Адаптивная образовательная стратегия обучения математике студентов в электронной среде

DOI:

Внастоящее время одним из наиболее развивающихся направлений в области образования и образовательных технологий является электронное обучение. Так, государственной программой Российской Федерации «Развитие образования» предусмотрена реализация приоритетного проекта по созданию в нашей стране современной цифровой образовательной среды, в том числе на уровне высшего образования1. Ведущие российские вузы все активнее участвуют в создании и продвижении электронных образовательных ресурсов, которые становятся неотъемлемой частью процесса обучения. В частности, в Сибирском федеральном университете на протяжении нескольких лет успешно реализуются раз- личные проекты, связанные с развитием электронного обучения, дистанционных образовательных технологий и электронной фиксации достижений обучающихся.

Отметим, что первые веб-ориентированные образовательные системы появились в середине 1990-х годов [Brusilovsky, 1999; Brusilovsky, 2004; Mulwa, Lawless, Sharp et al., 2010]. Редким примером интеллектуальной системы, используемой для обучения математике в электронной среде, является ActiveMath [Melis, Andrès, Büdenbender et al., 2001]. При этом существующие системы, как правило, представляют собой коммерческие продукты и не применяются при обучении конкретным дисциплинам в школе или вузе.

Развитие электронного обучения в академической среде идет по пути создания электронных обучающих ресурсов (ЭОР) на основе так называемых систем управления обуче- нием (англ. learning management systems, LMS), которые предоставляют широкие возможности как преподавателям, так и обучающимся [Brusilovsky, 2004], а именно: преподаватели используют LMS для разработки образовательного контента и контрольно-измерительных материалов, общения со студентами, а также задают настройки системы, регулирующие доступ к элементам ЭОР и представление результатов обучающихся. Студентам LMS позволяет взаимодействовать между собой и с преподавателем, участвовать в совместной работе, а также осуществлять мониторинг своего прогресса при изучении дисциплины.

Отметим, однако, что организация обучения в электронной среде представляет собой непростую педагогическую и инструментальнотехническую задачу. Это обусловлено, в частности, тем фактом, что методика электронного обучения еще недостаточно разработана. Кроме того, для создания математического контента требуются специализированные инструментальные средства, а решение математических задач в большинстве своем является многошаговым, что создает определенные технические трудности для его представления и интеллектуального анализа. Наконец, создание ЭОР сопряжено со значительными трудозатратами, при этом каждый обучающий ресурс охватывает достаточно узкую предметную область.

Практически сразу после появления первых веб-ориентированных обучающих систем пришло понимание необходимости для таких систем быть адаптивными, что подразумевает использование при их проектировании и реализации следующих технологий: адаптивное представление содержания; адаптивная навигация; индивидуализация образовательной траектории; интерактивная поддержка решения задач; а также интеллектуальный анализ решений, представленных обучающимися [Brusilovsky, 1999]. Адаптивные образовательные системы, в свою очередь, способствуют персонализации обучения, которая делает его более эффективным [Aroyo, Dolog, Houben et al., 2006; O’Donnell, Lawless, Sharp, Wade, 2015].

Что касается электронных обучающих ресурсов, используемых в настоящее время в учебном процессе в школах или вузах, то подавляющее их большинство не являются адаптивными.

Цель работы - построение стратегии электронного обучения математике, которая обеспечивает адаптацию образовательного процесса для студента за счет адаптивного представления учебного материала, адаптивной навигации, интерактивной поддержки решения задач, а также корректировки образовательной траектории обучающегося на основе различных параметров, включая промежуточные результаты обучения. Применение предлагаемой стратегии позволит персонализировать обучение в электронной среде и повысить его эффективность.

При организации электронного обучения в качестве педагогической основы мы придерживаемся полипарадгмального подхода к обучению математике, обеспечивающего формирование математической компетентности у студентов [Шершнева, 2014], а также следуем принципам современной дидактики высшего образования [Shershneva, Shkerina, Sidorov, et al., 2016]. В частности, адаптивная образовательная стратегия рассматривается нами в качестве комплекса организационнопедагогических условий, способствующих приобретению обучающимся знаний и опыта, выработке умений, приводящих в конечном счете к формированию компетенций, необходимых для его успешной профессиональной деятельности [Шкерина, Сенькина, Саволайнен, 2013; Кочеткова, Шершнева, Зыкова и др., 2015].

Реализация образовательной стратегии осуществляется в рамках адаптивной модели электронного обучения, которая включает в себя следующие компоненты: модель предметной области (учебного контента), модель обучающегося и модель управления процессом обучения [Вайнштейн, Есин, Цибульский, 2017].

При построении модели предметной области мы придерживаемся следующих принципов обучения:

• -    восполнение знаний и умений из предыдущих разделов математики;

  
  
  

• -    повышение у студентов мотивации к обучению, вовлеченности в учебный процесс и эффективности самостоятельной деятельности;

• -    поощрение обсуждения учебного материала среди обучающихся;

• -    соответствие формы представления учебных материалов различным стилям обучения;

• -    применение стратегии микрообучения (англ. microlearning) [Abdulwahed, Jaworski, Crawford, 2012; Lindner, 2006; Schmidt, 2007; Buchem, Hamelmann, 2010].

Существует несколько подходов к определению стилей обучения [Honey, Mumford, 1982; Kolb, 1984; Felder, Silverman, 1988; Fleming, Mills, 1992; Kuljis, Liu, 2005]. Например, Нил Флеминг и Колин Миллс предложили модель VARK для классификации стилей обучения, где V (от англ. Visual) означает визуальный тип восприятия информации, A (от англ. Aural) – слуховой тип, R (от англ. Read / wRite) – восприятие в виде слов и символов, K (от англ. Kinesthetic) - кинестетический, тактильно-мышечный тип [Fleming, Mills, 1992]. Вместе с тем исследования показывают, что принадлежность к одному ярко выраженному типу восприятия информации встречается довольно редко, тогда как большинство людей относятся к смешанному типу.

Разработка адаптивных образовательных систем, учитывающих стили обучения студентов, представляет собой важное направление развития электронного обучения [Carver, Howard, Lane, 1999; Yang, Hwang, Yang, 2013].

Стратегия микрообучения состоит в том, что весь учебный материал разбивается на маленькие порции, которые мы будем называть юнитами и определим как последовательности семантических фактов и процедурных правил, имеющие смысловую законченность [Атанов, 2001; Вайнштейн, Шершнева, Есин, Зыкова, 2017].

Модель обучающегося представляет собой совокупность статических и динамических параметров студента и содержит, в частности, информацию о его результатах на текущем и предыдущих этапах обучения.

Модель управления процессом обучения состоит из системы автоматической навига- ции по элементам электронного обучающего ресурса и системы управляющих воздействий со стороны преподавателя [Вайнштейн, Есин, Цибульский, 2017].

Описанная адаптивная образовательная стратегия была применена при проектировании и реализации адаптивного модуля «Интегралы функций нескольких переменных» в рамках электронного обучающего курса «Математический анализ. Часть 2» для студентов направления подготовки Информатика и вычислительная техника, обучающихся в институте космических и информационных технологий Сибирского федерального университета (СФУ). Модуль разработан в системе электронного обучения СФУ, функционирующей на базе платформы Moodle.

Учебный контент модуля выстроен в виде последовательности юнитов. Материал каждого юнита представлен в трех редакциях: текстовой (в виде текста, сопровождаемого рисунками и таблицами), виде редакции (один или несколько видеофайлов) и презентации (в виде слайдов).

Контрольно-измерительные материалы включают в себя: входной тест, тесты к юнитам, предназначенные для формирующего тестирования, задачи для самостоятельного решения с ответами, а также итоговые тесты.

Изучение модуля начинается с входного тестирования, направленного на выявление у студента пробелов в знаниях и умениях из предыдущих разделов математики и предоставление ему необходимых справочных материалов для повторения и устранения выявленных пробелов.

По результатам входного тестирования студент получает доступ к материалу первого юнита, после изучения которого он выполняет тест по этому юниту. В случае положительного результата обучающийся имеет возможность перейти к изучению следующего юнита, а в противном случае ему становится доступен теоретический материал текущего юнита в другой редакции изложения, изучив который, он повторно проходит тестирование по юниту. В случае второй неудачной попытки студент обращается за консультацией к преподавателю, после чего переходит к изучению следующего юнита. И так дальше.

Особенность реализации модуля состоит в том, что теоретическое изучение материала целиком переносится в электронную среду. При этом аудиторные практические занятия дополняют самостоятельную работу в электронной среде следующим образом (в приведенной последовательности):

• 1)    изучение теоретического материала (юниты и тесты к ним), ЭОР;

• 2)    формирование вычислительных умений на практическом занятии;

• 3)    самостоятельное решение задач (с ответами), ЭОР;

• 4)    итоговое тестирование по теме, ЭОР.

Таким образом, использование адаптивной образовательной стратегии позволяет организовать процесс освоения дисциплины в рамках смешанной модели обучения.

В процессе изучения адаптивного модуля студенты отметили следующие положительные факторы реализации адаптивной стратегии:

• - возможность изучения материала, изложенного в форме, удобной для восприятия;

• – повышение эффективности аудиторной работы, поскольку студент приходит на практические занятия, зная теоретический материал;

  – возможность заниматься в удобное для студента время и в своем индивидуальном темпе.

Вместе с тем некоторые студенты признались, что они испытывали трудности с самоорганизацией.

Итак, применение адаптивной образовательной стратегии при реализации адаптивного модуля обеспечивает персонализацию обучения и формирование индивидуальной образовательной траектории студента, тем самым повышая эффективность обучения.