Технические средства управления обучением (ТСУО)

С помощью ТСУО реализуется весь замкнутый цикл обучения. Из всех возможных способов организации таких систем в настоящее время актуальными являются лишь системы, действующие на базе компьютеров. Исключение составляют лингафонные кабинеты, когда весь цикл обучения реализуется под руководством преподавателя с привлечением разнообразной аудиотехники (обычно без компьютеров).

Компьютерная техника, а именно персональные компьютеры и их сети, широко используется в различных видах учебной деятельности в вузах: для организации компьютерных учебных баз данных с целью обеспечения курсового и дипломного проектирования; для проведения и оптимизации расчетов при выполнении разнообразных учебных заданий и учебного конструирования; для проведения студенческих научных исследований и автоматизации лабораторного практикума; при чтении лекций и проведении семинаров; для самостоятельной поисково-информационной работы студентов в локальных информационных сетях и Интернете и т.д.

Те виды учебной деятельности, где компьютер выполняет не вспомогательные, а базовые функции, объединяют общим понятием компьютерная технология обучения (КТО). Здесь под термином "технология" понимается искусство применения компьютеров для совершенствования учебного процесса. Используемые при этом компьютеры вместе с программами составляют учебные компьютерные средства.

Имеется также группа вспомогательных компьютерных средств, которые применяются в учебной вузовской практике; их также относят к КТО.

Из многих направлений использования КТО выделим те, в которых реализуется замкнутый цикл обучения и которые предназначены для самостоятельной работы студентов с компьютером. Программное обеспечение, с помощью которого реализуется данный подход, может быть оформлено в виде компьютерных учебников; готовых к использованию учебных курсов (или их фрагментов); компьютерных моделей (работая с которыми студент осваивает учебный материал и овладевает приемами самостоятельного проведения исследований); контролирующих программ; наборов специальных компьютерных упражнений и задач, предназначенных для самоконтроля, и т.д. Обычно готовые дидактические средства создаются коллективами специалистов, куда входят не только опытные преподаватели-предметники, но и квалифицированные программисты, психологи, компьютерные художники и дизайнеры и т.д.

Такие программы чаще всего записывают на компакт-диски. Они полностью готовы к применению и не допускают постороннего вмешательства. Преподаватель имеет некоторую свободу выбора параметров, отбора задач, примеров, типов моделей и т.п. Имеется группа инструментальных средств, выполняемых чаще всего в виде программных оболочек, где пользователю предоставляются некоторые средства, упрощающие и облегчающие создание собственных программ разнообразного дидактического назначения.

Учебные компьютерные средства, автоматизирующие учебную деятельность учащегося и обеспечивающие реализацию замкнутого цикла управления обучением, называют обучающими. Хотя сам термин спорен (программы и компьютер не обучают, а лишь используются для обучения), он широко вошел в практику и продолжает применяться.

Обучающие программы предназначены главным образом для самостоятельной работы студентов, и работа с ними происходит обычно вне учебной аудитории, без постоянного участия преподавателя.

В настоящее время создано и имеется на рынке много предметно-ориентированных программ, в которых содержится подлежащий изучению учебный материал и имитируются некоторые учебные действия преподавателя по обеспечению усвоения этого материала учеником. Их также обычно именуют обучающими. Коммерческие программные продукты обычно оформляют в виде компакт-дисков и ориентируют на самостоятельную работу. Содержащиеся в них учебные материалы обычно широко используют гипертекстовые ссылки. Выпускающие компакт-диски фирмы стремятся хорошо иллюстрировать тексты картинками; иногда программы выполняют в мультимедийном варианте, с использованием видео и звука. Чаще всего диски создаются для дисциплин, востребуемых широким кругом учащихся (программы по физике, химии, биологии, языкам и т.п.). Процесс обучения строится обычно так: студенту предлагается прочесть учебный материал, затем задаются некоторые контрольные вопросы, и в зависимости от полученных ответов программа рекомендует произвести те или иные учебные операции.

Дидактическая часть таких программ чаще всего развита недостаточно, и весь процесс управления очень упрощен. Поскольку такая программа выполнена в виде компакт-диска, в ней ничего изменить нельзя, она жестко задана. Но и в случае другого выполнения вмешательство преподавателя, который стремится адаптировать такую программу к своим потребностям, обычно очень ограниченно, а чаще всего также исключено. Считается, что, поскольку программа выполнена группой профессионалов (преподавателей-предметников, педагогов, психологов, дизайнеров, художников и т.д.) и защищена авторскими правами, вмешательство в нее не допускается.

Значительно большим дидактическим потенциалом обладают две группы средств, в которых реализуется замкнутый цикл обучения. Это моделирующие программы и автоматизированные системы обучения.

1. Моделирующие программы упоминались выше. Они используются не только при чтении лекций для иллюстраций учебного материала, но для самостоятельной работы, а также в других видах учебной деятельности, например при выполнении лабораторных работ, при аудиторном изучении отдельных тем под руководством преподавателя. Большой дидактический потенциал таких программ и разнообразие процессов и явлений, которые могут изучаться с их помощью, делает моделирующие программы незаменимыми при изучении специальных дисциплин. Их основное достоинство состоит в том, что работа с такими программами предусматривает проведение студентом некоторого исследования. Благодаря этому у студентов формируется исследовательский подход к изучению явлений или процессов, что необходимо для будущей профессиональной деятельности специалиста. Сами модели могут как иметь жестко заданную структуру, так и допускать "сборку" самим студентом в соответствии с поставленной учебной задачей. В силу большой специфичности компьютерных моделей, связанной с их предметным содержанием, более подробное рассмотрение здесь затруднительно.

2. Автоматизированные системы обучения (АСО) представляют собой некоторый класс обучающих программ, характерным признаком которого является исполнение в виде программной оболочки, специально приспособленной для того, чтобы преподаватель, не являющийся специалистом в области программирования и компьютерной техники, мог самостоятельно заполнить оболочку нужным учебным материалом или отредактировать (преобразовать, изменить) по своему усмотрению уже имеющийся в оболочке учебный курс. Преимущество таких программных оболочек состоит в том, что они позволяют преподавателю создавать учебные программы, наиболее полно отвечающие его индивидуальным интересам и предпочтениям.

Работа с оболочками делает преподавателя подлинным автором учебного материала и невольно втягивает его в работу с компыотерными средствами, позволяя наиболее полно выразить себя в предметном, методическом, дидактическом, а иногда и научном плане. Это особенно важно на начальном этапе использования средств компьютерной технологии обучения (КТО) с точки зрения создания мотивации и привития вкуса к авторской работе с компьютером.

АСО [1] можно определить как реализованный на базе компьютера комплекс средств аппаратного, лингвистического, учебно-методического и программного обеспечения для реализации диалогового учебного взаимодействия с компьютером. Это определение является очень широким; ему отвечают многочисленные формы применения компьютера в учебных целях, включая учебное моделирование и работу с учебными базами данных. Удобнее АСО определить как оболочку, в которой имитируется взаимодействие преподавателя и учащегося при управлении познавательной деятельностью: реализуются функции наставничества, производится выдача заранее дозированных объемов учебного материала, контроль за его усвоением, организация помощи учащимся в процессе учебной работы в виде выдачи корректирующих указаний.

Компьютеры в АСО выполняют базовые функции, поскольку определяют порядок выдачи информационного учебного материала, контрольных заданий, приема ответов учащихся, анализ (обработку) этих ответов. Они же определяют ход дальнейших действий учащихся, ведут учет и статистику учебной деятельности как каждого учащегося, так и учебной группы в целом. В некоторых системах с помощью компьютера по ходу обучения решаются задачи диагностики учебной деятельности и психодиагностики в целях совершенствования самого процесса обучения.

Аппаратное обеспечение АСО может быть разнообразным, но в обязательном порядке используются персональные компьютеры общего назначения. При реализации процесса обучения они могут применяться как автономно, так и в составе локальных сетей с ведущим компьютером (сервером), снабженным хорошим периферийным оборудованием (принтер, сканер, модем и т.п.). В сети обеспечивается диалоговое взаимодействие учащихся с программой, причем преподаватель или инструктор осуществляет общее руководство занятиями, работая на ведущем компьютере; в других случаях он только включает его и ведет общее наблюдение за ходом занятий. Стоимость обучения в системах с локальной сетью меньше, чем при использовании автономных персональных компьютеров. Однако в последнем случае у пользователя больше удобств при обучении, имеется свобода действий с компьютером.

1 Термин АСО (или АОС - автоматизированные обучающие системы) используется только в отечественной литературе. Но и здесь он постепенно выходит из употребления, поскольку автоматизация обучения обеспечивается с помощью не только программных оболочек, но и многих других.инструментальных компьютерных средств дидактического назначения.

В недавнем прошлом АСО базировались на больших вычислительных машинах, с расположенными в специализированных аудиториях дисплейными (периферийными) установками - компьютерными дисплейными классами. Было создано много сложных по структуре, организации и программному обеспечению АСО, из которых упомянем две: мощную американскую систему PLATO IV и большую, хорошо оснащенную в программном отношении отечественную систему АОС ВУЗ. Широкого практического применения системы не получили, поскольку были дороги, громоздки, нуждались в специальном оснащении аудиторий, оказались неудобными в эксплуатации. Для отечественной системы сразу обнаружился дефицит компьютерных учебных курсов. Их создание требовало от авторов большой затраты времени, изучения специального языка авторских курсов; созданные курсы были сложны в отладке и т.д. После появления персональных компьютеров век применения для АСО больших ЭВМ закончился, и АСО претерпели не только смену аппаратного обеспечения, но сильно изменились по существу.

При организации обучения с помощью АСО персональный компьютер вне времени обучения продолжает оставаться средством широкого пользования, готовым к решению различных задач (научных, учебных, организационных и др.). С увеличением числа домашних и вузовских компьютеров значение АСО возрастает, поскольку у студентов появляются широкие возможности использовать АСО в самостоятельной работе вне учебных аудиторий. В последние годы наметилась тенденция перехода к интеллектуальным АСО, чаще всего выполняемым в виде экспертных систем. Далее рассматриваются обычные системы и только отмечаются отличительные признаки интеллектуальных систем.

Пользователями обычных АСО являются учащиеся (студенты), преподаватели и разработчики (авторы) компьютерных учебных курсов (КУК). Соответственно, АСО имеет две основные подпрограммы, которые внутренне связаны между собой: "Автор" (Учитель) и "Студент" (Ученик). Преподаватель имеет свободный доступ к подпрограмме "Автор" АСО и может как создавать новый КУК, так и оперативно вносить необходимые дополнения и изменения в уже существующие автоматизированные учебные материалы. Подпрограмма "Студент" выдается студенту в виде отдельного файла, и он использует ее для обучения. Никаких изменений в программу студент вносить не может. Помимо этого АСО имеет ряд подпрограмм сервисного плана, например поиска и устранения ошибок ввода КУК.

Совокупность всех языковых средств пользователей составляет лингвистическое обеспечение системы. В современных системах языковые средства, используемые при вводе дидактических материалов и при работе учащегося, просты и обычно реализуются в виде общеупотребительных (иногда специально разработанных) редакторов текста (с возможностью ввода графики и формул).

Важнейшим компонентом АСО является учебно-методическое обеспечение. Под ним понимается совокупность дидактических, методических и предметных материалов учебных курсов, а также способ организации (структура) реализуемых в процессе обучения действий с учебным материалом. На первых этапах развития АСО большое распространение получил способ, который можно назвать "заучивание и тренировка". Вся программа строилась с установкой на запоминание учебного материала путем выполнения ряда упражнений, имеющих целью выявить, заучен ли и понят ли теоретический материал, и если "да", то закрепить его, а если "нет" - вновь возвратиться к повторению.

Этот способ не использует многие возможности современных программ. Большинство АСО реализуются в виде систем наставнического типа, где компьютер в какой-то степени воспроизводит работу наставника: выдает материал, подлежащий усвоению, фиксирует ошибки при выполнении заданий и дает указание, что нужно сделать, чтобы понять их причину и исправить. Последовательность (или организация) наставнических действий в системе заранее предопределена и жестко фиксирована. Компьютерный учебный курс (так называют обычно введенный в АСО учебный материал) разбивается на отдельные небольшие части-темы, действия учащегося в каждой из которых обычно однотипны и определяются принятым алгоритмом обучения: после того как выполнена выдаваемая компьютером рекомендация по изучению материала на каждом шаге обучения, предлагается вопрос или задача, направленные на реализацию корректирующей функции контроля, и далее, учитывая характер ответа учащегося, компьютер принимает решение на выполнение следующего шага и выдает соответствующее указание студенту.

В зависимости от того, как строится описанная последовательность действий, различают два вида систем. В системах первого вида автору при создании компьютерного учебного курса (КУК) предоставлена полная свобода построения структуры (алгоритма) программы обучения. Автор задает последовательность всех действий студента, которые возможны при обучении данному КУК. Предварительно пишется подробнейший пошаговый сценарий, где предусмотрены все возможные обучающие действия и строится детальный направленный граф, описывающий всю совокупность возможных шагов при работе с учебным материалом. Граф является представлением алгоритма обучения. Подпрограмма "Автор" предусматривает введение этого графа (структуры и наполнения) в компьютер, для чего компьютерная оболочка предоставляет соответствующие инструментальные средства. Как правило, имеются также средства проверки правильности ввода учебного материала (подпрограмма поиска и исправления ошибок) и окончательной фиксации графа в виде некоторой жестко структурированной базы данных.

Таким образом, автор компьютерного курса каждый раз определяет текущий учебный шаг: куда и как будет двигаться студент после каждого неверного или верного ответа, в том числе с учетом характера ошибки или без этого учета, какой материал будет выдавать машина на каждом шаге обучения и т.д. Предоставленной свободой конструирования упомянутого "учебного графа" автор должен, конечно, пользоваться умело: ведь именно от этого зависит качество реализованного алгоритма. Часто на практике такая свобода оборачивается тем, что сконструированный алгоритм оказывается простой линейной (без ветвлений) программой, что, конечно, обедняет дидактические возможности КУК. Искусство разработчика АСО состоит в том, чтобы сделать средства ввода и отладки КУК наиболее простыми, гибкими и удобными, но в то же время обладающими требуемым набором возможностей представления учебного материала и реализации нужного графа обучения. Большинство АСО, созданных в нашей стране, относятся к системам этого типа - УРОК, Радуга, Дельфин, АДОНИС и др. [Компьютерные системы... - 1993].

В системах второго вида АСО реакция на все действия студента предусмотрена заранее: алгоритм обучения задан программой. Системы можно назвать АСО с заданным алгоритмом обучения. Преподаватель не строит алгоритм обучения, а лишь в заданном системой формате заполняет "базу данных" своим учебным материалом; распоряжение этим материалом возложено на программу. Последняя предусматривает выбор и выдачу заданий, прием ответов, вывод соответствующих реакций на каждый ответ (содержание реакции, конечно, заранее определяется преподавателем и приписывается к каждому варианту ответа), а также определяет последовательность дальнейших действий, предписываемых учащемуся. При выборочном ответе (который преимущественно используется в таких системах) для предотвращения возможности простого перебора предлагаемых вариантов ответа в поисках верного вводится учет действий учащегося в виде зачетных баллов, а также установка порогов. Превышение верхнего порога ведет к дальнейшему продвижению по курсу, пересечение нижнего - к неблагоприятным для учащегося действиям системы (например, обратное движение по курсу).

АСО этого вида хотя и лишает преподавателя возможности точной и нужной, по его представлениям, регламентации последовательности действий ученика, но несравненно упрощает работу автора по заполнению программной оболочки учебным материалом. Все внимание автора при составлении материалов курса сосредоточивается на подборе учебных заданий, выборе возможных вариантов ответов и составлении справок на каждый из таких вариантов. Это все методическая работа. К системам этого типа относятся системы "Наставник" и АКСОН [Брусенцов Н. П. и др. - 1990; Компьютерные средства... - 1993].

В системах с заданным алгоритмом можно сочетать обучение с игровыми приемами реализации процесса обучения, когда машина организует некоторую "игру" с выдачей учебных заданий на каждом шаге обучения, в зависимости от выбора студентом тех или иных условий игры. Организация игры целиком возлагается на программу. Задача преподавателя состоит в том, чтобы снабдить АСО достаточно большим количеством учебного материала, причем не требуется больших дополнительных усилий при заполнении программной оболочки. )

В любых АСО разработчики стремятся создать автору компьютерного учебного курса наибольшие удобства в проведении диалога с компьютером, предлагая ему разнообразные средства редактирования, по возможности простые, но обеспечивающие потребности авторов по вводу нужного материала. Каждая АСО имеет более или менее разветвленный набор сервисных возможностей (учет и обработка результатов работы студентов, наличие инструментов просмотра и отладки курсов и т.д.). Иногда этот набор организуется в виде совокупности модулей, которые автоматически включаются в программу по требованию автора КУК.

Стремление упростить работу преподавателя при разработке подробного сценария и его реализации в АСО первого вида приводит к созданию специальной технологии разработки и ввода КУК, когда опытный методист, хорошо владеющий инструментальными средствами и не чуждый дидактических знаний, постоянно взаимодействует с преподавателем в процессе создания КУК и берет на себя всю техническую работу по реализации сценария (вводу в компьютер "учебного графа"). Преподаватель при этом становится как бы соавтором КУК, определяя его содержание и алгоритм обучения. Эта технология предложена и реализована профессором С. И. Кузнецовым. Имеется положительный опыт такой деятельности. Недостаток этого приема состоит в сложности организации совместной работы над сценарием и ослаблении оперативности ввода поправок и дополнений в КУК.

Можно мыслить себе систему, в которой процесс обучения организуется несколько иначе. Компьютер предлагает студенту как бы погрузиться в учебную среду, помогает ему ориентироваться, предоставляет возможность обращаться к выбору тем обучения, к базам данных или базам знаний, советует, что и как нужно делать, чтобы усвоение материала проходило эффективнее. При выработке таких рекомендаций система может (и должна) учитывать индивидуальные особенности познавательной деятельности учащегося, для чего в систему включается диагностическая программа, позволяющая принимать хотя и простые, но достаточно обоснованные решения. Подобная система (КОНУС) предложена и разработана Ю. И.Лобановым [Компьютерные... - 1993]. Системы с такими возможностями могут содержать элементы искусственного интеллекта.

Интеллектуальные системы обучения оперируют не данными, а знаниями. Наиболее популярными при этом являются приемы организации деятельности учащегося, характерные для экспертных систем, когда по требованию учащегося в любой момент обучения система сообщает, почему принимается то или иное решение. Идеи искусственного интеллекта все шире проникают в организацию АСО. Чаще всего такие системы строятся на основе представления знаний в виде правил продукций (вывода), множество которых заранее закладывается в систему. Каждое действие основано на анализе заданных условий и реализуется как следствие соответствующего правила вывода из этих условий. Иногда соответствующие условия задаются с некоторой степенью вероятности их выполнения.

Процесс обучения при работе с экспертной системой напоминает диалог учащегося с преподавателем-консультантом, который гибко реагирует на все действия учащегося, дает уместные в данной учебной ситуации советы и рекомендации по изучению материала, устанавливает причины ошибок учащегося при ответах на вопросы и вырабатывает рекомендации, позволяющие исправлять ошибки. По требованию учащегося экспертная система может давать объяснение, почему рекомендуется принимать такие решения.

Примером отечественной интеллектуальной системы может служить обучающая система "Интелтьютор", разработанная под руководством В. А. Гудковского [Компьютерные... - 1993]. Известно много зарубежных экспертных систем обучения, идет интенсивная работа по их совершенствованию. Много материалов по этим системам публикуется в Интернете.

В силу того что подобные системы сложны, стоимость их пока достаточно высока. Основная трудность после создания системы состоит в заполнении программной оболочки АСО экспертными (предметными и дидактическими) знаниями. Обычно для этой цели привлекается специалист, хорошо знающий систему и умеющий преобразовать знания, которыми нужно заполнить систему, в форму, адекватную требованиям и возможностям экспертной системы. Этот специалист именуется инженером по знаниям.

Отдельные элементы, свойственные системам искусственного интеллекта, можно наблюдать и в организации учебной деятельности, задаваемой более простыми системами, где обучение сопряжено лишь с некоторыми ограничениями в свободе выбора самим учащимся способа действий при обучении и происходит по адаптивной программе, которая автоматически подстраивается к учебным возможностям учащегося. Организация обучения здесь может быть гибкой, учитывающей некоторые психологические особенности учащегося. Это проявляется: а) в зависимости характера выдаваемых заданий от текущей успешности обучения; б) в выработке "тонких" критериев для оценки работы учащегося, адекватно отражающих особенности его познавательной деятельности; в) в разнообразии деталей диалога (выдача звуковых реплик, музыкальная реакция на ответы, сопровождение ответов рисунками, использование мультипликации и т.п.); г) в предоставлении учащемуся права выбора из меню наиболее подходящих для него способов действий. Машина может также предлагать учащемуся продолжать выполнение упражнений для лучшего закрепления материала или продвинуться дальше и даже выдать совет по этому поводу, основанный на анализе предшествующих действий учащегося. Потенциальные элементы адаптации АСО заложены в широком применении гиперссылок, таких же, какие используются в Интернет-сети Wide World Web. Это создает возможность пользователям гибко и удобно оперировать учебным материалом.

Адаптивные АСО, действие которых основано на использовании системы гиперссылок (гиперсреды или, более широко, гипермедиа), за последние годы привлекают большое внимание исследователей и разработчиков; много таких систем реализовано на практике [Brusilovsky P. - 1996]. В них используется модель студента и взаимодействующая с ней система гиперссылок. Организуется адаптивная программа работы студента, когда маршрут движения (навигация) по гиперссылкам и/или предлагаемый студенту учебный материал автоматически приспосабливаются к особенностям текущих учебных действий студента, которые постоянно регистрируются в ходе обучения. Имеется термин для наименования таких систем: адаптивные гипермедиа системы.

Особое место в обучении занимают специализированные тренажеры, предназначенные для приобретения профессиональных навыков управления различными устройствами и сложными машинами. Как правило, базой их является компьютерная программа, подчас очень сложная и дорогая. Значимость тренажеров постоянно возрастает в связи с усложнением машин и устройств, а также ростом опасности ошибок, совершаемых человеком в управлении этими машинами. (Кроме того, тренажеры позволяют отрабатывать действия по управлению в аварийных или нештатных ситуациях. Подготовка таких специалистов, как летчики, штурманы, операторы крупных энергоустановок (в том числе больших электростанций), космонавтов и др., никогда не обходится без тренажеров, где используются моделирующие компьютерные программы. Рассмотрение специализированных тренажеров выходит за пределы данной книги.

При широком использования компьютеров для обучения нельзя забывать о некоторых негативных влияниях. К ним, в частности, относятся: большая утомляемость пользователей при считывании текстов с экранов дисплеев, что вынуждает часть материалов оформлять в привычном виде - на бумажных носителях; отсутствие в процессе обучения с компьютером вербального общения, что отрицательно сказывается на общем развитии учащегося, затрудняет формирование умения излагать свои мысли, а последнее особенно важно при изучении дисциплин гуманитарного цикла; резкое ограничение времени непосредственного общения учащегося с преподавателем и коллегами, что ведет к обеднению личностных контактов, разобщенности и частичной потере соревновательного эффекта группового обучения, неминуемым потерям в умении вести дискуссии.

Исходя из сказанного, следует предостеречь от излишнего увлечения компьютерным обучением и призвать к тщательному продумыванию и отбору того учебного материала, который целесообразно преподавать с помощью компьютерных средств. В то же время нельзя отрицать, что компьютеризация обучения уже занимает видное место в вузовском обучении и имеет большое будущее.

Контрольные вопросы и задания

1. Что входит в понятие "компьютерная технология обучения"? Какого аппаратного обеспечения требуют АСО?

2. Перечислите функции компьютера при организации управления учебной деятельностью студента в случае самостоятельной учебной работы.

3. Необходимо ли знать языки программирования автору компьютерного учебного курса (КУК)?

4. В чем различие между готовыми дидактическими программами и программными оболочками типа АСО?

5. Опишите особенности АСО с конструируемым преподавателем алгоритмом обучения и заданным программой. Какую из них вы бы выбрали для создания КУК?

6. Укажите основные отличительные особенности интеллектуальных экспертных систем обучения.

7. Укажите на возможные негативные последствия применения компьютерных систем обучения в учебном процессе.