Теоретичні основи реалізації задачного підходу в умовах комп’ютерного навчання

111

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Теоретичні основи реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання

Межуєв В.І.

У психолого-педагогічній науці вже стало аксіомою, що продуктивна навчальна діяльність може здійснюватися лише шляхом розв'язування різного виду задач. Такий підхід стосовно дослідження та проектування процесу навчання має назву задачного підходу, його сутність полягає у тому, що вся діяльність суб'єктів, тобто викладачів, учнів та студентів, описується та реалізується як система процесів розв'язування різноманітних задач [1, с. 4].

Аналіз сучасного етапу розвитку системи освіти дозволяє зробити висновок про те, що саме використання нових інформаційних технологій (НІТ) є генеральним шляхом інтенсифікації навчання. Причому базовим процесом для залучення комп'ютерних засобів навчання вважається саме процес розв'язування задач та проблем [5, с. 47].

Предметом нашого дослідження є методологічні, психолого-педагогічні та логічні засади задачного підходу щодо проектування та дослідження процесу навчання.

Метою дослідження є розробка теоретичних основ реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання.

Завдання дослідження можна структурувати у виді наступних груп проблем:

Визначення поняття суб'єкт розв'язування задачі в умовах використання НІТ. Аналіз поняття задачі та її структури. Шляхи відтворення структури задачної системи засобами НІТ. Формалізовані предмети задач та інформаційні моделі. Проблеми включення ЕОМ до складу розв'язуючої системи. Інформаційні технології розв'язування задач. Оператори та алгоритми розв'язку. Співвідношення базових методів обробки інформації та розв'язування задач.

Визначення психолого-педагогічних засад реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання. Аналіз місця та ролі задач у структурі психічної діяльності людини. Розгляд задачного підходу крізь призму провідних теорій навчально-пізнавальної діяльності (теорії поетапного формування розумових дій, змістового узагальнення та ін.).

Аналіз логіки та структури процесу розв'язування навчальних задач. Встановлення принципів використання загальнологічних методів пізнання у процесі розв'язування задач. Визначення місця задачного підходу у теоретичних та експериментальних методах наукового та навчального пізнання.

Аналіз проблеми взаємозв'язку понять задачі та знання. Місце задач у структурі наукового знання, зокрема його найвищої форми - теорії. Задачні способи структурування знань. Побудова ланцюжків задач, що відповідають формуванню понять різних предметних галузей. Систематизація задач та системність знань.

Базові поняття. Розгляд проблеми реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання потребує уточнення змісту, а у деяких випадках розширення обсягу традиційних педагогічних понять. У контексті нашого дослідження доцільно використовувати більш загальний кібернетичний підхід, що був започаткований у працях академіка В.М. Глушкова та його колег [12], де замість поняття “суб'єкт розв'язку” використовується термін “розв'язуюча система” (“розв'язувач”), елементами якої можуть бути як люди, технічні пристрої, так і людино-машинні системи.

Таким чином, як у загальнонауковому, так і педагогічному контексті, сутність проблеми полягає в організації процесу сумісного людино-машинного розв'язування задач. Але на відміну від інтелектуальних комп'ютерних засобів, використання яких спрямоване на досягнення результату розв'язування задачі, у навчанні на перший план виходить організація навчально-пізнавальної діяльності учнів та студентів. У протилежність програмним засобам, основним завданням яких є полегшення (чи повна автоматизація) інтелектуальної праці людини, використання педагогічних програмних засобів (ППЗ) повинне бути спрямоване на організацію найбільш ефективної (з точки зору досягнення мети навчання) розумової діяльності учнів. Розв'язування цього питання потребує більш глибокого аналізу мети навчання, розгляду шляхів її досягнення крізь призму принципово нових можливостей, що надають засоби НІТ (логіко-психологічний аспект такого аналізу наводиться нами нижче).

Мета дослідження потребує також застосування більш загального підходу до аналізу поняття задачі, що у самому загальному випадку визначається як система, обов'язковими елементами якої є [1, с. 32]:

Вхідний предмет задачі (об'єкт чи сукупність об'єктів, що знаходяться у початковому стані).

Модель необхідного стану предмета задачі (вимоги задачі).

Таким чином, предмет дії (об'єкт чи сукупність об'єктів), що перетворюється у процесі розв'язування, разом із вимогами до необхідного стану предмета задачі, визначається як задачна система. Підкреслимо, що обов'язковим елементом задачної системи є модель необхідного стану предмета задачі, функція якої полягає у причинній детермінації дій із розв'язування задачі (шляхом формування сигналу розбіжності між актуальним та необхідним станом предмета задачі [1, с. 44]).

Під розв'язуванням розуміють [там само, с. 34] вплив на предмет задачі, що зумовлює його перехід із початкового стану у необхідний, який визначається умовами задачі та метою розв'язувача. Такий вплив здійснюється за допомогою системи засобів (операторів розв'язування), використання яких дозволяє встановити зв'язок між вимогами та умовами задачі. Встановлення цього зв'язку і є кінцевою метою та результатом процесу розв'язування задачі.

Таким чином, мета реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання потребує відтворення засобами ЕОМ структури задачної системи, що складається з наступних елементів:

вхідний предмет задачі (або, у більш загальному випадку, сукупність засобів, оперування якими дозволяє побудувати вхідний предмет задачі - це надає можливість учням та студентам самостійно створювати моделі різних задачних ситуацій);

модель необхідного стану предмету задачі, що використовується для перевірки правильності кінцевого результату процесу розв'язування та його проміжних етапів;

засоби розв'язування задачі (система операторів переведення вхідного предмета у необхідний стан).

Як обов'язковий елемент комп'ютерної задачної системи ми розглядаємо засоби розв'язування задачі - у протилежному випадку ЕОМ буде відігравати лише допоміжну роль подання змісту та контролю за процесом розв'язування задачі (звернемо увагу, що саме таким шляхом йдуть розробники переважної більшості ППЗ). Звичайно, наведена загальна структура задачної системи та властивості її окремих елементів будуть конкретизуватися у залежності від змістової галузі, що є об'єктом вивчення в умовах комп'ютерного навчання. Комп'ютерні задачні системи можуть відрізнятися способами відтворення предмету задачі, видом засобів розв'язування, механізмами їх використання та відповідними формами контролю.

Алгоритм діяльності учнів із розв'язування задач в умовах застосування НІТ має наступну структуру:

Побудова моделі вхідного предмета задачі.

Створення розв'язуючої моделі (у простішому випадку - вибір засобів розв'язування) та її застосування до вхідного предмета задачі.

Перевірка, чи призводить використання розв'язуючої моделі до перетворення вхідного предмета у необхідний стан (тобто правильного розв'язку задачі). Якщо ні, то здійснюється повернення до пунктів 2 або 1. Причому найбільш цікавим випадком є необхідність повної перебудови моделі предмета задачі, що виникає, коли розв'язуюча модель виходить за межі свого застосування. Відзначимо, що саме суперечності такого роду і є найбільш цінними у науці та приводять до появи нових фундаментальних теорій [2].

Змістом першого етапу діяльності є аналіз проблемної ситуації, виділення її суттєвих та абстрагування від другорядних сторін, фіксація необхідних для розв'язання властивостей та зв'язків вхідного предмету задачі за допомогою системи комп'ютерних засобів. Причому мета охоплення широкого спектра задач потребує, щоб ці засоби мали формальний характер (так, доцільним є використання знаково-символьних математичних моделей для побудови предметів фізичних задач).

Базовою ідеєю нашого дослідження є використання системи інформаційних моделей з метою відтворення предметів задач із різних змістових галузей. Це є можливим завдяки універсальності інформаційних процесів, що дозволяють розглянути розв'язування задачі як процес перетворення інформації, а його результат - як генерацію суб'єктивно нової інформації.

Найбільш важливим із наведених вище є другий етап, що потребує продуктивної розумової діяльності учнів або студентів. У простішому випадку розв'язування задачі зводиться до вибору стандартних засобів, що надає ЕОМ. Як із сукупності формалізованих об'єктів будується змістовий предмет задачі, так і розв'язуюча модель створюється з використанням системи стандартних операторів та базових алгоритмів розв'язку, що надає ЕОМ.

Таким чином, метою включення комп'ютера до складу розв'язуючої системи є не перекладання процесу пошуку розв'язку на ЕОМ, а організація діяльності учнів, що відповідає загальній структурі процесу розв'язування задач. Розгляд структури предмета задачі та її розв'язуючої моделі дозволяє у наступному перенести розв'язок на цілий клас подібних задач. Основною перевагою включення ЕОМ до складу розв'язуючої системи є розширення кола наявних методів розв'язування задач та можливість використання алгоритмів, що потребують значних обчислювальних ресурсів.

Якісної зміни зазнає діяльність із розв'язування задач, що здійсниться як система візуальних дій (маніпуляцій) із відтвореними комп'ютерними об'єктами (такий підхід дозволяє реалізувати одне з найважливіших положень теорії поетапного формування розумових дій - поєднання матеріальних та розумових дій у процесі здобуття знань). Крім того, засоби ЕОМ дозволяють подати знання таким чином, щоб реалізувати збіг предмета діяльності та предмета засвоєння (у цьому випадку засоби діяльності є зовнішньою опорою внутрішніх, розумових дій). Цей підхід можна реалізувати шляхом фіксації у предметах діяльності суттєвих властивостей та відношень, що підлягають засвоєнню учнями середніх шкіл або студентами вищих навчальних закладів [3].

Психолого-педагогічний аспект. Відповідно до поглядів сучасної психолого-педагогічної науки, мета навчання полягає не тільки і не стільки у засвоєнні конкретних знань, а у формуванні способів дії, що реалізуються за допомогою відповідних вмінь та навичок. Причому під способом дії розуміють систему операцій, що забезпечує розв'язування задач визначеного типу [3].

Взагалі, традиційне визначення навчання як процесу передавання знань є некоректним, бо не відбиває його сутність та внутрішні механізми. У психологічному плані термін «передавання» стосовно знання взагалі позбавлений сенсу: знання як ідеальне утворення не може бути безпосередньо передане одним суб'єктом іншому, воно може бути вироблене суб'єктом лише у результаті власної активності [7, с. 43].

Таким чином, формування знань, вмінь та навичок здійснюється у діяльності. У цьому контексті доцільний розгляд задачного підходу з точки зору управління навчальною діяльністю, власне, як способу організації навчально-пізнавального процесу. Причому саме задача вважається універсальним засобом управління, оскільки навчальна діяльність може здійснюватися тільки шляхом розв'язування різного виду пізнавальних задач [7, с. 82].

Розглянемо можливі напрямки використання задачного підходу з метою організації навчально-пізнавальної діяльності учнів. Функціонально у структурі діяльності виділяють змістову, операційну та мотиваційну сторони.

Змістову сторону діяльності з розв'язування зумовлює предмет задачі, що є відображенням певної проблемної ситуації. Причому змістові аспекти діяльності найбільш чітко виявляються на етапі побудови предмета та у процесі осмислення результату у поняттях вхідної задачі, тобто при формалізації та зворотному переході від формальної моделі до змісту задачі.

Операційна сторона діяльності полягає у маніпулюванні відтвореними засобами ЕОМ об'єктами, що відбивають структуру задачної системи. Це оперування є зовнішньою опорою внутрішніх, розумових дій, що здійснює учень у процесі розв'язування задачі.

Мотивацію діяльності зумовлює суперечність між актуальним та необхідним станом предмету задачі (діяльність з розв'язування, власне, і спрямована на зняття цієї суперечності).

Одиницею діяльності є дія, спосіб якої у загальному випадку включає орієнтувальну, виконавчу та контрольну частини [3]. Визначена вище структура діяльності з розв'язування задач (побудова моделі вхідного предмета задачі, створення та застосування розв'язуючої моделі, перевірка правильності розв'язку задачі тощо) повинна відповідати основним етапам здійснення розумових дій, саме у цьому випадку використання НІТ сприяє інтенсифікації формування всіх частин способу дії:

Орієнтувальна частина способу дії (виділення властивостей та зв'язків проблемної ситуації, що є необхідними та достатніми для побудови її моделі).

Виконавча частина способу дії (побудова та застосування розв'язуючої моделі).

Контрольна частина способу дії (перевірка, чи призводить використання розв'язуючої моделі до перетворення вхідного предмета у необхідний стан).

Відповідно до теорії змістового узагальнення В.В. Давидова, мета формування теоретичних знань та розвитку науково-теоретичного мислення учнів потребує організації навчального пізнання за схемою від загального до конкретного. Такий підхід потребує визначення деякого загального відношення, що є джерелом походження системи понять, та його переведення у форму моделі, що дозволяє знайти у ньому такі властивості, які неможливо виявити у процесі безпосереднього оперування з ним [4].

Аналіз цього положення привів нас до висновку про необхідність реалізації загального відношення у формі розв'язуючої моделі основних задач відповідної предметної галузі [6]. Ця модель є, власне, системою знаково-символьних (зокрема, математичних) операторів розв'язування узагальненої або родової задачі (задачі, розгляд якої дозволяє визначити загальний принцип розв'язування всіх задач віднесеного до неї класу [1]).

Введення родової (узагальненої) задачі дозволяє побудувати ланцюжок задач, пов'язаних між собою предметом вивчення. Конкретизація родової задачі (загального) здійснюється шляхом формулювання та розв'язування задач, що знаходяться у її межах.

Таким чином, особливістю нашого підходу є організація діяльності зі складання та розв'язування задач у рамках загальної моделі, що охоплює певний клас понять (наприклад, у фізиці, загальній моделі розв'язування основної задачі механіки відповідають багато задач, що відрізняються своїми умовами та вимогами). Причому генералізація навчальних задач, їх групування навколо “стрижневих” знань, є найважливішою тенденцією розвитку методики навчання складанню та розв'язуванню задач [9, с. 81].

Великим недоліком традиційної методики навчання розв'язуванню задач є орієнтація на роботу з окремо взятою задачею, ізольовано від інших задач; іншими словами, традиційна методика не враховує поступового набуття досвіду учнями та використання цього досвіду під час розв'язування нових задач. Родова (узагальнена) задача у контексті нашого дослідження має роль системоутворюючого чинника: вона дозволяє поєднати властивості та зв'язки об'єкта пізнання, що були отримані у процесі розв'язування окремих задач, у певну цілісність, наочний образ модельованого об'єкта.

Логічний аспект. Аналіз діяльності з розв'язування задач, що був здійснений Л.М. Фрідманом, дозволяє зробити висновок про те, що у цьому процесі методи пізнання виступають у формі моделювання [11, с. 88]. У той же час аналіз, синтез, узагальнення та абстрагування є лише логічними характеристиками тих дій і операцій, що виконуються над моделями, ознаками окремих кроків динамічного моделювання. Цей факт виділяють й інші автори, так, А.І. Павленко підкреслює, що “узагальнююча, синтезуюча і провідна роль щодо постановки і розв'язування пізнавальних задач належить методу моделювання” [9, с. 49].

Г.Я. Неуймін, вважаючи задачу невід'ємним структурним елементом моделі, підкреслює, що “поза контекстом задачі або класу задач поняття моделі не має смислу” [8, с. 45]. Він звертає увагу на те, що процес розв'язування пізнавальної задачі та побудови моделі мають схожу структуру (побудова моделі, її дослідження, аналіз результатів та їх перенесення на об'єкт пізнання). Обмеження і припущення, пов'язані з розв'язуванням задачі, є також і необхідною складовою процесу побудови моделі [там само, с. 45-46].

У науково-методичній літературі висловлюється думка, що всяку задачу слід розглядати як модель реальної ситуації, причому в багатьох задачах саме моделі є безпосереднім об'єктом вивчення. Розв'язки задач, що спираються на використання відповідних моделей, можуть бути поширені на цілу систему реальних процесів та явищ, які заміщуються цими моделями. У процесі розв'язування задач є можливість показати учням та студентам, як одні моделі відповідних об'єктів пізнання замінюються новими, більш досконалими моделями. Таким чином, задачний підхід дозволяє проілюструвати діалектичну логіку наукового пізнання.

Центральною ідеєю та результатом здійснених нами досліджень [6] є визначення моделювання як основного методу навчального пізнання (або, більш точно, базового методу, який є чинником використання інших методів пізнання) у контексті застосування засобів НІТ. Але на відміну від інших авторів (Г.О. Балл [1], А.І. Павленко [9], Л.М. Фрідман [11] та ін.), які розглядають моделювання як метод розв'язування навчальних задач, особливістю нашого дослідження є здійснення задачного підходу у процесі моделювання реальних явищ.

Це положення є основою практичної реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання. Сутність нашої ідеї полягає у побудові процесу розв'язування задачі відповідно до логіки розгортання пізнавального циклу, в якому моделюванню відводиться роль системоутворюючого чинника щодо загальнологічних методів пізнання.

Підкреслимо суттєву відмінність, що має місце між розв'язуванням навчальних на наукових пізнавальних задач.

Ситуація первинності загального щодо прилучених до нього окремих явищ є протилежною логіці наукового пізнання, що рухається від конкретних фактів до їх узагальнення у формі законів та теорій. Засвоєння лише готових результатів процесу наукового пізнання призводить до відчуження знання від пізнавальної діяльності учнів та студентів. Саме тому, разом із відтворенням схеми загальне > конкретне, організація навчально-пізнавальної діяльності потребує штучного створення задачних ситуацій.

Поняття задачі та знання. Розгляд проблеми реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання потребує аналізу взаємозв'язку понять задачі та знання (у контексті дидактики це питання є частиною більш загальної проблеми змісту та методів навчання). А.М. Сохор підкреслює, що “у загальному випадку під навчальним матеріалом необхідно розуміти педагогічно доцільну систему пізнавальних задач. Вважаючи центральною у процесі навчання активну розумову діяльність учнів, неможливо не враховувати, що така діяльність може здійснюватися лише на основі пізнавальних задач, тільки у виді їх розв'язування” [10, с. 9].

Як ми відзначали раніше, зміст навчання включає знання, що підлягають засвоєнню, та відповідні способи дії, що основані на цих знаннях. Підкреслимо, що способи навчально-пізнавальної діяльності формуються у процесі оперування з вираженими у конкретній формі знаннями. Саме тому виникає необхідність у задачному структуруванні знань, тобто відповідності побудови навчального матеріалу моделям задачних ситуацій.

У структурі найвищої форми наукового знання - теорії, задачі відносяться до інтерпретації та прикладного застосування висновків із ядра теорії [2]. Підкреслимо, що традиційна методика нездатна повністю підпорядкувати зміст навчання задачному підходу як виведенню знань з ядра теорії - цьому заважає як складність сучасних теорій та відповідних математичних методів, так і недостатній розвиток розумових здібностей учнів. Як відзначає В.В. Давидов, “традиційна система навчання, хоча і декларує принцип науковості освіти, разом з цим не володіє, на наш погляд, адекватними засобами його цілеспрямованої реалізації” [4, с. 5].

Реалізувати переваги задачних способів структурування знань можна тільки з використанням сучасних електронних обчислювальних засобів.

Однією з форм подання знань у комп'ютерних навчальних системах є фреймова (від англ. frame - рамка, остов, каркас) організація даних. Найбільш важлива особливість фреймів полягає у тому, що вони дозволяють відтворити не тільки ієрархічну систему понять, але і моделі задачних ситуацій. При цьому описуються не тільки властивості та зв'язки між об'єктами, що входять у дану ситуацію як відомі та невідомі, а також і множинність операторів, за допомогою яких здійснюється рух у даній задачної ситуації (наприклад, установлення значення деякої величини на основі значення величин інших об'єктів, або, у більш складному випадку, встановлення виду зв'язку, що має місце між властивостями певних об'єктів). За допомогою фрейму можна описати спосіб розв'язування типової задачі, а за допомогою системи фреймів - узагальнений спосіб розв'язування задач деякого класу [7, с. 159]. Ця методика буде освітлена у наших наступних роботах. педагогічний логічний навчання

Все викладене вище дозволяє зробити наступні висновки:

Базовим процесом для залучення комп'ютерних засобів навчання є процес розв'язування задач та проблем. Задача є основною “клітинкою”, одиницею організації навчально-пізнавальної діяльності у контексті використання засобів НІТ.

Процес розв'язування пізнавальної задачі та побудови моделі мають схожу структуру. Метод моделювання є практичною основою реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання.

Введення родової (узагальненої) задачі дозволяє побудувати ланцюжок задач, що охоплює певний клас понять. Узагальнена задача грає роль системоутворюючого чинника щодо окремих розв'язків пізнавальних задач.

Засоби ЕОМ надають можливість задачного структурування знань, найбільш ефективним засобом якого є фреймова організація даних. Така навчальна стратегія перешкоджає відчуженню знання від пізнавальної діяльності учнів та студентів.

Використання інформаційних моделей та базових методів обробки інформації дозволяє створити єдину теоретичну базу для реалізації задачного підходу у різних змістових галузях.

Література

1. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. - М.: Педагогика, 1990. - 184 с.

2. Бургин М.С., Кузнецов В.И. Введение в современную точную методологию науки: Структуры систем знания. - М.: АО «Аспект Пресс», 1994. - 304 с.

3. Гальперин П.Я. Развитие исследований по формированию умственных действий // Введение в психологию: Учебное пособие для вузов. - М.: Книжный дом "Университет", 1999. - 332 с.

4. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении (логико-психологические проблемы построения учебных предметов). - М.: Педагогика, 1972. - 423 с.

5. Дидактические основы компьютерного обучения. Межвузовский сборник научных трудов. - Л.: ЛГПИ им. А. И. Герцена, 1989. - 202 с.

6. Інтенсифікація навчання фізики в сучасній середній загальноосвітній школі: Автореф. дис. канд. пед. наук. - К.: Інформаційно-видавничий центр Товариства “Знання” України, 2001. - 20 с.

7. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения: (Педагогическая наука - реформе школы). - М.: Педагогика, 1988. - 192 c. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. История, теория, практика. - Л.: Наука, 1984. - 189 с.

8. Павленко А.І. Методика навчання учнів середньої школи розв'язуванню і складанню фізичних задач: Теоретичні основи. - К.: ТОВ «Міжнар. фін. агенція», 1997. - 177 с.

9. Сохор А.М. Логическая структура учебного материала. Вопросы дидактического анализа. - М.: Педагогика, 1974. - 192 с.

10. Фридман Л.М. Логико-психологический анализ школьных учебных задач. - М.: Педагогика, 1977. - 208 с.

11. Человек и вычислительная техника / Под ред. В.М. Глушкова. - К.: Наукова думка, 1971. - 294 с.

Анотація

Межуєв В.І.

Теоретичні основи реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання.

Розглянуті психолого-педагогічні та логічні основи реалізації задачного підходу в умовах комп'ютерного навчання. Визначено, що використання інформаційних моделей та базових методів обробки інформації дозволяє створити єдину теоретичну базу для реалізації задачного підходу у різних змістовних галузях.

Аннотация

Межуев В.И.

Теоретические основы реализации задачного подхода в условиях компьютерного обучения.

Рассмотрены психолого-педагогические и логичные основы реализации задачного подхода в условиях компьютерного обучения. Определено, что использование информационных моделей и базовых методов обработки информации позволяет создать единую теоретическую базу для реализации задачного подхода в разных областях.

Annotatіon

Mezhuev V.

Theoretical Principles of a Task Approach Realization in a Computer Teaching Process.

There are psychological, pedagogical and logical principles of task approach realization in a computer teaching process are considered. It is determined that the use of information models and base methods of information processing allows to create unique theoretical grounds for a task approach realization in different essential fields.

Размещено на Allbest.ru