Педагогические науки/5.Современные методы преподавания

академик РАСХН Зволинский В.П., к.т.н. Роткин В.М., д.б.н. Головин В.Г.

Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия, Россия

Астраханский государственный технический университет, Россия

Принципы формирования учебных материалов

нового поколения на примере инженерных дисциплин

Информационные технологии являются одним из основных приоритетов в развитии образования. Именно включенность информационных технологий в учебный процесс оказывается для поступающих тем привлекательным моментом, на основании которого они выбирают, куда пойти учиться. В течение не одного десятка лет обсуждается связь информационных технологий и образования, но лишь сегодня появилось понимание, что технологии вызывают перспективные изменения, которые настолько значительны, что становится невозможным для учебных заведений отрывать свои стратегические планы, цели и направления деятельности от инициатив, ресурсов и управления в области информационных технологий.

Методические аспекты электронного обучения отстают от развития технических средств. Это неудивительно, поскольку в методическом плане электронные средства поддержки обучения интегрируют знания таких разнородных наук, как психология, педагогика, математика, кибернетика, информатика и др. Именно отставание в разработке методологических проблем, «нетехнологичность» имеющихся педагогических методик относят обычно к числу основных причин разрыва между потенциальными и реальными возможностями применения информационно-коммуникационных технологий в образовании.

Несмотря на понимание важности информационно-коммуникативных образовательных технологий, на сегодняшний день отсутствует общепринятая концепция их развития, не вполне ясны цели, задачи и методы. Попытки внедрения систем программированного обучения, образовательных Интернет - технологий пока не принесли существенных результатов. Применяемые учебные методики адаптируют традиционные дидактические приемы к компьютерным технологиям, не принося качественных изменений.

В учебном процессе контроль неотделим от собственно обучения. Контрольные дидактические блоки занимают значительное место в учебном процессе, обеспечивая его адаптивность за счет обратных связей. В традиционных учебных системах измерение компетенций производится с помощью содержательных комплексных заданий - задач, теорем, других измерительных материалов. Сочетание устного и письменного вербального (интерактивного) взаимодействия обучаемого с преподавателем позволяет:

варьировать содержание задания;

рассматривать различные варианты и способы решения;

устанавливать многообразные логические причинно-следственные связи;

обеспечивать адаптивное взаимодействие участников учебного процесса.

К периоду перехода к компьютерному обучению уже была наработана значительная база программированных методических материалов и прикладных учебных технологий. Однако, сложилась парадоксальная ситуация – ни значительный дидактический потенциал, ни технологические возможности (например, системы искусственного интеллекта) оказались практически не востребованы. Современные измерительные дидактики оказались чрезвычайно примитивными. Из богатого набора средств программированного обучения фактически применяются только тесты, разработанные Норманом Кроудером в 1960 году. Причем, тесты, изначально предназначенные для решения частных технических задач – переадресования обучаемого к определенному учебному уровню или блоку – часто используются для рубежной или итоговой аттестации обучаемых. Примерами подобного неадекватного использования тестов являются единый государственный экзамен или федеральный Интернет-экзамен в сфере профессионального образования. Невостребованность технологических и дидактических возможностей современной компьютерной техники, систем искусственного интеллекта, приводит к утрате возможностей и преимуществ традиционных дидактик.

При решении комплексных контрольных задач получение конечного результата без выявления сети внутренних логических связей, отсутствие информации о последовательности учебных действий, не позволяет выявить соответствующие компетенции обучаемого. Попытки преодолеть данное противоречие реализуются через измерение парциальной (дробной) учебной информации, стремление к максимальному охвату учебного пространства (поля компетенций). При этом рассматривается разрозненная фрагментарная информация, не фиксируется и не анализируется интеллектуальный процесс. Следует также отметить, что формирование тестов производится, как правило, «вручную», не используются возможности электронного автоматизированного синтеза многовариантных измерительных заданий.

Исходя из вышеизложенного, для анализа как ретроспективы, так и перспектив развития электронных измерительных дидактических систем, предлагается их классификация на основе следующих видов дидактических характеристик.

Таблица 1

В качестве основы классификации приняты традиционные дидактики – дидактики «нулевого» поколения. Характеристики таких дидактик обусловлены возможностями вербального общения в форме как устного диалога, так и свободного письменного изложения.

Синтез традиционных учебных заданий производится путем моделирования натурных явлений, их имитации. Предварительно разрабатываются базовые учебные материалы. В дальнейшем они варьируются в рабочем порядке, в том числе в режиме свободного диалога on-line. Вербальный режим взаимодействия преподавателя с испытуемым позволяет гомогенизировать задания, дает возможность испытуемому проявить себя в решении разнообразных частных субзадач, раскрыть свои специальные компетенции. При этом испытуемый может самостоятельно выбирать и демонстрировать последовательность действий при работе с учебным заданием, обеспечивая тем самым его поливариативность. И, наконец, вербальный диалог позволяет его участникам взаимно адаптироваться, решая контрольно-измерительные задачи в интерактивном режиме.

Таким образом, традиционные учебно-измерительные комплексы обладают высококачественными дидактическими характеристиками, однако их эффективность существенно ограничивается высокой трудоемкостью (низкой производительностью) учебного процесса, в условиях отсутствия или недостаточного применения электронных информационных технологий.

Идеи кибернетизации учебного процесса начали реализовываться в виде так называемого «программированного» обучения задолго до возникновения электронных технических средств – в 50-х годах 20-го столетия. Тогда же появились учебные контрольно-измерительные тестовые задания. Они применялись в системах программированного обучения в качестве средств внутреннего промежуточного контроля.

Тестовые контрольные материалы относятся к так называемым «нормативным» (репрезентативным) дидактическим системам, или дидактикам первого поколения. Очевидным преимуществом тестовых измерительных систем первого поколения является их простота, как в составлении, так и в формализации результатов контроля. Однако указанные преимущества имеют оборотную сторону, что отражается как в неприятии данных систем преподавательским сообществом, так и критическим отношением учащихся и общества в целом. Главным и видимо неустранимым противоречием тестовых систем, препятствующим их эффективному применению, является следующее обстоятельство. Предъявляемый испытуемым тестовый результат решения содержательной комплексной (многошаговой) задачи не позволяет достоверно выявить характер (структуру) его компетенций, ни в случае правильного результата, ни при наличии ошибок. Так, одна арифметическая ошибка может перечеркнуть результат многочисленных и компетентных действий испытуемого. С другой стороны, правильный результат может быть получен на основании формальных действий, не основанных на понимании логических связей и сущности изучаемых явлений. Попытки дробления измерительного задания на связанные тестовые фрагменты, с целью устранения указанного недостатка, ведут к раскрытию порядка и методов решения испытательного задания, а предъявление в качестве комплекса тестовых заданий не связанных между собой задач исключает возможность отслеживания внутренних логических связей.

В качестве иллюстрации дидактики второго поколения (электронной сетевой дидактики) рассматривается учебное задание матричного типа по курсу «Теоретическая механика». Синтез учебно-измерительных материалов осуществляется специальным автоматическим генератором в режиме случайных комбинаций элементов и параметров системы.

Формирование схемы задания производится путем автоматической компоновки графических элементов, отобранных из исходного набора на основе генерации случайных чисел. Конфигурация сформированной системы (рис.1) определяется базовыми параметрами: характерными углами, видами движения звеньев. Кроме того, случайной выборкой устанавливается ведущее звено и направление его движения. Таким образом, синтез задания осуществляется комбинаторным способом и позволяет генерировать значительное число разнообразных вариантов.

Рис.1 Образец синтезированного учебного задания.

Характерной особенностью задания является возможность его исполнения и представления результатов не в численной, а в обще-аналитической форме. Это достигается использованием специальных матричных инструментов.

Главная исполнительная матрица (рис.2) содержит две таблицы, одна из которых позволяет по специальной схеме компоновать и представлять расчетные формулы, другая – определять координаты характерных точек (векторов), направления звеньев, векторов, линий построения, направления их поворотов (вращения).

Рис.2 Исполнительная матрица с методическими указаниями

В рассмотренной системе исполнительная матрица содержит 117 рабочих ячеек. Количество ячеек, подлежащих заполнению определенными знаками или числами, составляет в различных вариантах от 26 до 34. Таким образом, возможности заполнения матрицы настолько многообразны, что позволяют отнести данную систему как к полидискретным, так и, в некоторых компонентах, к гипердискретным дидактикам.

Другой особенностью задания, отличающей его от тестов, является относительно высокая вариативность. Хотя эталонный состав формул и ряда других характеристик объекта фиксирован, испытуемый может самостоятельно выстраивать последовательность действий, в зависимости от его понимания внутренних логических связей в задании. Кроме того, программа позволяет вводить координаты векторов, варьируя их в соответствии с произвольно выбранным масштабом. Все это позволяет отнести дидактику к категории квазивариативных, а в некоторых компонентах считать ее поливариативной.

Программа обладает регулируемой степенью адаптивности, поскольку позволяет отключать или подключать к исполнительной матрице построчный счетчик результатов. Возможность варьировать вводимые данные на основании показаний счетчика, в условиях значительной полидискретности задания, позволяет выстраивать элементы обратной связи между испытуемым и дидактической системой.

Таким образом, по своим характеристикам система соответствует дидактикам второго поколения, с включением элементов третьего поколения (табл.1).

Использование учебно-измерительной матричной формы вместо обычно применяемых тестов, в сочетании с комбинаторным синтезом задания, позволяет существенно изменить дидактические характеристики и повысить качество учебного процесса.

Литература:

1. Локтев В.И., Михайлова М.А. Использование математических программ при изучении курса теоретической механики // Новые информационные технологии в образовании. Материалы международной научно-практической конференции. Екатеринбург, 26-28 февраля 2007. В 2 ч. РГППУ, Екатеринбург, 2007.

2. Хохлова О.А., Пономарева Е.В., Хохлов А.В. Программа для решения задач плоской статики // Св-во о гос. рег. программы для ЭВМ № 2010610133, зарегистр. в Реестре 11.01.2010.

3. Локтев В.И., Роткин В.М., Многовариантные задания для самостоятельной работы и контроля знаний студентов по теме «Пространственная статика» курса теоретической механики // Св-во о гос. рег. для ЭВМ №2010615298, зарегистр. в Реестре 18.08.2010г.

4. Перекрестов А.П., Роткин В.М., Синтез учебных заданий по теоретической механике // Св-во о гос. рег. для ЭВМ №2011610658, зарегистр. в Реестре 11.01.2011г.