизации, выдвинутая синергетикой, отличается от прежних, разрабатывавшихся ранее в рамках кибернетики и системотехники, тем, что основное внимание она обращает на раскрытие конкретных механизмов взаимодействия компонентов, приводящее к их упорядочению и образованию устойчивых структур. Данным механизмом при использовании объектно-ориентированного подхода становится система классов, выделяемых координатором учебного процесса - преподавателем и создаваемым в процессе решения задачи интерпретатором - обучаемым.

Концепция самоорганизации несет новые возможности стратегий и стилистики мышления, дающие нетрадиционные подходы ко многим проблемам. Сначала объекты ведут себя абсолютно независимо и в движении (изменении их свойств) не наблюдается никакой взаимной упорядоченности. Такое первоначальное состояние нередко характеризуют понятием "хаос" и "беспорядок". Затем при некоторых критических значениях поступающей извне информации возникает взаимодействие между объектами, и они начинают участвовать в согласованном, коллективном движении. Роль такой информации играет системоорганизующее понятие класса объектов. Благодаря этому беспорядок сменяется порядком, из хаоса возникает определенная устойчивая структура, то есть устанавливается постоянная взаимосвязь между компонентами, которые из прежних автономных объектов превращаются в элементы некоторой упорядоченной системы (находятся в иерархической системе классов объектов).

Синергетика на ряде конкретных примеров показала, что для сложных систем существуют малые, но очень эффективные организующие и управляющие воздействия. Усилия интерпретатора знаний направлены на создание и развитие так называемой активной среды области изучения. Благодаря существованию в активной среде так называемых автоволновых процессов происходит процесс саморазвития.

Как показал опыт кибернетики, для сложных систем - будь то сам человек, коллектив учащихся или Internet - управление по принципу саморегулирующихся и саморазвивающихся систем (механизмов) - единственный путь выживания [1, 4].

Возникает вполне естественный вопрос: "Нужны ли эти пугающие слова ... в классе, пахнущем детством? Не засушит ли "обнаученное" слово то живое, что там еще осталось? Может быть, это еще один заход на создание "бездетной педагогики"?" [5].

По мнению автора работы, в данном случае происходит не усложнение способа коммуникации обучаемого со средой обучения, а упрощение. Согласно предлагаемому объектно-ориентированному подходу мы видим отход от конкретных способов работы с каждым исследуемым объектом. Выполнение данной задачи практически невозможно при исследовании сложных систем [6]. Поскольку использование ИТ во всех моделях, кроме "модели изучения", применимо к любому общеобразовательному предмету, то очень часто при традиционном подходе происходит замена языка предметной области на язык интерфейса прикладной программы. Согласно объектно-ориентированному подходу, обучаемые интерпретируют знания о классах объектов и создают на его базе новые классы, применяя знания о уже известных классах (механизм наследования) и усложняя способ общения без изменения языка (полиморфизм). Обучаемый предельно упрощает язык общения со средой обучения и как следствие - на первое место выходит язык предметной области.

Пользователь (обучающийся) общается посредством некоторых образов - представлений экземпляров классов. Одно из следствий - у обучаемых вырабатывается так называемое системное мышление.

Заключение

Современная информатика как направление исследования становится системообразующим фактором, или метадисциплиной [1]. Правомерно утверждать, что с использованием средств информатики можно преподавать практически все учебные дисциплины и предметы. Информатика позволит решать проблемы "что, где, когда", т.е. могут быть получены ответы на вопросы: какие имеются информационные ресурсы, где они находятся и в какой последовательности, когда к ним возможен доступ.

Как известно, прогресс происходит не только благодаря открытию нового, но в не меньшей степени благодаря творческой реорганизации того, что мы уже знаем. В данном случае речь идет о том, чтобы достичь нового качества образования за счет реорганизации образовательного процесса с помощью приоритетного преподавания информатики и системной интеграции информационных технологий в самом образовательном процессе и в управлении образованием.

Список литературы

Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации // Проблемы информатизации высшей школы. 1998. №№3-4 / ГосНИИ системной интеграции. М., 1998 

Богатырь Б.Н., Кузубов В.Н. Системная интеграция информационных технологий в научно-образовательной сети. Доклад на Международной конференции по ДО // Проблемы информатизации высшей школы. 1995. №3 / ГосНИИ системной интеграции. М. 1995. 

Н.А. Калинина, Н.И. Костюкова, А.Е. Кудинов. Частное решение проблем перехода к объектно-ориентированным или проектно-информационным моделям обучения // 8-я Международная научно-методическая конференция "Новые информационные технологии в университетском образовании. Информационные технологии в преподавании естественнонаучных дисциплин" / (см. http://www.stu.ru/konf2001/index.html) 

В.И.Аршинов. Синергетика как феномен постнеоклассической науки. М.: ИФРАН, 1999. 

В. И. Редюхин. Синергетика - синяя птица образования // Научно-исследовательский семинар при Институте философии РАН и Московском синергетическом форуме (см. http://www.iph.-ras.ru:8100/~spts/index.htm). 

Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. М.: Бином, СПб: Невский диалект, 1998.