Оперативность в разработке и корректировании электронных средств обучения частично может быть достигнута на основе использования популярных WEB-технологий и технологий гипермедиа. Однако оперативность необходима и в разработке информационного наполнения, в корректировании структуры и системы навигации электронных учебников, пособий, сайтов.

В данном параграфе описывается разрабатываемый в настоящее время теоретико-технологический подход, получивший условное название информационного интегрирования и заключающийся в интеграции (сборке) информационных составляющих согласно специально построенным структурам данных (иерархиям), отражающим смысловую подчиненность понятий - основы любого учебного предмета.

Рассмотрим технологию построения и автоматизации обработки подобных иерархий.

Как правило, содержание любого учебного курса в той или иной мере отражает содержание одной из предметных областей человеческого знания (или подмножества такой области). Более того, та часть предметной области, которая взята за основу учебного процесса получила название образовательной области. В работах С.Г. Григорьева, В.В. Гриншкуна и других поднимались вопросы выделения множества понятий и логических связей между понятиями в конкретных предметных или образовательных областях. Подобные системы принято называть тезаурусами. [10]

Говоря более точно, можно определить тезаурус как конкретный способ задания множества и отношений на нем. Например, традиционный общеязыковой тезаурус представляет собой алфавитный словник, где для каждого слова указаны содержащие его рубрики. Структура разделения рубрик на подрубрики задает родо-видовые отношения на множестве слов.

Если за Т обозначить множество понятий, являющихся смыслообразующей основой данной образовательной области (глоссарий), а за V - множество всех связей между элементами, то тезаурус Z_v можно рассматривать как отфильтрованное в соответствии с V декартовое произведение множества Т на само себя:

Z_v = < T х T > |_v ,

где отношения между элементами множества Т (логические связи между понятиями) и задают подобное произведение.

Более наглядно тезаурус Z_v можно представить в виде таблицы:

	t1	t2	t3	...	tn
t1		v1		...
t2				...	v3
t3				...	v4
...	...	...	...	...	...
tn			v2	...

где t_i - понятия предметной области, а v_i - логические связи.

Возникает естественное предположение, что подобная таблица (тезаурус) может быть оформлена для любой предметной области. Меняются лишь сами термины t_i и месторасположение связей v_i , что и задает специфику данного научного направления. Можно сделать вывод, что подобное выборочное произведение множества понятий на само себя является инвариантом относительно выбора образовательной области. Или, говоря иначе, имеет право на существование предположение об изоморфности предметных областей в смысле логической структуры их понятийных систем. Если Z_v¹ = < T¹ х T¹ > и Z_v² = < T² х T² > - тезаурусы различных предметных областей то вероятна их изоморфность:

Z_v¹ Z_v²

Предположение о справедливости данной гипотезы имеет большое практическое значение в рамках решения описываемой проблемы. Действительно, использование данного свойства тезаурусов позволило бы унифицировать и автоматизировать обработку образовательных областей, в процессе которой создаются электронные средства обучения. Кроме того, к числу таких обработок в полной мере относится и разработка содержания учебных курсов, что порождает однообразие методик организации педагогической деятельности.

Общеизвестно, что таблица, представленная выше для конкретизации тезауруса, на самом деле является графом Z_v с вершинами t_i , а элементы v_i соответствуют его ребрам. Однако, как показывает практика, графы с присущими им циклами (наличие в графе пути по ребрам от вершины к самой себе) не являются идеальной структурой для построения электронных версий тезаурусов, их обработки, а тем более для разработки каких бы то ни было средств обучения.[10] Решение данной проблемы, на наш взгляд, лежит в использовании специальных подграфов, которые получаются за счет удаления циклов из исходного графа-тезауруса.

Существует несколько способов преобразований графов, приводящих к ликвидации циклов. В их числе пренебрежение малозначимыми связями, объединение циклической конструкции в одну вершину и переформулирование соответствующего понятия, изменение критерия, лежащего в основе связывания понятий и другие приемы.

Согласно определения, известного из математической теории графов, замкнутый граф, не имеющий циклов, является деревом - графом, все вершины которого по отношению друг к другу являются родительскими или дочерними, в котором каждая дочерняя вершина имеет связь не более чем с одной родительской вершиной и в котором существует ровно одна вершина не имеющая родителей - корень дерева. Таким образом, построенный тезаурус образовательной области преобразуется в общепринятую древовидную структуру понятий, или, более кратко, иерархию, одно из определений которой предполагает, что иерархия - это замкнутый граф, не содержащий циклов.

Деревья-иерархии в явном виде отражают логическую подчиненность понятий, позволяют говорить об отношениях “общее-частное”, способах конкретизации понятий через понятия более низкого уровня и, что немаловажно, позволяют на практике осуществить идею автоматизации построения содержания электронных средств обучения.

Подобная автоматизация требует качественной программной поддержки. В рамках описываемой технологии разработаны программные компоненты, позволяющие строить и обрабатывать иерархии понятий. Одним из продуктов такой обработки являются электронные средства обучения. Кроме этого, программные средства манипулирования иерархиями понятий позволяют производить топологическое сравнение построенных электронным образом иерархий. Хотелось бы отметить, что первые шаги по построению подобных программных средств выявили широкую область применения электронных тезаурусов: электронная обработка иерархий, понятия которых снабжены дополнительной медиа-информацией, позволяет создавать унифицированные учебники и учебные пособия (бумажные и электронные), разрабатывать проекты учебных курсов по всем дисциплинам, создавать электронные сайты для размещения на средствах телекоммуникаций, планировать педагогическую и научно-исследовательскую деятельность и, наконец, использовать сами иерархии в компьютеризированном обучении.[11]

Все указанные выше свойства присущи специализированному программному средству, получившему название «Информационный интегратор «Иерархия-2000» (рис. 1).

Рисунок 1.

Интегратор позволяет оперативно с максимальной визуализацией строить, редактировать, сохранять и обрабатывать любые иерархические структуры данных и сопровождающую их гипермедиа-информацию. Порождение информационных продуктов (в том числе и электронных средств обучения) на основе обработки иерархии понятий происходит в соответствии с принципами информационного интегрирования.

Основой представления данных в системе служит электронная иерархическая древовидная структура: для каждой образовательной области строится специальное дерево (иерархия), отражающее структуру и подчиненность понятий данной области. Вершинами такого дерева являются образы конкретных понятий, именуемые терминами. Некоторые из терминов обозначают родовые понятия, т.е. такие, которые объединяют (в том или ином смысле - в зависимости от содержания изучаемой области) группы видовых понятий. Видовые понятия, в свою очередь, могут оказаться родовыми для групп понятий следующего уровня иерархии.

Пользователю предоставлены все необходимые средства для построения и редактирования иерархии понятий. В их числе операции, применимые как к отдельным вершинам электронной древовидной структуры, так и ко всей структуре в целом. К числу операций первого типа можно отнести:

переход от одной вершины к другой, навигацию по иерархии;

создание вершины с первоначальным определением ее имени;

вставку вновь создаваемой вершины до и после текущей вершины, а также объявление вновь создаваемой вершины дочерней по отношению к текущей вершине;

редактирование имени вершины;

удаление вершины и поддерева, для которого данная вершина являлась корневой;

копирование вершин и соответствующих поддеревьев;

перемещение вершин и поддеревьев;

вставка в качестве поддерева иерархии, сохраненной ранее в виде файла на одном из внешних носителей;

поиск вершины по имени;

присоединение файлов к вершине;

изменение параметров вершин (вида шрифта, стиля, размера, цвета, правила обработки и пр.);

задание комментариев к вершинам.

В числе операций, объектом действия которых выступает вся электронная иерархия можно назвать:

изменение параметров дерева (вида шрифта, стиля, размера, цвета, правила обработки и пр.);

сохранение дерева и сопутствующей информации в виде файла на одном из внешних носителей;

загрузка ранее сохраненных иерархий с внешнего носителя в Информационный интегратор для редактирования и обработки;

печать иерархии;

различные виды обработки иерархии, связанные с обходом древовидной структуры и порождением электронных информационных ресурсов.

Как следует из предыдущего перечисления для редактируемой иерархии вводится понятие текущей вершины. По аналогии с другими программными средствами текущей вершиной является элемент дерева, с которым в данный момент времени будут происходить инициируемые пользователем изменения. В Информационном интеграторе текущая вершина имеет специальную подсветку, играющую роль своеобразного курсора, указывающего пользователю в каком месте иерархической структуры он находится.

Как уже отмечалось, предусмотрены операции перехода от одной вершины к другой, которые визуализируются благодаря перемещению курсора на экране. Возможно два режима перемещения. При первом режиме курсор передвигается от одной вершине к другой с учетом связей между вершинами (движение по ветвям древовидной структуры), при втором - курсор перемещается по элементам дерева, находящихся в соседних текстовых строках экрана (движение по строкам). Любая из подобных групп операций обеспечивает достаточно удобную навигацию по древовидной структуре: перемещая курсор, человек может определить место для вставки, удаления или перемещения вершины, указать вершину для изменения имени или параметров.

Для удобства управления редактированием в «Иерархии-2000» предусмотрено контекстно-зависимое меню команд, возникающее на экране при нажатии на одну из клавиш мыши. В случае, если мышь указывает на вершину электронной иерархии, такое меню предлагает пользователю действия, относимые к вершинам и предусмотренные вышеуказанным перечислением. (рис 2.)

Рисунок 2.

Кроме этого, большинство подобных действий можно инициировать и с помощью основного горизонтального меню, находящегося в верхней части экранного пространства. Кроме этого, наличие дублирования большинства команд в основном меню позволяет строить и редактировать электронные иерархии, пользуясь одной лишь клавиатурой. Манипулирование со всеми элементами основного и контекстно-зависимого меню происходит по стандартным правилам, принятым в программных средствах, функционирующих в операционной системе Microsoft Windows.

Важной особенностью описываемого средства работы с иерархическими структурами является возможность скрытия поддеревьев на экране. Любые ветви иерархии могут быть принудительно помечены как не изображаемые. (рис. 3)

Рисунок 3.

Такие поддеревья с точки зрения оперирования ничем не отличаются от других фрагментов электронной иерархической структуры. Примечательно, что в отличие от простого линейного текста в иерархической системе понятий скрытыми могут оказаться только замкнутые по смыслу совокупности вершин. За счет скрытый улучшается обозримость структуры обрабатываемой образовательной области без смысловых потерь, появляется возможность отдельного рассмотрения иерархических срезов. Как следствие, повышается удобство конструирования средств обучения.

Горизонтальный и вертикальный размеры выстраиваемых пользователем электронных иерархий в Информационном интеграторе не ограничены. Ограничение накладывается лишь аппаратным ресурсообеспечением. В связи с этим, как правило, размеры древовидных структур, отражающие тезаурус той или иной образовательной области, существенно превышают размеры экранного пространства, доступного для визуализации дерева. Для удобства оперирования с большими по размеру электронными иерархиями в Информационном интеграторе предусмотрен их вертикальный и горизонтальный скроллинг. Инициирование скроллинга осуществляется путем перемещения курсора к вершине, находящейся за пределами «видимой» части иерархии или управлением скроллингом с помощью вертикальной и горизонтальной полос прокрутки.

Безусловно, основная работа с терминами образовательной области в Информационном интеграторе «Иерархия-2000» происходит в режиме построения или редактирования древовидной структуры. Однако, данное программное средство предоставляет пользователю возможность манипулирования терминами, собранными в специальном алфавитном списке (глоссарии), который формируется автоматически параллельно с конструированием или редактированием древовидной структуры. Алфавитный список, представляет собой множество терминов, визуализируемых в специальном окне на экране компьютера в алфавитном порядке. Для элементов алфавитного списка (в случае активизации соответствующего окна) также предусмотрены текущий элемент, контекстное меню, навигация и скроллинг.

На рисунке 4 показан результат построения электронной иерархической системы понятий в Информационном интеграторе «Иерархия-2000» для учебного курса «Геометрия». Из рисунка видно, что основным объектом, выстраиваемым пользователем является электронное дерево-иерархия. При этом из двух множеств терминов в Информационном интеграторе иерархическая структура играет основную роль, а алфавитный список - подчиненную. Наличие подобной зависимости обусловлено взаимосвязью операций, возможных для элементов электронной иерархии и алфавитного списка:

Добавление нового элемента иерархической структуры автоматически порождает создание нового элемента и упорядочение алфавитного списка;

Удаление элемента или ветви иерархической структуры не вызывает удаления соответствующих элементов алфавитного списка;

Перемещение элементов внутри иерархической структуры не оказывает влияния на алфавитный список;

Принудительное добавление пользователем элементов в алфавитный список без соответствующих добавлений в иерархическую структуру не допускается;

Удаление элементов в алфавитном списке возможно только для тех терминов, которые не имеют аналогов в иерархической структуре.

Из данного набора свойств следует, что у пользователя имеется возможность удалить часть элементов иерархической структуры без изменения количественного и качественного состава алфавитного списка. Это порождает целый ряд дополнительных преимуществ, связанных с возможностью отложить термины для последующей постановки в дерево, отследить историю развития терминологии, предоставить пользователю выстроить дерево из заранее заданных элементов, но, например, согласно другим критериям структуризации понятий. Вместе с тем имеется возможность удаления всех «лишних» элементов алфавитного списка.

Тезаурус образовательной области, содержащий в себе множество понятий и связей между ними, безусловно, представляет собой ту смысловую основу, которая должна быть доведена до учащегося в результате процесса обучения. В этой связи любые средства обучения, включая электронные, должны строиться в строгом соответствии с подобными информационными иерархиями, отражать их структуру и смысловую подчиненность понятий. Однако, практика показывает, что для нормального учебного процесса этого недостаточно. Необходим дополнительный объем учебного информационного материала, с помощью которого до обучаемого могли бы быть доведены особенности информационной базы, содержащейся в тезаурусе образовательной области. При этом, содержание, объем и вид такого материала должны варьироваться в зависимости не только от специфики образовательной области но и от индивидуальных особенностей конкретного контингента учащихся. Здесь речь идет о сопровождающих любой учебный курс описаниях, пояснениях, примерах, демонстрациях и пр.

Рисунок 4.

Необходимость расширения информационного материала нашла отражение в Информационном интеграторе «Иерархия-2000» за счет механизма дополнения элементов иерархической структуры различными информационными объектами, построенными по принципам гипермедиа. Говоря более точно, каждая вершина электронной иерархической структуры или соответствующий элемент алфавитного списка имеет некоторое множество атрибутов. Все атрибуты доступны для редактирования пользователю посредством манипулирования курсором, основным и контекстно-зависимым меню, переходами к специализированным окнам Информационного интегратора.

К атрибутам относятся:

параметры вершин;

множество дополнительных файлов, присоединенных к вершине;

комментарии к вершине.

Рассмотрим каждый из перечисленных видов атрибутов более подробно.

Параметры вершин. Каждая вершина содержит набор внутренних по отношению к Информационному интегратору параметров, отражающих свойства вершины в дереве, особенности визуализации вершины на экране компьютера, способ обработки вершины при конструировании электронного средства обучения. Так, например, к параметрам вершины относятся шрифт, цвет, стиль, размер символов, статус скрытия на экране, пропуск при обходе дерева, пользовательская пометка и пр.

Множество дополнительных файлов. Информационный интегратор «Иерархия-2000» предоставляет пользователю возможность связывания с любой вершиной иерархической структуры любого количества так называемых присоединенных файлов. В их качестве могут выступать файлы практически всех известных информационных форматов и содержать в себе простой или форматированный текст, рисунки, схемы, таблицы, диаграммы, фотографии, аудио- или видеозаписи, вопросы или варианты ответов тестов и пр. Задание или редактирование качественного состава множества присоединенных файлов к одной вершине можно производить как с помощью элементов иерархической структуры, так и путем использования элементов алфавитного списка. Наличие или отсутствие присоединенных файлов никак не отражается на структуре понятий, представленной в виде электронной иерархии, но в совокупности с ней представляет собой систему необходимых информационных компонентов для автоматизации разработки электронных средств обучения.

Содержимое присоединенных файлов используется во время обработки иерархической структуры при компоновке содержания гипертекстовой или гипермедиа-страницы электронного учебника или другого средства обучения, соответствующей данному понятию иерархии. Следует напомнить, что термин гипертекст впервые ввел Тед Нельсон и определил его как комбинацию естественно-языкового текста со способностью компьютера осуществлять ветвление или динамическое воспроизведение нелинейного текста, который не может быть напечатан обычным образом на листе бумаги. Было выявлено, что учебное средство, построенное по принципам гипертекста, позволяет автоматизировать обучение, дает возможность обучаемому не только просмотреть группу документов, но и изучить механику образования ассоциативных связей. Кроме того, разработка педагогических программ привела к созданию более прогрессивных средств - систем гипермедиа. Гиперсредой или гипермедиа называется гипертекст, в состав которого входит информация разных типов (текст, иллюстрации, звук, видео).

Комментарии к вершине. Как и во многих других популярных в настоящее время системах Информационный интегратор предусматривает возможность текстового комментирования выстраиваемых информационных структур. Текстовые комментарии, вводимые пользователем в специальном окне «Комментарий», не являются присоединенным файлом и хранятся вместе с иерархической структурой, являясь ее неотъемлемой частью. Цель использования комментариев двойная: во-первых, у пользователя появляется возможность делать индивидуальные пометки или вводить поясняющую информацию, не влияющую на результат обработки иерархической структуры, во-вторых, при определенной настройке интегратора окно комментариев позволяет вводить текст, который затем будет вставлен в соответствующую страницу электронного средства обучения. В этом случае пользователь получает средство непосредственного ввода и редактирования небольших результирующих текстов, без использования других программных средств и механизма присоединения файлов.

Ключевым моментом Информационного интегратора «Иерархия-2000» является упоминавшаяся выше возможность обработки электронных иерархических структур понятий образовательной области. Такая обработка основана на последовательном обходе вершин иерархии и генерации для каждой вершины гипертекстовой или гипермедиа-страницы. В «Иерархии-2000» реализован рекурсивный левосторонний нисходящий обход вершин дерева. Благодаря подобным средствам автоматизации генерируемые страницы автоматически снабжаются требуемой системой гиперссылок. Объединение сгенерированных в результате обработки иерархии вершин образует «полуфабрикат» требуемого электронного средства обучения, который требует незначительной «ручной» доработки перед непосредственным использованием в учебном процессе.

Основными информационными учебными продуктами, получаемыми в автоматическом режиме с помощью Информационного интегратора являются электронные учебники и учебные пособия, электронные и обычные текстовые документы, Интернет и Интранет-сайты учебного назначения, интерфейсные и содержательные компоненты педагогических программных средств, учебные информационно-поисковые системы.

Информационный интегратор «Иерархия-2000» разработан в популярной операционной системе Microsoft Windows на языке Visual Basic, благодаря чему данное программное средство обладает относительно компактным кодом и низкими системными требованиями. В системе реализован интуитивно понятный интерфейс, максимально опирающийся на стандартные элементы управления Windows и содержащий удобную систему помощи, что также упрощает работу с интегратором.

Следует отметить, что в ходе разработки Информационного интегратора был определен специализированный принцип размещения информации в учебных гипермедиа средствах. Данный принцип также является неотъемлемой частью технологии информационного интегрирования и используется в ходе обработки электронных иерархических систем понятий. Согласно этому принципу в электронном учебном гипермедиа-средстве наряду с информационными страницами должна присутствовать страница со структурой средства, так называемая карта, которая представляет собой иерархию заглавий всех страниц документа или структурированное оглавление. (рис. 5)

Рисунок 5.

При этом каждый элемент такой иерархии должен являться гиперссылкой на соответствующую страницу электронного средства обучения.

Указанный принцип регламентирует особенности построения всех остальных страниц электронного учебного средства. В заглавии каждой гипертекстовой или гипермедиа-страницы публикуется имя соответствующей вершины иерархической структуры, являющееся элементом тезауруса образовательной области. Все гиперссылки, предназначенные для навигации по учебному средству должны быть сгруппированы на экране в три основные группы. Первая из них содержит единственную гиперссылку на страницу, соответствующую вершине-родителю по отношению к данной вершине-странице. Иначе говоря, эта группа содержит гиперссылку на страницу, посвященную объемлющему понятию.

Вторая группа содержит гиперссылки на страницы, содержание которых уточняет или дополняет содержание текущей страницы. В иерархической структуре понятий таким гиперссылкам соответствуют вершины-потомки, для которых данная вершина является родительской.

И, наконец, третья группа гиперссылок указывает на страницы, информация которых имеет такой же как и у данной страницы смысловой уровень, что соответствует вершинам-братьям в электронной иерархии. Представления об этих ссылках можно получить из рисунка 6.



Рисунок 6.

Использование подобного принципа в автоматической генерации электронных средств обучения позволяет учащемуся легко ориентироваться в предлагаемой ему информации: изучая конкретный материал, он может в случае необходимости детализировать его, просмотреть описание аналогичных понятий или перейти к более объемлющему по смыслу материалу. Очевидно, что подобная методология работы с информацией нацелена на повышение индивидуализации процесса обучения.

Кроме того, в распоряжении педагогов и учащихся появляется алгоритм просмотра всех страниц учебного гипермедиа-средства, когда для одной страницы просматриваются все страницы-потомки, затем осуществляется переход к странице-брату. Если просмотр страниц-братьев и соответствующих им поддеревьев заканчивается, осуществляется переход к родительской странице и цикл просмотра повторяется уже для брата родителя. При такой навигации по электронному средству обучения учащийся не только знакомится со всей гипермедиа-информацией, но и получает полную картину межпонятийных смысловых связей для данной образовательной области.

При использовании технологии информационного интегрирования построение и оперативное изменение электронного учебника происходит в режиме работы с электронной иерархической моделью структуры его содержания и ее последующей обработкой. Автоматизация процессов создания и корректировки электронных средств обучения, используемых в сфере образования, на основе предлагаемых технологий позволит заменить привычную работу по написанию текстов на специальных языках созданием иерархических структур и соответствующих им информационных дополнений. Любое последующее изменение содержания учебного средства сводится к явному корректированию его структуры в Информационном интеграторе или присоединению к уже существующей иерархии необходимых информационных гипермедиа-статей и последующей пересборкой учебного средства. Любая корректировка электронного учебника или Интернет-сайта в этом случае занимает лишь несколько часов, после чего он сразу же готов к использованию в учебном процессе.

Анализ большинства существующих электронных учебных средств показывает, что наряду с вопросами корректного представления учебного материала до сих пор остаются не проработанными подходы к разработке дизайна электронных средств обучения. Вместе с тем, внешний вид пособий, их эргономические свойства, несомненно, играют важную роль в повышении эффективности обучения.

К сожалению, внешний интерфейс существующих электронных учебников или учебных Интернет-сайтов зачастую выстраивается хаотично, не подчиняясь четко разработанной системе, что приводит к «запутыванию» учащегося, выработке у него неадекватной логической структуры изучаемой предметной области.

В свете описанной выше технологии информационного интегрирования было бы целесообразным использовать аналогичный подход и в разработке внешнего интерфейса электронных педагогических средств. В этом случае на той же материальной и программной базе можно было бы выстраивать электронные деревья-иерархии, вершинами которых являлись бы визуальные и навигационные элементы электронных учебников и сайтов. Листьями иерархий в этом случае являлись бы конкретные значения атрибутов этих элементов (цвет, размер, координаты месторасположения и пр.). Разработчик компьютерного учебного пособия смог бы выстраивать электронную структуру дизайна в соответствии с психолого-педагогическими особенностями конкретного учебного процесса, требованиями эргономики, особенностями структуры и содержания учебного материала.

В случае реализации подобного программного расширения Информационного интегратора в распоряжении разработчика оказалось бы две электронные иерархии, описывающих с помощью относительно формализованных методов, внешний вид и содержание электронного средства обучения. Примечательно, что и в этом случае автоматизация разработки сводится к параллельному обходу деревьев-иерархий и обработке их элементов. Очевидно, что получаемые таким образом электронные учебные средства, хотя и будут иметь четкую структуру в содержании и дизайне, носят характер заготовок и должны дорабатываться в ходе творческой деятельности автора.

К настоящему времени уже накоплен некоторый опыт эксплуатации Информационного интегратора. С его помощью разработано несколько электронных учебников, в числе которых электронный учебник «Налоги России», структурированный согласно Налогового Кодекса.

Представление о внешнем виде учебника при работе с картой его содержания можно получить из рисунка 7.



Рисунок 7.

Автоматически сгруппированная система гиперссылок и стандартных средств навигации и компьютерных коммуникаций в данном электронном учебнике предоставила возможность практической реализации концепции обратной связи от обучаемого, работающего с учебником, к преподавателю.

В заключение хотелось бы отметить, что описанные в ней технологические подходы приобретают особое значение в свете активно развиваемых в настоящее время дистанционных форм образовательного процесса, подразумевающего его распределение не только в пространстве но и во времени.

В процессе дистанционного диалога между педагогом и обучаемым все чаще используются современные средства компьютерного информационного обмена подобные всемирной сети Интернет. В связи с этим вопросы корректного формирования и оптимизации педагогической информации, подлежащей пересылке с помощью средств телекоммуникаций сегодня являются очень актуальными.

Вместе с тем, основными недостатками учебных средств, используемых для дистанционной пересылки являются их громоздкость, смысловая хаотичность и отсутствие единообразия. Все это приводит к чрезмерной загрузке дорогостоящих каналов связи, необходимости использования учащимся, который зачастую находится за тысячи километров от педагога, различных программных средств для обработки материала различных учебных курсов. В результате, обучаемый тратит время и усилия на неоправданное изучение большого числа педагогических программных средств и технологий.

Решение данной проблемы, очевидно, лежит в поиске общих для всех предметных областей дистанционного обучения форм организации материала и построении на их основе специализированных программных средств. Частично этого можно достичь, используя WEB-технологию и гипертекст. Однако, смысловая произвольность исходного текста и хаотичность в расстановке гиперссылок приводят к отсутствию системы в познавательной деятельности учащегося: может найтись материал, до которого он просто "не доберется", и обязательно найдутся темы или разделы, которые придется изучать дважды.

Используя описанную в работе технологию информационного интегрирования, можно получить в качестве основы для дистанционно пересылаемого учебного материала электронный тезаурус-иерархию требуемой образовательной области, снабженный, к тому же, всей необходимой дополнительной гипермедиа-информацией. Электронные иерархии более корректно представляют логическую структуру учебной дисциплины и не имеют существенных недостатков, ухудшающих методические и технологические аспекты дистанционного обучения.

Использование описанной в настоящей работе технологии и программных средств позволяет на основе пересылки иерархий по каналам связи, задействованным в организации дистанционного обучения, знакомить учащихся только с одним-двумя техническими средствами, пригодными для обучения всем предметам системы дистанционного образования. Кроме того, иерархии, являясь основной смысловой «выжимкой» образовательной области существенно компактнее простого текста или даже гипертекста, что приводит к уменьшению себестоимости дистанционного образовательного процесса за счет снижения нагрузки на телекоммуникационные каналы.

Широкое внедрение в учебный процесс современных компьютерных технологий позволяет расширить арсенал методологических приемов, что повышает эффективность педагогического труда, стимулирует познавательную деятельность учащихся, особенно при самостоятельной работе. Появляется возможность создания зрелищных компьютерных средств обучения с элементами графики, звука, видео, мультимедиа, гипертекста. Одним из таких средств обучения является электронный учебник--программное средство, предназначенное для представления новой информации при индивидуальном обучении, а также для тестирования знаний и умений обучаемого.

2.2 МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ПО ГЕОМЕТРИИ ДЛЯ 7-8 КЛАССОВ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ИТЕГРАТОРА «ИЕРАРХИЯ 2000»

В настоящее время школьный курс математики далеко отстаёт от математики как науки по уровню обобщённости знаний. Если в современной математике уровень обобщённости очень высок, то в школьном курсе математики он пока ещё весьма низок. Его повышение (в разумных пределах) приведёт к повышению информационной ценности изучаемых знаний, и также к резкому сокращению времени на их усвоение.

Следует особо отметить, что только на этом пути можно избавиться от пресловутой перегрузки учащихся, ибо общими понятиями современный школьный курс математики, не только не перегружен, но явно не догружен.

Основной особенностью современного подхода к работе школы состоит в том, что в центре внимания должен стоять ученик. Все педагогические средства должны быть ориентированы именно на расширение его возможностей в плане обучения, учета его особенностей, интересов, подготовке к жизни в мире, который стремительно меняется. Учебник и работа с ним должны помогать, содействовать в формировании всех сфер личности: интеллектуальной, мотивационной, эмоциональной, волевой, саморегуляции, предметно- практической, экзистенциональной.

Анализ различных подходов по разработке и изданию учебников показал, что с учетом современного развития России и того, какие задачи решаются в системе образования, целесообразно предпринять попытку разработать электронные учебные пособия и педагогические средства для работы с ними, которые позволяют решать такие задачи:

· школьникам реально участвовать в выборе того, каким образом они будут изучать конкретную тему школьного курса математики;

· обеспечить возможность получать разные варианты помощи;

· знакомить школьников с перспективными направлениями использования компьютеров в разных областях человеческой деятельности;

· совместить работу школьника над темой программы с разносторонним изучением школьников;

· предложить школьникам не только большой набор упражнений для тренировки, но и специальный раздел, работая с которым они могут прослеживать свое продвижение, заблаговременно определить свой уровень подготовки и при необходимости провести работу по его улучшению;

· целенаправленно формировать такие важные умения, как работа с учебной и научной литературой, умения составлять задачи, систематизировать материал темы, рефлексировать изменения в учебной деятельности, разрабатывать алгоритмы решения задач, использовать аналогии и ассоциации, пользоваться помощью компьютера и др. [8]

Для определения состава разделов и структуры электронного учебного пособия разрабатывались различные модели отдельных тем учебника, цель которых обосновать состав элементов пособия и убедиться в том, что все элементы модели должны быть в ней представлены (необходимость состава) и не требуется добавлять новые элементы (достаточность элементов учебника).

В соответствии с Государственным образовательным стандартом разрабатываемое электронное учебное пособие по геометрии для 7-8 классов разбито на разделы:

1. Основные фигуры планиметрии;

2. Простейшие задачи на построение;

3. Декартовы координаты. Оси координат.

Рассмотрение материала каждой части учебника предлагается начать с наглядной представления темы, из которой возможен аргументированный переход к традиционному изложению соответствующих разделов геометрии. Таким образом, отдельные темы оказываются встроенными в общую задачу в виде разветвляющихся модулей. Изложение материала разделов сопровождается как текстами теории, так и фрагментами демонстрационного характера, которые наглядно иллюстрируют изучаемый объект и изменения, происходящие с ним. По мере необходимости ученик может возвращаться к недостаточно усвоенному разделу.

Возможность многократной отработки тем ведет к закреплению полученных умений и навыков, использование встроенных модулей повышает уровень наглядности, что положительно влияет на усвоение учебного материала.

Разрабатываемое электронное пособие способствует более глубокому изучению геометрии, позволяет учащимся и учителям освоиться в новой образовательной среде "учитель--ученик--компьютер".

Согласно основным положениям преподавания математики в общеобразовательных учреждениях, рассматриваемых в первой главе дипломной работы, электронное учебное пособие разрабатывалось на основе существующего учебника Погорелов А.В. «Геометрия 7-11» (1990). При этом ключевые темы не были изменены, однако они не сохранили свою последовательность в представленной иерархии. Так как основная работа с терминами образовательной области в Информационном интеграторе «Иерархия-2000» происходит в режиме построения или редактирования древовидной структуры, то данное программное средство предоставляет пользователю возможность манипулирования терминами, собранными в специальном алфавитном списке (глоссарии), который формируется автоматически параллельно с конструированием или редактированием древовидной структуры. Дерево, содержащее в себе множество понятий и связей между ними, безусловно, представляет собой ту смысловую основу, которая должна быть доведена до учащегося в результате процесса обучения. Поэтому электронное учебное пособие должно строиться в строгом соответствии с подобными информационными иерархиями, отражать их структуру и смысловую подчиненность понятий. Это обстоятельство приводит к тому, что последовательность изложения тем и понятий, возможно отслеживать самому учителю на уроке, в зависимости от того как подготовлены к восприятию обучаемые и как продуктивно происходит обучение. Это отличительная положительная черта электронного учебного пособия, так как ни преподаватель, ни учащийся, обучающийся самостоятельно, не связан определенными рамками изучаемых тем.

Все темы, изучаемые в 7-8 классе, были сгруппированы согласно родовых зависимостей, все вершины по отношению друг к другу являются родительскими или дочерними. Так, например, были выделены основные разделы геометрии:

· Аксиомы, определения, свойства, доказательства;

· Простейшие задачи на построение;

· Декартовы координаты. Оси координат;

Эти понятия являются родительскими по отношению ко всем остальным понятиям геометрии 7-8 классов.

Далее, используя логические связи, были выделены дочерние понятия для основных используемых. Так, например, Основные фигуры планиметрии является дочерним по отношению к понятию Аксиомы, определения, свойства, доказательства и в свою очередь имеет дочерними понятия:

· Свойства простейших фигур геометрии;

· Отрезок;

· Полуплоскость. Основные свойства расположения точек на прямой и плоскости;

· Полупрямая;

· Угол. Градусная мера угла;

· Прямые;

· Треугольник;

· Окружность;

· Четырехугольники;

· Параллелограмм;

· Прямоугольник;

· Ромб;

· Квадрат;

· Трапеция.

· И т.д.

Следует заметить, что учитель вправе сам выбрать методику преподавания по предложенному построению, например понятие Параллелограмм по сути может являться дочерним к понятию Четырехугольник, так как по определению в учебнике Погорелова А.В. «Параллелограмм - это четырехугольник, у которого противолежащие стороны параллельны, то есть лежат на параллельных прямых», но мы вправе заметить и то обстоятельство, что здесь родительским понятием может являться и понятие Параллельные прямые, так как в определение используется и это замечание. То есть если у одного понятия будет два родительских, это приведет к цикличности, что противоречит нашей рассматриваемой структуре построения дерева. Значит, следует в определении выбрать основной фактор, то есть через что мы определяем понятие, и свойство, которое изменит основное родовое понятие и приводит к определяемому. В данном примере родителем является понятие Основные фигуры планиметрии, а понятия Параллельные прямые и Четырехугольник являются понятиями-братьями, это позволит учителю самому сориентироваться какое понятие для данного момента ему выбрать основным.

Каждое понятие в электронном учебном пособии оформлено в виде гипермедиа-страницы. В заглавии каждой гипертекстовой или гипермедиа-страницы публикуется имя соответствующей вершины иерархической структуры, являющееся элементом тезауруса. Указанный принцип регламентирует особенности построения всех остальных страниц электронного учебного средства. Все гиперссылки, предназначенные для навигации по учебному средству сгруппированы на экране в три основные группы. Первая из них содержит единственную гиперссылку на страницу, соответствующую вершине-родителю по отношению к данной вершине-странице. Вторая группа содержит гиперссылки на страницы, содержание которых уточняет или дополняет содержание текущей страницы, то есть вершины-потомки для которых данная вершина является родительской. Третья группа гиперссылок указывает на страницы, информация которых имеет такой же как и у данной страницы смысловой уровень, что соответствует вершинам-братьям в электронной иерархии.

Использование подобного принципа в автоматической генерации электронных средств обучения позволяет учащемуся легко ориентироваться в предлагаемой ему информации: изучая конкретный материал, он может в случае необходимости детализировать его, просмотреть описание аналогичных понятий или перейти к более объемлющему по смыслу материалу. Очевидно, что подобная методология работы с информацией нацелена на повышение индивидуализации процесса обучения. Оформление гипермедиа-страницы производилось с помощью приложения Microsoft Word.

Использование такой системы позволяет сократить время и затраты на разработку и использовать сам процесс подготовки учебника для самостоятельного обучения, одновременно поддерживая актуальность учебника и увеличивая его объём. Такая работа выгодно отличается от традиционной реферативной осмысленностью и практическим назначением конечного результата. Вместе с тем, при наличии полного материала по изучаемому курсу, такой учебник можно использовать как замену традиционному учебнику в классной и домашней работе. Такой учебник может быть также укомплектован и методическим материалом для учителя, который часто оказывается труднодоступен.

2.3 МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕТРОННОГО УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ ПО ГЕОМЕТРИИ В 7-8 КЛАССАХ

Каждый, кто работал с ПК (персональный компьютер), знает, что стандартные формы представления информации на экране - текстовая и графическая. Они позволяли использовать ПК в качестве вспомогательного средства обучения, но не более того. При использовании только этих форм за пределами возможностей компьютера оставалось представление информации в человечески ориентированной форме (аудио- и видеоинформация, анимация, высококачественные статические изображения), а также интерактивность, т.е. возможность обучаемого активно вмешиваться в процесс обучения (задавать вопросы, осуществлять самоконтроль, получать более детальные пояснения по неясным местам учебного материала). А ведь именно эти возможности лежат в основе процесса обучения.

Казалось, что компьютер так и обречен оставаться лишь вспомогательным звеном образовательного процесса, хранилищем больших объемов пассивной справочной информации, которую учитель и ученик всегда могут использовать в удобной форме.

Однако компьютерный бум, который охватил планету за последние десять лет, породил компьютерные технологии, позволяющие вплотную подойти к превращению компьютера в мощное средство образования, в котором смоделированы все аспекты процесса обучения - от методических до презентационных. ПК становится не вспомогательным средством обучения, а "преподавателем", что, конечно, совсем не исключает присутствия учителя-человека в процессе обучения, а лишь делает сотрудничество человека и машины в образовании более эффективным.

Использование электронного учебного пособия «Планиметрия» позволяет разгрузить учителя во время урока, увеличить заинтересованность учащихся в предмете, дает возможность решения задач на стыке предметов различных циклов, более наглядной подачи материала за счет анимации. Благодаря усилению эмоциональной составляющей увеличивается тем урока в среднем на 10-15%. На уроке компьютер выступает в роли аудиовизуального концентратора внимания, который можно плодотворно использовать для иллюстрации основных идей преподаваемого курса, проверки качества знаний.

Учитель, располагающий электронным учебным пособием, имеет уникальную возможность интенсифицировать процесс обучения, сделать его более наглядным и динамичным. Использование информационных технологий на уроках способствует повышению качество знаний, расширяет горизонты школьной математики.

Наиболее важными свойствами электронного учебного пособия «Планиметрия», как средства обучения геометрии считаю следующие.

1. Возможность постановки четкой методической цели урока;

2. Реально можно видеть все логические связи между изучаемыми понятиями;

3. Возможность продуктивных повторений изученных тем, при этом не терять их межпонятийных связей;

4. Можно комбинировать виды упражнений, совмещать различные типы заданий.

5. Множество вариантов контроля операций, проделываемых учащимися, а также результатов их работы. Прежде всего, это автоматический контроль и оценка результатов непосредственно по завершению работы. Ученик может исправить ошибку и закрепить полученный навык.

На начальном этапе обучения планиметрии в 7 классе учащимся приходиться совершить большой шаг от объектов, которые можно взять в руки, от практического измерения их длин, объемов к строгим логическим рассуждениям об этих объектах и соответствующим их построениям в тетради. Использование компьютерных технологий, и в том числе электронных учебников по геометрии позволяет существенно облегчить этот переход сделать его более интересным и менее сложным.

Наиболее рациональным считаем использование материалов электронного учебного пособия «Планиметрия» во время проведения уроков в качестве наглядного изображения, сопровождающего объяснения учителя. При этом обязательно активное участие учеников.

Исходя из вышесказанного при подготовке и проведении уроков геометрии в 7 классе рекомендуется использовать электронное учебное пособие « Планиметрия».

Показ и обсуждение на первых уроках роликов: "Луч", "Прямая", "Угол", "Параллельные прямые" значительно повысят интерес учеников к предмету. Наглядность делает доступным пониманию учащихся доказательство наиболее сложных теорем: о существовании и единственности перпендикуляра к прямой в данной точке, признаков и свойств параллельных прямых, позволит быстро выработать технические навыки задач на построение. Возможна эффективная форма домашних заданий - задачи электронного учебного пособия с последующей проверкой через компьютер.

Проведение занятий с наглядной компьютерной демонстрацией помогает ученикам лучше запоминать материал, более глубоко проникать в суть изученного вопроса и сделать процесс обучения творческим.

К недостатком данного пособия можно отнести:

1) отсутствие набора контрольных упражнений по базовым задачам изучаемых разделов геометрии;

2) нет практического применения геометрии в жизни (провешивания прямых на местности, построение прямых углов на местности, практические способы построения параллельных прямых, измерение углов на местности и т.д..).

К сожалению, очевидно, что в обозримом будущем компьютер не сможет полностью вытеснить учебник, это связано в первую очередь с ограниченными возможностями доступа к компьютеру в школе. Так же нельзя недооценивать эмоциональное воздействие преподавателя на ученика в процессе обучения.

Традиционный метод обучения чаще всего представляет собой урок, где учитель пытается передать одновременно всему классу сумму знаний, определенную программой. За недостатком времени меньше уделяется внимания самостоятельной работе учащихся, а тем более индивидуальной работе с каждым учащимся. Контроль знаний несовершенный, обычно устный опрос и фронтальные письменные работы, а критерием служит оценка в журнале. В таких условиях трудно заинтересовать учащихся, имеют место элементы принуждения, когда только оценка в журнале и страх перед семейным скандалом или спортивного вида честолюбие заставляет многих учащихся "зубрить" неинтересный или непонятный параграф учебника.

К наиболее существенными недостатками традиционного метода обучения можно отнести:

- в исторически сложившемся и устоявшемся традиционном обучении не существует четких критериев оценки личности человека, в частности, его знаний;

- в классическом процессе обучения отсутствует хорошая обратная связь, учитель лишен возможности сразу же узнать, как учащийся усвоил учебный материал;

- невозможность индивидуализировать темпы обучения заставляет вести обучение в расчете на "среднего" учащегося, от этого страдают и более слабые и более способные;

- рабочее время преподавателя используется нерационально, неэффективно;

- результаты обучения находятся в прямой зависимости от педагога, квалификация которого не всегда самая высокая и не может быть такой во всей массе.

Долгое время ко всем этим недостаткам традиционного метода обучения относились как к неизбежному якобы злу. С появлением компьютера и, особенно, персональных компьютеров, стало возможным создать АЛЬТЕРНАТИВНУЮ СИСТЕМУ ОБУЧЕНИЯ более высокого качества.

Главное в обучении - это личный интерес и желание учащегося получить знания. Важнейшей педагогической проблемой является совмещение "хочу" ученика, "надо" учителя и их совместное "могу". Общение с компьютером дает учащемуся гамму положительных эмоций - необходимого условия глубинной внутренней мотивации учебы.