КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
История реализации возможностей технологии телекоммуникации в образовании 5 страницаИнтеллектуальная обучающая система имеет следующие особенности.Система предназначена для использования на различных занятиях: лекциях, лабораторных и практических занятиях, во время самостоятельной работы обучаемых, в процессе научно-исследовательской деятельности, курсового и дипломного проектирования.Система содержит текстовые массивы, параметры модели, включает в себя модули контроля, автоматизации расчетов, реализации модели, построения графиков, формирования текстовых окон.В процессе работы обучаемого с ИОС предусматривается компьютерная визуализация учебной информации, математическое моделирование изучаемых объектов, процессов и явлений, имитация работы различных устройств.Взаимодействие пользователя и системы характеризуется наличием интерактивного диалога, позволяющего обеспечить приближение диалога между обучаемым и системой к диалогу между обучаемым и педагогом. Содержащийся в базах знаний учебный материал располагается в экранных фрагментах, т. е. обеспечивается представление информации в виде гипертекста. Структура ИОС представлена на рисунке 7 [12, 16]. Система состоит из двух частей —* основной и вспомогательной. Вспомогательная частьсодержит: • подсистему интеллектуального управления ходом учебного процесса: реализующую интерактивный диалог пользователя с системой; обеспечивающую получение ответов на запросы пользователя; формирующую модель обучаемого, схему обучающей последовательности; реализующую возможности выбора стратегии обучения и обучающих воз-
действий, механизмы адаптации системы к конкретному объекту обучения; позволяющую регламентировать и координировать режим работы пользователя; • контрольно-диагностирующий модуль, позволяющий: рассчитать и оценить параметры субъекта обучения для определения оптимальной стратегии и тактики обучения на каждом этапе занятия, вводить в базу данных результаты контроля каждого обучаемого, проводить их статистическую обработку, отслеживать решение задач на уровне репетитора; • средства коммуникации, позволяющие осуществлять связь между участниками учебного процесса и системой; обеспечить работу в сети; 8 - 9625 105. средства интеллектуального анализа содержания и структуры знаний, необходимых для организации и управления учебным процессом; 106. модуль сервисной технологии, обеспечивающий возможности дополнения, изменения и адаптации системы к запросам конкретного учебного заведения, позволяющий вносить коррективы в любой из модулей основной части, осуществлять необходимые вычисления. Основными задачами вспомогательной части являются: 107. автоматизация управления ходом обучения, контроль за прохождением обучаемыми этапов занятия, анализ полученной информации и вывод этой информации на компьютер преподавателя; 108. автоматизация контроля знаний обучаемых и умения решать задачи, статистическая обработка результатов контроля, диагностика ошибок; 109. реализация интерактивного взаимодействия пользователей (обучаемых и преподавателя) с учебным средством; 110. выполнение коммуникативных функций между педагогом, обучаемым и системой; 111. выполнение координирующей функции. Координирующая функция вспомогательной части позволяет координировать процесс обучения каждого студента. В случае задержек или слишком долгой работы обучаемого с тем или иным блоком система сообщает об этом на компьютер преподавателя. Основная часть программы состоит из следующих модулей: информационного, моделирующего, расчетного, контролирующего. Составляющие основную часть программы экранные фрагменты содержат текстовую и графическую информацию. Текстовая информация содержит теорию, формулы, пояснения, указания, комментарии. Графическая информация содержит графики, схемы лабораторных установок, рисунки, анимационные ролики. Возможно включение видеофрагментов. Информационный модуль включает в себя базу данных и базу знаний учебного назначения. База данных содержит информационно-справочный материал, информацию, необходимую для оперативного управления учебным процессом. В базу да и Внедрение в учебный процесс интеллектуальных обучающих систем позволит: повысить эффективность обучения за счет возможности самоконтроля, индивидуального, дифференцированного подхода тс каж- дому обучаемому, развить процессы познавательной деятельности; создать условия для самостоятельного приобретения знаний [12, 16, 23]. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 112. Для чего нужна типология информационных ресурсов образовательного назначения? 113. Что означает понятие «распределенный информационный образовательный ресурс»? 114. В чем заключается разница между динамическим и статическим информационным образовательным ресурсом? Темы и вопросы для обсуждения 1. Каковы перспективы использования интеллектуальных обучающих систем в образовании? 2. В чем, по вашему мнению, преимущества и недостатки электронного учебника? § 2. Проектирование и разработка информационных ресурсов образовательного назначения Процесс разработки разного рода информационных ресурсов образовательного назначения (электронных средств учебного или образовательного назначения) должен, с одной стороны, опираться на достижения теории и практики информатизации образования [2, 9, 11, 17, 22, 23], в том числе разработки программных средств и систем, и, с другой стороны, в полной мере соответствовать психолого-педагогическим требованиям, определяющим процесс создания программных средств учебного назначения. Для современного педагога знание основ проектирования и практической разработки ЭСОН различных видов необходимо не только для того, чтобы при необходимости он мог разработать некоторое программное средство (например, тест для контроля знаний учащихся), но и для того, чтобы иметь возможность оценить качество имеющихся (или предлагаемых к приобретению) в учебном заведении программных средств. Современные подходы к разработке электронных средств образовательного назначения К настоящему времени сложились три основных подхода к созданию электронных средств образовательного назначения. Первый подход основан на использовании универсальных прикладных программных средств. Второй подход предполагает написание программ с помощью языков программирования. Третий подход основан на использовании специализированных инструментальных систем для создания педагогических приложений. Рассмотрим каждый из выделенных выше подходов. Первый подход. Использование универсальных прикладных программных средств Универсальные прикладные программные средства разработаны на высоком профессиональном уровне известными фирмами. К подобным средствам, часто используемым в учебном процессе, можно отнести такие пакеты, как MathCAD, MathLab, Derive, Evrica, AutoCAD, MicroCap, PCAD, pSpice и др. Работа с универсальными пакетами не требует знания языков программирования. Универсальность и высокое качество этих программ привели к их широкому использованию в различных областях. Разработчики прикладных программных средств изначально создавали их для профессионалов, поэтому только небольшая часть математических пакетов может быть рекомендована для использования на уроках математики, но большая часть подобных пакетов рекомендована для использования в учебном процессе технического вуза. Так, например, при изучении черчения используется система КОМПАС, а пакеты MathCAD, LiveMath, MathLab и другие предназначены для решения широкого круга математических задач. Важным достоинством универсальных пакетов является то, что они предоставляют пользователю богатый набор специальных функций. Широкий спектр специализированных возможностей, в свою очередь, требует больших затрат времени нных занесены список обучаемых, посещаемость на освоение пакетов, что создает дополнительные проблемы в условиях дефицита учебного времени. Руководство пользователя таким пакетом представляет собой книгу объемом в 300—800 страниц. Освоение этих пакетов оправдано тем, что их можно применять в школе при изучении математики, геометрии, планиметрии, черчении. Рассматриваемые универсальные пакеты прикладных программ создавались в первую очередь для расширения профессиональных возможностей при проведении научных исследований, инженерных расчетов и тому подобных задач, однако в последнее время появляется все больше публикаций, в которых рассматриваются вопросы использования прикладных программ в учебном процессе средней школы на уроках алгебры, геометрии и планиметрии. Рассмотрим некоторые из этих программ и коротко опишем возможности их применения в учебном процессе[6]. Пакет математических программ LiveMath Пакет математических программ LiveMath позволяет автоматизировать математические расчеты и повысить наглядность обучения математике. Основными элементами программного продукта являются следующие: вычислительные, алгебраические, графические, интегральные, линейная алгебра и др. Система позволяет сохранять результаты в формате HTML для публикации в Интернете. Решение математических задач в LiveMath выполняется пошагово, что позволяет увеличить наглядность и проследить основные закономерности математических вычислений. Подстановка данных и перераспределение переменных производится с помощью мыши, что позволяет сконцентрироваться на математических выкладках, а не на расположении и оформлении уравнений. Все действия пользователя поясняются и комментируются. Доступ к большинству элементов программного продукта обеспечивают удобные и наглядные панели инструментов, а также выпадающие и контекстные меню. В программе предусмотрен механизм подсказок, справок, всплывающих окон и указателей, которые делают объяснение материала и представление новой информации гораздо наглядней, динамичней и понятней. Кроме того, если на завершающем этапе вычислений обнаружится какая-либо ошибка, возможно внесение необходимых изменений с последующим пересчетом и коррекцией всей цепи вычислений. Удобство использования программы в учебном процессе определяется тем, что в нее входит справочная система, которая содержит множество примеров и демонстраций, также программа предусматривает автоматическую проверку домашних заданий, выполненных с помощью Live Math. Пакет математических программ Derive 6 Программный продукт Derive 6 предназначен для выполнения алгебраических операций, решения уравнений, изучения тригонометрических функций, векторов и матриц, выполнения научных вычислений. Он берет на себя выполнение рутинных и трудоемких операций, позволяет осуществить визуализацию вычислений, представить результаты как в виде двухмерных графиков, так и на трехмерных диаграммах. Так, пользователь может создавать множественные двухмерные графики й диаграммы на основе содержащихся на листе математических вычислений, что облегчает анализ и исследование уравнений. Реализована в программе и возможность контроля за геометрическим соотношением размеров, масштабом и осевым разрешением, отслеживанием графиков по нарастанию и убыванию, просмотра точных координат любой точки графика. Программа предоставляет возможность вращать, приближать и отдалять трехмерные объекты, создавать трехмерные поверхности на основе функций, заданных параметрами, представляющими собой множество точек. Поверхности могут отображаться в кубической, сферической и цилиндрической координатных системах. Координаты любой точки на поверхности легко находятся, изображение самих поверхностей можно сохранять в таких популярных графических форматах, как TIFF, JPG и BMP, что позволяет в дальнейшем использовать их в других программах. Трехмерные объекты могут быть размещены на листе математических вычислений с текстовой аннотацией и отображением основных координатных точек. Эти средства позволяют эффективно использовать Derive как в среднем, так и в высшем образовании. Использование данного программного продукта позволяет облегчить изучение методов решения интегральных и дифференциальных уравнений путем обеспечения наглядной пошаговой демонстрации производимых вычислений. зан ш Рекомендации Пакеты компьютерной алгебры можно использовать для того, чтобы: 115. создавать экранное представление функциональных зависимостей в виде матриц, таблиц, графиков, диаграмм; 116. динамически представлять изменение значений функции в соответствии с изменениями значений аргумента; 117. увеличивать (или уменьшать) любые рассматриваемые (или исследуемые) участки графика функции; 118. совмещать любые графики, рассматривая их в единой системе координат; 119. представлять геометрическую интерпретацию решения уравнений, систем уравнений, неравенств, систем неравенств; 120. динамически представлять «асимптотическое приближение» графика функции; 121. представлять геометрически целочисленные решения уравнений, систем уравнений, неравенств, систем неравенств. Графический 3D плоттер Autograph Данный программный продукт может быть использован на уроках геометрии. Кроме того, новая версия имеет свои инструменты рисования и полностью совместима с интерактивной доской, имеются мощные средства работы с трехмерной графикой. Autograph является удобным инструментом освоения для таких сложных разделов математики, как интегральное исчисление, тригонометрия, векторы, матрицы. Систему можно использовать учителям для создания презентаций, усиливающих наглядность изложения учебного материала, а также ученикам для работы дома и на уроке. С помощью программного продукта Autograph можно изучать координатную геометрию и геометрические преобразования. Геометрические фигуры рассматриваются как множества точек на координатной плоскости. Программа позволяет наглядно изучить принципы построения и основные характеристики различных геометрических фигур, а также потренироваться в построении этих фигур с использованием обширного инструментария, позволяющего использовать как геометрические примитивы, так и строить более сложные фигуры. Autograph также является инструментом для динамического освоения более сложных понятий математики. Интегральное исчисление, тригонометрия, векторы, матрицы — все :>ти понятия можно преподавать в динамике. Динамический подход расширен до трех измерений и поэтому учитель имеет возможность более наглядной демонстрации линий, плоскостей и поверхностей в декартовой, полярной и параметрической системах координат. Реализованы возможности создания различных трехмерных объектов и их расширенного анализа. Учащиеся имеют возможность рассмотреть такие виды геометрических преобразований, как расширение (здесь также рассматриваются понятия центра фигуры и коэффициента масштаба), вращение (здесь рассматриваются понятия центра вращения и угла вращения), отражение (рассматривается понятие оси отражения) и параллельный перенос (рассматривается понятие вектора). Все геометрические фигуры и связанные с ними объекты можно анимировать, ими легко манипулировать, чтобы придать обучению интерактивный характер. Реализованы в программе и средства представления вероятностной статистики и двумерных данных, причем, как и все упомянутые ранее процессы, статистическую и вероятностную обработку данных можно проводить динамически, наблюдать все этапы изменения данных, вносить интерактивные изменения. Пакет динамической геометрии Cabri Geometry Пакет Cabri Geometry может быть использован при изучении евклидовой геометрии, при изучении векторной алгебры, тригонометрии; при рассмотрении уравнений основных геометрических фигур (линии, круги, эллипсы); при изучении системы координат. Интерфейс программы достаточно прост, учителю не требуется много времени на его освоение. В программе реализованы все те операции, для выполнения которых раньше учениками использовались линейка, карандаш и транспортир, но также много других операций. Линии, окружности, точки, треугольники, векторы, конусы и т. д. легко создаются и измеряются с помощью панелей инструментов и выпадающих меню. Фигуры можно вращать и менять их положение. Использование пакета Cabri позволит учителю изменять набор доступных пунктов меню, чтобы разрешить ученику выполнять только определенные действия. Учитель может до- ятий, успеваемость и т. п. База знаний содержит теоретический материал в виде гипертекста, рисунки, схемы, формулы, практическую информацию по теме данного занятия, анимационные ролики, демонстрирующие протекание изучаемых явлений и процессов, нидеоинформацию с аудиосопровождением. Теоретический материал изложен кратко, лаконично, нключает в себя основные фактические и справочные данные. Основные законы и понятия изложены популярно и наглядно, что позволяет заинтересовать обучаемых данной тематикой. Базу знаний можно использовать и для изучения и повторения базового теоретического материала, и для углубленного изучения теории. База знаний не подменяет собой учебник и лабораторный практикум, а является их дополнением, обладающим расширенными возможностями. Базу знаний можно использовать в процессе подготовки к автоматизированному контрольному опросу. В моделирующем модуле изучаемые явления и процессы представлены в динамике их развития, обучаемому созданы условия для самостоятельного управления ходом лабораторного эксперимента и построения моделей, таблиц и графиков. Расчетный модуль программы позволяет автоматизировать обработку лабораторных данных и на их основе осуществить построение графиков, диаграмм, таблиц. Контролирующий модуль предназначен для контроля знаний обучаемых. Вопросы и задания выбираются из списка случайным образом, по результатам опроса выставляется оценка каждому обучаемому. Контролирующий модуль может использоваться самостоятельно. ИОС позволяет преподавателю произвести предварительное тестирование обучаемых с целью определения уровня развития его интеллекта; организовать взаимодействие между пользователем и системой, генерацию заданий, вопросов и задач с учетом психофизиологических особенностей обучаемого. Использование в контролирующем модуле содержащихся во вспомогательной части средств интеллектуального анализа позволяет проводить экспертизу уровня знаний, умений, навыков обучаемых с помощью знаний группы экспертов. Внесение изменений в один из модулей не отражается на содержании остальных частей системы, что позволяет облегчить процесс модернизации и совершенствования ИОС, упрощает ее адаптацию и использование в других учебных заведениях.
бавить макросы в любое меню, чтобы автоматизировать некоторые действия, переопределять точки или объекты, создавать демо-файлы для учеников, наблюдать за работой каждого ученика в окне «История». Cabri позволяет отображать геометрическое место точки, координаты объектов и пересечений, создавать геометрические объекты, оперируя понятием бесконечности, использовать инструменты построения графиков уравнений алгебраических кривых. Cabri также позволяет производить различные вычисления по проведенным заранее измерениям и использовать полученные результаты для построения фигур. Еще одним достоинством Cabri Geometry является обеспечение наибольшей степени свободы взаимодействия пользователя с программой. Для управления программой пользователь может использовать как мышь, так и клавиатуру, интерактивную доску, сканер, передавать данные через Интернет. Использование пакета Cabri Geometry на уроках позволяет сделать изучение геометрии более интересным, а также разработать новые подходы к ее преподаванию. tl Рекомендации Пакеты динамической геометрии[7] можно применять на уроках для «открытия» учениками изучаемых закономерностей. Они позволяют учащимся познавать красоту мира геометрии, играть и экспериментировать с геометрическими объектами. С их помощью можно создавать геометрические фигуры и затем их динамически исследовать. Так, «перетаскивая» мышью различные объекты, ученики начинают понимать, что если некоторые части фигуры не зависят от других ее частей, то каждую из них (линию, точку и т. д.) можно перемещать отдельно от других. Работа с динамическими образами способствует развитию навыков визуализации, формированию пространственного воображения, развитию способности «увидеть» в двухмерном изображении стереометрического объекта его трехмерное представление. Ученик может рассмотреть на экране поворачивающийся геометрический объект, представленный в виде стереометрического чертежа с пунктирными (невидимыми) линиями, которые, попадая в поле видимости, становятся сплошными. В этом случае ученику предоставляется возможность фиксировать на экране изображение трехмерного объекта в любой момент изменения его двухмерного стереометрического представление Данный подход целесообразнее всего применять для повышения наглядности изложения учебного материала, для сокращения времени на выполнение рутинных вычислительных операций. Второй подход. Использование языков программирования Использование языков программирования высокого уровня, таких как С++, Visual BASIC и др. (метод прямого программирования), предоставляет наибольшую свободу разработчикам. Этот метод более всего подходит для реализации сложных программных средств учебного назначения, включая экспертные или интеллектуальные обучающие системы. В этом случае над созданием учебной программы должен работать полноценный творческий коллектив или как минимум три-четыре специалиста: эксперт-педагог в данной предметной области, психолог, дизайнер, сценарист, программист. При этом необходимо, чтобы эксперт-педагог имел некоторые представления из области программирования, а программисту была знакома предметная область. В этом случае появится возможность совершенствования программы по ходу ее разработки. В настоящее время в связи с появлением таких мощных объектно-ориентированных средств разработки, как Borland Delphi и С++ Builder, процесс создания обучающих программ существенно упрощается. Дело в том, что программирование Delphi и С++ Builder сводится к разработке определенных объектов и их дальнейшему многоразовому использованию. Такие объекты могут осуществлять вывод графиков и векторных диаграмм, ввод и проверку ответов обучаемого, в том числе ввод и проверку формул в общем виде, моделировать реальные объекты и процессы, имитировать лабораторные стенды и т. п. Например, язык объектно-ориентированного программирования Delphi позволяет осуществлять разработку многооконных пользовательских приложений; создавать многофункциональные системы общего назначения; проектировать базы данных любой сложности и средств управления базами данных; разработку систем обработки текстовой, графиче- ской, видеоинформации и звука; создавать графические операционные оболочки; создавать одно- и многопользовательские интерфейсы; разрабатывать сетевые приложения; разрабатывать мультимедийные приложения, средства разработки мультимедийных приложений и многое другое. В данном пособии авторы не ставили перед собой задачу подробного описания вопросов программирования для создания электронных средств учебного назначения — это задача специализированного учебного пособия по тому или иному языку программирования. Большинство педагогов не знают языков программирования, но способны дать обучающим программам полноценное с точки зрения методики информационное наполнение. Без помощи профессионального программиста педагог, как правило, не может довести свои идеи до стадии пригодного к эксплуатации программного продукта. Для профессиональных же программистов, напротив, не затруднительно создать высококлассную «оболочку», но ее наполнение очень редко пригодно для использования в учебных заведениях. Одним из компромиссных путей выхода из создавшейся ситуации является использование для создания программных средств учебного назначения специализированных инструментальных систем. Третий подход. Использование специализированных инструментальных систем для создания педагогических приложений Отметим, что возможности современных средств обработки аудиовизуальной информации позволяют создавать педагогические приложения, использующие средства мультимедиа, не прибегая при этом к прямому программированию. Данный подход дает возможность учителям самостоятельно разрабатывать необходимые учебные программы, обладая лишь навыками пользователя. С этой целью создан ряд программных пакетов, базирующихся на идеологии «программирование без программирования» (идеологии ПБП). К системам, построенным на базе идеологии «программирование без программирования», относят программные пакеты, предоставляющие пользователю возможность создавать более или менее полноценные интерактивные приложения без написания собственно программного кода на языке программирования. В пакетах представлены инструменты для осуществления в той или иной степени процессов администриро- иания, коммуникации, оценки знаний, разработки ЭСОН. Как правило, подобные системы представляют собой рабочую среду, позволяющую сформировать набор рабочих окон (фреймов), содержащих произвольный фон, ряд управляющих объектов (типа кнопок), а также объектов, воспроизведение которых представляет собой один из видов действий. Кнопкам присваиваются типовые действия из предоставляемого в отдельном меню набора, среди которых переход к другому окну, носпроизведение звука, анимации, видео и т. п. В качестве простейшего и наиболее часто используемого инструмента для создания простейших педагогических приложений используется мастер создания презентаций MS PowerPoint. Типовой пакет, предназначенный для создания педагогических приложений, представляет собой интерактивную систему (мультимедиа-конструктор) для разработки программ (сценариев) в основном демонстрационного характера. Большая часть подобных пакетов позволяет реализовать в создаваемом программном продукте технологии мультимедиа, гипертекст, гипермедиа, размещать созданные программы как на CD-ROM, так и в виде он-лайн-публикации, причем безо всякой доработки. Набор возможных действий и объектов, как правило, жестко задан, включая возможность воспроизводить на экране текст (в том числе содержащий гиперссылки), графические изображения, звук, анимации и видеофрагменты. В ряде пакетов предусматривается встроенный язык программирования, аналогичный какому-либо языку высокого уровня или языку макрокоманд. Этот встроенный язык позволяет программировать действия различных объектов, а иногда и создавать новые объекты. Правда, при работе с подобным языком программирования преимущества идеологии «программирование без программирования» в значительной мере утрачиваются. Следовательно, если предполагается, что разработкой DCOH в вашем учебном заведении будут заниматься педагоги, обладающие только знаниями в области информатики на уровне пользователя ПЭВМ, то на выходе не стоит ожидать качественных программных продуктов. И наоборот, если разработкой электронных учебных материалов занимается команда профессионалов, отлично владеющих учебным предметом, компьютерным дизайном, программированием, то в создаваемом программном продукте возможна реализация интерактивного взаимодействия между пользователем и системой, различных видов тестирования с ведением баз данных, имитация работы какого-либо агрегата или механизма. Остановимся более подробно на описании возможностей некоторых специализированных инструментальных систем в области создания педагогических приложений. Система HyperStudio Программа HyperStudio (разработчик — фирма Roger Wagner, Великобритания) является интерактивной системой для самостоятельной разработки учителем электронных средств учебного или образовательного назначения. В созданных программах реализуется возможность воспроизводить на экране текст (в том числе гипертекст), графические изображения, звук, анимации и видеофрагменты. В основе работы с данным пакетом заложена идея «про- ■ граммирования без программирования». В данном случае пользователь, создающий в среде HyperStudio собственную программную разработку, по сути, выбирает объекты («актив- ; ные зоны») и присваивает этим объектам определенные функ- i ции (действия) из имеющегося набора. Ученик, который использует данную программу на уроке, осуществляет только однократный щелчок мышью на изображенной на экране активной зоне, что вызывает исполнение какого-либо запрограммированного действия. Вообще, в HyperStudio предусмотрены следующие виды действий: переход с одного экрана (слайда) на другой; воспроизведение звука (загруженного из звукового файла или записанного с микрофона); запуск анимации или воспроизведение видеофрагмента; произвольное действие, запрограммированное пользователем с помощью языка HyperLogo. В ходе разработки ЭСОН программная реализация этих функций полностью скрыта как от разработчика, так и от его будущих пользователей. Пакет HyperStudio позволяет создавать системы гипермедиа различного объема и сложности. Возможна также запись и редактирование собственных видеофрагментов, воспроизведение цифровых видеозаписей и использование цифровых видеозаписей в HyperStudio. К недостаткам системы следует отнести ограниченный набор действий, требуемых для создания тестирующих приложений. Кроме того, неудобством является хранение готового сценария в виде неавтономного документа, для просмотра которого требуется сам пакет или его усеченная версия.
|