Лекция 3. Компьютерные средства обучения по решаемым педагогическим задачам.

В зависимости от решаемых педагогических задач КСО подразделяются на четыре класса:

средства теоретической и технологической подготовки;
средства практической подготовки;
вспомогательные средства;
комплексные средства.

Средства теоретической и технологичесуой подготовки

Компьютерный учебник (КУ) — КСО для базовой подготовки по определенному курсу (дисциплине), содержание которого характеризуется относительной полнотой и представлено в форме учебника (книги).

Компьютерная обучающая система (КОС) — КСО для базовой подготовки по одному или нескольким разделам (темам) курса (дисциплины).

Компьютерная система контроля знаний (КСКЗ) — КСО для определения уровня знаний обучаемого (тестируемого) по данной дисциплине, курсу, разделу, теме или фрагменту ПО и его оценивания с учетом установленных квалификационных требований.

Средства практической подготовки

Компьютерный задачник (КЗ), или компьютерный практикум, — КСО для выработки умений и навыков решения типовых практических задач в данной ПО, а также развития связанных с ними способностей.

Компьютерный тренажер (КТ) — КСО для выработки умений и навыков определенной деятельности, а также развития связанных с ней способностей.

Вспомогательные средства

К вспомогательным средствам относятся КСО, способствующие решению задач теоретической, технологической или практической подготовки, но в самостоятельном качестве не достаточные для достижения соответствующих целей. Данный класс объединяет следующие виды КСО.

Компьютерный лабораторный практикум (КЛП) — КСО для поддержки автоматизированных лабораторных работ, в рамках которых изучаемые объекты, процессы и среда деятельности исследуются с помощью экспериментов с их моделями.

Компьютерный справочник (КС) — КСО, содержащее справочную информационную базу по определенной дисциплине, курсу, теме или фрагменту ПО и обеспечивающее возможности ее использования в учебном процессе.

Мультимедийное учебное занятие (МУЗ) — КСО, основным содержанием которого является мультимедийная запись реального учебного занятия или мероприятия (лекции, семинара, демонстрации).

Комплексные средства

В классе комплексных средств, покрывающих широкий круг педагогических задач, выделим два вида КСО.

Компьютерный учебный курс (КУК) — КСО для подготовки по определенному курсу (дисциплине), в котором интегрированы функции или средства для решения основных задач теоретической, технологической и практической подготовки.

Компьютерный восстановительный курс (КВК) — КСО для восстановления знаний и умений в рамках определенного курса, в котором интегрированы функции или средства, поддерживающие разные этапы процесса повышения квалификации.

Соответствие между выделенными видами КСО и решаемыми с их помощью педагогическими задачами отражено в табл. 1.

Раздел I «Компьютерные средства теоретической и технологической подготовки»

К средствам теоретической и практической подготовки относятся:

КСО для теоретической и технологической подготовки ориентированы на самостоятельную работу обучаемых.

КУ отличают относительные полнота и широта содержания, формируемого в расчете не на одну, а на несколько родственных специальностей (категорий обучаемых). Содержание КУ имеет иерархическую структуру, соответствующую оглавлению книги. Блок, представляющий информацию о содержании (перечень глав, разделов, подразделов и т.д.), является обязательным компонентом КУ и служит для перехода к данным структурным единицам. Доступ к блоку содержания обеспечивается из любого фрагмента (кадра) и режима КУ (исключение составляют некоторые особые разделы и режимы, например, контрольные работы).

Для КУ характерно отсутствие жесткой фиксации материала (последовательностей кадров), проработка которых обязательна для дальнейшего продвижения по нему. В этом плане КУ предоставляет обучаемым определенную степень свободы в выборе состава и порядка рассмотрения материала, а также темпа и глубины его изучения. Вместе с тем в КУ реализуются средства, поддерживающие рекомендуемую методику работы с ним. С помощью них, в частности, осуществляется выделение основного и дополнительного учебного материала, примеров, заданий повышенной сложности и т.п. Обычно в КУ предусматриваются несколько базовых путей, или траекторий, дифференцируемых по специальностям и исходным уровням подготовленности обучаемых. Выбор пути, предлагаемого данному обучаемому, производится по результатам его входного тестирования либо определяется преподавателем, проводящим учебные занятия. В КУ также предусматриваются:

средства самоконтроля и контроля знаний

словарь (глоссарий) — упорядоченный перечень, содержащий толкования основных понятий (терминов), сокращений, аббревиатур и обозначений, вводимых и используемых в КУ, с указанием соответствующих разделов; доступ к словарю обеспечивается из любого фрагмента (кадра) и режима КУ (аналогично доступу к блоку содержания);
ссылки на источники информации (рекомендуемую литературу) по структурным единицам КУ.

КОС, в отличие от КУ, предназначены для решения локальных педагогических задач: проработки одного или нескольких разделов (тем) курса (дисциплины). Как правило, КОС ориентированы на конкретную специальность (категорию обучаемых). Материал, включаемый в КОС, может дифференцироваться по исходным уровням подготовленности обучаемых. Как и в КУ, в КОС предусматриваются средства для самоконтроля и контроля знаний.

Средства навигации по учебному материалу в КУ, КОС, КУК, КВК и КС реализуются таким образом, чтобы они были интуитивно понятными пользователям, не обладающим глубокими навыками работы на компьютере. Объемные текстовые и графические блоки разбиваются на небольшие легко обозримые фрагменты. Минимизируется число протягиваемых (т.е. не умещающихся по размерам в отводимые им поля и сдвигаемых относительно их границ) фрагментов.

Учебные материалы, содержащиеся в КУ, КОС, КУК, КВК и КС, как правило, имеют значительные объемы. В п��добных случаях средства навигации обеспечивают:

листание фрагментов (страниц, кадров) материала вперед и назад (переходы к следующему и предыдущему кадрам по отношению к текущему);
переходы к концу и началу последовательности фрагментов, образующей текущую (т.е. рассматриваемую в данный момент) структурную единицу (главу, раздел и т.п.);
переходы к опорным (выделенным) фрагментам текущей структурной единицы;
переходы к опорным фрагментам и блокам (разделам, модулям), относящимся к содержанию КСО в целом;
переходы по типовым (предопределенным) направлениям (например, переход к более крупному структурному уровню — возврат из подраздела в раздел, из раздела в главу; переход от видового понятия к родовому; вызов иллюстрации; обращение к дополнительному материалу и т.п.).

В ряде реализаций система навигации фиксирует путь в учебном материале, т.е. последовательность просматриваемых фрагментов (так называемую «историю» работы). Список наименований фрагментов, входящих в «историю», позволяет переходить к ним. Для упрощения использования «истории» могут реализовываться дополнительные средства навигации, обеспечивающие ее воспроизведение (вызовы зафиксированных в ней фрагментов) в обратном и прямом направлениях.

КУ, КОС, КУК и КВК включают встроенные средства контроля знаний. Они служат для организации входного, текущего (промежуточного) и итогового контролей. Обязательным видом контроля знаний является итоговый. При значительном объеме учебного материала итоговый контроль может разбиваться на несколько рубежных контролей по разделам курса.

Применяемые в автономном режиме КСКЗ обеспечивают входной и итоговый контроли. КСКЗ обязательно включает блок, представляющий требования к знаниям (квалификационную характеристику) и содержащий краткое описание используемой методики их контроля.

Особенностью текущего контроля является совмещение в нем функций проверки знаний и обучения. Цель текущего контроля — получение оперативной оценки успешности усвоения учебного материала, выявление пробелов в знаниях (непонятых положений курса) и формирование рекомендаций по корректировке учебного процесса. В большинстве случаев текущий контроль организуется в «мягком» режиме. Решение о его прохождении принимает обучаемый. В рамках контроля не предусматриваются ограничения на время поиска (обдумывания) и количество попыток (вариантов) ответа. Формулировки оценок ответов и комментарии имеют дружественный характер.

Характер входного и итогового контролей обычно является «жестким». Входящие в них вопросы (задания) предъявляются обучаемому в случайной последовательности. Как правило, предусматриваются ограничения на время поиска (обдумывания) ответа и общее время контроля. Для каждого вопроса (задания) допускается лишь одна попытка (вариант) ответа. Оценки ответов не комментируются.

Средства контроля позволяют преподавателям (инструкторам), проводящим учебные занятия, определять (регулировать) количество, состав и степени сложности вопросов (заданий), включаемых во входной и итоговый контроли, а также показатели, отражающие требования к знаниям обучаемых (предельное количество ошибок, предельное время обдумывания ответа, предельное время контроля и т.п.). Развитые средства контроля, обеспечивающие формирование интегральной оценки уровня знаний обучаемого, позволяют изменять (настраивать) правила и критерии, используемые при оценивании.

Средства контроля знаний осуществляют накопление и обработку сведений о выполнении контрольных мероприятий. Соответствующая информация записывается в файл протокола (базу данных), а обобщенные сведения выводятся на экран.

Раздел II «Компьютерные средства практической подготовки»

К средствам практической п��дготовки относятся:

КЗ предназначены для закрепления знаний, приобретенных в ходе базовой подготовки, и выработки на их основе умений и навыков решения типовых практических задач. КЗ ориентированы на самостоятельную работу обучаемых. Своеобразным ядром КЗ является блок содержания, аналогичный по структуре и функциям соответствующему блоку КУ. В зависимости от охватываемой тематики учебного материала и применяемых методов решения задачи группируются в разделы и подразделы.

Структурная единица КЗ, представляющая группу задач, включает:

краткое изложение (конспект) используемого метода (алгоритма) и основных теоретических положений, на которых он базируется;
примеры (демонстрации) решения типовых задач;
задачи для самостоятельного решения, приведенные в порядке возрастания их сложности;
рубежный контроль.

Постановка задачи отражает:

основные исходные данные (что дано и априорно известно);
указание на искомый результат (что необходимо вычислить, определить, оценить, выявить, классифицировать и т.п.) и вид его представления;
дополнительные исходные данные (нечеткие условия задачи — внешние предположения и сведения, не имеющие абсолютной достоверности);
ограничения, которые необходимо учесть в процессе решения.

Постановки некоторых задач могут приводиться без выделения перечисленных составляющих с целью выработки у обучаемых умений анализировать и переформулировать их условия.

Демонстрации решения типовых задач иллюстрируют основные этапы решения:

анализ постановки задачи, ее переформулирование и проверка корректности;
выбор класса модели задачи, ее построение и корректировка;
выдвижение и оценивание гипотез, внесение соответствующих изменений в модель задачи;
формирование (вывод) на основе модели задачи вариантов ее решения и их оценивание;
выбор и проверка результата.

Для поддержки самостоятельного решения обучаемыми задач в КЗ реализуются средства, обеспечивающие:

построение, визуализацию и манипулирование моделью задачи;
контроль промежуточных результатов и пояснение допущенных ошибок;
предоставление информационной помощи (справки) по используемому методу (алгоритму) решения;
предоставление рекомендаций (советов), относящихся к текущему этапу решения;
контроль итогового результата.

Рубежный контроль позволяет проверить и оценить умения решать задачи данной группы. Задачи рубежного контроля предъявляются обучаемому в случайной последовательности. Обычно КЗ позволяют варьировать составом и степенью сложности этих задач, а также показателями, отражающими требования к умениям их решать. При использовании КЗ в рамках организации (учебного заведения) подобная настройка осуществляется преподавателями (инструкторами), проводящими учебные занятия.

К числу настраиваемых характеристик могут относиться:

количество задач, включаемых в рубежный контроль;
перечни тем и типов, а также характеристики сложности этих задач;
режим контроля (оценивание на каждом этапе решения или только по итоговому результату; возможность выбора последовательности решаемых задач; возможность пропуска или отказа от решения задачи; возможность повторного решения пропущенной или неуспешно решенной задачи и др.);
предельное количество ошибок при решении задачи или предельное о��ношение числа ошибок к числу этапов решения (для режима поэтапного контроля);
предельное время решения задачи;
предельное количество попыток решения задачи;
предельные количества обращений к различным видам информационной помощи при решении задачи;
предельные количества нерешенных (неверно решенных) задач (для оценивания уровня умений);
предельное количество ошибок при выполнении контроля (для режима поэтапного контроля);
предельное время контроля;
предельное суммарное количество попыток решения задач;
предельные суммарные количества обращений к различным видам информационной помощи и др.

Условия задач могут быть вариативными, т.е. содержать параметры, значения которых, выражаемые количес��венно или качественно, меняются КЗ при обращениях к задачам (для каждой попытки решения строится новая комбинация значений). Развитием данного механизма является генерация (динамическое формирование) условий и моделей задач.

В КЗ также предусматриваются:

введение, в котором приведена краткая характеристика рассматриваемых задач и методов их решения;
справочник, содержащий перечни используемых формул, величин, параметров, сокращений, аббревиатур и обозначений, а также определения основных понятий;
итоговый контроль, предназначенный для проверки и оценивания умений решения задач по всем разделам КЗ.

По функциональным возможностям справочник КЗ аналогичен словарю КУ. Единственным различием итогового и рубежного контроля является состав включаемых в них задач.

КЗ осуществляет сбор, накопление и обработку сведений о выполнении контрольных мероприятий. Соответствующая информация записывается в файл протокола (базу данных), а обобщенные сведения выводятся на экран.

Основной класс средств практической подготовки образуют КТ. Главным отличием КТ является отражение в них структуры, условий и особенностей осваиваемой деятельности. Если в КЗ обучаемый овладевает алгоритмами решения типовых задач, манипулируя их моделями, т.е. работает с абстрактными, схематичными представлениями, то в процессе тренажа с помощью КТ производится имитация выполнения операций и действий, входящих в рассматриваемую деятельность. Вместо моделей задач в КТ реализуются модели изучаемых объектов и среды этой деятельности. Взаимодействие с данными моделями не является непосредственным (как в КЗ), а осуществляется через внешнее представление объектов и среды деятельности путем имитации выполнения соответствующих операций и действий.

Основными функциями КТ являются:

моделирование поведения изучаемых объектов и среды деятельности;
формирование внешнего представления изучаемых объектов и среды деятельности, а также обеспечение возможностей имитации воздействий на них со стороны обучаемых;
организация и управление учебно-тренировочным процессом.

Выделяются следующие классы КТ:

КТ для формирования умений и навыков работы с определенным оборудованием (устройствами, приспособлениями, инструментами и т.д.), а также выполнения типовых операций и последовательностей операций;
КТ для формирования умений и навыков работы в определенных режимах («ведения» режимов объекта) и типовых ситуациях;
КТ для формирования умений анализа, принятия решений и деятельности в нестандартных (нетиповых) ситуациях (противоаварийные КТ);
КТ, развивающие способности, связанные с определенной деятельностью.

Раздел III «Вспомогательные и комплексные средства»

К вспомогательным средствам относятся КСО, способствующие решению задач теоретической, технологической или практической подготовки, но в самостоятельном качестве не достаточные для достижения соответствующих целей. Данный клас�� объединяет следующие виды КСО.

В классе комплексных средств, покрывающих широкий круг педагогических задач, выделим два вида КСО.

Технология изучения объектов, процессов и среды деятельности путем проведения экспериментов с их моделями реализуется в КЛП. Основные функции КЛП — поддержка самостоятельной исследовательской деятельности, развитие связанных с ней умений и формирование с помощью нее знаний об изучаемых сущностях. По результатам выполненных экспериментов формулируются выводы о выявленных (проверенных) свойствах и закономерностях.

КЛП включает:

блок постановки исследовательских задач, в котором излагаются цели, условия и методика проведения экспериментов;
блок описания теоретического аппарата, базирующихся на нем моделей и их реализаций;
реализации моделей изучаемых сущностей;
средства визуализации и манипулирования этими моделями;
средства фиксации (протоколирования) и представления результатов экспериментов (таблицы, графики, диаграммы и т.д.);
средства обработки результатов экспериментов;
средства контроля деятельности обучаемых и формулируемых ими выводов;
справочник по рассматриваемому фрагменту ПО.

Функции КЛП могут реализовываться в рамках КТ (программных имитаторов) и КЗ.

Вспомогательным средством, обеспечивающим информационную поддержку учебного процесса, является КС. Реализация соответствующих функций осуществляется в рамках КУ, КОС, КЗ, КТ, КЛП, КУК и КВК либо достигается за счет их интеграции с внешними КС. В последнем случае КС могут использоваться и в автономном режиме.

Базовой информационной единицей КС является статья, включающая название и содержание. Статьям могут приписываться признаки (например, ключевые слова), отражающие их содержания. В развитых КС статьи группируются в разделы, подразделы и подобные блоки, формирующие иерархическую структуру — содержание КС, аналогичное по представлению и функциям содержанию КУ. Статьи, относящиеся к одной структурной единице, образуют просмотровую последовательность. В таких КС реализуются средства навигации по статьям (переходы к следующей и предыдущей статьям по отношению к текущей в рамках просмотровой последовательности, переходы к ее первой и последней статьям, переход к структурной единице более высокого уровня, переходы по списку «истории» работы с КС и др.).

Содержание статьи может включать текстовый материал, графику, мультимедийные компоненты и элементы ПИ (например, кнопки).

КС обеспечивают следующие способы доступа (обращения) к статьям:

по названиям статей путем выбора в алфавитном списке;
с помощью блока содержания КС и средств навигации (в случае их наличия);
с помощью поисковых средств.

Вызовы КС из других КСО, как правило, являются контекстно-зависимыми. Это означает, что ссылки на КС включают указания на статьи, к которым необходимо обратиться. Таким образом, вызовы статей определяются содержанием ссылок, соотносящихся с контекстом (позициями, разделами) КСО, в котором они реализованы.

Средства информационного поиска в КС обеспечивают поиск статей по их названиям и признакам (ключевым словам). В развитых КС предусматриваются средства полнотекстового поиска по содержаниям статей.

МУЗ — единственный вид КСО, ориентированный на конкретную (мультимедийную) реализацию. В некотором отношении МУЗ представляет собой компьютерный аналог учебного фильма, теле- или радиопередачи. Его содержанием является аудио-или видеозапись реального учебного занятия или мероприятия: лекции, семинара, беседы, экскурсии, демонстрации изучаемых технологии и оборудования, научного или производственного эксперимента и т.п. Специфика МУЗ состоит в том, что ее главная ценность обусловлена не столько фактической информацией, сколько способом и условиями подачи учебного материала, видом и формой его отображения (личностью преподавателя, реализмом и наглядностью содержания, его уникальным характером и т.д.). Обычно в МУЗ представляются лекции выдающихся ученых, уникальные опыты и технологии, презентации произведений искусства, записи исторических событий, т.е. то, с чем невозможно или затруднительно ознакомиться на практике, что сложно воспроизвести компьютерными средствами в условном виде или что непременно требует реалистичного отображения.

Подчеркнем, что МУЗ — это не просто мультимедийный файл, а программное средство, состоящее из программной и информационной частей. Информационный компонент МУЗ включает:

введение, в котором указывается название мультимедийной записи, характеризуется ее содержание, определяется учебное назначение (на какие уровни образования, дисциплины, специальности и категории обучаемых рассчитана МУЗ), приводится рекомендуемая методика ее использования в учебном процессе;
собственно мультимедийную запись (аудио- или видеофайл).

Программный компонент МУЗ обеспечивает отображение на экране введения и воспроизведение мультимедийной записи. Вторая функция выполняется программным мультимедийным проигрывателем, аналогичным средству Windows Media Player. Обычно средства управления воспроизведением позволяют:

запускать и останавливать воспроизведение;
переходить к предопределенным фрагментам записи, а также к ее началу, концу и произвольной позиции;
регулировать громкость;
воспроизводить видеозапись по кадрам;
регулировать скорость воспроизведения видеозаписи (воспроизводить ее в ускоренном и замедленном режимах);
регулировать размер изображения.

На практике применяются в основном пакеты МУЗ. Пакет включает общую программную часть, обеспечивающую выбор входящих в него мультимедийных записей.

Очевидные отрицательные стороны МУЗ — низкая интерактивность, а также вытекающие из нее недостаточная глубина решения педагогических задач и сложности индивидуализации обучения — обусловливают вспомогательный характер подобных средств. В этом плане следует различать МУЗ как самостоятельный вид КСО и мультимедийные компоненты в составе других КСО. Во втором случае в мультимедийных записях выделяются фрагменты, ассоциируемые с различными элементами содержания КСО, а отражаемые в них сведения также воплощаются в текстовых и графических представлениях, охватываемых системой гиперсвязей. В результате мультимедийные записи, сохраняя целостность, приобретают определенную интерактивность, так как их фрагменты вовлекаются в общую систему гиперсвязей, накладываемых на учебный материал, и становятся доступны из разных мест КСО.

Собственно говоря, мы выделили МУЗ как вид КСО только по причине того, что данные средства получили распространение на практике. В перспективе, на наш взгляд, МУЗ потеряют статус самостоятельного вида КСО и будут использоваться только в составе других КСО (КУ, КОС, КУК, КЗ, КТ и КПП).

Описанные характеристики КСО для теоретической, технологической и практической подготовки, а также вспомогательных КСО относятся и к соответствующим им компонентам (модулям) комплексных средств — КУК и KB К. Главным отличием КВК является его ориентация на повышение квалификации специалистов, имеющих опыт практической работы. Цель применения КВК — восстановить (освежить в памяти) и проверить знания, умения и навыки, связанные с редко встречающимися в конкретных условиях деятельности ситуациями, задачами и технологическими операциями, а также фрагментарно используемым вспомогательным оборудованием. Поэтому в КВК основное внимание уделяется практическим аспектам подготовки.