Принципы проектирования автоматизированного учебно-методического комплекса

В.М. Дмитриев, И.В. Дмитриев, В.М. Ушаков, A.B. Шутенков. Принципы проектирования..

план выступала цель обеспечить путем индивидуализации элитарное образование детей имущих классов, чтобы дать им преимущество в

1. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Принципы обучения, согласно работе В.И. Заг-вязинского [1], рассматривают в современной дидактике как рекомендации, направляющие педагогическую деятельность и учебный процесс в целом, как способы достижения педагогических целей с учетом закономерностей и условий протекания образовательного процесса.

Гармоничность педагогического процесса достигается путем регулирования сочетания и взаимодействия его элементов с учетом законов и принципов обучения, поэтому необходимо ориентироваться не на отдельные принципы обучения, а на их систему, а при проектировании компьютерных средств поддержки процесса обучения - на систему требований к педагогическим средствам и программным продуктам.

Дидактические требования. Проанализируем применительно к автоматизированному учебно-методическому комплексу (АУМК) дидактические требования к педагогическим программным средствам. Можно выделить две группы требований:

1) требования к АУМК как к дидактическому средству вообще (традиционные дидактические требования научности, доступности, проблемно-сти, наглядности, систематичности и последовательности обучения, активности и сознательности учащихся в процессе обучения, прочности усвоения знаний, единства образовательных, развивающих и воспитательных функций обучения);

2) требования к АУМК как к средству новых информационных технологий (новые дидактические требования индивидуальности, интерактив-

развитии своих способностей. В настоящее время на первый план выдвигаются цели максимального развития всех одаренных детей.

ности, адаптивности обучения, системности и структурно-функциональной связанности представления учебного материала, полноты (целостности) и непрерывности дидактического цикла обучения).

По нашему мнению, деление дидактических требований на упомянутые две группы может быть только условным. Действительно, требование индивидуальности, адаптивности обучения, системности и структурно-функциональной связанности представления учебного материала, полноты (целостности) и непрерывности дидактического цикла обучения могут предъявляться и к традиционной, без применения компьютеров, технологии обучения. Следовательно, необходимо рассматривать эти требования в их системной взаимосвязанности и взаимообусловленности, без выделения «традиционных» и «новых».

Научность содержания и методов учебного процесса означает его сближение с современным научным знанием и общественной практикой, единство логического и образного познания мира [2]. При организации обучения с применением АУМК требование научности обучения реализуется на более высоком уровне. Действительно, средства современных информационных технологий позволяют представлять научные исследования с помощью математического и имитационного моделирования, более глубоко изучать предметы и явления благодаря технологии мультимедиа.

Требование доступности обучения, по И.Ф. Харламову, предполагает определение степени слож-

Литература

Темина С.Ю. По пути развития школьника. М.; Воронеж, 1999. Бине А. Измерение умственных способностей. СПб., 1998. Унт И.Э. Индивидуализация и дифференциация обучения. М., 1990. Дружинин В.Н. Психология общих способностей. СПб., 1999.

Менчинская H.A. Проблемы обучения, воспитания и психического развития ребенка. М.; Воронеж. 1998.

Малинецкий Г.Г., Кащенко С.А., Потапов А.Б. и др. Математическое моделирование системы образования // Синергетика и

методы науки. СПб., 1998.

Капица С.П. и др. Синергетика и прогнозы будущего. М., 2001.

Зеличенко В.М., Трифонова Л.Б. Вероятностное описание процесса обучения // Изв. высш. учебных зав. Сер.: Физика. 2001. Т. 44. № 1.

УДК 378.164/. 169

В.М. Дмитриев*, И.В. Дмитриев*, В.М. Ушаков**, A.B. Шутенков*

ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники "Томский государственный педагогический университет

Вестник ТГПУ. 2002. Выпуск 2(30). Серия: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ

ности и детальности изложения учебного материала с учетом индивидуальных особенностей мыслительной деятельности и памяти учащихся, а также уровня их подготовки и развития [3]. Требование доступности обучения выполняется в АУМК за счет возможности выбора темпа изучения дисциплины и числа повторений обучающего воздействия сообразно с индивидуальными потребностями и особенностями личности обучаемого.

Проблемностъ обучения обеспечивает усиление мыслительной активности обучаемого. Вместе с тем, отмечает И.Я. Лернер, нецелесообразно и невозможно представлять все учебные задачи в форме проблемной ситуации: «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» [4, с. 51-52].

Наглядность обучения, важность обеспечения которой для успешного обучения подчеркивалась такими педагогами, как Я.А. Коменский и К.Д. Ушинский, означает чувственное восприятие изучаемых явлений и их личное наблюдение обучаемыми. Наглядность обучения, которая первоначально рассматривалась как путь познания от конкретного к абстрактному, в настоящее время имеет различные трактовки, например как постоянный переход между конкретным и абстрактным (принцип заполнения пространства между конкретным и абстрактным). Это пространство познания является территорией функционирования принципа наглядности. Наглядность обучения может быть опосредована различными схемами, таблицами, картами, диаграммами, на которых действительные объекты представлены обобщенно с помощью условных обозначений. Компьютерное представление учебной информации отличается высоким качеством, динамичностью, направленностью на полисенсорное восприятие информации, следовательно, можно существенно повысить наглядность обучения за счет использования возможностей компьютерного представления информации.

Практически все исследователи склоняются к мнению о том, что при использовании компьютерных учебных программ (КУП) значительно повышаются активность и сознательность обучения. При этом усиливается необходимость управления процессом обучения, поскольку полная свобода выбора способов организации учебных действий может привести студента к выбору нерациональных путей изучения той или иной учебной дисциплины. Такого рода проблема чаще

возникает при использовании предметно-ориен-тированных программных сред (микромиров), основанных в основном на принципах конструктивизма.

Требование системности и последовательности обучения Ю.К. Бабанский определяет как формирование знаний, умений и навыков «в определенном порядке, в системе: каждый элемент учебного материала логически связывается с другими, последующее опирается на предыдущее и готовит к усвоению нового» [5, с. 36].

Общее направление изучения основ науки определяется логикой учебного предмета, а конкретный путь обучения - логикой учебного процесса, т.е. последовательностью этапов обучения. По-мнению М.А. Данилова, «логика учебного процесса находится в теснейшей связи с логикой учебного предмета, но... не является простой проекцией логики учебного предмета, его программы и содержания учебника. Логика учебного процесса есть сплав логики учебного предмета и психологии усвоения учащимися преподаваемого учебного материала» [6, с. 97].

Требование прочности усвоения знаний выполняется благодаря наглядности, доступности обучения, а также возможности запоминания учебного материала посредством глубокого осмысления, интерпретации каждым студентом, имеющим возможность неоднократного обращения к изучению.

Требование единства образовательных, развивающих и воспитательных функций обучения может быть реализовано в АУМК на более высоком уровне, поскольку благодаря использованию новых информационных технологий наряду с теоретическим понятийным мышлением развиваются другие виды мышления (практическое и наглядно-действенное), происходит расширение кругозора студента, появляется возможность доступа к мировым информационным ресурсам, создаются предпосылки для интеллектуального и личностного развития.

Индивидуальность обучения при использовании компьютерной технологии обучения осуществляется на качественно более высоком уровне, в частности потому, что преподаватель освобождается от рутинного труда (например от проверки большого количества типовых задач) и может уделять больше времени каждому студенту. Кроме того, очевидно, что преподаватель не может в любой момент ответить на вопрос каждого студента в силу того, что студентов в группе много. К компьютеру же студент может обратиться в любой момент и неоднократно, сообразуясь с индивидуальными способностями и особенностями личности.

Интерактивность обучения представляет собой взаимодействие (интерактивный диалог) сту-

В.М. Дмитриев, И.В. Дмитриев, В.М, Ушаков, A.B. Шутенков. Принципы проектирования..

дента с компьютером посредством обратной связи, или учебный компьютерный диалог. Под диалогом обычно понимают обмен информацией с участием двух сторон. Компьютерные технологии вводят более широкое понимание диалога, когда основным признаком диалога считается не обмен речевыми сообщениями собеседников, а наличие нескольких позиций, как отмечает Е.И. Машбиц [7, с. 69].

Адаптивность обучения означает приспособление процесса обучения к индивидуальным особенностям обучаемого - к уровню знаний, умений, психологическим характеристикам того или иного студента [8]. Адаптивность может осуществляться на различных уровнях (в порядке возрастания): 1) возможность выбора наиболее приемлемого индивидуального темпа изучения материала; 2) предложение той или иной траектории обучения на основе диагностики состояния, уровня знаний и индивидуальных особенностей студента (здесь возникает проблема трудности установления всех возможных характеристик пользователей); 3) применение методов искусственного интеллекта, когда автоматически создаются образы и модели пользователей, определяется уровень знаний и умений пользователя.

Л.Х. Зайнутдиновой в [9] сформулированы требования обеспечения полноты (целостности) и непрерывности дидактического цикла обучения, означающие возможность выполнения всех звеньев дидактического цикла в пределах одного сеанса работы с КУП, и требование системности и структурно-функциональной связанности представления учебного материала. Системность и структурно-функциональная связанность представления учебного материала необходима, так как КУП являются не только педагогическими, но и программными системами, а программная реализация учебного курса без систематизации и структуризации учебного материала просто неосуществима.

Методические требования к АУМК отражают особенности преподавания конкретных дисциплин. Особенности преподавания теоретических основ электротехники (ТОЭ) и других общетехнических дисциплин заключаются в высоком уровне абстрактности, иерархичности и большой логической взаимосвязанности научных понятий.

Известно, что базой, необходимой для изучения общетехнических дисциплин (таких как электротехника, термодинамика, гидравлика, теоретическая механика и некоторые другие) вообще и ТОЭ в частности, служат теоретические знания, полученные в основном из курсов математики и физики. Предметом изучения ТОЭ являются теоретические основы электротехнических систем и устройств. Спецификой преподавания ТОЭ является обеспечение перехода от наиболее об-

щих абстрактных понятий курсов физики и математики к изучению реальных технических систем и устройств.

По мнению Т.В. Кудрявцева [10], технические понятия имеют особую структуру, обусловленную многообразием свойств и функций материально-технических объектов, и отражают существенные связи и отношения технических объектов. Здесь нет двух самостоятельных задач: формирования знаний и обучения приемам их использования. Указанные две задачи слиты воедино во времени, поскольку техническое понятие, каким бы абстрактным оно ни было, по содержанию своему нацелено на практическое использование, имеет прикладной характер.

Следовательно, обучающие воздействия АУМК должны активизировать понятийные, действенные и образные компоненты мышления.

Система научных понятий общетехнических дисциплин отличается иерархической структурой и высокой степенью логической взаимосвязанности этих понятий. При этом имеют место взаимные связи как между понятиями одного и того же уровня абстракции, так и между понятиями различных уровней. Следовательно, система научных понятий теоретических основ электротехники должна быть представлена в АУМК как иерархическая структура логически взаимосвязанных понятий.

Чтобы обеспечить усвоение системы научных понятий дисциплины, необходимо включить в АУМК задачи, которые предоставляют студенту возможность контролируемых тренировочных действий.

Психологические требования заключаются в учете индивидуальных психологических особенностей обучаемых и проектировании учебно-методических комплексов в соответствии с эргономическими нормами. И.Ю. Соколовой [11] доказано, что реализация в учебном процессе основных психологических концепций обучения способствует развитию различных интеллектуальных способностей студентов. К основным психологическим концепциям обучения относятся: «обучение на высоком уровне трудности»; развитие психических познавательных процессов - восприятия, внимания, памяти, мышления, воображения, речи, в том числе в процессе общения; развитие образного и пространственного мышления; развитие индуктивного и дедуктивного мышления с приоритетом последнего; проблемное обучение; формирование системного знания.

Основные психолого-педагогические концепции реализуются в АУМК посредством следующих его характеристик и функций: модульное разноуровневое, иерархическое гипертекстовое представление теоретического материала, применение структурно-логических схем (на кото-

Вестник ТГПУ. 2002. Выпуск 2 (30). Серия: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ

рых информация представлена дедуктивным способом), подбор заданий (задач) различных уровней трудности, возможности повышения уровня трудности планов вычислительных экспериментов (ВЛ) вплоть до уровня научных исследований.

Индивидуализация обучения, с точки зрения И.Ю. Соколовой, является важнейшим аспектом гуманизации образования и предполагает обучение студентов с учетом их индивидуально-психологических особенностей и склонностей к определенной профессиональной деятельности. Обучение с учетом индивидуально-психологических особенностей (темперамента, самооценки, уровня притязаний и развития интеллектуальных способностей, когнитивных стилей и т.д.) способствует активизации и повышению эффективности познавательной деятельности студентов и, следовательно, развитию их интеллекта и психики в целом.

Очевидно, что с применением АУМК связана автоматизация образовательной деятельности, которая позволяет дать каждому студенту отдельного репетитора, в роли которого выступает компьютер. Значительно облегчается формирование педагогом индивидуальных (индивидуализированных) заданий и контроль правильности их выполнения, поскольку эти функции выполняются в автоматизированном режиме. Данный вывод, по нашему мнению, справедлив также применительно к дифференцированному обучению, предполагающему деление учащихся на типологические группы и подбором для каждой группы соответствующих обучающих воздействий и форм организации учебного процесса, которые учитывают как индивидуальные, так и обобщенные типологические особенности обучаемых.

Рассмотрим некоторые эргономические нормы, которые необходимо учитывать при проектировании АУМК.

Полиэкранный пользовательский интерфейс имеет преимущества перед одноэкранным - он позволяет следить за многими показателями одновременно и получать более полное представление о происходящих процессах (например, при моделировании). Необходимо разрабатывать интерфейс с учетом критериев эргономической эффективности, которые определяют следующие основные требования к интерфейсу, сформулированные Е.Б. Моргуновым в [12]:

- наиболее важные и часто используемые окна следует располагать в центре экрана, а менее важные - по периферии. Поля ввода-вывода информации лучше воспринимаются, если они расположены в нижней части экрана, причем кнопки и индикаторы, связанные с ней, должны быть расположены рядом;

- необходимо учитывать, что симметричность размещения информации на экране ассоциируется с ее статичностью, основательностью, асимметричность же ассоциируется с динамичностью информации и используется для передачи причинно-следственных связей между элементами экрана, а также для представления процесса во времени;

- окна должны размещаться на экране в соответствии с логикой работы пользователя.

С позиций дидактической кибернетики, объектом которой является учебно-познавательная деятельность, изучаемая методами и средствами общей теории управления, можно сформулировать следующие основные установки, которые должны учитываться в требованиях к зрительному контакту студента с монитором в обучающем компьютерном диалоге. Расположение натурального объекта на бледном фоне способствует концентрации внимания на объекте, яркий же фон отвлекает внимание от главного. Цифровые массивы и аналитические выражения также следует располагать на бледном фоне, так как в этом случае при восприятии цифрового массива внимание концентрируется на обобщении до аналитических моделей, а при восприятии аналитического выражения формируются умения применять данные аналитические выражения в конкретных ситуациях. Располагая символические выражения (графики, знаки, условные обозначения) на ярком фоне, при разумно подобранном фоновом изображении, можно добиться более эффективного восприятия и осмысления полезной составляющей информации.

Изложенные выше принципы проектирования и критерии качества обучающих программ учитывались нами при создании АУМК.

Наше понимание АУМК, обеспечивающего эффективность образовательного процесса, заключается в следующих основных положениях.

1. АУМК предназначен для повышения эффективности образовательного процесса посредством дополнения его компьютерными образовательными технологиями.

2. АУМК представляет собой многофункциональную систему, эффективность которой достигается, если теоретическое, программное и методическое обеспечение создается с позиций системного психолого-педагогического и информационного подходов.

3. АУМК должен поддерживать все виды и формы учебных занятий и выполнять функции компьютерного учебника, включающего структурно-логические схемы (СЛС), компьютерного задачника, виртуальной лаборатории. Необходима также функция оперативной диагностики уровня знаний.

В.М. Дмитриев, В.М. Зеличенко, А.Ю. Филиппов, О.Н. Шарова. Формализованное описание..

Все это способствует активизации и повышению эффективности познавательной деятельности студентов, развитию их интеллектуальных способностей и повышает качество управления учебным процессом.

Таким образом, автоматизированный учебно-методический комплекс - это комплексная обучающая интерактивная компьютерная система, обеспечивающая целостность процесса обучения, деятельность по изучению теоретического материала, решению типовых задач и выполнению индивидуальных заданий, математическое и имитационное моделирование, диагностические и сервисные функции. АУМК может применяться на аудиторных занятиях и для самостоятельной работы студентов всех форм обучения.

В состав АУМК входят следующие основные компоненты:

- компьютерный учебник (КУ);

- компьютерный задачник (КЗ);

- виртуальная лаборатория (ВЛ);

1. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. 11.

12.

Без решения задач курс физики не может быть усвоен. Многие учащиеся, пытаясь усвоить предмет, испытывают затруднения в решении задач. Это объясняется не только сложностью данного вида занятий, но и недостатком в подборе и методике решения задач по школьному курсу физики. Поэтому в традиционной методике используют наибо-

- автоматизированная система контроля, тестирования и обработки результатов (система АСТОР) - диагностический блок;

- учебные и учебно-методические пособия на бумажных носителях информации.

Такая структура АУМК обусловлена принципом комплексного обеспечения учебного процесса, обеспечивающим его целостность, возможность применения на всех видах занятий.

Выделим следующие основные отличительные особенности АУМК.

1. Возможность обучения по любой траектории, отсутствие жесткого сценария, свободный переход между блоками (КУ, КЗ, ВЛ).

2. Крупноблочное представление информации в КУ, использование СЛС.

3. Наличие генератора параметров задач.

4. Использование в ВЛ действующей системы автоматизированного моделирования МАРС, что позволяет проводить занятия с элементами научных исследований.

лее общие приемы и методы решения типовых задач, которые формируют физическое мышление и дают соответствующие практические умения и навыки, сберегают время. Для лучшего понимания материала задачи классифицируют по условию, содержанию, методу решения и т.д. На рис. 1 представлен один из способов классификации задач.

Литература

Загвязинский 8.И. Дидактика высшей школы: Текст лекций. Челябинск, 1990. Беспалько В.П. Теория учебника. Дидактический аспект. М., 1988. Харламов И.Ф. Педагогика. М., 1997. Лернер И.Я. Проблемное обучение. М., 1974.

Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса: Методические основы. М., 1982.

Данилов М.А. Принципы обучения // Дидактика средней школы. Некоторые проблемы современной дидактики / Под ред. М.А. Данилова и М.Н. Скаткина. М., 1975.

Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М., 1988.

Дмитриев В.М., Фикс Н.П. Автоматизированное рабочее место студента-преподавателя: компьютерный задачник и виртуальная лаборатория по электротехнике и электронике // Тр. Междунар. форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 2. М., 2000.

Зайнутдинова Л.Х. Психолого-педагогические требования к электронным учебникам (на примере общетехнических дисциплин). Астрахань, 1999.

Кудрявцев Т.В. Психология технического мышления. М., 1975.

Соколова И.Ю. Структурно-логические схемы и эффективность обучения // Тез. докл. республ. конф. «Инициатива-92». Казань, 1990.

Моргунов Е.Б. Человеческие факторы в компьютерных системах. М., 1994.

УДК 378.164/. 169

В.М. Дмитриев* В.М. ЗеличенкоА.Ю. Филиппов% О.Н. Шарова"

ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНОГО ТИПА ЗАДАЧ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники "Томский государственный педагогический университет