Классификация и принципы построения обучающих систем на примере создания аос по дисциплине «информационные сети»

В настоящее время в процесс обучения активно внедряются программные технологии на базе персональных ЭВМ, применяемые для передачи ученику учебного материала и контроля степени его усвоения. При этом на рынке программного продукта за последние годы появилось достаточно большое количество обучающих систем, в том числе, и автоматизированных (АОС), которые охватывают различные предметные области и призваны решать задачи обучения на различных этапах жизни человека - от начальных классов средней школы до процесса обучения в высших учебных заведениях. Вместе с тем, большая часть программ носит субъективный характер, отражающий интеллектуальный уровень знаний авторов в области программирования; они написаны в соответствии с взглядами разработчиков на компьютерную технологию обучения. Это приводит к тому, что ряд программ имеет крайне ограниченные функциональные возможности, что не позволяет в полной мере усваивать обучаемыми преподносимый материал.

В данной статье дается попытка обобщения принципов построения существующих АОС, а также классификация принципов их построения, на примере создания обучающей програмы по дисциплине «Информационные сети».

Известно, что любая программа представляет собой набор алгоритмов (компонентов), которые, взаимодействуя между собой, решают поставленную задачу. При этом программа будет являться программной системой, если она представляет собой совокупность взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет вполне определенные функции. В общем случае, любая обучающая программа может считаться программной системой, так как в ней обязательно присутствует компонент интерфейса пользователя и компонент, реализующий предлагаемую методику. Каждая АОС имеет определенную структуру на основе группы элементов с указанием связей между ними, что дает представление о системе в целом. Поэтому структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней типам связей.

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что каждая обучающая система имеет четко выраженную структуру, и эти структуры можно классифицировать следующим образом (рис. 1):

Рис 1. Классификация структурного построения АОС

По структурным признакам взаимодействия обучающей системы с пользователем, АОС подразделяются на два базовых класса: разомкнутые (без обратной связи) и замкнутые (с обратной связью) системы, которые отличаются принципиальным подходом к процессу обучения.

В разомкнутых АОС не учитываются отклики учащихся на поставленные вопросы и не корректируется последовательность предъявления учебного материала в функции степени усвоения учащимся изучаемой темы. Здесь лишь выполняется определенная, заранее заданная программным путем последовательность изложения урока или контрольных вопросов. При этом наиболее простыми из числа разомкнутых АОС являются системы с презентационной структурой, представляющей собой последовательное включение звеньев ";АОС"; и ";Учащийся";.

В АОС данного типа присутствует только прямая информационная связь между системой и учащимся, которому последовательно предоставляется визуальная информация с монитора ЭВМ. При этом обучаемый находится в режиме пассивного наблюдателя, от которого не требуется никаких откликов по взаимодействию с АОС. Примером презентационной АОС может служить обучающая программа по курсу «Информационные сети», разработанная автором, представляющая набор слайдов с демонстрационными примерами.

Наиболее широкими функциональными возможностями и высокой эффективностью в учебном процессе обладают АОС, где организована обратная связь между учащимся и обучающей системой.

Рассмотрим обобщенный принцип функционирования системы ";АОС-учащийся";. Процесс взаимодействия учащегося с АОС может быть представлен в виде системы с внешней обратной связью, где АОС направлена на повышение уровня знаний пользователя и, тем самым, уменьшение количества ошибок, им совершаемых. Звеном прямого канала регулирования здесь выступает АОС, объектом регулирования - ";Учащийся";. Генерация воздействий на учащегося со стороны АОС строится в соответствии со знаниями учащегося на основе накопленного им ранее опыта и входным заданием, а также в зависимости от принятых в программном обеспечении критериев достоверности оценки знаний обучаемого. В зависимости от характера воздействия со стороны АОС, учащийся принимает определенное, достоверное с его точки зрения, решение, доказывающее, по его мнению, факт усвоения им поданного материала, и генерирует его на вход ЭВМ.

Самым сложным процессом в рассматриваемой модели является выявление критерия степени достоверности усвоения учащимся полученной информации и исключения фактора случайности, когда АОС делает ошибочный вывод о правильном усвоении учащимся предложенного материала. Поступившая от АОС информация рассматривается учащимся в совокупности с имеющимися в его памяти данными путем их обновления, сопоставления, взаимного дополнения и коррекции. На основании этого процесса ученик приходит к принятию соответствующего решения, анализируя которое, АОС должна подтвердить или опровергнуть факт усвоения учеником текущей и предыдущих порций учебного материала.

Весьма распространенным типом АОС среди замкнутых систем являются имитационные автоматизированные обучающие системы. Здесь функции ведущего ";элемента"; выполняет фактор моделирования реальной ситуации в той или иной сфере предметной области. В нотационных АОС используется комплексный подход в обучении. Программа не только обучает, но и одновременно проверяет полученные на текущий момент знания учащимся. Здесь важным фактором служит отклик учащегося на то или иное информационное воздействие. В зависимости от отклика, обучающая система может перестроить ход урока в том или ином направлении.

Таким образом, является очевидным, что наиболее широкими возможностями, с учетом современных требований к АОС, обладают замкнутые обучающие системы, обеспечивающие максимальную "гибкость" в общении с пользователем. Именно эта модель реализована в нашем примере (см. рис. 2).

Рис 2. АОС «Информационные сети»

При реализации любой из ранее рассмотренных структур АОС используются вполне определенные алгоритмические подходы, диктуемые методикой проведения учебного занятия.

Классификация АОС по алгоритмическому построению представлена на рис. 3.

Рис 3. Классификация АОС по принципам алгоритмического построения

При использовании линейных алгоритмов АОС обучающемуся, согласно методике, последовательно предъявляются слайды, заложенные в АОС. В качестве достоинств линейного алгоритма АОС можно отметить простоту разработки такой системы, а в качестве недостатков - трудоемкость раскрытия некоторых тем и невозможность гарантированного закрепления полученных знаний.

В АОС, построенных с использованием нелинейных алгоритмов, появляется возможность изменять последовательность предъявления слайдов в зависимости от того или иного отклика учащегося на информационное воздействие. Здесь важнейшую роль играют слайды, содержащие вопросы и требующие принятия решения учащимся.

Нелинейные алгоритмы, в свою очередь, делятся на циклические, направленные и комбинированные.

В нашем учебнике большинство тем основывается на циклических алгоритмах, которые предполагают повторный возврат к слайдам, отражающим темы, которые обучающийся недостаточно усвоил (см. рис. 4).

Рис 4. Реализация алгоритмического построения АОС

Как показано рис. 5, если ученик принимает неверное решение, то АОС возвращает обучающегося на шаг назад - для повторного прохождения темы или ее закрепления.

Рис 5. Циклический алгоритм АОС

Таким образом, каждая из представленных структур позволяет предъявлять учебный материал в соответствии с последовательностью, которая обеспечивает приемлемое предъявление учебного материала в соответствии с требованием предметной области.

Рассмотренные принципы классификации алгоритмического и структурного построения АОС могут быть применимы в любой предметной области и позволяют автоматизировать процесс построения обучающих систем путем разработки стандартных программных элементов, учитывая основные положения, рассмотренные в этой статье.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: Учеб. Пособие для студ.высш.пед.учеб.заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 192с.

2. Полат Е.С., Бухаркина М.Ю., Моисеева М.В., Петров А.Е. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: учеб. пособие. - М., 2001.

3. Зимина О.В., Кириллов А.И. Рекомендации по созданию электронного учебника. Академия XX век. http://www.academiaxxi.rumeth_papers/ AO_recom_t.htm

4. Митко К., Щеглов О.Н., Федоров А.Г. Учебники нового поколения и новые задачи образования в XXI в. www/arinfo.ru/eva/eva200m/html