Виртуальная среда обучения: состав и функции

Литература

1. Мухин О.И, Мыльников Л.А. Система ди-

станционного образования «Виртуальная школа» // Информатика и образование. 1999. № 4. С. 65-70.

2. Баяндин Д.В, Мухин О.И. Обеспечение

доступности и непрерывности образования на основе перспективных компьютерных технологий // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. трудов. Вып.12. М.: Изд-во ИОСО РАО, 2001. С. 49-51.

3. Мухин О.И, Шевелев Н.А, Полякова O.A.

Интерактивный контент, современные технологии и организация учебного процесса в дистанционном образовании // Сборник тезисов докладов III международной конференции по вопросам применения информационно-коммуникационных технологий в образовании. M.: Moscow Education, 2009.

4. Мухин О.И, Мухин К.О, Полякова O.A.

Среда проектирования, технологии обучения и модели знаний // Открытое и дистанционное образование. 2010. №1. С. 54-58.

KOSTYGOV A, MUKHIN O, POLYAKOVA O. INTERACTIVE SOFTWARE TOOL KIT IN DISTANCE EDUCATION SYSTEM

The article presents the approaches to delivering educational content to distance education students. It highlights the arguments for the organization of distance education by applying virtual learning objects - interactive models of learning objects for academic subjects. The organization of the quality monitoring system in distance education system by using interactive models is considered.

Keywords: monitoring system, interactive models, computer based training, professional profile. _

Виртуальная среда д.в. баяндин, доцент обучения: состав

и функции

Реализация принципов сознательности, активности и самостоятельности в учении является одной из важнейших задач модернизации системы образования. Ее решению способствует накопленный потенциал современных информационно-коммуникационных технологий, в первую очередь - технологий математического и компьютерного моделирования. В статье обсуждается структура виртуальной среды обучения и функции входящих в ее состав виртуальных учебных объектов. Примеры приводятся для предметной области «физика».

Ключевые слова: информационно-образовательная среда, виртуальная среда обучения, математическое и компьютерное моделирование, интерактивность.

Уже достаточно продолжительное вре- ке же их решению препятствует традиция

мя в российской системе образования дек- обучения на основе прямой передачи зна-

ларируется идея о необходимости перено- ний педагогом и дефицит необходимых

са центра тяжести учения на самостоятель- ресурсов и условий, в том числе отсутствие

ную работу школьников и студентов, на современной среды поддержки самостоя-

развитие механизмов их самообразования тельной учебной работы. Одновременно

и формирование новой информационной сказывается неготовность выпускников

культуры. Достижимость перечисленных учебных заведений применять полученные

задач возрастает с введением нового по- знания.

коления государственных образователь- Для решения обозначенных проблем

ных стандартов (ФГОС ВПО). На практи- требуется серьезная модернизация инфор-

мационно-образовательной среды, одно из перспективных направлений в этом плане - развитие виртуальной среды обучения, содержащей интерактивные учебные объекты. Постепенно складывается понимание того, что эффективная полнофункциональная среда обучения должна основываться на технологиях математического и компьютерного моделирования. Однако вопросы оптимизации структуры такой среды, уточнения свойств и функций ее элементов, их внутренней организации требуют разработки.

Информатизация образовательного процесса на определенном этапе приводит к появлению нового феномена - виртуальной среды обучения как совокупности технологий, учебно-информационных ресурсов и структур данных, образующих функционально полную систему, призванную обеспечивать все возможные формы деятельности пользователя (педагога и учащегося) в процессе учения. Эта среда является носителем метатехнологии и организационных форм образовательного процесса.

Виртуальная среда обучения имеет сложную структуру. Она содержит:

• средства, ориентированные на обучение и его обслуживание (средства подготовки и предъявления информации; средства обработки и передачи информации внутри среды обучения; средства взаимодействия пользователей внутри среды друг с другом и с внешним миром - электронная почта, удаленный сетевой доступ, периферийные устройства, реальные приборы и оборудование; системы, обеспечивающие связность среды обучения, единство «правил игры» в ней (эту роль могут выполнять ЬйтЛ-продукты, образовательные платформы, оболочки дистанционного обучения и др.);

• различные электронные средства образовательного назначения (ЭСОН) с их предметным наполнением и системой обеспечения учебно-информационного взаимодействия с пользователем, включая рег-

ламент предъявления и потребления учебной информации, организацию обратной связи, управление процессом обучения;

• педагогические инструментальные средства, которые могут выполнять различные функции (среды разработки ЭСОН; средства обеспечения функционирования ЭСОН; инструмента настройки ЭСОН на уровень пользователя);

• решатели задач, формулируемых в ЭСОН;

• базы данных, в том числе отражающие результаты обучения;

• ссылки на внешние библиотеки (книги, программы), информационные сайты;

• систематизированные файлы пользователей (материалы преподавателя и учащегося, продуцируемые при подготовке к обучению и по ходу его).

Виртуальная среда обучения может функционировать как на одном компьютере, так и в локальной сети образовательного учреждения или даже в глобальной сети. В среде работают конечные пользователи, педагоги и учащиеся (хотя координирует процесс обучения и обслуживает его администратор, который на нынешней стадии развития программных средств должен обладать знаниями и навыками профессионального программиста). Среда обучения может быть ориентирована на отдельную учебную дисциплину, а может включать в себя широкий их спектр. Пользователи группируются внутри среды «по интересам»: по изучаемым дисциплинам, возрасту или стадии обучения, «прикрепленности » к тому или иному преподавателю, а также по формам возможной совместной деятельности (проектная деятельность, деловые игры). Такая группа может быть названа виртуальным классом, но ее состав по сравнению с традиционным классом более подвижен.

Проектирование виртуальной учебной среды должно проводиться на основе обобщенной дидактической модели учебного процесса, охватывающей все фазы обучения: предъявляющую иллюстративно-

демонстрационную, лабораторно-исследо-вательскую, тренажерную, контролирующую. Наилучшим представляется тот вариант организации среды обучения, когда ее технологической основой служит инструментальная система визуального проектирования и математического моделирования [1]. Она позволяет реализовать все необходимые функции среды и все возможные типы виртуальных учебных объектов. В этом случае в рамках среды обучения преподаватель имеет доступ к инструментам, обеспечивающим возможности развития информационного наполнения среды и организационно-методических форм работы с ней учащихся. В идеале он может редактировать не только методические тексты (материалы преподавателя), но и элементы среды вплоть до модели обучения. Учащийся имеет доступ к инструментам, обеспечивающим выполнение учебных заданий и создание собственных файлов (отчеты, рефераты и другие материалы).

Важнейшим элементом виртуальной среды обучения являются электронные средства образовательного назначения (ЭСОН), необходимые для осуществления собственно процесса предметного обучения в соответствии с локальными (в смысле времени и персоналий) задачами. ЭСОН определяют как «программное средство, в котором отражается некоторая предметная область, в той или иной мере реализуется технология ее изучения, обеспечиваются условия для осуществления различных видов учебной деятельности » [2, с. 65]. Отдельные программно-педагогические средства, как правило, не обеспечивают единых стандартов и преемственности процесса обучения на различных его этапах; эти функции призвана выполнять виртуальная среда обучения. Естественной надстройкой над виртуальной средой обучения является система мониторинга и управления.

Рассмотрим структуру полнофункционального ЭСОН- программного средства, обеспечивающего поддержку широкого

спектра форм организации учебных занятий и видов учебной деятельности, и состав его виртуальных учебных объектов. Такое программное средство включает структурированный контент по конкретной дисциплине (группе дисциплин)и технологии взаимодействия пользователя с соответствующими видами информации. В идеале это не только информационная технология, но и «выращенная» на ее почве педагогическая технология.

В состав программно-педагогических средств ЭСОН входят виртуальные учебные объекты, представляющие собой его содержательное наполнение, и объекты, позволяющие организовать работу пользователя. Выделим следующие компоненты полнофункционального ЭСОН:

• предметно-информационный, представленный описательно-иллюстративной и интерактивной моделирующей частями и предназначенный для описания реального мира в рамках изучаемой предметной области с помощью аппарата учебной дисциплины;

• предметно-процедурный, ориентированный на усвоение и закрепление знаний, выработку умений и навыков, оценку качества этих процессов на основе интерактивных задач, тренажеров и тестов;

• методический;

• навигационный (навигаторы, справочники, поисковые системы, структурно-логические модели дисциплины, отражающие взаимосвязи ее понятий и законов).

Функционирование большей части компонентов ЭСОН обеспечивается педагогическими средствами. Каждому компоненту среды соответствуют свои формы организации учебного материала, а им, в свою очередь, - различные виды виртуальных учебных объектов.

С позиций использования ЭСОН как средства усиления деятельностного компонента процесса учения и его индивидуализации основным типом учебного объекта являются интерактивные задачи и интерактивные тренажеры, назначение которых - формирование знаний, умений, навыков и компетенций. Компьютерная система на этапе тренажа регламентирует необходимые шаги, позволяет последовательно рассмотреть ключевые ситуации, проходя их с постепенным повышением сложности заданий, оценивает правильность действий в измененных и нестандартных ситуациях, обеспечивает при необходимости возможность возврата к типовым ситуациям, реализуя цикличность процесса учения, осуществляет детальный контроль, проводит статистическую обработку результатов и отслеживает динамику развития учащихся.

Тренажерно-контролирующую часть в учебной среде предваряет иллюстративно-демонстрационный ряд (видео, анимация, интерактивные модели, а также максимально структурированный и лаконичный статический ряд, например, в виде опорного конспекта). Интерактивный визуальный ряд не только обеспечивает новое качество наглядности, но и позволяет контролировать уровень уяснения, осмысления и усвоения предъявляемых материалов, адекватность этих процессов. Для этого изложение теории должно быть насыщено несложными, но контекстно привязанными заданиями, требующими активного восприятия, анализа и обобщения учебной информации. Ошибки в ответах являются поводом к повторному прохождению материала, его дополнительному осмыслению.

Интерактивные модели локально-исследовательского характера (модельные лабораторные стенды) и модельные конструкторы не просто продолжают иллюстративно-демонстрационный ряд, но способствуют развитию мышления, самостоятельности, навыков исследования, формированию модельного знания. При работе с моделями (в качестве дополнения к лабораторному практикуму) учащиеся осуществляют в режиме диалога такие формы деятельности, как наблюдение, сопоставление, обобщение, выбор, анализ результатов, поиск условий для реализации поставленной задачи, конструирование ситуаций и систем. Это особенно важно для самостоятельных, инициативных учащихся, которым работа с тренажерами представляется рутинной, но полезной. В то же время для слабых, неподготовленных учащихся работа с моделями обычно малопонятна и сложна, поэтому при проведении модельного практикума необходимы значительные усилия педагога по организации эффективной работы учащихся, желательно в аудиторном варианте.

Таким образом, функции виртуальной среды обучения тесно связаны с функциями входящих в ее состав виртуальных учебных объектов, прежде всего, наиболее сложных - интерактивных моделей и построенных на их основе интерактивных задач и тренажеров.

Интерактивным компьютерным моделям учебного назначения, как и моделям научно-исследовательским, присущи определенные гносеологические функции:

аппроксимационная - описание действительности с некоторым огрублением, упрощением и последующим итерационным ростом адекватности модельного описания явления, дополняемым элементами его объяснения);

заместительно-эвристическая -выполнение роли одной из ступеней в процессе познания);

экстраполяционно-прогностичес-

кая - перенос свойств модели на изучаемый объект, построение и проверка теории, постановка подтверждающего эксперимента (формулировка условий его осуществления) и объяснение явления (установление причинных и закономерных связей, раскрытие их сущности);

трансляционная - перенос информации с изученной сферы на неизученную, имеющую существенные черты сходства с первой;

иллюстративная - демонстрация явления с целью установления связи между чувственным и логическим, конкретным и абстрактным.

Гносеологическими функциями определяются дидактические и методологические функции учебных интерактивных моделей. Например, в работе [3] дидактические функции моделей связываются с возможностями их использования как средства наглядности при предъявлении знания, как средства отработки познавательных умений и формирования навыков и каксредства контроля уровня сформированности знаний и умений учащихся. Основная методологическая функция моделей - формирование опыта учебного исследования, в ходе которого происходит получение субъективно нового знания, а модельный эксперимент выступает в качестве метода познания.

Для реализации технологизированной системы обучения, способной обеспечить относительно автономную работу учащихся, экспертные системы заданий, репетиторов, тренажеров должны фиксировать информацию об успешности выполнения заданий. Эта информация будет обработана интеллектуальным ядром обучающей среды - глобальной экспертной системой [1], которая должна содержать:

• систему ведения с обучаемым диалога, в ходе которого строится модель его знаний по данной дисциплине;

• базовую, достаточно универсальную модель (алгоритм) обучения;

• автоматизированную систему нави-

гации, обеспечивающую генерацию - на основе полученной модели знаний и базовой модели обучения - индивидуализированной образовательной траектории.

Желательно также, чтобы глобальная экспертная система имела развитый интерфейс, предпочтительно самоценный, то есть информативный и облеченный в наглядную графическую форму. Весьма удобным представляется его совмещение с интерфейсом системы навигации.

Таким образом, глобальная экспертная система должна:

а) по ответам учащегося (правильным и неправильным) определять, какие знания, умения и навыки не сформированы в должной мере, то есть уметь измерять знания и строить модель знаний учащегося;

б) при необходимости кратко, но корректно и наглядно объяснять материал;

в) быть способной направленно задавать новый вопрос, генерировать очередное задание, то есть направлять работу учащегося в среде.

При наличии такой системы возможно создание дополнительной мотивации обучения - игровой (повторить, догнать, преодолеть помехи), проблемной или иного рода. Появляется возможность индивиду-ализированно и автоматически определять целесообразный объем занятий учащихся: каждый должен усвоить основной материал ценой, соответствующей его способностям и исходному уровню подготовки. При этом если в процессе учения обеспечен непрерывный рост уровня сложности (то есть сложность нарастает последовательно и постепенно), то даже относительно большой объем работы воспринимается учащимся легче и усваивается быстрее и надежнее, чем при выполнении немногих разрозненных заданий, содержание которых не складывается в "мозгу" обучаемого в систему. Все это помогает формированию некоторой - в идеале оптимальной для данного учащегося - индивидуальной траектории обучения в компьютерной среде.

В целом глобальная экспертная система решает задачу управления обучением со стороны компьютерной среды. Результаты работы экспертной системы и содержание файлов журналов работы пользователя являются исходными данными для систем мониторинга.

В порядке реализации изложенных выше положений (подробнее см. [4]) в рамках инновационной образовательной программы ПГТУ разработаны и внедрены в учебный процесс три компьютерных комплекса: интерактивных лекционных демонстраций по физике, модельных лабораторных работ и интерактивных тренажеров для формирования навыков решения физических задач, - которые служат основой вузовской виртуальной среды обучения физике.

Литература

1. Мухин О.И., Мухин К.О, Полякова О.А.

Среда проектирования, технологии обучения и модели знаний // Открытое и дистанционное образование. 2010. № 1. С. 54-58.

2. Роберт И.В. Толкование слов и словосоче-

таний понятийного аппарата информатизации образования // Информатика и образование. 2004. № 5. С. 22-29; № 6. С. 63-69.

3. Оспенникова Е.В. Использование инфор-

мационно-коммуникационных технологий в преподавании физики. М.: БИНОМ, 2010. 655 с.

4. Баяндин Д.В. Моделирующие системы как

средство развития информационно-образовательной среды (на примере предметной области «физика»). Пермь: Изд-во Пермского гос. тех. ун-та, 2007. 330 с.

BAYANDIN D. THE VIRTUAL TUTORING ENVIRONMENT: CONTENTS AND FUNCTIONS

The realization of the principles of consciousness, activity and independence in learning is one of the most important problems of modernizing of the education system. The solution of this problem is promoted by an accumulated potential of modern information-communication technologies, first of all - technologies of mathematical modelling and computer simulation. In the article the structure of a virtual environment of educational purpose and the functions of virtual educational objects which form it are discussed. The examples are given for the knowledge domain «physics».

Keywords: communication and education environment, virtual tutoring software, mathematical and computer modelling (simulation), interactive training.