3.3.5 Компьютерные учебные программы

Компьютерные учебные программы (КУП) – это программы, предназначенные для непосредственного использования в учебном процессе. Отличительной особенностью КУП является взаимодействие с обучаемым. КУП можно разделить на:

- обучающие программы;

- тестирующие программы;

- тренажерные программы;

- моделирующие программы;

- учебные игры;

- прикладные программы учебного назначения;

- интегрированные программы.

В группу обучающих программ входят:

- автоматизированные учебные курсы (АУК);

- компьютерные учебники;

- программы искусственного интеллекта;

- компьютерные справочники и энциклопедии.

АУК предназначены для представления, предъявления учебного материала и проверки его усвоения. Этот тип КУП может использоваться во всех предметных областях. Начинаются эти программы со вступительной части, знакомящей обучаемого с задачами и характером урока. Затем подается учебный материал, после которого следуют вопросы на понимание. Ответы обучаемого оцениваются, в соответствии с этой оценкой осуществляется обратная связь: обучаемому предлагаются либо дополнительные вопросы, либо помощь, либо правильный ответ, либо следующая порция учебного материала. АУК могут иметь предварительные тесты для определению уровня подготовки. Обучаемый может управлять процессом обучения на начальном этапе путем выбора заданий из предлагаемого меню. Представление учебного материала может производиться в текстовой и графической формах, в сопровождении мультипликации, с выводом аудио- и видеоинформации. Проверка усвоения учебного материала осуществляется в основном с помощью многовариантного выбора, требующих односложных ответов, заданий на выполнение несложных операций (переместить курсор, щелкнуть «мышкой» и т.д.), конструктивных вопросов (вставить слово или символ, закончить предложение, составить предложение из имеющихся элементов) и т.п. Ответы учащихся обычно вводятся с клавиатуры или указываются с помощью «мышки». После ввода ответа АУК оценивает ответ, может вывести реплику и по мере проведения обучения накапливает информацию о данном учащемся. АУК могут быть линейными и разветвленными. Линейные программы последовательно предъявляют учебный материал, вопросы по выбранной теме, и в конце занятия выставляется оценка. Обучение полностью производится под управление ЭВМ. В разветвленных программах управление может быть смешанным, после каждого вопроса производится его оценка, и в зависимости от ответа производится переход на ту или иную ветвь.

Компьютерный учебник предназначен для самостоятельного изучения теоретического материала курса и обычно построен на гипертекстовой основе, позволяющей работать по индивидуальной образовательной траектории.

Компьютерный учебник содержит тщательно структурированный учебный материал, предоставляемый обучаемому в виде последовательности интерактивных кадров, содержащих не только текст, но и мультимедийные приложения. Гипертекстовая структура позволяет обучающемуся определить не только оптимальную траекторию изучения материала, но и удобный темп работы и способ изложения материала, соответствующий психофизиологическим особенностям его восприятия. В электронном учебнике может быть предусмотрена возможность протоколирования действий обучаемого для их дальнейшего анализа преподавателем.

В настоящее время компьютерный учебник является наиболее содержательным и развитым средством обучения.

Компьютерные справочники и энциклопедии – класс КУП, предназначенный только для представления учебного материала. Обычно данный класс КУП характеризуется достаточно большим объемом учебной информации и богатым сервисом по поиску необходимых данных. В настоящее время для представления учебной информации в таких программах используются технологии мультимедиа и гипертекста.

В настоящее время наличие справочной системы является обязательным для любой КОП. При этом электронный справочник может быть представлен как самостоятельный элемент КОП или встроен в электронный учебник.

Программы искусственного интеллекта (ИИ) объединяют два основных типа: программы, моделирующие учащегося, и экспертные системы. Многие разработчики обучающих программ ИИ считают важным, чтобы программа могла строить модель обучаемого с учетом его способностей, оптимальных режимов усвоения и т.д. [19]. Путем сравнения полученных характеристик с образцовой моделью вырабатываются стратегии, методы и последовательность обучения. Экспертные системы обладают всей информацией по определенной теме, логическими связями и множеством правил по использованию этих знаний. Учебные программы ИИ можно разделить на следующие типы:

- эвристические программы;

- реагирующая учебная среда;

- программа-инструктор;

- программа-помощник.

Эвристические программы используют эвристические методы обучения, дающие лишь общие направления решения задач. Программа задает вопрос обучаемому таким образом, чтобы он сам пришел к умозаключению или понял свои ошибки.

Реагирующая учебная среда основана на использовании тьюторских правил:

- если обучаемый делает фактическую ошибку, программа-тьютор ее исправляет;

- если обучаемый делает ошибку, не имеющую отношения к данной теме, тьютор не дает подробного исправления;

- если обучаемый делает неправильные обобщения, тьютор дает контрпример;

- если обучаемый старается сделать вывод слишком быстро, тьютор обучает его навыкам мышления.

Программа-инструктор является экспертом по оценке действий обучаемого, предполагает построение модели его умений и навыков.

Программа-помощник обеспечивает помощь в усвоении понятий путем отсылки обучаемого к экспертным знаниям. Задача таких систем – ознакомить обучаемого с характером принятых ими решений. Программа-помощник направляет процесс обучения, предлагая время от времени свои знания.

В группу тренажерных программ входят:

1. программы, предназначенные для практического закрепления учебного материала;

2. программы, предназначенные для тренажа операторов в различных технических системах.

К тренажерам могут быть отнесены также и компьютерные задачники. Компьютерный задачник позволяет отработать приемы решения типовых задач, позволяющих наглядно связать теоретические знания с конкретными проблемами, на решение которых они могут быть направлены.

Компьютерное моделирование – метод изучения какого-либо явления или объекта реального мира путем его имитации. Задача моделирования для обучения состоит не только в достижении определенных результатов, сколько в процессе исследования. Имитируются, как правило, протяженные во времени или в пространстве, опасные или дорогостоящие процессы (ядерный реактор, превращение куколки в бабочку и т.д.). Почти всегда моделирование упрощает реальность. В этой упрощенной среде обучаемый решает задачи, наблюдает и вмешивается в процесс моделирования, приходит к пониманию особенностей изучаемого явления или объекта, учится управлять им и т.д.

Но компьютерные модели, как правило, не являются универсальными. Каждая из них рассчитана на моделирование достаточно узкого круга явлений. Основанные на математических моделях (которые содержат в себе управляющие параметры), компьютерные модели могут быть использованы не только для демонстрации трудно воспроизводимых в учебной обстановке явлений, но и для выяснения (в диалоговом режиме) влияния тех или иных параметров на изучаемые процессы и явления. Это позволяет использовать их в качестве имитаторов лабораторных установок, а также для отработки навыков управления моделируемыми процессами.

Компьютерные технологии позволяют не только работать с готовыми моделями объектов, но и производить их конструирование из отдельных элементов.

Учебные игры очень близки к имитационным программам (наличие среды участников и правил определения результатов). Задача учебных игр – создание среды, облегчающей усвоение обучаемым знаний и приобретение им умений и навыков. Игры не обязательно имитируют реальную жизнь, но они обязательно должны быть занимательными. Основное отличие игр от программ моделирования – состязательность, наличие противника (человека или программы). Задача учебной игры – привить навык, задача участника – выиграть. Игры приобретают все большую популярность благодаря тому, что в занимательной форме они помогают учащимся усваивать самую разнообразную информацию (факты и основополагающие принципы, суть процессов, структуру и динамику систем), развивая логику и интуицию, приобретать навыки решения задач, принятия решений определения стратегий, общения, соревнования, кооперации и др. Игры можно разделить на типы:

- приключенческие игры;

- настольные игры;

- «азартные» игры;

- «боевые» игры;

- психомоторные игры.

По мере расширения сферы использования ЭВМ в обучении учебные заведения начали применять прикладные программы общего назначения, названные инструментальными средствами учащихся. Компьютер можно использовать как счетно-решающее устройство для проведения расчетов, приводить в систему данные, полученные в результате лабораторных работ. Обучаемые могут учиться основам управления роботами и аппаратами, составляя соответствующие программы. Компьютеры могут использоваться для хранения и поиска информации, необходимой им в процессе обучения. К прикладным программам, используемым обучаемыми, относятся редакторы, базы данных и файловые системы, электронные динамические системы. Программы редактирования используются в учебных заведениях следующим образом: управление курсором на ранних стадиях обучения; редактирование документов по образцу; использование редактора как системы хранения данных (обучаемые вводят свои списки слов, правописание которых вызывают у них затруднения); обучение последовательному изложению мыслей; составление докладов, писем, сообщений, поздравлений, благодарностей, жалоб и т.д. Базы данных и файловые системы в учебном процессе используются следующим образом:

1. обучаемые учатся пользоваться готовыми файловыми системами;

2. создают свои собственные файлы по имеющимся разработкам;

3. сами разрабатывают, создают и используют файлы данных.

Интегрированные системы представляют собой программные комплексы, состоящие из нескольких типов компьютерных учебных программ. Например, в рамках некоторого учебного курса может быть разработано целое семейство компьютерных учебных программ. Например, такой комплекс может содержать: компьютерный учебник, некоторый экзаменатор, несколько тренажеров для тем, требующих особого внимания, программы моделирования для проведения компьютерных лабораторных работ, компьютерные справочники по теме и т.д.

Синонимом термину «интегрированные системы» может служить термин «программно-методический комплекс» (ПМК). Однако для ПМК характерно кроме программного обеспечения наличие обычной методической литературы. Это учебники и учебные пособия, описания лабораторных работ и практикумы и т.д.

Тестирующие программы – это программы, на основе задания некоторой последовательности вопросов определяют параметры или характеристики обучаемого.

Компьютерная тестирующая система может использоваться и в качестве тренажера. С одной стороны она дает возможность самоконтроля для обучаемого, а с другой - принимает на себя рутинную часть текущего или итогового контроля.