Особенности архитектуры обучающих программ: обучающая, тренирующая, контролирующая подсистемы
Большинство КОП построены по следующей схеме.
Изложение материала, тренировка, контроль
Изложение материала. Для этого могут использоваться текст, графические иллюстрации, иногда звук. При объяснении материала может быть также предложен набор задач с решениями.
Тренировка. Обучаемому предлагается более или менее широкий набор задач или вопросов по определенной теме. В зависимости от того, насколько правильно он их решил, обучаемый переводится в следующую (предыдущую) программную ситуацию. Иногда обучаемому предоставляется возможность самому выбирать круг вопросов для тренировки и обучения.
Контроль. Обучаемый получает серию заданий, по результатам выполнения которых ему выставляется оценка.
Программа может и не содержать все перечисленные пункты, а сводиться только к одному из них, и тогда она становится узконаправленной: демонстрационной, контролирующей или тренажером. Некоторые программы дополнительно содержат нулевой этап, на котором обучаемый подвергается тестированию или диагностике с целью определения уровня его знаний и возможностей. Это особенно характерно для так называемых интеллектуальных обучающих программ, в которых результаты тестирования и последующие успехи и неудачи обучаемого учитываются при постоянной настройке программы на его текущий уровень. Таким образом, все программы устроены примерно одинаково. Да и трудно придумать что-либо другое, поскольку общая структура определяется в конечном счете поставленными учебными целями.
Процесс обучения всегда представляет собой алгоритм, независимо от того, что и с применением каких средств и методов изучается. Как при устном изложении материала (учителем), так и при письменном (в учебнике) материал по-дается обучаемому в линейно упорядоченном во времени (да и в пространстве) виде. И то, что учитель или интеллектуальная обучающая программа могут изменять этот порядок в зависимости от своих вкусов и результатов усвоения предыдущих порций, в этом отношении принципиально ничего не меняет. Точно так же никакие иллюстрации, рисунки, схемы, чертежи и т. п. не могут радикально изменить структуру алгоритма обучения. Они не более чем отдельные образы, фотографии, в лучшем случае сменяющие друг друга. Их общий непреодолимый недостаток заключается в их статичности. Обучающие программы, сценарии которых имеют указанную линейно упорядоченную структуру, называет традиционными и относит к их числу абсолютное большинство программ.
Но пока предметом изучения не станет процесс, пока изучаются отдельные объекты, а не способы поведения, системы объектов, а не взаимодействия между ними, задачи, а не алгоритмы их решения, до тех пор линейно упорядоченная форма организации обучения и применение "фотографий" не противоречат характеру изучаемого материала. До этих пор статичные формы обучения, пусть даже при помощи компьютера, вполне соответствуют поставленным учебным целям.
Ситуация молниеносно меняется, как только предметом изучения становятся процессы, системы объектов и законы их функционирования, методы решения задач, - одним словом, алгоритмы. Сразу же обнаруживается, что статичных средств для их изучения явно недостаточно. Процесс необходимо изучать в развитии, систему хочется видеть всю сразу, алгоритм должен предстать перед обучаемым во всей сложности, во всем многообразии вариантов своего выполнения. Но отдельные фотографии не в состоянии передать движение --их нужно соединить в фильм, и компьютер позволяет это сделать.
Систему можно смоделировать и создать ее единый, целостный образ. Более того, обучаемому следует предоставить возможность "окунуться" в модель, "пощупать" ее руками, пробуя те или иные варианты. Алгоритм надо продемонстрировать в процессе его выполнения, в том числе и его неверный вариант, который сконструирует сам обучаемый.
Компьютер в состоянии все это сделать, если, конечно, автор программы не пожалеет своего искусства и фантазии на ее разработку. В последнее время наметились просто фантастические, еще далеко не полностью осознанные перспективы в плане использования компьютерной графики для демонстрации и исследования различных физических законов, математических преобразований и т. д.
Описанные программы обучают некоторому процессу-алгоритму, и для этого они используют наиболее подходящие динамические формы организации обучения. Другими словами, процесс-алгоритм как предмет изучения преподносится посредством специальным образом организованного алгоритма процесса обучения. Алгоритм-содержание и алгоритм-форма указываются в таких программах критериями одного и того же порядка. Именно это соответствие дает рассматриваемым программам неоспоримое преимущество перед всеми другими способами подачи материала. И конечно, такие программы захочется приобрести.
Но самое главное то, что такие программы отображают процесс, раскрывают алгоритмическую природу понятий и явлений.
Исходя из выше изложенного, структура любой КОП должна содержать следующие блоки:
1. информационно-теоретический блок, охватывающий основные сведения дисциплины или ее раздела;
2. информационно-справочный блок или информационно-справочную систему, позволяющую организовать быстрый доступ к основным определениям;
3. блок контроля знаний и обработки его результатов (возможна реализация в виде вопросов для самоконтроля).
Информационно-теоретический блок - блок предъявления учебной информации - содержит набор экранов, на которых отражается весь объем учебного материала КОП. За кажущейся простотой подготовки материала этого блока (взять текст лекции, разбить его на части, занести на машинные носители - пользуйтесь) стоит необычайно сложная проблема получения выигрыша от электронного помощника. Учитывая, что чтение книги или другого печатного текста более привычно и удобно, чем работа за монитором, рекомендуется избегать примитивной замены бумажной литературы на электронную.
Избавиться от книжного метода предъявления учебной информации можно путем использования следующих приемов:
- Информацию выдавать в краткой форме, а полный текст предъявлять только по запросу, при этом обучаемые быстро выучат краткую форму, а полная версия заинтересует продвинутых студентов.
- Шире использовать структурирование учебного материала и представлять его на экране не текстом, а в виде схем, графиков, мнемонических процедур.
- Изложение материала реализовывать в виде беседы, в которой роль собеседника (преподавателя) играет компьютер (использовать педагогические идеи бесед Сократа).
- При необходимости использовать ссылки на учебники, учебные пособия, справочники.
- Разнообразить форму и порядок предъявления информации: например, двойной подсветкой выделять ключевые слова, использовать возможности фигурного заполнения экрана текстовым материалом, высвечивать не сразу весь текст, а с задержкой во времени, соответствующей рациональному темпу чтения.
Перечисленный набор не претендует на полноту, но психологически очень важно осуществить переход от интересности по форме к более глубокому интересу по содержанию.
Для расширения визуальных возможностей программы и насыщения теоретического курса демонстрациями в КОП внедряются моделирующие блоки или тренажеры, а также мультимедийное сопровождение.
Использование моделей в учебном процессе имеет несомненные преимущества. Зачастую оборудование для проведения эксперимента слишком дорого, или количество установок недостаточно. Да и не всякий эксперимент можно провести в условиях учебного заведения. Кроме того, модель позволяет варьировать отдельные параметры эксперимента, контроль над которыми в реальной жизни затруднен или вообще невозможен (скажем, временной масштаб).
Однако у большинства моделирующих программ все эти достоинства перекрываются одним недостатком. Пользователь не знает, какими именно законами регулируется поведение модели, какие формулы были положены в ее основу. Как известно, лучше всего явление начинает понимать программист, точнее, разработчик математической модели. От пользователя же этот внутренний механизм скрыт. В результате от программы обучающийся получает больше вреда, чем пользы - он наблюдает модель явления, в чем-то отличающуюся от реальности (любая модель, как известно, верна лишь с некоторыми приближениями).
Для студентов специальностей, связанных с программированием, наилучшим выходом, разумеется, была бы возможность самим создать модель изучаемого явления. Но ограниченность времени, отведенного на изучение, не позволяет широко применять этот метод. А для студентов не связанных с программированием специальностей это вообще не выход.
Одним из вариантов решения этой проблемы может быть такое исполнение программы, при котором структура модели является "прозрачной" (доступной для изучения) или даже "открытой" (доступной для изменения). От пользователя в данном случае не требуется специальных знаний программирования, как и долгого времени на обучение. Но он учится соотносить абстрактные (до момента понимания) формулы с ходом явления. Особенно большую пользу может принести возможность изменения параметров, которые в жизни воспринимаются как должное и неизменное (например, ускорение свободного падения) или придание некоторым параметрам невозможные в жизни значения (скажем, отрицательное значение g). Интерпретация результатов подобных экспериментов пробуждает исследовательскую активность обучаемых и закрепляет полученные знания.
