Анализ электронного средства учебного назначения и рекомендации по его использованию 7 страница
статки, что и экспертным обучающим системам, связанные с трудностью практической реализации системой индивидуализации и дифференциации обучения в том виде, который характерен для индивидуального обучения педагогом конкретного обучаемого. Такое положение вызвано тем, что искусственный интеллект лишь отдаленно напоминает некоторые человеческие качества и ни в коей мере не может отождествляться с интеллектом человека.
Выделим основные преимущества использования интеллектуальной обучающей системы на уроке.
Учитель получает достоверные данные о результатах учебной деятельности каждого ученика и класса в целом. Достоверность определяется тем, что система фиксирует ошибки и затруднения в ответах ученика, выявляет наиболее часто встречаемые затруднения и ошибки, констатирует причины ошибочных действий обучаемого и посылает на его компьютер соответствующие комментарии и рекомендации; анализирует действия ученика, реализует широкий спектр обучающих воздействий, генерирует задания в зависимости от интеллектуального уровня конкретного обучаемого, уровня его знаний, умений, навыков, особенностей его мотивации, осуществляет управление рассылкой заданий и т.д.
Ученик получает персонального учителя, помощника в изучении конкретной дисциплины.
Эффективность работы интеллектуальных обучающих систем зависит от соблюдения ряда условий:
• возможности накопления и применения знаний о результатах обучения каждого обучаемого для выбора индивидуальных обучающих воздействий и управления процессом обучения для формирования комплексных знаний и умений;
• валидности критериев оценки уровня знаний, умений, навыков; уровня подготовки (низкий, средний, высокий) или уровня усвоения материала (узнавание, алгоритмический, эвристический, творческий);
• возможности адаптации системы к изменению состояния обучаемого (обучаемый относился к среднему уровню, но на данном занятии его знания приближаются к высокому или, наоборот, к низкому уровню).
Как показывают практика и результаты педагогических ис-следований, внедрение в учебный процесс интеллектуальных обучающих систем позволит усилить эмоциональное восприятие учебной информации; повысить мотивацию обучения за счет возможности самоконтроля, индивидуального, дифференцированного подхода к каждому обучаемому; развить процессы познавательной деятельности; провести поиск и анализ разнообразной информации; создать условия для формирования умений самостоятельного приобретения знаний.
3.5.Организация интерактивного процесса обучения
Рассмотрим структуру интерактивного процесса обучения с применением интеллектуальной обучающей системы, которая позволит организовать интерактивный доступ к учебной информации и обеспечит каждому ученику индивидуальную траекторию обучения.
Структура интерактивного процесса обучения с применением интеллектуальной обучающей системы представлена на рис. 3.3. Структурными компонентами интерактивного процесса обучения являются: содержание учебной дисциплины (теоретический материал), формирование обучающего воздействия, учебная деятельность обучаемого, контроль учебной деятельности обучаемого, оценка результатов учебной деятельности обучаемого, обратная связь. Элементы такой системы неотделимы друг от друга, они не могут существовать автономно. По этой причине все компоненты интерактивного процесса обучения должны быть рассмотрены во взаимосвязи.
Формирование обучающего воздействия осуществляется в соответствии с теоретическим материалом данной учебной дисциплины. Обучающие воздействия могут представлять собой изложение нового учебного материала, иметь вид учебных и практических заданий и задач, примеров, упражнений, а также методических указаний, подсказок, объяснений, демонстраций фрагментов изучаемого материала и т.д.
Учебная деятельность обучаемого заключается в восприятии, осмыслении, запоминании учебного материала, применении знаний на практике (например, решение задач, выполнение заданий, повторение учебного материала).
Рис. 3.3. Структура интерактивного процесса обучения с применением интеллектуальной обучающей системы
Отличительной особенностью интерактивного процесса обучения является то, что в нем реализуется автоматический контроль учебной деятельности обучаемого. Результаты контроля учитываются при оценивании уровня знаний обучаемых и, кроме того, через обратную связь оказывают влияние на формирование последующих обучающих воздействий. Таким образом, другая отличительная особенность интерактивного процесса обучения — возможность оперативной корректировки обучающих воздействий на основе обратной связи, т. е. в зависимости от уровня знаний конкретного обучаемого, от допущенных им ошибок, от его запросов и т. п. При традиционной технологии обучения у учителя нет возможности для оперативного контроля и корректировки учебной деятельности каждого конкретного обучаемого. Иными словами, интерактивный процесс обучения повышает оперативность и качество управления учебной деятельностью обучаемого.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой электронное средство учебного назначения?
2. Для чего нужна типология информационных ресурсов образовательного назначения? Приведите типологию электронных средств учебного назначения по методическому назначению.
3. Что означает понятие «распределенный информационный образовательный ресурс»? В чем заключается разница между динамическим и статическим информационными образовательными ресурсами?
4. Что представляют собой электронные книги? Какими они бывают?
5. Перечислите дидактические и методические цели использования электронных средств учебного назначения в образовательном процессе.
6. Что представляют собой информационные, информационно-поисковые системы, базы данных и базы знаний? Как организовать в учебном процессе информационную деятельность с информационными, информационно-поисковыми системами, базами данных и базами знаний?
7. Что представляют собой экспертные и интеллектуальные обучающие системы? Каковы перспективы использования экспертных и интеллектуальных обучающих систем в образовании?
8. Каким образом интеллектуальные обучающие системы позволяют реализовать индивидуальную образовательную траекторию?
9. Сравните отечественный и зарубежный опыт использования возможностей экспертных и интеллектуальных обучающих систем в образовательных целях.
10. Что представляет собой интерактивный учебный диалог? Какова структура интерактивного процесса обучения?
Глава 4
СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ УЧЕБНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
4.1. Современные подходы к проектированию и разработке информационных образовательных
ресурсов
На данном этапе информатизации общества учителями создано большое количество разнообразных программных продуктов и образовательных ресурсов на базе средств информационных и коммуникационных технологий.
Чаще всего они используются для усиления наглядности изложения учебного материала; улучшения планирования, организации и оценки различных видов деятельности на уроке; поддержки профессиональной деятельности учителя (например, статистическая обработка результатов тестирования).
Учителю необходимо знать о том, каким образом можно создать электронные средства учебного и образовательного назначения, как осуществить анализ и оценку этих средств.
Выделим важнейшие подходы к созданию информационных образовательных ресурсов по информатике на основе использования языков программирования, универсальных прикладных программных средств, специализированных инструментальных систем для создания педагогических приложений и образовательных платформ.
Рассмотрим возможности использования этих подходов при создании информационных образовательных ресурсов и электронных средств учебного назначения по информатике.
Первый подход — использование языков программирования.Программная реализация таких сложных программных продуктов, как электронные средства учебного или образовательного назначения, электронные учебники, экспертные и интеллектуальные обучающие системы, осуществляется с помощью языков программирования высокого уровня. С появлением объектно-ориентированных средств разработки Borland Delphi и С++ Builder процесс создания обучающих программ существенно упрощается. Этот метод, называемый также мето-
дом прямого программирования, предоставляет наибольшую свободу разработчикам, однако делать все приходится буквально с нуля.
Учителя информатики находятся в более привилегированном положении, чем другие учителя, так как они умеют в той или иной степени программировать. Тем не менее даже им не всегда хватает знаний в области программирования, а главное — времени чтобы создать мультимедийное, интерактивное электронное средство учебного назначения.
Многие учителя информатики ограничиваются разработкой на языках программирования несложных обучающих программ. Такие программы могут осуществлять вывод графиков и векторных диаграмм, ввод и проверку ответов обучаемого, в том числе ввод и проверку формул в общем виде, моделировать реальные объекты и процессы, имитировать работу компьютера, принтера и т.д. Однако многие учителя информатики предпочитают прибегать к помощи профессиональных программистов, чтобы довести свои идеи до стадии пригодного к эксплуатации программного продукта.
Более подробно вопросы программирования рассматриваются в специализированных учебных пособиях.
Второй подход — использование универсальных прикладных программных средств.Рассматривая вопросы использования универсальных прикладных программных средств, отметим, что к настоящему времени разработано большое количество подобных систем. Мы остановимся только на тех, которые используются на уроках информатики и на интегрированных уроках. В последнее время в школах появилась тенденция проведения интегрированных уроков по информатике и математике, информатике и английскому языку, информатике и литературе, информатике и истории и др.
Интегрированный урок по информатике и другим дисциплинам предполагает использование возможностей информационных компьютерных технологий.
Интегрированные уроки проводятся совместно учителем информатики, поддерживающим технологическую линию и контролирующим использование на уроке средств И КГ, и учителем-предметником, обеспечивающим содержательное наполнение. В ходе проведения интегрированных уроков решаются междисциплинарные проблемы с позиций разных учебных предметов, наблюдается усиление межпредметных связей. В ходе проведения интегрированных уроков по информатике и литературе, информатике и истории, информатике и иностранному языку предполагаются реализация поисковых возможностей ИКТ, создание сочинений в текстовом редакторе и др.
В качестве примера рассмотрим, какие средства информационных компьютерных технологий можно использовать на интегрированных уроках по информатике и истории, музыке, иностранным языкам, математике.
Информатика и история
Использование баз данных и распределенных информационных ресурсов Интернета позволяет осуществлять поиск и изучение разнообразных информационных источников. Можно организовать интересные научно-исследовательские проекты, провести дистанционные ролевые игры с применением средств телекоммуникаций и др.
Информатика и музыка
Использование виртуальных синтезаторов, звуковых и музыкальных программ позволяет записывать звук с различных источников, осуществлять аранжировку музыки, создавать танцевальные миксы, записывать и воспроизводить аудиотреки.
Использование баз данных и распределенных информационных ресурсов Интернета позволяет получать доступ к музыкальным файлам, представленным в разнообразных форматах. Эти музыкальные фрагменты могут использоваться для того, чтобы проиллюстрировать изучаемые музыкальные понятия, музыкальные произведения и т.д.
Анализ и автоматизация процессов поиска необходимой информации позволяют найти уникальные музыкальные произведения, организовать творческое исследование, обработать с помощью специальных программ музыкальные произведения, разделить их на части независимо от музыкальных способностей ребенка.
Модели и специальные моделирующие программы могут быть творческим инструментом, который позволяет моделировать различные инструментальные ансамбли, создавать новые аранжировки и осуществлять изменения в музыкальных композициях.
Информатика и иностранный язык
Использование баз данных и распределенных информационных ресурсов Интернета обеспечивает доступ к богатству и разнообразию текстовой информации, аудиоинформации, анимационных роликов, видеоклипов для изучения иностранных языков.
Использование дополнительного учебного материла развивает словарный запас по изучаемому иностранному языку, способствует развитию разговорных навыков, навыков аудирования и т.д. Использование текстового редактора позволяет ученику грамотно составить письменное резюме или сообщение, отсор тировать информацию, расположить информацию по приорите. там и т. д.
Средства телекоммуникации открыли новые возможности для связи и общения с другими людьми. Для обмена информа. цией в ходе изучения иностранного языка можно использовать электронную почту, электронные и видеоконференции. Текстовые, аудио- и видеосообщения могут быть быстро созданы и от правлены получателю. Общение на иностранном языке с носителями языка позволяет не только улучшить произношение, но и научиться обмениваться информацией.
Информатика и математика
Универсальные математические пакеты разработаны известными фирмами и могут использоваться не только при изучении математики в школе, но и для решения разного рода научных и инженерных задач. Рассмотрим некоторые из этих программных продуктов.
Графический 3D-tviommep Autograph предлагает динамический подход к построению графов, координатной геометрии и вероятностной статистике. Кроме того, новая версия полностью совместима с инструментами рисования интерактивной доски. Программный продукт Autograph предлагает широкий спектр различных видов деятельности, которые могут быть выполнены как учителем в виде демонстрации, так и учениками в дисплейном классе или на персональных компьютерах. Программный продукт позволяет наглядно изучить принципы построения и основные характеристики различных геометрических фигур, а также потренироваться в построении этих фигур с использованием обширного инструментария. Учащиеся имеют возможность рассмотреть такие виды геометрических преобразований, как расширение (рассматриваются также понятия «центр фигуры» и «коэффициент масштаба»), вращение (рассматриваются понятия «центр вращения» и «угол вращения»), отражение (рассматривается понятие «ось отражения») и параллельный перенос (рассматривается понятие «вектор»). Все геометрические фигуры и связанные с ними объекты можно анимировать, ими легко манипулировать, чтобы придать обучению более динамичный и интерактивный характер. Программный продукт Autograph пред-
лагает большие возможности по изучению различных уравнений на более высоких ступенях обучения, а также является инструментом для динамического освоения таких сложных понятий математики, как интегральное исчисление, тригонометрия, векторы, матрицы.
Пакет динамической геометрии Cabri Geometry может быть рекомендован для использования в старших классах, колледжах или университетах. Пакет Cabri Geometry позволяет проводить динамичное обучение евклидовой геометрии, рисовать векторы и конусы (включая эллипсы и гиперболы), рассматривать уравнения основных геометрических фигур (линии, круги, эллипсы), изучать системы координат.
Геометрическими фигурами легко манипулировать, изучать принципы их построения, выдвигать гипотезы, проводить измерения и расчеты, удалять или модифицировать внесенные изменения. Инвариантные свойства можно наблюдать в расширении, преобразовании и вращении фигур на экране. Это позволяет сделать изучение геометрии более динамичным и приближенным к жизни, а также выработать новые подходы к ее преподаванию.
Анализ опыта использования пакета Cabri Geometry в школах Великобритании показал, что овладеть пакетом несложно. Прежде всего это связано с тем, что в программе реализованы все те операции, для выполнения которых раньше ученики пользовались линейкой, карандашом и транспортиром. Линии, окружности, точки, треугольники, векторы, конусы легко создаются, изменяются и измеряются с помощью панелей инструментов и выпадающих меню. Фигуры можно менять, вращать и изменять их положение, что позволяет изучить основные особенности построения различных фигур.
Пакет математических программ Derive предназначен Для выполнения алгебраических операций, решения уравнений, изучения тригонометрических функций, векторов и матриц, осуществления научных вычислений. Он берет на себя выполнение рутинных и трудоемких вычислений, выводя результаты как в виде Двухмерных графиков, так и в виде трехмерных диаграмм. Основные математические функции пакета Derive:
• алгебраически упрощает, раскрывает и разлагает на множители символьные выражения, решает уравнения, неравенства, системы многочленов, находя как вещественные, так и комплексные корни;
• выполняет точные арифметические расчеты с рациональными числами, избегая погрешностей округления, увеличивает точность приблизительных вычислений;
• проводит тригонометрические, алгебраические, матричные и векторные вычисления по всем правилам;
• имеет обширную библиотеку, содержащую функции для решения дифференциальных уравнений, теории чисел и другие специализированные приложения;
• использует гибкие средства для организации блоковых, циклических и условных структур процедурного программирования.
Пакет Derive позволяет создавать, редактировать, сохранять математические вычисления и исследовать их; форматировать математические выражения, текст, двух- и трехмерные графические изображения и OLE-объекты; записывать результаты математических вычислений в расширенном текстовом формате (RTF); вводить обозначения переменных буквами греческого алфавита; использовать специальные математические символы с помощью настраиваемой панели инструментов; вводить элементы векторов и матриц, используя шаблоны; применять шаблоны для алгебраических, интегральных и дифференциальных функций; отображать выражения в удобочитаемой, стандартной математической форме; использовать мышь для выбора объектов в целях их редактирования, изменения и исследования.
Еще одной особенностью пакета является то, что информация на экране представляется как в графической, так и в текстовой форме, что позволяет освоить и графический, и алгебраический способы решения уравнений в интеграции. Кроме того, использование данного программного продукта позволяет облегчить изучение методов решения интегральных и дифференциальных уравнений путем обеспечения наглядной пошаговой демонстрации проводимых вычислений, отображения оптимальных преобразований, проведения вычислений.
В ходе построения и исследования графиков тригонометрических функций значения аргументов можно изменять непосредственно на графике, а не только внесением изменений в исходный текст уравнения. Это позволяет исследовать основные закономерности поведения тригонометрических функций при различных величинах аргумента.
Программный продукт Derive предлагает мощные средства по визуализации вычислений. В нем реализованы возможность контроля за геометрическим соотношением размеров, масштабом и осевым разрешением, отслеживанием графиков по нарастанию и убыванию, просмотр точных координат любой точки графика. Эти средства позволяют эффективно использовать пакет Derive в среднем и высшем образовании.
Пакет математических программ LiveMath предоставляет пользователю возможности по автоматизации математических расчетов. Основными элементами пакета являются следующие:
• вычислительные (функции калькулятора, сокращение дробей, численное решение уравнений и др.);
• . алгебраические (решение линейных и квадратных уравнений, систем полиномов, тригонометрические функции др.);
• графические (трехмерные кривые и поверхности, пересечение поверхностей, поверхности вращения, двух- и трехмерные графики и др.);
• интегральные (производные, поиск минимумов, касательные, дифференциалы, интегралы, ряды Тейлора и др.);
• линейная алгебра (решение дифференциальных уравнений, приведение матриц к упрощенному виду, функции и др.).
Программа позволяет проводить экспорт графики из других программ, сохранять результаты в формате HTML для публикации в Интернете, решать пошагово математические задачи.
MathType — интерактивный инструмент для создания математических записей для любой печатной или Web-ориентированной документации. Программный пакет MathType работает с любыми текстовыми процессорами, программами создания презентаций и HTML-документов и другими типами программного обеспечения, помогает создавать программные продукты для проведения уроков, исследовательских работ, Web-страниц, презентаций.
Пакет MathType предоставляет больше возможностей, чем такие программные продукты, как Microsoft Word, Corel WordPerfect, Apple-Works, так как позволяет записывать самые сложные математические выражения. В составе пакета MathType реализована технология MathPage, позволяющая преобразовывать в Web-страницу весь документ, записанный в текстовом редакторе Microsoft Word с уравнениями, и обеспечивать его корректное отображение во всех современных версиях броузеров операционных систем Windows, Macintosh, Unix или Linux.
Панель инструментов пакета MathType позволяет вставлять математические выражения прямо в текст, создаваемый в редакторе Microsoft Word, либо отдельным объектом, с числами или без чисел, перенумеровывать уравнения и вставлять в текст гиперссылки на уравнения и массивы данных.
В настоящее время при изучении математики в школе используются именно профессиональные математические пакеты, а не их упрощенные версии. Основные цели применения универсальных прикладных программных средств на интегрированных уроках по информатике и математике: визуализация процесса решения задач, построения графиков различных функций и геометрических фигур; осуществление информационно-поисковой и вычислительной деятельности с использованием средств ИТ; исследование математических моделей с возможностью изменения их параметров.
Педагогу нужно иметь в виду, что в ходе интегрированных Уроков по информатике и литературе, информатике и истории,
информатике и иностранному языку предполагаются реализация разнообразных видов информационной деятельности, поисковых возможностей ИКТ, использование распределенных информационных ресурсов сети Интернет, написание сочинений в текстовом редакторе, изучение широкого спектра специализированных программных систем и многое другое. Осуществлением поиска, копирования и представления информации в базе данных могут заниматься учителя и ученики на уроке и при подготовке к занятиям. Учителя используют информационные ресурсы в сети Интернет для усиления наглядности изложения учебного материала (рисунки, фотографии, видеоматериалы, аудиоматериалы и многое другое), в том числе найденный материал в презентации. Впроцессе разработки методики проведения интегрированных уроков у учителей появляется возможность реализации своих творческих способностей, самых смелых идей и замыслов.
Достоинством универсальных пакетов является то, что они предоставляют учителю большой набор специальных функций. Широкий спектр возможностей, в свою очередь, требует больших затрат времени на освоение пакетов, что создает дополнительные проблемы для ученика и учителя в условиях дефицита учебного времени. Руководство пользователя таким пакетом представляет собой книгу объемом 300...800 страниц.
Освоение этих пакетов может быть оправдано тем, что их применение в школе при изучении истории, иностранных языков, математики, геометрии, музыки, планиметрии, черчения позволяет уменьшить время на выполнение рутинных операций, существенно повысить наглядность изложения учебного материала.
Третий подход — использование инструментальных систем для создания педагогических приложений. Внастоящее время расширяется применение учителями программных пакетов, построенных на базе идеологии «программирование без программирования». Эти пакеты (или оболочки, системы, комплексы, среды) позволяют учителю создавать несложные электронные средства учебного или образовательного назначения без написания программ на языке программирования. Инструментальные программные средства предназначены для конструирования программных средств (систем) учебного назначения, подготовки и генерации учебно-методических и организационных материалов, создания разнообразных графических, музыкальных включений, сервисных надстроек программы, тестов, разного рода Web-приложений, анимационных роликов и моделирующих программ. Большая часть учителей использует в работе самый простой и распространенный инструмент для создания презентаций — MS PowerPoint.
Перечислим основные функциональные возможности инструментальных систем для создания педагогических приложений:
• реализация технологий мультимедиа, гипертекст, звука и видео, всех возможных типов графических данных, интерактивных приложений (например, записанных в Macromedia Flash);
• создание различных типов вопросов для тестирования знаний.
Именно эти возможности интерактивного мультимедиа-конструктора стали для современных инструментальных систем стандартом де-факто. Изучение и использование подобных систем не представляют особой сложности для учителя информатики и позволяют достаточно быстро разрабатывать электронные средства учебного назначения. Вместе с тем уже появились и распространяются так называемые системы управления учебным содержанием (контентом) (Learning Content Management Systems — LCMS). Эти системы являются, как правило, приложениями «клиент-сервер», основанными на базах данных. Они объединяют инструменты для разработки педагогических приложений для администрирования, коммуникации и оценки знаний. В них есть встроенные средства совместной разработки программы, средства представления данных в формате XML, что делает их востребованными в тех учебных заведениях, которым необходимо разрабатывать большое количество электронных средств учебного и образовательного назначения и управлять ими, размещая их не только на CD-ROM, но и (в виде электронной публикации) на сайте школы.
В настоящее время существует большое число систем для создания тестов, которые выполнены в виде систем или оболочек для генерации текстов или встроены в специализированные инструментальные системы для создания педагогических приложений. Учителями используются самые разные программы для контроля знаний. Выделим основные требования, которым должен отвечать современный комплекс для проведения тестирования:
• создание разного рода вопросов;
• открытость (возможность внесения изменений в вопросы и ответы, добавление новых вопросов и ответов);
• шифрование тестов;
• разграничение прав доступа администратора, тестируемого и тестирующего;
• поддержка графических форматов, аудио-, видеоформатов, формул;
• защита от фальсификации результатов;
• поддержка форматирования текста вопросов и ответов;
• система подготовки тестовых заданий и предварительного просмотра теста;
• ведение протокола тестирования по каждому ученику, классу
• система накопления и отображения статистики;
• работа в локальной сети учебного заведения, управление рассылкой заданий по сети.
Системы для создания тестов постоянно совершенствуются, появляются новые системы, обладающие более широкими возможностями. Рассмотрим в качестве примера только две оболочки для генерации тестов.
SunRav TestOjJicePro — пакет программ для создания различных тестов, проведения тестирования и обработки результатов. Данный пакет программ создан компанией Invention Pilot, Inc (США) и представляет собой комплексное решение для проведения полноценного тестирования в рамках образовательных учреждений.
В состав пакета входят следующие программы:
• tMaker — программа для создания тестов, позволяющая создавать и редактировать тесты пользователю ПК с любым уровнем подготовки. Возможно импортирование тестов, созданных в текстовом редакторе или редакторе электронных таблиц;
• tTester — программа для проведения тестирования, имеющая простой интерфейс, обширные настройки программы и параметры командной строки;
• TAdmin — программа для удаленного администрирования пользователей и обработки результатов тестирования, позволяющая просматривать и печатать результаты тестирования пользователя, а также создавать, печатать, редактировать, экспортировать отчеты по тестированию групп пользователей. Возможно создание матрицы ответов.
С помощью пакета программ можно создавать тесты по любым предметам школьной программы. В тексте теста можно использовать различные шрифты, формулы, схемы, таблицы, аудио- и видеофайлы, HTML-документы и любые OLE-документы. Можно организовать тестирование посредством сети Интернет/Интранет как с использованием базы данных MySQL, так и без нее.