Розробка автоматизованих навчальнихсистем на основі методики програмованого навчання
Оптимізація процесу навчання вимагає керування пізнавальноюдіяльністю учнів як в ході одержання ними знань, так і в процесі їх засвоєння. Сампроцес навчання можна розглядати як педагогічну систему «вчитель-учень», охопленудвостороннім зв'язком (прямим та зворотнім). По каналу прямого зв'язку ученьотримує вхідну інформацію, по каналу зворотного – видає вихідну інформацію, якасвідчить про рівень засвоєння учнем одержаних знань, тобто міру навченості. Наоснові аналізу вхідної та вихідної інформації викладач може застосовуватикеруючі впливи і тим самим управляти пізнавальною діяльністю учня. Метакерування в такій педагогічній системі – управляти рівнем і мірою навченості.
Для успішного функціонування педагогічної системи необхідноскласти програму (план) керування діяльністю учня, тому такий процес навчанняназивається програмованим.
В основі методу програмованого навчання лежать класичні принципидидактики. Це принципи систематичності та самостійності, які вимагають в роботіз учнями набуття крок за кроком компонент знань чи вмінь, а також створення зних структур. Термін «програмування» по відношенню до навчального процесуозначає методику створення програм, які керують навчальною діяльністю учнів впроцесі розв'язання ними пізнавальних задач. Навчальна програма – це головнийелемент програмованого навчання. Її розуміють як впорядковану послідовністьрекомендацій чи задач, що передаються за допомогою дидактичної машини абопрограмованого підручника і виконуються об'єктом навчання. Навчальний матеріалпри програмованому навчанні подається в вигляді кадрів (кроків). Кожний кадрмістить в собі:
· порівняльно невелику,завершену у логічному відношенні порцію дидактичного матеріалу;
· контрольне завдання, метаякого перевірити рівень засвоєння навчального матеріалу;
· вказівки про дії післявиконання завдання.
Видача учнем відповіді на завдання вчителя, функцію якого можетимчасово виконувати і комп'ютер, є зворотнім зв'язком навчальної системи. Вразі реалізації навчальної програми комп'ютером, його реакцією на інформацію зворотногозв'язку може бути:
· показ правильної відповіді;
· коротка підказка;
· розгорнуте пояснення причинпомилки;
· подача повторного завданняаналогічного змісту.Принцип програмованого навчання може бути реалізований:
1) педагогом, в процесі проведення ним навчального процесу;
2) в виді програмованого підручника;
3) в вигляді навчальної програми, реалізованої на комп'ютері.
Для комп'ютерної реалізації найбільш доцільним є модульний методпрограмування. Розглянемо коротко його особливості. Сама назва методу говоритьпро те, що в процесі засвоєння знань весь навчальний матеріал розбивається наокремі блоки, кожний з яких розглядає певну тему чи поняття. Кожен блок єнезалежним від інших модулем навчання, але кожен наступний модуль ґрунтуєтьсяна знаннях та вміннях набутих в попередніх модулях.
Навчальний модуль складається з таких блоків (рис. 1):
1. Інформаційний блок (І) – в ньомусформована певна область понять, що пов'язані з темою чи поняттям, яківивчаються в модулі. Ці поняття можуть подаватися у вигляді програмованоготексту або у вигляді класичного тексту.
2. Текстово-інформаційний блок(ТІ) – це набір питань, що стосуються окремих областей понять І.
3. Кореляційно-інформаційніблоки (КІ) – у випадку невірної відповіді на питання N блоку ТІ відбуваєтьсязвертання до КІ(N), в якому дається корекційна інформація і можливістьскорегувати відповідь на запитання N. У випадку повторення невірної відповідіоб'єкт навчання має можливість звернутися до вчителя або до блоку І.
4. Проблемний блок (П) – вньому ставиться загальна проблема, рішення якої можливе лише при засвоєннізнань блоку І.
5. Текстово-проблемний блок(ТП) – це набір підпроблем, послідовне рішення яких гарантує розв'язок загальноїпроблеми блоку П. Конкретніше, кожна підпроблема пов'язана з окремим поняттямблоку І. Розв'язок проблеми – це відповідь на проблемне запитання у виглядівизначеному навчальною програмою.
6. Корекційно-проблемні блоки(КП) – у випадку невірного рішення підпроблеми N керування навчальним процесомпередається КП(N), в якому подається корекційна інформація та надається можливістьскорегувати рішення підроблеми. У випадку повторної невірної відповіді ученьможе звернутися до блоку П чи І або до викладача.
З опису даного методу видно, що в ньому навчальний процесрозбивається на окремі кроки, що дозволяє проводити поетапний контроль запроцесом засвоєння дидактичного матеріалу. Саме це забезпечує якість процесунавчання. Деякі блоки в модульному методі можуть бути вилучені при реалізації йогов виді комп'ютерної програми. Мова йде про тестово-інформаційний такорегуючо-інформаційні блоки. В такому випадку схема містить такі блоки: інформаційний,проблемний, тестово-проблемний та корегуючо-проблемний. Це пов'язано з тим, щотеоретичний матеріал в повному обсягу краще викладати під час уроку, оскількиподача об'ємного навчального матеріалу на екрані дисплею недоцільна і малоефективна. В інформаційному блоці, який подається в програмованому вигляді,теоретичний матеріал доцільно викладати в чіткому, лаконічному вигляді звисвітленням основних понять. Вся інформація в цьому блоці мусить бутинаправлена на краще засвоєння і узагальнення набутих знань. Опитування по данійтемі доцільно проводити на початку практичного заняття викладачем. Таким чиномреалізується тестово-інформаційний та корегуючо-інформаційні блоки.
Як бачимо, модульний метод програмованого навчання дає можливістьдобре скореагувати процес навчання та поділити його на окремі кроки, щоособливо важливо при реалізації навчального процесу на комп'ютері. Цей методдозволяє ефективно розв'язати такі задачі, пов'язані з дотриманням основнихвимог програмованого навчання:
· дати можливістьбезпомилкового виконання навчальноі програми;
· включити в програму зворотнійзв'язок – для реалізації контролю та самоконтролю;
· забезпечити однозначністьзавдань;
· не допускати недовизначень,які вимагають різних відповідей від різних об'єктів навчання.
Автоматизовану навчаючу систему (АНС) можна розглядати яксукупність технічного, програмного та інформаційного забезпечення. Програмнезабезпечення, в свою чергу, складається з спеціального програмногозабезпечення, яке містить в собі операційну систему, набір трансляторів зрізних мов програмування, починаючи з асемблера і закінчуючи мовами СУБД, системніутиліти та навчального програмного забезпечення в виді пакетів навчальнихпрограм. Інформаційне забезпечення складається з бази даних та бази знань.
Надалі, говорячи про АНС, будемо мати на увазі лише її програмнута інформаційну частини. Автоматизована навчально-контролююча програма являєсобою людино-машинну систему, яка працює в діалоговому режимі. Призначення її –управління пізнавальною діяльністю учнів в процесі навчання. АНС складається зпідсистем, які можна поділити на функціональні та забезпечуючи. Функціональніпідсистеми пов'язані з основною цільовою функцією системи і розрізняються заспособом використання їх, наприклад підсистема навчання, контролю та ін. Забезпечуючипідсистеми створюють необхідні умови для нормальної роботи функціональнихпідсистем.
Розглянемо одну з можливих структур автоматизованої навчальної системиз використанням елементів штучного інтелекту. Вона складається з таких блоків (рис. 2):
1. Об'єкт навчання – учень,студент.
2. Інтерфейс об'єкту навчання –дружній інтерфейс взаємодії об'єкту навчання з навчаючою системою на основі діалогу«учень-комп'ютер». Через інтерфейс користувача здійснюється обмін інформацієюміж об'єктом навчання і АНС.
3. Підсистема теоретичнихвідомостей здійснює подачу навчальної інформації по каналу прямого зв'язкуоб'єкта навчання через інтерфейс користувача.
4. Інформаційно-довідковапідсистема (підсистема «Допомога») видає довідки по користуванню навчальноюсистемою.
5. Підсистема введення – черезнеї об'єкт навчання вводить числові величини та вибирає певні значеннявідповіді з допомогою системи меню.
6. Підсистема контролюорганізовує та проводить процес навчання, перевіряє правильність розв'язкупоставлених підпроблем, генерує внутрішні помилки системи.
7. Підсистема обробки помилоквизначає характер помилки, допущеної об'єктом навчання при тестуванні, і фіксуєїї черговість.
8. Машина висновків повідомляєпро помилку допущену учнем і у відповідності до її характеру та черговостівидає корегуючу інформацію, використовуючи базу знань.
9. Внутрішній інформаційнийінтерфейс використовується для передачі інформації між окремими підсистемамиАНС.
10. Підсистема обчисленьздійснює еталонні обчислення для перевірки правильності відповідей притестуванні.
11. Підсистема результату призначенадля обробки результатів навчання, оцінювання знань учня та видачі результатівна екран дисплею і запису їх в файл результатів.
12. БЗ – база знань, яка міститьдидактичний матеріал для підсистеми теоретичних відомостей, а також корегуючуінформацію для машини висновків.
13. СУБЗ – система управліннябазою знань.
14. БД (база даних) – різноріднаінформація, яку використовує підсистема «Допомога» та машина висновків.
15. СУБД – система управліннябазою даних, яка забезпечує доступ підсистеми «Допомога» до необхідноїінформації з бази даних.
Автоматизований навчальний курс (АНК) подається в виді наборунавчальних модулів {M(1),…, M(n)}, кожен з яких розглядає певну тему чипоняття. Сукупність понять, які вивчаються в j-му модулі та система понять, наяких ґрунтується тема цього модуля, утворюють складну ієрархічну структуру, яказображена на Рис. 4. Вершиною графа, який описує цю структуру, є модульM(j); на першому рівні ієрархії розміщується система понять C (1, j),…, C (k, j),яка визначає зміст M(j). Кожний з елементів C (і, j), в свою чергу, базуєтьсяна певній сукупності понять D (1, j),…, D (m, j), які утворюють другийпонятійний рівень. В ролі цих елементів виступають деякі елементи С (1, s)(s
Логічна структура програмованого тексту (що може являти собою нелише текстову інформацію, але й графічні, музичні та інші образи), з допомогоюякого висвітлюється те чи інше поняття, може бути, в свою чергу, доситьскладною. Вона містить в собі кілька рівнів деталізації, починаючи з найвищого –інформаційно-довідкового, який розрахований на підготовленого користувача, що восновному освоїв дане поняття. Hа самому нижньому рівні знаходиться найбільшдетальна методична розробка навчального матеріалу з великою кількістюприкладів, орієнтована на слабо підготовленого учня.
Виходячи з основних засад зберігання та використання великих інформаційнихмасивів, схема розміщення багаторівневого програмованого тексту в пам'ятікомп'ютера повинна організуватися так, щоб максимально уникнути дублювання призапису інформації. Цю задачу можна розв'язати створивши гіпертекстовий масив,тобто узагальнений текстовий масив, що є деяким логічним об'єднанням підтекстіврізних навчальних рівнів.
Дидактична та довідкова інформація, необхідна для навчання накожному з рівнів, одержується шляхом декомпозиції узагальненого тексту на певніскладові. Це означає, що для кожного понятійного вузла навчальної мережі АНК,необхідно побудувати відповідну декомпозиційну функцію, аргументом якої є номеррівня навчання. Позначимо її через D (p, k), де p – номер понятійного вузла, k –рівень навчання в даному вузлі. Ці функції можна розглядати як елементикерування інтерфейсом навчального процесу.
Виходячи з основних принципів програмованого навчання, можемозапропонувати таку послідовність дій розробника АНС. 1. Постановка задачі:
- професійний аналізнавчального матеріалу;
- психологічний аналіз;
- дидактичний аналіз.
2. Розробка структури всіхмодулів АНС.
3. Моделювання діалогу «учень-комп'ютер»:
- визначення кроків навчання;
- розробка сценарію діалогу «учень-комп'ютер»;
- формалізація сценарію;
- організація бази знань.
4. Розробка програмного забезпечення АНС.
- створення програмних модулівна одній або декількох вибраних мовах програмування;
- відлагодження програмнихмодулів на комп'ютері;
- компоновка та відлагодженнявсієї програмної системи.
5. Апробація АНС.
- перевірка навчального матеріалута програмного забезпечення на вибраній групі учнів (студентів);
- корекція методичного тапрограмного забезпечення.
6. Впровадження АНС в навчальний процес та його досліднаексплуатація.
Література
1. Вильямс Р., Маклин К. Компьютеры в школе. – М.: Прогрес, 1988.
2. Машбиц Е.И., Андрушевская В.В., Комиссарова Е.Ю. Диалогв обучающей системе. – Киев,: Вища школа, 1989. – 183 с.
3. Кокорева Л.В., Перевозчикова О.Л., Ющенко Е.Л. Диалоговыесистемы. – Киев: Наукова думка, 1993.
Додатки
/>
Рис. 1. Блок-схема програмного методу навчання
/>
Рис. 2. Схема інтелектуальної навчальної системи
/>
/>
/>
Рис 3. Блок-схема машини висновків