Текст книги "Использование информационных и коммуникационных технологий в образовании"

1 Принцип свободы доступа к информационному и обучающему материалу.

2 Принцип территориальной и временной независимости при организации обучения.

3 Принцип распределенности субъектов образовательного процесса.

4 Принцип широкого охвата аудитории – принцип массовости обучения.

5 Принцип индивидуальности и коллективности при организации обучения.

6 Принцип реального и отсроченного взаимодействия субъектов образовательного процесса в условиях работы компьютерной среды.

7 Принцип интегрированности образовательных ресурсов и средств обучения в единое информационное и образовательное пространство страны и за ее пределами. Принцип интегрированности образовательных ресурсов тесно связан с принципом распределенности обучающего и информационного материала и позволяет значительно расширить кругозор субъектов образовательного процесса и реализовать принцип интеграции образовательной системы учебного заведения в единое информационно-образовательное пространство страны с выходом за ее пределы.

Знание принципов организации и развития любой образовательной технологии дает возможность выбирать и разрабатывать необходимые средства обучения, отвечающие определенным требованиям.

4.3 Подходы и этапы проектирования компьютерных средств обучения

Разработка технологии производства компьютерных средств обучения преследует цели:

1) ускорение разработки, повышение качества и надежности средств обучения и контроля.

2) унификация подготовки КСО, что позволит преподавателюпредметнику, не являющемуся специалистом в области программирования, готовить авторские автоматизированные курсы обучения и контроля.

3) обеспечение возможности непрерывного уточнения и обновления материала, выносимого на рассмотрение.

Проектирование систем обучения на базе ИКТ должно отражать следующие положения:

1) обучение – это синтез видов деятельности обучающей и учебной;

2) в основе обучения должны быть положены цели достижения эффективности выполнения дидактической задачи (ДЗ). Одной из подцелей выполнения ДЗ является создание таких педагогических условий, которые позволят выполнить учебные задачи, поставленные обучаемому. Четкая постановка дидактической задачи приводит и к более полному выполнению учебной задачи. Исходя из сказанного, выполнение дидактической задачи можно рассматривать как управляющее воздействие на обучаемого. Следовательно, можно утверждать, что эффективность обучения может быть измерена качеством решения дидактической задачи;

3) достижение целей обучения в компьютерной среде возможно путем формализации обучающей деятельности педагога. Эта деятельность представлена в виде: целенаправленного процесса воздействия обучающей системы, обеспечивающей управление учебной деятельностью; способов формализации учебного материала; анализа степени восприятия обучаемым материала, представленного в формализованном виде;

4) все компоненты обучения: созданные технические средства обучения в виде компьютерных (электронных) средств обучения; выбор и подготовка учебного материала; модели обучения и взаимодействия должны рассматриваться в контексте личной деятельности субъектов образовательного процесса, отражающей личностно-ориентированный аспекты как обучающей, так и учебной деятельности;

5) разработка компьютерных средств обучения является особой задачей теории управления и не может быть решена только на технологическом уровне, поэтому для создания эффективной системы обучения на базе ИКТ необходимо учитывать принципы и закономерности предметной области управления – образовательного процесса, требующего учета соответствующих психолого-педагогических проблем и особенностей управления педагогическими системами.

Выделим основные стадии создания компьютерных средств обучения:

1) стадия формирующая (разработка концептуальной модели образовательного процесса в компьютерной среде, выявление принципов и требований реализации модели в виде программного комплекса);

2) стадия концептуального проектирования: детальный анализ начального уровня подготовленности, типов мыслительной деятельности обучающегося; анализ необходимости, возможности и целесообразности использования различных алгоритмов управления познавательной деятельностью обучающегося; рассмотрение требований и особенностей изучаемой предметной области; обоснование необходимости сопровождения изучаемого материала статическими и динамическими приложениями; разработка общей архитектуры системы обучения;

3) стадия реализации модели образовательного процесса в компьютерной среде: создание системы формирования готовности педагогов к совместной работе с разработчиками компьютерной среды обучения; разработка системы обучения с учетом разноуровневого и многоуровневого обучения; создание или выбор готовых инструментальных средств разработки программного комплекса обучающей системы; реализация гибкой системы оценки действий обучающихся; возможность и необходимость (по запросу обучающегося) включения педагога в работу обучающей системы; обеспечение разнообразных видов взаимодействия всех субъектов образовательного процесса; реализация сетевого варианта обучения; различные варианты прерывания работы системы обучения; сохранение результатов и маршрута обучения; разработка всех приложений, моделирующих требования предметной области; реализация возможности обращения обучающегося к информационным источникам и внешним программам;

4) стадия внедрения и сопровождения заключается в апробации и отладке разработанного программного комплекса в реальных условиях эксплуатации. Необходима оценка эффективности работы созданной системы обучения не только с технологической точки зрения, но и с точки зрения дидактической эффективности обучающей среды. Необходимо сопровождение созданного КСО, которое предполагает разработку: сопроводительной документации для администрирования программного продукта; методик и рекомендаций пользователям по эксплуатации обучающей системы; системы оценки эффективности работы по разным основаниям (эффективность обучения, трудозатраты педагога по созданию и наполнению предметным материалом обучающей среды, другое); возможных нештатных ситуаций и пути выхода из них.

Рассмотрим более подробно стадии проектирования и реализации.

Проектирование и дальнейшая реализация технологии обучения на базе ИКТ и созданных средств обучения требует выделения ряда этапов:

1) анализ целей, заложенных в дидактической задаче при обучении, анализе целесообразности и условий выполнения учебной задачи, возможных способов ее решения, которые, по сути, должны быть заложены при постановке дидактической задачи;

2) анализ обучающей и учебной деятельности субъектов в традиционной и компьютерной среде обучения;

3) поиск подходов и способов формализации выделенных управляющих воздействий в процессе обучения;

4) моделирование и алгоритмизация обучающей и учебной деятельности субъектов;

5) программная реализация созданных алгоритмов;

6) представление и формализация предметной области, конкретной темы (вопроса), при изучении которой применение компьютера позволит расширить (или углубить) знания о предмете (процессе), узнать новые свойства предмета или проследить развитие процесса в таких условиях, которые трудно или невозможно реализовать в обычных (лабораторных) условиях;

7) проработка как отдельного этапа в изучении темы, так и всей последовательности этапов с подробным описанием структуры обучающего материала и особенно типов и алгоритмов обучающих заданий;

8) разработка моделей и методик организации обучения в компьютерной среде;

9) испытание программ не только с точки зрения их функциональной работоспособности, но и с точки зрения достижения запланированных результатов обучения – решения дидактической и учебной задач;

10) разработка системы критериев для оценки эффективности созданной системы обучения;

11) оценка эффективности влияния компьютерных средств обучения.

Еще раз подчеркнем, что основной целью проектирования и создания автоматизированной системы обучения на основе информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) является обеспечение роста дидактической эффективности обучения, повышение качества учебного процесса, обеспечивающего подготовку специалистов..

4.4 Требования к разработке компьютерных средств обучения

Основываясь на принципах общей дидактики и принципах компьютерного обучения, кратко представим требования, которым должны удовлетворять компьютерные средства обучения.

Разработка технологии производства компьютерных средств обучения преследует цели:

1. Ускорение разработки, повышение качества и надежности средств обучения и контроля.

2. Унификация подготовки КСО, что позволит преподавателюпредметнику, не являющемуся специалистом в области программирования, готовить авторские автоматизированные курсы обучения и контроля.

3. Обеспечение возможности непрерывного уточнения и обновления материала, выносимого на рассмотрение.

На основе анализа научных публикаций и выше рассмотренного опыта разработки и эксплуатации созданных компьютерных средств обучения, предлагаем обобщить требования, которые необходимо рассматривать при создании компьютерных средств обучения.

К основным требованиям разработки КСО следует отнести:

1) учет индивидуальных особенностей обучающегося: типа мыслительной деятельности и уровня развития памяти; начального уровня подготовленности; индивидуального темпа обучения; других особенностей;

2) реализация гибкого алгоритма управления процессом познавательной деятельности на основе анализа успехов обучения конкретного обучающегося;

– предоставление обучающемуся возможности самостоятельного выбора траектории обучения и последующей ее корректировки в зависимости от результатов работы последнего;

– обеспечение разноуровневого обучения и контроля;

– обеспечение различного уровня контроля (пошаговый, поэтапный, итоговый) с предоставлением информации о результатах контроля обучающемуся и преподавателю в разной степени детализации и форме;

– возможность проведения апелляций в случаях несогласия со стороны обучающегося с результатами аттестации, проведенной в процессе выполнения УЗ или введенного обучающимся ответа;

– обеспечение непосредственного включения педагога в работу системы обучения в режиме апелляции (on/off – line режиме);

– сохранение истории обучения каждого обучающегося по конкретному предмету;

– адаптивность компьютерного средства обучения к индивидуальным особенностям обучающегося;

– предоставление возможности обучающемуся выхода из КСО в другие среды работы с последующим возвратом в точку выхода;

3) представление обучающей информации в разных форматах и обоснованным использованием мультимедийных технологий, используемых при подготовке материала для изучения;

4) применение метода моделирования как при постановке обучающих заданий, так и при выполнении творческих работ в компьютерной среде обучения;

5) обеспечение гибкого, персонализированного, разнопланового диалога в обучающих системах;

6) предоставление обучающемуся возможности ввода ответов в разнообразной форме (свободной фразой; сложного ответа с перестановкой слов в ответе; ответа строгой конструкции; альтернативного ответа; в других формах);

7) высокая интерактивность работы в компьютерной системе обучения, предоставление обучающемуся возможности создавать запросы системе в случаях непонимания или неоднозначного восприятия поставленного обучающего задания;

8) обеспечение дизайн-эргономических требований к представленному обучающему материалу, предоставление возможности обучающемуся индивидуальной настройки работы в системе, обеспечение удобного интуитивно понятного интерфейса;

9) стремление к унификации компьютерных средств обучения и контроля с использованием инструментальных сред создания КСО и единых требований подготовки предметного обучающего материала;

10) создание развитой поисковой системы по материалам среды обучения: режимы «лупа»; «автопоказ»; наводящие вопросы, другое;

11) реализация в компьютерном средстве обучения различных видов помощи посредством различных форм диалога, обучающих воздействий, наличие специально отведённого места для рефлексии обучаемых;

12) наличие интуитивно понятного дружелюбного интерфейса;

13) использование всех возможных способов предъявления информации в виде текста, графики, анимации, гипертекста, мультимедиа; обучаемый должен иметь возможность пролистывания информационного материала в обоих направлениях «вперед-назад» с возможностью установления типа и размера шрифта, а также повторения любого фрагмента желаемое число раз;

14) обеспечение контроля утомления обучаемого, блока релаксации: последний должен содержать тематически однородные небольшие «банки» шуток, афоризмов, музыкальные фрагменты и т. д.;

15) обеспечение регистрации обучаемого, создания протокола и ведения истории обучения, накапливание результатов обучения и информирование обучающегося об успехах учебной деятельности с целью последующей корректировки действий обучающегося;

16) обеспечение надёжности работы системы: техническая корректность; защита от случайного или неправильного нажатия; обеспечение адекватной реакции на любые, даже самые неожиданные ответы обучаемых; программа не должна «зависать» из-за непредвиденной последовательности срабатывания отдельных ее модулей или других причин.

Как видно из приведенных рассуждений, разработка компьютерных средств обучения очень непростая задача, точнее комплекс задач, решение которых позволяет создать условия для самостоятельной работы обучающегося, повышения качества подготовки и обеспечения непрерывного самообразования.

Представим в виде таблиц 6-8 часть системы критериев, по которым можно оценить как само компьютерное средство обучения, так и эффективность компьютерного обучения (Полная система критериев представлена в монографии автора «Теория и технологии компьютерного обучения и тестирования»).

Таблица 6 – Психолого-педагогические характеристики компьютерного средства обучения

Таблица 7 – Дидактические характеристики компьютерного средства обучения

Таблица 8 –Технологические характеристики компьютерного средства обучения

Итак, мы рассмотрели основные характеристики компьютерных средств обучения. Безусловно, качество КСО и эффективность их применения зависит от тех компонентов, которые составляют структуру компьютерного средства обучения.

Рассмотрим концептуальную структуру компьютерных средств обучения различного типа: котрольно-обучающих и тестирующих программ; электронного гиперссылочного учебного пособия; интерактивного задачника.

4.5 Структура и алгоритмы электронных компьютерных средств обучения

При разработке электронного учебного пособия необходимо первоначально разработать его структуру, порядок следования учебного материала, вид навигации по разделам, сделать выбор основного опорного пункта будущего пособия. Представленная на рисунке 9 блочная схема компьютерного средства обучения отражает необходимость для КСО основных характерных блоков:

– блоки информационно-теоретического учебного материала, который должен быть хорошо структурированным, отвечающим ранее рассмотренным принципам и требованиям разработки и оформления материала;

– блоки навигационно-поисково-управленческого направления являются самыми сложными и важными компонентами компьютерного средства обучения и педагогического взаимодействия. Именно эти блоки должны обеспечить интерактивность и адаптивность работы всей системы, предоставлять обучающемуся удобства навигации по всему подготовленному материалу, выход в другие образовательные среды в том числе и Интернет, многие другие действия. Блок управления познавательной деятельностью обучающегося является принципиально новым блоком по отношению к традиционному средству обучения (учебнику, например). Использование результатов успехов учебных достижений обучающегося позволяет строить гибкие алгоритмы управления обучением с помощью компьютерного средства;

Рисунок 9 – Общая структура компьютерного средства обучения

– блоки обеспечения практической работы обучающегося в компьютерном средстве должны предусмотреть выполнение лабораторных работ, решение задач с помощью интерактивных решателей задач, выполнение курсовых работ с запросом методических рекомендаций по выполнению работ. Важным режимом работы в любой среде обучения является возможность проведения контролирующих операций разных уровней сложности – пошаговой, промежуточной, итоговой.

Безусловно, на примере обобщенной схемы программного средства обучения, реализующего разные задачи, невозможно конкретно рассмотреть особенности построения разных типов компьютерных средств обучения.

Рассмотрим наиболее распространенные в настоящее время типы компьютерных средств обучения: электронного гиперссылочного учебного пособия; интерактивного задачника; контролирующей (тестирующей программы).

Контрольно-обучающие программы (КОП), моделирующие действия педагога и обучающегося, делятся на следующие виды:

– программы прямого управления (линейные) – моделируют пояснительно-иллюстративный характер обучения.

– программы циклические (разветвленные) – способны моделировать проблемный характер обучения и личностно-деятельностный подход к обучению.

Учитывая, что проблемный и личностно-деятельностный подходы к обучению более способствуют развитию личности, требуют гибкого алгоритма управления и разнообразных видов контроля, при разработке компьютерных средств обучения следует ориентироваться на разветвленный вид управления в программах.

Важной проблемой при ведении учебной деятельности является вопрос контроля усвоения материала, который к тому же очень трудоемкий. В рамках традиционных форм обучения педагог затрачивает много времени на занятиях для контроля степени усвоения материала, причем этот контроль – итоговый, при ведении которого, в основном, обеспечивается лишь констатация факта «знает – не знает». Следующий этап учебного процесса при такой форме контроля должен выполняться в любом случае, поскольку он носит массовый характер. Не усвоившие материал, в лучшем случае, доработают его самостоятельно или обратятся за консультацией к педагогу, но часто такое «неусвоение» приводит к накоплению пробелов в знаниях, что и является основной причиной неудовлетворительных результатов в учебе.

Организация непрерывного пошагового контроля при разработке контрольно-обучающих программ позволяет преобразовать процесс обучения, так как дает возможность индивидуально им управлять. Контрольнообучающие программы как разновидность компьютерных средств обучения строятся с использованием различных видов контроля (пошаговый, этапный, итоговый), но в основе функционирования контрольно-обучающих программ лежит пошаговый контроль, что позволяет строить обучающие программы по такому принципу, чтобы разрешать изучение следующей темы (вопроса) только при достаточно полном усвоении предыдущего материала. На рисунке 10 представлен алгоритм контрольно-обучающих программ, реализованных в виде инструментальных сред с разделением функциональной части управления обучением, действиями обучающегося и изучаемым материалом предметной области. Предложенный и реализованный автором еще в 1990 году принцип разделения функциональной и предметной частей позволяет применять созданную инструментальную оболочку компьютерных программ для подготовки автоматизированных курсов обучения и контроля по разным предметам.

Представленный на рисунке 10 алгоритм контрольно-обучающей программы основан на рассмотренной ранее концептуальной модели учебного процесса. При разработке алгоритма были учтены основные принципы и дидактические требования, рассмотренные выше, предъявляемые к компьютерным средствам обучения. В программе реализовано разноуровневое обучение/контроль, достаточно хорошо проработан блок анализа ответов, вводимых обучающимся. Программа предоставляет возможность ввода ответов в разнообразной форме: альтернативный; вычислительного характера; ответмаска; ответ свободно конструируемый с учетом смысловых зон, что позволило строить сложные обучающие задания.

Введенный в программы блок «Апелляция» внес элементы гуманитарной среды, что обеспечило непосредственное общение педагога и обучающегося в процессе работы программы. Разработанные на основе представленного алгоритма контрольно-обучающие программы прошли все этапы разработки и внедрения.

Алгоритмы разноуровневого и многоуровневого обучения позволяют управлять познавательной деятельностью обучающегося (к примеру, включение блоков апелляции в компьютерные программы обучения и контроля), что позволило повысить не только надежность работы контрольнообучающих программ, но и повысить достоверность оценки результатов работы обучающего в компьютерной среде.

Дальнейшим развитием представленных алгоритмов контролирующих и контрольно-обучающих программ является алгоритм обучения ПРОБЛЕМА (алгоритм описан в работах автора), главным отличительным признаком которого является предложенная идея контекстного подхода в компьютерном обучении.

Рисунок 10 – Граф алгоритма многоуровневого обучения

Рисунок 11 – Граф алгоритма многоуровневого контроля

На рисунке 11 представлен граф алгоритма многоуровневой контролирующей программы, разработанный автором. Программа зарегистрирована в РОСПАТЕНТ под именем АИССТ (автоматизированная интерактивная система сетевого тестирования). На модернизированную версию программы, которая в настоящее время является составной частью информационноаналитической системы управления Оренбургского государственного университета в 2011г. получено свидетельство о государственной регистрации в ФС РФ по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Наряду с огромными дидактическими возможностями главной проблемой создания контрольно-обучающих программ является высокая трудоемкость.