Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии "Моделирование и формализация"

В итоге своей многолетней практики применения модульного обучения в вузе и в последипломном обучении мы пришли к выводу, что наиболее оптимальной является следующая последовательность действий педагога при конструировании учебного модуля (см. табл. 6). Как видим, процесс разработки содержания учебного модуля идет в несколько этапов. Эти этапы соотносятся с моделью формирования содержания образования, разработанной в 70-е годы В.В. Краевским и И.Я. Лернером.

К какому уровню формирования содержания можно отнести разработку учебного модуля до непосредственного использования его в учебном процессе, когда он существует лишь в деятельности преподавателя (в его голове, в его замыслах, документах)? Очевидно, что не третьему, поскольку отбор осуществляется не только в рамках нормативных учебных материалов.

Сам отбор и структурирование материала в модуле все дидакты однозначно относят к творческой деятельности. Следовательно, между 3 и 4 уровнями должен быть еще один уровень - уровень проекта, сценария, которому предстоит воплотиться в предстоящий урок. В.И. Загвязинский выделяет его под названием «уровень сценария урока». Проектирование содержания модуля и относится к этому уровню. Спланированная взаимосвязь педагога и обучаемого - это уже уровень педагогической действительности. Но это уже не конструирование, а организация обучения по усвоению содержания учебного модуля. Если студенты извлекли из модуля содержание, т.е. выполнили все задачи на заданном уровне, то они перешли на пятый уровень.

Таблица 6. Алгоритм построения учебного модуля

Шаги	Содержание
1.	Формулировка целей обучения.
2.	Определение базовой подготовки через входной контроль, то есть установление уровня обученности.
3.	Конструирование содержания познавательной части УМ на основе логической структуры курса.
3.1.	Выявление УЭ модуля.
3.2.	Выявление связей между УЭ.
3.3.	Определение уровней усвоения УЭ модуля.
3.4.	Определение осознанности усвоения УЭ модуля через формирование системы тестовых и контрольных заданий.
3.5.	Разработка системы методов обучения.
4.	Конструирование содержания операционной части на основе логической структуры профессиональных умений.
4.1.	Выявление общеучебных и специальных учебных умений и навыков. Их систематизация.
4.2.	Формирование мотивационной структуры действий.
4.3.	Формирование системы ООД и комплектов ООД.
4.4.	Подбор системы учебных заданий для формирования системы исполнительских действий.
4.5.	Формирование системы корректирующих действий.
4.6.	Формирование системы контрольных действий.
4.7.	Выбор методов обучения и ТСО.
5.	Учет специфики учения в зависимости от режима работы обучаемого
5.1.	Составление пояснений и заданий к учебным текстам с учетом барьеров понимания для работы студентов в режиме «Работа под руководством модуля».
5.2.	Формирование системы видов самостоятельных заданий.
5.3.	Формирование системы машинного контроля.
6.	Оформление УМ в пакет на основе принципов конструирования: модульности (дозовости); визуализации; учета уровня обученности.

Таким образом, учебный модуль как педагогическое понятие является средством реализации и формой воплощения содержания образования в контексте деятельности преподавателя и студента. С этой точки зрения его можно рассматривать как инвариант, обобщающий все признаки и черты конкретных модулей. Таков педагогический смысл учебного модуля как объекта сферы обучения. Процесс же разработки модуля - это современная, технологическая интерпретация модели В.В. Краевского и И.Я. Лернера, что указывает на преемственность идей в дидактике.

2.3.2 Конструирование содержания операционного модуля

Выделение операционной части из каждого модуля, входящего в модульную программу, в отдельный операционный модуль имеет значительные преимущества.

Во-первых, операционный модуль является эквивалентом задачника в традиционной системе обучения, что положительно воспринимается преподавателями и студентами при смешанной системе обучения, в которой не все дисциплины используют технологию модульного обучения.

Во-вторых, электронная версия операционного модуля является по своей сути базой данных при конструировании контролирующей части каждого модуля в мультимедийной автоматизированной обучающей системе, составляющей ядро всего учебного комплекса.

В-третьих, операционный модуль вместе с рабочей тетрадью значительно улучшает качество организации и проведения семинарских и лабораторных занятий, а также самостоятельной работы студентов.

Содержание операционного модуля отбирается в соответствии с конкретной целью: сформировать умения применять теоретические знания для решения конкретных практических задач.

Поскольку в литературе имеются различные подходы к понятиям типа «задача», «упражнение», «учебное задание» и т.п., следует определиться в терминологии. «Учебное задание» - это наиболее общее понятие, оно родовое по отношению к видовым: задаче, упражнению, ситуации. Учебные задания можно соотнести с уровнями формирования содержания образования. На уровне учебного материала есть разные способы представления этого материала: тексты, вопросы к ним, упражнения, задачи. На уровне педагогической действительности все они «тоже являются заданиями, стимулирующими определенный вид учебной деятельности», поскольку в учебном процессе обязательно будет предписание педагога относительно текста (пересказать, составить конспект и т.д.). Вот почему А.И. Уман предлагает считать заданием на педагогическом уровне в действительности любой учебный материал, если в нем имеются [40]:

- предписание совершить некоторые действия (простые или сложные) для достижения определенного результата, т.е. цель задания;

- указание на объект, относительно которого должно быть совершено действие, т.е. условие задания;

- отношением между указанными двумя факторами, потенциально содержащие в себе способ достижения необходимого результата.

При таком подходе упражнением будет тип задания, характеризующийся подсказанностью способа решения, что обусловливает репродуктивный уровень деятельности ученика. Задачей будет тип задания, характеризующийся недосказанностью способа решения, что обусловливает творческий характер деятельности ученика. Вопрос - это разновидность задачи или упражнения, особым типом задания не является.

Включаемые в операционный модуль задачи и упражнения должны быть определенным образом связаны между собой, т.е. образовывать систему. Сложность установления связей между задачами и упражнениями внутри модуля вытекает из противоречивого характера процесса обучения. Обучение - это не просто система, а то, что философы называют «системный комплекс» [41]. По сути обучение - это комплекс двух разнородных систем: системы двух деятельностей (преподаватель-обучаемый) и системы текстов, задач, заданий, воплощающих содержание образования. Совершенствование системного комплекса состоит в укреплении связей между элементами:

- преподавателем и обучаемым;

- преподавателем и содержанием модуля, которое он разрабатывает;

- студентом и системой задач, которые он решает;

- задачами внутри системы.

Модуль, следовательно, является противоречивым по своему статусу. С одной стороны, он передает студенту содержание образования (а значит, связан через это содержание с целями, методами, формами организации), с другой - участвует в развертывании учебного процесса (а значит, повернут на способы и подходы к решению задач на занятии). Статус модуля как основного элемента процесса обучения требует систематизации и упорядочения учебных заданий при разработке способа конструирования учебного процесса.

Для использования в обучении учебных заданий их надо упорядочить на уровне учебного материала (по И.Я Лернеру) или на уровне замысла (по В.И. Загвязинскому), т.е. рассмотреть их как объект сферы обучения. В литературе существуют разные классификации учебных заданий в зависимости от классификационного признака. Существуют классификации, ориентирующиеся на:

- структурно-компонентный состав заданий;

- деятельность ученика;

- деятельность учителя;

- содержание и структуру изучаемого материала.

В соответствии с целевым подходом нас интересует вторая классификация, так как она основана на системе операций, составляющих процесс выполнения задания. Классификации, ориентированные на деятельность обучаемого, могут иметь в основе различные признаки:

- характер деятельности;

- языковые и речевые формы, в которых протекает деятельность;

- степень сложности деятельности;

- степень самостоятельности.

Характер деятельности (репродуктивный, поисковый, творческий) - это сущностная характеристика деятельности ученика. Ю.К. Бабанский совершенно справедливо писал о репродуктивной, репродуктивно-поисковой и творческой учебно-познавательной деятельности учащихся и считал, что задача педагога - предусмотреть разные формы управления их учебной деятельностью, чтобы достичь максимально возможных результатов за минимальное время. Именно потому, что эта классификация позволяет решить главный вопрос организации (вопрос последовательности видов заданий в обучении), многие исследователи и используют ее в своих разработках (В.Е. Володарский, С.И. Зубов, И.Я. Лернер, А.И. Уман, Л.М. Фридман, П.М. Эрдниев и др.).

Деление заданий на репродуктивные, поисковые и творческие позволяет сосредоточиться на заданиях творческого характера, а значит, готовить творчески мыслящих специалистов. Репродуктивные задания должны предшествовать заданиям творческого характера.

В рамках этой же классификации можно определить подготовительные (репетиционные) и основные задания. В частности, такое разделение можно встретить в работах А.Е. Дмитриева, М.И. Зарецкого, Ф.Ф. Нагибина и др.

Понятие «степень самостоятельности ученика» позволяет преподавателям делить задания на классные (аудиторные) и домашние (самостоятельные). Это деление заданий является общепринятым в педагогических системах, хотя виды домашних заданий выделяются по разным основаниям: для закрепления пройденного материала; для подготовки к усвоению нового материала.

В системе вузовского обучения разработка учебных заданий в первую очередь должна учитывать признак «степень сложности деятельности», поскольку главная цель профессиональной подготовки - научить видам профессиональной деятельности. Лучше всего этим целям отвечает классификация Ю.К. Бабанского.

Поскольку от студентов младших курсов требуется самостоятельность действий в типичных ситуациях (например, выполнение какого-либо проекта или решение учебных задач по алгоритму или правилу), то прежде всего подбирается комплект типовых задач.

Типовые задачи формируют простые умения в соответствии с целями модуля. Например, в модуле "Классификация дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка" типовые задачи исполнительского блока формируют следующие умения:

- определять тип дифференциального уравнения в частных производных второго порядка для любого числа независимых переменных;

- знать примеры основных уравнений математической физики и уметь их выводить;

- иметь представление о корректной постановке основных краевых и начально-краевых задач и знать примеры некорректных задач;

- овладеть методом мажорант при доказательстве теоремы Коши-Ковалевской.

Поэтому, задания к типовой задаче из данного модуля могут выглядеть следующим образом:

- определите тип уравнения в случае 2 независимых переменных;

- приведите уравнение к каноническому виду;

- постройте общее решение уравнения (если это возможно).

Следующая подструктура операционного модуля - комплект комплексных задач. С их помощью обучаемые в соответствии с дидактическими целями модуля осваивают комплексное умение на основе сформированных простых умений.

Результатом решения типовых и комплексных задач является сформированная исполнительская самостоятельность, которая позволяет обучаемому выполнить действие или серию действий, руководствуясь известным ему алгоритмом. На основании этих алгоритмов обучаемый может выполнять серию действий в типичных ситуациях. Образцом комплексной задачи может служить следующее задание: для уравнения, не приведенного к канонической форме, укажите примеры корректной постановки краевых задач для заданных областей и опишите методы их решения.

Решение комплексных задач способствует выработке умения самостоятельно комбинировать уже освоенные способы деятельности с новыми, видеть новые функции известного опыта.

Для того чтобы сформировать самостоятельность действий в нетипичных ситуациях, а также творческую самостоятельность, подбираются ситуационные или проблемные задачи. Так, примером проблемной задачи может служить, например, следующая: поставьте краевую задачу о малых продольных колебаниях однородного упругого стержня, один конец которого жестко закреплен, а другой испытывает сопротивление, пропорциональное скорости. Сопротивлением среды можно пренебречь.

Решение проблемных задач выводит на такой уровень деятельности, когда студент может принять оптимальное решение в неординарной ситуации, активно ставить себе цели и даже понимать себя как субъекта этой деятельности. Помимо этого, через проблемные задачи студент овладевает культурой научного исследования.

Такой подход к профессиональному обучению гораздо более реалистичен, на наш взгляд, чем набор отдельных вопросов на изучаемую тему, рассмотренную безо всякой связи с реальностью. Ситуационное обучение ориентируется на то, что знания и умения даются не как предмет, на который должна быть направлена активность студента, а в качестве средства решения задач деятельности специалиста. Таким образом, студенту задаются контуры и контексты его будущего профессионального труда.

Идея Ю.К. Бабанского о трех уровнях учебной деятельности была подхвачена и продуктивно дополнена в работах В.П. Беспалько, И.Я. Лернера, А.К. Марковой, которые предлагают еще два уровня: творчески-активный и творчески-инициативный. На наш взгляд, можно предложить и два типа учебных проблемных задач для обучения на этих уровнях:

- учебно-проблемную ситуацию, моделируемую в учебном процессе самим преподавателем с помощью известных способов создания проблемных ситуаций;

- научно-исследовательскую ситуацию, нацеленную на выявившееся и осознанное в науке противоречие между наличным уровнем познания предмета и появившимися новыми научными представлениями о нем.

Завершается операционный модуль комплектом контрольных заданий, позволяющих установить уровень сформированности самостоятельных действий обучаемых. В соответствии с уровнем самостоятельности действий подбираются задачи определенной сложности, входящие в комплект контрольных заданий. По результатам усвоения материала для каждого обучаемого определяется его индивидуальный уровень сформированной самостоятельности действий.

2.4 Конструирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

Использование новых информационных технологий (НИТ), реализуемых с помощью современной компьютерной, телекоммуникационной техники, средств мультимедиа, влечет за собой изменения в системе образования, приводит к появлению новых педагогических технологий. Появление ЭУМК в математическом образовании, ориентированном на технологию модульного обучения, вполне объяснимо. Для математиков НИТ являются как предметом изучения, так и инструментом профессиональной деятельности.

С расширением спектра носителей информации и средств доступа к ней, развитием сетевых технологий, появляется возможность для организации постоянного общения между преподавателем и студентом по телекоммуникационным каналам. Первоначально информационно-образовательную систему удаленного доступа в учебный процесс включают обычно ее разработчики при реализации традиционного очного образования по естественнонаучным дисциплинам и только затем она внедряется в заочное или дистанционное образование. Это связано с тем, что при разработке таких программных продуктов имеются трудности не только технологического, но и организационного и методического характера.

Одной из главных проблем при разработке любой КОП является подбор коллектива исполнителей, потому что одному человеку редко удается совместить совокупность знаний, умений и навыков: знание учебного предмета; умения программиста, владеющего всеми необходимыми навыками для работы с НИТ; необходимую подготовку в области дизайна, работы со звуком и видео. В таком коллективе обязательно должен быть специалист, владеющий методологией структуризации и проектирования учебной информации, знакомый с основами педагогики и психологии, знающий особенности восприятия электронной информации. Таким образом, можно рекомендовать следующий состав группы разработчиков. Кроме автора курса и программиста (последних может быть и два на один курс, но не больше, так как будет заметна разница в подходе к проектированию) в группу должен входить дизайнер, владеющий навыками программирования, специалист в области педагогики и психологии (если автор не обладает необходимыми знаниями), оператор для работы с мультимедиа-вставками. Два последних специалиста могут одновременно работать с разными группами разработчиков.

По отношению к учебному материалу, предоставляемому автором, также нужно выработать унифицированные входные критерии, касающиеся структуры членения (модуль, учебный элемент, супер-фрейм, фрейм, слот), стилевой разметки, применяемых акцентов, способом описания медиаданных, приемов связывания.

Кроме переноса учебной информации на электронные носители и представления ее с помощью средств мультимедиа, нужно разработать компьютерные тренажеры и системы тестирования знаний, научиться использовать мировые информационные ресурсы, отладить систему удаленного доступа для общения студентов с преподавателями.

В ходе опытно-экспериментальной работы мы подготовили следующую схему разработки МАОС:

После того, как автор ознакомится с образцами уже работающих программ и ограничениями по организации и представлению информации, он определяет тематику и объем разрабатываемого курса, состав (набор компонентов) МАОС.

Параллельно коллектив технических специалистов формирует предложения по информационным технологиям и методам их реализации, стилю общего интерфейса и дизайна.

Во время коллективного обсуждения уточняется и принимается программа работ по конструированию каждой компоненты МАОС.

Автор (или специалист по знаниям) приводит учебный материал в соответствие с изложенными требованиями к формализованному описанию информации.

Технические специалисты обрабатывают поэтапно формализованный материал и представляют его автору для проверки.

Работа в режиме разделения процессов проектирования курсов и этапов кодирования позволяет значительно снизить сроки разработки программных продуктов, повышает их качество и надежность в эксплуатации, облегчает процесс сопровождения, актуализации и поддержки МАОС в течении длительного времени. Тем более в процессе такой деятельности создается коллектив разработчиков, способный к адаптации уже отработанной технологии для других учебных дисциплин по данной специальности.

В этом случае, во-первых, автоматически решается проблема учета междисциплинарных связей, так как внутренняя связь и поиск информации обеспечиваются уже самим единым форматом данных и возможностью иметь единую базу данных. Во-вторых, можно будет избежать повторения материала в различных учебных дисциплинах. В-третьих, установленные на сервере такие УЭМК под общим управлением (АСУ-кафедра, АСУ-специальность) будут доступны всем преподавателям и студентам, что позволит действительно осуществить междисциплинарные связи в реальном учебном процессе. В-четвертых, изготовление по единой технологии всех КОП позволит легко дополнять эту систему (принцип открытости построения) другими учебными материалами постепенно, не оказывая решающего влияния на сроки подготовки каждой КОП в отдельности.

Процесс разработки МАОС, являющейся по своей сути интеллектуальной системой, требует решения следующих основных задач:

- выбор способа представления знаний;

- реализация процесса логического вывода для выбранного способа представления знаний;

- организация взаимодействия системы с пользователем в процессе эксплуатации;

- создание средств для начального заполнения базы знаний и ее пополнения в процессе использования системы.

МАОС представляет собой сложный программно-информационный комплекс, информационной составляющей которого является база знаний системы, а программной - средства решения перечисленных выше задач.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) успешно применяется для решения задач организации диалога с пользователем, а также в тех предметных областях, где набор программно реализуемых объектов ограничен и их свойства достаточно очевидны.

В области интеллектуальных систем набор объектов, образующих систему, гораздо менее очевиден. С большой долей уверенности можно утверждать, что в системе будут использованы:

- объекты (одного или нескольких типов) для представления и организации знаний;

- объекты (одного или нескольких типов), реализующие тот или иной способ логического вывода;

- объекты, реализующие интерфейс с пользователем при решении той или иной задачи при конструировании МАОС;

- объекты, обеспечивающие получение новых знаний, их систематизацию и контроль непротиворечивости с существующей базой.

Наиболее определенными в настоящее время можно считать интерфейсные объекты. Они осуществляют вывод информации на экран в процессе решения задачи и формы этого вывода достаточно ограничены:

- текстовая информация (запрос, ответ);

- графическая информация (схемы, графики, диаграммы, рисунки);

- звуковой сигнал, которым может сопровождаться то или иное действие (в том числе и в виде речи).

Ввод данных пользователем также осуществляется ограниченным числом методов:

- алфавитно-цифровой ввод с клавиатуры;

- указание координат экранных объектов с помощью «мыши» или аналогичного устройства;

- ввод речевой информации на ограниченном естественном языке.

Природа интерфейсных объектов в значительной мере определяется операционной средой, в которой будет функционировать интеллектуальная система. В настоящее время большая часть персональной вычислительной техники работает под управлением MS Windows NT, MS Windows 95/98 и выше, IBM OS/2 версии 2,0 и выше, Linux с эмулятором Windows. Все эти системы представляют разработчикам стандартные библиотеки для реализации тех или иных функций графического интерфейса пользователя.

Объекты, реализующие представление знаний, достаточно специфичны для каждого из известных способов организации знаний [43]. Например, широко распространенное в традиционных системах представление знаний в виде фреймов достаточно легко интерпретируется в рамках объектно-ориентированной технологии. В этом случае фрейму-прототипу соответствует класс, фрейму-экземпляру - объект этого класса, а слотам фрейма - данные-члены класса. Продукционные компоненты фрейма достаточно легко представляются функциями-членами класса, но при этом возникает традиционная дилемма между эффективностью и жесткостью компилируемых функций с одной стороны и гибкостью (возможностью модификации) и значительным временем исполнения интерпретируемых функций с другой. Эта проблема по-разному решается в различных языках, поддерживающих технологию ООП.

Объекты, реализующие прямой или обратный логический вывод, с одной стороны достаточно формализованы в смысле выполняемых действий, с другой стороны - зависят от выбранного способа представления знаний. Для фреймового представления, как одного из наиболее традиционных, эти объекты должны выполнять следующие действия:

- формирование исходных данных, определяющих начальную ситуацию, в виде фреймов;

- просмотр правил, составляющих базу знаний и выявление правил, применимых в данной ситуации;

- выбор одного из применимых правил, его использование и изменение данных в слотах одного или нескольких фреймов;

- проверку условия конца поиска, т.е. факта достижения заданной целевой ситуации.

Объекты, обеспечивающие получение и систематизацию новых знаний, т.е. наполнение базы знаний, в настоящее время наименее исследованы и формализованы. Отметим только возможность получения новых знаний на основе уже имеющихся в базе знаний, а также возможность извлечения знаний из текстовых документов и баз данных, которые представляют собой основные формы хранения информации в ЭВМ.

Рассмотренные типы объектов образуют ядро интеллектуальной системы, обладающей традиционной архитектурой и относящейся по современной классификации к системам первого поколения [44].

При создании МАОС учитывалось, что с позиций когнитивной эргономики словесные текстовые учебные материалы должны быть визуально оформлены. Текст на экране монитора усваивается иначе, чем написанный на бумаге. Текст в электронном учебнике является обучающей средой, готовящей к общению с упражнениями, но будучи создан в форме гипертекста, одновременно способен дать быстрый доступ к объемам информации, равноценным библиотекам учебников. Важно, что в оформлении гипертекста доступны все возможности, достижимые с помощью почти стандартизованных текстовых структур: рисунки-иллюстрации, математические формулы, различные способы форматированного оформления страниц и шрифтов. Использование элементов мультипликации, звуковое оформление при создании обучающего текста может придать дополнительную изобразительную ценность обучающей среде и оживить изложение учебного материала.

Поиски технологии, которая могла бы решить все перечисленные выше задачи, привели нас к Интернет-технологиям, которые используются в сети Internet и представляют собой широкий спектр деятельности человека в "виртуальном мире". Это и "on-line"-доступ к электронным учебникам и университетам, использование электронных переводчиков, баз данных и библиотек, теле- и видеоконференций, электронная почта, поисковые системы и многое другое. Возможности Internet помогают ориентироваться в море информации, предоставляемой WWW-сетью (World Wide Web), на основе каталогов Web-серверов и поисковых машин.

Так в WWW-сети информация представлена в основном в виде HTML-файлов (гипертекстов), то есть документов, связанных между собой взаимными ссылками. Таким образом, сама структура документа помогает организовать поиск необходимой информации. По второй, наиболее распространенной технологии проектирования, - Case-технологии - КОП реализуется как отдельная программа на одном из языков программирования. Но так как возможности подключения КОП, разработанной по Case-технологии, в программу, выполненную по Интернет-технологии, имеются, то мы остановились на первом варианте.

Последние спецификации HTML позволяют реализовать все возможности мультимедиа (графика, звук, анимация, видео), подключение новых средств представления информации (например, VRML - язык описания виртуальной реальности). При этом учебный курс (даже отдельная подпрограмма) может пополняться по мере разработки новых дополнительных возможностей (вставок) уже после сдачи программы, которая находится уже в режиме эксплуатации.

Эта технология позволяет использовать ссылки не только на документы, но и на исполняемые файлы на стороне сервера, благодаря чему можно включать в информационную систему как уже работающие готовые программы, так и вновь создаваемые.

Таким образом подготовленные КОП могут быть использованы на отдельных персональных компьютерах (ПК), в локальных и глобальных сетях, что очень важно для решения проблемы информационного и методического обеспечения удаленного доступа (например, при дистанционном обучении). При этом на основе электронного издания можно получить копии (CD, бумажную, на дискетах, сетевые) как всего курса, так и его отдельных частей.

Основными достоинствами Интернет-технологии являются платформенная независимость полученного программного продукта и весьма простой способ внесения исправлений. Действительно, переписать на сервере несколько файлов гораздо проще, чем посылать пользователю новую версию программы, разработанной, например, по Case-технологии. При этом, поскольку документы HTML фактически являются текстовыми файлами и для них не требуются компиляторы, то для этой технологии не нужно дополнительно покупать лицензионное программное обеспечение.

В качестве среды программирования мы предлагаем взять современную систему программирования Delphi версии 7.0 и выше, разработанную американской корпорацией Borland International Inc. и работающую под управлением 32-разрядных операционных систем Windows NT или Windows 95/98 и выше.

Наиболее распространенными алгоритмическими языками являются Паскаль и Си, которые в настоящее время используются практически на всех вычислительных системах от персональных компьютеров до суперЭВМ. Язык Турбо Паскаль версии 7,0 и выше, разработанный фирмой Borland, позволяет объединить в рамках единой системы мощный алгоритмический потенциал языка, методы объектно-ориентированного программирования, современную графику, удобные средства тестирования и отладки программ, а также обеспечить дружественный интерфейс с пользователями.

Этот язык, основанный на принципах структурного программирования и пошаговом методе проектирования программ, очень удобен для разработчиков при решении задач вычислительного и логического характера, символьной обработки, системного программирования. К несомненным достоинствам среды программирования Турбо Паскаль нужно отнести многооконную систему программирования и модульный принцип организации программирования, когда в процессе работы вся программа разбивается на модули (программы, блоки), а те, в свою очередь, состоят из подпрограмм.

На наш взгляд, использование Интернет-технологии вместе со средами программирования Delphi и Турбо Паскаль является оптимальным при разработке всех типов КОП, входящих в МАОС в настоящее время, позволяет решить все стоящие перед разработчиками задачи и имеет перспективу для движения в сторону построения интеллектуальных систем.

ЭУМК представляет собой компонентную составляющую системы средств обучения (ССО), опирающуюся на НИТ и ТСО. В нашей концепции ЭУМК книга остается первым этапом в общении человека с новым знанием. Отсюда МАОС - электронная составляющая комплекса - должна быть дополнением печатной книги, не заменой ее и она не должна вторгаться в общение человека с печатной книгой. Почти все элементы МАОС в общей структуре ЭУМК являются аналогами соответствующих учебно-методических материалов, присутствующих в системе обучения, основанной на ТМО, и образующих основу комплекса в кейсовой технологии.

В то же время МАОС нужно рассматривать как обучающую информационную среду, которая является органическим продолжением традиционных методов обучения, построенных на книге, и которая на базе все возрастающих возможностей НИТ обеспечивает:

- быстрый и полный доступ к любой информации в гипертекстовом режиме;

- организацию изучения предмета на практических занятиях под руководством преподавателя;

- помощь обучаемым в организации самостоятельной работы;

- возможность выполнения упражнений и лабораторных работ, которые, в основном, могут быть реализованы за счет применения НИТ;

- аудиовизуальные условия (графика, звук) для порождения нового знания через сходство по аналогии, сводя мотивационную и информационную составляющие поведения из разных полушарий в единую деятельность [25].

Приведем основные положения, которые должны быть приняты во внимание при проектировании и конструировании компонентов (подпрограмм) МАОС.

Электронный учебник. На основе многолетнего опыта преподавания курса «Уравнения математической физики» по модульной технологии обучения на математическом факультете АГУ были разработаны и изданы модульные пакеты для всех пяти модулей курса с 1996 по 1999 годы в издательстве АГУ. Все эти учебные пособия рекомендованы Научно-методическим советом по математике и механике Учебно-методического объединения университетов России в качестве учебных пособий для студентов математических специальностей и направлений подготовки университетов.

Каждое из пяти учебных пособий модульного типа по курсу «Уравнения математической физики» представлено в двух вариантах:

- на бумажном носителе - учебное пособие состоит из методической, информационной, операционной и контролирующей частей;

- в электронном варианте - представляет собой часть электронного учебника (ЭУ) в его предъявляющей функции.

Поскольку технология модульного обучения предполагает строгую структурную организацию информации, то при создании ЭУ мы выделили в качестве минимального фрагмента - слот (абзац, ячейка), который представляет собой минимальный неделимый объем информации порядка 200-300 символов. Совокупность нескольких (4-8) слотов составляет фрейм (кадр), который помещается на экране и объединен общим смыслом. Заметим, что к качестве фрейма может выступать схема, рисунок, таблица, опорный конспект и т.п. Совокупность нескольких (4-9) фреймов, имеющих общую смысловую нагрузку, образует супер-фрейм. Таким образом, содержание каждого учебного элемента представляется в виде объединения супер-фреймов, а модуль состоит из определенного набора учебных элементов.

Каждый фрагмент снабжен указанием своего типа или (и) идентификатором. Кроме того, наиболее востребованные фрагменты (исходя из анализа структурно логической схемы курса по числу связей) снабжены ключевыми словами и могут иметь перечень ссылок на смежные и семантически близкие фрагменты.

Каждый супер-фрейм может быть реализован двумя способами. Первый способ - открытый - дает возможность просмотреть все фреймы последовательно один за другим. При втором способе - закрытом - в первом фрейме размещается только основная, обязательная для усвоения информация. Те части информации, которые можно "раскрыть", помещаются как ссылки. При выборе пользователем ссылки информация открывается, обнажая новый информационный уровень. При этом таких вложенных уровней может быть достаточно много, но рекомендуется использовать не более трех-четырех. Таким образом, обучаемый строит самостоятельно стратегию своего обучения.

Обратим внимание на сохранение единого стиля при оформлении ЭУ. Стиль помимо декоративных функций несет на себе возможность к организации полисенсорной подсознательной навигации по содержимому и акцентированию внимания на наиболее важных и значимых моментах восприятия информации в выбранном студентом режиме обучения. При этом от восприятия отсекается "ненужная" информация и обучаемый не допускает информационной перегруженности сознания. Для семантической организации материала должно быть выделено не более 5-7 основных семантических структур (см. табл. 7).

Таблица 7. Основные семантические структуры при выборе стилей

Наименование	Специфика	Значимость
Обычный текст	Основное содержание	Полезно к прочтению
Определение, теорема, лемма	Четкие формализованные описания	Обязательно к изучению
Доказательства	Основное содержание	Полезно к прочтению при углубленном изучении
Примеры	Образец, практическое применение	Обязательно к изучению
Важно	Основное содержание	Обязательно к изучению
Замечание	Дополнительная информация	Имеет значение при углубленном изучении
Совет	Рекомендация	Прочитать, если возникнут затруднения

При оформлении фрейма (кадра) можно в соответствие с ТМО порекомендовать оставить слева от учебного текста столбец (колонку) для размещения в нем знаков, повышающих внимательность обучаемых наряду со стилями представления текстовой информации. В качестве таких образцов можно предложить, например, следующие знаки [39]:

	- указывается цель, например, учения;
	- обрати внимание, суть, важно;
	- контрольные вопросы;
	- ответы на вопросы;
	- практическое задание;
	- обдумай это;
	- трудное место;
NB	обрати внимание, заучи, запомни;
Ф	- факультативная информация.

Контролирующая программа (КП), электронный задачник (ЭЗ). Опыт преподавания этой дисциплины с использованием ТМО показывает, что самой трудоемкой для педагога частью, требующей времени и методических знаний, является разработка операционного блока модуля. Выделение операционной части из каждого модуля, входящего в модульную программу, в отдельный операционный модуль имеет значительные преимущества.

Во-первых, операционный модуль является эквивалентом задачника в традиционной системе обучения, что положительно воспринимается преподавателями и студентами при смешанной системе обучения, в которой не все дисциплины используют ТМО.

Во-вторых, операционный модуль вместе с рабочей тетрадью значительно улучшает качество организации и проведения лабораторных занятий, а также самостоятельной работы студентов.

В-третьих, с точки зрения внедрения новых информационных технологий в учебный процесс электронная версия операционного модуля является по своей сути базой данных при конструировании контролирующей части каждого модуля в МАОС.

В данный операционный модуль содержание операционных частей каждого из пяти модулей вошло в виде подмодулей с теми же наименованиями. Содержание операционного модуля отбиралось нами в соответствии с конкретной целью - сформировать умения применять теоретические знания для решения конкретных практических задач.

Поскольку целью вузовского образования является обучение видам профессиональной деятельности, то учебные задания классифицированы по признаку "степень сложности учебной деятельности студента" на три класса: типовые, комплексные и проблемные задачи. Типовые задачи формируют простые умения в соответствии с дидактическими целями модуля. Комплект комплексных задач позволяет освоить комплексное умение на основе сформированных простых умений в типичных ситуациях путем применения уже известных алгоритмов. Для того чтобы сформировать самостоятельность действий в нетипичных ситуациях, а также творческую самостоятельность, используются проблемные (ситуационные) задачи.

В операционный модуль включен и комплект контрольных заданий, позволяющих установить уровень сформированности самостоятельных действий обучаемых. Задания подбираются для проведения входного, текущего и итогового контроля как в устной, так и письменной форме.

Контрольные и экзаменационные материалы, входящие в контролирующие части каждого модуля (подмодуля) или разработанные дополнительно, осуществляют следующие виды контроля: входной, текущий, итоговый. Все эти материалы составляют базу данных как часть общей базы данных для контролирующей программы (КП), частью которой является электронный задачник (ЭЗ). В КП входят также программные средства, предназначенные для оценки качества знаний обучаемых, а также для их учета в течение заданного периода обучения.

Входной контроль осуществляется без привлечения преподавателя для определения базового уровня знаний студентов и может служить поводом для них по повторению необходимого материала, а для преподавателя - внесения изменений в учебный процесс.

Текущий контроль позволяет определить качество изучения обучаемыми отдельных учебных элементов или модулей. Примером текущего контроля могут служить коллоквиумы, контрольные работы, письменные опросы, тестирование. Результаты текущего контроля фиксируются и входят в рейтинг по предмету, формируемый в течение всего периода обучения.

Итоговый контроль проводится после изучения студентами всей модульной программы по курсу с учетом результатов промежуточного контроля. Это может быть итоговая контрольная работа или экзамен.

Для всех этих видов контроля может быть использовано тестирование как один из новых элементов образовательных технологий, нашедший широкое распространение в последнее время. На математическом факультете (МФ) была разработана и успешно функционирует в течение четырех лет компьютерная программа для организации сетевого тестирования. С помощью этой программы тестирование может быть организовано как на отдельном ПК, так и в локальных и глобальных сетях, включая Internet. Уже в течение четырех лет по этой технологии проходят вступительные экзамены по математике (устно) в Алтайский государственный университет, осуществляется входной и промежуточный контроль знаний студентов по ряду математических дисциплин. Данная программа допускает сопряжение с базой данных электронного задачника, а, следовательно, на ее основе можно осуществлять контролирующие функции в ЭУМК.

Лабораторный практикум (ЛП). Упражнения в электронном учебнике могут иметь ту особенность, что их исполнение без ПК просто невозможно. Так НИТ позволяют внедрить в учебный процесс лабораторные работы с использованием компьютерных программ и прикладных математических пакетов (Derive, MathCad, MatLab и т.п.). Эти программные средства избавляют студентов от рутинных вычислений, открывают суть изучаемой темы, помогая ее лучше усваивать, повышают эффективность самостоятельной работы. В обучении математиков изучение пакетов прикладных программ (в том числе и математических) является обязательным элементом Государственных образовательных стандартов (ГОС). Возможность неформального включения, получаемых в этом курсе знаний, при изучении других учебных дисциплин резко повышает интерес студентов, формирует прочные знания, умения и навыки в работе с математическими пакетами.

Учебная база данных (УБД). Справочная книга по курсу построена по принципу энциклопедии. В ней приводятся все определения, формулы, теоремы необходимые при изучении курса.

Электронный аналог справочника (УБД) представляет собой информационно-справочную систему (ИСС) учебного назначения, построенную для математической дисциплины, имеющей аксиоматический принцип построения учебной информации.

Современные ИСС строятся на основе гипертекста, дополненного средствами тематической навигации и контекстного поиска. Поскольку мы ориентируемся на работу в семействе операционных систем MS Windows, то наибольшее распространение получило здесь программное обеспечение на базе WinHelp. В глобальных компьютерных сетях основой ИСС является язык HTML (язык разметки гипертекста), на базе которого построена работа сети Интернет.

Вся эта база представляет собой совокупность связанных информационных объектов разделенных на два класса. Первый - класс понятий. Он содержит описания неопределяемых понятий и определения. Второй - класс утверждений - содержит формулировки аксиом, теорем, следствий из них, лемм, утверждений, основных формул.

Все информационные объекты находятся во взаимосвязи. Структуру этих связей можно представить в виде ориентированного графа, узлами которого являются информационные объекты, а ребрами - связи между ними.

Класс понятий образует основу графа. Ребра этой части графа направлены от базового понятия к определяемому. Вершинами графа являются описания неопределяемых понятий. Второй класс утверждений дополняет граф, образованный первым классом. Узел, отвечающий утверждению, соединен ребрами с узлами, содержащими входящие в него понятия. Направление ребра принимается от понятия к утверждению. Таким образом, этот класс не дает новых вершин графа.

В теории ИСС предусмотрено введение ребер третьего типа, которые формируются на основе принципа построения ссылок справочной системы. В данном случае ориентированные ребра третьего типа вводятся при упоминании термина, имеющего расшифровку, описание или пояснение от информационного объекта к упомянутому узлу. При этом ребра третьего типа могут совпадать с ребрами первых двух типов.

Все эти три типа ребер имеют самостоятельное дидактическое значение. Первый тип формирует систему понятий, второй - логическую взаимосвязь утверждений, третий - возможность оперативного использования информации для справки. Таким образом, для создания ИСС, построенной на аксиоматической основе, необходимо использовать программное обеспечение (WinHelp, HTML), способное дифференцировать ссылки (визуализацию, способ отработки), в зависимости от типа соответствующего ссылке ребра графа.

К достоинствам предлагаемого ЭУМК можно также отнести: повышение качества преподавания на основе быстрого оценивания знаний, умений и навыков студентов; мониторинг учебной аудитории; оперативное управление ходом учебного процесса; эффективную и удобную работу преподавателя в аудитории; оказание методической поддержки при организации самостоятельной работы студентов.

Применение ЭУМК, построенного на основе ТМО, в обучении студентов математических направлений и специальностей показало, что использование НИТ в учебном процессе дает наибольший эффект как раз в преподавании математики и информатики - областях знаний, органически связанных с этими технологиями. Средством обучения выступают в данном случае сами НИТ. Динамика развития программного обеспечения, аппаратной части активно инициирует процессы внедрения и использования НИТ в образовании.

Так уже сейчас можно рекомендовать для организации интерактивного общения преподавателя со студентами "оборудование для голосования", как его называют в России. Оно состоит из принимающего устройства для преподавателя (пульт управления); индивидуальных пультов дистанционного управления для студентов. При наличии такого оборудования (достаточно дорогого) можно проводить одновременно опрос аудитории до 250 человек в процессе деловых игр, тестирования, чтения лекции.

В заключение можно отметить следующее. Современное обучение математика в вузе востребует НИТ, поскольку резко возрос объем информации в обществе, а компьютер вошел во все сферы общественной жизни, превратив интеллектуальный труд в основу других видов и типов человеческой деятельности. Появление компьютера превращает образование в сферу воспитания, развития и саморазвития интеллектуально-нравственной культуры личности. Вопрос о том, получит ли общество взамен хищного и агрессивного "человека с ружьем" созидательного и совестливого "человека с компьютером", прямо зависит от образовательных технологий и от осознания преподавателем своей ответственности, своей учительской миссии.

Правильно построенный на основе ЭУМК учебный процесс, достигает не только цели профессионального математического образования, но и формирует профессиональные мотивы, дает системное представление о профессиональной деятельности математика, научает процедуре самообразования в рамках виртуально дидактической среды, создающей оптимальную психологическую и социальную ситуацию познания. За пультом компьютера студент становится более собранным, внимательным к своим действиям и операциям. У него развиваются самостоятельность мышления, уверенность в своих способностях и силах, личная ответственность.

Организация учебного процесса на основе комплекса режимов работы (поисковая, обучающая, контролирующая) учит его отдавать себе постоянный отчет в совершаемых действиях.

Организация самостоятельной учебной деятельности и повышение мотивации обучения на фоне мощнейшего интеллектуального роста оказываются всего лишь побочными и очевидными продуктами внедрения новых информационных технологий (НИТ) в образование. Как показывает отечественный и зарубежный опыт применения НИТ, а также наш более чем десятилетний стаж работы в этой области, ЭУМК позволяет обеспечить:

- развитие наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого видов мышления;

- расширение изучаемой предметной области за счет возможностей моделирования, виртуального эксперимента, сокращения времени на поисковые работы;

- вооружение студента способами усвоения учебного материала и решения задач на уровне реализации возможностей систем искусственного интеллекта;

- формирование информационной культуры на уровне современного развития социума за счет осуществления информационно-учебной деятельности и работы с программными средствами и системами.

Все выше перечисленное показывает, что происходит переструктурирование программ учебных предметов и выстраивание их по тому образцу, по которому организуется исследовательская деятельность ученых.

Заключение

В данной работе, мы, сделали попытку описать и обобщить современные технологические процессы обучения, которые направлены на модернизацию системы высшего профессионального образования.

Основной концептуальной установкой в педагогике становится субъект-субъектная парадигма образования, которая рассматривает дидактические отношения как взаимодействие и сотрудничество личностей, участвующих в учебном процессе. Это переориентация системы профессионального образования предполагает поиск новых подходов к организации учебного процесса, в частности, оснащение его современными технологиями обучения.

Основной задачей технологизации образования является оптимизация, прежде всего, управление познавательной деятельностью студента. Критериями эффективности обучения студентов становятся содержание и уровень сформированности у них творческого отношения к учебному процессу. Овладение современными педагогическими технологиями позволит преподавателям вузов усовершенствовать индивидуальный стиль своей педагогической деятельности. Причем основой мастерства педагога становится не только ориентация на обучающие технологии, но и инновационное профессиональное мышление.

Изменения в методиках и технологиях преподавания, вызванные внедрением НИТ, существенно изменяют парадигму педагогической науки в целом, влияя на объект и предмет дидактики, перестраивая содержание образования.

Результатом педагогического воздействия ЭУМК является не приобретение знаний, умений и навыков, а раскрытие интеллектуального потенциала студента, формирование его готовности к творческой деятельности, воспитание в нем культуры познавательной деятельности, культуры самостоятельно добывать и применять знания.

Отметим, что этот совокупный обучающий эффект воздействия ЭУМК достижим при условии соблюдения принципов модульности, вариативности, проблемности, паритетности, стереоскопичности, открытости, на которых базируется совмещение ТМО с НИТ. Именно соблюдение всех технологических принципов является наиболее сложным в работе педагога-технолога. Пренебрежение к дидактическим принципам приводит к созданию низкокачественных компьютерных программ, которые наносят прямой вред самой идее информатизации образования и отвращают от нее многих преподавателей и студентов.

Литература

1. Ершов А.П. Информатика: предмет и понятие // Кибернетика. Становление информатики. - М.: Наука, 1986.

2. Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В.Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 1997.

3. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. - М.: 1982.

4. Агеев В.Н., Древс Ю.Г. Электронные издания учебного назначения: концепции, создание, использование. М.: МГУП, 2003. - 236с.

5. Осетрова Н.В., Смирнов А.И., Осин А.В. Книга и электронные средства в образовании. М.: Издательский сервис; Логос, 2003. - 144с.

6. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании. - Томск: Дельтаплан, 2002. - 224с.