49

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Элементы учебного процесса и их роль в обучении
• 1.1 Практические занятия по решению задач
• 1.2 Программы-симуляторы и интерактивные модели
• 1.3 Лабораторные работы
• 1.4 Контрольные работы
• 1.5 Тесты
• 1.6 Экзамены, зачеты
• Выводы
• 2. Использование компьютера в образовании
• 2.1 Концепция обучения с использованием компьютерных технологий
• 2.2 Основные свойства компьютера
• 2.3 Классификация электронных средств учебного назначения
• 2.3.1 Принципы классификации электронных средств учебного назначения
• 2.3.2 Подробная классификация учебных средств по функциональному признаку
• 2.3.3 Программы поддержки текущей деятельности преподавателя
• 2.3.4 Инструментальные системы
• 2.3.5 Компьютерные учебные программы
• 2.4 Требования, предъявляемые к обучающим системам
• Выводы
• 3. Тестирующие программы и генераторы заданий
• 3.1 Тестирующие системы
• 3.2 Прототипы тестирующих систем
• 3.3 Существующие программы для создания тестов
• 3.4 Модели и алгоритмы генерации вопросов и тестовых заданий
• 3.4.1 Генерация задач
• 3.4.2 Шаблоны задач
• 3.5 Технология разработки генераторов
• 3.6 Существующая технология создания компьютерных контрольных работ и экзаменов в ФДО ТУСУР
• Выводы
• 4. Постановка задачи
• 5. Выбор и описание средств разработки
• 6. Описание системы генерации заданий
• 6.1 Use case diagram (диаграммы прецедентов)
• 6.2 Функциональная модель системы
• 6.3 Структура системы
• 6.4 Основные алгоритмы системы
• 6.5 Интерфейс пользователя
• 6.6 Тестирование
• 7. Технико-экономическое обоснование проекта
• 7.1 Обоснование целесообразности разрабатываемой программы
• 7.2 Планирование комплекса работ по разработке темы
• 7.3 Расчет затрат на разработку проекта
• 7.3.1 Общие положения
• 7.3.2 Расчет сметы затрат
• 7.4 Расчет эксплуатационных затрат
• 7.5 Оценка эффективности работы
• 8. Вопросы обеспечения безопасности жизнедеятельности
• 8.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
• 8.2 Требования и защитные мероприятия в области безопасности жизнедеятельности
• 8.2.1 Электробезопасность
• 8.2.2 Пожарная безопасность
• 8.2.3 Ионизирующее излучение
• 8.2.4 Шум и вибрация
• 8.2.5 Освещенность
• 8.3 Эргономические требования
• 8.4 Общие требования безопасности
• 8.4.1 Требования безопасности перед началом работы
• 8.4.2 Требования безопасности во время работы
• 8.4.3 Инструкция по оказанию первой помощи при поражении электрическим током
• 8.4.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях
• 8.4.5 Требования безопасности по окончании работы
• 8.5 Требования экологичности
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А
• Приложение Б

Введение

Внедрение новых информационных технологий в образование привело к появлению новых образовательных технологий и форм обучения, базирующихся на электронных средствах обработки и передачи информации. Постоянное совершенствование компьютеров и компьютерных сетей существенно раздвигает границы их использования. Вместе с тем наблюдается тенденция усложнения программного обеспечения, вследствие переноса все большего числа человеческих функций на компьютеры [1].

Важнейшей составляющей в технологии обучения является организация контроля знаний студентов [2]. В конечном счете, от качества системы контроля знаний зависит качество выпускаемых специалистов. Все больше в образовательном процессе используется именно компьютерный контроль знаний. Компьютерный контроль осуществляется с помощью тестирующих программ. Тестирующая программа ? программный продукт, предоставляющий следующие режимы работы: вывод на экран тестовых вопросов, ввод ответов на соответствующие вопросы, анализ ответов, формирование и вывод результатов анализа.

В современных образовательных технологиях особый упор делается на развитие компетентностей студента, которое наиболее успешно происходит в результате индивидуализации процесса обучения. А индивидуализация обучения возможна при увеличении объема самостоятельной работы студента, использовании группового проектного обучения, внедрения методов дистанционной формы обучения. Изменился подход к формулировке практических педагогических задач. Компетентностный подход выступает в качестве ведущего пути модернизации современного российского образования. На его основе формулируют четыре важнейших следствия о необходимости [3]:

- пересмотра возможностей каждого студента, развитие у студентов личностных качеств - умения ориентироваться в нестандартных ситуациях, ибо все они могут стать компетентными, сделав свой выбор в широчайшем спектре занятий;

- переформулировки целей образования: на первый план выходит задача развития личности с помощью индивидуального подхода в обучении;

- изменения методов обучения, которые должны содействовать выявлению и формированию компетентности студентов;

- применения новых форм и процедур оценивания учащихся.

В этой связи огромное значение принимает процесс создания и выдачи индивидуальных заданий. Однако отсутствие технологий генерации заданий существенно тормозит развитие этого направления. Поскольку в сравнительно короткий период времени на фиксированный набор заданий формируется банк контрольных работ, отчетов и рефератов и т.д. Появились фирмы и сайты, которые аккумулируют подобного рода информацию и предоставляют соответствующие услуги. Мировой опыт и опыт Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) свидетельствует об остроте этой проблемы. Одним из возможных решений является создание нового класса программ - генераторов тестовых заданий и вопросов. Генераторы, с одной стороны, решают проблемы защиты от несанкционированного доступа, т.к. не имеют заранее заготовленных ответов с другой стороны, практически каждый студент получает индивидуальное задание. Это решает проблему заранее заготовленных ответов студентами, потому что программа генерирует правильный ответ в процессе опроса. Отсюда вместо запоминания правильно ответа, необходимо знать алгоритм решения.

Актуальной становится разработка алгоритмов, которые генерируют многовариантные тестовые задания и вопросы. Например, в математической задаче можно менять различные входные параметры и тем самым получать множество однотипных задач. Результаты исследований в области разработки данных алгоритмов [4], показывают возможность использования таких алгоритмов. В тестовых заданиях возможно применение фасетных форм, которые в полном объеме могут быть использованы только в современных компьютерных технологиях обучения, где есть возможность автоматически менять содержание того или иного задания для каждого испытуемого. Фасетные задания не боятся рассекречивания после одного-двух тестирований, ибо для правильного ответа надо знать общие правила, а, следовательно, быть готовым ответить на любой вариант [5].

Дисциплина АИУС включает в себя контроль уровня понимания алгоритма решения студентами математических задач с использованием Симплекс-метода.

Данная работа посвящена изучению и систематизации знаний об основных составляющих учебного процесса, исследованию алгоритмов, генерирующих многовариантные тестовые задания и вопросы, а также созданию автоматизированной системы, которая позволит генерировать и проверять задания по дисциплине «АИУС», а также проводить контрольные работы и экзамен.

Актуальность исследования обусловлена:

- бурным развитием, которое переживает сфера электронного образования в настоящее время;

- необходимостью развития направления генерирования индивидуального задания;

- борьбой с так называемыми «банками работ»;

- необходимостью постоянного улучшения образовательного процесса по каждой дисциплине.

1. Элементы учебного процесса и их роль в обучении

На протяжении всего процесса обучения обучаемый занимается различными видами учебной деятельности. Каждому виду учебной деятельности соответствует свой набор вспомогательных средств, направленных на облегчение процесса обучения. Так, например, если обучаемый занимается изучением теоретической части учебного курса, то ему необходимы лекции, компьютерные учебные пособия, справочники, компьютерные энциклопедии. А если обучаемый занимается изучением практической части курса, то ему необходимы тренажеры, лабораторные работы, практические занятия. При обучении по очной технологии набор средств для каждого вида деятельности более разнообразен по своему содержанию, но при обучении по дистанционной технологии этот набор будет более технологичным, в нем будет больше встроенных возможностей (интерактивные демонстрации, моделирование сложных физических процессов).

При обучении по дистанционной технологии качество усвоения материала не уступает тому, которое достигается при обучении по очной технологии. Это достигается за счет создания различных компьютерных учебных программ и использования телекоммуникаций в процессе обучения [6].

Учебный процесс включает в себя виды деятельности, направленные на овладение знаниями обучающимися, а также на контроль успеваемости и усваиваемости знаний и умений:

- лекции;

- видео лекции;

- аудиолекции;

- мультимедиа лекция;

- компьютерные тренажеры;

- примеры решения задач;

-учебные пособия, учебно-методические пособия, руководства по организации самостоятельной работы;

- компьютерные учебные пособия и обучающие программы;

- практические занятия по решению задач;

- семинарские занятия;

- самостоятельная работа обучаемых;

- программы-симуляторы и интерактивные модели;

- практические занятия;

- лабораторные работы;

- контрольные работы;

- тесты;

- экзамены, зачеты.

Рассмотрим более подробно основные составляющие практического обучения и контроля успеваемости в процессе обучения.

1.1 Практические занятия по решению задач

Практические занятия по решению задач - вид учебной деятельности, направленный на закрепление изученного ранее теоретического материала и получение практических навыков применения знаний на практике.

Практические занятия по решению задач проводятся преподавателем как с помощью традиционных (бумажных) задачников, так и с помощью электронного задачника или базы данных, в которых собраны типовые и уникальные задачи по всем основным темам учебного курса. При этом электронный задачник может одновременно выполнять функции тренажера, т.к. с его помощью можно сформировать навыки решения типовых задач, осознать связь между полученными теоретическими знаниями и конкретными проблемами, на решение которых они могут быть направлены.

Достоинством практических занятий по решению задач является возможность разбора не только типовых задач. Недостатком таких занятий является возможность их проведения только в очном режиме.

1.2 Программы-симуляторы и интерактивные модели

Программы-симуляторы - вид учебной деятельности направленный на закрепление полученных ранее теоретических знаний. Они предназначены для проведения самостоятельной работы в условиях, максимально приближенных к реальным, выполнения итоговых контрольных заданий, для практического применения на своих рабочих местах.

При использовании симуляторов в очном процессе обучения имеется возможность быстрой корректировки допускаемых ошибок при непосредственном общении с преподавателем или инструктором. При обучении по дистанционной технологии в программы имитации уместно включать возможность быстрой подсказки, систему анализа и коррекции ошибок, допущенных во время работы с выходом на соответствующие пункты пройденного материала.

Интерактивные модели - вид учебной деятельности направленный на закрепление полученных ранее знаний путем моделирования различных процессов. Типичными представителями класса интерактивных моделей являются так называемые экспертные системы.

Экспертные системы - это компьютерные системы, содержащие знания экспертов и фундаментальные знания в той или иной предметной области, обладающие способностью к логическим выводам и выступающие в качестве электронных консультантов.

Достоинством программ-симуляторов и интерактивных моделей является возможность без каких-либо потерь закрепить практические навыки. Недостатком программ-симуляторов и интерактивных моделей является притупление у обучаемых профессиональных навыков.



1.3 Лабораторные работы

Лабораторные работы - вид учебной деятельности направленный на закрепление изученного ранее теоретического материала и получение навыков практической деятельности путем работы с материальными объектами или моделями предметной области курса. Лабораторные работы позволяют объединить теоретико-методологические знания и практические навыки учащихся в процессе научно-исследовательской деятельности.

В ходе лабораторных работ обучаемые выполняю различные эксперименты по доказательству изученных законов и др. Лабораторные работы могут выполняться, как на реальных экспериментальных установках, так и на компьютере, в виртуальных лабораториях.

Электронные лабораторные практикумы позволяют имитировать процессы, протекающие в изучаемых реальных объектах, или смоделировать эксперимент, не осуществимый в реальных условиях. При этом имитируется не только реальная установка, но и объекты исследования и условия проведения эксперимента. Виртуальные лаборатории позволяют подобрать оптимальные для проведения эксперимента параметры, приобрести первоначальный опыт и навыки на подготовительном этапе, облегчить и ускорить работу с реальными экспериментальными установками и объектами.

Достоинствами лабораторных работ являются возможность работы в команде, возможность на практике применить изученный ранее теоретический материал и более подробно изучить используемые в работе экспериментальные установки. Недостатком лабораторных работ является обязательная хорошая теоретическая подготовка обучаемого.

1.4 Контрольные работы

Контрольные работы - вид деятельности направленный на контроль за знаниями и практическими навыками обучаемых.

В настоящий момент контрольные работы можно проводить как письменно, так и с использованием компьютера. В ходе контрольной работы обучаемому предлагается решить некоторое количество задач на заданную тему. После чего ему выставляется оценка в соответствии с его уровнем знаний.

Достоинством контрольной работы можно считать возможность проведения ее в любой момент времени в течении всего процесса обучения, это позволяет контролировать уровень знаний обучаемых на протяжении всего обучения. Недостатком контрольной работы считается отсутствие объективной оценки, это связано с возможностью списывания обучаемых друг у друга, субъективное отношение преподавателя к обучаемым.

1.5 Тесты

Тесты - вид учебной деятельности направленный на контроль знаний обучаемого. Обучаемому предлагаются вопросы, на которые необходимо ответить.

В ходе решения ответ может вводится различными способами:

- ввод ответа в виде строки символов;

- ввод ответа в виде графика, рисунка;

- ввод ответа через микрофон. Ответ, введенный через микрофон, преобразуется в строку символов;

- ввод ответа, посредством выбора одного и предложенных вариантов.

Достоинством тестового контроля является объективная оценка, не зависящая от отношения преподавателя к обучаемым. Недостатками тестового контроля являются возможность угадывания обучаемым правильного ответа и некорректность формулирования некоторых вопросов.



1.6 Экзамены, зачеты

Экзамены, зачеты - вид учебной деятельности направленный на контроль знаний обучаемого. Этот вид контроля направлен на оценку итоговых знаний обучаемого по всему пройденному курсу.

Экзамены и зачеты могут проводится как в очном режиме, так и посредством компьютера. В случае проведения экзамена на компьютере обучаемому ставится более объективная оценка, так как на нее не влияет отношение преподавателя к обучаемому.

Достоинством итогового контроля знаний является универсальность оценки относительно других образовательных структур. Недостатками контроля знаний являются, в некоторых случаях, необъективность оценки и некорректность некоторых заданий.

Выводы

Подробно рассмотрены основные составляющие практического обучения и контроля успеваемости. Каждый из видов учебной деятельности, направленных на контроль знаний обучаемого, обладает как достоинствами, так и недостатками. Применение различных видов контроля в процессе обучения позволяет повысить качество обучения и улучшить объективность оценки знаний студентов. Главными видами контроля знаний все же остаются контрольные работы и экзамен.

Внедрение новых информационных технологий в образование позволяет повысить уровень контроля знаний в учебной деятельности. Постоянное совершенствование компьютеров и компьютерных сетей существенно раздвигает границы их использования. Необходимо подробно рассмотреть сферу применения компьютера в образование и методы применения компьютера для контроля знаний, в том числе при проведении контрольных работ и экзаменов. Именно их целесообразно применить при разработке представляемой системы.

2. Использование компьютера в образовании

В мире уже давно общепризнанна роль компьютерных технологий. На сегодняшний день компьютеры внедрены практически во все сферы человеческой деятельности. Образование - одна из сфер, где применение компьютерных технологий может дать значительный эффект. Полученный эффект будет не только экономическим (значительное снижение затрат на образование, так как нет необходимости печатать большие объемы учебной литературы), но и экологический (например, не надо вырубать деревья для производства бумаги) [7]. Социальный эффект проявляется в том, что через всемирную компьютерную сеть Интернет доступ к различным образовательным ресурсам и электронным библиотекам имеют не только учащиеся крупных городов, но и учащиеся небольших поселков и деревень. Однако сами по себе компьютеры ничего не дают, если в них нет соответствующих программ. Отсюда возникает важность разработки различного образовательного программного обеспечения (ПО). Такое ПО обеспечивает адаптацию процесса обучения к индивидуальным характеристикам обучаемых, разгружает преподавателей от ряда трудоемких и часто повторяющихся операций по представлению учебной информации и контроля знаний [8]. При проведении занятий в компьютерных классах возрастают активность обучаемых, самостоятельно прорабатывающих большой объем учебной информации, и возможности преподавателя по управлению учебной деятельностью группы обучаемых. Также, например, с помощью компьютерных технологий можно иллюстрировать динамические процессы, которые с помощью обычных учебных средств осваиваются достаточно тяжело. Уже сейчас создаются виртуальные кафедры и виртуальные институты, обучаться в которых могут люди со всего мира. Большие объем информации требует больше времени и усилий на контроль усваиваемости учебного материала. Уже созданы и только создаются обучающие системы по самым различным учебным курсам, причем не только по точным, но и по гуманитарным дисциплинам.

В качестве основных достоинств компьютерных учебных программ (КУП) можно выделить [9]:

1) возможность почти полностью перевести курс обучения по какой-либо дисциплине на компьютер (лекции, практики, контроль знаний и умений);

2) избавление обучаемых от поиска и приобретения книг;

3) возрастание активности обучаемых, самостоятельно прорабатывающих большой объем учебной информации;

4) разгрузка преподавателей от ряда трудоемких и часто повторяющихся операций по представлению учебной информации и контроля знаний;

5) возможность оперативно изменять учебный материал;

6) возможность изучения учебного материала и выполнения практических работ дома;

7) сокращение времени выработки у обучаемых необходимых навыков;

8) адаптация к темпу работы обучаемого, облегчение поиска необходимой информации;

9) возможность моделировать на экране компьютера сложных процессов и явлений, создавать игровые познавательные ситуации;

10) возможность расширить обычный учебник, используя аудио - и видеовставки;

11) руководство школы или ВУЗа имеет возможность быстро просматривать результаты контроля усвоения учебного материала по самым разным критериям (по группам, по специальностям, по отдельным обучаемым и т.д.).

Однако следует заметить, что компьютер в обучении не заменяет преподавателя, как об этом иногда говорится и что приводит к отрицательному отношению к процессу компьютеризации образования, а является его помощником. Аналогично - компьютерный учебник не заменяет обычный, традиционный учебник, а дополняет его.

2.1 Концепция обучения с использованием компьютерных технологий

В настоящий момент времени в учебном процессе активно используются технические средства обучения (ТСО), но, несмотря на это, они по-прежнему остаются лишь вспомогательным дидактическим средством. В традиционном обучении главная роль принадлежит преподавателю - интерпретатору знаний [10]. Общение между преподавателем и обучаемым составляет основу передачи информации. Важной особенностью процесса передачи информации является наличие оперативной обратной связи. Под оперативностью, в данном случае, понимается неразделенное во времени взаимодействие между преподавателем и обучаемым. Однако с ранних этапов развития коммуникационных средств в межличностных используется опосредованное общение, с разделенной во времени обратной связью. Такое опосредованное общение является основой обучения на расстоянии. В данном случае, очевидно, что информационная насыщенность общения зависит от уровня и качества технических средств, используемых при этом. Но даже при самых совершенных средствах коммуникаций использование традиционных методов обучения, основанных на диалоге преподавателя и обучаемого, не будет давать эффекта непосредственного общения.

Иная ситуация возникает с использованием компьютера в учебном процессе. Главной особенностью компьютера, по сравнению с ТСО, является возможность организации человека с компьютером посредством интерактивных программ. При наличии канала связи компьютер может выступать в роли посредника между преподавателем и обучаемым, или брать на себя часть учебного процесса. Для этого компьютер обладает возможностью хранения и оперативной обработки информации, представленной в мультимедиа виде. Помимо этого есть возможность доступа к различным образовательным ресурсам (электронные библиотеки, официальные сайты программ-разработчиков образовательного ПО) посредством сети Интернет, возможность общения с другими людьми посредством чатов, электронных конференций, возможность передачи информации в любых объемах и на любые расстояния в короткие сроки. Возможность проведения контроля знаний без присутствия непосредственно преподавателя. Таким образом, компьютер можно использовать не только как дидактическое средство в традиционном процессе обучения. С его помощью можно реализовать обучение на расстоянии, по качеству не уступающее очному обучению.

Как известно содержание процесса обучения и его цели не зависят от формы обучения. Но при этом использование компьютерных средств требует иной формы представления учебного материала и организации познавательной деятельности обучаемых.

Прежде всего, это связано с появившейся возможностью оптимизации учебного процесса путем усиления роли самостоятельной работы обучаемых. Интерактивные обучающие программы помогают обучаемому изучать различные дисциплины. При отсутствии ограничений во времени и источниках получения информации в процессе самостоятельной работы обучаемый может находится в режиме постоянного просмотра различных источников информации. Помимо этого компьютер позволяет постоянно осуществлять различные формы самоконтроля, что повышает мотивацию познавательной деятельности и творческий характер обучения.

Еще одной важной особенностью применения компьютерных средств в процессе обучения является использование принципиально новых методов обучения, которые носят коллективный исследовательский характер. Эти методы принимают активную форму, направленную на поиск и принятие решений в результате самостоятельной творческой деятельности.

Обучение с применением компьютерных средств относится к классу интенсивных методов, однако использование гипертекстовых структур учебного материала позволяет создать открытую систему интенсивного обучения, когда обучаемому предоставляется возможность выбора подходящей ему программы и технологии обучения, т.е. система адаптируется под индивидуальные возможности обучаемого. Обучение становится гибким, не связанным жестким учебным планом и обязательными аудиторными мероприятиями.

Роль преподавателя по мере совершенствования технологий все более и более сводится к управлению учебным процессом, однако это не принижает его влияния в познавательной деятельности и не вытесняет его из учебного процесса.

Таким образом, форма обучения с применением компьютерных средств и технологий отличается от существующих как по организации учебного процесса, так и по методам обучения. В основе этой формы обучения лежит определенная концепция, основные положения которой можно сформулировать следующим образом:

1) процесс обучения строится в основном на самостоятельной познавательной деятельности обучаемого.

Этот принцип определяет отношение субъектов процесса обучения и роль преподавателя в учебном процессе. Несомненно, личностное общение преподавателя и обучаемого есть неоценимое качество очной формы обучения и его никогда не заменит общение обучаемого с любой, даже самой умной машиной.

Однако в такой ситуации определяющим является талант преподавателя, который в условиях массового обучения не имеет такого эффекта, как при индивидуализированном обучении.

Роль преподавателя в учебной среде, представляющей собой море информации, средств доступа к ней и обучающих программ, включает в себя несколько аспектов.

Первый - руководство учебным процессом, которое включает в себя консультирование обучаемых на всех этапах учебного процесса и контроль качества знаний обучаемых. При этом функция интерпретатора знаний, которая в традиционной дисциплинарной модели обучения принадлежит преподавателю, переходит в данной (информационной) модели к самому обучаемому.

Второй, и не менее важный - воспитательная функция преподавателя. Образование - сложный и многогранный процесс развития профессиональных и личностных качеств, а «живое» общение в процессе воспитания личности - основа существования человеческого общества.

2) Познавательная деятельность обучаемого должна носить активный характер.

Активный характер обучения, основанного на компьютерных технологиях, тесно связан с принципом самообразования. Самообразование невозможно без активного участия обучаемого в учебном процессе. Активное участие определяется, прежде всего, внутренней мотивацией, выраженной как желание учиться. В обучении необходима активная познавательная самостоятельная мыслительная деятельность. Поэтому, при обучении необходимо использовать такие методы и технологии, которые способствуют умению самостоятельно добывать нужную информацию, формулировать проблемы и способы их рационального решения, критически анализировать полученные знания и применять их на практике и для получения новых знаний.

Активные методы обучения по типу коммуникаций между преподавателем и обучаемым относятся к группе «многие многим» и подразделяется на: ролевые игры, дискуссионные группы, форум, проектные группы и т.п. В дистанционном обучении эти методы могут эффективно применяться даже в так называемых виртуальных классах, когда обучаемые разделены во времени и пространстве.

Основой реализации этих методов являются телекоммуникационные сети и информационные технологии сетевого обучения.

3) Обучение должно быть личностно-ориентированным.

Понятие «личностно-ориентированное обучение» предполагает дифференциацию и индивидуализацию обучения в зависимости от психолого-педагогических свойств обучаемого.

Повышение эффективности учебного процесса возможно только на основе индивидуализации учебно-познавательной деятельности. Такое персонифицированное обучение в условиях массового спроса возможно только на основе высоких технологий обучения, построенных на компьютерных средствах и технологиях.

Очевидно, что новая компьютерная форма обучения может применяться как в стенах вуза, так и за его пределами. Совершенно ясно, что обучение с применением компьютерных технологий приводит в конечном счете к изменению парадигмы образования, ядром которой является индивидуализированное обучение в распределенной образовательной и коммуникативной среде. И в этом отношении понятие расстояния и времени теряет первичный смысл: становится не важным, где находится источник информации - в соседней комнате или за океаном.

2.2 Основные свойства компьютера

В своей работе [11] академик А.П. Ершов сформулировал следующие основные достоинства компьютера при применении его в процессе обучения:

- компьютер является наиболее адекватным техническим средством обучения, поддерживающим деятельностный подход к учебному процессу во всех его звеньях;

- компьютер может принимать роль активного партнера и тем самым стимулировать активность учащегося;

- программируемость учебного процесса в сочетании с динамической адаптивностью содействует индивидуализации учебного процесса;

- контролируемость учебного процесса в сочетании с гибкостью и разнообразием пользовательского интерфейса делает ЭВМ идеальным средством тренировок;

- внутренняя формализуемость работы компьютера, строгость соблюдения «правил игры» способствует большей осознанности учебного процесса, повышает его интеллектуальный и логический уровень;

- способность компьютера к построению визуальных и других сложных образов существенно повышает пропускную способность информационных каналов учебного процесса;

- компьютер вносит в учебный процесс принципиально новые познавательные средства, в частности вычислительный эксперимент, решение задач с помощью экспертных систем, конструирование алгоритмов и пополнение баз знаний;

- являясь ведущим и массовым инструментом НТР, компьютер самим фактом органичного включения ЭВМ в учебный процесс, сближает сферу обучения с реальным миром;

- свойства универсальности и программируемости способствуют многоцелевому применению компьютера.

Как отмечал академик А.П. Ершов, компьютер представляет преподавателю больший резерв поддержки, делающий его отношения с обучаемым даже более человечными, чем ранее:

- компьютер замыкает на себя большую часть контрольных функций и реакций на ошибки обучаемого. Преподаватель становится более свободен и позитивен в своем отношении к обучаемым;

- компьютер, вступая с обучаемым в партнерские отношения, освобождает преподавателя от необходимости поддерживать темп и тонус деятельности обучаемого. Тем самым у преподавателя появляется больше возможностей видеть общую обстановку в аудитории.



2.3 Классификация электронных средств учебного назначения

Содержание всех учебных изданий в комплексе отражает необходимый и достаточный уровень знаний и навыков, которыми должен овладеть выпускник вуза, получивший высшее профессиональное образование по данному направлению или специальности.

Содержание электронных средств учебного назначения должно быть адекватно ГОСам ВПО и современным технологиям обучения, учитывать необходимость активного использования компьютерной техники в учебном процессе. Учебный материал должен быть структурирован в них таким образом, чтобы сформировать у обучаемого личный тезаурус научно-предметных знаний, развить навыки владения профессиональными приемами, методами и способами их применения.

2.3.1 Принципы классификации электронных средств учебного назначения

Электронные средства учебного назначения имеют многослойный характер. С одной стороны, по выполняемым функциям, их можно отнести к учебным изданиям и соответственно, использовать принципы классификации, используемые для учебной книги. С другой стороны, они принадлежат к категории электронных изданий и к ним могут быть применены принципы классификации электронных изданий. С третьей стороны, по технологии создания, они являются программным продуктом и к ним может быть применен Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93 [12].

В настоящее время утвердилась определенная типологическая модель системы учебных изданий для ВУЗов, которая включает четыре группы изданий, дифференцированных по функциональному признаку, определяющему их значение и место в учебном процессе:

- программно-методические (учебные планы и учебные программы);

- учебно-методические (методические указания, руководства, содержащие материалы по методике преподавания учебной дисциплины, изучения курса, выполнению курсовых и дипломных работ);

- обучающие (учебники, учебные пособия, тексты лекций, конспекты лекций);

- вспомогательные (практикумы, сборники задач и упражнений, хрестоматии, книги для чтения).

Информационные технологии позволяют выделить по этому критерию пятую группу:

- контролирующие (тестирующие программы, базы данных).

В общероссийском классификаторе продукции ОК 005-93 имеется отдельный подкласс 50 7000 - Прикладные программные средства учебного назначения. Он включает в себя педагогические, обучающие, контролирующие, демонстрационные, досуговые, вспомогательные программные средства, а также программные средства для тренажеров, для моделирования, для управления учебным процессом, для создания программ учебного назначения, для профориентации и профотбора, для коррекционного обучения детей с нарушениями развития.

2.3.2 Подробная классификация учебных средств по функциональному признаку

Для реализации новых информационных технологий в образовании необходима разработка автоматизированной обучающей системы (АОС). Под АОС понимается компьютерная сеть, состоящая из компьютеров разной мощности, видео- и аудио техники, различных сервисных средств, предназначенная для поддержки учебного процесса в интерактивном режиме работы всех его участников (обучаемых, преподавателей, методистов, экспертов-предметников, администраторов, разработчиков учебных и сервисных программ и др.). Для своего функционирования АОС требует разнообразного обеспечения: программного, технического, информационного, методического, лингвистического, экономического, административно-правового, кадрового [13, 14].

Программное обеспечение - это совокупность программ, обеспечивающих функционирование АОС. ПО можно разделить на системное и проблемное. К системному ПО относятся: операционные системы, трансляторы, загрузчики и пр. [15]. К проблемному ПО относятся программы, используемые в образовательной деятельности. Синонимом проблемного ПО можно считать термин «педагогические программные средства» (ППС), который можно определить так: ППС - это программы, предназначенные для автоматизации педагогической деятельности и реализующие некоторый этап или функцию в данной педагогической технологии. ППС могут не участвовать непосредственно в процессе обучения. Например, программы составления расписания занятий, некоторые инструментальные средства, средства информационной поддержки и т.д.

Педагогические программные средства можно разделить на следующие группы программ (рис. 2.1):

- компьютерные учебные программы;

- программы поддержки текущей деятельности преподавателя;

- инструментальные программы;

- программы управления процессом обучения.

Рисунок 2.1 - Педагогические программные средства



2.3.3 Программы поддержки текущей деятельности преподавателя

Программы поддержки текущей деятельности преподавателя необходимы для автоматизации рутинной деятельности преподавателя. К ней относится ведение дневников и журналов, составление отчетов и расписаний и т.д.

Примером программы поддержки текущей деятельности преподавателя может служить программа, разработанная в институте программных средств обучения РАО (г. Новосибирск) и предназначенная для составления школьных расписаний [16]. Эта программа предназначена для планирования учебного процесса, представленного в виде таблицы расписания на одну неделю. Преподавателю необходимо выполнить следующие действия: ввести программы-планы по предметам для каждого класса с указанием тем уроков, сформировать список преподавателей, ввести список помещений школы, ввести список учебных предметов.

2.3.4 Инструментальные системы

В данном случае, под инструментальными системами понимаются педагогические программные средства, которые позволяют автоматизировать процесс разработки компьютерных учебных программ. В некоторых публикация используется термин «авторская система» [17]. В данном случае, под авторской системой понимается систему, предназначенную для разработки некоторых классов компьютерных учебных программ.

Инструментальные системы для разработки КУП можно разделить на следующие классы:

-универсальные языки программирования;

- языки систем искусственного интеллекта;

- специальные системы для разработки определенного класса КУП;

- языки для создания КУП;

- языки имитационного моделирования;

- гибридные системы.

Универсальные языки программирования, такие как Си++, Паскаль, Basic, Visual Basic, Java, довольно часто используются при создании ППС. Однако для создания качественного продукта они требуют значительных усилий квалифицированных программистов.

Для создания интеллектуальных КУП, основанных на идеях экспертных систем и разнообразных решателей, необходимо использовать соответствующий инструментарий. Это могут быть языки ИИ - Лисп, Пролог, гибридные экспертные системы и т.д. Кроме этого также можно воспользоваться универсальными языками программирования [18]. Однако использование этих средств также сопряжено с достаточно большими затратами материальных и трудовых ресурсов.

2.3.5 Компьютерные учебные программы

Компьютерные учебные программы (КУП) - это программы, предназначенные для непосредственного использования в учебном процессе. Отличительной особенностью КУП является взаимодействие с обучаемым. КУП можно разделить на:

- обучающие программы;

- тестирующие программы;

- тренажерные программы;

- моделирующие программы;

- учебные игры;

- прикладные программы учебного назначения;

- интегрированные программы.

В группу обучающих программ входят:

- автоматизированные учебные курсы (АУК);

- компьютерные учебники;

- программы искусственного интеллекта;

- компьютерные справочники и энциклопедии.

АУК предназначены для представления, предъявления учебного материала и проверки его усвоения. Этот тип КУП может использоваться во всех предметных областях. Начинаются эти программы со вступительной части, знакомящей обучаемого с задачами и характером урока. Затем подается учебный материал, после которого следуют вопросы на понимание. Ответы обучаемого оцениваются, в соответствии с этой оценкой осуществляется обратная связь: обучаемому предлагаются либо дополнительные вопросы, либо помощь, либо правильный ответ, либо следующая порция учебного материала. АУК могут иметь предварительные тесты для определению уровня подготовки. Обучаемый может управлять процессом обучения на начальном этапе путем выбора заданий из предлагаемого меню. Представление учебного материала может производиться в текстовой и графической формах, в сопровождении мультипликации, с выводом аудио- и видеоинформации. Проверка усвоения учебного материала осуществляется в основном с помощью многовариантного выбора, требующих односложных ответов, заданий на выполнение несложных операций (переместить курсор, щелкнуть «мышкой» и т.д.), конструктивных вопросов (вставить слово или символ, закончить предложение, составить предложение из имеющихся элементов) и т.п. Ответы учащихся обычно вводятся с клавиатуры или указываются с помощью «мышки». После ввода ответа АУК оценивает ответ, может вывести реплику и по мере проведения обучения накапливает информацию о данном учащемся. АУК могут быть линейными и разветвленными. Линейные программы последовательно предъявляют учебный материал, вопросы по выбранной теме, и в конце занятия выставляется оценка. Обучение полностью производится под управление ЭВМ. В разветвленных программах управление может быть смешанным, после каждого вопроса производится его оценка, и в зависимости от ответа производится переход на ту или иную ветвь.

Компьютерный учебник предназначен для самостоятельного изучения теоретического материала курса и обычно построен на гипертекстовой основе, позволяющей работать по индивидуальной образовательной траектории.

Компьютерный учебник содержит тщательно структурированный учебный материал, предоставляемый обучаемому в виде последовательности интерактивных кадров, содержащих не только текст, но и мультимедийные приложения. Гипертекстовая структура позволяет обучающемуся определить не только оптимальную траекторию изучения материала, но и удобный темп работы и способ изложения материала, соответствующий психофизиологическим особенностям его восприятия. В электронном учебнике может быть предусмотрена возможность протоколирования действий обучаемого для их дальнейшего анализа преподавателем.

В настоящее время компьютерный учебник является наиболее содержательным и развитым средством обучения.

Компьютерные справочники и энциклопедии - класс КУП, предназначенный только для представления учебного материала. Обычно данный класс КУП характеризуется достаточно большим объемом учебной информации и богатым сервисом по поиску необходимых данных. В настоящее время для представления учебной информации в таких программах используются технологии мультимедиа и гипертекста.

В настоящее время наличие справочной системы является обязательным для любой КОП. При этом электронный справочник может быть представлен как самостоятельный элемент КОП или встроен в электронный учебник.

Программы искусственного интеллекта (ИИ) объединяют два основных типа: программы, моделирующие учащегося, и экспертные системы. Многие разработчики обучающих программ ИИ считают важным, чтобы программа могла строить модель обучаемого с учетом его способностей, оптимальных режимов усвоения и т.д. [19]. Путем сравнения полученных характеристик с образцовой моделью вырабатываются стратегии, методы и последовательность обучения. Экспертные системы обладают всей информацией по определенной теме, логическими связями и множеством правил по использованию этих знаний. Учебные программы ИИ можно разделить на следующие типы:

- эвристические программы;

- реагирующая учебная среда;

- программа-инструктор;

- программа-помощник.

Эвристические программы используют эвристические методы обучения, дающие лишь общие направления решения задач. Программа задает вопрос обучаемому таким образом, чтобы он сам пришел к умозаключению или понял свои ошибки.

Реагирующая учебная среда основана на использовании тьюторских правил:

- если обучаемый делает фактическую ошибку, программа-тьютор ее исправляет;

- если обучаемый делает ошибку, не имеющую отношения к данной теме, тьютор не дает подробного исправления;

- если обучаемый делает неправильные обобщения, тьютор дает контрпример;

- если обучаемый старается сделать вывод слишком быстро, тьютор обучает его навыкам мышления.

Программа-инструктор является экспертом по оценке действий обучаемого, предполагает построение модели его умений и навыков.

Программа-помощник обеспечивает помощь в усвоении понятий путем отсылки обучаемого к экспертным знаниям. Задача таких систем - ознакомить обучаемого с характером принятых ими решений. Программа-помощник направляет процесс обучения, предлагая время от времени свои знания.

В группу тренажерных программ входят:

1) программы, предназначенные для практического закрепления учебного материала;

2) программы, предназначенные для тренажа операторов в различных технических системах.

К тренажерам могут быть отнесены также и компьютерные задачники. Компьютерный задачник позволяет отработать приемы решения типовых задач, позволяющих наглядно связать теоретические знания с конкретными проблемами, на решение которых они могут быть направлены.

Компьютерное моделирование - метод изучения какого-либо явления или объекта реального мира путем его имитации. Задача моделирования для обучения состоит не только в достижении определенных результатов, сколько в процессе исследования. Имитируются, как правило, протяженные во времени или в пространстве, опасные или дорогостоящие процессы (ядерный реактор, превращение куколки в бабочку и т.д.). Почти всегда моделирование упрощает реальность. В этой упрощенной среде обучаемый решает задачи, наблюдает и вмешивается в процесс моделирования, приходит к пониманию особенностей изучаемого явления или объекта, учится управлять им и т.д.

Но компьютерные модели, как правило, не являются универсальными. Каждая из них рассчитана на моделирование достаточно узкого круга явлений. Основанные на математических моделях (которые содержат в себе управляющие параметры), компьютерные модели могут быть использованы не только для демонстрации трудно воспроизводимых в учебной обстановке явлений, но и для выяснения (в диалоговом режиме) влияния тех или иных параметров на изучаемые процессы и явления. Это позволяет использовать их в качестве имитаторов лабораторных установок, а также для отработки навыков управления моделируемыми процессами.

Компьютерные технологии позволяют не только работать с готовыми моделями объектов, но и производить их конструирование из отдельных элементов.

Учебные игры очень близки к имитационным программам (наличие среды участников и правил определения результатов). Задача учебных игр - создание среды, облегчающей усвоение обучаемым знаний и приобретение им умений и навыков. Игры не обязательно имитируют реальную жизнь, но они обязательно должны быть занимательными. Основное отличие игр от программ моделирования - состязательность, наличие противника (человека или программы). Задача учебной игры - привить навык, задача участника - выиграть. Игры приобретают все большую популярность благодаря тому, что в занимательной форме они помогают учащимся усваивать самую разнообразную информацию (факты и основополагающие принципы, суть процессов, структуру и динамику систем), развивая логику и интуицию, приобретать навыки решения задач, принятия решений определения стратегий, общения, соревнования, кооперации и др. Игры можно разделить на типы:

- приключенческие игры;

- настольные игры;

- «азартные» игры;

- «боевые» игры;

- психомоторные игры.

По мере расширения сферы использования ЭВМ в обучении учебные заведения начали применять прикладные программы общего назначения, названные инструментальными средствами учащихся. Компьютер можно использовать как счетно-решающее устройство для проведения расчетов, приводить в систему данные, полученные в результате лабораторных работ. Обучаемые могут учиться основам управления роботами и аппаратами, составляя соответствующие программы. Компьютеры могут использоваться для хранения и поиска информации, необходимой им в процессе обучения. К прикладным программам, используемым обучаемыми, относятся редакторы, базы данных и файловые системы, электронные динамические системы. Программы редактирования используются в учебных заведениях следующим образом: управление курсором на ранних стадиях обучения; редактирование документов по образцу; использование редактора как системы хранения данных (обучаемые вводят свои списки слов, правописание которых вызывают у них затруднения); обучение последовательному изложению мыслей; составление докладов, писем, сообщений, поздравлений, благодарностей, жалоб и т.д. Базы данных и файловые системы в учебном процессе используются следующим образом:

1) обучаемые учатся пользоваться готовыми файловыми системами;

2) создают свои собственные файлы по имеющимся разработкам;

3) сами разрабатывают, создают и используют файлы данных.

Интегрированные системы представляют собой программные комплексы, состоящие из нескольких типов компьютерных учебных программ. Например, в рамках некоторого учебного курса может быть разработано целое семейство компьютерных учебных программ. Например, такой комплекс может содержать: компьютерный учебник, некоторый экзаменатор, несколько тренажеров для тем, требующих особого внимания, программы моделирования для проведения компьютерных лабораторных работ, компьютерные справочники по теме и т.д.

Синонимом термину «интегрированные системы» может служить термин «программно-методический комплекс» (ПМК). Однако для ПМК характерно кроме программного обеспечения наличие обычной методической литературы. Это учебники и учебные пособия, описания лабораторных работ и практикумы и т.д.

Тестирующие программы - это программы, на основе задания некоторой последовательности вопросов определяют параметры или характеристики обучаемого.

Компьютерная тестирующая система может использоваться и в качестве тренажера. С одной стороны она дает возможность самоконтроля для обучаемого, а с другой - принимает на себя рутинную часть текущего или итогового контроля.



2.4 Требования, предъявляемые к обучающим системам

Современный процесс обучение не представляется возможным без использования компьютера. Это связано с бурным развитием компьютерных технологий и большими объемами самостоятельной работы обучаемых.

Проанализировав современные электронные средства обучения можно выделить несколько основных требований предъявляемых к обучающим системам в целом:

1) наличие большого количества вариантов заданий для выработки практических навыков. Этого можно добиться путем встраивания генераторов в программы-тренажеры;

2) обязательное наличие интеллектуальной системы помощи по всей обучающей системе. Она необходима при обучении по дистанционной технологии, когда обучаемый и преподаватель равноудалены друг от друга. Работа такой системы помощи основана на взаимодействии с базой знаний по определенному предмету, которая изначально составляется преподавателем, а потом дополняется программой;

3) обязательное наличие глоссария. Также должна быть возможность посмотреть значение слова, не заходя в глоссарий (всплывающие окна). Таким образом, упрощается процесс изучения нового теоретического материала;

4) наличие средств контроля знаний и умений.

Выводы

Компьютерные учебные программы являются помощником преподавателя в учебном процессе, а также являются прекрасным дополнением к основным традиционным учебникам. Компьютерные технологии являются интенсивным методом обучения, концепция их применения подразумевает акцентирование на активную самостоятельную познавательную деятельность обучаемого.

В виду многослойности характера электронных средств учебного назначения изучены принципы их классификации, проведен анализ программ поддержки текущей деятельности преподавателя и требований, предъявляемых к обучающим системам. Эти требования приводят к необходимости объединения в систему нескольких различных типов программ, таких как тренажер, интеллектуальная система помощи и средства контроля знания. В результате исследования актуальными является создание интегрированной системы.