ИКТ в образовании (УПИ, 2009 г.) Лекция 1

Стариченко Б.Е.

Глава 1. Информационный анализ образовательных систем

1.1. Основания информационного подхода в анализе образовательных систем

Определим ряд исходных понятий:

Модель – это объединение составных частей (элементов) и связей между ними, отражающее существенные для данной задачи свойства прототипа.

Объект – простейшая составляющая сложного объединения, обладающая следующими качествами:

• в рамках данной задачи он не имеет внутреннего устройства и рассматривается как единое целое;

• у него имеется набор свойств (атрибутов), которые изменяются в результате внешних воздействий;

• он идентифицирован, т.е. имеет имя (название).

Система – совокупность взаимодействующих компонентов, каждый из которых в отдельности не обладает свойствами системы в целом, но является ее неотъемлемой частью.

Комментарии к определению:

1. Системой может называться не любая совокупность (объединение) неких сущностей, а только сущностей взаимодействующих, т.е. связанных друг с другом. Например, груду кирпичей или набор радиодеталей считать системами нельзя; если же эти кирпичи разместить в определенном порядке и связать раствором, а радиодетали нужным образом соединить между собой, то получатся системы – дом и телевизор. Следствием взаимодействия оказывается то, что компоненты системы определенным образом организованы, т.е. система имеет структуру, отражающую ее организацию (устройство). Взаимодействия (связи) могут быть различной природы: механические, физические, информационные и др. К способам описания структуры необходимо отнести языковый (с использованием естественного или формализованного языка) и графический.

2. Любая система обладает двумя качествами: системности и единства.

• системность означает, что при объединении компонентов возникает некоторое новое качество – системное свойство – которым изначально не обладали отдельные компоненты; в рассмотренном выше примере с телевизором совершенно очевидно, что никакая его деталь (компонент) по отдельности не обладают свойством демонстрации изображения и звука, перенесенных радиоволнами;

• единство или, по-другому, целостность системы означает, что удаление из нее какого-либо компонента приводит фактически к ее уничтожению, поскольку меняется (или исчезает) системное свойство (в этом легко убедиться, если из телевизионной схемы убрать какую-либо деталь).

3. Уточним терминологию: предельно простые компоненты системы далее будем называть объектами; сложные, которые также состоят из связанных простых (и, следовательно, подпадают под определение системы), будем называть подсистемами. Например, двигатель является подсистемой автомобиля, а болт – объектом.

4. Понятия «система» и «модель» неразрывно связаны друг с другом. Выделение, изучение и описание каких-либо систем неизбежно сопровождается моделированием, т.е. упрощениями, причем, моделирование осуществляется на двух уровнях. На внешнем уровне производится выделение самой системы: поскольку любое реальное объединение (прототип системы) включает множество составляющих и связей между ними, на этапе постановки задачи приходится какие-то из них включать в систему и рассматривать далее, а какие-то отбрасывать как второстепенные. На внутреннем уровне моделирование состоит в том, что часть составляющих системы принимаются и рассматриваются в качестве объектов, что, как указывалось выше, также является упрощением. Кроме того, пренебрегается некоторыми внутренними взаимосвязями. Таким образом, в задачах, связанных с изучением и описанием сложных объединений, система – это модельное представление. Однако это утверждение не будет справедливым для задач, в которых системы создаются искусственно (т.е. человеком) – технические конструкции и механизмы, здания, художественные произведения, компьютерные программы и пр. – порождаемые фантазией автора, они не имеют прототипов и, следовательно, не могут быть моделями, хотя подпадают под определение системы. С другой стороны, модель сложного прототипа также представляет собой объединение связанных составных частей, т.е. модель является системой. Однако модель объекта, очевидно, системой быть не может. Следовательно, несмотря на связь понятий «система» и «модель», их нельзя отождествлять; соотношение этих понятий определяется характером решаемой задачи.

5. Приведенное определение является инвариантным по отношению к области знаний или технологий, в которой система исследуется или создается. Другими словами, степень общности определения высока.

Выделение системы для изучения или моделирования предполагает, с одной стороны, определение ее состава (структурных составляющих), а с другой  выявление связей между ними. При этом основной принцип моделирования требует, чтобы множество структурных единиц модели и множество отношений (связей, взаимодействий) между ними содержали меньше элементов, чем имеется у реальной системы. Это достигается выделением конечного числа составляющих и связей между ними, которые в рамках модели в силу тех или иных причин признаются существенными, т.е. определяющими поведение системы. Хорошо известными примерами могут служить физические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, идеальная жидкость и др. Не составляет исключение и построение дидактической модели, охватывающей те или иные стороны учебного процесса и выделяющей наиболее важные (с точки зрения автора) его элементы и связи.

Иерархия систем в образовании (модель вложенных систем в образовании):

Дидактическая система (система обучения)  объединение учащихся и педагога, взаимодействий между ними, а также используемых методов и средств обучения.

Педагогическая система есть совокупность дидактических систем, системы воспитания, системы управления, системы материального обеспечения, научно-исследовательской, учебно-производственной и прочих систем в составе учебного заведения данного типа.

Система образования  совокупность всех педагогических систем и органов управления, занятых в масштабах государства решением комплекса образовательных задач в интересах общества.

После проведенного выше выделения состава образовательных систем, следует перейти к рассмотрению взаимодействий между их компонентами. В развиваемой модели в качестве определяющего выделяется информационное взаимодействие. Это позволяет различные аспекты усвоения знаний и управления обучением рассматривать с точки зрения законов информатики. Данный подход опирается на идеи когнитологии и когнитивной психологии, хотя сама современная cognitive science отходит от простой компьютерной метафоры познавательных процессов к функциональной архитектуре мультипроцессорных систем и нейронных сетей. Выделение информационного взаимодействия в качестве доминантного дает основания отнести рассматриваемые модели образовательных систем к категории информационных.

Компонентами информационных систем и моделей являются источники, обработчики, потребители информации, хранилища информации и информационные каналы, связывающие компоненты системы. Каждый компонент характеризуется количественными параметрами:

• источники – скорость порождения информации;

• обработчики – скорость обработки информации;

• потребители – скорость «потребления» (внутренней переработки) информации;

• хранилища – объем хранимой информации, время доступа к единице хранения;

• каналы связи – пропускная способность.

Построение информационной системы или модели предполагает определение (указание) всех ее составляющих.

Можно привести ряд аргументов в пользу последовательного применения информационного подхода в анализе образовательных систем:

во-первых, исходя из особенностей человека как информационной системы, связанной с его психическими и физиологическими параметрами, можно получить ряд следствий, имеющих смысл объективных запретов, нарушение которых не должно допускаться ни в какой методике или технологии обучения. И наоборот, если при анализе какого-то элемента учебного процесса можно доказать, что его использование выводит за указанные ограничения, такой элемент из процесса должен исключаться;

во-вторых, модель, основанная на процессах получения и усвоения информации человеком и содержащая характеристики этих процессов, позволяет обосновать последовательность действий учителя, а также сформулировать критерии выбора необходимых методов обучения. С методологической точки зрения это, безусловно, представляется главным;

в-третьих, сопоставление особенностей процессов информационного обмена между преподавателем и учащимися в рамках различных дидактических систем позволяет вскрыть закономерности их функционирования. Именно по этой причине цели и содержание вынесены за рамки самих систем. Следствием этих закономерностей становится понимание роли и места компьютера в обучении;

в-четвертых, информационный подход позволяет абстрагироваться от содержания конкретных дисциплин (семантической стороны информации) и получить некие общие закономерности построения процесса обучения;

в-пятых, информационный подход выявляет структуру и объем информации, необходимой для управления образовательным процессом на различных уровнях, и, как следствие, позволяет предложить варианты оптимизации управления;

Информационный подход не может отразить все стороны столь сложных систем, как образовательные. Вместе с тем практическая результативность такого подхода показана в работах ведущих отечественных и зарубежных педагогов, изучавших различные информационные аспекты процесса обучения: С.И .Архангельского, А.И. Берга, В.П. Беспалько, И.Е. Востро-кнутова, П.Я. Гальперина, Л.Б. Ительсона, Л.Н. Ланды, А.Н.Леонтьева, И.Я. Лернера, В.Я. Ляудиса, Д.Ш. Матроса, Е.И. Машбица, А.Г. Молибога, З.А. Решетова, Н.Ф. Талызиной, Л.Т. Турбовича, С.И. Шапиро, И.С. Якиманской, Н. Краудера, П. Линдсея, Г. Паска, Б. Скиннера, Л. Столарова и др.

Информационный анализ функционирования систем в образовании, безусловно, следует начинать с рассмотрения информационных процессов, происходящих в мозге человека, поскольку это позволит выделить те элементы обучения, для оптимизации которых необходим учет индивидуальных информационных особенностей учащегося. Требование учета этих особенностей может быть названо информационной гуманностью; в качестве ограничивающего условия оно должно определять деятельность систем всех уровней.