Анализ электронного средства учебного назначения и рекомендации по его использованию 6 страница
С появлением в сети Интернет большого количества разнородной информации, предназначенной для различных категорий пользователей, возникло понятие распределенное электронное обучение.
Распределенное электронное обучение основано на эффективном использовании учащимися возможностей ИКТ в учебной и внеучебной деятельности. Расширение платных и бесплатных информационных образовательных ресурсов Интернета не только открывает учащемуся доступ к учебной информации, но и позволяет управлять собственным обучением, изучать более глубоко различные дисциплины на специальных курсах, обучаться одновременно в различных учебных заведениях.
Возможности электронного обучения в школе следует рассматривать с позиций сокращения времени на выполнение рутинных операций, обеспечения доступа к разнообразной информации и обучающим программам, автоматизации процессов поиска и представления учебной информации учениками и учителями. Последнее поколение систем (платформ) для электронного обучения интегрировано с автоматизированными системами управления учебным заведением.
В модели распределенного электронного обучения цели, содержание, методы и организационные формы обучения становятся подвижными и доступными для изменения в рамках конкретной школы. Это надо иметь в виду, потому что в условиях информационного общества учитель должен уметь быстро находить все необходимые информационные и методические ресурсы (соответствующие текстовые, графические, видео- и аудиоматериалы, обучающие программы, инструментальные средства организации Данных, средства хранения, обработки и поиска информационных
ресурсов, методические разработки, планы занятий, тесты), иметь доступ к мировым образовательным ресурсам.
Что же касается идеологии распределенного электронного обучения на основе Web-технологии, то она принципиально изменила роль учителя как организатора познавательной деятельности учащихся, стимулирования и мотивации учебной деятельности, контроля и самоконтроля, изменив характер информационных взаимодействий в учебном процессе.
3.2.Дидактические и методические цели использования электронных средств учебного назначения в образовательном процессе
Учитывая результаты педагогических исследований и современные представления о личностно ориентированной и деятельностной технологии обучения, выделим дидактические цели использования информационных образовательных ресурсов, программных и электронных средств учебного назначения на уроке:
• формирование знаний и умений;
• сообщение сведений;
• закрепление знаний;
• контроль усвоения;
• обобщение;
• совершенствование умений.
Принимая во внимание современный уровень развития средств информационных и коммуникационных технологий, рассмотрим основные методические цели использования электронных средств учебного назначения в образовательном процессе.
1. Индивидуализация и дифференциация процесса обучения. Индивидуализация обучения основана на индивидуальном подходе к каждому обучаемому, выборе индивидуального содержания обучения, индивидуальной траектории обучения и развития личности обучаемого. Индивидуальный и дифференцированный подходы реализуются за счет включения обучаемых в те или иные виды самостоятельной деятельности, обучения по индивидуальному плану (например, за счет возможности поэтапного продвижения к цели по линиям различной степени сложности).
Обучение не может стать индивидуализированным до тех пор, пока группа обучаемых рассматривается только как нечто целое, единое. Полноценное развитие личности каждого обучаемого основано на максимальном учете его психофизиологических особенностей и при условии его активного самовыражения и саморазвития.
В свою очередь, психофизиологические особенности ребенка (личностные предпочтения, склонности, мотивация, уровень подготовленности к восприятию учебного материала) выявляются с помощью серьезного психологического тестирования. С применением различных диагностирующих и тестирующих программ осуществляется комплексная диагностика как интеллектуального потенциала обучаемых, так и уровня знаний, умений, навыков. Полученные данные учитываются при составлении индивидуальной карты обучаемого, т.е. «траектории» его обучения, включающей в себя обязательные учебные курсы, представленные на различных уровнях. В процессе разработки карты обучаемого следует учитывать возможность самостоятельного выбора обучаемым режима изучения данного предмета. Предлагаемые режимы обучения должны быть дифференцированы по уровню сложности и видам учебной деятельности.
Это означает разделение учебного материала, вопросов и заданий по уровню сложности, видам учебной деятельности, объему изучаемого материала. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют обучающие системы, которые позволяют работать на разных уровнях сложности, генерировать задания, учитывать особенности восприятия, внимания, памяти, мыслительных процессов, темперамента и волевых качеств обучаемых, их индивидуальной мотивации.
Таким образом, индивидуальная траектория развития личности обучаемого учитывает уровень и, если это возможно, профиль обучения при обязательном изучении предусмотренного в программе учебного материала.
Итак, использование средств ИКТ способствует существенному расширению возможностей индивидуализации и дифференциации обучения, предоставляет каждому обучаемому персонального педагога, роль которого выполняет компьютер.
2. Осуществление автоматизированного контроля с диагностикой ошибок, самоконтроля и самокоррекции.Современные программы позволяют не только оценивать результаты учебной деятельности, но и фиксировать ошибки и затруднения в ответах обучаемого, выявлять наиболее часто встречаемые ошибки, констатировать причины ошибочных действий обучаемого и предъявлять на экране компьютера соответствующие комментарии, выдавать рекомендации обучаемым и обобщенные Данные педагогам. Система обеспечивает возможность анализировать действия ученика, использовать коммуникации между Учеником и учителем, реализовать широкий спектр обучающих воздействий, генерировать задания в зависимости от интеллектуального уровня конкретного обучаемого, уровня его знаний, Умений, навыков, особенностей его мотивации, осуществлять
компьютерное управление рассылкой заданий и т.д. Например, система может показать, что ббльшая часть класса не отвечает на вопросы по какой-то теме, или обратить внимание учителя на то, что ученики хорошо отвечают на простые вопросы, но не умеют решать задачи.
3. Предоставление каждому ученику возможности самостоятельного приобретения знаний, а также обеспечение условий, способствующих его саморазвитию, самообучению и самообразованию. Использование электронных средств учебного назначения и электронных учебников позволяет организовать самостоятельную учебную деятельность каждого ученика на занятии, предоставляя таким образом ему возможности для самообучения, формирования культуры учебной деятельности; создает условия для возникновения активности обучаемого. Самостоятельная работа обучаемого с электронным средством приводит к смещению акцентов на самоконтроль, самоуправление, что способствует развитию волевых качеств личности и творческого мышления, становлению неповторимой индивидуальности ребенка.
4. Автоматизация трудоемких вычислительных работ и деятельности, связанной с числовым анализом. Автоматизация сложных вычислений позволит обучаемому сконцентрировать внимание на понимании сущности изучаемого явления или процесса. В данном случае освободившееся учебное время можно использовать на занятии более продуктивно. Умение перевести проблему из реальной действительности в адекватную модель, исследовать эту модель, правильно интерпретировать результаты исследования — важнейшие элементы информационной культуры обучаемых.
5. Моделирование и имитация изучаемых или исследуемых объектов, процессов или явлений, демонстрация на экране компьютера объекта, его составных частей или их моделей — компьютерная визуализация учебной информации. Компьютерные моделирующие программы не только являются электронным дополнением к традиционным учебным пособиям, но и позволяют использовать компьютер в качестве настольной мини-лаборатории, реализуя при этом интерактивный режим работы обучаемого с системой.
Выделим два основных направления развития компьютерного моделирования: имитационное и математическое.
Имитационное моделирование отражает сущность протекающих явлений и процессов без построения строгой математической модели. Такая разновидность компьютерного моделирования осуществляется посредством анимации и иногда называется физическим моделированием. Проведение лабораторных заня-
тий с использованием средств компьютерного моделирования позволяет визуализировать разного рода явления и процессы, которые не поддаются непосредственному наблюдению. Современные моделирующие программы позволяют ученикам не только увидеть и изучить явления и процессы, но и исследовать их, собрать информацию, провести наблюдения в ходе исследования, внести изменения в условия протекания процесса, представить результаты измерений в наглядной форме, а затем проанализировать полученную информацию и решить задачи выбора оптимальных параметров. В ходе данной работы ученик выполняет роль исследователя, который проводит эксперимент и интерпретирует его результаты. Программа предусматривает следующие возможности: многократное повторение того или иного фрагмента, помощь и подсказки, выбор индивидуального темпа работы на занятии.
Моделирование явлений и процессов может реализовываться и на основе построения математической модели, что позволяет изменять условия протекания процессов, с высокой точностью проводить замеры и рассчитывать необходимые параметры. Математическое моделирование еще называют вычислительным экспериментом. Целесообразность разработки компьютерных моделей в данном случае определяется возможностью создания математической модели, адекватно описывающей протекание реального процесса или явления. Компьютерное моделирование физических процессов интегрирует теоретические и экспериментальные методы исследования. Система позволяет при наличии заданной математической модели легко получить результаты моделирования (как правило, в числовом выражении, а если это в принципе возможно, то и в формульном). Обучаемому остается самая тонкая работа: построение математической модели, понимание области ее применимости, интерпретация результатов моделирования. В ходе построения модели обучаемый вынужден более глубоко изучить предмет исследования.
К методическим целям использования электронных средств учебного назначения в образовательном процессе можно также отнести создание и применение информационных баз данных, необходимых в учебной деятельности; усиление мотивации обучения (например, за счет изобразительных средств ЭСОН или использования игровых ситуаций); формирование умения принимать оптимальное решение или вариативные решения в сложной ситуации; формирование информационной культуры ученика (за счет применения текстовых редакторов, электронных таблиц, баз данных).
Реализация перечисленных требований позволит учителю сформировать у ученика умение самостоятельно приобретать знания, развивать способности к самообучению, саморазвитию,
самообразованию; усилить познавательную мотивацию за счет возможности самоконтроля, индивидуального, дифференцированного подхода к каждому обучаемому.
3.3.Использование баз данных и баз знаний в учебном процессе
Возросший интерес к использованию баз данных в учебном заведении можно объяснить следующими причинами: базы данных являются хранилищем специально организованных и логически связанных информационных элементов; состоят из самих данных и их описания; представляют собой сконструированную совокупность фактов, относящихся к определенному предмету.
База данных (БД) — поименованная целостная совокупность данных, которая отображает состояние объектов и их отношений в данной предметной области.
Базы данных предназначены для хранения различной информации: текстовой, графической, аудио, видео. В развитые базы данных включаются архивы, содержащие справочный и статистический материал за длительный промежуток времени.
Базы данных обеспечивают использование одних и тех же данных в различных приложениях, допускают решение задач планирования, проектирования, исследования, причем информация, хранящаяся в базах данных, связана между собой.
Например, если имеются список обучаемых, учителей, родителей, результаты контроля знаний по разным темам и предметам, посещаемости занятий, результаты учебной деятельности обучаемых по различным дисциплинам, информация об имеющейся методической документации, можно провести анализ данной информации (построить графики успеваемости в классе, диаграмму зависимости успешности обучения ребенка от уровня образования родителей и т.д.).
В процессе функционирования баз данных для систематизации, хранения и представления информации используются специальные сервисные программные средства — системы управления базами данных (СУБД). Системы управления базами данных играют центральную роль в их функционировании как хранилища специально организованных и логически связанных информационных элементов.
В настоящее время термины «база данных» и «система управления базами данных» употребляются как относящиеся к ком-
компьтерами В общем смысле термин «база данных» можно при менить к любой совокупности связанной информации, объединенной по определенному признаку. Например, в качестве базы можно рассматривать расписание занятий или посещаемости учеников в школе.
Существует огромное количество программ, которые позволяют организовать информацию и поместить ее в таблицу. Од-нако это не означает, что любая из программ предоставляет широкие возможности по эффективному управлению базой
данных. Например, программы подготовки текстов имеют очень ограниченные возможности при их использовании в качестве систем управления базами данных.
Основное назначение баз данных — быстрый поиск содержащейся в них информации. Компьютерные базы данных обеспечивают высокую скорость поиска информации. В таких базах данных пользователь может выполнить поиск как по фамилии, так и по адресу абонента. Кроме того, компьютерные базы данных обладают высокой компактностью. База данных, содержащая несколько тысяч записей, может поместиться на одной дискете.
Педагогу полезно знать о том, что базы данных могут использоваться в учебном процессе в целях оперативного управления учебным заведением, для самостоятельной работы всех участников учебного процесса с разнообразной информацией, контроля за ходом учебного процесса и анализа данных. Сразвитием цифровых технологий развиваются базы данных, в которых учитель и ученик могут найти и переписать короткие видео- или аудиозаписи, а затем представить их на уроке. Ведя поиск материалов в Интернете, учитель может потерять время и в конце концов ничего не найти, тогда как на образовательных порталах, специально сделанных для конкретного предмета, значительно проще найти нужный для урока материал.
Рассмотрим, каким образом база данных позволяет учителю Решать различные административные вопросы. База данных представляет собой ряд модулей для регистрации оценок, посещаемости и дисциплины. Они могут работать независимо друг
Друга или в режиме интеграции, исключая повторяющиеся входные данные. Существует также гибкая система безопасности. Каждому учителю предоставляется доступ к разрешенной только ему информации. Доступ устанавливается администрацией школы. Управления школой может быть установлена для большого количества пользователей, связанных между собой школьными локальными сетями. База данных может содержать информацию о накопленном практическом опыте педагогов, методистов разнообразную информацию для руководителей и управленцев.
Выделим возможности использования баз данных разными категориями пользователей (учениками, родителями, учителями):
• доступ пользователей к программе, осуществляемый с помощью идентификационной карты и пароля;
• предоставление демографической информации о родителях, учителях, об оценках учеников и их посещаемости;
• предоставление списка предметов классов с фотографиями всех учеников;
• предоставление информации об оценках учеников в настоящее время и сравнение их с предыдущими оценками;
• сведения о посещаемости занятий;
• текстовые или аудиокомментарии учителя для каждого ученика, класса;
• предоставление информации о достижениях учеников (грамоты, медали), копий работ учеников с оценками;
• неограниченные архивы информации.
В качестве примера рассмотрим базу данных учащихся школы. Здесь должны быть зарегистрированы все ученики, их оценки и даже время, которое ушло на выполнение того или иного задания, а также должна быть предусмотрена возможность просмотра письменных ответов учеников или прослушивания устных ответов. Результаты могут быть представлены в виде диаграмм или графиков, перенесены в другие документы для редактирования.
Дальнейший поиск в области создания и использования баз данных в системе образования привел к появлению так называемых баз знаний. База знаний является более сложной системой, которая представляет собой организованную совокупность знаний, хранящихся в памяти компьютера. Эти знания представлены в форме, которая допускает автоматическое или автоматизированное использование данных знаний на основе реализации возможностей средств информационных технологий.
База знаний учебного назначения представляет собой информационную систему, содержащую, во-первых, систематизированные сведения из определенной предметной области, во-вторых, модель конкретной предметной области (определенный объем учебной информации по этой дисциплине), а также данные о формируемых умениях обучаемого и способах использования этих умений.
Учебная информация в базах знаний может быть представлена в виде текста, графиков, иллюстраций, анимационных роликов, видеофрагментов. Данные о формируемых умениях обучаемого обрабатываются в системе управления базами знаний с помощью
специальных языков, что позволяет контролировать процесс обучения и управлять им. По своим возможностям базы знаний представляют собой упрощенный вариант экспертной обучающей системы или ее часть.
3.4. Экспертные обучающие системы и системы искусственного интеллекта
Следующим шагом в развитии электронных средств учебного назначения можно назвать появление в образовательной практике экспертных систем.
Экспертная обучающая система — это компьютерная система, использующая знания одного или нескольких экспертов, представленные в некотором формальном виде, а также логику принятия решения человеком-экспертом в трудноформализуемых или неформализуемых задачах.
Экспертные системы способны в сложной ситуации (при недостатке времени, информации или опыта) дать квалифицированную консультацию (совет, подсказку), помогающую специалисту (в нашем случае — учителю) принять обоснованное решение. Над созданием этих систем работают опытные специалисты высокой квалификации (эксперты) в данной предметной области. Специалистами высокой квалификации в педагогике принято называть опытных методистов. Обычно экспертные системы создаются в узких предметных областях.
Следует иметь в виду, что экспертные системы не заменяют специалиста, а являются его советчиком, интеллектуальным партнером. Преимущество экспертной системы заключается в том, что объем информации, хранящейся в системе, практически не ограничен. Введенные в машину один раз знания сохраняются навсегда.
Человек имеет ограниченную базу знаний. Если данные долгое время не используются, то они забываются и теряются безвозвратно. После того как были разработаны первые технологии экспертного оценивания, возможности их практического использования сильно преувеличивались.
Необходимо правильно понимать реальные возможности применения подобных систем. Безусловно, далеко не все проблемы могут быть решены с помощью экспертных оценок, хотя корректное использование экспертных технологий во многих случаях остается единственным способом подготовки и принятия обоснованных решений.
Рассмотрим, каким образом экспертные обучающие системы способны имитировать работу человека-эксперта в данной пред-
метной области. На этапе создания системы формируется модель обучаемого, в основе которой лежат знания экспертов в данной предметной области. Затем в процессе функционирования системы знания обучаемых диагностируются, фиксируются ошибки и затруднения в ответах. В память компьютера заносятся данные о знаниях, навыках, ошибках, способностях каждого обучаемого. Система проводит анализ результатов учебной деятельности каждого обучаемого, группы или нескольких групп, выявляет наиболее часто встречаемые затруднения и ошибки.
Экспертные системы включают в себя следующие подсистемы: база знаний, механизм вывода информации, интеллектуальный интерфейс и подсистема пояснений. Рассмотрим эти подсистемы подробнее.
База знании в данном случае содержит формальное описание знаний экспертов, представленное в виде набора фактов и правил.
Механизм вывода информации, или решатель, — это блок, представляющий собой программу, реализующую прямую или обратную цепочку рассуждений в качестве общей стратегии построения вывода. Экспертные обучающие системы можно использовать как средство представления знаний, организации диалога между пользователем и системой, способной по требованию пользователя представить ход рассуждений при решении учебной задачи в приемлемом для ученика виде.
С помощью интеллектуального интерфейса экспертная система задает вопросы пользователю и отображает сделанные выводы, представляя их обычно в символьном виде.
Основное преимущество экспертных систем перед человеком-экспертом — отсутствие субъективного подхода, который может быть присущ некоторым экспертам.
Проявляется это прежде всего в возможности использования системы пояснений хода решения задачи или примера. Технологии экспертного оценивания позволяют генерировать рекомендации ученикам и обобщенные данные педагогам. Анализируя данные, полученные системой, учитель выявляет плохо усвоенные разделы, причины недопонимания учебного материала и устраняет их.
В курсе информатики подобные системы можно использовать не только для представления учебного материала, но и для контроля знаний, умений, навыков, для сопровождения решения задач на уровне репетитора. В этом случае система может осуществлять пошаговый контроль за правильностью хода решения задачи. Еще одним достоинством экспертной системы является возможность диагностики уровня усвоения учебного материала в ходе контроля знаний, умений, навыков.
В процессе разработки экспертных обучающих систем авторам следует учитывать не только уровень подготовки (низкий, средний, высокий), но и уровни усвоения (узнавание, алгоритмический, эвристический, творческий), а в некоторых случаях — психологические особенности, личностные предпочтения обучаемого (например, выбор режима и темпа работы, дизайна экрана, вариантов интерактивного взаимодействия).
Необходимо учитывать также реализацию возможности получения объяснения целесообразности того или иного решения, получения объяснения действий системы, воспроизведения цепочки правил, используемых системой. Система должна фиксировать и запоминать ошибки в рассуждениях пользователя, чтобы он в любой момент мог вернуться к ним. Ошибки должны быть диагностированы, а помощь пользователю должна быть равнозначна этим ошибкам.
Эффективность использования экспертной обучающей системы зависит прежде всего от опыта эксперта или группы экспертов, чьи обобщенные знания и опыт положены в основу работы системы, а также от технических возможностей средств ИКТ, качества конкретного программного обеспечения.
Практическая реализация персонализированного обучения, основанного на выборе индивидуальных обучающих воздействий, осуществляется за счет обеспечения максимальной свободы в выборе ответа на вопросы, а также возможности помощи или подсказки.
Системы искусственного интеллекта развиваются в направлении понимания процессов человеческого познания. Интеллектуальной обучающей системой принято считать комплекс организационно-методического, информационного, математического и программного обеспечения. Однако в это понятие должны быть включены и «человеческие» составляющие данной системы: ученик и учитель. В связи с этим интеллектуальную обучающую систему необходимо рассматривать как сложную человекомашинную систему, работающую в режиме интерактивного взаимодействия в схеме ученик — система — педагог. Подобные системы принято ориентировать на конкретную предметную область.
Интеллектуальные обучающие системы состоят из двух частей: основной части, включающей в себя учебную информацию (образовательный контент), и вспомогательной части, реализующей интеллектуальное управление ходом учебного процесса. Структура интеллектуальной обучающей системы представлена на рис. 3.2.
Основная часть программы состоит из следующих модулей: информационный, моделирующий, расчетный и контролирующий. Основная часть системы включает в себя разного рода Учебную информацию: текст, таблицы, рисунки, анимацию и
видеофрагменты. Текст может содержать активные окна, которые позволяют пользователю продвигаться в глубь экрана, перемещаться по произвольной траектории из одного раздела в другой, концентрируя внимание на нужной информации, осуществлять произвольный выбор последовательности ознакомления с информацией.
Информационный модуль включает в себя базу данных и базу знаний учебного назначения. База данных содержит учебный, информационный, информационно-справочный материал, список обучаемых, успеваемость и т.д. В процессе создания базы знаний можно использовать весь спектр дидактических возможностей технологии мультимедиа, гипермедиа и телекоммуникаций.
В моделирующем модуле содержатся компьютерные модели (имитация работы компьютера, визуализация передачи данных по компьютерным сетям и др.). Компьютерное моделирование позволяет визуализировать разного рода явления и процессы, которые не поддаются непосредственному наблюдению. Работа с компьютерными моделями позволяет существенно сократить время на подготовку и проведение сложных экспериментов, выделить самое важное, организовать интересное научное исследование. Возможность многократного повторения эксперимента
позволит обучаемым приобрести навыки анализа результатов эксперимента, сформировать умение обобщать полученные результаты и формулировать выводы. Ученик имеет возможность исследовать частные случаи исходя из общих законов или, наоборот, в результате изучения частных установить общий закон или закономерность.
Расчетный модуль предназначен для автоматизации различных расчетов.
Контролирующий модуль содержит вопросы, задания, упражнения, предназначенные для контроля знаний обучаемых.
Вспомогательная часть системы обеспечивает интеллектуальную работу системы. Именно здесь заложена схема обучающей последовательности, содержатся механизмы адаптации системы к конкретному объекту обучения, средства интеллектуального анализа объема и структуры знаний, необходимых для организации и управления учебным процессом. Помимо этого в вспомогательную часть входит подсистема интеллектуального управления ходом учебного процесса, реализующая интерактивный диалог пользователя с системой; контрольно-диагностирующий модуль, позволяющий рассчитывать и оценивать параметры субъекта обучения для определения обучающих воздействий, оптимальной стратегии и тактики обучения на каждом этапе занятия. Подсистема позволяет выявить уровень знаний, проверить правильность решения разного рода задач, а также произвести статистическую обработку результатов контроля и, что немаловажно, диагностику ошибок. Реакция системы зависит от ответа ученика на контрольные вопросы. Система осуществляет контроль за прохождением обучаемыми этапов занятия и выводит эту информацию на компьютер учителя.
Преподаватель работает в тесном контакте с системой, получает от нее информацию о ходе процесса обучения, посылает запросы и вводит изменения в программу.
Внесение изменений возможно только в том случае, если система является открытой, тогда в ней должен присутствовать сервисный модуль. Именно этот модуль позволяет учителю вносить необходимые изменения и дополнения во все модели основной части, вносить новую учебную информацию, вставлять анимацию, рисунки, изменять текст вопросов и заданий.
Каждый из модулей является автономным, поэтому при внесении изменений в один из модулей содержание остальных модулей основной части не изменяется.
Интеллектуальная обучающая система может быть использована не только на уроках, но и во время самостоятельной работы обучаемых, в процессе научно-исследовательской деятельности. Системам искусственного интеллекта свойственны те же недо-