Автоматизированные обучающие системы

Под обучением понимается процесс передачи и усвоения знаний, умений и навыков деятельности.

Традиционной формой получения  образования является обучение с  преподавателем.

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 последнее  десятилетие появилось достаточно большое количество обучающих систем, 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.

Автоматизированные обучающие системы (АОС) представляют собой программно-технические комплексы, включающие в себя методическую, учебную и организационную поддержку процесса обучения, проводимого на базе информационных технологий.

Основу образовательного процесса при использовании обучающих  систем составляет целенаправленная и  контролируемая интенсивная самостоятельная  работа обучаемого,  который может  учиться в удобное для себя время,  по индивидуальному расписанию,  имея при себе комплект специальных средств обучения.

В рамках АОС могут решаться следующие задачи:

• задачи, связанные с регистрацией и статистическим анализом показателей усвоения учебного материала: определение времени решения задач, определение общего числа ошибок и т.д. К этой же группе относятся и задачи управления учебной деятельностью;
• задачи, связанные с проверкой уровня знаний, умений и навыков учащихся до и после обучения, их индивидуальных способностей и мотиваций;
• задачи АОС, связанные с подготовкой и предъявлением учебного материала, адаптацией материала по уровням сложности, подготовкой динамических иллюстраций, контрольных заданий, лабораторных работ, самостоятельных работ учащихся;
• задачи администрирования системы, доставки учебного материала на рабочие станции и задачи обратной связи с обучаемым.

Задача автоматизации  – повышение эффективности обучения, которое складывается из нескольких составляющих:

      –  более  прочное усвоение материала; 

      –  больший  объем знаний;

      –  меньшее  время на их усвоение.

Повышение эффективности  обучения при использовании обучающих  систем было подтверждено рядом исследований.  Этому способствуют такие факторы, как:

1.  Индивидуализация обучения.

Внедрение обучающих систем позволит совместить достоинства индивидуального  обучения  (в смысле эффективности) и массового (в смысле экономичности).

2.  Интенсификация обучения.

Она достигается за счет индивидуальности обучения  (толпа  всегда идет медленнее одного человека),  а также за счет того,  что обучаемый  не привязан ко времени занятия и  к преподавателю,  а может заниматься в удобное для себя время.

3.  Использование выразительных  средств вычислительной техники, таких как наглядность,  наличие средств моделирования объектов и процессов и т.п..

4.  Возможность организации  постоянного контроля степени  усвоения знаний, способствующего  более прочному закреплению материала.

Кроме повышения эффективности  обучения внедрение обучающих систем имеет и другие положительные  эффекты:

•Работа с обучающей системой развивает умение и навыки самостоятельной работы.

•Обучающие системы разгружают преподавателя от ряда трудоемких и часто повторяющихся операций по представлению учебной информации и контролю знаний;  способствуют разработке объективных методов контроля знаний;  облегчают накопление передового учебно-методического опыта.

•Применение обучающих систем может упростить переход вузов к обучению по более широкому перечню специализаций,  благодаря которому каждый студент получает возможность получить подготовку с индивидуальным профессиональным и образовательным уклоном.

•Возможно применение обучающих систем в системе дополнительного профессионального образования,  особенно в тех областях деятельности,  в которых имеет место низкая эффективность традиционных способов передачи знаний посредством лекционных занятий.

•Применение обучающих систем позволяет предоставить образовательные  услуги более широкому кругу обучаемых, в т.ч. в рамках дистанционного обучения.

 

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" (рис 2).

Рис 2. Структурная схема  презентационной системы обучения

 

В АОС данного типа присутствует только прямая информационная связь  между системой и учащимся, которому последовательно предоставляется  визуальная информация с монитора ЭВМ. Примером презентационной АОС может  служить обучающая программа  по курсу Visual Basic.

В тестирующих АОС без  обратной связи (рис.3) основной упор делается на выявление уровня знаний учащихся в определенный период учебного процесса. Используя различную методику, такие  системы предъявляют обучаемому открытый или закрытый вариант вопроса (вопрос с вариантами выбора ответа). От учащегося ожидается отклик в  виде ответа (управляющего воздействия) на поставленный вопрос. Ответ фиксируется  в блоке фиксатора ошибок. По результатам  опроса выставляется определенный балл, который служит критерием для  результирующей оценки по степени усвоения учащимся требуемого учебного материала. Примером разомкнутой тестирующей  АОС является программная система  компании Drake Prometric.

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

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. Элемент обратной связью в  виде реакции ученика на предъявляемый  АОС учебный материал является основой  непрерывного взаимодействия системы "АОС-обучаемый", так как то или иное воздействие на систему со стороны пользователя ведет сразу к ответной реакции со стороны обучающей системы. Примером подобных АОС могут служить всевозможные игровые тренажеры, имитаторы и т.п. В частности, имитационная программа компании Maxis.

В имитационных 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. В АОС данной структуры очень  часто вводят игровые элементы. Примером такой системы может служить  курс обучения английскому языку  Bridge to English.

 

Автоматизированные  обучающие системы: контролирующие АОС.

Важнейшей функцией автоматизированных обучающих систем является контроль за знаниями учащихся. Это может  быть текущий, рубежный, др. контроль.

Целый пакет программ, предназначенных  для приема зачетов, разработали  сотрудники Лаборатории по применению количествeнных методов и ЭВМ в исторических исследованиях Московского университета (И.М. Гарскова, др).

В этот пакет входят пять программ. А именно: программа «INTRO» (знакомство), «CONDUIT» (классный журнал), «CONTROL» (контроль), «EXAMS» (экзаменатор), «TEACHER» (учитель).

Программы «INTRO» и «CONDUIT»  осуществляют контроль посещаемости занятий. Так, например, «INTRO»  «регистрирует» список членов академических групп. То есть на первом занятии каждый студент  подходит к компьютеру и самостоятельно набирает на клавиатуре свое имя и  фамилию, а «INTRO»  вводит их в память ЭВМ. Далее, учетом посещаемости «ведает» уже программа «CONDUIT». «CONDUIT»    отмечает на каждом занятии посещаемость студентов и «заставляет» компьютер  «комментировать» их усердие или нерадивость. Функции программы «CONTROL» состоит в том, чтобы на основе сведений «CONDUIT» определять, какие именно темы нужно «отрабатывать» студенту и в каком объеме.

«EXAMS» вызывает на экран  монитора-компьютера список вопросов, по теме,  указанной «CONTROL». Если студент  не может ответить на вопросы  «EXAMS»,  ему приходится возвращаться к пропущенным  темам. При этом при каждом вызове  «EXAMS» ответы на вопросы перемешиваются и поступают на экран монитора в случайном порядке. Программа  «TEACHER» предназначена для работы с преподавателем. Пользователь этой программы может определять параметры  будущих зачетов, выбирать темы, вопросы  из «банка вопросов и заданий» с  указанием номеров занятий, на которых  эти темы (вопросы) обсуждались. «TEACHER»  «способна» модифицировать существующие вопросы, а также заменять их новыми.

Программа, разработанная  на кафедре философии Московского  автомобилестроительного института (руководитель проекта Малюга Ю.Я.) рассчитана на более «мягкий» вариант контроля за знаниями учащихся. Эта программа примечательна тем, что в ней в наиболее полном виде реализован принцип диалога экзаменатора и экзаменуемого.

Во-первых, эта АОС так  же, как и предыдущая, «умеет»  формировать списки членов академических  групп и «оценивать» их знания. Кроме того, она способна «разговаривать»  с учащимся на «любые» темы, касающиеся определенных историко-философских  проблем.

Автор этой программы применил такую методику. Прежде всего, составил четкое представление о развитии историко-философской проблематики конкретных историко-культурных эпох и «изобразил» процесс становления  этих проблем в виде дендрограммы («аддивного дерева»). Далее он сформулировал все вопросы, касающиеся изучаемых тем, таким образом, чтобы они предполагали четкие, однозначные ответы, причем любой из них с необходимостью требовал использования определенных   ключевых   слов. Наконец,  автор расположил вопросы  в таком порядке, чтобы ответы на них предполагали выявление «ветвей» сформулированного им ранее для себя «дерева проблем».

Например, студент садится за компьютер и видит на экране монитора, ну, скажем, такой вопрос: «Как Вы считаете, какая философская идеология преобладала в культурной жизни Древней Греции VI – V вв. до н.э.: натурализм, идеализм или субъективизм?»

Конечно же, скорее всего  он наберет на клавиатуре какой-то ответ, например: «Мне кажется, что в этот  исторический период наибольшее распространение получил субъективизм».

Далее. Если, скажем, «субъективизм» - это  ключевое слово, компьютер  зафиксирует успех учащегося, «запомнит» этот факт и переведет студента на ту «ветвь» «проблемного дерева», которая  предполагает долее подробное обсуждение проблематики, связанной с  философским  направлением «субъективизм».    

Практически это будет  выглядеть так. На экране компьютера возникнет, скажем, такой вопрос: «Вы  наверняка знаете, что субъективизм бывает натуралистическим и идеалистическим. Напомните, пожалуйста, в контексте  которого из этих философских направлений  применялась формула: человек - это  замкнутый духовный мир?» Разумеется, «опытный» теперь студент опять  наберет какой-то ответ. Если и в  этот paз ему повезет, он снова «попадет» на ключевое слово, то диалог будет развиваться в направлении от общих проблем, связанных с древнегреческим субъективизмом, к более конкретным. Если нет, то программа, зафиксировав теперь уже неудачу учащегося, «переключит» его на другую ветвь «проблемного дерева» (т.е. на экране появится вопрос, касающийся проблематики - допустим - древнегреческого на-турализма). Этот диалог может развиваться бесконечна долго. Здесь все зависит от того, насколько подробно автор АОС сумел «описать» в программе избранную им предметную область. Чем больше «ветвей» будет у его «деревьев», чем длиннее будут их «стволы», тем дольше будет длиться диалог.

Преимущество программ такого типа заключается в том, что они  реализуют индивидуальный подход к  обучению. Эти программы позволяют  преподавателю работать с большой  группой студентов, причем принцип  их построения допускает значительную долю вероятности того, что с каждым учащимся компьютер будет «разговаривать»  по отдельной теме и ни разу не повторится.