Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы "Применение первого закона термодинамики к изопроцессам"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Компьютерная дидактика: теория и практика разработки школьного электронного учебника

1.1 Учебник в педагогическом процессе

1.2 Дидактические принципы с позиции компьютеризации обучения

1.3 Дидактическая концепция электронного школьного учебника

2. Общие сведения об электронных учебниках

2.1 Требования к системе «электронный учебник

2.2 Классификация средств создания электронных учебников

2.3 Структура формирования электронного учебника

2.4 Режимы работы электронного учебника

2.5 Электронные учебники как средство дистанционного образования

2.6 Анализ содержания электронных учебников по физике

2.6.1 Основные определения, объект и цель работы

2.6.2 Методические приёмы их использования в обучении физике

2.6.3 Выдержки из примера применения пособия

2.6.4 Варианты построения уроков с использованием электронного учебника

3. Технология создания электронного учебника

3.1 Технология создания электронных учебников

3.2 Разработка урока с применением электронного учебного пособия по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

4. Поурочное планирование занятия в 10 классе по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» с применением электронного учебного пособия

5. Организация дидактического эксперимента

5.1 Основные методы дидактических исследований

5.2 Методика проведения дидактического эксперимента и анализ его результатов

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

электронный учебник урок термодинамика

Введение

За неполные шестьдесят лет «электрические счетные устройства» прошли путь от дорогой, капризной и редкой принадлежности крупнейших научных и военных центров до огромного количества простых в использовании, доступных и широко распространенных компонентов самых разных устройств. Трудно найти хотя бы одну область современного общества, где бы компьютеризированные устройства не использовались. Причин столь широкого распространения вычислительной техники можно назвать множество. Как отмечает Р.А. Абедеев, наиболее общей формулировкой для подавляющего большинства причин будет выделение из самых разных процессов информационной компоненты. Эта часть не только выделилась, но приобрела самостоятельную значение. С выделением этой компоненты, очень существенную роль стала играть организация обработки информации, ее получение и хранение. Изменение общества, связанные с этим явлением, получили название перехода к информационной цивилизации.

С этой точки зрения компьютер - устройство, который позволяет значительно повысить скорость и точность обработки информации за счет автоматизации некоторых операций. Таким образом, широкое использование компьютеров - следствие необходимости повышения качества и скорости обработки информации. Способствуют этому универсальность, доступность и надежность современных ЭВМ.

С развитием промышленных и коммерческих систем в сфере информационных технологии было разработано большое количество методов представления, обработки, интеграции и поиска самой разнообразной информации. Активно развивались и средства взаимодействия с пользователем.

Широкое распространение компьютеров и технологий автоматизированной обработки данных не могло не породить потребности в людях, для которых компьютер - давно знакомое устройство, атрибут повседневной жизни.

Образование, как одна из важных областей человеческой деятельности, имеет свои задачи, в которых компьютер используется не менее активно, чем в других. При этом сфера применения компьютеров в образовании имеет существенную специфику. Дело в том, что в образовательной деятельности ЭВМ выступают как объект изучения в общем образовании и при подготовке специалистов самых разных областей, и как средство обучения - учебное пособие и техническое средство обучения, и как средство автоматизации управленческой деятельности.

Наибольший интерес для методических разработок представляет применение компьютера как средство обучения. Именно наличие таких возможностей и определяет значительную долю интереса к использованию вычислительной технологии и информационных технологии в образовании, указывается как наиболее перспективное и многообещающее направление в развития.

Как указывает Машбиц Е.И., первыми разработками такого рода, стали программы использующие возможность автоматизации обратной связи - системы автоматизированных опросов.

Следующим шагом стали попытки автоматизировать не только оценку результатов, но и процесс обучения в целом. Для этих целей использовалась концепция программированного обучения. Попытки разработки таких систем, выявили массу проблем, как число технического (сравнительная ограниченность средств предъявления учебного материала), так и системного характера.

С появлением и распространением персональных компьютеров, появлением технических средств качественного ввода и вывода самой разнообразной информации, распространением технологий и методов ее представления и обработки, стали появляться более сложные и совершенные учебные программы.

Помимо собственно обучающих программ, широкое распространение получили и различные справочно-информационные системы, т.е. программные средства энциклопедического характера.

Существует большое количество разработок программных средств, призванные решать самые разные задачи образования. Во многих теоретических и методических работах [55, 45, 21] отмечают такие преимущества использования ЭВМ в обучении, как: возможности автоматизированного контроля и обратной связи; возможности иллюстрирования и сопровождения учебных материалов; хранение и поиск информации; использование сложных интерактивных моделей и многие другие.

Перспективы использование компьютеров в образовании в качестве средстве средств обучения рассматривались многими авторами такими, как Масшбиц Е.И., Роберт И.В., Монахов В.М., Полат Е.С. и др.

Наряду с этим приходиться отметить, что в отечественной методике разработок и исследований, касающихся средств ЭВМ в качестве основных средств обучения на предметах находящихся за рамками специализированных курсов информатики и информационных технологий не так много, хотя перспективность их разработки и внедрения отмечается часто. Например, в журнале «Информационные технологии», за период 2004 по 2007 год было всего три публикации на эту тему, но необходимость широкого применения отмечена даже в государственных программах по развитию образования.

Малое распространение связано с тем, что компьютер чаще всего выступает в роли вспомогательного технического средства, средства быстрого повторения, средства создания игрового момента, то есть дополнения к учебному процессу. Причем такого дополнения, без которого легко можно обойтись. В результате такой «игрушкой» гораздо чаще остальных интересуются и пользуются учителя информатики.

В настоящее время, когда компьютеры стали доступными для большинства школ и организации, их число должно быть намного больше для организации учебного процесса с активным использованием, Кроме этого ощущается недостаток преподавателей-предметников, имеющих достаточный уровень соответствующей методической и технической подготовки.

На примере множество других отраслей, можно сказать, что через какое-то время компьютеры вполне естественным путем вытеснят из производственного процесса большую часть других средств обработки и хранения информации. Процесс этот уже идет, как подтверждение можно процитировать мнение аналитика исследовательской фирмы Eduventures. Com, Егин Чен «Через пять лет электронное книгоиздание станет значительной силой в образовательной отрасли». Согласно сделанным фирмой оценкам, в этом году объем рынка для образовательных электронных библиотек составляет около 250 млн. долл., а к 2004 он утроится и достигнет 850 млн. долл.

Для полноценного использования всего потенциала информационных технологий при решении задач образования необходимы соответствующие технические и методические разработки. В настоящей работе предпринимается найти подходы к созданию «компьютерных вариантов» одного из традиционно основных средств обучения учебных пособии.

Существуют работы и в области создания и использования различных мультимедийных средств - С.А. Христочевского, Е.С. Полат и др. Учитывая требования, предъявляемые к учебным пособиям в целом и к учебникам в частности в целом надо отметить, что электронное учебное пособие имеет свою специфику. Поскольку основой разработки в данной работе послужил действующий учебник физики, далее разрабатываемое электронное пособие будем называть для краткости электронный учебник.

На наш взгляд для разработки такого средства нужно учитывать следующие обстоятельства:

- электронное учебное пособие предназначено не только для обучения собственно предмету, оно должно служить средством изучения методов и способов работы и с другими информационными системами;

- электронное пособие должно соединять в себе существующие возможности и справочно-информационных систем, и автоматизированного контроля и обучения;

- электронное учебное пособие в отличие от бумажного, позволяет точнее учитывать индивидуальные особенности каждого учащегося за счет вариативного изложения материала и организации обратной связи;

- основная цель применения компьютеров - повышения эффективности за счет автоматизации механических операций, таких как проверка решения типовых задач, поиска нужной информации и т.п.;

- необходимы средства адаптации электронного пособия к конкретному учебному процессу, поскольку невозможно предсказать, каким именно образом разработка будет использоваться во время обучения;

- электронное учебное пособие должно предоставлять возможности разработки дополнительных компонентов самого разного назначения и их интеграции в среду пособия.

Электронный учебник по физике позволил предоставлять ученикам дополнительные сведения по отдельному запросу, сделать изучение материала значительно более индивидуальным, значительно лучше готовить учеников к дальнейшей деятельности.

Анализируя имеющиеся электронные учебники по школьной физике можно заметить, что подавляющее большинство этих программных продуктов ориентированы, на применение их в качестве средств повторения и отработки навыков и приемов решения типовых задач. Это отражается в первую очередь в названии: «Репетитор», «Репетитор по физике …», «Обучающая программу для школьников и абитуриентов» и т.д.

Такой способ оправдан с коммерческой точки зрения, но не позволяет полноценно использовать возможности информационной технологий. Дело в том, что каждое такое средство содержит ограниченное количество сведений и направлено в первую очередь на выполнение запланированной разработчиками методики. Причем другое использование, в силу технических особенностей, гораздо более затруднительным, чем в обычном учебнике.

Таким образом, разработка создания электронных учебных пособий по физике позволяющих использовать компьютер как основное средство обучения, применимое и во время уроков и для самостоятельной работы, дающих учителю возможность вносить структурную и содержательную правку в содержание пособия, обуславливает - актуальность темы исследования.

Объектом исследования в настоящей работе является учебный процесс с использованием электронных учебников и электронных пособий. Предметом изучения в средней школе является методика использования электронного учебного пособия в изучении темы «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» школьного курса физики.

Проблема исследования:

Сегодня недостаточно разработаны критерии оценки компьютерных программ по физике и практическая методика применения электронных учебников в обучении физике.

Цель исследования:

1. Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении физики, с точки зрения их эффективности в обучении и простоты работы с ними.

2. Разработать методику психолого-педагогического метода применения электронных учебников при обучении физике.

Задачи исследования:

анализ учебно-методической литературы по современным теориям обучения, новым педагогическим технологиям;

анализ существующих программных средств, с целью выявления характерных черт, основных тенденций их развития и возможных способов интеграции;

определение требований электронному учебному пособию;

разработка урока с применением электронного учебного пособия;

разработка методики использования комплекса программных средств.

Методологическую основу исследования составляют существующие теории обучения, закономерности процессов восприятия и запоминания, существующие технологии для реализации информационных систем работы с разнородной информации, принципы эргономики, программных продуктов, новые педагогические технологии.

Новизна исследования - предложена совокупность принципов позволяющих на современном уровне развития информационных технологий, применить созданные пособия к конкретному учебному процессу во время работы; предложена методика использования как во время работы на уроке в классе, так и в самостоятельной работе, не только как пассивного средства обучения, но и как средства активизации умственной деятельности учащихся, как объект совершенствования и доработки со стороны ученика и учителя.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке урока с использованием электронного учебного пособия. Подход позволяет учителю перестраивать и модифицировать содержание и порядок его изложения для применения в конкретном учебном курсе, а учащимся - создавать дополнительные модули информации, что способствует формированию навыков самостоятельного добывания и переработки информации, поддержанию актуальности пособия.

Практическая значимость работы состоит в том, что учитель применяет учебное пособие по физике для 10 класса общеобразовательной школы, которое можно использовать в практической работе, для чего разработан комплекс методических и программных средств.

Достоверность и объективность результатов исследования обоснованы с теоретических позиций, подтверждены проведенным экспериментом по замеру показателей восприятия материала до и после применения методики. Результаты статистической обработки подтвердили улучшение показателей с уровнем значимости 0,95.

Структура дипломной работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения - примера использования электронного учебника в изучении темы школьного курса «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам».

В первой главе дипломной работы формулируются положения, на которых строится учебный процесс. Рассматриваются основные положения психолого-педагогических теорий, теории памяти и обучения, новые педагогические технологии, с учётом и на основе которых строится технология и методика использования электронных учебных пособий. Описаны основные конструктивные элементы подготовки программных средств учебного назначения, выполнен анализ существующих разработок.
Во второй главе на основе материалов первой главы и выполненного анализа формулируются требования к электронному учебному пособию по физике. В соответствии с этими требованиями предлагается концепция электронного учебного пособия как открытой информационной системы. На основании этой концепции строится модель электронного учебного пособия и описывается программное средство - реализация модели, позволяющая решить поставленную проблему.

Описан пример создания учебного пособия в рамках этого программного средства, а также методика использования этого учебника и программной среды как основы для активной работы учащихся. Приводится описание и результаты эксперимента, подтверждающего действенность методики.

В приложении к работе на компакт-диске представлен демонстрационный урок с реализацией нескольких тем, по разделу «Термодинамика в изопроцессах», включающий в себя материал основного учебника.

1. Компьютерная дидактика: теория и практика разработки школьного электронного учебника

1.1 Учебник в педагогическом процессе

Школьный учебник был и остается самым распространённым и, без сомнения, наиболее эффективным инструментом учебного процесса. Технический прогресс и непрерывно изменяющийся социальный заказ предъявляют новые требования к теории и практике создания школьного учебника. В эпоху компьютерных, аудиовизуальных образовательных средств даже само понятие учебника существенно изменяется: меняется не только форма представления учебной информации (традиционное печатное издание в переплете, или издание на электронном носителе), но роль и место учебника в педагогическом процессе.

Учебник (традиционный или электронный) представляет целостный учебный предмет, в соответствии с определёнными закономерностями раскрывает его предметное содержание. Независимо от вида носителя информации он сохраняет общие функции, общие способы проектирования и организации изучения его содержания. Выяснение общих и специфических черт традиционного и электронного учебников (ЭУ) - актуальная проблема создания учебников, ориентированных на потребности современной школьной практики.

В основном как носитель знаний и сборник упражнений, выполнял функции распространения социальных и культурных ценностей. Но школьные учебники должны соответствовать новым потребностям: развивать навыки самостоятельной деятельности, предлагать различные образовательные методики, интегрировать полученные знания в практику и т.д. Компьютерное обучение представляет собой поле, на котором объединяются самые различные технологии, начиная с простейших программ для закрепления отдельных навыков и заканчивая интеллектуальными обучающими системами. Последние способны обеспечивать рефлексивное управление обучением, диалог с учеником на языке, близком к естественному, корректировать индивидуальную траекторию обучения ученика с учётом его истории обучения.

Применение новых информационных технологий обучения должно учитывать инерцию практики обучения. Успех внедрения новых информационных технологий во многом зависит от того, насколько дружественными окажутся первые шаги такого внедрения по отношению к традиционной практике. По нашему убеждению надо искать точки соприкосновения различных технологий, их синтеза, дополнения друг друга. Скачок в применении новых информационных образовательных технологий должен созреть и ни в коем случае не быть навязанным.

1.2 Дидактические принципы с позиции компьютеризации обучения

Принципы единства и целостности процесса обучения

Для новых информационных технологий актуальна проблема системного применения дидактических принципов обучения, их ориентация на информационную систему и технологию обучения. Остановимся на возможном варианте построения системы принципов.

Значительную роль в формировании единства и целостности процесса обучения выполняет принцип целенаправленности педагогического процесса, единства его целей (по Ю.К. Бабанскому). Наряду с целями значительной связующей силой обладает предметное содержание, различные подходы к его организации на электронном носителе. Поэтому к принципам единства и целостности процесса обучения мы относим принцип учета предметной специфики учебного курса и средств обучения. В этот принцип мы включаем и учет предметной специфики с точки зрения её презентации на электронном носителе.

В обеспечении единства процесса обучения значительную роль может выполнить принцип управляемости процесса обучения средствами информационной технологии. Управление процессом обучения может быть стратегическим и тактическим.

Стратегическое управление выражается в выборе определённой системы и технологии обучения, задающих ту или иную конкретизацию целей, содержания, средств, методов и форм обучения. Процедуры выбора и конкретизации - важнейшие составляющие управления. Стратегическое планирование осуществляется в процессе выбора и конкретизации принципов обучения, обеспечивающих единство, целостность и целенаправленность процесса обучения.

Тактическое управление осуществляется внутри определенной системы или технологии обучения и строится с учётом их общего характера и особенностей. Примером стратегического управления служит составление учебных программ и стандартов математического образования. Тематическое планирование, разработка технологии изложения отдельных фрагментов учебного материала -- примеры тактического управления.

По своему стилю управление может быть авторитарным (все управленческие функции выполняет ЭУ) и не авторитарным (к организации процесса обучения привлекаются учащиеся самоуправление, педагогика сотрудничества). Стимулирует самоуправление, к примеру, предоставление в электронном учебнике возможности выбора индивидуальной траектории обучения, выбора из предложенных средств, методов и форм обучения. Этой же цели служит и согласование с учащимися характера оценки (например, при оценивании будет учитываться не только качество ответа, но и догадка, сообразительность, самостоятельность мышления).

Особую роль играет оперативное управление, опирающееся на обратную связь. Обратная связь (от ученика -- к ЭУ) дает ученику и учителю информацию о качестве усвоения учебного материала и позволяет своевременно вносить необходимые коррективы в процесс обучения. На основании понятия обратной связи мы выделяем четыре вида обучения: неуправляемое (обратная связь отсутствует), слабо управляемое (обратная связь используется эпизодически), оптимально управляемое (обратная связь осуществляется систематически, но не чрезмерна) и жестко управляемое (обратная связь осуществляется систематически, имеет чрезмерный, излишне мелочный характер).

В информационной технологии при разработке обучающих экспертных систем возникает большой соблазн воспользоваться последним видом управления. На наш взгляд, необходимо остерегаться такой крайности. Дело в том, что жесткое управление (путём многочисленных подсказок и предъявления информации в готовом виде) снижает развивающие возможности обучения. Правильнее ориентироваться на сочетание различных видов управления: для части заданий могут приводиться образцы их выполнения, часть заданий можно предлагать для самостоятельно выполнения в режиме жёсткого управления, часть заданий в режиме оптимально управляемого обучения.

Чрезмерная опека может раздражать учащихся, вызвать недоброжелательное отношение к электронному средству обучения. В информационной технологии требуется специальная разработка компьютерного психофизиологического сопровождения учебного процесса. Педагогика сотрудничества возможна и при компьютерном обучении.

Средства управления делятся на автоматизированные и неавтоматизированные.

К автоматизированным относятся устройства, осуществляющие обратную связь без непосредственного участия учителя (компьютер, телевидение, радио, кино, диафильм, кодопозитивы, магнитофон, видеозаписи, программированные печатные материалы, карточки и т.д.). Оптимально управляемое обучение можно получить, пожалуй, только в рамках информационной технологии, с помощью электронного учебника.

Методы управления: активизация познавательной деятельности учащихся, ориентация на диагностические цели, стимулирование готовности к определенной деятельности, включение учащихся в деятельность, регулирование и координация учебной деятельности, контроль учителя, самоконтроль.

Виды контроля: текущий, периодический и итоговый. На наш взгляд, контроль: а) не должен преобладать над обучающей составляющей и б) должен относиться к достаточно крупным порциям учебного материала: принудительный, назойливый, мелочный контроль не способствует формированию положительного психологического климата, приводит к неоправданному расходу учебного времени. Непрерывный, систематический контроль без особых временных затрат возможен только в рамках информационной технологии.

Формы контроля: фронтальный, групповой, индивидуальный, комбинированный и самоконтроль. Компьютер обладает особенно большими преимуществами в организации индивидуального контроля и самоконтроля. Методы и способы контроля: достаточно хорошо изучены компьютерные методы контроля решения алгоритмических задач. Наряду с этим остаётся много пробелов в разработке методов контроля решения творческих задач.

2. Принципы научности

Наряду с предметной научностью в обучении не в меньшей мере необходима и психолого-дидактическая научность. Кроме того, информационная технология предполагает определённое знание и владение компьютером. Если ученик механически нажимает клавиши и не может в полной мере использовать заложенные в электронном учебнике возможности, то, безусловно, это также снижает научность и эффективность обучения. Поэтому мы выделяем вторую группу принципов, включая в неё три принципа: принцип научности предметного содержания учебного курса, принцип психолого-дидактической обоснованности процесса обучения и принцип осознанного владения компьютерными средствами обучения.

3. Интегративные принципы в обучении

Интеграция наук -- объективная закономерность, отражающая единство мира, всеобщую взаимосвязь явлений. Дифференциация наук нередко рассматривается как момент в общем историческом процессе их интеграции. Эту мысль сформулировал знаменитый учёный-физик М. Планк: «Наука представляет собой внутреннее единое целое. Её разделение на отдельные области обусловлено не столько природой вещей, сколько ограниченностью способностей человеческого познания. В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу».

Интеграция знаний осуществляется различными путями: унификацией понятийного и категориального аппарата, взаимопроникновением методов, взаимодействием по объектам исследования, образованием комплексных (синтетических) наук. Интегративный принцип в обучении включает такие достаточно традиционные принципы, как принципы связи обучения с жизнью, прикладной направленности обучения, преемственности, реализации межпредметных связей. Усиливающаяся информатизация общества ставит на повестку дня вопрос об отражении ее в образовательной сфере в качестве возможной универсальной составляющей основы интеграции образования.

Существуют различные формы интеграции учебных курсов, в том числе и такие, которые сохраняют определенную (заранее планируемую) самостоятельность этих курсов. В широком смысле под интегративным подходом в обучении мы понимаем систему обучения, построенную на интегративном принципе и включающую все составные части процесса обучения (цели, содержание, средства, методы и формы обучения). Интеграцию в узком смысле мы определяем как систематизацию учебного материала, обеспечивающую сближение различных элементов учебного материала в общей его структуре, объединение различных его частей, повышение системных качеств изложения.

Понятие интегративной связи мы рассматриваем как новое понятие, отличающееся от понятий внутри- и межпредметной связей. Элементы учебного материала, между которыми устанавливается внутри- или межпредметная связь, могут в общей структуре курса находиться на значительном удалении друг от друга, поэтому не всегда внутри- и межпредметные связи могут рассматриваться как интегративные. Под интегративными связями мы понимаем такие внутри- и межпредметные связи, которые обеспечивают сближение соответствующих элементов и частей учебного материала, объединение их, одновременное и параллельное изучение.

На первый план должны выдвигаться не внешние атрибуты интеграции (помещение объединяемых курсов под одну книжную обложку, формальное чередование учебного материала и т.д.), а содержательная интеграция, основывающаяся на оптимальном подборе материала, излагаемого в непосредственной близости, параллельно, или в форме взаимного проникновения.

Критерием оптимальности должно служить достижение большей систематичности и рациональности изложения учебного материала (принцип оптимальности по Паре-то), а также рациональное распределение учебного времени между интегрируемыми учебными предметами.

Приведенные данные подчеркивают целесообразность выделения третьей группы принципов -- принципов интегративного подхода в обучении. Эту группу представим следующими принципами: выбора новых информационных образовательных технологий, в качестве общего объединяющего начала интеграции учебных курсов дополнительности различных форм интеграции, усиления развивающего характера обучения средствами интегративного подхода, крупноблочного, компактного изложения родственных вопросов, интеграции знаний и их применения, связи обучения с жизнью (прикладной направленности обучения).

4. Принципы интенсификации обучения

Заключительную группу составляют принципы активности, наглядности, доступности, сознательности и прочности. Эту группу мы называем принципами интенсификации обучения -- такое название их лучше подчёркивает процессуальную сторону обучения. Эти принципы также находятся в развитии. Заметим, например, что в гносеологической литературе встречается до десяти различных определений наглядности. Наиболее общая -- характеристика наглядности при помощи модельного представления знаний. При этом для построения модели используются более наглядные теории; в результате наглядность абстрактной теории усиливается при помощи менее абстрактного, более наглядного знания.

В информационной технологии значительное место отводится виртуальному эксперименту, мультимедийным трехмерным объектам. Одно дело наглядность понятий и фактов и совсем другое - наглядность доказательств (рассуждений). Эта проблема до конца еще не исследована в психолого-дидактической литературе. Особое значение имеет структурирование: не только текста, но и графических образов, привлекая для этого специальные приемы (к примеру, используя для раскраски чертежа различные цвета в определённой последовательности). Для выделения различных смысловых частей информации в электронном учебнике может также использоваться звук. Структурирование помогает обнажить логику рассуждений, представить её в более наглядном виде. Наглядность имеет не только объективное, но и субъективное содержание. Например, по мере формирования привычки оперировать учебным материалом он становится более наглядным, более обозримым, принимает более компактную и мобильную форму.

1.3 Дидактическая концепция электронного школьного учебника

Теория электронного школьного учебника очень молода и, естественно, до «последнего слова» в этой теории ещё далеко. На «донаучном уровне» под учебником понимается любая книга, рекомендованная для использования учащимися. Существуют различные дидактические и полиграфические концепции учебника. Их сопоставительный анализ приводит к следующим выводам. Электронный учебник, представляя предметное содержание, должен (минимальное требование) как бы «пунктирно» обозначать целостный дидактический процесс, основные его видимые «вехи» и признаки, обеспечивающие управляемость реального процесса в форме, ориентированной на ученика, на возможность самостоятельной работы с учебником. Один и тот же электронный учебник может допускать различные сценарии обучения. Например, при крупноблочном изложении учебного материала может вначале осуществляться опережающее изучение теории (в границах одного параграфа), затем - выполнение заданий и упражнений. Другой сценарий (обучение через задачи): сразу обращаемся к задачному материалу, по мере необходимости - к теоретическому материалу, при этом теория вначале изучается на ознакомительном уровне (без доказательств). В заключение обучающей части цикла теоретический материал изучается вместе с соответствующими доказательствами и обоснованиями. Существенно, что для ЭУ возможны индивидуальные траектории обучения в соответствии с моделью и профилем ученика.

2. Общие сведения об электронных учебниках

2.1 Требования к системе «электронного учебника»

Что же такое «Электронный учебник» и в чем его отличия от обычного учебника? Обычно электронный учебник представляет собой комплект обучающих, контролирующих, моделирующих и других программ, размещаемых на магнитных носителях (твердом или гибком дисках) ПЭВМ, в которых отражено основное научное содержание учебной дисциплины. ЭУ часто дополняет обычный, а особенно эффективен в тех случаях, когда он: обеспечивает практически мгновенную обратную связь; помогает быстро найти необходимую информацию (в том числе контекстный поиск), поиск которой в обычном учебнике затруднен; существенно экономит время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям; наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному разделу.

К недостаткам ЭУ можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

В основу положим следующие принципы для среды электронных учебников. Для эффективного функционирования человека в электронной системе обучения вне зависимости от задачи, решаемой исследователем, особое значение приобретают методы визуализации исходных данных, промежуточных результатов обработки, обеспечивающих единую форму представления текущей и конечной информации в виде отображений, адекватных зрительному восприятию человека и удобных для однозначного толкования полученных результатов. Важным требованием интерфейса является его интуитивность. Следует заметить, что управляющие элементы интерфейса должны быть удобными и заметными, вместе с тем они не должны отвлекать от основного содержания, за исключением случаев, когда управляющие элементы сами являются основным содержанием.

Требования к системе проектирования «электронного учебника»

Лёгкость в освоении и использовании данной среды для генерации электронных учебников достигается за счёт применения визуальных технологий и возможностью использования специалистом-предметником любых текстовых и графических редакторов для написания содержимого электронного учебника. Для удобства работы среда по генерации электронных учебников допускает разработку проекта по отдельным частям, что позволяет организовать работу над учебником нескольких специалистов-предметников.

Психолого-эргономические требования

Новые возможности вызывают развитие новых свойств программного обеспечения, особенно форм общения человека с ЭВМ. Необходимо обеспечить психологическую естественность деятельности пользователя с ЭВМ, адекватность программы целям и функциям обучения, удобство работы пользователя с ЭВМ и сохранение его здоровья. Психолояльность и эргономичность являются одними из важнейших характеристик качества ПС (программных средств), Широко пропагандируемая и в настоящее время «дружественность программного обеспечения» как раз и предполагает наличие психолого-эргономической поддержки разработки программных средств.

Применение ПС расставляет особые акценты между психологической и эргономической поддержкой дидактических целей. Психологическая естественность в соответствии с возрастными возможностями пользователя теснейшим образом связана с обеспечением таких, эргономических требований, как воспринимаемость информации, выделение особых зон для особенной информации и т. п. Как отмечает Г. С. Цейтин любая разработка программного обеспечения включает в себя задачу проектирования деятельности будущего пользователя создаваемой системы. В практике автоматизации вопросы проектирования деятельности будущего пользователя обычно решаются стихийно, в лучшем случае на основе опыта авторов системно-технического обеспечения, а чаще всего исходя из случайных соображений. Более того, проект деятельности пользователя не входит в состав документации на автоматизированную систему, не является законченным продуктом ее разработки. И как следствие отсутствуют психологически и эргономически обоснованные решения по таким важным вопросам, как определение класса решаемых пользователем задач, проектирование языка его взаимодействия с ЭВМ, выбор вида диалога, разработка дисплейных форматов, что приводит, как правило, к низкой мотивации у пользователей при решении задач с применением ЭВМ, к снижению эффективности их деятельности, повышенной утомляемости, к возникновению трудностей в освоении средств вычислительной техники.

Был предложен проектный программно-исследовательский подход к созданию психолого-эргономического обеспечения технических и программных средств деятельности пользователя. Начальный этап разработки проекта деятельности пользователя ЭВМ включает следующие проектные, системотехнические, психологические и эргономические моменты:

- системно - психологическую характеристики пользователя;

- логико-психологическое описание класса решаемых с помощью ПС задач;

- перечень программных поддержек основных стандартных процедур решения указанных задач;

- описание структуры компьютеризированной деятельности, включающее те действия, процедуры, средства реализации, эффективные стратегии осуществления информационных технологий.

Следует учитывать индивидуальные различия пользователей, в частности предусматривать возможность получения информации различной степени подробности.

При выборе форм представления информации на экране компьютера необходимо исходить не только из содержания учебной деятельности, но и из тех возможностей, которые предоставляет компьютер для: реализации эффективных стратегий решения и достижения таких целей, которые при «ручной» технологии оказываются недостижимыми.

В связи с особым ритмом общения человека с ЭВМ особую роль приобретает проблема понимания текстов. Это касается не только понимания текстов программ, но и понимания тех текстов, которые предъявляются пользователю на экране компьютера. Необходимо исследовать, как приобретаются новые навыки и умения при использовании такого нового средства, как компьютер.

При разработке ПС эргономические требования могут быть представлены к процедуре взаимодействия пользователя с ЭВМ; видам диалога пользователя с ЭВМ; проектированию дисплейных форматов; контролю ошибок пользователя; временным параметрам диалога пользователя с ЭВМ; организации информации на экране; кодированию информации на экране; языкам взаимодействия пользователя ЭВМ.

Можно выделить целый ряд эргономических требований к организации информации на экране:

- информация, предъявляемая на экране, должна быть понятной, логически связной, распределенной на группы по содержанию и функциональному назначению;

- при организации информации на экране следует избегать избыточного кодирования и неоправданных, плохо идентифицируемых сокращений;

- рекомендуется минимизировать на экране использование терминов, относящихся к ЭВМ, вместо терминов, привычных для пользователя;

- не следует для представления информации использовать краевые зоны экрана;

- на экране должна находиться только та информация, которая обрабатывается пользователем в данный момент.

В современных программных средствах используется ряд приемов для выделения части информации на экране: переструктурирование информации и выделение зон, окон для выделяемой части информации, а также инверсное изображение для части информации и различные эффекты, привлекающие внимание пользователей (мелькание и др.). Использование этих приемов должно быть психологически обосновано особенно для ПС, функционально обусловлено и эргономично.

Рекомендуется: вопросно-ответные сообщения и подсказки помещать в верхней части экрана, выделяя явным образом отведенную для этого зону, например отделяя ее горизонтальной линией от основной информации на экране; различные виды сообщения необходимо отделять друг от друга, в зоне вспомогательной информации. Например, можно рекомендовать применять инверсное изображение для подсказок; зоны размещения на экране вспомогательной информации должны быть четко идентифицируемы - зона подсказок, зона комментариев, зона управляющих сообщений, зона для сообщений об ошибках; при зонировании экрана допускается изменение масштаба знаков в отдельной зоне; эффекты, привлекающие внимание пользователя ПЭВМ (мелькание, повышенная яркость, обратный контраст), следует применять строго в соответствии с проектом деятельности пользователя, только в тех случаях, когда, это необходимо и психологически обосновано.

2.2 Классификация средств создания электронных учебников

Средства создания электронных учебников можно разделить на группы, например, используя комплексный критерий, включающий такие показатели, как назначение и выполняемые функции, требования к техническому обеспечению, особенности применения. В соответствии с указанным критерием возможна следующая классификация:

традиционные алгоритмические языки;

инструментальные средства общего назначения;

средства мультимедиа;

гипертекстовые и гипермедиа средства;

Ниже приводятся особенности и краткий обзор каждой из выделенных групп. В качестве технической базы в дальнейшем имеется в виду IBM совместимые компьютеры, как наиболее распространенные в нашей стране и имеющиеся в распоряжении школы.

Традиционные алгоритмические языки

Характерные черты электронных учебников, созданных средствами прямого программирования:

разнообразие стилей реализации (цветовая палитра, интерфейс, структура ЭУ, способ подачи материала и т.д.);

сложность модификации и сопровождения;

большие затраты времени и трудоемкость;

отсутствие аппаратных ограничений, т.е. возможность создания ЭУ, ориентированного на имеющуюся в наличие техническую базу.

Инструментальные средства общего назначения

Инструментальные средства общего назначения (ИСОН) предназначены для создания электронных учебников пользователями не являющимися квалифицированными программистами. ИСОН, применяемые при проектировании электронного учебника, как правило, обеспечивают следующие возможности:

формирование структуры электронного учебника;

ввод, редактирование и форматирования текста (текстовый редактор);

подготовка статической иллюстративной части (графический редактор);

подготовка динамической иллюстративной части (звуковых и анимационных фрагментов);

подключение исполняемых модулей, реализованных с применением других средств разработки и др.

К достоинствам инструментальных средств общего назначения следует отнести:

возможность создания электронного учебника лицами, которые не являются квалифицированными программистами;

существенное сокращение трудоемкости и сроков разработки электронных учебников;

невысокие требования к компьютерам и программному обеспечению.

Вместе с тем ИСОН имеют ряд недостатков, таких как:

далеко не дружественный интерфейс;

меньшие, по сравнению с мультимедиа и гипермедиа системами, возможности;

отсутствие возможности создания программ дистанционного обучения.

В нашей стране существует множество отечественных ИСОН: Адонис, АосМикро, Сценарий, ТесСис, Интегратор и др.

Средства мультимедиа

Еще до появления новой информационной технологии эксперты, проведя множество экспериментов, выявили зависимость между методом усвоения материала и способностью восстановить полученные знания некоторое время спустя. Если материал был звуковым, то человек запоминал около 1\4 его объема. Если информация была представлена визуально - около 1\3. При комбинировании воздействия (зрительного и слухового) запоминание повышалось до половины, а если человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалось до 75%.

Итак, мультимедиа означает объединение нескольких способов подачи информации - текст, неподвижные изображения (рисунки и фотографии), движущиеся изображения (мультипликация и видео) и звук (цифровой и MIDI) - в интерактивный продукт.

Аудиоинформация включает в себя речь, музыку, звуковые эффекты. Наиболее важным вопросом при этом является информационный объем носителя. По сравнению с аудио видеоинформация представляется значительно большим количеством используемых элементов. Прежде всего, сюда входят элементы статического видеоряда, которые можно разделить на две группы: графика (рисованные изображения) и фото. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Ко второй - фотографии и сканированные изображения.

Динамический видеоряд практически всегда состоит из последовательностей статических элементов (кадров). Здесь выделяются три типовых элемента: обычное видео (около 24 фото в секунду), квазивидео (6-12 фото в секунду), анимация. Использование видеоряда в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Среди них наиболее важными являются: разрешающая способность экрана и количество цветов, а также объем информации.

Характерным отличием мультимедиа продуктов от других видов информационных ресурсов является заметно больший информационный объем, поэтому в настоящее время основным носителем этих продуктов является оптический диск CD-ROM стандартной емкостью 650 Мбайт. Для профессиональных применений существует ряд других устройств (CD-Worm, CD-Rewritaeble, DVD и др.), однако они имеют очень высокую стоимость.

Гипертекстовые и гипермедиа средства

Гипертекст - это способ нелинейной подачи текстового материала, при котором в тексте имеются каким-либо образом выделенные слова, имеющие привязку к определенным текстовым фрагментам. Таким образом, пользователь не просто листает по порядку страницы текста, он может отклониться от линейного описания по какой-либо ссылке, т.е. сам управляет процессом выдачи информации. В гипермедиа системе в качестве фрагментов могут использоваться изображения, а информация может содержать текст, графику, видеофрагменты, звук.

Использование гипертекстовой технологии удовлетворяет таким предъявляемым к учебникам требованиям, как структурированность, удобство в обращении. При необходимости такой учебник можно “выложить” на любом сервере и его можно легко корректировать. Но, как правило, им свойственны неудачный дизайн, компоновка, структура и т.д.

В настоящее время существует множество различных гипертекстовых форматов (HTML, DHTML, PHP и др.).

Критерии выбора средств

При выборе средств необходима оценка наличия:

аппаратных средств определенной конфигурации;

сертифицированных программных систем;

специалистов требуемого уровня.

Кроме того, необходимо учитывать назначение разрабатываемого ЭУ, необходимость модификации дополнения новыми данными, ограничение на объем памяти и др.

Благодаря бурно развивающейся технологии средства мультимедиа и гипермедиа становятся достаточно дешевыми, чтобы устанавливать их на большинство персональных компьютерах. Кроме того, мощность и быстродействие аппаратных средств позволяют использовать вышеупомянутые средства.

2.3 Структурная организация электронного учебника

На рынке компьютерных продуктов с каждым годом возрастает число обучающих программ, электронных учебников и т.п. Одновременно не утихают споры о том, каким должен быть "электронный учебник", какие функции "вменяются ему в обязанность". Традиционное построение ЭУ: предъявление учебного материала, практика, тестирование.

В настоящее время к учебникам предъявляются следующие требования:

1. Информация по выбранному курсу должна быть хорошо структурирована и представлять собою законченные фрагменты курса с ограниченным числом новых понятий.

2. Каждый фрагмент, наряду с текстом, должен представлять информацию в аудио- или видео ("живые лекции"). Обязательным элементом интерфейса для живых лекций будет линейка прокрутки, позволяющая повторить лекцию с любого места.

3. Текстовая информация может дублировать некоторую часть живых лекций.

4. На иллюстрациях, представляющих сложные модели или устройства, должна быть мгновенная подсказка, появляющаяся или исчезающая синхронно с движением курсора по отдельным элементам иллюстрации (карты, плана, схемы, чертежа сборки изделия, пульта управления объектом и т.д.).

5. Текстовая часть должна сопровождаться многочисленными перекрестными ссылками, позволяющими сократить время поиска необходимой информации, а также мощным поисковым центром. Перспективным элементом может быть подключение специализированного толкового словаря по данной предметной области.

6. Видеоинформация или анимации должны сопровождать разделы, которые трудно понять в обычном изложении. В этом случае затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще невозможно описать человеку, никогда их не видавшему (водопад, огонь и т.д.). Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

7. Наличие аудиоинформации, которая во многих случаях является основной и порой незаменимой содержательной частью учебника.

Структура электронного учебного курса

Известно, что структура множества проектов обучающей системы может являться последовательным представлением фрагментов учебного материала либо иметь формальное описание с возможностью автоматической настройки (адаптации) в такт реализации процесса обучения. Чтобы управлять процессом обучения и предоставлять возможность выбора (пользователю или обучающей системе) рационального пути навигации по учебно-методическому материалу, требуется явное описание структуры и алгоритм реализации этого выбора.

Пусть имеется основной файл F электронного учебно-методического материала, в котором выделена совокупность {F}, j=0,1,2,…, m, фрагментов (разделов). Многообразие последовательных структур составляет m! вариантов. После операции группировки на множестве {Fj} получим структуру «дерево» с меньшим числом вариантов организации данных.

Возможность выбора рациональной структуры для гибкой навигации обучаемого по материалам электронного курса, а так же реализация других сервисов обучающейся системы напрямую зависят от наличия структурной надстройки в виде описания совокупности структур S1, S2, …, Sn над основным материалом. Фактически создается файл структурного описания или файл метаинформации обучающей системы, в котором можно хранить не только описание структур S1, S2, …, Sn, но и информацию о частоте обращения к элементам структуры.

Анализ и обработка файла метаинформации обучающей системы позволяет автоматизировать процессы формирования отчетов по группам и классам пользователей, а также адаптировать параметры обучающей системы под индивидуальные особенности пользователя.

Структура электронного учебного курса является одним из параметров организации обучающего процесса. Эффективность структуры обычно анализируется с двух позиций: как инструмента настраиваемого доступа к данным электронного учебно-методического материала при различных требованиях обучаемого и как параметра адаптации процесса обучения. Состав электронного учебно-методического материала должен включать в себя следующие компоненты: