Разработка современных электронных пособий на примере дисциплины «Архитектура компьютерных систем»

За неполные шестьдесят лет «электрические счетные устройства» прошли путь от дорогой, капризной и редкой принадлежности крупнейших научных и военных центров до огромного количества простых в использовании, доступных и широко распространённых компонентов самых разных устройств. Трудно найти хотя бы одну область современного общества, где бы не использовались компьютеризированные устройства. Причин столь широкого распространения вычислительной техники можно назвать множество. Как отмечает Р.А. Абедеев, наиболее общей формулировкой для подавляющего большинства причин будет выделение из самых разных процессов информационной компоненты. Эта часть не только выделилась, но и приобрела самостоятельное значение. С выделением этой компоненты довольно существенную роль стала играть организация обработки информации, её получение и хранение. Изменения общества, связанные с этим явлением, получили название перехода к информационной цивилизации.

С этой точки зрения, компьютер - устройство, которое позволяет значительно повысить скорость и точность обработки информации за счёт автоматизации некоторых операций. Таким образом, широкое распространение компьютеров - следствие необходимости повышения качества и скорости обработки информации. Способствует этому универсальность, доступность и надёжность современных ЭВМ. С развитием промышленных и коммерческих систем в сфере информационных технологий было разработано большое количество методов представления, обработки, интеграции и поиска самой разнообразной информации. Активно развивались и средства взаимодействия с пользователем.

Широкое распространение компьютеров и технологий автоматизированной обработки данных не могло не породить потребности в людях, для которых компьютер - давно знакомое устройство, атрибут повседневной жизни.

Образование, как одна из важных областей человеческой деятельности, имеет свои задачи, в которых компьютер используется не менее активно, чем в других. При этом сфера применения компьютеров в образовании имеет существенную специфику. Дело в том, что в образовательной деятельности ЭВМ выступают и как объект изучения в общем образовании и при подготовке специалистов самых разных областей, и как средство обучения - учебное пособие и техническое средство обучения, и как средство автоматизации управленческой деятельности.

Наибольший интерес для методических разработок представляет применение компьютера как средства обучения. Именно наличие таких возможностей и определяет значительную долю интереса к использованию вычислительной техники и информационных технологий в образовании, указывается как наиболее перспективное и многообещающее направление развития.

Как указывает Е.И. Машбиц, первыми разработками такого рода стали программы, использующие возможность автоматизации обратной связи - системы автоматизированных опросов.

Следующим шагом стали попытки автоматизировать не только оценку результатов, но и процесс обучения в целом. Для этих целей использовалась концепция программированного обучения. Попытки разработки таких систем выявили массу проблем, как чисто технического (сравнительная ограниченность средств предъявления учебного материала), так и системного характера.

С появлением и распространением персональных компьютеров, появлением технических средств качественного ввода и вывода самой разнообразной информации, распространением технологий и методов её представления и обработки, стали появляться более сложные и совершенные учебные программы.

Помимо собственно обучающих программ, широкое распространение получили и различные справочно-информационные системы, т.е. программные средства энциклопедического характера.

Существует большое количество разработок программных средств, призванных решать самые разные задачи образования. Во многих теоретических и методических работах отмечают такие преимущества использования ЭВМ в обучении, как:

- возможности автоматизированного контроля и обратной связи; возможности иллюстрирования и сопровождения учебных материалов;

- хранение и поиск информации;

- использование сложных интерактивных моделей и многие другие.

Перспективы и проблемы использования компьютеров в образовании в качестве средства обучения рассматривались многими авторами, такими, как Е.И. Машбиц, И.В. Роберт, В.М. Монахов, Е.С. Полат и др.

Наряду с этим, приходится отметить, что в отечественной методике разработок и исследований, касающихся использования средств ЭВМ в качестве основных средств обучения на предметах, находящихся за рамками специализированных курсов информатики и информационных технологий, не так много, хотя перспективность их разработки и внедрения отмечается часто.

Малое распространение связано с тем, что компьютер чаще всего выступает в роли вспомогательного технического средства, средства быстрого повторения, средства создания игрового момента, то есть дополнения к учебному процессу. Причем, такого дополнения, без которого легко можно обойтись. В результате такой «игрушкой» гораздо чаще остальных интересуются и пользуются учителя информатики.

Для полноценного использования всего потенциала информационных технологий при решении задач образования необходимы соответствующие технические и методические разработки.

В настоящей работе предпринимается попытка найти подходы к созданию «компьютерных вариантов» одного из традиционно основных средств обучения - учебных пособий.

Как отмечается в диссертации М.В. Лось, проблемами разработки учебных пособий и, в частности, учебников занимались, в частности, Д.Д. Зуев, И.Я. Лернер, Н.М. Шахмаев, Л.Я. Зорина и другие исследователи.

Существуют работы и в области создания и использования различных мультимедийных средств - С.А. Христочевского, Е.С. Полат и др.

Учитывая требования, предъявляемые к учебным пособиям в целом и к учебникам в частности, надо отметить, что электронное учебное пособие имеет свою специфику. Поскольку основой разработки в данной работе послужил действующий учебник алгебры, далее разрабатываемое электронное учебное пособие будем называть для краткости электронный учебник.

На наш взгляд, при разработке такого средства нужно учитывать следующие обстоятельства:

- электронное учебное пособие предназначено не только для обучения собственно предмету, оно должно служить средством изучения методов и способов работы и с другими информационными системами;

- электронное учебное пособие должно соединять в себе существующие возможности, и справочно-информационных систем, и систем автоматизированного контроля и обучения;

- электронное учебное пособие, в отличие от бумажного, позволяет точнее учитывать индивидуальные особенности каждого учащегося за счёт вариативного изложения материала и организации обратной связи;

- основная цель применения компьютеров - повышение эффективности за счёт автоматизации механических операций, таких, как проверка решения типовых задач, поиска нужной информации и т.п.;

- необходимы средства адаптации электронного учебного пособия к конкретному учебному процессу, поскольку невозможно предсказать, каким именно образом разработка будет использоваться во время обучения;

- электронное учебное пособие должно предоставлять возможности разработки дополнительных компонентов самого разного назначения и их интеграции в среду пособия.

В то же время, использование электронных учебных пособий тем же способом, что и обычных, вряд ли возможно, как по техническим (для работы с ними требуется специальное оборудование), так и по эргономическим соображениям (соблюдение санитарных норм).

В уже упоминавшейся статье С.А. Христочевского отмечается, что существующие электронные учебники разрабатываются коллективами программистов как законченные продукты, ориентированные на устаревшие способы организации обучения, воспринятые со стороны ученика. Кроме того, такие продукты не имеют в своём составе методики, с помощью которой могла бы быть построена работа с таким учебником в классе.

Подтверждается это также тем, что существующие классификации педагогических программных средств (электронных изданий), их описания, в основном, опираются не столько на методику использования продукта, сколько на наличие технических возможностей и особенностей использования программных средств. То есть большая часть методики применения диктуется самим программным продуктом и не нуждается в пояснении, а сам продукт не может изменяться.

Между тем, применение электронного учебного пособия требует наличия в нём средств адаптации к конкретному учебному процессу, в частности - реструктурирования, изменения содержания тем, добавления новых материалов, интеграции с дополнительными приложениями (например, средствами тестирования и иллюстрирования). Таких средств в составе современных электронных учебных пособий нет.

Всё это делает применение существующих электронных учебных пособий в качестве основного средства обучения невозможным, т.к. требования к учебному материалу традиционно высоки, а обучение не может быть сведено к набору тренировочных ситуаций.

Разные дисциплины за время своего долгого существования накопили огромный объём интересных и важных задач, фактов, методов решений, который в значительной степени проходит мимо студентов в силу недоступности литературы, сложности поиска нужной информации, недостатка учебного времени.

Целью данной работы является изучение технологий создания электронного учебника и применение этих методов в создании электронного пособия по дисциплине «Архитектура компьютерных систем».

Актуальность данной темы заключается в том, что в настоящий век, век компьютерных технологий, изменяется форма представления информации. Студенты перестают посещать библиотеку, так как сейчас огромное разнообразие различных электронных книг, практически по всем дисциплинам, электронный учебник намного удобнее: он помогает быстро найти необходимую тему, используя навигацию и ссылки, а использование графических элементов помогает зрительно воспринять и понять необходимый материал по дисциплинам.

Проведенные в университетах статистические исследования использования обучающих и тестирующих программ по различным дисциплинам (в рамках учебного процесса и компьютерных курсов) показывают, что их применение позволило повысить не только интерес к будущей специальности, но и успеваемость по данной дисциплине. Большинство студентов воспринимают лучше информацию зрительно, тем более, если она качественно оформлена. Эти программы дают возможность каждому студенту, независимо от уровня подготовки, активно участвовать в процессе образования, индивидуализировать свой процесс обучения, осуществлять самоконтроль, быть не пассивным наблюдателем, а активно получать знания и оценивать свои возможности. Студенты начинают получать удовольствие от самого процесса учения, независимо от внешних мотивационных факторов. Этому способствует и то, что при информационных технологиях обучения компьютеру на время переданы отдельные функции преподавателя. А компьютер может выступить в роли терпеливого педагога-репетитора, который способен показать ошибку и дать правильный ответ, и повторять задание снова и снова, не выражая ни раздражения, ни досады.

Время идёт, и программы быстро устаревают. И учебный материал, и форма представления. В настоящее время мы хотим доказать, что разработка компьютерных программ – электронных учебников по различным дисциплинам – очень важна и необходима.

Существуют несколько определений электронного учебника:

– это совокупность графической, текстовой, цифровой, речевой, музыкальной, видео-, фото- и другой информации, а также печатной документации пользователя. Электронное издание может быть исполнено на любом электронном носителе – магнитном (магнитная лента, магнитный диск и др.), оптическом (CD-ROM, DVD, CD-R, CD-1, СD+ и др.), а также опубликовано в электронной компьютерной сети;

– учебное издание, содержащее систематическое изложение учебной дисциплины или ее раздела, части, соответствующее государственному стандарту и учебной программе и официально утвержденное в качестве данного вида издания;

– это текст, представленный в электронной форме и снабженный разветвленной системой связей, позволяющей мгновенно переходить от одного его фрагмента к другому в соответствии с некоторой иерархией фрагментов.

Как и в создании любых сложных систем, при подготовке электронного учебника решающим для успеха является талант и мастерство авторов. Тем не менее, существуют устоявшиеся формы электронных учебников, точнее, конструктивных элементов, из которых может быть построен учебник.

Тест. Внешне, это простейшая форма электронного учебника. Основную сложность составляет подбор и формулировка вопросов, а также интерпретация ответов на вопросы. Хороший тест позволяет получить объективную картину знаний, умений и навыков, которыми владеет учащийся в определенной предметной области.

Энциклопедия. Это базовая форма электронного учебника. На содержательном уровне термин энциклопедия означает, что информация, сконцентрированная в электронном учебнике, должна быть полной и даже избыточной по отношению к стандартам образования.

Задачник. Задачник в электронном учебнике наиболее естественно осуществляет функцию обучения. Учащийся получает учебную информацию, которая необходима для решения конкретной задачи. Главная проблема – подбор задач, перекрывающих весь теоретический материал.

Креативная среда. Современные электронные учебники должны обеспечивать творческую работу учащегося с объектами изучения и с моделями систем взаимодействующих объектов. Именно творческая работа, лучше в рамках проекта, сформулированного преподавателем, способствует формированию и закреплению комплекса навыков и умений у учащегося. Креативная среда позволяет организовать коллективную работу учащихся над проектом.

Авторская среда. Электронный учебник должен быть адаптируем к учебному процессу. То есть позволять учитывать особенности конкретной специальности, конкретного студента. Для этого необходима соответствующая авторская среда. Такая среда, например, обеспечивает включение дополнительных материалов в электронную энциклопедию, позволяет пополнять задачник, готовить раздаточные материалы и методические пособия по предмету. Фактически, это подобие инструмента, с помощью которого создается сам электронный учебник.

Невербальная среда. Традиционно электронные учебники вербальны по своей природе. Они излагают теорию в текстовой или графической форме. Это является наследием полиграфических изданий. Но в электронном учебнике возможно реализовать методический прием "делай как я". Такая среда наделяет электронный учебник чертами живого учителя.

Перечисленные формы электронного учебника могут быть реализованы в виде отдельных электронных учебников либо сгруппированы в рамках единого ансамбля. Все зависит от замысла "автора". Автор должен владеть знаниями об истории и возможностях электронных учебников. Успех электронного учебника будет зависеть от того, как он "впишется" в учебный процесс.

Подводя итоги, можно ответить на важные вопросы: кому и для чего нужен электронный учебник?

Для самостоятельной работы учащихся:

- облегчает понимание изучаемого материала за счет иных, нежели в печатной учебной литературе, способов подачи материала: индуктивный подход, воздействие на слуховую и эмоциональную память и т.п.;

- допускает адаптацию в соответствии с потребностями учащегося, уровнем его подготовки, интеллектуальными возможностями и амбициями;

- освобождает от громоздких вычислений и преобразований, позволяя сосредоточиться на сути предмета, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач;

- предоставляет возможности для самопроверки на всех этапах работы;

- выполняет роль наставника, предоставляя неограниченное количество разъяснений, повторений, подсказок и прочее.

На практических занятиях:

- позволяет преподавателю проводить занятие в форме самостоятельной работы за компьютерами, оставляя за собой роль руководителя и консультанта;

- позволяет преподавателю с помощью компьютера быстро и эффективно контролировать знания учащихся, задавать содержание и уровень;

- сложности контрольного мероприятия, позволяет использовать компьютерную поддержку для решения большего количества задач, освобождает время для анализа полученных решений и их графической интерпретации.

Также позволяет выносить на лекции и практические занятия материал по собственному усмотрению, возможно, меньший по объему, но наиболее существенный по содержанию, оставляя для самостоятельной работы с электронным пособием то, что оказалось вне рамок аудиторных занятий; позволяет оптимизировать соотношение количества и содержания примеров и задач, рассматриваемых в аудитории и задаваемых на дом; позволяет индивидуализировать работу со студентами, особенно в части, касающейся домашних заданий и контрольных мероприятий.

Существует большое количество разработок программных средств, призванных решать самые разные задачи образования. В теоретических и методических работах отмечают такие преимущества использования ЭВМ в обучении, как:

- возможности автоматизированного контроля и обратной связи;

- возможности иллюстрирования и сопровождения учебных материалов;

- хранение и поиск информации;

- использование сложных интерактивных моделей и т.д.

Вместе с тем, как уже указывалось во введении, практически всегда компьютер выступает в роли вспомогательного технического средства, средства быстрого повторения, игрового момента, т.е. дополнения к учебному процессу. Причем, такого дополнения, без которого легко можно обойтись.

Как показывает анализ, большинство студентов уже на ранних стадиях учебы прекрасно осознают необходимость применения компьютера в своей профессиональной деятельности. Эффект познания усиливается, если учебные задачи, решаемые в рамках информационных технологий обучения, связаны с практической деятельностью будущего специалиста или представляют интерес в его сегодняшней учебной работе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беспалько В. П. Образование и обучение с участием компьютеров. – М., 2002.

2. Зимина О.В., Кириллов А.И. Печатные и электронные учебники в современном высшем образовании: Теория, методика, практика. - М.: Изд-во МЭИ, 2003.

3. Вуль В.А. Электронный учебник и самостоятельная работа студентов // Учебные и справочные электронные издания: опыт и проблемы. - СПб., 2001.

4. Зимина О.В., Кириллов А.И. Рекомендации по созданию электронного учебника. – М., 2001.