Визуализация учебной информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технология визуализации учебной информации

1.1 Некоторые теоретические основы технологии визуализации

В эпоху информационной насыщенности проблемы компоновки знания и оперативного его использования приобретают колоссальную значимость. В этой связи назрела потребность в систематизации накопленного опыта визуализации учебной информации и его научного обоснования с позиций технологического подхода к обучению.

По классификации Г.К. Селевко, технология интенсификации обучения на основе схемных и знаковых моделей учебного материала относится к группе педагогических технологий на основе активизации и интенсификации деятельности учащихся. По целевым ориентациям она направлена на:

формирование знаний, умений, навыков;

обучение всех категорий обучаемых, без селекции;

ускоренное обучение [52].

К этой же группе технологий он относит: игровые технологии, проблемное обучение и некоторые частнопредметные (например, интенсивную технологию изучения иностранного языка Лозанова - Китайгородской) [52]. На наш взгляд, сюда также можно отнести квантовое обучение, предложенное американскими авторами Б. Депортер и М. Хенаки [16], методику ускоренного обучения Б.Ц. Бадмаева на основе ОСВД (оперативной схемы выполнения действий) и ООД (ориентировочной основы действий) [5] и некоторые другие. Эти подходы к обучению являются целостными системами и включают в себя такие элементы, как развлечения, игры, рисование, позитивное мышление, физическое и эмоциональное здоровье, использование внутренних ресурсов и возможностей. Подобные эмоциональные элементы задействованы в большей или меньшей степени в зависимости от конкретной обучающей технологии, но в совокупности все они отвечают задачам адаптивной образовательной системы. Определяющим признаком адаптивной школы является развитие способности личности к самосовершенствованию и самореализации. Педагогические технологии адаптивной школы приспосабливаются к внешней среде, и сами влияют на нее. Они приспосабливаются также к интеллектуальной, эмоционально-оценочной и поведенческой сферам каждого участника педагогического процесса.

Г.К. Селевко рассматривает технологию интенсификации обучения на основе схемных и знаковых моделей учебного материала как опыт В.Ф. Шаталова. По нашему мнению, ее границы значительно шире, и опыт Шаталова - лишь одно из ее проявлений. Расширяя границы данной технологии, предлагаем и более емкое ее название, а именно: технология визуализации учебного материала, понимая под этим не только знаковые, но и некоторые другие образы «визуализации», выступающие на первый план в зависимости от специфики изучаемого объекта. Это могут быть следующие базовые элементы зрительного образа: точка, линия, форма, направление, тон, цвет, структура, размер, масштаб, движение. Присутствуя в той или иной степени в любом зрительном образе, эти элементы кардинально влияют на восприятие и освоение человеком учебной информации. Интенсификация учебно-познавательной деятельности происходит за счет того, что и педагог, и обучаемый ориентируются не только на усвоение знаний, но и на приемы этого усвоения, на способы мышления, позволяющие увидеть связи и отношения между изучаемыми объектами, а значит, связать отдельное в единое целое. Технология визуализации учебной информации - это система, включающая в себя следующие слагаемые: комплекс учебных знаний; визуальные способы их предъявления; визуально-технические средства передачи информации; набор психологических приемов использования и развития визуального мышления в процессе обучения.

Технология визуализации учебного материала перекликается с педагогической концепцией визуальной грамотности, которая возникла в конце 60-х годов XX века в США. Эта концепция основывается на положениях о значимости визуального восприятия для человека в процессе познания мира и своего места в нем, ведущей роли образа в процессах восприятия и понимания, необходимости подготовки сознания человека к деятельности в условиях все более «визуализирующегося» мира и увеличения информационной нагрузки [48].

Информационная насыщенность современного мира требует специальной подготовки учебного материала перед его предъявлением обучаемым, чтобы в визуально обозримом виде дать учащимся основные или необходимые сведения. Визуализация как раз и предполагает свертывание информации в начальный образ (например, в образ эмблемы, герба и т.п.). Следует учитывать также возможности использования слуховой, обонятельной, осязательной визуализации, если именно эти ощущения являются значимыми в данной профессии.

Эффективным способом обработки и компоновки информации является ее «сжатие», т.е. представление в компактном, удобном для использования виде. Разработкой моделей представления знаний в «сжатом» виде занимается специальная отрасль информационной технологии - инженерия знаний. Дидактическая адаптация концепции инженерии знаний основана на том, что, «во-первых, создатели интеллектуальных систем опираются на механизмы обработки и применения знаний человеком, используя при этом аналогии нейронных систем головного мозга человека. Во-вторых, пользователем интеллектуальных систем выступает человек, что предполагает кодирование и декодирование информации средствами, удобными пользователю, т.е. как при построении, так и при применении интеллектуальных систем учитываются механизмы обучения человека» [58]. К основам сжатия учебной информации можно отнести также теорию содержательного обобщения В.В. Давыдова, теорию укрупнения дидактических единиц П.М. Эрдниева. Под «сжатием» информации понимается прежде всего ее обобщение, укрупнение, систематизация, генерализация. П.М. Эрдниев утверждает, «что наибольшая прочность освоения программного материала достигается при подаче учебной информации одновременно на четырех кодах: рисуночном, числовом, символическом, словесном» [62]. Следует также учесть, что способность преобразовывать устную и письменную информацию в визуальную форму является профессиональным качеством многих специалистов. Следовательно, в процессе обучения должны формироваться элементы профессионального мышления: систематизация, концентрация, выделение главного в содержании.

Методологический фундамент рассматриваемой технологии составляют следующие принципы ее построения: принцип системного квантования и принцип когнитивной визуализации.

Системное квантование вытекает из специфики функционирования мыслительной деятельности человека, которая выражается различными знаковыми системами: языковыми, символическими, графическими. Всевозможные типы моделей представления знаний в сжатом компактном виде соответствуют свойству человека мыслить образами. Изучение, усвоение, обдумывание текста - как раз и есть составление схем в уме, кодировка материала. При необходимости человек может восстановить, «развернуть» весь текст, но его качество и прочность будет зависеть от качества и прочности этих схем в памяти, от того, созданы они интуитивно студентом или профессионально - преподавателем. Это довольно сложная интеллектуальная работа и студента надо последовательно к ней готовить.

Наибольший эффект в усвоении информации будет достигнут, если методы ведения записей соответствуют тому, как мозг хранит и воспроизводит информацию. Физиологи П.К. Анохин, Д.А. Поспелов доказывают, что это происходит не линейно, списком, аналогично речи или письму, а в переплетении слов с символами, звуками, образами, чувствами. Спецификой работы мозга обосновывают свою систему квантового обучения американские ученые-педагоги Б. Депортер и М. Хенаки. Их вклад в способы создания моделей учебного материала - это «Карты памяти», «Записи фиксирования и создания», «Метод группирования».

Принцип системного квантования предполагает учет следующих закономерностей:

· учебный материал большого объема запоминается с трудом;

· учебный материал, расположенный компактно в определенной системе, лучше воспринимается;

· выделение в учебном материале смысловых опорных пунктов способствует эффективному запоминанию.

Принцип когнитивной визуализации вытекает из психологических закономерностей, в соответствии с которыми эффективность усвоения повышается, если наглядность в обучении выполняет не только иллюстративную, но и когнитивную функцию, то есть используются когнитивные графические учебные элементы. Это приводит к тому, что к процессу усвоения подключается «образное» правое полушарие. В то же время «опоры» (рисунки, схемы, модели), компактно иллюстрирующие содержание, способствуют системности знаний. По мнению З.И. Калмыковой, абстрактный учебный материал, прежде всего, требует конкретизации, и этой цели соответствуют различные виды наглядности - от предметной, до весьма абстрактной, условно-знаковой. «При восприятии наглядного материала человек может охватить единым взглядом все компоненты, входящие в целое, проследить возможные связи между ними, произвести категоризацию по степени значимости, общности, что служит основой не только для более глубокого понимания сущности новой информации, но и для ее перевода в долговременную память» [28].

Визуальное отображение принципов представлено на рисунке 8.1.

ОУСГ - обобщение, укрупнение, систематизация, генерализация;

СО - сигнальные опоры;

МД - мыслительная деятельность, реализуемая через знаковые системы.

Рис. 8.1. Визуальное представление принципов когнитивной визуализации и системного квантования

Г.К. Селевко утверждает, что любую систему или подход к обучению можно признать технологией, если она удовлетворяет следующим критериям: наличие концептуальной основы; системность (целостность частей); управляемость, то есть возможность планировать, проектировать процесс обучения, варьировать средства и методы с целью получения запланированного результата; эффективность; воспроизводимость [52].

Суть рассматриваемой технологии, по нашему мнению, сводится к целостности трех ее частей.

1. Систематическое использование в учебном процессе визуальных моделей одного определенного вида или их сочетаний.

2. Научение студентов рациональным приемам «сжатия» информации и ее когнитивно-графического представления.

3. Методические приемы включения в учебный процесс визуальных моделей. Работа с ними имеет четкие этапы и сопровождается еще целым рядом приемов и принципиальных методических решений.

1.2 Визуальное мышление и проблемы восприятия и понимания учебной информации

Американский психолог Рудольф Арнхейм ввел термин «визуальное мышление», а его работы положили начало современным исследованиям роли образных явлений в познавательной деятельности. Суть визуального мышления лучше всего иллюстрирует пример самого Р. Арнхейма. Петру и Павлу задали одну и туже задачу: «Сейчас 3 часа 40 минут, сколько времени будет через полчаса?» Петр поступает так: Он помнит, что полчаса - это тридцать минут, поэтому надо 30 прибавить к 40. Так как в часе только 60 минут, то остаток в 10 минут перейдет в следующий час. Так он приходит к ответу: 4 часа 10 минут.

Для Павла час - это круглый циферблат часов, а полчаса - половина этого круга. В 3 часа 40 минут минутная стрелка стоит под косым углом слева на расстоянии двух пятиминутных делений от вертикали. Взяв эту стрелку за основу, Павел разрезает диск пополам и попадает в точку, которая находится в двух делениях справа от вертикали, на противоположной стороне. Так он получает ответ и переводит его в числовую форму: 4 часа 10 минут.

И Петр, и Павел решили эту задачу мысленно. Петр переводит ее в количества, не связанные с чувственным опытом. Он производил операции с числами по тем правилам, которые он усвоил с детства: 40+30=70; 70 - 60=10. Он мыслил «интеллектуально». Павел же применил в этой задаче соответствующий визуальный образ. Для него целое - это простая законченная форма, половина - это половина этой формы, а ход времени - это не увеличение арифметического количества, а круговое движение в пространстве [3].

Это и есть «визуальное» мышление, то есть мышление посредством визуальных операций. Другими словами, визуальные образы являются не иллюстрацией к мыслям автора, а конечным проявлением самого мышления. В отличие от обычного использования средств наглядности, работа визуального мышления есть деятельность разума в специальной среде, благодаря которому и становится возможным осуществить перевод с одного языка предъявления информации на другой, осмыслить связи и отношения между ее объектами. А.Р. Лурия, исследуя познавательные процессы, выделил «ум, который работает с помощью зрения, умо-зрительно».

В конечном счете, мышление едино: если преподаватель активизирует визуальное мышление своих учеников (даже не совсем осознанно и опосредованно), то тем самым воздействует на их мышление «в целом».

Другой пример Р. Арнхейма касается рисунков шестилетней американской девочки, которая при помощи червонных сердечек изображает руки, носы, кулоны, лиф платья - декольте и т.д. Сердечко - это простая и удобная форма, но девочка применяет ее совершенно оригинально. Она открыла шаблон, который соответствует ее собственному чувству формы и в то же время отвечает внешнему виду очень многих вещей в этом мире. Этот пример подтверждает, что форма визуализации - это субъективное образование, и каждый способен создать свой собственный образ предлагаемой информации и не всегда может понять образы, предлагаемые учителем.

Активное владение наглядным материалом возможно только в том случае, когда объекты мышления при помощи образа наглядно объясняются. Иногда преподаватели считают, что простой показ картинок, изображающих определенный объект, позволяет студентам тут же подхватить мысль. Это не всегда оправдано. Никакую информацию о предмете не удается непосредственно передать наблюдателю, если не представить этот предмет в структурной ясной форме. Педагог должен помочь восприятию, но не словами, а структурированием рисунка. Каждая фраза, раскрывающая содержание отдельного утверждения учебной теории может быть зафиксирована в виде знаков, схем или рисунка. Именно эти образы и применяются для восприятия, усвоения и переработки информации. Впоследствии любую знаковую информацию студент сможет подразделить на отдельные относительно самостоятельные образования, среди которых встретятся знакомые, одинаковые или же неизвестные. Исследования психологов подтверждают, что «восприятие не является результатом простой поточечной передачей изображения из рецепторов в мозг. При восприятии некоторой картины человек группирует одни ее части с другими частями, так что вся картина в целом воспринимается как нечто определенным образом организованное» [46]. Аналогично этому, любая учебная информация, содержащая наглядность, компонуется в сознании студентов из знакомых и подлежащих усвоению учебных элементов в единый визуальный образ. Как верно отметил Р. Арнхейм, «восприятие и мышление нуждаются друг в друге, их функции взаимодополнительны: восприятие без мышления было бы бесполезно, мышлению без восприятия не над чем было бы размышлять» [46]. Важно, чтобы они, дополняя друг друга, образовывали бы новую ступень мышления - визуально-логическую (умо-зрительную, по А.Р. Лурии). Активное восприятие знаковой учебной информации требует специальной организации, продуманных способов подачи учебного материала.

Обобщенная схема организации и предъявления учебного материала, как правило, включает в себя три звена, взаимообусловленных и тесно связанных между собой:

1 - набор изученных ранее известных учебных элементов (ИУЭ);

2 - главное содержание целенаправленной деятельности студентов, основные учебные элементы (ОУЭ);

3 - элементы учебного материала, который лишь впоследствии должен стать основным, а пока как бы предвосхищает часть будущего материала (БУЭ).

Первое и третье звенья являются второстепенными, но они представляют собой фон для усвоения главного основного материала второго звена. Это можно представить в виде следующей схемы.

Таким образом, обучение ведется, опираясь на прошлое и будущее с учетом трех закономерностей нашей памяти (оперативной, кратковременной и долговременной). Технология визуализации учебной информации позволяет максимально учитывать данную закономерность. Предварительно бегло просматривая изображение, студент перемещает взгляд от одной детали к другой, сравнивает их, возвращаясь к основным моментам каждого фрагмента, анализирует отдельные элемента. Повторение отдельных этапов, неоднократное совершенствование навыков визуальной деятельности направлены на распознавание и формирование целостной системы, отвечающей поставленной задаче. Такая система быстро восстановится всякий раз, как возникнет необходимость, даже по истечении значительного времени. Ученые называют это «работой визуального мышления» [46].

Н.А. Резник исследует особенности визуального мышления на примере математических дисциплин и выделяет следующие средства визуального представления информации:

чертеж - самое жесткое средство геометрического способа предъявления информации;

формульный способ, который хоть и можно отнести к визуальной форме, мало ассоциируется с наглядными представлениями студентов;

символически-наглядные средства, то есть условные знаки, которые своими начертаниями дают возможность визуального восприятия их смысла.

К этим основным средствам следует добавить ассоциативные опорные сигналы, изобретенные В.Ф. Шаталовым, в которых за одним словом, знаком, цифрой в воображении учеников разворачиваются целые картины образов.

Чтобы студент в любой момент мог письменно или устно расшифровать каждое из нестандартных обозначений, Н.А. Резник правомерно рассматривает также словесный способ предъявления информации, который предполагает выбор специальных терминов, составление определений, отработку формулировок законов и правил.

Из этих основных элементов визуальных средств компонуются различные формы специальным образом структурированной информации, работа с которыми и является методической составляющей технологии визуализации.

Изучая процессы понимания, психологи констатируют факт, что учебная информация может быть воспринята, но не понята или недостаточно понята. Понимание текста стало предметом изучения лишь в начале 80-х годов. Понимание рассматривается как трехступенчатый процесс. Первая ступень связана с пониманием предложений, переводом их в глубинные структуры, которые могут быть описаны как своего рода «фреймы», а вторая - с пониманием связного текста, поиском межпозиционных связей при помощи процедуры логического вывода, умозаключения и т.п. Третья ступень заключается в использовании знаний, имеющих отношение к тексту.

Особую важность имеют в этой связи исследования психолингвистов, которые установили феномен неоднозначности понимания одного и того же текста разными учащимися. Именно в феномене неоднозначности или интерпретации текста кроется одна из причин трудности процесса понимания.

Ученые в области психосемиотики установили и другие психологические особенности понимания текстовых форм (учебников, инструкций, текстовых документов), которые заключаются:

в несоответствии логики написания текстовых форм с психологией «пользователя»;

зависимости содержания познавательного образования от перцептивных возможностей студентов с разными когнитивными стилями и разными уровнями развития;

рассогласованности логики текстовых форм с логикой и структурой действий обучаемого.

В современных подходах к обучению все шире используются наработки НЛП (нейро-лингвистического программирования) - не только в психологии общения, но и в частных дидактиках. С точки зрения НЛП-подхода, у человека существует несколько репрезентативных систем. Каждая система - это совокупность элементов, позволяющих представлять (репрезентировать) в психике необходимую информацию. По характеру доминирующей модальности представления информации репрезентативные системы делятся на:

визуальную - в виде образов (доминирует зрение);

аудиальную - в виде звуков и слов (доминирует слух);

кинестическую - (доминируют двигательные ощущения);

полимодальную - (преобладают обобщенные представления, мыслительные процессы).

Такое деление соответствует описанным П.П. Блонским видам памяти: «Моторная память или память-привычка, образная память или память-воображение, логическая память или память-рассказ». Педагогу полезно знать основные характеристики учащихся «визуалов», «аудиалов» и «кинестиков».

«Визуалы», запоминая и вспоминая, видят конкретные образы, стараются буквально увидеть то, о чем читают. Тогда знания, абстрактные для других, становятся для них образными и конкретными. Внешне их можно отличить по активной жестикуляции, они артистичны. Быстрее других усваивают информацию, подаваемую в виде демонстрации карт, графиков, наглядных пособий. «Визуалу» при выполнении учебного задания необходимы ясные и конкретные инструкции. Для них конспект и учебник лучше, чем устная речь.

«Аудиалы», запоминая и вспоминая, слышат слова, лучше усваивают устное объяснение, подробное, с причинно-следственными связями. Даже хорошо выучив урок, будут отвечать с продолжительными паузами, если последовательность вопросов не соответствует логике изложения материала. Такому учащемуся иногда надо напомнить начало, чтобы дальше он сам прекрасно ответил. Сложности они испытывают при предъявлении незавершенных творческих инструкций. Такие учащиеся обладают хорошей грамотной речью, легко и правильно выполняют задания «по аналогии».

«Кинестиков» легко выделить внешне по поведению: их отличает постоянная отвлекаемость от процесса обучения, повышенная саморазвлекаемость. Но именно эти студенты быстрее других делают лабораторные работы и работы на компьютере, лучше усваивают материал, если им дают возможность проявить самостоятельность.

Исследования показывают, что хорошо успевающие студенты владеют, кроме ведущей, еще одной дополнительной системой хранения информации, а слабоуспевающие - не используют дополнительных систем. Поэтому, если способ передачи знаний отличается от соответствующей этому студенту репрезентативной системы, то ему необходимо дополнительное время для «перевода» получаемой информации в привычную форму или ассоциации. Таких временных пауз в реальном учебном процессе ему не предоставляют.

Технология визуализации направлена на более полное и активное использование природных возможностей студентов за счет интеллектуальной доступности подачи учебного материала. Сочетание визуального образа, текста, устного пояснения преподавателя подводит студента к стереоскопичности восприятия, которая многократно усиливается при использовании возможностей компьютера. Полисенсорное восприятие учебной информации не просто позволяет каждому студенту обучаться в наиболее благоприятной, органичной для него системе, но, главным образом, стимулирует развитие второстепенной для данного студента репрезентативной системы восприятия.

1.3 Разработка структуры учебной информации и ее наглядное представление

Специалисты в области визуального мышления разделяют процесс восприятия и переработки визуальной информации на три этапа.

Первый этап выступает как анализ ее структуры. Ему должны соответствовать два важнейших параметра: нацеленность студентов на активное (продуктивное) восприятие и специальная организация учебного материала.

На втором этапе происходит создание новых образов. При этом умственные усилия студентов направлены на формирование целостной системы, отвечающей поставленной задаче.

Третий этап по своим целям и учебным возможностям можно отнести к поисковой деятельности. В этом случае любая формула, рисунок или схема подразумевают подсказку [46].

Как правило, учебная программа позволяет преподавателю варьировать объем и последовательность содержания в зависимости от конкретной цели. Цели изучения материала соответствуют уровням его усвоения (по В.П. Беспалько) - это может быть опознание, воспроизведение, конструирование или трансформация. Между элементами содержания необходимо наметить связи, причем не все, а лишь самые существенные с точки зрения самого преподавателя. Связи и будут определять конкретную структуру и последовательность изложения учебного материала. Обычно преподаватель выбирает последовательность эмпирическим путем, интуицией или просто здравым смыслом. Практика показывает, что разные преподаватели при изложении одного и того же учебного материала используют неодинаковые связи, то есть по-разному структурируют учебную информацию. Даже один и тот же преподаватель, но с разными аудиториями или в разные годы структурирует содержание по-разному.

Часто изложение информации строится в соответствии с логикой той науки, основы которой излагаются, хотя это и не всегда оправдано. Нужно учитывать и специфику познавательной деятельности, и доступность, и ту деятельность, к которой готовится обучаемый. Применительно к профессиональному обучению особенно важно учитывать цели обучения, которые, в свою очередь, определяются той деятельностью, к которой готовится обучаемый. С позиций этой деятельности и должен рассматриваться вопрос о существенности тех или иных связей и в целом последовательности изучения учебного материала. Например, если стоит задача подготовить эксплуатационника, способного быстро обнаружить и устранить неисправность, появившуюся в процессе эксплуатации автомобиля, то неисправности следует изучать в такой последовательности: признак, возможные причины, способ обнаружения и устранения неисправности. Если же стоит задача подготовки специалиста по диагностике, от которого требуется предупреждение выхода неисправной машины в рейс, то целесообразно принять иную последовательность: способ выявления неисправности, признак ее наличия, рекомендации по устранению [55].

Технологический подход к организации процесса обучения требует определения оптимальной структуры. Для этого следует руководствоваться следующими принципами, предложенными В.Я. Сквирским:

· принцип минимизации требует исключить все, что можно, без ущерба для цели. Когда это требование игнорируется, то информация отбирается по противоположному принципу: «Это не помешает» или «Это может пригодиться»;

принцип объективно существующих связей, то есть тех связей, информация о которых должна быть усвоена обучаемыми;

принцип историзма, то есть соответствие структуры истории развития изучаемого объекта;

принцип логического следования, то есть отражение в структуре информации причинно-следственных связей между ее элементами;

принцип подчиненности, отражающий иерархическую структуру информации;

принцип соответствия структуры учебной информации характеру практической деятельности, к которой готовится обучаемый;

принцип соответствия структуры учебной информации закономерностям познавательной деятельности.

Заранее разработанная структура может фиксироваться в памяти преподавателя, но обычно она представлена в различных методических документах. Самыми простыми и распространенными формами являются полный текст изложения и его план. Полный текст изложения однозначно определяет ее структуру, но недостаточно обозрим, не дает о ней наглядного представления и, следовательно, не позволяет оценить ее оптимальность. План более обозрим, отражает принятую структуру, но не содержит деталей и структурных связей, вследствие чего изложение может варьироваться.

Гораздо более эффективно отображать содержания учебного материала наглядно. Для этого используют такие формы как графы, спецификации учебных элементов, матрицы, конспект-схемы и т.п. Характерно, что они могут сочетаться друг с другом. Например, перед конструированием графа рекомендуется составить спецификацию учебных элементов, а опорный конспект может более подробно иллюстрировать графическую форму структуры. Практика показывает, что даже, если преподаватель предварительно структурирует учебную информацию со всеми ее связями и отношениями, то спецификации, графы и прочие «строгие» формы оставляет для себя, а студентам предлагает более «образные» визуальные материалы. Это не всегда оправданно, поскольку каждая форма имеет свои достоинства и издержки, и при совместном применении они могут существенно дополнять друг друга.

Структурирование содержания учебной информации начинается с выделения основных учебных элементов и установления связей между ними.

Учебный элемент (УЭ) - это подлежащая усвоению логически законченная часть информации. При анализе структуры учебный элемент является неделимой частью информации в данном конкретном случае. Неделимость УЭ - понятие условное и в другом случае при более подробном рассмотрении вопроса может детализироваться. И, наоборот, если подробное рассмотрение не требуется, данный УЭ может войти в УЭ более высокого порядка. Таким образом, каждый учебный элемент является носителем собственной информации, отсутствующей в других учебных элементах.

В зависимости от конкретного содержания учебной информации в качестве учебного элемента могут быть: определение понятия, факт, явление, процесс, закономерность, принцип, способ действия, характеристика объекта, вывод или следствие. Следует иметь в виду, что способ выражения понятия (формула, график) не является учебным элементом.

Структура создается всей совокупностью учебных элементов, включенных в определенные связи. Можно выделить следующие типы связей: взаимодействие, порождение, преобразование, строение, управление и функциональные связи. Часто связь сама выступает как учебный элемент, то есть как информация, подлежащая усвоению.

Остановимся более подробно на конструировании спецификации учебных элементов и построении графа учебной информации.

Спецификация учебных элементов. Для составления спецификации учебных элементов необходимо провести структурно-логический анализ содержания, то есть выделить сами УЭ, а также установить связи между ними. Выделенные УЭ следует дифференцировать, во-первых, по уровням усвоения понятий: знакомство, воспроизведение, применение, трансформация. Во-вторых, вычленить опорные и новые понятия. На основе опорных понятий формируются новые знания и приемы умственной и практической деятельности. Новые же понятия впервые формируются на этом занятии.

Между опорными и новыми понятиями возможны различные связи, что и определяет структуру учебного материала.



Спецификация учебных элементов как форма наглядного отображения структуры учебного материала, представляет собой таблицу, в которой представлены: перечень изучаемых понятий, уровни их усвоения и время изучения (то есть, опорное это понятие или новое), иногда добавляется тип ООД (ориентировочной основы действий) и условное обозначение. Как правило, понятие №1 совпадает с темой. Типы ООД могут различаться на основании основных характеристик: по обобщенности (конкретные и обобщенные), по полноте (полные и неполные) и по способу получения (составленные самостоятельно или предъявленные в готовом виде). Введение условных обозначений поможет впоследствии при разработке опорных конспектов и других знаковых моделей информации. Пример спецификации учебных элементов показан в таблице 8.1.

Таблица 8.1.

Фрагмент спецификации учебных элементов темы «Механические свойства строительных материалов»

Опорные понятия	Новые понятия	№ п/п	УЭ	Условные обозначения	Уровень усвоения
+		1	Механические нагрузки		2
+		2	Деформации		2
	+	3	Прочность		3
	+	4	Твердость		2
	+	5	Упругость		2
	+	6	Пластичность		2
	+	7	Хрупкость		2

Графы учебной информации. Методика построения графа подробно изложена в пособиях М.И. Ерецкого и В.Я. Сквирского [55].

Граф - это схема, показывающая, каким образом множество точек (вершин) соединяется множеством линий (ребер). Граф учебной темы отображает структуру учебной информации. Вершина в графе отображает учебный элемент, а ребро - связь между учебными элементами, которая является существенной с точки зрения преподавателя, разрабатывающего структуру. Поскольку возможны различные структуры учебной информации, могут быть и разные формы графа.

1. Линейный граф. Это самая простая форма графа. При такой структуре каждый предыдущий учебный элемент связан только с одним последующим. Такая структура при изложении учебного материала используется редко. Графически такая структура выглядит так:

2. Дедуктивный (древовидный) граф. Начальная вершина такого графа совпадает с исходным учебным элементом. Пример дедуктивного графа приведен на рисунке 8.2. На графе указаны: учебные элементы с соответствующими им порядковыми номерами; связи между учебными элементами и наименования оснований совокупности учебных элементов, расположенных на одной и той же горизонтали - порядке. Наименования учебных элементов приведены в таблице 8.2.

Рис. 8.2. Граф темы “Формы структурирования учебной информации”

Таблица 8.2.

Наименования учебных элементов

№ уч. эл.	Наименование учебных элементов	№ уч. эл.	Наименование учебных элементов
1.	Формы отображения структуры	14.	Наглядность
2.	Заблаговременное составление	15.	«Скрытость» деталей
3.	Экспромт	16.	Наглядность
4.	В памяти	17.	Выделение существенного
5.	В методических документах	18.	Неадекватность целям
6.	Полный текст	19.	Наглядность
7.	План	20.	Однозначность понимания
8.	«Опорный конспект»	21.	Высокая степень детализации
9.	Графическая форма	22.	Опора на логические связи
10.	Матричная форма	23.	Компактность
11.	Однозначность	24.	Обозримость
12.	Недостаточная обозримость	25.	Простота оценки структуры
13.	Затрудненность оценки структуры	26.	Отсутствие дидактических и информативных возможностей

3. Индуктивный граф. Это тоже древовидный граф, но его вершины обращены вниз. Изложение ведется от частного к общему, от элементов к целому. Вид такого графа приведен на рисунке 8.3.

Рис. 8.3. Индуктивный граф

Один и тот же учебный материал может выстраиваться по-разному в зависимости от поставленной цели. Соответственно меняется и форма графа. На рисунке 8.4. представлено два варианта изложения темы «Дефекты обработки поверхности». В первом случае цель - изучить способы устранения каждого дефекта в отдельности, а во втором - выяснить, какой способ является общим для разных дефектов.

Рис. 8.4. Зависимость структуры информации от целей ее усвоения

С методической точки зрения, иерархия изучаемых понятий, представленная в виде графа помогает обосновать формулу организации учебной деятельности (УД), предложенную В.П. Беспалько:

УД = ООД + ИД + КД + Крд. Д.

Первые горизонтали графа создают ориентировочную основу действий (ООД), далее идет содержание исполнительской деятельности (усвоить, понять, определить), а на последней горизонтали - содержание контролирующих действий, то есть то, что выводится после основной информации и исполнительской деятельности [61].

1.4 Схемно-знаковые модели представления знаний

«Сжатие» и визуализация учебной информации технологически может быть достигнута разными методическими приемами и соответственно этому известны разнообразные схемно-знаковые модели представления знаний. Здесь полный простор для творческой инициативы преподавателя и студента. В качестве примера приведем наиболее популярные в вузовской системе формы представления учебной информации.

1. Логическая структура учебной информации в форме графа.

Как правило, граф в качестве визуального средства обучения в практике используется редко. Тем не менее, его можно эффективно использовать в качестве ООД на вводной лекции, либо как «Резюме» на заключительной лекции. Овладев методикой составления графов, студенты легко могут самостоятельно справляться с большими объемами работы с текстом, а преподаватель - осуществлять оперативный контроль усвоения ими учебного материала. Пример графа учебной информации приведен на рисунке 8.3.

2. Продукционная модель представляет собой набор правил или алгоритмических предписаний для представления какой-либо процедуры решения. Если обычная инструкция состоит из нескольких, а иногда и большого количества правил (продукций), то продукционная модель сводит их в одну визуальную композицию со всеми связями и разветвлениями. Как вариант этой модели можно предложить схемы, («учебные карты»), разработанные Б.Ц. Бадмаевым: карты ООД (ориентировочная основа действий) и карты ОСВД (оперативная схема выполнения действий) [5]. В основу «учебных карт» положена теория поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина и структура учебно-познавательной деятельности:

УД = ООД + ИД + КД.

Схема ООД - это учебно-методическое средство, представляющее собой структурно-логическую схему практического действия, помогающую правильно ориентировать двигательные, перцептивные, мыслительные и речевые действия. Само понятие «схема здесь носит условный характер, так как может быть реализована и в других методических ориентируемых средствах» [5].

Составление алгоритма ООД начинается с психологического анализа той деятельности, которой предстоит обучать, а это, прежде всего, определение цели деятельности и конечного результата, в котором эта деятельность должна воплотиться. Уяснив цель деятельности, необходимо разобраться в конкретных действиях, благодаря которым эта цель достигается на практике. Кроме того, следует уяснить, почему допускаются наиболее типичные ошибки. После общего психологического анализа деятельности проводится структурирование деятельности на составляющие ее действия - отдельные операции. Таким образом, подробная структура деятельности и каждого входящего в ее состав действия дает наглядную картину того, «что и за чем, с помощью чего и для чего выполняется» [5]. Определенную трудность, особенно для непсихологов, представляет психологический анализ деятельности и выбор способа реализации схемы ООД. Но, будучи раз составлена, она может с легкостью применяться любым преподавателем, а также самими студентами в процессе самообучения. На рисунке 8.5. представлен пример схемы ООД по выполнению мыслительных действий из области правовой деятельности.

Рис. 8.5. Фрагмент схемы ООД «Дисциплинарная ответственность работника»

Если ООД - это алгоритм решения конкретной задачи, то ОСВД представляет собой общий алгоритм учебной деятельности по решению задач с опорой на схемы ООД. «Оперативная схема выполнения действий» показывает логику анализа задачи, направляет ход мыслительных поисков, физических или сенсорных действий с условиями заданной задачи, с тем, чтобы получить требуемый результат. Схема ОСВД приведена на рисунке 8.6.

Следует отметить, что учебные карты Б.Ц. Бадмаева - это лишь один из вариантов предъявления ООД и один из вариантов продукционной модели.

3. Логическая модель чаще всего используется для записи математических аксиом и теорем с использованием логики предикатов, что позволяет сократить количество записываемых «знаков» в несколько раз. Например, словесное изложение теоремы «Если две прямые а и в параллельны третьей прямой с, то они параллельны между собой» можно сжать до следующего вида: (а || с, в || с) > (а || в ). В данной словесной записи 67 знаков, а в логической модели - всего 15.

Рис. 8.6. Оперативная схема выполнения действий (ОСВД)

Такая форма записи позволяет отказаться от указаний типа «Очевидно, что …», «Отсюда следует …» и т.п. Анализируя учебники по разным предметам, можно встретить значительные порции описательной информации, которые бывают настолько велики, что, достигнув конца фрагмента текста студенты нередко забывают, о чем говорилось выше, теряют нить рассуждений, не могут соединить отдельные высказывания.

Логические модели широко используют преподаватели не только математики, но и других, в том числе гуманитарных, предметов. Многие студенты совершенствуют конспектирование лекций, переводя развернутое изложение преподавателя в форму логической модели.

4. Модель семантической сети. Как правило, используется для раскрытия объема понятия, то есть тех разновидностей, которые характеризуют данный предмет. Примером семантической сети могут служить формально-логические приемы отражения блоков информации большого масштаба. Графы, блок-схемы, терминологические гнезда также являются разновидностями семантических сетей. По мере их построения не только расширяется объем понятия, но и устанавливаются межпонятийные связи с выше, ниже, рядом стоящими понятиями. На рисунке 8.7. приведена семантическая сеть моделей представления знаний.

Рис. 8.7. Модели представления знаний

Использование семантических сетей позволяет изменить взгляд на сами принципы изложения учебной информации - становится возможным активный зрительный анализ структуры учебного материала. При этом объем текстовой информации уменьшается, опускается большинство из промежуточных логических операций, тщательные и подробные выкладки заменяются образами. Представление факта становится возможным провести визуально без подробного текстового описания.

Рис. 8.8. Когнитивно-графические элементы «Древо» и «Здание»

Когнитивно-графические элементы «Древо» и «Здание» строятся по принципу блок-схем. Здесь важна последовательность основных компонентов в изучаемой теории: основание - ядро - приложение. В основании, как правило, представлены опорные понятия, факты, способы действий, актуализация которых необходима для изучения ее ядра. Приложение содержит учебный материал, обеспечивающий реализацию внутрипредметных, межпредметных связей и выход на практику.

Специальные исследования о влиянии формы предъявления ООД на результат усвоения показывает, что эти модели эффективно влияют на процесс обучения, так как техника их построения основывается на методе восхождения от абстрактного к конкретному. «Здание» темы целесообразно использовать для отражения структуры какой-либо фундаментальной теории, изучение которой необходимо в дальнейшем при изучении многих тем. Схематично «Здание» состоит из «фундамента» (методологический уровень), «корпуса» (теоретический уровень), «крыши» (прикладной уровень) [58]. На рисунке 8.8. показаны вариант представления когнитивно-графических моделей «Древо» и «Здание». Модель «Древо» по теме «Методы дифференцирования» представлена на рис. 8.9.



Рис. 8.9. «Древо» методов дифференцирования

Техника конструирования «Здания» на примере вводной темы в курс «Методика преподавания строительных дисциплин» представлена на рисунке 8.10. Здание строится на фундаменте из основных дидактических принципов. Лестница - это содержание предмета, освоение которого продвигает студента от «основания» теории к «крыше» - практике. От первого к верхним этажам усложняются и активизируются методы и формы обучения. Вход в здание соответствует исходному уровню знаний по основным фундаментальным дисциплинам. Крыша представляет собой практическое использование теоретических знаний в частных методиках строительных дисциплин.



Рис. 8.10. Когнитивно-графическое здание предмета «Методика преподавания строительных дисциплин»

5. Фреймовая модель. (Фрейм - рамка, остов, скелет, минимальное описание явления). Фрейм в технологии обучения - это единица представления знаний, заполненная в прошлом, детали которой при необходимости могут быть изменены согласно ситуации. Обычно фрейм состоит из нескольких ячеек (слотов), каждый из которых имеет свое назначение.

Наименование: КНИГА
Атрибуты
ПЕРЕПЛЕТ	ОГЛАВЛЕНИЕ
ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ	ВВЕДЕНИЕ
ТЕКСТ	РАЗДЕЛЫ
АННОТАЦИЯ	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ИЛЛЮСТРАЦИИ	ПРИЛОЖЕНИЕ
ОБЪЕМ	ФОРМАТ	…

Рис. 8. 11. Фрейм книги

М.А. Чошанов предлагает использовать проблемные фреймы, основные элементы которых и их условные обозначения приведены на рисунке 8.12. Пример проблемного фрейма по химии приведен на рисунке 8.13.

Рис. 8.12 Структура фрейма проблемы



Рис. 8.13. Фрейм проблемы по теме «Жесткость воды»

6. Схемоконспект или конспект-схема может рассматриваться как частный случай фреймовой модели. Ее автор В.М. Каган основывает применение конспектов-схем тем, что восприятие образов и явлений зависит от глубины проникновения в них. Лучше запоминаются те образы, которые раскрыты со всех сторон и на всех уровнях [26]. Это относится к любому объекту изучения. Так, образ самолета воспринимается на первом уровне глубины проникновения в образ как его внешнее описание (фюзеляж, крылья), на втором уровне - взаимодействие с окружающей средой (подъемная сила, скорость), на третьем уровне воспринимаются процессы и явления, происходящие в двигателе, турбине, крыле. В.М. Каган выделяет пять уровней глубины и связывает их определенным образом в конспект-схему. По периметру схемы располагаются блоки, отражающие: внешнее описание объекта изучения; взаимодействие его с окружающим миром; внутренние механизмы, процессы, гипотезы; применение теории в практике. В центре схемы расположен блок с указанием на нерешенные в данной области проблемы. Расположение блоков в конспект - схеме изображено на рисунке 8.14.

Рис. 8.14. Структура конспект-схемы рассматриваемой темы

В блоки А, Б, В заносится то, что студент должен знать, а в блок Г и Д - то, что он должен уметь. Стрелки показывают связи между частями. На блок нерешенных проблем (часть Д в центре) оказывают влияние все части, то есть проблемы могут быть на любом уровне глубины.

Специфика содержания учебного предмета и учебные цели его изучения помогают преподавателю разработать собственную структуру схемоконспекта. Например, в курсе «Методика преподавания строительных дисциплин» изучаются частные методики изложения отдельных строительных предметов. Рассмотрим конспект-схему методики изучения спецтехнологии каменных работ, представленную на рисунке 8.15. Часть А - это знакомство с учебной программой и возможные типы ООД. Часть Б - методические особенности изложения основных теоретических вопросов, выделение основных понятий и связей между ними. Часть В - обобщение и систематизация темы, выходной контроль. Часть Г - возможности активизации мышления и создание проблемных ситуаций. Часть Д (центр) - «эмблема» предмета и место для реализации творчества студентов.

Конспект-схемы можно эффективно использовать для проведения практических занятий. Тогда наполнение основных блоков несколько меняется с учетом усиления самостоятельной работы студентов, а также специфика предмета. На рисунке 8.16. приведена примерная структура конспект-схемы практического занятия, которая может использоваться на предметах, связанных с расчетом и конструированием конструкций, процессов, аппаратов.

Рис. 8.15. Конспект-схема изучения спецтехнологии каменных работ

Рис. 8.16. Примерная структура конспект-схемы практического занятия

В.М. Каган справедливо замечает, что свертывание материала в конспект-схему - наиболее сложный и трудный этап, так как на одном развернутом листе нужно наглядно разместить материал целой темы. Выделить из всего целостного отобранного содержания самое главное, чтобы сконцентрировать на нем внимание, это значит: выделить предмет мысли, разделить информацию на логические части, рассортировать материал (отделить главное от второстепенного), найти смысловые опорные пункты, произвести группировку материала в виде записи, схемы, модели и т. д. [26].

Наполнение блоков возможно по принципу ассоциативного опорного конспекта, либо в виде краткого отображения узловых моментов темы.

8. Опорный конспект или лист опорных сигналов (Л.О.С.) - это построенная по специальным принципам визуальная модель содержания учебного материала, в которой сжато изображены основные смысловые вехи изучаемой темы, а также используются графические приемы повышения мнемонического эффекта. Его можно считать качественно новым этапом в схематизации учебного материала, который не отрицает, а развивает схему. Он в большей степени, чем любая схема учитывает психологические особенности восприятия информации, поскольку не приемлет жесткую структуру. В обычной схеме информация не кодируется, а материал представлен словесно простым предложением или полным понятием. Лишь иногда можно наблюдать схемы, максимально приближенные к опорным конспектам, например схема круговорота воды в природе изобразительно соответствует содержанию заложенной в ней информации. Еще в большей степени опорный конспект отличается от конспекта, даже очень краткого, в обычном понимании этого слова. При традиционном конспектировании трудно преодолеть желание включить в конспект побольше материала, поподробнее расшифровать содержание каждого пункта. В опорно-ассоциативном конспекте этого приходится решительно избегать. Опорный конспект должен быть немногословным и предельно сжатым. Каждый символ, слово или знак отражают лишь самое главное. Часто сигнальные опоры - это только намек на то, что нужно рассказывать. Дальше мысль должна следовать сама, выстраивая цепочки слов, фраз, новых мыслей.

Понятие опорный конспект связано с именем педагога-новатора В.Ф. Шаталова, который впервые начал применять, и дал обоснование ассоциативных опорных конспектов. Опорный конспект - это система опорных сигналов в виде краткого условного конспекта. Идея опоры - главная суть данного конспекта. Кроме подлежащих усвоению единиц информации и различных связей между ними, в опорный конспект вводятся знаки, напоминающие о примерах, опытах, привлекаемых для конкретизации абстрактного материала. Шрифт и цвет указывают иерархию целей по уровню значимости. Составление опорно-ассоциативных конспектов - это сжатие полной информации до очень малых размеров с использованием ассоциаций, цвета, шрифта, символики, с выделением главного. Эпизоды и детали становятся в ряде случаев опорными пунктами для усвоения событий и явлений. Они запечатлеваются в памяти как бы в роли «носителей» фактов, становятся своего рода сигналами, вызывающими в памяти стоящие за ними основные явления, понятия или процессы.

...