Информационно-компьютерные технологии обучения: создание и применение расчетно-обучающих и тестирующих программ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Межрегиональный центр переподготовки и повышения квалификации кадров

Кафедра «Педагогика высшей школы»

Выпускная работа

Информационно-компьютерные технологии обучения: создание и применение расчетно-обучающих и тестирующих программ

Слушатель аспирант Иванов А.А.

Руководитель доц. А.В. Симонова

Новочеркасск - 2021 г.

Содержание

Введение

1. Методические основы создания и применения расчетно-обучающих и тестирующих программ

1.1 Предпосылки применения расчетно-обучающих и тестирующих программ в образовательном процессе

1.2 Формирование основных методов обучения с применением ПЭВМ

1.3 Методы построения обучающих и тестирующих программ

1.3.1 Основы построения обучающих и тестирующих программ

1.3.2 Линейное программирование

1.3.3 Разветвленное программирование

1.3.4 Адаптивное программирование

1.3.5 Сравнительный анализ методов обучения

1.4 Виды обучающих и тестирующих средств

1.4.1 Информационные средства обучения

1.4.2 Контролирующие и тестирующие программы

1.4.3 Программы-репетиторы

1.4.4 Моделирующие устройства

1.5 Требования к обучающим и тестирующим программам

1.6 Этапы создания расчетно-обучающих и тестирующих программ

1.6.1 Этапы проектирования обучающих программ

1.6.2 Сценарий программы

1.6.3 Этап программирования

1.7 Психологические и дидактические аспекты создания и применения

расчетно-обучающих и тестирующих программ

1.7.1 Психологические аспекты создания и применения расчетно-обучающих и тестирующих программ

1.7.2 Принципы управляющего типа обучения в преподавании общепрофессиональных и специальных дисциплин

1.7.3 Дидактические принципы применения информационных технологий в учебном процессе

1.8 Оценка эффективности применения обучающих и тестирующих программ

1.8.1 Оценка эффективности контроля

1.8.2 Оценка эффективности программ

1.8.3 Статистическая регистрация результатов тестирований и тестирующих программ

Заключение

Список литературы

Введение

Ни одно техническое достижение не повлияло так на интеллектуальную деятельность человека, как это сделали электронно-вычислительные машины. Увеличив в десятки и сотни миллионов раз скорость выполнения арифметических и логических операций, они колоссально повысили, тем самым, производительность интеллектуального труда человека и вызвали коренные изменения в области переработки информации. По существу, произошла своего рода «информационная революция», подобная той промышленной революции, которую породило в XVIII веке изображение паровой машины и связанное с ним резкое повышение производительности физического труда.

В настоящее время вычислительные машины проникают во все сферы интеллектуальной деятельности человека, становятся одним из решающих факторов ускорения научно-технического прогресса.

Развитие и расширение сферы применения вычислительной техники делает сегодня весьма актуальными исследования и разработки теоретических основ эффективного использования компьютера в качестве средства обмена научной и учебной информацией.

Система образования и педагогическая наука должны оперативно реагировать на указанные тенденции, а компьютеризация в сфере образования становится настоятельным велением времени /1-2/.

Можно указать на три основных фактора, диктующих необходимость ускоренной компьютеризации в сфере образования, выступающей в качестве важнейшей социально-экономической задачи общегосударственного значения.

Первый обусловлен объективной необходимостью существенного расширения масштабов и повышения качества профессиональной подготовки высококвалифицированных рабочих и специалистов, способных на должном уровне решать соответствующие научно-технические и производственно-технологические вопросы изготовления, эксплуатации и технического обслуживания сложной вычислительной техники в разных отраслях народного хозяйства страны. Расширение масштабов и непрерывное повышение качества профессиональной подготовки кадров в области вычислительной техники - необходимое условие ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства страны. Необходимое, но не достаточное.

Дело в том, что с вычислительной техникой в той или иной мере на работе и в быту с каждым годом будет сталкиваться все большее число людей, специальность которых не связана непосредственно с сугубо профессиональной деятельностью в сфере производства, эксплуатации или технического обслуживания электронно-вычислительных машин. Резкое увеличение и лавинообразное пополнение массива самой разнообразной информации, касающейся всех сторон жизни современного и будущего общества, существенно обостряют противоречие между необходимостью избирательного поиска, оперативной обработки и эффективного использования разветвленных информационных данных, с одной стороны, и реальными интеллектуальными возможностями человека, его реакцией (в широком смысле) на непрерывно нарастающую по количеству и усложняющуюся по качеству информацию - с другой. В этих условиях особое значение средств информатики и вычислительной техники, которые существенно повышают интеллектуальные возможности человека, способствуют оперативному принятию оптимальных решений в самых различных не только производственных, но и житейских ситуациях. Не случайно, поэтому одна из наиболее актуальных проблем, выдвинутых реформой общеобразовательной и профессиональной школы, состоит в том, чтобы обеспечить проведение массового компьютерного всеобуча «вооружить учащихся знаниями и навыками использования современной вычислительной техники» на основе «широкого применения компьютеров в учебном процессе».

Таким образом, второй фактор компьютеризации в сфере образования связан с необходимостью решения задачи массовой компьютерной грамотности, формирования у всех учащихся, независимо от ступени и профиля образования, специфических качеств пользователя разнообразных средств информатики и вычислительной техники. Именно на этой основе появляется реальная возможность обеспечить в обозримом будущем все общество мощным массовым средством усиления интеллектуальной деятельность. Это может иметь даже большие последствия, чем промышленная революция, которая в свое время многократно увеличила силу мускулов человека за счет применения машин.

Оба указанных фактора характеризуют, прежде всего, внешние требования к системам образования, отражают актуальные социально-экономические запросы общества к уровню профессиональной подготовки рабочих и специалистов в области вычислительной техники и всеобщей информационной, компьютерной грамотности следующих поколений.

Существует, однако, и третий фактор, определяющий интенсивное проникновение вычислительной техники в сферу образования и педагогическую науку. Этот фактор связан с внутренними потребностями самой системы образования, определяется логикой развития педагогической науки. Необходимостью существенного повышения качества учебно-воспитательного процесса, оптимизации управления в сфере образования, совершенствования научно-педагогических исследований, усиления влияния их результатов на педагогическую практику

Поиск оптимальных путей компьютеризации в сфере образования и педагогической науки привлекает в настоящее время повышенное внимание не только ученых: педагогов, психологов, дидактиков, методистов, специалистов по вычислительной технике и информатике, но и многочисленных практических работников системы образования: учителей, руководителей учебных заведений, преподавателей и студентов учреждений среднего и высшего профессионального образования /1/.

Появление и достаточно широкая доступность персонального компьютера позволяет коренным образом изменить сложившуюся систему образования. Это, конечно, не означает, что ранее ПЭВМ (персональные электронно-вычислительные машины) не применялись в целях обучения. Такие попытки были, но они не могли оказать значительного влияния на сложившуюся систему обучения, поскольку, во-первых, методология компьютеризованного обучения была недостаточно развита и не обеспечивала индивидуализированного подхода к студентам и, во-вторых, сама вычислительная техника была менее доступной и не обладала необходимыми параметрами. В настоящее время ситуация радикально изменилась. Низкая стоимость ПЭВМ позволяет использовать их не только в учебных заведениях, но и в качестве домашних обучающих устройств наравне с другой бытовой аппаратурой.

Известно, что применение средств вычислительной техники в обучении позволяет повысить успеваемость студентов и ускорить прохождение программного материала в среднем на 25...30% при существенном облегчении труда преподаватель /1-4/. Необходимость применения ПЭВМ в обучении диктуется следующими обстоятельствами /5/:

- при современной наполняемости образовательного учреждения преподаватель физически не в состоянии осуществлять принцип индивидуального обучения; между тем каждый студент, как показывает практика, нуждается в постоянном и непрерывном внимании для формирования у него полноценных интеллектуальных и профессиональных навыков;

- объем необходимых знаний достигает таких размеров, что обычные методы организации их подачи ведут к перегрузке учащихся малообоснованными сведениями, поверхностному усвоению фактов и, как следствие, потере интереса к обучению и резкому снижению его качества;

- с ростом объемов информации изменяется и ее структура и качество; значительный вес приобретают аналитические описания и выводы; в то же время педагог может опираться на методические средства и приемы, которые рассчитаны на более низкий уровень развития знания, остававшегося на относительно примитивном уровне описания фактов и явлений;

- труд преподавателя остается одной из немногих областей человеческой деятельности, в которой до сих пор еще сохраняется «ручной» труд, неизбежно малопроизводительный, изнурительный и дорогой.

Обучением в настоящее время занято так много людей, что любое усовершенствование педагогического процесса, ведущее к экономии человеческих сил и времени, немедленно привлекает к себе всеобщее внимание.

Применение расчетно-обучающих и тестирующих программ в обучении является качественно новой дидактической системой /6-10/. Идеи внедрения вычислительной техники в процесс обучения явились естественным следствием объективного развития производительных сил общества на данном этапе. Характерная черта этого развития - автоматизация процессов труда. Главное значение в автоматизации процессов труда приобретают не сами процессы, а методы управления ими, ведущие к возможно более полному устранению непосредственного обмена информацией между человеком и машиной в процессе производства. Человек готовит управляющую информацию для работы машины заранее и вводит ее в виде программы, регулирующей работу машины. Такое программное управление работой машин оказывается неизбежным в условиях высоких требований к эффективности современного производства. Что-то подобное должно быть и в учебном процессе.

Благодаря уменьшению потока информации от «индивидуального» преподавателя к обучаемому и существенному увеличению этого потока от «обобщенного» преподавателя (программы) улучшается управление процессом обучения. В результате повышается уровень обучения и сокращается разброс в успеваемости учащихся. Сочетание кибернетических и педагогических идей с применением систем обучающих и тестирующих программ оказывает влияние на весь учебный процесс, так как не только изменяет место и умножает возможности преподавателя в руководстве коллективом студентов, но и повышает роль самих студентов в процессе обучения /7/.

В применении расчетно-обучающих и тестирующих программ делается упор на активизацию самостоятельной познавательной деятельности обучаемых и предлагаются эффективные методы и средства для гибкого управления этой деятельностью. Поскольку, как показывает практика, создание учебных программ немыслимо без участия педагога, то ему предоставляется возможность критического пересмотра и усовершенствования стандартных программ обучения.

Для внедрения методов обучения на основе использования ПЭВМ в практику учебных процессов важное значение имеют вопросы организационного характера. Несмотря на 15-летний срок (с 1985 г.) достаточно активного внедрения (приобретения) средств вычислительной техники в учебных заведениях, до сих пор отсутствует системный подход к созданию программного обеспечения (ПО) для учебных целей. За годы компьютеризации создано огромное количество обучающих программ различного назначения и качества. Чаще всего такие программы создавались с чисто коммерческими целями в отрыве от образовательного процесса, т.е. без участия педагогов-практиков, что существенно сказалось на их качестве и эффективности.

1. Методические основы создания и применения расчетно-обучающих и тестирующих программ

1.1 Предпосылки применения расчетно-обучающих и тестирующих программ в образовательном процессе

Классические методы обучения делятся на два типа: групповое (лекционно-групповое) и индивидуальное /8/. При лекционно-групповом обучении информация от преподавателя передается группе учащихся в виде речевых сообщений и демонстрационного материала (схемы, чертежи, записи на доске, плакаты, модели). Если этот процесс назвать сигналами прямой (фронтальной) связи, то сигналы обратной связи (от учащихся к преподавателю) поступают значительно реже, чем это необходимо для эффективного управления процессом обучения, в результате чего преподаватель не всегда следит за тем, как учащийся усваивает излагаемый материал и какие вопросы ему непонятны. Вследствие недостаточности информации, поступающей от обучаемого к преподавателю, процесс обучения является недостаточно эффективным: преподаватель не может своевременно обнаружить недостатки в усвоении материала учащимся и оперативно устранить их. Информация об усвоении материала, получаемая при опросе отдельных учащихся во время групповых занятий, является недостаточной, а при приеме зачетов и экзаменов - запоздалой.

Преподаватель не может определенно сказать, как в данный момент усваивает или усвоил учебный материал каждый отдельный студент. Контрольными работами и другими методами контроля можно лишь изредка проверять, насколько хорошо усвоен учебный материал. Поэтому в течение регламентированного промежутка времени (семестра) часть студентов работает над учебным материалом не систематически. Несовершенство контроля при лекционном обучении часто является причиной формирования неправильных представлений, навыков и умений /1/.

В высшей школе основную часть учебной информации студенты получают на лекциях, на которых преподаватель стремится как можно более полно и достаточно подробно сообщить материал, предусмотренный программой, не ведая о том, в состоянии ли каждый учащийся переработать и усвоить его. Студенты, в свою очередь, стараются как можно полнее законспектировать лекцию, недостаточно вникая в суть излагаемого материала. Лишь наиболее подготовленные, способные и заинтересованные в получении знаний в состоянии непрерывно следить за изложением материала. Как правило, большая часть студентов конспектируют лекции механически, не вдумываясь в их содержание и надеясь вникнуть в прочитанный на лекциях материал во время подготовки к экзаменам. К экзаменам студенты готовятся в большинстве случаев по конспектам, которые представляют собой неполные записи учебного материала, нередко содержащие ошибки, допущенные при конспектировании.

Наибольший эффект управления процессом обучения достигается при индивидуальном обучении, т.е. по схеме «один преподаватель - один учащийся». Изложив определенную дозу учебного материала, педагог имеет возможность оперативно проверить степень усвоения и умение обучаемого применять полученные теоретические знания на практике (решить задачу, начертить чертеж, выполнить лабораторную работу и т.п.). Если обучаемый не усвоил изложенный материал, преподаватель может повторить весь или часть материала или дополнительно объяснить его. Убедившись в том, что материал усвоен хорошо, преподаватель переходит к дальнейшему изложению учебного материала и все время излагает учебный материал с учетом индивидуальных особенностей и возможностей отдельного студента /1/.

Таким образом, при индивидуальном обучении происходит непрерывное управление процессом приобретения знаний, навыков и умений. Однако применение индивидуального обучения в широких масштабах ограничивается его дороговизной. Поиск альтернативных методов, обладающих достоинствами индивидуального и группового обучения, привел к формированию методов обучения с применением программ ПЭВМ. При этом компьютер выступает в роли репетитора, реализуя концепцию индивидуального обучения.

1.2 Формирование основных методов обучения с применением ПЭВМ

Применение ПЭВМ в обучении по ряду признаков отличается от более привычных методов, использующих наглядные аудио-визуальные пособия /6-10/. Прежде всего, это индивидуальный процесс обучения, при котором учащийся принимает на себя гораздо большую ответственность за ход обучения и ведет его в присущем ему темпе. Оно требует от учащегося активного ответа и дает немедленное подтверждение правильности результата. Оно гарантирует более частый успех обучаемого и тем самым сильнее стимулирует его. Наконец, материал предмета может быть запрограммирован таким образом, что его изучение протекает в определенной форме.

Примеры таких методов обучения возникли в начале века - д-р Эдвард Торндайк в своей книге «Образование», опубликованной в 1912 г., писал: «Если бы при помощи хитроумных механических устройств можно было построить книгу так, чтобы вторая ее страница стала видимой лишь тому, кто выполнил предписание ее первой страницы, и т.д., то многое из того, что в настоящее время требует личных указаний преподавателя, могло бы быть переложено на плечи типографии» /1/.

В начале 20-х годов д-р Сидней Пресси из университета штата Огайо (США) сконструировал механическое устройство для проверки и оценки усвоения материала на уровне простейших тестов. Позднее он обнаружил, что это устройство обладает и определенными обучающими возможностями, т.е. может не только проверять и оценивать, но также и обучать. Его устройство состояло из заданной последовательности вопросов, которые поочередно появлялись в демонстрационном отверстии. Обучаемый выбирал один из готовых ответов, приведенных на карточке или листе, и нажимал кнопку, соответствующую этому ответу. Таким образом, применялся выборочный метод ответа (схема множественного выбора), причем только при правильном ответе перед учащимся появлялся новый вопрос.

В 1954 г. Скиннер опубликовал в журнале «Harvard Educational Review» статью «Наука об учении и искусство обучения», в которой со ссылкой на психологические опыты по экспериментальному анализу поведения доказывалась возможность создания обучающей машины, которая позволила бы предъявлять обучаемому учебный материал в тщательно продуманной последовательности и подкреплять его ответы до достижения, по выражению Скиннера, «способности обнаруживать желаемое поведение».

С этого времени началась новая эра в создании обучающих и тестирующих программ.

«Фонд развития образования» субсидировал двухлетнюю программу по испытанию обучающих машин в высших учебных заведениях и колледжах. Профессор Скиннер вслед за этим представил фонду отчет, который был опубликован в журнале «Science» в 1958 г. под заголовком «Обучающие машины». В этой статье он описал систему программирования, которая с тех пор стала называться «линейным программированием». Именно с этого момента многие преподаватели всерьез заинтересовались обучением на основе применения обучающих и тестирующих программ /1/.

Программированное обучение проводится в соответствии со специально составленной обучающей программой, предусматривающей разделение материала на дозы (порции, кадры). В процессе обучения обеспечивается систематический обмен информацией между программой и учащимся, состоящий, как правило, из трех этапов:

- предъявление учащемуся учебного материала, содержащего некоторое задание;

- ответ учащегося (выполнение задания);

- информирование учащегося о том, правильно или неправильно выполнено задание, и указания о том, что делать дальше.

Преподаватель посредством обучающей программы, представляемой каждому учащемуся с помощью обучающей машины или программированного учебника (пособия), руководит обучением группы учащихся. При такой форме обучения частично реализуются возможности модели «преподаватель - один учащийся» и в определенной мере устраняются недостатки фронтальных форм обучения. Обучающую программу обучаемый получает в виде печатного текста (программированных пособий) или с помощью специальных технических устройств (обучающих машин). В ряде случаев одна часть обучающей программы предъявляется в виде книги, а другая - закладывается в обучающую машину (например, программа самоконтроля, подсказок, дополнительного разъясняющего материала).

Термин «обучающая машина» не следует понимать буквально. В действительности обучение осуществляет не машина, а обучающая программа. Машину следует рассматривать как средство связи между программой и учащимся (внутренняя обратная связь) и между преподавателем и учащимся (внешняя обратная связь). Эффективность обучения при этом зависит прежде всего от качества обучающей программы и от того, как она реализуется. Программированное обучение, по своей сути, не противоречит дидактическим принципам, выработанным педагогической практикой. Однако при таком обучении создаются более благоприятные условия для реализации этих принципов. Эффективность такого обучения обусловлена тем, что /1, 2, 6-8/:

- все учащиеся могут практически пользоваться материалами, составленными лучшими методистами и наиболее квалифицированными специалистами;

- каждый учащийся все время активно работает, воспринимая и перерабатывая учебный материал;

- активность учащегося поддерживается в течение всего периода обучения, так как он самостоятельно осмысливает учебный материал и применяет полученные знания при выполнении учебных заданий;

- узнавая о правильности выполнения задания, обучаемый убеждается в том, что материал усвоен, при этом его знания проверяются систематически, обстоятельно и полно, охватывая весь учебный материал;

- при выявлении допущенных ошибок учащийся может своевременно доработать неусвоенный материал;

- темп изучения материала индивидуализирован, т.е. обучаемый работает над каждой дозой программы до тех пор, пока не усвоит ее; более подготовленные учащиеся, усвоив обязательный учебный материал, быстрее других могут использовать свободное время для углубления своих знаний.

Из вышеприведенного следует, что при применении обучающих и тестирующих программ в обучении программируется не только тот материал, который должен быть усвоен, но и процесс усвоения, т.е. деятельность учащихся. Программирование деятельности обучаемого зависит от того, как именно составители программ понимают эту деятельность и закономерности ее формирования.

Применение программ в обучении основывается на данных психологии о закономерностях познавательной деятельности, формировании понятий, разнообразных умений, навыков и развития умственных способностей в процессе обучения. Оно опирается на богатом опыте, на передовых методах и приемах активизации обучаемых, развитии их инициативы и самостоятельности /1-6/.

При разработке ОП педагоги, методисты и психологи руководствуются положением о том, что управление процессом усвоения должно опираться на собственную активность учащегося, а применение ПЭВМ как раз и имеет дополнительные возможности для ее последовательного стимулирования.

Вопрос о том, какое место должно занимать применение ПЭВМ в системе работы учебных заведений различного типа, в настоящее время еще не решен. Большинство педагогов и психологов полагают /8/, что применение программ в обучении должно сочетаться с другими формами учебной работы - лекциями, уроками, лабораторными и практическими занятиями.

Наибольший эффект получается при сочетании использования обучающих программ и лекционного обучения, когда студент, работая с обучающими машинами и программированными пособиями, закрепляют знания приобретенные на лекциях. Ведущей же фигурой в учебном процессе остается преподаватель независимо от того, в каком сочетании находятся программированные занятия с непрограммированными.

Внедрение обучающих и тестирующих (контролирующих) программ не уменьшает роли преподавателя, его ответственности за ход и результаты обучения. Наоборот, значение его даже возрастает, так как он должен решать более сложные методические вопросы, глубже вникать в психологию учащихся, анализировать причины возникающих трудностей у отдельных из них в усвоении учебного материала и принимать меры по их преодолению. Освободившись от нетворческой технической работы (проверка контрольных работ, прием коллоквиумов и т. д.), преподаватель может больше внимания уделять индивидуальной работе со студентами.

Применение ПЭВМ в обучении несколько изменяет и методику лекционно-групповой работы. Преподаватель должен в сжатое время раскрыть основные теоретические положения, законы и понятия, а также дать необходимые методические советы по самостоятельной работе с программированными материалами.

Используя обучающие машины, автоматизированные классы и обучающие комплексы, созданные на базе ПЭВМ, а также, применяя аппаратно-программные средства регистрации и документирования процесса обучения, можно получить статистические данные, характеризующие этот процесс с количественной и качественной стороны. В результате обработки таких материалов преподаватель сможет сделать выводы для дальнейшего улучшения процесса обучения. Систематически получая результаты обучения каждого отдельного студента по обратной связи, преподаватель быстро выявляет отстающих и оказывает им необходимую помощь.

1.3 Методы построения обучающих и тестирующих программ

1.3.1 Основы построения обучающих и тестирующих программ

Возможности применения средств ПЭВМ в обучении смогут быть реализованы лишь при условии, что будут появляться достаточно доброкачественные программы. Потенциальные возможности этого нового средства обучения подвергались интенсивной дискуссии, но при этом очень мало было сказано относительно конкретной методики, обеспечивающей успешное программирование. Были выявлены некоторые специальные приемы, помогающие составлению эффективных программ. При этом в качестве алгоритма для составления обучающей и тестирующей программы выбирается следующий процесс обучения /1/:

- планирование или программирование: преподаватель обращается к своему багажу знаний, чтобы выработать стратегический план обучения;

- преподнесение (предъявление) материала: преподаватель обращается к своему опыту и знаниям для того, чтобы преподнести материал своим студентам тем способом, который он считает наиболее подходящим, учитывая их возраст, склонности и способности;

- ответ студента: студент побуждается упражнять свою память и развивать способность к логическому анализу;

- подтверждение: преподаватель оценивает реакцию обучающегося и сообщает ему, прав он или не прав, что служит поощрением или вознаграждением для учащегося;

- адаптация: преподаватель решает, какие изменения должны быть внесены в его стратегический план обучения на основании ответа студента.

Работы в сфере обучения на основе применения программ дали толчок развитию трех различных систем программирования, каждая из которых базируется на своей собственной философской основе, а именно: линейного, разветвленного и адаптивного. Рассмотрим эти методы более подробно /6-8/.

1.3.2 Линейное программирование

В основу метода линейного программирования (метод Скиннера) положена трехступенчатая схема обучения: а) упрощение поставленной задачи (вопроса); б) поощрение, или подкрепление, ответа; в) перегруппировка простых задач в сложные.

Суть метода Скиннера заключается в следующем. Изучаемый материал разбивается на последовательность маленьких смысловых единиц (порций), логически охватывающую весь предмет. Эти порции должны быть достаточно малы, чтобы обучаемый делал как можно меньше ошибок. Совокупность таких порций (кадров или доз) может рассматриваться как последовательность «стимулов», причем некоторые элементы перекрываются при переходе от порции к порции. Общие элементы являются «различительными стимулами», поскольку по мере продвижения учащегося от знания к знанию они гарантируют возрастание вероятности правильного ответа.

Приведем пример линейного программирования, при котором студенту путем «подсказок» и «стимулов-указаний» помогают дать правильный ответ /9/. В первой порции обучаемому предъявляется небольшой объем информации, и от него требуется дать ответ, вписав в соответствующем месте пропущенные слова или предложения, например: «Бетоны - искусственные камневидные материалы, образующиеся путем затвердевания рационально подобранной по составу, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из _________ (песка) и крупного (_______) заполнителей, вяжущего вещества и воды.» Из данного примера видно, что пропущены слова «мелкого» и «щебня», т.к. само определение подсказывает это словами «песка» и «крупного».

Важной особенностью линейного программирования является то обстоятельство, что учащийся практически выписывает или «конструирует» ответ. Скиннер считает, что составленный самим обучаемым ответ заставляет его более глубоко, продумать материал и позволяет добиться лучшего понимания, чем при выборе правильного ответа из предоставленного набора готовых ответов. Программа, таким образом, не экзаменует учащихся, а обучает, требуя от них дать явно выраженный, продуманный и самостоятельный ответ.

Линейные программы бывают двух видов /8/. Первый из них характеризуется тем, что обучаемый изучает последующую порцию (дозу) материала независимо от того, правильно ли выполнил задание по предыдущей порции. Этот вид линейной программы реализуется в программированных учебниках, а также в большинстве обучающих машин, где учащийся сам составляет ответ. Другим видом линейной программы, реализуемой с помощью обучающих и тестирующих программ, предусматривается выдача очередной порции только в том случае, если задание предыдущей порции было выполнено правильно.

1.3.3 Разветвленное программирование

Разветвленное программирование (метод Краудера) основывается на выборе ответов из набора предложенных (схема множественного выбора). При этом преследуются следующие цели /1, 2/:

- проверить понимание только что изученного материала;

- выбрать путь исправления ошибки при неправильном ответе;

- привести дополнительное упражнение или объяснение по использованию рассмотренного понятия;

- активизировать работу обучаемого при изучении материала;

- поощрить обучаемого при правильном ответе.

«Дифференциальные психологи» (последователи Краудера) придерживаются того взгляда, что обучение совершается путем ознакомления учащихся с новым материалом. Они не требуют сколько-нибудь детального знания истинной природы процесса познания, а утверждают, что обучение человека происходит с использованием множества различных путей в зависимости от способностей и запаса знаний отдельных учащихся, характера и объема изучаемого материала и взаимодействия этих факторов, а также от других, менее очевидных причин.

Краудер считает, что «малые шаги» в линейной программе и малая скорость развертывания материала при его подаче недостаточно эффективны для более способных и развитых людей. Основным структурным элементом при разветвленном программировании является порция (кадр), которая обычно состоит из раздела материала объемом от 30 до 70 слов, хотя в некоторых случаях объем информации в кадре может быть и увеличен. За этой информацией следует вопрос с выбором ответа, и выбранный ответ автоматически определяет следующую порцию материала. Если учащийся выбрал правильный ответ, ему сообщается, что он прав, и разъясняется, почему он прав, причем одновременно предлагается следующая порция информации. Если учащийся выбрал неверный ответ, ему сообщается, что он ошибся, и разъясняется вероятная причина ошибки. После этого он либо снова отсылается к первой порции информации, чтобы сделать новую попытку выбора правильного ответа, либо же ему перед возвращением к исходной или последующей порции дается вспомогательный поясняющий материал.

С программой по системе Краудера /1/ обычно связывают выбор правильного ответа из ряда готовых ответов. Однако нет причин, по которым и в этом случае нельзя было бы применять конструирование ответа. Но в настоящее время еще нет достаточно убедительных доказательств, что конструируемый ответ более эффективен, чем выборочный.

1.3.4 Адаптивное программирование

Адаптивное программирование /1/ основано на гипотезе, что некоторое количество ошибок необходимо для обучения навыкам, т.е. если не будет сделано ошибок, эффект обучения будет меньше. При этом количество допущенных ошибок используется следующим образом:

- как только процент ошибок падает ниже определенного уровня, автоматически повышается степень трудности программы обучения;

- как только процент ошибок возрастает выше определенного уровня, автоматически понижается степень трудности; одновременно обучаемый получает «указывающую информацию», которая помогает ему выбрать правильный ответ и предлагает дополнительные упражнения по тем вопросам, усвоение которых дается с наибольшим трудом.

В течение периода обучения обучающая и тестирующая программа накапливает сведения о точности ответов и скорости работы учащегося, в результате чего можно судить о материале, вызывающем у учащегося наибольшие трудности. Таким образом, учащийся и программа соревнуются и сотрудничают, что несколько напоминает разговор преподавателя с учащимся.

1.3.5 Сравнительный анализ методов обучения

Большинство зарубежных психологов отдают предпочтение линейным программам, усматривая их преимущества в том, что /1, 2, 6-8/:

- учащиеся прорабатывают весь материал, не упустив ничего существенного;

- все задания, содержащиеся в программе, учащиеся выполняют правильно, и, следовательно, будет устранена опасность закрепления ошибок (в линейных программах вероятность правильного ответа, как правило, достаточно высокая);

- для реализации линейных программ требуются менее сложные алгоритмы обработки информации.

При выборе линейной или разветвленной программы необходимо учитывать содержание учебного материала и цель обучения. Например, линейные программы лучше использовать тогда, когда необходимо, чтобы студенты запомнили определенные факты, определения, числовые данные, усвоили содержание понятий, когда у учащихся должны быть сформированы некоторые навыки интеллектуального и практического характера. Разветвленную же программу целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо не просто запомнить факты, но и уметь объяснить их сущность, не только усвоить понятия, но и уметь применить их для решения различных задач.

Следует отметить еще один важный момент, влияющий на эффективность обучающих программ, - это тип ответа, который может быть трех типов: конструируемый, выборочный (альтернативный) или кодированный. При кодированном ответе (разновидность конструируемого) слова или фразы, используемые для ответа, кодируются числами или иными символами. По вопросу о том, какому типу ответа следует отдать предпочтение, имеются различные мнения. Сторонники конструируемых ответов уверены, что такой ответ наиболее естественен, не вникая в существующие на сегодняшний день возможности практической реализации. Сторонники выборочных ответов предполагают, что в этом случае можно легко реализовать разветвленную программу; кроме того, часто встречаются ситуации, когда необходимо выбрать то или иное решение из нескольких возможных. Некоторые психологи считают выборочные ответы такими же эффективными, как и конструируемые, особенно если учащийся уже имеет некоторое представление об изучаемом материале.

1.4 Виды обучающих и тестирующих средств

1.4.1 Информационные средства обучения

В настоящее время, когда каждый преподаватель во многих случаях имеет доступ к ПЭВМ, отличающихся высокой степенью универсальности, весь комплекс специализированных обучающих устройств заменяется комплексом контролирующих или расчетно-обучающих программ в сочетании с одним техническим устройством - ПЭВМ.

Информационные технические средства предназначены для односторонней связи с учащимся: к ним относится большая группа широко используемых визуальных информационных устройств (диапроекторы, кинопроекторы и т.п.), применяемых для иллюстрации материала во время групповых занятий и для выдачи различных справок учебного характера по индивидуальному запросу /1, 2/.

Кино, радио, телевидение и особенно Internet как информационные средства, позволяют многократно расширить аудиторию наиболее квалифицированных лекторов. Весьма многообещающим в свое время представлялось использование в учебных целях аудиовидеозаписей.

К информационным средствам обучения в большинстве случаев можно отнести и современные средства мультимедиа (multimedia) /8-10/. Под мультимедиа понимают компьютерную информационную технологию, позволяющую объединить в одной программе текст, звук, анимацию (мультипликацию), графическое и видеоизображение. Если экран мультимедийного компьютера спроектировать на большой экран, а звук усилить так, чтобы его слышала аудитория, то получится достаточно универсальное средство для иллюстрации рассказа или лекции любым наглядным материалом. В идеале техническое оборудование для этих целей надо дополнить еще лазерной указкой или дистанционной «мышкой». Желательно, чтобы проекция была настолько яркой, чтобы можно было работать без затемнения, поскольку во время рассказа или лекции студентам приходится вести записи. Но применение этих средств имеет ряд сложностей. Во-первых, цена такого презентационного оборудования запредельно высока для большинства учебных заведений. Во-вторых, подготовка презентационного материала требует от разработчика умения пользоваться профессиональными программными продуктами, доступа к библиотеке видеофильмов, фонотеке, наличия устройств для записи видео- и аудио- материалов и, наконец, немалого времени, т.е. подготовку материалов для презентации должен вести профессионал, каковым преподаватель является редко.

Большинство современных компьютерных обучающих систем по сути своей являются электронными энциклопедиями (электронными учебниками). Эти системы позволяют значительно автоматизировать процесс обучения, оперативно находить необходимую в работе информацию.

К информационным обучающим средствам могут быть отнесены и так называемые хелперы (helper-помощник) - оперативные средства помощи при изучении того или иного предмета. Примером хелперов могут служить различные справочные системы большинства современных программных продуктов.

1.4.2 Контролирующие и тестирующие программы

Контролирующие устройства предназначены для автоматизации процесса контроля знаний учащихся.

Накоплен большой опыт применения различных контролирующих систем. Специализированные контролирующие устройства используются для контроля знаний по одному определенному учебному предмету или даже по более узкому кругу вопросов какой-либо дисциплины. Универсальные контролирующие устройства предназначаются для контроля знаний учащихся по нескольким предметам /1, 2/. Они успешно используются для проверки подготовленности к лабораторным работам, для контроля профессиональных навыков и т.п. Имеется положительный опыт, в том числе и на кафедре «Машины и оборудование предприятий строительных материалов» использования таких устройств для контроля текущей работы учащихся, приема зачетов и экзаменов.

Контролирующие устройства выдают студенту задание; сравнивают его ответ с эталонными ответами программы контроля; выдают информацию о том, правилен или неправилен ответ, введенный учащимся в устройство; выдают итоговую оценку по результатам ответов. В некоторых контролирующих устройствах для группового контроля предусматривается статистическая обработка ответов всех студентов с выдачей преподавателю усредненных данных.

Тестирующие программы широко применяются для самоконтроля учащихся при выполнении заданий обучающей программы, т.е. в этом случае использовался комбинированный метод предъявления обучающей системы. Учебная информация и задания предъявляется в виде печатного текста (книги), а результаты действий студента по итогам выполнения заданий оценивались тестирующей программой.

Целесообразность использования программированного контроля определяется не только тем, что, пользуясь им, можно оценить знания учащихся, но и тем, что, во-первых; высвобождается время преподавателя, а во-вторых, появляется реальная возможность значительно чаще контролировать работу каждого студента, т.е. повысить эффективность обратной связи «студент - преподаватель» /1, 6-8/.

Различают две основные формы контроля в учебном процессе: текущий (в процессе обучения) и итоговый (экзамены, зачеты и т.д.). Результаты текущего контроля можно сразу же использовать для корректировки процесса обучения, т.е. в случае недостаточно полного усвоения материала преподаватель может принять соответствующие меры. Основная задача итогового контроля - как можно полнее проверить качество усвоения учебного материала по курсу и оценить знания каждого студента. Результаты итогового контроля можно использовать для усовершенствования обучения по этому курсу.

Эффективность программированного контроля зависит, прежде всего, от качества контролирующей программы. При составлении программ учитываются наиболее существенные стороны изучаемого материала. Вопросы (задания), предъявляемые каждому учащемуся, составляются так, чтобы из ответов на них можно было бы судить не только о знании отдельных разделов учебного материала, но и о степени усвоения материала в целом. Поэтому второстепенные вопросы, не позволяющие судить об усвоении изучаемого материала, в тестирующие программы не включаются.

Принципиальное значение имеет определение сложности заданий. Контрольные задания должны стимулировать активность студентов, заставлять их думать, не просто воспроизводить сообщенную им в свое время информацию, а активно перерабатывать ее.

Особое внимание уделяется форме предъявления заданий, которые должны отличаться четкостью и определенностью. Если при обычном опросе учащийся, не поняв поставленного вопроса, может обратиться к преподавателю за разъяснением, то при программированном контроле он лишен такой возможности. Иногда полагают, что непременным условием формулирования контрольных заданий должна быть однозначность правильного ответа учащегося. Но такое ограничение заданий в общем случае не оправдано с педагогической точки зрения /8/.

Тип ответа (конструируемый, выборочный, кодированный) /1/ при составлении тестирующих программ имеет не меньшее значение, чем в обучающих программах. Это вполне понятно, ведь необходимо добиваться того, чтобы фиксируемые в процессе программированного контроля ответы учащегося определялись бы именно уровнем его знания, а не иными факторами. Недостатки тех или иных типов ответа и способов их реализации могут привести как к завышению, так и занижению оценки. Завышение оценок имеет место, в частности, при угадывании правильного ответа, а занижение - когда ошибка допущена не в процессе выполнения задания, а при вводе ответа. Отсюда следует, что при использовании того или иного типа ответа следует учитывать как сильные, так и слабые его стороны.

При контроле-тестировании наиболее часто пользуются выборочным типом ответа, который легче реализовать в сравнении с другими типами. Такой ответ легко ввести в контролирующее устройство и оценить его правильность. Однако при этом правильный ответ может быть дан и в том случае, когда учащийся его узнал в ряду других, т.е. он может не знать ответа на поставленный вопрос, а узнать его. Естественно, что при узнавании учащийся меньше проявляет мыслительную активность, чем при вспоминании, не говори уже о рассуждении. Возможно также и случайное угадывание правильного ответа. Из-за этих и ряда других недостатков некоторые педагоги часто отрицательно относятся к программированному контролю с выборочными ответами. Однако при умелом составлении тестирующих программ эти недостатки можно свести к минимуму Чем больше вопросов дается студенту и чем больше имеется ответов к ним, тем меньше вероятность положительной оценки при недостаточном знании. Неплохие результаты можно получить при использовании спаренных вопросов, относящихся к одному и тому же материалу, причем правильный ответ засчитывается только в том случае, если учащийся правильно ответил на оба вопроса. Вопросы и ответы целесообразно составлять так, чтобы каждый из ответов обладал минимальной подсказывающей функцией и чтобы учащийся не смог определить даже ориентировочно, какой ответ правилен, до тех пор, пока он не выполнит задание (решит некоторую задачу).

Наиболее полное определение знаний обеспечивается при использовании конструируемых ответов. Однако практически они могут применяться только в некоторых случаях, так как процесс контроля при использовании конструируемых ответов, набираемых с помощью клавиатуры, не поддается автоматизации.

Программированный контроль целесообразно использовать в тех случаях, когда большое значение имеет фактор повышения частоты контроля и когда степень точности оценки знаний несущественна, например, при проверке готовности учащихся к выполнению лабораторных работ, зачетов по отдельным темам и, особенно, для текущего контроля в условиях лекционно-группового обучения /8/.

1.4.3 Программы-репетиторы

Репетиторы - программные продукты, объединяющие функции информационных и контролирующих технических средств и наиболее полно отвечающие условиям программированного обучения. К сожалению, к разряду репетиторов относят часто программы, в большей степени отвечающие требованиям тестирующих, а не обучающих.

Некоторые типы репетиторов предназначены для реализации только линейных ОП. Репетиторы, реализующие разветвленные программы, являются более универсальными. Специализированные репетиторы, предназначенные для отработки, контроля и закрепления относительно узкого круга профессиональных навыков, являются по существу тренажерами /1/.

расчетный обучающий тестирующий программа

1.4.4 Моделирующие устройства

Моделирующие программы, обладающие наибольшим обучающим эффектом, позволяют организовать эффективную работу студентов по самостоятельному изучению материала (включая и домашние задания), а также наполнять их новым дидактическим материалом при минимальных затратах времени и практически без специальной подготовки составителя такого материала. Другим направлением при создании обучающих и тестирующих программ (в том числе и мультимедийного характера) являются авторские системы /16, 17/ с максимально упрощенным вариантом программирования.

1.5 Требования к обучающим и тестирующим программам

Анализ работ /1, 6-10/ позволяет сформулировать перечень требований к обучающим программам, суть которых заключается в следующем:

- в программе должны реализовываться известные дидактические принципы: научность изложения, его доступность, мыслительная активность учащихся, постепенный переход от простого к сложному, оперативное выявление и исправление ошибок учащихся;

- для прочного усвоения изучаемого материала программой должно предусматриваться активное использование (закрепление) полученной информации путем выполнения учебных заданий (принцип мыслительной активности). Та информация, которую студент получает в процессе обучения и не применяет при выполнении учебных заданий, является непрочной и скоро забывается. При этом малозначащая информация должна быть исключена, а наиболее важная - выделена, чтобы учащийся не затруднялся в поисках главного, а сосредоточивал свои усилия на его усвоении;

- учебный материал должен излагаться четко и доходчиво, а программа должна стимулировать интерес к познанию и способствовать выработке у обучаемого умения применять приобретенные знания при решении учебных и практических задач. При однообразной работе над программой, отсутствии дискуссии и обмена мнениями учащийся утомляется, его интерес к обучению снижается. Поэтому следует применять разнообразные формы заданий, ставить такие вопросы, которые возбуждают мыслительную активность учащихся;

- обучающая программа должна обладать «открытой архитектурой», обеспечивающей возможность изменения или дополнения дидактического материала с тем, чтобы педагог имел возможность широкого выбора для конкретного занятия. Это означает, что программа должна обладать или существенной избыточностью по количеству дидактического материала, из которого можно выбрать нужное или снабжена средствами их подготовки пользователем средней квалификации (например, лаборантом). Это требование является ключевым, так как в большинстве случаев преподаватель не только является недостаточно подготовленным пользователем, но и подчас является носителем антикомпьютерных комплексов психологического характера. Причем относится это, прежде всего, к самым опытным и методически грамотным преподавателям, которые, в сущности, и являются носителями нужного для компьютерных технологий дидактического опыта;

- обучающие программы должны быть фрагментированными, разбитыми на небольшие порции - варианты с различным наполнением по одной и той же теме. При выборе размера дозы (порции) следует учитывать особенности учебного материала, уровень подготовки студентов и его предыдущую успеваемость. Мелкое дробление материала вряд ли можно считать оправданным, так как у учащихся не создается целостного представления об изучаемых явлениях. Кроме того, слишком маленькие дозы увеличивают время на обучение и не стимулируют мыслительной активности учащихся, в результате чего они теряют интерес к обучению по данной программе. Однако нецелесообразно применять и слишком большие дозы, поскольку процесс обучения при этом становится менее управляемым и многие преимущества программированного обучения практически не реализуются; кроме того, слишком большие дозы трудно усваиваются. При выборе размера дозы следует исходить из соотношения между требованиями, которые эта доза предъявляет к мышлению обучаемого, и объемом новой информации в ней;

- при разработке программы необходимо учитывать, что наиболее трудоемкой частью преподавательского труда является не объяснение (предъявление) нового материала, а его закрепление, которое часто сводится к решению однотипных задач, многократному повторению, применению одних и тех же правил, является самым скучным и неинтересным, а следовательно, и трудным для студентов. Именно на этом этапе обучающая программа должна оказать максимальное содействие педагогу;

...