Курсовая работа: Разработка сценария обучающей программы

В настоящем постиндустриальном обществе роль информационных технологий чрезвычайно важна, они занимают сегодня центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры. Их широкое использование в самых различных сферах деятельности человека диктует целесообразность наискорейшего ознакомления с ними, начиная с ранних этапов обучения и познания.

Применение мультимедиа в сфере образования ряда развитых западных стран уже идет достаточно успешно и имеет следующие направления: видеоэнциклопедии; интерактивные путеводители; тренажеры; ситуационно-ролевые игры; электронные лектории; персональные интеллектуальные гиды по различным научным дисциплинам, являющиеся обучающими системами с использованием искусственного интеллекта; исследовательское обучение при моделировании изучаемого процесса в аналоговой или абстрактной форме; системы самотестирования знаний обучающегося; моделирование ситуации до уровня полного погружения — виртуальная реальность (для изучения языка — моделирование деловых переговоров на иностранном языке, моделирование положения на бирже при изучения экономических вопросов и т.д.);

Конечно обучающая программа не может заменить человека-преподавателя, но оно не только может дополнить и усовершенствовать деятельность преподавателя, а в некоторых областях, в которых развиваются самостоятельность, творческое мышление, оно сыграет уникальную роль, которую мы сейчас не можем еще осознать в полной мере.

Подводя итоги вышеизложенного можно отметить: проблема создания обучающих программ или курсов является актуальной. Объектом нашего исследования будет обучающая программа, а предметом – методика разработки сценария обучающей программы.

1. Понятие об обучающих программах. Достоинства и недостатки обучающих программ. Проблемы существующих подходов к проектированию обучающих программ

1.1 Понятие об обучающей программе

Необходимо заметить, что до сих пор не существует четкого определения обучающей программы или электронного учебника, равно как и нет общепринятого названия для компьютерных обучающих систем. В литературе встречаются самые разнообразные варианты названия и соответствующие им определения.

Т.С. Буторин дает следующее определение: “Электронный учебник” представляет собой сложный объект дидактического проектирования с использованием новых информационно-педагогических технологий”.

И.А. Калинин определяет электронное средство обучения как программное средство, содержащее некоторый материал по учебной теме или курсу и средства для проверки его усвоения. При этом изначально предполагается, что средство будет использоваться либо как дополнение к существующему учебнику (и проводимому бучению), либо выполняет задачи “репетитора”.

Н.И. Пак: “Электронный учебник – в большей степени инструмент обучения и познания, и его структура и содержание зависят от целей его использования Он и репетитор, и тренажер, и самоучитель”. Особую значимость он приобретает при использовании в нелинейных технологиях и коммуникационных системах.

С.А. Христочевский “Электронный учебник – программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельного или при участии преподавателя освоения учебного курса или его большого раздела именно с помощью компьютера. ЭУ или курс обычно содержит три компонента: презентационную составляющую, в которой излагается основная информационная часть курса; упражнения, способствующие закреплению полученных знаний; тесты, позволяющие проводить объективную оценку знаний учащихся”

А.В. Хуторской: “Электронный учебник – это такой учебник, который выполняется в формате, допускающем гиперссылки, графику, анимацию, речь диктора, регистрационные формы, интерактивные задания, мультимедийные эффекты”.

Таким образом, электронное средство обучения – это обучающая программная система комплексного назначения, которая обеспечивает непрерывность и полноту дидактического цикла процесса обучения, предоставляет теоретический материал, обеспечивает тренировочную учебную деятельность, осуществляет контроль уровня знаний, а также обеспечивает информационно-поисковую деятельность, математическое и имитационное моделирование с компьютерной визуализацией, сервисные услуги при условии интерактивной обратной связи.(1/2/3/4/5)

1.2 Преимущества и недостатки обучающих программ

В основе учебных пособий часто лежит методика программированного обучения, что налагает определённые требования на структуру и методику обучения с использованием этих средств. С технической точки зрения, такие учебные средства часто имеют характер презентаций и строятся как наборы слайдов.

Такой подход не отвечает традиционному понятию учебника — основного средства обучения. В нём из поля зрения пользователя практически полностью выпадают возможности, касающиеся поиска и анализа информации, не формируются навыки самостоятельной исследовательской работы, затруднена возможность варьирования содержания обучения. Построенные таким образом средства тяжело вносить в учебный процесс. (5)

Несмотря на неоспоримые достоинства, применение электронных обучающих средств не лишено определенных недостатков. В их числе недостатки, вызванные специфическими особенностями работы с информацией на электронных носителях (чтение с экрана менее удобно, чем с листа бумаги, вызывает повышенную утомляемость органов зрения, требует наличия соответствующих технических средств и т.д.). Гораздо более существенны недостатки, вызванные погрешностями в написании электронных учебников. Это выражается в отсутствии:

учета психолого-педагогических требований;

адресности (учета индивидуальных особенностей обучающегося, состояния его здоровья (например, инвалидности), профессиональной направленности в обучении и т.д.);

унификации в использовании терминологии и обозначений;

междисциплинарных связей и недостаточной преемственности материала;

единого подхода к подбору иллюстративного материала.

Такая ситуация возникла вследствие того, что процесс интенсивного создания электронных учебников начался сравнительно недавно, и во многом он протекает стихийно, поэтому в коллектив разработчиков программных продуктов учебного назначения не всегда входят специалисты в области педагогики и психологии, эргономики, медицины и т.д.

Для устранения этих недостатков предлагается другой подход к построению электронных учебников, основанный на понимании электронного учебника как открытой информационной системы. При этом подходе основу учебника составляет собственно информационное наполнение.

Информационные системы – это совокупность тем или иным способом структурированных данных (базы данных) и комплекса аппаратно-программных средств для хранения данных и манипулирования ими.

В обучающей системе должны быть предусмотрены следующие типы модулей учебного материала:

Текстовые. Основу в таких модулях составляет текст с гиперссылками на другие модули.

Статические иллюстрации в различных графических форматах.

Видео и аудио фрагменты.

Программные модули расширения, (в виде стандартных библиотек DLL).

Для выполнения задач поиска в системе предусмотрен механизм полнотекстового поиска, что позволяет искать нужный материал по ключевым словам или содержанию.

Система спроектированная с учетом вышеизложенных критериев позволяет реализовывать как традиционную схему построения учебных программных средств, так и практически любую другую. Она позволяет хранить и обрабатывать значительно больший массив информации, за счёт средств редактирования и индексации, работающих с тем же материалом, что и средства просмотра.(5)

На этапах разработки и внедрения обучающей программы возникает вопрос о целесообразности применения этого средства обучения, а, следовательно, необходимость выявления преимуществ компьютерных обучающих технологий перед традиционными средствами обучения, которые успели зарекомендовать себя с лучшей стороны за долгие годы использования.

Традиционные способы обучения, такие как чтение научной литературы, прослушивание лекций, посещение семинаров, просмотр учебных видеофильмов, издавна зарекомендовали себя как эффективные средства получения знаний, на которых выросло не одно поколение школьников и студентов.

Каждое из перечисленных средств имеет ряд недостатков:

информация представляется, как правило, только в одной форме, а отсюда – недостаточная иллюстративность классических учебников или, в случае видео- и аудиокассет, необходимость использования дополнительных носителей информации в виде пояснительных брошюр;

поиск информации в любом из перечисленных видов обучения – длительный и трудоемкий процесс;

отсутствие эффективных способов проверки знаний обучающегося приводит к тому, что контроль над процессом усвоения материала может осуществляться только преподавателем.

Объединить все лучшее, что существует в традиционных способах обучения и устранить отмеченные недостатки можно, используя возможности электронной формы представления информации.

Таким образом, обучающие программы обладают следующими основными преимуществами:

интерактивность, бесценная для образовательного процесса, позволяющая без усилий выполнять рутинные операции (поиск, вычисления) и индивидуализировать получение и усвоение информации;

долговременная актуальность. Электронные издания практически вечны: основные затраты приходятся на разработку первой версии, а текущие изменения, дополнения требуют сравнительно малых затрат .

Изучив различные средства обучения, можно сказать, что электронные средства обучения значительно превосходят традиционные средства по возможностям поиска и навигации, а также по наглядности, в то время как контроль знаний и обратная связь с преподавателем оставляют желать лучшего, представляя обширную область для дальнейших исследований и разработках.(1)

1.3 Основной недостаток существующего подхода к разработке обучающих программ

Обучающие программы реализуются с помощью компьютера и вполне естественно, что при их разработке ведущее место приобрели проблемы, связанные с машиной (программной) реализацией программ. Ведь не смотря на то, что возможности компьютера значительно возросли и с каждым годом увеличиваются, реализация многих обучающих функций которые легко осуществляет даже неопытный педагог, связана с большими трудностями (например, распознавание ответа учащегося). Однако нельзя считать правильной весьма распространенную точку зрения, будто ключ к решению основных проблем компьютерного обучения — это разработка средств которые позволяют осуществлять переход от сценария обучающей программы к компьютерной программе. Такое представление в ряде случаев сказалось на разработке и оценке роли инструментария для программирования обучающих программ. Многие разработчики таких систем (как правило, в целях рекламы) преувеличивают не только возможности созданных ими авторских систем, но и вообще их значение. Это обстоятельство, по мнению специалистов, играет отрицательную роль в исследованиях актуальных проблем разработки обучающих программ. Преувеличение возможностей авторских средств часто сочетается с недооценкой важности тех психолого-педагогических проблем, которые возникают при разработке обучающих программ. Некоторые разработчики авторских средств полагают, будто преподаватели, а также специалисты в области информатики и вычислительной техники, имея смутные представления о психолого-педагогических особенностях обучения, а некоторые и о содержании того или иного учебного предмета, в состоянии создать эффективную обучающую программу.(1)

Распространение подобных взглядов оказало влияние не только на теорию, но и на практику разработки обучающих программ. В ряде стран, например, в США и особенно в Великобритании, в течение последних 10–15 лет появилось не поддающееся учету количество микроскопических по своим размерам фирм (многие из них имеют штат из двух-трех программистов), которые разрабатывают обучающие программы, предназначенные для продажи. В нашей стране также нередко среди единоличных разработчиков обучающих программ были специалисты по вычислительной технике. Эта их деятельность, хотя и несколько отличалась от выполняемой ранее, тем не менее по соей сути оставалась привычной для них. В результате создавались многочисленные, но малоэффективные программы. Именно такая практика стала основным источником иллюзий, будто наибольшие трудности в разработке обучающих программ представляет кодирование или как часто говорилось, программирование обучающих курсов(программ).(1)

Следует иметь в виду, что термин программирование трактуется по-разному: в более узком смысле — как составление программы для компьютера и как разработка программ в широком смысле слова. Когда мы говорим, что система образования и общество в целом программируют личность, то мы понимаем, что здесь речь идет о том, что общество, через систему образования, оказывает большое влияние на становление человека как личности. Применительно к компьютерному обучению выражение “программирование обучающих курсов” стало восприниматься как синоним “разработки обучающих курсов”. А это привело к серьезным отрицательным последствиям:

Отвлекло внимание от наиболее важных и трудоемких проблем Психолого-педагогических проблем разработки обучающих программ — и тем самым, естественно, затормозило их исследование. Породило иллюзию, будто создав удобный инструментарий для кодирования обучающих программ, можно с помощью педагогов-энтузиастов решить проблему создания эффективных обучающих программ.(1)

Разумеется, вину за это нельзя полностью возлагать на первых разработчиков обучающих программ и инструментария для кодирования (программирования) обучающих программ. Просто они, не будучи педагогами, не усматривали тех психолого-педагогических проблем, которые возникают при разработке обучающих программ. Предполагалось, что, имея перед глазами внешне наблюдаемое поведение педагога, можно составить эффективную обучающую программу для компьютера.

2. Типы обучающих программ

Основанием для классификации служат обычно особенности учебной деятельности обучаемых при работе с программами. Многие авторы выделяют четыре типа обучающих программ:

• тренировочные и контролирующие;

• наставнические;

• имитационные и моделирующие;

• развивающие игры.

Программы 1-го типа (тренировочные) предназначены для закрепления умений и навыков. Предполагается, что теоретический материал уже изучен. Эти программы в случайной последовательности предлагают учащемуся вопросы и задачи и подсчитывают количество правильно и неправильно решенных задач (в случае правильного ответа может выдаваться поощряющая ученика реплика). При неправильном ответе ученик может получить помощь в виде подсказки.

Программы 2-го типа (наставнические) предлагают ученикам теоретический материал для изучения. Задачи и вопросы служат в этих программах для организации человеко-машинного диалога, для управления ходом обучения. Так если ответы, даваемые учеником, неверны, программа может “откатиться назад” для повторного изучения теоретического материала.

Программы 3-го типа (моделирующие) основаны на графически-иллюстративных возможностях компьютера, с одной стороны, и вычислительных, с другой, и позволяют осуществлять компьютерный эксперимент. Такие программы предоставляют ученику возможность наблюдать на экране дисплея некоторый процесс, влияя на его ход подачей команды с клавиатуры, меняющей значения параметров.

Программы 4-го типа (игры) предоставляют в распоряжение ученика некоторую воображаемую среду, существующий только в компьютере мир, набор каких-то возможностей и средств их реализации. Использование предоставляемых программой средств для реализации возможностей, связанных с изучением мира игры и деятельностью в этом мире. приводит к развитию обучаемого, формированию у него познавательных навыков, самостоятельному открытию им закономерностей, отношений объектов действительности, имеющих всеобщее значение.(3)

Наибольшее распространение получили обучающие программы первых двух типов в связи с их относительно невысокой сложностью, возможностью унификации при разработке многих блоков программ. Если программы 3-го и 4-го типов требуют большой работы программистов, психологов, специалистов в области изучаемого предмета, педагогов-методистов, то технология создания программ 1-го и 2-го типов ныне сильно упростилась с появлением инструментальных средств или наполняемых автоматизированных обучающих систем (АОС).

Основные действия, выполняемые программами первых двух типов:

предъявление кадра с текстом и графическим изображением;

предъявление вопроса и меню вариантов ответа (или ожидание ввода открытого ответа);

анализ и оценка ответа;

предоставление кадра помощи при нажатии специальной клавиши.

Они могут быть легко и унифицировано запрограммированы, так что разработчику обучающей программы остается ввести в компьютер только соответствующий текст, варианты ответов, нарисовать на экране с помощью манипулятора “мышь” картинки. Создание обучающей программы в этом случае выполняется совершенно без программирования, не требует серьезных компьютерных познаний и по силам любому педагогу-предметнику средней школы. Названия наиболее известных отечественных АОС: “Урок”, “Адонис”, “Магистр”, “Stratum”. Используются в России и зарубежные системы: “Linkway”, “TeachCad” и др. Многие из этих систем имеют хорошие графические подсистемы и позволяют создавать не только статические картинки, но и динамические графические фрагменты в духе “мультимедиа”. (3)

3. Психологические методы усвоения знаний, лежащие в основе обучающих программ

При разработке сценариев учебной работы целесообразно учитывать психологические закономерности усвоения знаний, установленные в педагогической психологии и позволяющие повысить эффективность процесса обучения. Рассмотрим некоторые наиболее известные и "технологичные" теории усвоения.

Бихевиористская теория обучения. В бихевиоризме (от лат. behavior - поведение) не рассматриваются внутренние процессы человеческого мышления. Изучается поведение, которое трактуется как сумма реакций на какие-либо ситуации.

Один из основоположников бихевиоризма Э. Л. Торндайк (1874-1948) считал, что обучение человека должно строиться на базе чисто механических, а не сознательных принципов. Поэтому он пытался описать обучение человека с помощью простых правил, справедливых одновременно и для животных. Среди этих правил выделим два закона, послуживших платформой для дальнейшего развития теории обучения.

Первый из них, названный законом тренировки, говорит о том, что, чем чаще повторяется определенная реакция на ситуацию, тем прочнее связь между ними, а прекращение тренировки (повторения) приводит к ослаблению этой связи.

Второй закон был назван законом эффекта: если связь между ситуацией и реакцией сопровождается состоянием удовлетворенности (удовольствия) индивида, то прочность этой связи возрастает и наоборот: прочность связи уменьшается, если результат действия приводит к состоянию неудовлетворенности.

Опираясь на эти законы, последователь Торндайка Б. Ф. Скиннер разработал в начале 50-х годов весьма технологичную методику обучения, названную в дальнейшем линейным программированием.

В основу своей методики Скиннер положил универсальную формулу

С -> Р -> П, где С- ситуация, Р- реакция, П- подкрепление.

Учебный материал Скиннер предлагал разбивать на мелкие дозы, каждая из которых должна содержать одну ситуацию. Ситуации должны быть настолько простыми (что почти автоматически обеспечивалось малостью доз учебного материала), чтобы реакции на них практически всегда были правильными. По мнению Скиннера, правильное выполнение учебного задания уже само по себе является положительным подкреплением и приводит учащегося в состояние удовлетворенности. (5/1)

В текстах программированных учебных пособий Скиннера содержались пропуски (ситуации) - один пропуск на фразу из 2-3 строк. Пропущенные слова располагали на полях страницы. Учащийся, изучая такое пособие, сначала закрывал поля, читал текст, вставляя пропущенные слова, и сразу же проверял себя, открывая ответы. Тексты учебных пособий были написаны таким образом, чтобы в процессе их чтения обеспечивалось многократное повторение всех существенных элементов учебного материала. Во избежание механического запоминания информации одна и та же мысль повторялась в различных вариантах.

Применение программированных пособий Скиннера в профессионально-технических училищах США оказалось успешным: существенно сократилось время обучения, повысилась квалификация обучаемых рабочих. Однако здесь же обнаружились и недостатки методики линейного программирования:

нудность и механистичность программированных текстов;

отсутствие системности, целостности в восприятии учебного материала (большое количество мелких доз не способствует обобщениям);

правильность выполнения простых заданий является положительным подкреплением лишь на первых порах чтения пособия, в дальнейшем правильное выполнение простых ситуаций уже не приносит чувства удовлетворенности;

отсутствие адаптации (все ученики выполняют одну и ту же программу, идут по одной линии).

Значительная часть этих недостатков была устранена в предложенной Н. А. Краудером схеме разветвленного программирования (рис.1). Краудер предложил увеличить дозу информации (И1,И2,на рис.1) с 2-3 строк у Скиннера до примерно половины страницы. Типовая ситуация (задание) у Краудера состояла из вопроса (В) и трех вариантов ответов: О1- правильный ответ, О2 - неточный ответ, О3- неправильный ответ. При неточном ответе учащийся отправлялся к корректирующей информации (К), при неправильном - ему давалось разъяснение, помощь (Р). При правильном ответе учащийся получал положительное подкрепление (П) и переходил к следующей дозе информации (И2). Таким образом, схема разветвленного программирования имела три пути: для сильных, средних и слабых учащихся.

Несмотря на острую критику за принципиальное невмешательство в мышление учащегося (бихевиористы управляют лишь его поведением), бихевиористская теория обучения получила широкое распространение и была реализована в ряде технических обучающих устройств. И в настоящее время универсальная схема этой теории (ситуация -> реакция -> подкрепление) в ее линейной или разветвленной форме является стержневым фрагментом многих компьютерных обучающих программ. (5)

Ассоциативно-рефлекторная теория усвоения. Ассоциацию в данной теории определяют как связь между психическими явлениями, при наличии которой актуализация одного явления вызывает появление другого. Таким образом, обучение в ассоциативно-рефлекторной теории трактуется как установление связей между различными элементами знания. Связи принято делить на внешние и внутренние. Внешние связи дают чисто механическое заучивание. Например, правило для запоминания цветового спектра: "Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан". Внутренние же, логические связи позволяют из одних элементов знания получать (выводить) другие элементы.

Необходимыми условиями для применения ассоциативно-рефлекторной теории усвоения являются наличие у обучаемых определенного фундамента знаний и владение ими логическими операциями, позволяющими связывать между собой ранее изученные и новые элементы знания. Методику ассоциативно-рефлекторного обучения можно представить в виде схемы из шести следующих этапов:

Актуализация ранее усвоенных элементов знания (контроль, напоминание).

Установление связей между ранее усвоенными и новыми элементами знания.

Фиксация и осмысление новых элементов знания.

Закрепление новых знаний.

Обобщение ранее усвоенных и новых элементов знания в единую систему.

Закрепление обобщенного знания.

При конкретной реализации этой схемы в глобальном сценарии учебной работы с обучающей программой локальные сценарии каждого этапа могут быть построены на основе универсальной бихевиористской формулы.

Теория поэтапного формирования умственных действий. Основы этой теории были заложены П.Я. Гальпериным и в дальнейшем были развиты в работах Н.Ф. Талызиной и других его последователей. В соответствии с этой теорией процесс обучения целесообразно планировать в виде схемы, состоящей из шести следующих этапов:

Создание мотивации для изучения учебного материала.

Формирование ориентировочной основы деятельности, например, изучение общей структуры учебного материала.

Материальная или материализованная форма деятельности. На этом этапе организуется учебная деятельность непосредственно с изучаемыми материальными объектами или с их заменителями: макетами, чертежами, схемами и т.п.

Абстрагированная от материальных объектов внешнеречевая деятельность. Это может быть не только проговаривание вслух, но письмо.

Абстрагированная деятельность, протекающая в форме внутренней речи (внешняя речь про себя).

Учебная деятельность, протекающая в абстрагированной свернутой, умственной форме.

Концепция алгоритмизации. Основная сфера применения этой теории усвоения - изучение алгоритмов решения задач. Технологическая схема учебной работы по этой теории состоит из пяти этапов.

Осознание области применения усваиваемых способов.

Ознакомление с алгоритмом решения задачи в целом.

Учебная деятельность по алгоритму с внешней опорой (алгоритм перед глазами).

Учебная деятельность по алгоритму с эпизодической внешней опорой (алгоритма перед глазами нет, но есть возможность заглянуть в его описание).

Учебная деятельность по алгоритму без внешней опоры.

4. Рекомендации по применению психологических теорий усвоения

При проектировании глобального сценария АУК целесообразно планировать в начале учебной работы создание у обучаемых мотивации, знакомство с общей структурой учебного материала АУК (теории алгоритмизации или поэтапного формирования умственных действий), напоминание, если это необходимо, ранее изученного материала (ассоциативно-рефлекторная теория).

При разработке локальных сценариев (последовательности выполнения упражнений в ходе изучения отдельных учебных элементов) сначала планируются к выполнению упражнения со схемами, чертежами и другими графическими иллюстрациями (материализованная форма деятельности), а следом за ними - более абстрактные упражнения. Сценарии каждого упражнения целесообразно планировать в соответствии с универсальной бихевиористской формулой .

Учитывая дробный, порционный характер процедуры обучения с помощью АУК, необходимо также предусматривать в глобальном сценарии промежуточные и завершающий обобщающие этапы.

5. Элементы управления в сценариях обучающих программ

В соответствии с постулатами общей теории управления в любых циклических замкнутых системах управления, в том числе и в педагогических, должны быть реализованы следующие функции:

формирование целей управления;

установление исходного состояния объекта управления;

определение программы воздействий, предусматривающей основные переходные состояния объекта управления;

систематический сбор информации обратной связи;

переработка информации обратной связи с целью выработки и реализации корректирующих воздействий.

Остановимся более подробно на особенностях понятия обратной связи, присущих педагогическим системам. Обратную связь (ОС) в триаде "Педагог - Обучающая программа - Обучаемый" можно разделить на два вида: внешняя и внутренняя ОС.

Внутренняя ОС - это информация, которая поступает от обучающей программы к ученику в ответ на его действия при выполнении упражнений. Она предназначена для самокоррекции учеником своей учебной деятельности. Понятие внутренней ОС имеет исключительно важное значение для автоматизации процесса обучения. Внутренняя ОС дает возможность ученику сделать осознанный вывод об успешности или ошибочности учебной деятельности. Она побуждает ученика к рефлексии, является стимулом к дальнейшим действиям, помогает оценить и скорректировать результаты учебной деятельности. Различают консультирующую и результативную внутреннюю ОС. Консультация может быть разной: помощь, разъяснение, подсказка, наталкивание и т.п. Результативная ОС также может быть различной: от "верно - неверно" до демонстрации правильного результата или способа действия.

Информация внешней ОС в рассматриваемой триаде (см. рис. 2) поступает к педагогу и используется им для коррекции деятельности ученика и обучающей программы.

6. Технология создания мультимедиа курса

Схематически жизненный цикл автоматизированного учебного курса может быть представлен в виде каскадной модели, включающей пять основных этапов:

Стратегическое планирование

Проектирование

Реализация учебного курса

Тестирование

Эксплуатация и сопровождение.

На этапе стратегического планирования определяются цель и назначение электронного учебного курса(ЭУК), анализируются технические возможности его реализации, а также составляется план разработки курса.

Этап проектирования предусматривает разработку структуры курса и сценариев работы с ним.

Реализация включает формирование объектов обучения в соответствии со структурой курса и выбранными технологиями, а также ввод курса в систему (компьютер).

На этапе тестирования проверяется правильность работы ЭУК и исправляются обнаруженные ошибки и неточности функционирования курса.

Эксплуатация предусматривает использование разработанного ЭУК в учебном процессе, а сопровождение - поддержание курса в рабочем состоянии, исправление выявленных недостатков и, при необходимости, модернизацию курса.

Объект обучения (ОО) – это электронный источник, который уникально обозначен метаданными и может быть использован (причём многократно) для поддержки и улучшения организации процесса обучения. Объекты обучения разделяются на две основные группы: информационные (ИОО) и задачные (ЗОО) (Зайцева, 2006). Информационный ОО включает обучающую информацию по теме, сопровождаемую примерами и разъяснением. Задачный ОО содержит задание или вопрос для проверки усвоения ИОО и комментарии на возможные ответы обучаемых.

6.1 Стратегическое планирование

При разработке ЭУК в первую очередь следует сформулировать цель и задачи курса. Цель определяет знания и/или умения, которые должен освоить обучаемый, а также уровень их освоения. Существуют различные подходы к классификации познавательной деятельности. Например, в работах (Беспалько, 1977; Беспалько, 1989) определены следующие уровни деятельности:

· «знакомство» – уровень соответствует общим представлениям об объекте изучения;

· «репродукция» – уровень предполагает овладение основными понятиями предмета настолько, что обучаемый может анализировать различные действия и возможные исходы;

· «умение» – уровень соответствует умению применять усвоенные знания в практической деятельности для решения некоторого класса задач;

· «трансформация» – уровень предполагает, что обучаемый способен делать выводы и решать неизвестные ему ранее задачи.

Задачи курса конкретизируют цель и способы её достижения. В задачах рекомендуется определить:

1) тип электронного учебного курса (адаптивный, частично адаптивный, неадаптивный);

2) перечень понятий темы, рассматриваемых в ЭУК, а также форму их представления;

3) степень детальности изложения учебного материала (УМ);

4) сферу использования и предназначения курса (круг обучаемых);

5) примерное количество заданий и/или вопросов для закрепления учебного материала;

6) количество заданий и/или вопросов, позволяющих однозначно определить уровень освоения темы (УМ).

На данном этапе целесообразно составить план работы с курсом, указав входящие в него понятия и планируемое время изучения каждого из них, а также примерное время изучения курса в целом (Башмаков, 2003). При этом следует учитывать особенности процесса усвоения учебного материала обучаемым, на который существенное влияние оказывает его утомляемость.

В Рижском техническом университете были проведены исследования по определению оптимального времени сеанса работы с обучающей системой, используя математическую модель управления процессом усвоения учебной информации вида (Авчухова, 1977):

Z (t) = φ (1 – exp(ψt)),

где Z(t) – количество усвоенной обучаемым информации в семантических единицах текста (сетах);

t – время поступления информации; Ż (t) |t=0 = 0;

φ – параметр модели, определяющий максимальное количество информации, остающейся в памяти человека в процессе непрерывного обучения;

ψ – параметр модели, характеризующий утомляемость обучаемого.

На основе полученных экспериментальных данных были рассчитаны параметры модели ψ = 0,0270 (1/мин), φ = 121,74 (сета) и Т = 1 / ψ = 37 мин. (время, за которое скорость усвоения информации уменьшается в е раз), а также определены изменение скорости приращения усваиваемой информации (см. рис) и значения параметра ψ в различные периоды учебного года (см. рис)

По результатам проведенных исследований, подробно описанных в работах (Зайцева, 1981; Зайцева, 1989), можно сделать следующие выводы:

– продолжительность одного сеанса работы с ЭУК должна составлять 35 – 40 минут (рассчитанное рекомендуемое время Т = 37 мин.);

– наиболее важные понятия и наиболее трудные задания следует выдавать обучаемым в интервале от 10 до 25 минут с момента начала занятия.

Данные рекомендации следует учитывать при разработке ЭУК, т.е. время изучения курса не должно превышать 40 минут или, что в ряде случаев может быть предпочтительнее, изучение отдельного понятия курса не должно превышать 35 – 40 минут.

На этапе стратегического планирования также осуществляется предварительный подбор учебного материала для ИОО и заданий для закрепления учебного материала и выбор формы их представления (видео, аудио, текст и т.п.). Можно использовать имеющиеся (reusable) ИОО и ЗОО, если такие доступны.

Таким образом, результатом данного этапа разработки ЭУК являются: цель и задачи курса; план работы с курсом; предварительный набор информационных и задачных объектов обучения; календарный план разработки ЭУК (рис. 4). Основную работу на данном этапе выполняет методист совместно с автором ЭУК, при необходимости обращаясь к техническому консультанту.

Результаты этапа стратегического планирования

6.2 Проектирование ЭУК

Этап проектирования, предусматривающий разработку структуры курса и сценариев работы с ним, включает четыре фазы: разработка модели темы, изучаемой в создаваемом ЭУК; разработка структуры курса; определение метаданных объектов обучения; разработка сценариев работы с ЭУК.

6.2.1 Разработка модели темы, изучаемой в рамках курса

Разработка модели темы. Модель темы используется для определения последовательности изучения входящих в нее тем и представляет собой ориентированный граф с нагруженными ребрами. Множество вершин графа соответствует понятиям темы, множество ребер – связям между ними, а весовые коэффициенты ребер указывают степень связи между понятиями (Зайцева, 2003). Используя математические методы можно определить оптимальный путь прохождения вершин графа, который и является оптимальной последовательностью изучения понятий темы. Такой подход соответствует адаптивной технологии “Построение последовательности обучения” (Curriculum sequencing) (Brusilovsky, 1998).

6.2.2 Разработка структуры курса

Разработка структуры курса. Структура курса разрабатывается на основе модели темы. При этом используется принцип декомпозиции. Архитектура курса может быть представлена в одном из трех вариантов:

· линейная – понятия темы изучаются последовательно, т.е. сначала обучаемому выдается информационный объект обучения (ИОО), содержащий учебный материал, а затем несколько задачных (ЗОО) для закрепления УМ (рис. а);

· разветвленная, которая используется, когда понятия темы не связаны друг с другом и могут быть изучены в произвольной последовательности. В этом случае выбор последовательности их изучения предоставляется обучаемому (свойство адаптируемости) (рис. б);

· комбинированная – объединяет оба предыдущих варианта, т.е. некоторые понятия изучаются последовательно, а порядок изучения остальных выбирается обучаемым.

Курс завершается рядом контрольных ЗОО (КОО) для проверки усвоения темы.

На следующем шаге детально проектируется каждая связка ИОО – ЗОО. ИОО может содержать информацию разных видов и степени детальности: краткую информацию об объекте изучения; поясняющий пример; расширенную информацию об объекте изучения; подробную информацию об объекте изучения; подробное пояснение примера (Зайцева, 2006) и др., каждая из которых может быть предусмотрена для различных групп обучаемых в зависимости от их характеристик, хранимых в модели обучаемого. Учебный материал, включаемый в ИОО, делится на отдельные кадры, уточняется содержание каждого из них и форма его представления. В детальный проект также надо включить все ЗОО, следующие за ИОО и используемые для закрепления учебного материала, возможно, предусмотрев для каждого дополнительный наводящий вопрос и помощь при выполнении задания.

Если для демонстрации учебного материала или выполнения задания (например, работа с моделями) необходимо написание программного модуля, составляется спецификация требований к нему.

6.2.3 Определение метаданных объектов обучения

Определение метаданных объектов обучения. В проекте стандарта IEEE (IEEE, 2002) определены девять категорий, включающих в целом 40 различных метаданных: наименование ОО, описание, язык, платформа, размер, возраст обучаемых, время изучения и др. Методы регистрации перечисленных в (IEEE, 2002) метаданных описаны в работе (Dahl, 2007). Представленные в (IEEE, 2002) метаданные способствуют повторному использованию ОО, но для создания адаптивных ЭУК их недостаточно. Поэтому при разработке ЭУК целесообразно использовать дополнительные метаданные – дидактические характеристики ОО. К ним относятся: трудность (представлена в (IEEE, 2002)), сложность, значимость и спецификация.

Трудность отражает степень трудности усвоения УМ или выполнения задания для обучаемых и определяется по результатам экзаменов, зачетов и контрольных работ. В (IEEE, 2002) определены пять значений трудности ОО: очень легкий, легкий, средний, трудный, очень трудный (very easy, easy, medium, difficult, very difficult), которая задается константой от 1 до 5. В работе (Зайцева, 1989) описан метод определения трудности заданий по трехбалльной шкале (минимальная, средняя, максимальная), который может быть использован и для рекомендуемой IEEE пятибалльной шкалы. В общем случае можно принять следующие значения трудности ОО:

– очень легкий (1) – ОО правильно выполняют не менее 80% обучаемых;

– легкий (2) – ОО правильно выполняют 61-80% обучаемых;

– средний (3) – ОО правильно выполняют 41-60% обучаемых;

– трудный(4) – ОО правильно выполняют 21-40% обучаемых;

– очень трудный (5) – ОО правильно выполняют не более 20% обучаемых;

Трудность ЗОО может быть изменена по мере работы обучаемых с ЭУК.

Сложность отражает степень сложности УМ или задания и определяется по модели предмета, которым является ориентированный граф. Для этого выделяется подграф с конечной вершиной – ОО, сложность которого требуется определить. Число дуг подграфа суть сложность ОО, т.е. сложность S = Σ di (i=1,n), где di – дуга подграфа. Данная характеристика нами не использовалась из-за трудоемкости ее определения и неполной ясности ее применения.

Значимость рассматривается в смысле значения данного ОО для дальнейшей практической работы и изучения последующих ОО. Значимость ОО Z1 для практической работы можно определить методом экспертного опроса (Зайцева, 1989), а значимость Z2 для изучения последующих ОО – используя модель предмета (ориентированный граф с нагруженными ребрами). Для этого выделяется подграф с конечной вершиной – ОО, значимость которого требуется определить. Значимость Z2 вычисляется по формуле Z2 = Σ wi (i=1,n), где wi – весовой коэффициент i-ой дуги графа, указывающий степень связи объектов обучения. Так как диапазон полученных значений достаточно велик, то для перехода к пяти- или трехбалльной шкале максимальное значение следует принять за 100% и определить значимость, например, аналогично определению трудности. Значимость ОО Z = max (Z1, Z2).

Так, если модель предмета, включающая девять ОО представлена на рисунке 5, то сложность объекта обучения 6 (вершина графа) определяется из подграфа G1: S(6) = Σ di = 5, а значимость для изучения последующих ОО – из подграфа G2: Z2(6) = Σ wi = 13.

Графовая модель учебного предмета

Спецификация указывает специфику ОО, определяется по его типу и может иметь одно из четырех значений (Зайцева, 1989):

– определение – терминологическая информация или задание на знание терминологии;

– строение – информация о правильности написания, представления, изображения объекта учебного предмета или задание на конструирование объекта;

– правило – информация, поясняющая использование объектов учебного предмета или задание на правильность применения объектов;

– пример – информация, иллюстрирующая определение, строение или правило, или задание на выполнение последовательности действий.

6.2.4 Разработка сценариев работы с ЭУК

Разработка сценариев работы с ЭУК. Сценарии разрабатываются на основе структуры курса с учетом метаданных ОО. Структура ЭУК является общим сценарием курса. При разработке адаптивных ЭУК создаются сценарии для каждой группы обучаемых в зависимости от их уровня подготовленности, который является одним из параметров модели обучаемого (Zaitseva, 2003; Зайцева, 2006).

Рассмотрим разработку сценария на примере одной связки ИОО – ЗОО, которая в структуре курса определена, как показано на рисунке 6а. Информационный объект обучения (ИОО) состоит из шести составляющих: ИООВ представляет собой видеоинформацию (например, вступительное слово преподавателя); ИООО – основная часть ИОО, включающая краткую учебную информацию; ИООП – пример, поясняющий информацию, изложенную в ИООО; ИООР – расширенная учебная информация; ИООД – детальная (подробная) учебная информация; ИООП2 – подробное пояснение примера. Для закрепления учебной информации предусмотрено шесть заданий, имеющих следующие дидактические характеристики трудности, значимости и спецификации соответственно: ЗОО1 – средний, максимальная, строение; ЗОО2 – очень легкий, минимальная, определение; ЗОО3 – средний, максимальная, пример; ЗОО4 – легкий, средняя, пример; ЗОО5 – легкий, средняя, правило; ЗОО6 – трудный, средняя, правило. Требуется разработать сценарии для трех уровней подготовленности обучаемых: «слабые», «средние», «сильные». Для этого надо установить, какие ИОО и ЗОО целесообразно включить в сценарий, предназначенный для каждой группы обучаемых. Так, для «слабых» обучаемых в сценарий следует включить учебную информацию в детальном изложении и ЗОО минимальной и средней трудности, для «сильных» достаточно краткой учебной информации, а ЗОО должны быть максимальной и/или средней трудности. Разработанные сценарии представлены на рисунке 6: «слабые» (рис. 6б), «средние» (рис. 6в), «сильные» (рис. 6г).

В развитых компьютерных обучающих системах формирование сценария работы с ЭУК для различных групп обучаемых выполняется автоматически. Для этого достаточно задать перечень ОО, включаемых в каждый сценарий, или лишь метаданные ОО, например, как это показано в таблице 1.

Уровень подготовленности обучаемых, для которых предназначен ОО, можно также указать при определении метаданных ОО. В любом случае видео и аудио ОО следует включить в каждый сценарий.

Математическая модель автоматического формирования сценариев описана в работах (Зайцева, 1981; Зайцева, 1989) и была использована в АОС «Контакт» для создания многоуровневых обучающих программ.

К этапу проектирования относится также разработка интерфейса пользователя, которая здесь не рассматривается, т.к. при реализации ЭУК в компьютерной системе обучения интерфейс, как правило, разработан заранее и может быть использован для любых курсов.

Таким образом, результатом этапа проектирования являются: модель и последовательность изучения понятий темы; структура курса и форма представления каждого ОО; метаданные ИОО и ЗОО; сценарии работы с ЭУК (рис. 7).

6.3 Реализация ЭУК

Данный этап разработки ЭУК, предусматривающий формирование объектов обучения в соответствии со структурой курса и выбранными технологиями и ввод их в систему, включает четыре фазы: создание видео- и аудио- ОО; создание текстовых и графических ОО; создание программных модулей; интеграция созданных ОО и модулей в ЭУК.

Проектирование электронного курса является основополагающим этапом. Именно на этой стадии, на основании соотнесения имеющихся средств и ресурсов с затратами на издание курса делается вывод о реальности проекта [17].

6.3.1 Подготовка материалов для курса

Различные компоненты курса, независимо от способа доступа и назначения, содержат в себе информацию различной природы: символьную (тексты, числа, таблицы), графическую (рисунки, чертежи, фотографии), мультимедиа (анимация, аудио- и видеозаписи).

Подготовка различных компонент имеет как общие черты, связанные с характером информации, так и специфические, связанные с ее назначением.

Однако, в отличие от традиционного учебного курса, исходный материал для которого находится на "бумажном носителе", т.е. в рукописном, машинописном или полиграфическом виде, материал для мультимедиа курса должен быть представлен в форме, которая делает возможной его обработку с помощью компьютера.

Поскольку процессор компьютера может работать только с двоичными числами, то и вся информация должна быть переведена в цифровую форму (такой процесс называется двоичным кодированием или оцифровкой). В зависимости от вида информации (текст, графика, мультимедиа) меняется и технология оцифровки.(5)

6.3.2 Подготовка текстов

Подобранная автором первичная учебная информация, предоставленная в электронном виде, при подготовке мультимедиа курса должна быть скомпонована в соответствии с идеями автора в интерактивные учебные кадры так, чтобы, с одной стороны, обучаемый имел возможность сам выбирать темп и, в определенных пределах, последовательность изучения материала, а с другой стороны - процесс обучения оставался управляемым. Этот этап - построение детального технологического сценария курса - является наиболее ответственным, т.к. именно он позволяет найти оптимальное соединение педагогических задач и наиболее целесообразных для них технологических решений.

Приступая к созданию технологического сценария мультимедиа курса, основанного на принципах гиперактивности и мультимедийности, следует учитывать, что в мультимедиа курсе вся учебная информация, благодаря гипертекстам, распределяется на нескольких содержательных уровнях(5).

Смысловые отношения между уровнями могут быть выстроены различными способами.

Наиболее распространенный способ структурирования линейного учебного текста при переводе его на гипертекстовую основу предполагает размещение на 1-ом уровне - основной информации, на 2-ом уровне - дополнительной информации, содержащей разъяснения и дополнения, на 3-ем уровне - иллюстративного материала, на 4-ом уровне - справочного материала (при этом 4-ый уровень может отсутствовать, а справочный материал - быть переведен в структуру мультимедиа курса отдельным элементом).

Более эффективным представляется такой способ структурирования линейного учебного текста, который ориентирован на различные способы учебно-познавательной деятельности. В этом случае 1-ый уровень может определить как иллюстративно-описательный, 2-ой уровень - репродуктивный, 3-ий уровень - творческий.

Единицей представления материала становится кадр, который может содержать несколько гиперссылок, может быть дополнен графикой, анимацией и другими мультимедиа приложениями. Информация, размещенная на 1 кадре, должна быть цельной и представлять собой некоторый завершенный смысл. Исходя из смысловой ценности кадра, следует определять его внутреннюю структуру, ограничивать количество гиперссылок 2-го и 3-его уровней.

Несколько кадров, составляющих 1 модуль (раздел) курса, организуются по принципу линейного текста с помощью специальных навигационных кнопок. Такой материал можно листать, подобно страницам книги.

Наиболее эффективным является создание максимально подробной структуры курса, что дает возможность размесить материал каждого раздела на отдельном кадре. Однако на практике подобное структурирование учебного материала практически невозможно.

Созданию покадровой структуры способствует реорганизация линейного текста в схемы, таблицы, графики, диаграммы, состоящие из гиперактивных элементов.

При покадровом структурировании линейного учебного текста следует учитывать эргономические требования, позволяющие повысить эффективность учебной деятельности. Эти требования касаются всего объема информации, пространственных характеристик, оптимальных условий восприятия электронного текста.

Требования к общей визуальной среде на экране монитора определяются необходимостью создания благоприятной визуальной среды. Степень ее комфортности определяется цветовыми характеристиками, пространственным размещением информации на экране монитора.

Эргономические требования способствуют усилению эффективности обучения, активизации процессов восприятия информации и должны обязательно учитываться преподавателем при подготовке текстов для электронных учебников.(5)

6.3.3 Подготовка статических иллюстраций

Необходимость включения в электронные средства учебного назначения статических иллюстраций связана, прежде всего, с их методической ценностью. Использование наглядных материалов в процессе обучения способствует повышению уровня восприятия, формированию устойчивых ассоциативных зрительных образов, развитию творческих способностей обучаемых.

Статические иллюстрации - рисунки, схемы, карты, репродукции, фотографии и т.п., сопровождающие текстовый материал, даже в их "классическом" понимании могут существенно облегчить восприятие учебной информации.

Компьютерные технологии позволяют усилить эффекты использования наглядных материалов в учебном процессе. Так, в отличие от книги, где иллюстрации должны присутствовать всегда одновременно с текстом, в компьютерной версии они могут вызываться по мере необходимости с помощью соответствующих элементов пользовательского интерфейса.

Следует заметить, что качество электронных иллюстраций во много раз превосходит качество книжных иллюстраций. Кроме того, компьютерная иллюстрация, как и компьютерный текст, может быть сделана интерактивной.

Поэтому автор электронного курса испытывает гораздо меньше ограничений в изобразительных средствах.

При подборе иллюстративного материала важно соблюдать стилевое единство видеоряда (особенно если используются материалы из разнородных источников) и избегать раздражающей пестроты.

Не менее важно обеспечить и высокое качество иллюстраций. Компьютерные технологии обработки изображений позволяют существенно улучшить качество исходного материала.(5)

6.3.4 Создание мультимедиа

Для того чтобы обеспечить максимальный эффект обучения, необходимо учебную информацию представлять в различных формах. Этому способствует использование разнообразных мультимедиа приложений. Мультимедиа - это объединение нескольких средств представления информации в одной системе. Обычно под мультимедиа подразумевается объединение в компьютерной системе таких средств представления информации, как текст, звук, графика, мультипликация, видеоизображения и пространственное моделирование. Такое объединение средств обеспечивает качественно новый уровень восприятия информации: человек не просто пассивно созерцает, а активно участвует в происходящем. Программы с использованием средств мультимедиа многомодальны, т.е. они одновременно воздействуют на несколько органов чувств и поэтому вызывают повышенный интерес и внимание у аудитории.

Содержание мультимедиа приложений продумывается автором еще на этапе создания педагогического сценария и конкретизируется при разработке технологического сценария. Если текст и статическая графика - традиционные средства представления учебной информации, имеющие многовековую историю, то опыт использования мультимедиа исчисляется годами, что усложняет для преподавателя подготовку материалов к электронному изданию. При подготовке мультимедиа курсов могут быть использованы следующие типы мультимедиа приложений.

Анимация - динамичная графика, основанная на применении различных динамических визуальных эффектов (движущиеся картинки, выделение цветом, шрифтом отдельных элементов схем/таблиц и т.п.). Анимацию удобно использовать для моделирования опытов, для демонстрации работы органов речи при произнесении звуков изучаемого иностранного языка, для иллюстрации движения финансовых потоков на предприятии, при изучении различных динамических процессов.

Аудиоприложение - аудиозапись, чаще всего представляющая собой небольшие монологические комментарии преподавателя к некоторым схемам, таблицам, иллюстрациям и т.д. При этом схемы и таблицы могут быть снабжены эффектом анимации (элемент схемы/таблицы, о котором говорит преподаватель, выделяется во время прослушивания текста). Аудиоприложения также могут использоваться для введения в курс иностранного языка элементов аудирования, представлять обучающемуся образцы произношения, давать возможность прослушивать учебные диалоги и тексты. Авторские аудиокомментарии позволяют придать материалу эмоциональную окраску, а иногда (если это педагогически обоснованно) и продублировать текст, подчеркивая его важность. Эффективным средством представления учебной информации может служить и слайд-шоу - видеоряд с синхронным звуковым сопровождением. Видеолекция - видеозапись лекции, читаемой автором курса. Методически целесообразным считается запись небольшой по объему лекции (не более 20 минут), тематика которой позволяет обучающимся познакомиться с курсом и его автором (вводная видеолекция), с наиболее сложными проблемами курса (тематическая видеолекция). Видеолекция активизирует "личностный" фактор в обучении, вводя образ преподавателя в арсенал учебных средств.(5)

6.4 Тестирование ЭУК

На этапе тестирования проверяется правильность работы ЭУК и исправляются обнаруженные ошибки и неточности функционирования курса. Можно выделить два аспекта тестирования: педагогический и технический (Sukhorukov, 2007). Технический аспект связан с проверкой работы программных модулей, созданных при разработке курса. Такая проверка аналогична тестированию любых программных продуктов и здесь не рассматривается. Педагогический аспект тестирования предусматривает проверку правильности функционирования ЭУК в соответствии с разработанными сценариями. При тестировании ЭУК надо проверить последовательность и правильность:

- выдаваемого обучаемому учебного материала (ИОО) и заданий (ЗОО) для проверки его усвоения, учитывая, что учебный материал и задания могут быть представлены в различной форме (текст, графика, мультимедиа и др.);

- комментариев, выводимых обучаемому в зависимости от результата выполнения задания или ответа на вопрос;

- перехода к следующему объекту обучения (ИОО или ЗОО);

- вычисления набранных обучаемым баллов и выставления оценки и т.д.

Обычно эту работу выполняет автор ЭУК, проверяя различные сценарии диалога обучаемого с ЭУК. Иногда в тестировании участвует и преподаватель, который будет использовать курс. В некоторых системах для педагогического тестирования учебного курса предусмотрен специальный класс пользователей – эксперт (WebCT, ?).

Для адаптивных курсов, особенно при автоматической генерации сценария в процессе работы обучаемого с ЭУК, число вариантов прохождения курса достаточно велико, и проверка всех возможных путей прохождения курса требует очень много времени. Поэтому целесообразно автоматизировать этот процесс, используя, например, управляемый данными метод тестирования (Sukhorukov, 2007), который позволяет автоматически проверить все возможные пути прохождения курса. В этом случае правильность ИОО и ЗОО проверяется автором ЭУК, а сценарии работы с курсом – с использованием методов автоматического тестирования.

Таким образом, результатом данного этапа является готовый к использованию ЭУК.(4)

Заключение

Создание обучающих программ — творческий процесс, требующий не только логического мышления, но и интуиции. Этот процесс еще изучен недостаточно и не может быть описан с помощью жестких нормативов-предписаний.

Много опасностей и ловушек подстерегает разработчиков обучающих программ. Для педагогов самая большая опасность — механический перенос особенностей обучения в классе (группе) на компьютерное обучение, стремление как можно более точно скопировать работу педагога. Хотелось бы отметить, что механический перенос в принципе недопустим по следующим причинам:

Даже самый опытный педагог, мастер своего дела, далеко не всегда сможет описать свою деятельность и тем более объяснить каждое свое решение (многие решения принимаются педагогом интуитивно, они не полностью осознаются, и на вопрос, почему принято именно такое, а не иное решение в большинстве случаев отвечают: так подсказал опыт, это известно из практики и т.д.).

Групповое, классное обучение, опыт которого приобретает педагог, не является адекватной моделью компьютерного обучения, которое обладает многими особенностями индивидуального обучения, существенно отличаются от группового.

Компьютер не только накладывает определенные ограничения на реализацию учебного процесса, он раскрывает новые возможности в управлении учебной деятельностью. Это происходит прежде всего за счет неограниченных возможностей в предъявлении материала, применения разнообразных учебных задач, построения модели обучаемого путем накопления и переработки больших массивов данных, относящихся к учащемуся, неограниченного запаса знаний, относящихся к данной предметной области, и т.п.

Кроме того следует иметь в виду, что разработка обучающих программ — это качественно иная, в сравнении с практической, деятельность педагога. Можно уметь решить задачу, но не уметь составить алгоритм. А ведь при разработке обучающей программы необходимо составить алгоритм работы компьютера, который отнюдь не копирует, а моделирует деятельность педагога и даже те же самые функции реализует иными способами.

К тому же разработка обучающих программ требует более глубоких знаний не только в определенной предметной области, но и знаний об учебном процессе и учащихся. Мировой опыт убедительно показывает, что даже опытные практические работники, прошедшие специальную подготовку, нередко составляют весьма бледные обучающие программы, которые дают результаты значительно хуже, чем традиционное обучение.

Справедливости ради стоит отметить, что далеко не все обучающие программы, составленные специалистами в области обучения, оказались эффективными. Многие из них настолько скучные и неинтересные, что от них отказались как преподаватели, так и студенты.

Составление обучающих программ — это наука и искусство. Оно требует и глубоких знаний, и педагогического таланта.

Список литературы

http://www.ito.su/2001/ito/II/II-4-7.html

Технология разработки и использования электронных учебников. Калинин Илья Александрович (МГПУ г.Москва)

http://www.btek.ru/dir/doc/nbp.ppt

Электронные учебные материалы. Нормативная база. Принципы и требования. Янголова Наталия Геннадьевна

http://agafonovamv.boom.ru/mv.html

Обзор и классификация обучающих программ. Агафонова М.В.

http://ifets.ieee.org/russian/depository/v11_i1/html/9.htm

Технология разработки адаптивных электронных учебных курсов для компьютерных систем обучения. Л.В. Зайцева (Рижский Технический Университет, Рига, Латвия)

http://www.ict.edu.ru/ft/003622/4.html

Мультимедиа курсы: методология и технология разработки. Вымятин В.М., Демкин В.П., Можаев Г.В., Руденко Т.В., 2003 Томский Государственный университет.

Задачник по теории линейных электрических цепей. Шебес М.Р. Каблукова М.В. Высш. Школа 1990

ru.wikipedia.org/wiki/Метод_Крамера

Свободная энциклопедия : методы решения систем линейных уравнений

http://sci.informika.ru/text/inftech/edu/design/index.html#Content

Соловов А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1995. 138с.

Разработка сценария обучающего курса

Цель курса

Способствовать приобретению знаний о методах расчета параметров линейных электрических цепей постоянного тока.

Выработать умения решения задач на расчет параметров линейных электрических цепей постоянного тока.

Задачи курса

Тип пособия – адаптивный

Перечень понятий темы

Узел, ветвь, источник тока, источник эдс, сопротивление, проводимость, контур, закон Ома, законы Кирхгофа, метод узловых потенциалов, метод контурных токов, узловой потенциал, контурный ток.(представление информации графическое, аналитическое, текстовое)

Степень изложения информации – подробная, ввиду того, что попытаемся разработать сценарий для адаптивного курса информацию будем разбивать на блоки.

Курс предназначен для использования при обучении студентов проф.тех. училищ и студентов младших курсов ВУЗов теоретическим основам электротехники.

Примерное количество заданий 3-9 , в зависимости от уровня подготовки обучаемых.

Количество заданий для контроля усвоения материала 3-10, также в зависимости от уровня подготовки обучаемых.

Разработка модели темы

Из существующих типов структуры курса выбираем комбинированный, так как он является наиболее оптимальным для адаптивных курсов.

Объекты обучения, входящие в модель темы.

ИОО – Информационный объект обучения

ИООп – Информационный объект обучения (пример)

ЗОО – Задачный объект обучения

КОО – Контрольный объект обучения

Обозначения …ОО.Х.У – объект обучения с номером Х и сложностью У

ИОО1

Общие сведения

Источник тока, источник ЭДС, сопротивление, проводимость, узел, ветвь, контур.

ИОО2

Законы

Закон Ома для участка цепи

Законы Кирхгофа

ИОО3

Алгоритм расчета линейных электрических цепей постоянного тока по законам Кирхгофа.

ИОО4

Алгоритм расчета линейных электрических цепей постоянного тока методом контурных токов.

ИОО5

Алгоритм расчета линейных электрических цепей постоянного тока методом узловых потенциалов

ИОО6

Решение систем линейных уравнений при помощи матриц

ИООп1

Пример на первый закон Кирхгофа

ИООп2

Пример на второй закон Кирхгофа

ИООп3

Пример расчета по законам Кирхгофа

ИООп4

Пример на второй закон Кирхгофа для метода контурных токов

ИООп5

Пример на нахождение токов в ветвях схемы по рассчитанным контурным токам.

ИООп6

Пример расчета цепи методом контурных токов

ИООп7

Пример на первый закон Кирхгофа для метода узловых потенциалов

ИООп8

Пример на расчет токов в ветвях схемы по найденным значениям узловых потенциалов.

ИООп9

Пример на расчет схемы методом узловых потенциалов.

ЗОО1

Задача на первый закон Кирхгофа

ЗОО2

Задача на второй закон Кирхгофа

ЗОО.3.(1-3)

Задача расчета по законам Кирхгофа

ЗОО4

Задача на второй закон Кирхгофа для метода контурных токов

ЗОО5

Задача на нахождение токов в ветвях схемы по расчитанным контурным токам.

ЗОО.6.(1-3)

Задача расчета цепи методом контурных токов

ЗОО7

Задача на первый закон Кирхгофа для метода узловых потенциалов

ЗОО8

Задача на расчет токов в ветвях схемы по найденным значениям узловых потенциалов.

ЗОО.9.(1-3)

Задача на расчет схемы методом узловых потенциалов.

КОО.Х.У

Контрольное задание для определения уровня овладения навыками решения задач типа ЗОО.Х.У

Что касается определения метаданных для ОО, так здесь мы подойдем с некоторым упрощением и определим лишь сложность задачных и контрольных ОО, соответственно 1- низкий, 2 – средний, 3 – высокий уровень сложности.

Формирование сценариев учебного курса.

Уровень подготовленности

Включаемые ИОО, ИООп

Включаемые ЗОО

Включаемые КОО

1 - слабые

ИОО1

ИОО2

ИОО3, ИООп(1-3)

ИОО6

ИОО4, ИООп(4-6)

ИОО5, ИООп(7-9)

ЗОО(1-2)

ЗОО.3.1

ЗОО(4-5)

ЗОО.6.1

ЗОО(7-8)

ЗОО.9.1

КОО(1-2)

КОО.3.1

КОО(4-5)

КОО.6.1

КОО(7-8)

КОО.9.1

2 - средние

ИОО1

ИОО2

ИОО3, ИООп(1-3)

ИОО6

ИОО4, ИООп(4-6)

ИОО5, ИООп(7-9)

ЗОО.3.1

ЗОО.3.2

ЗОО.6.1

ЗОО.6.2

ЗОО.9.1

ЗОО.9.2

КОО.3.1

КОО.3.2

КОО.6.1

КОО.6.2

КОО.9.1

КОО.9.2

3 - сильные

ИОО1

ИОО2

ИОО3, ИООп3

ИОО6

ИОО4, ИООп6

ИОО5, ИООп9

ЗОО.3.(1-3)

ЗОО.6.(1-3)

ЗОО.9.(1-3)

КОО.3.(2-3)

КОО.6.(2-3)

КОО.9.(2-3)

Таблица соответствия ОО сценариям обучающего курса.

Сценарии обучающего курса

На схеме приведены сценарии прохождения курса в зависимости от способностей обучаемого.

Информационное содержание объектов обучения данного курса.

Блок ИОО1

Источник тока

Идеализированный источник питания, который создает ток J=I ,не зависящий от сопротивления нагрузки к которой он подключен, а его ЭДС Е и внутреннее сопротивление равны бесконечности.

Источник ЭДС

Идеализированный источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно(не зависит от тока I) и равно ЭДС Е, а внутреннее сопротивление равно нулю.

Сопротивление(электрическое)

Скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока протекающего в нем.

Проводимость

Скалярная величина, характеризующая свойства проводника и обратная электрическому сопротивлению.

Узел

Точка цепи, в которой сходятся не менее 3х ветвей.

Ветвь

Участок цепи образованный последовательно соединенными элементами и заключенный между двумя узлами цепи.

Контур

Простейшая замкнутая цепь элементы которой соединены последовательно.

Независимый контур

Отдельный небольшой контур схемы в который входит хотя бы одна ветвь, не вошедшая в другие контура.

Блок ИОО2

Закон Ома для участка цепи.

На участке цепи ток определяется отношением напряжения на этом участке к сопротивлению данного участка.

Закон Ома для цепи содержащей ЭДС

Ток на участке цепи определяется как отношение суммы ЭДС и разности потенциалов на концах этого участка к сопротивлению участка.

Первый закон Кирхгофа.

Алгебраическая сумма токов, подтекающих к любому узлу, равна сумме утекающих от этого узла токов. Или же алгебраическая сумма токов в узле равна нулю.

Второй закон Кирхгофа.

Алгебраическая сумма падений напряжений в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС вдоль того же контура. (В каждую из сумм соответствующие слагаемые входят со знаком плюс, если их направление совпадает с направлением обхода контура, и со знаком минус, если их направление не совпадает)

Блок ИОО3

Прежде чем приступить к составлению уравнений по законам Кирхгофа, необходимо установить, сколько независимых уравнений составляется по каждому из этих законов. Уравнения по I закону Кирхгофа, связывающие m неизвестных токов, могут быть записаны для каждого из узлов цепи. Однако использовать для совместного решения можно только n—1 уравнений, т.к. уравнение, записанное для последнего узла, окажется следствием всех предыдущих уравнений. По II закону Кирхгофа составляют число уравнений, равное числу ветвей m за вычетом числа уравнений, составленных по I закону Кирхгофа (n — 1), т.е. p = m — (n — 1) = m — n + 1, где p — количество независимых контуров.

1. Обозначить токи ветвей и произвольно выбрать их положительное направление.

2. Произвольно выбрать опорный узел и совокупность p = m — n + 1 независимых контуров.

3. Для всех узлов, кроме опорного, составить уравнения по I закону Кирхгофа. Таких уравнений должно быть (n — 1).

4. Для каждого выбранного контура составить уравнения по II закону Кирхгофа. Таких уравнений должно быть p.

5. Система m уравнений Кирхгофа с m неизвестными токами решается совместно и определяются численные значения токов.

6. Если необходимо, рассчитать с помощью обобщенного закона Ома напряжения ветвей или разность потенциалов узлов.

7. Проверить правильность расчета с помощью баланса мощности.

Блок ИОО4

Метод контурных токов является одним из основных методов расчета сложных электрических цепей, которым широко пользуются на практике.

При расчете методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре течет свой контурный ток. Уравнения составляют относительно контурных токов, после чего определяют токи ветвей через контурные токи.

1. Обозначить все токи ветвей и их положительное направление.

2. Произвольно выбрать совокупность p независимых контуров, нанести на схему положительное направление контурных токов, протекающих в выбранных контурах.

3. Определить собственные, общие сопротивления и контурные ЭДС и подставить их в систему уравнений вида (2.3).

4. Разрешить полученную систему уравнений относительно контурных токов, используя метод Крамера.

5. Определить токи ветвей через контурные токи по I закону Кирхгофа.

6. В случае необходимости, с помощью обобщенного закона Ома определить потенциалы узлов.

7. Проверить правильность расчетов при помощи баланса мощности

Блок ИОО5

Ток в любой ветви схемы можно найти по обобщенному закону Ома. Для того, чтобы можно было применить закон Ома, необходимо знать значение потенциалов узлов схемы. Метод расчета электрических цепей, в котором за неизвестные принимают потенциалы узлов схемы, называют методом узловых потенциалов. Число неизвестных в методе узловых потенциалов равно числу уравнений, которые необходимо составить для схемы по I закону Кирхгофа. Метод узловых потенциалов, как и метод контурных токов, — один из основных расчетных методов. В том случае, когда п-1 < p (n — количество узлов, p — количество независимых контуров), данный метод более экономичен, чем метод контурных токов.

1. Обозначить все токи ветвей и их положительное направление.

2. Произвольно выбрать опорный узел (jn)и пронумеровать все остальные (n-1)-e узлы.

3. Определить собственные и общие проводимости узлов, а также узловые токи, т.е. рассчитать коэффициенты в системе уравнений.

4. Записать систему уравнений в виде — матричная форма

Или в развернутом виде - алгебраическая форма

В этой системе каждому узлу соответствует отдельное уравнение.

5. Полученную систему уравнений решить относительно неизвестных (n — 1) потенциалов при помощи метода Крамера.

6. С помощью обобщенного закона Ома рассчитать неизвестные токи.

7. Проверить правильность расчетов при помощи баланса мощности.

Блок ИОО6

Метод Крамера

Метод Крамера (правило Крамера) — способ решения квадратных систем линейных алгебраических уравнений с ненулевым определителем основной матрицы (причём для таких уравнений решение существует и единственно). Создан Габриэлем Крамером в 1751 году.

Для системы n линейных уравнений с n неизвестными (над произвольным полем) с определителем матрицы системы Δ, отличным от нуля, решение записывается в виде (i-ый столбец матрицы системы заменяется столбцом свободных членов).

Пример

Система линейных уравнений:

Определители:

Решение:

Пример:

Определители:

Блок ИООп1

Пример на первый закон кирхгофа

Для узла I1+I2-I3-I4=0

А возможен и такой вариант, когда все токи оттекают от узла. –I1-I2-I3=0

Блок ИООп2

Пример на второй закон кирхгофа

В данном случае уже выбрано направление обхода контура.

Ток в данном случае будет только один. I(R1+R2)=E

А в следующем случае мы имеем два источника ЭДС, причем направление Е2 не совпадает с направлением обхода контура.

I(R1+R2)=E1-E2

Блок ИООп3

Пример на составление уравнений для схемы по законам кирхгофа

Выбираем положительные напрвления токов и направления обхода контуров.

Составляем уравнения по 1 закону кирхгофа

I1-I3-I6=0

-I1+I5-I2=0

I3+I4-I5=0

Составляем уравнения по второму закону кирхгофа.

I1R1+I3R3+I5R5=E1

I2R2+I4R4+I5R5=E1

-I3R3+I4R4+I6R6=E2

4. Решаем систему уравнений

5. Делаем проверку балансом мощностей.

Для этого складываем мощности на резисторах и сравниваем их с мощностями источников. Т.е.

Блок ИООп4

Метод контурных токов: уравнения, составленные по 2 закону кирхгофа

В данном случае имеем два независимых контура

abca:

abda:

Блок ИООп5

Метод контурных токов. Определение токов в ветвях по найденным контурным.

Ток

Так как направления контурных токов в этой ветви совпадают

Ток

Блок ИООп6

Произвольно выбираем направления контурных токов и токов ветвей.

Составляем уравнения на основе второго закона кирхгофа для контуров:

Контур adbna:

Контур admca:

Контур acbna:

Решаем систему уравнений и находим контурные токи.

Находим токи ветвей

Проводим проверку с помощью баланса мощностей.

Блок ИООп7

Метод узловых потенциалов. Пример на составление уравнений по 1 закону киргофа. Уравнения составляются в виде

Где проводимость ветвей сходящихся в узле b

проводимости ветвей, непосредственно соединяющих узел b и Х, взятая со знаком минус.

Для учета источников необходимо помнить следующее. Если ЭДС источника направлена к узлу, тогда слагаемое берется со знаком плюс, если от него, то со знаком минус.

Исходя из всего вышесказанного составим систему уравнений.

где

Блок ИООп8

Метод узловых потенциалов. Пример определения значений токов по найденным значениям потенциалов.

Применим обобщенный закон Ома для определения токов в ветвях.

В данном случае ЭДС имеет то же направление что и ток, поэтому входит в выражение со знаком плюс.

Блок ИООп9

Пример расчета параметров цепи методом узловых потенциалов.

Заземлям узел a, произвольно выбираем положительные направления для токов ветвей.

Определяем собственные и взаимные проводимости для узлов.

Составим систему уравнений.

Решая систему, находим потенциалы точек b и c, потенциал точки а равен нулю.

Определяем с помощью обобщенного закона Ома и найденных потенциалов токи ветвей.

Делаем проверку балансом мощностей

Разработка сценария обучающей программы

Блок ЗОО1

Задачи на первый закон кирхгофа

Составьте уравнения по первому закону кирхгофа для приведенных ниже узлов.

(Эталон

Блок ЗОО2

Задачи на применение второго закона кирхгофа.

Для приведенных контуров составьте уравнения по второму закону кирхгофа.

(Эталон

Acb

Bcd

Acd )

Блок ЗОО3

Следующий блок задачь предполагает что обучаемый будет выполнять все действия по решению задачи самостоятельно.

Блок ЗОО4

Задачи на составление уравнений по второму закону кирхгофа для метода контурных токов.

Для приведенных ниже схем составьте системы уравнений на основе второго закона кирхгофа для метода контурных токов.

Блок ЗОО5

На приведенных схемах выразите токи ветвей через контурные токи.

Блок ЗОО6

Рассчитайте токи в схемах методом контурных токов.

Блок ЗОО7

Для приведенных схем составьте уравнения по методу узловых потенциалов.

Блок ЗОО8

С помощью обобщенного закона Ома и значений узловых потенциалов определите токи ветвей.

Блок ЗОО9

Рассчитайте токи ветвей следующих схем при помощи метода узловых потенциалов

Блок КОО1

Составьте уравнения по первому закону кирхгофа для следующих узлов

Блок КОО2

Составьте уравнения по второму закону кирхгофа для схем

Блок КОО3

Рассчитайте токи ветвей при помощи законов кирхгофа

Сложность 1

Сложность 2

Сложность 3

Блок КОО4

Составьте уравнения для расчета схемы методом контурных токов.

Блок КОО5

Определите токи ветвей по найденным контурным токам.

Блок КОО6

Рассчитайте токи ветвей в приведенных ниже схемах методом контурных токов.

Сложность 1

Сложность 2

Сложность 3

Блок КОО7

Составьте систему уравнений для расчета параметров схем методом узловых потенциалов.

Блок КОО8

Определите токи ветвей при условии, что известны узловые потенциалы.

Блок КОО9

Рассчитайте токи ветвей методом узловых потенциалов.

Сложность 1

Сложность 2

Сложность 3

На этом собственно разработка модели и сценария курса закончены, следующий этап подразумевает программную реализацию курса с последующим тестированием.

Курсовая работа: Разработка сценария обучающей программы

Похожие работы: