Типы обучающих программ

Основанием для классификации служат обычно особенности учебной деятельности обучаемых при работе с программами. Многие авторы выделяют четыре типа обучающих программ (рис. 1):

тренировочные и контролирующие;

наставнические;

имитационные и моделирующие;

развивающие игры.

Рисунок 1- основные виды обучающихся программ.

Программы 1-го типа (тренировочные) предназначены для закрепления умений и навыков. Предполагается, что теоретический материал уже изучен. Эти программы в случайной последовательности предлагают учащемуся вопросы и задачи и подсчитывают количество правильно и неправильно решенных задач (в случае неправильного ответа может выдаваться поощряющая ученика реплика). При неправильном ответе ученик может получить помощь в виде подсказки.

Программы 2-го типа (наставнические) предлагают ученикам теоретический материал для изучения. Задачи и вопросы служат в программах для организации человеко-машинного диалога, для управления ходом обучения. Так если ответы, даваемые учеником, неверны, программа может «откатиться назад» для повторного изучения теоретического материала.

Программы наставнического типа являются прямыми наследниками средств программного обучения 60-х годов в том смысле, что основным теоретическим источником современного компьютерного или автоматизированного обучения следует считать программированное обучение. В публикациях зарубежных специалистов и сегодня под термином «программированное обучение» понимают современные компьютерные технологии. Одним из основоположников концепции программированного обучения является американский психолог Б. Ф. Скиннер.

Главным элементом программированного обучения является программа, понимаемая как упорядоченная последовательность рекомендаций (задач), которые передаются с помощью дидактической машины или программируемого учебника и выполняются обучаемыми. Существует несколько известных разновидностей программируемого обучения.

Линейное программированное обучение. Основатель — Б. Ф. Скиннер, профессор психологии Гарвардского университета США. Впервые выступил со своей концепцией в 1954 году. При ее создании Скиннер опирался на бихевеористскую психологию, в соответствии с которой обучение основано на принципе S — R, т. е. на появлении некоторых факторов (S-stimulus) и реакции на них (R-reaction). По этой концепции для любой реакции, соответственно усиленной, характерна склонность к повторению и закреплению. Поощрением для обучаемого является подтверждение программой каждого удачного шага, причем, учитывая простоту реакции, возможность совершения ошибки сводится к минимуму.

Линейная программа в понимании Скиннера характеризуется следующими особенностями:

Дидактический материал делится на незначительные дозы, называемые шагами, которые обучаемые преодолевают значительно легко, шаг за шагом.

Вопросы, содержащиеся в отдельных рамках программы, не должны быть очень трудными, чтобы обучаемые не потеряли интереса к работе.

Обучаемые сами дают ответы на вопросы, привлекая для этого необходимую информацию.

В ходе обучения учащихся сразу же информируют о том, правильны или ошибочны их ответы.

Все обучаемые проходят по очереди все рамки программы, но каждый делает это в удобном для него темпе.

Во избежание механического запоминания одна и та же мысль повторяется в различных вариантах и нескольких рамках программы.

Разветвленная программа. Автор концепции разветвленного программирования — Норман А. Кроудер. Разветвленная программа основана на выборе одного правильного ответа из нескольких данных, она ориентирует текст многократного выбора. По мнению автора, выбор правильных ответов требует от обучаемых больших умственных способностей, нежели припоминание какой-то информации. Непосредственное подтверждение правильности ответа он считает своеобразным типом обратной связи.

Вопросы, в понимании Кроудера, имеют целью:

Проверить, знает ли ученик материал;

В случае отрицательного ответа отсылать обучаемого к координирующими соответственно обосновывающим ответ порциям информации;

Возможность закрепления основной информации с помощью рациональных упражнений;

Увеличение усилий обучаемого и одновременную ликвидацию механического обучения через многократное повторение информации;

Формирование требуемой мотивации обучаемого.

Если основой линейной программы является стремление избежать ошибок, то разветвленная программа не направлена на ликвидацию ошибок в процессе обучения; ошибки Кроудер трактует как возможность обнаружить недостатки в знаниях обучаемых, а также выяснить, какие проблемы обучаемые уяснили недостаточно' благодаря этому о его программе можно было бы сказать, что она сводится к «управлению процессом мышления», в то время как линейная программа основана на «управлении ответами».

Постепенно оба классических типа — линейное и разветвленное программированное обучение — уступили место смешанным формам.

По своей методической структуре педагогическое программное средство (ППС), реализующие программированный подход, характеризуются наличием следующих блоков:

блока ориентировочной основы действий (ООД), содержащего текстово-графическое изложение теоретических основ некоторого раздела автоматизированного курса;

контрольно-диагностического блока, контролирующего усвоение ООД управляющего обучением;

блока автоматизированного контроля знаний, формирующего итоговую оценку знаний учащегося.

Известно несколько видов организации программ наставнического типа, называемых также алгоритмами программированного обучения (рис. 2).

• 1. Последовательно-подготовительный алгоритм. Начальный элемент задания относительно прост, он подготавливает выполнение второго, более сложного, а тот, в свою очередь, третьего и т. д. Заключительные элементы имеют достаточно высокий уровень сложности.
• 2. Параллельно-подготовительный алгоритм. Начальные элементы заданий независимо один от другого подготавливают выполнение следующего за ним комплексного элемента высокого уровня.
• 3. Последовательно-корректирующий алгоритм. Начальные элементы задания имеют высокий уровень сложности, а каждый последующий элемент корректирует выполнение предыдущего, указывая, например, на противоречия, к которым приводят неправильные ответы.
• 4. Параллельно-корректирующий алгоритм. Обучаемому предлагается комплексный элемент высокого уровня, последующие элементы играют роль наводящих (подсказывающих), причем с разных позиций, независимо один от другого.

Рисунок 2- Основные виды организации программ наставнического типа.

• 5. Алгоритм переноса. Приводятся два массива элементов А (N) и В (N). Ими могут быть понятия, отношения, действия, характеристики и т. д. Требуется установить логическое соответствие между ними.
• 6. Аналитический алгоритм. Предлагаются элементы А (N). Необходимо установить принадлежность каждого из них к одному из классов В (N).
• 7. Синтезирующий алгоритм. Элементы массива А (N) уже разбиты на подгруппы. Задача обучаемого — установить критерий, по которому осуществлялась классификация.
• 8. Алгоритм упорядочения. Элементы массива А (N) необходимо упорядочить по некоторому указанному критерию В (N). Этот алгоритм требует для своего выполнения комплексной умственной деятельности.

Большинство инструментальных систем предоставляют преподавателю возможность составлять обучающие и контролирующие задания с различными типами ответов С выборочным ответом. Обучаемому предлагается задание (вопрос) и набор (меню) готовых ответов, из которых он может сделать выбор правильного, по его мнению, ответа (утверждения).

Такой вариант задания наиболее удобен для машинной реализации, так как ЭВМ анализирует лишь номер, по которому легко определяет правильность ответа. На первый взгляд задания с выборочным ответом имеют ряд недостатков, а именно: обязательное предъявление верного ответа, возможность его угадывания, а значит, ограничение мыслительной деятельности обучаемого. Эти недостатки существенно снижаются путем правильного, творческого и остроумного применения различных принципов составления таких заданий.

Вероятность угадывания правильного ответа сводится к минимуму следующими простыми приемами:

повторением аналогичного по смыслу вопроса в нескольких различных формах;

увеличением числа элементов для выбора (при выборе из пяти ответов вероятность угадывания равна 0,2);

увеличение числа верных ответов до двух или до нескольких пар. Подбирать ответы в заданиях необходимо таким образом, чтобы они были правдоподобными и равнопривлекательными.

С частично-конструируемьш ответом. Задания этого типа являются промежуточным и связующим звеном между заданиями с выборочным ответом и свободно-конструируемым. Частично-конструируемый ответ составляется из частей, предложенных преподавателем.

Эта форма используется для заданий по составлению определений законов, теорем, стандартных формулировок и т. д. В верный ответ входят, как правило, не все элементы задания, и порядок их выбора не является жестким.

Со свободно-конструируемым ответом. Задания такого типа являются наиболее предпочтительными для автоматизированного обучения и контроля. Они позволяют слушателю общаться с компьютером на естественном языке, имитируя диалог обучаемого и преподавателя. Задания со свободно-конструируемым ответом наиболее сложны для обучаемого, так как полностью исключают возможность угадывания и требуют значительной умственной работы перед вводом в компьютер ответа, набираемого на клавиатуре в свободной форме. В то же время резко возрастает сложность деятельности преподавателя — автора курса по формированию автономных ответов для анализатора инструментальной системы.

Эталон может содержать, как правило, не более 80 символов, включая пробелы, обучаемого на заданный вопрос сравнивается с текстом эталона и вырабатывается соответствующий признак ответа: «верный», «неверный», «предполагаемый» и т. д. Далее программа переходит к тому кадру сценария, который соответствует слученному признаку.

Таким образом, автор курса формирует кадры, предъявляемые обучаемому в зависимости от признака ответа, что создает иллюзию «понимания» системой смысла введенной фразы, так как при разных ответах на один и тот же вопрос обучаемый получает и различную реакцию компьютера.

В современных инструментальных системах реализованы следующие методы сравнения эталонного ответа с ответом обучаемого.

Анализ по ключевым словам. Этот метод анализа достаточно прост и универсален. Эталонный ответ, заранее введенный преподавателем, используется в качестве ключа, который сравнивается с ответом обучаемого на протяжении всей строки. Ключом может быть один символ, слово или группа слов.

При использовании ключевых слов можно достичь достаточно хороших результатов. Но применять метод надо достаточно осторожно, так как возможности распознавания смысла с его помощью ограничены. Недостаток ключевого поиска выражается в том, что ответ не распознается при перестановках внутри ключа.

Синтаксический анализ с использованием символов частичной обработки ответа обучаемого. Этот метод анализа целесообразно использовать в том случае, когда требуется выполнить сравнение не по ключу, а по жесткому эталону. Лишний символ должен считаться ошибкой, пробелы не игнорируются. Выполняется как бы прямое (посимвольное) сравнение посимвольного ответа с эталоном. При совпадении всех символов ответа с символами эталона вырабатывается признак «верно».

Однако при работе обучаемых с курсом могут возникнуть ситуации, когда необходимо, с целью более корректного толкования смысла ответа, сделать некоторые отступления от правил прямого сравнения. В подобных ситуациях метод синтаксического анализа предусматривает средства частичной обработки ответов обучаемого.

Символы частичной обработки ответа (спецсимволы), включенные в эталон ответа, позволяют исключить, игнорировать в ответе обучаемого один или несколько символов (слов) при сравнении с эталоном. Все остальные символы, отличные от символов частичной обработки, в тексте обучаемого должны следовать в том же порядке, что и в эталоне ответа.

Логический анализ. Логический метод анализа дает возможность формирования ответа в свободно-конструируемой форме. В данном случае ответ может представлять собой фразу или предложение, в котором порядок слов строго не определен. В словах могут игнорироваться окончание или другие части.

Основным отличием данного метода анализа от анализа по ключевым словам является то, что исключается необходимость перечисления всех возможных последовательностей ключевых слов при рассмотрении многословных ответов, так как логический метод позволяет с помощью одного эталона проанализировать насколько вариантов ответов. Цель этой деятельности — преодоление чрезмерной заданности ответов обучаемого, что является общим недостатком многих ППС.

Недостатками такого рода программ являются:

снижение мотивации в ходе работы с программой;

возникновение «провалов» (пробелов) в знаниях, связанных с непроизвольным рассеянием внимания в процессе работы с программой, а также ослаблением системного связывания знаний при отсутствии их интонационного выделения;

сложность и высокая трудоемкость организации учебного диалога, а также диагностирующей и управляющей обучением части программы.

Ввиду чрезвычайно высокой трудоемкости написания программ такого рода на языках программирования и высоких требований к программистской квалификации разработчиков, они часто разрабатываются с использованием программных оболочек автоматизированных учебных курсов, имеющих свой язык программирования, интерфейс, рассчитанный на разработчика-непрограммиста.

Существует и продолжает разрабатываться большое количество инструментальных программ такого вида. Общим их недостатком является высокая трудоемкость разработки, затруднения организационного и методического характера при использовании в реальном учебном процессе школы. Организационные трудности связаны с тем, что такие программы невозможно использовать в структуре урока из-за больших различий в темпе обучения разных учащихся. Методические трудности проявляются в том, что многие педагоги нередко склонны не соглашаться с методическими решениями и ходами при изложении теоретического материала, предложенными разработчиками инструментальной программы. В работе хорошего учителя много творческих, авторских моментов, в важности которых часто не отдают себе отчета создатели программ.

Программы 3-го типа (рис. 3) основаны на графически-иллюстративных возможностях компьютера, с одной стороны, и вычислительных, с другой, и позволяют осуществлять компьютерный эксперимент. Такие программы предоставляют ученику возможность наблюдать на экране дисплея некоторый процесс, влияя на его ход подачей команды с клавиатуры, меняющей значения параметров.

Рисунок 3- Программы 3-го типа (моделирующие).

Программы 4-го типа (рис. 4) предоставляют в распоряжение ученика некоторую воображаемую среду, существующий только в компьютере мир, набор каких-то возможностей и средств их реализации. Использование предоставляемых программой средств для реализации возможностей, связанных с изучением мира игры и деятельностью в этом мире, приводит к развитию обучаемого, формированию у него познавательных навыков, самостоятельному открытию им закономерностей, отношений объектов действительности, имеющих всеобщее значение.

Рисунок 4- Программы 4-го типа (игры) Наибольшее распространение получили обучающие программы первых двух типов в связи с их относительно невысокой сложностью, возможностью унификации при разработке многих блоков программ. Если программы 3-го и 4-го типов требуют большой работы программистов, психологов, специалистов в области изучаемого предмета, педагогов-методистов, то технология создания программ 1-го и 1-го типов ныне сильно упростилась с появлением инструментальных средств или наполняемых автоматизированных обучающих систем (АОС).

Основные действия, выполняемые программами первых двух типов:

предъявление кадра с текстом и графическим изображением;

предъявление вопроса и меню вариантов ответа (или ожидание ввода открытого ответа);

анализ и оценка ответа;

предоставление кадра помощи при нажатии специальной клавиши.

Они могут быть легко и унифицировано запрограммированы, так что разработчику обучающей программы остается ввести в компьютер только соответствующий текст, варианты ответов, нарисовать на экране с помощью манипулятора «мышь» картинки. Создание обучающей программы в этом случае выполняется совершенно без программирования, не требует серьезных компьютерных познаний в по силам любому педагогу-предметнику средней школы. Названия наиболее известных отечественных АОС: «Урок», «Адонис», «Магистр», «Stratum». Используются в России и зарубежные системы: «Linkway», «Techcad» и др. Многие из, этих систем имеют хорошие графические подсистемы и позволяют создавать не только статические картинки, но и динамические графические фрагменты в духе «мультимедиа» (речь об этом пойдет ниже).

Создание обучающей системы с использованием инструментальных программ обычно проходит четыре стадии.

• 1. Разработка сценария обучающей программы: на этой стадии педагог должен принять решение о том, какой раздел какого учебного курса он будет переводить в обучающую программу, продумать материал информационных кадров, такие вопросы и варианты ответов к ним, чтобы они диагностировали трудности, с которыми будут сталкиваться ученики при освоении материала; разработать схему прохождения программы, систему взаимосвязей между ее отдельными кадрами и фрагментами.
• 2. Ввод в компьютер текстов отдельных кадров будущей программы, рисование картинок, формирование контролирующих фрагментов: вопросов, вариантов ответов к ним и способов анализа правильности ответов. На этой стадии педагогу потребуется минимальное владение функциями компьютера и возможностями ввода и редактирования, встроенными в инструментальную программу.

Связывание отдельных элементов обучающей программы в целостную диалоговую систему, установление взаимосвязей между кадрами, вопросами и помощью, окончательная доводка программы.

Сопровождение программы во время ее эксплуатации, внесение в нее исправлений и дополнении, необходимость которых обнаруживается при ее использовании в реальном процессе обучения.

Очевидно, что создание обучающих программ средствами инструментальных систем поможет снять остроту главной проблемы компьютерного обучения — отсутствия в достаточном количестве и разнообразии качественных обучающих программ, так чтобы компьютерное обучение могло превратиться из жанра «показательных выступлений» на открытых уроках в действительно систематическое обучение учебным дисциплинам или их большим разделам.

В качестве первого шага к компьютерным технологиям обучения нужно рассматривать тренирующие и контролирующие программы. Нет ничего проще (с этой задачей могут справиться даже учащиеся старших классов, изучающие информатику), чем подготовить контролирующую программу по любому разделу любого учебного курса на языке программирования Basic или с использованием инструментальных программ. Использовать такие контролирующие программы можно систематически. Это не потребует кардинальных изменений в существующем учебном процессе и избавит учителя от непроизводительных, рутинных операций по проверке письменных работ, контролю знаний учащихся, решит проблему накопляемости оценок. Из-за тотальности контроля учащиеся получат мощный стимул к обучению.

Следующая проблема компьютерного обучения связана с тем, что использование компьютера не вписывается в стандартную классно-урочную систему. Компьютер — это средство индивидуального обучения в условиях нелимитированного времени, и именно в этом качестве он должен использоваться. Соответствующие организационные формы учебного процесса и труда учителей еще предстоит найти и внедрить в практику. Важно, чтобы ученик при компьютерном обучении не был ограничен жесткими временными рамками, чтобы педагогу не надо было работать «на класс» в целом, а чтобы он мог пообщаться с каждым учеником, дать индивидуальную консультацию по работе с обучающей программой и по материалу, в ней содержащемуся, помочь преодолеть индивидуальные; затруднения.

При проведении урока с использованием компьютеров работа педагога проходит фазы:

планирования урока (определяется место урока в системе занятий по данной дисциплине, время проведения в кабинете электронно-вычислительной техники, тип урока и его примерная структура, необходимые для его проведения программные средства);

подготовки программных средств (наполнение оболочек контролирующих программ и обучающих систем соответствующими дидактическими материалами, подбор моделирующих программ, размещение программных средств на соответствующем магнитном диске, проверка запускаемости программ);

проведения самого урока;

подведения итогов (внесение исправлений в обучающие программы, архивирование их для будущего использования, обработка результатов компьютерного тестирования, удаление лишних временных файлов с магнитных дисков).

Отдельное направление использования компьютера в обучении — интегрирование предметных учебных курсов и информатики. При этом компьютер и пользуется уже не как средство обучения, а как средство обработки информации, получаемой при изучении традиционных дисциплин — математики, физик: химии, экологии, биологии, географии. С помощью инструментальных программ на компьютере можно решать математические задачи в аналитическом виде, строить диаграммы и графики, проводить вычисления в табличном вид готовить текст, схемы и т. д. Компьютер выступает при этом в качестве средство предметной деятельности, приближая стиль учебной деятельности на уроках стандартам современной научной, технологической и управленческой деятельности.

Особые ожидания при таком использовании компьютера связываются с компьютерными телекоммуникациями, с возможностями локальных и глобальных компьютерных сетей. Весьма перспективной технологией обучения является мете групповых исследовательских проектов, моделирующий деятельность реально: научного сообщества.

Такая технология включает следующие моменты:

первоначальную мотивацию исследования; обнаружение какого-либо парадокса, постановку проблемной задачи;

поиск объяснения парадокса, построение гипотез;

проведение исследований, экспериментов, наблюдений и измерений, литературных изысканий с целью доказать или отвергнуть гипотезы, объяснения; компьютерный технология образование программа групповое обсуждение результатов, составление отчета, проведение научной конференции;

решение вопроса о практическом применении результатов исследований; разработку и защиту итогового проекта по теме.

Работа над проектом продолжается от двух недель до двух месяцев. На заключительных стадиях работы над проектом обычно возникают новые проблемные задачи, обнаруживаются новые парадоксы, т. е. создается мотивация для осуществления новых проектов.

Использование компьютера очень хорошо вписывается в эту технологию обучения, особенно если имеется возможность реализовать компьютерные телекоммуникации: обмениваться сообщениями по электронной почте с классами в других городах и даже странах, параллельно выполняющими такой же проект. Телекоммуникационная составляющая проекта позволяет резко повысить интерес учащихся к выполнению проекта, делает естественным использование компьютера для представления результатов наблюдений и измерений, способствует формированию информационной культуры учащихся. Проекты, построенные на сопоставлении местных условий, изучении в них общего и особенного, прививают учащимся глобальное видение мира. Учебные телекоммуникационные проекты чрезвычайно популярны в Соединенных Штатах. Сотни таких проектов для десятков тысяч классов во всех странах мира проводят ежегодно многие глобальные компьютерные сети учебно-научного назначения. Имеется опыт использования телекоммуникационных проектов и в российских условиях.

Содержание обучения по методу проектов является межпредметным, интегрированным, привлекающим знания из различных областей, как и проблемы, возникающие на практике. Обучение, по методу проектов, кроме изучения конкретны разделов наук, позволяет достигать и другие педагогические цели:

развитие письменной речи;

овладение компьютерной грамотностью, освоение текстового редактора, компьютерных телекоммуникационных программ;

развитие общих навыков решения проблем;

развитие навыков работы в группе;

развитие навыков творческой работы.

В перспективе — развитие учебных курсов, использующих метод групповых проектов и компьютерные телекоммуникации, по разделам краеведения в географии и истории, по биологии и литературе, по иностранным языкам.