Объектно-ориентированный учебник как электронное средство для самостоятельного обучения студентов

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ УЧЕБНИК КАК ЭЛЕКТРОННОЕ СРЕДСТВО АЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ

Электронный учебник, трехмерная графика, режим реального времени, интерактивность, самостоятельная работа.

В требованиях образовательных стандартов 3-го поколения проблеме самостоятельного обучения студентов уделяется серьезное внимание. Актуальность повышения эффективности самостоятельного обучения учащихся с помощью электронных средств обусловлена противоречием между их потенциальными возможностями и слабой теоретической и практической проработкой вопросов электронного представления учебной информации, учитывающих психофизиологические особенности восприятия информации человеком.

Настоящая работа посвящена одному из способов разработки электронных учебников для самостоятельного обучения студентов предметным дисциплинам с использованием технологий трехмерной графики и мультимедиа на основе объек-тно-ориентированного подхода [Бойков, 2011, с. 39-47].

Современный электронный учебник должен решать следующие задачи.

1. Передавать информацию в удобной для восприятия форме, снижающей или исключающей неправильное понимание материала.

2. Мотивировать учащегося.

3. Использовать методы интенсивной педагогики (методы активного обучения, игровые методы).

4. Предоставлять средства контроля полученных знаний.

5. Адаптироваться к особенностям конкретного пользователя.

6. Быть легкодоступным для использования на любом аппаратном обеспечении.

Для решения первой задачи необходимо понимать, как человек хранит и обрабатывает информацию. Основываясь на общем знании о том, как работают нейроны, и предполагая, что путем их совместной работы осуществляются функции более высокого уровня, можно предложить следующую информационную модель памяти [Пак, 2008].

Представим сеть нервных элементов, на которых хранится информация о детали жесткого диска называемой «шасси», которая служит опорой для всех компонентов, защищает их от внешних воздействий и отливается из алюминия (рис. 1).

Все элементы этого сложного устройства находятся в виде связанных между собой образов, которые состоят из рецептивных и абстрактных составляющих. Очевидно, что чем больше составляющих формируют образ и чем больше связей между ними, тем больше человек знает об объекте.

Шасси как часть физической материи имеет определенную форму, размер, цвет, вес и текстуру поверхности. Это рецептивные составляющие образа, определяющие информационные свойства рассматриваемого объекта. Название, назначение объекта, его функции, модели поведения и взаимодействия с другими объектами, например защита компонентов накопителя, являются абстрактными (понятийными) составляющими, сформированными на основе имеющегося у человека

опыта и знаний. Абстрактные понятия деятельности и действий также являются производными от образов. Например, слово «закрыто» не может быть понято без наличия приведенных на рис. 2 образов. Конечно, можно передать суть понятия посредством других слов, но и они нуждаются в образном представлении.

Защищает их от внешних воздействий

Рис. 1. Образ детали жесткого диска, хранящийся на группе нейронов

Закрыто

Рис. 2. Слово «закрыто» и формирующие его образы,

Наибольший процент информации человек воспринимает зрением, то есть визуальный компонент является главным и наиболее устойчивым звеном в образе объ-

екта. Добавление к визуальному образу понятий и характеристик является естественным и привычным процессом познания окружающего мира [Андерсон, 2002].

Основная задача, которая стоит перед разработчиком, — это создание готовых для запоминания, ярких и уникальных образов и формирование устойчивых связей между ними. При этом необходимо обеспечить информационный принцип восприятия — «части и целое». Любой объект представляется целостной сущностью, состоящей из частей. Описание объекта необходимо проводить двояко — путем описания его свойств и описания каждой его части. Наиболее важно уделить внимание связям и взаимодействию этих частей, не упуская из виду целостность объекта.

Для дисциплин, содержание которых связано с изучением реальных объектов, целесообразно разрабатывать электронные учебники с использованием трехмерной графики в режиме реального времени. Данная технология позволяет пользователю взаимодействовать с трехмерными моделями. Учащийся может самостоятельно выбирать ракурс обзора объектов и темп их изучения, что вызывает живой интерес исследователя и практически исключает неправильное понимание материала, поскольку представляет объект изучения таким, как он есть.

Большая часть объектов в представленных ЭУ интерактивна, а модели поведения уникальны и раскрываются только в ответ на действия пользователя:. Самый простой и распространенный тип интерактивности в объектно-ориентированных ЭУ — демонстрация учащемуся подсказки с описанием активированного элемента. Учащийся нажимает на интересующие его объекты и получает необходимое текстовое описание, при этом текст прочно и однозначно связывается с выделенным объектом, формируя и дополняя образ (рис. 3).

Рис. 3. Процесс изучения устройства барабана-сепаратора.

Такая механика процесса имеет целый ряд преимуществ.

В отличие от созерцания видео и чтения текста, учащийся активно участвует в процессе получения новой информации.

1. Ученик сам выбирает направление и темп обучения.

2. Внимание ученика направлено на изучаемый элемент, ученик алертен, готов к получению новой информации, поскольку сам активирует объекты.

3. Формируются прочные и однозначные связи между составляющими образа и т. д.

Текстовые сообщения, как правило, разбиваются на несколько уровней. Самый верхний уровень — это название объекта, оно доступно при наведении курсора мыши. Для получения более подробного описания необходимо нажать на объект. Таким образом, ученик может регулировать глубину изучения (рис. 4).

Крышка

Крышка закрывает шасси, образуя гермозону - полость жесткого диска, внутри которой находиться очищенный от пыпи воздух.

Обеспечение чистого беспыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для его работы.

Именно поэтому не вскрывайте винчестер.

Рис. I. Название объекта, и его описание

Большинство реальных устройств и механизмов совершают какие-либо действия, то есть находятся в динамике. Демонстрация этих процессов, созданная с помощью анимации или программного кода, является важной составляющей объектного ЭУ. Как и текст, анимация включается пользователем. Вместо того чтобы писать о том, что двигатель в винчестере вращает диски, создавая воздушный поток, который проходит сквозь фильтр, весь этот процесс можно показать, сделав получение информации опосредованным, запоминающимся и интересным (рис. 5). Помимо наблюдения объектов в динамике, в объектно-ориентированных ЭУ у пользователя есть возможность этой динамикой управлять. Например, перемещая ползунок, можно изменять ток на катушке и поворачивать блок головок. Такие интерактивные элементы необходимо включать в учебник как можно чаще, так как именно они делают образы изучаемых объектов уникальными и запоминающимися. Без них учебник становится просто справочником, каталогом деталей, а его изучение превращается в рутину.

Структура объектного ЭУ существенно отличается от традиционных учебников. Информация организована таким образом, чтобы каждая порция обеспечивала изучение какого-либо одного существенного признака изучаемого объекта.

Катушка ПIсипатока

Электрический ток. протекающий через

катушку, взаимодействует с полем *

постоянного магнита и б зависимости от своей величины

и полярности поворачивает блок головок.

Рис. 5. Анимация и органы управления

Предъявление информации отдельными порциями, приближающимися к объему кратковременной памяти, предотвращает явление замещения. При этом на экране постоянно сохраняются в свернутом виде «следы» предшествующих порций информации. Обращение внимания к этим «следам» в определенном смысле эквивалентно многократности повторения. Причем учащемуся нет необходимости проявлять волю и прикладывать усилия для повторения материала, процесс становится автоматическим.

Структура объектно-ориентированного ЭУ определяется, прежде всего, структурой реально существующего или абстрактного объекта и не ограничена линейностью повествования, как в тексте или видео. По сути, материал структурируется не разработчиком, а объективной реальностью, что существенно упрощает и улучшает понимание.

Поскольку ЭУ состоит из отдельных интерактивных объектов, представленный подход дает новые возможности для контроля знаний и адаптивности ЭУ. Объекты ЭУ способны реагировать на определенные события, следовательно, позволяют собирать и использовать информацию об активности пользователя. Например, изученные элементы можно подсвечивать определенным цветом, рассчитывать процент изученного материала, акцентировать внимание на пропущенных объектах. Всю эту информацию можно хранить в базе данных и использовать для адаптации учебника к ученику и выставления объективной оценки. Все представленные в статье учебники способны работать в браузере и являются частью информа-ционно-обучающего портала. Зарегистрировавшись один раз на таком сайте, пользователь получает доступ к ЭУ, при этом каждый учебник получает из базы личные данные пользователя. Такая обучающая система позволяет:

1. Сохранять процесс прохождения учебника. Пользователь сможет продолжать работу с ЭУ с того места, где закончил.

2. Сохранять результаты тестирования, данные об изученных и пропущенных темах, затраченное на изучение время.

3. Лично обращаться к ученику по имени и с учетом пола. Можно менять сложность ЭУ в зависимости от возраста и специальности.

4. Взаимодействовать ЭУ между собой. Сложность и направленность материала может изменяться в зависимости от успехов ученика в изучении других учебников.

5. Формировать открытые рейтинги успеваемости, что создаст соревновательный мотив для улучшения своих результатов.

Конечно, назвать объектно-ориентированный подход универсальным нельзя. Его преимущества очевидны в тех областях знаний, предметом которых являются устройства и механизмы, и слабо представляется использование в таких дисциплинах, как язык и литература. Тем не менее имеется успешный опыт создания объек-тно-ориентированного учебника по истории и философии науки (рис. 6), главной концепцией которого являются диалог с виртуальными философами и взаимодействие с элементами мира соответствующей эпохи. Эти элементы находятся в учебнике не случайно, Фалес Милетский одет в голубой хитон и стоит на набережной потому, что считает воду первоосновой мироздания. Используя такие якоря, можно существенно улучшить запоминание материала и разнообразить его.

Таким образом, можно сделать вывод, что объектно-ориентированный подход позволяет реализовать дидактические, методические, психофизиологические требования, предъявляемые к ЭУ на более высоком уровне. Объектно-ориентированные ЭУ лучше адаптированы для условий самостоятельной работы. Все это подтверждается проведенными автором исследованиями, где сравнивались текстовый и видеоучебники с объектно-ориентированными ЭУ. При одинаковом времени обучения и при наличии одинаковой графики и текста ученики, использовавшие объектный ЭУ, давали гораздо больше правильных ответов в тестовых заданиях (рис. 7). Однако более важны проявленные в ходе исследования интерес и желание учеников работать с такими программами. Объектные ЭУ привлекают не только изучающих данную тематику, но и тех, кто не имеет к ней никакого отно-

шения. Люди разного возраста и образования с удовольствием изучают представленные в ЭУ объекты и стараются добиваться 100 %-ного результата во встроенных в ЭУ системах тестирования.

Текст Видео Новый учебник

Усвоение материала

Рис. 7. Результаты исследования

У объектно-ориентированных ЭУ есть один существенный недостаток — большая трудоемкость разработки. На проработку даже небольшой тематики могут уйти сотни человеко-часов. Разработкой объектно-ориентированных ЭУ, по мнению автора, должны заниматься специализированные студии, имеющие в своем штате дизайнеров, Зс1-моделеров, программистов и менеджеров. Только команда ИТ профессионалов при участии преподавателей и методистов может за достаточно короткий срок создать качественный, интересный и конкурентоспособный продукт.

Таким образом, электронные учебники, разработанные на идеях объектно-ориентированного подхода с использованием трехмерной графики, представляют эффективное средство для самостоятельного обучения учащихся.

Библиографический список

1. Аленичева К. Электронный учебник: проблемы создания и оценки качества // Высшее образование в России. 2001. № 1. С. 121-123.

2. Андерсон Дж. Когнитивная психология. СПб.: Питер, 2002. 496 с. (Мастера психологии).

3. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М.: Филинъ, 2003. 613 с.

4. Бойков Е.В. Объектно-ориентированный подход к созданию электронных учебников // Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2011. № 2.

5. Зайнутдинова Л.Х. Создание и применение алектронных учебников (на примере общетехнических дисциплин). Астрахань: ЦНЭП, 1999.

6. Коменский Я.А. Избранные педагогически© сочинения: в 2 т. М.: Педагогика, 1982. Т. 1. 656 с.; т. 2. 576 с.

7. Пак Н.И. Информационное моделирование: учеб. пособие / Краснояр. гос. пед, ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск. 2008.