Некоторые вопросы автоматизации учебного процесса на основе компьютерного моделирования

В.А.Спирин, ассистент кафедры ИВТ МГПИ им. М.Е.Евсевьева

Автоматизация учебного процесса подразумевает не только применение обучающих программ, но также использование эффективных технологий их создания. Подразумеваются не технологии создания программных продуктов вообще, а технологии управления учебным процессом, закладываемые на этапе производства программы. Здесь автоматизация выступает как результат выполнения алгоритма программы и служит для повышения эффективности учебного процесса в рамках ППС.

Существует определенная потребность в поиске новых направлений на этом пути. Обычно в ППС для повышения активности учащегося в процессе усвоения знаний ему предлагаются небольшие тестовые задания или, в простейшем случае, перед учеником периодически ставятся различные вопросы, которые разъясняются в ходе дальнейшего изложения материала.

Еще одним путем повышения активности учащегося в процессе усвоения знаний при работе с ППС и соответственно повышения эффективности усвоения является использование в программе всевозможных средств наглядности, эффекта занимательности.

В последнее время появились работы по автоматизированным обучающим системам (АОС). Суть такой системы заключается в ее адаптивности к пользователю (ученику). В основном авторы придерживаются мнения, что подобные системы наиболее удобно использовать для обучения решению задач. Не вдаваясь в подроб ности построения АОС, отметим, что это предполагается делать на основе контроля действий ученика во время решения им задачи. Управление деятельностью осуществляется путем постановки дополнительных задач, в ходе решения которых ученик находит путь решения основной.

Кроме обучения решению задач существует множество направлений автоматизации учебного процесса. В частности, использование компьютерных моделей в обучающих программах дает возможность демонстрировать физические явления и процессы, которые трудно показать в школьной практике; увидеть уже известные эксперименты со стороны, недоступной обычным методам, обращая внимание ученика на ключевые моменты, рассматривая их в деталях. Не умаляя роль школьного эксперимента, отметим перспективность этого направления по причине относительной доступности и простоты работы с такой экспериментальной установкой.

Здесь можно выделить следующие варианты:

• -    компьютерная модель в качестве демонстрации объекта изучения;

• -    компьютерная модель для исследования закономерностей поведения объекта;

• -    компьютерная модель учебной ситуации.

Во время работы с компьютерной моделью в программе должны выполняться следующие условия:

• I)    относительная свобода действий ученика в рамках программы;

• 2)    внешняя схожесть работы с моделью и работы с оригиналом:

• 3)    удобство и наглядность управления моделью;

• 4)    постоянный контроль действий ученика со стороны программы с целью принятия решения о дальнейшем пути обучения и необходимости оказания помощи.

Контроль действий пользователя необходим для выбора дальнейшей стратегии обучения в случае тех или иных действий ученика. Согласно нашей концепции, задача контроля - обеспечить теневое (незаметное для ученика) наблюдение за действиями учащегося. Фактически это алгоритм, функционирующий параллельно с алгоритмом модели экспериментальной установки.

В простейшем случае речь идет о контроле выполнения задания и выборе дальнейшего пути изложения материала. Если же говорить о программе в целом, то следует рассматривать такие вопросы:

• 1)    контроль и диагностика знаний учащегося перед началом работы с учебным материалом и выбор стратегии изложения материала;

• 2)    управление деятельностью ученика во время его работы с компьютерной экспериментальной установкой;

• 3)    выбор дальнейшей стратегии обучения.

Нами рассматривается управление познавательной деятельностью ученика только во время компьютерного эксперимента. Выделяются следующие его аспекты: экспериментальная установка построена на основе того или иного типа компьютерной модели; модель снабжена средствами визуализации и пользовательским интерфейсом; учащийся имеет возможность производить с моделью определенные манипуляции. В соответствии с нашей концепцией, управлять деятельностью ученика можно с помощью подсказок, выводимых программой в ответ на определенные действия пользователя, а также через текст заданий, даваемых ему для работы с моделью. Данные, необходимые для управления, программа может получить из переменных моделирования и данных о состоянии ин- терфейса. Алгоритм управления функционирует параллельно с алгоритмом модели. Его роль заключается в принятии решения об управляющем воздействии, необходи- мом в данный момент. Таким образом, осуществляется постоянный теневой контроль за действиями учащегося.

Имея набор подсказок по основным ключевым моментам проводимого эксперимента и по большинству наиболее вероятных ошибок, программа может осуществлять полномасштабное управление деятельностью ученика. В пользу данного утверждения говорит и тот фа’кт, что в школьной практике используются достаточно простые объекты изучения, а это, в свою очередь, позволяет использовать несложные модели и не слишком разветвленные алгоритмы управления.

С помощью специальным образом сформулированных подсказок можно не только управлять познавательной деятельностью учащегося, но и осуществлять целенаправленное развивающее обучение. В этом случае нами выделяются два направления работы:

• -    подсказка, появляющаяся перед учащимся в момент, когда его виртуальное исследование зашло в тупик, способствует только исправлению ошибки и продолжению поиска;

• -    подсказка может содержать эвристические рекомендации, способствующие не непосредственно исправлению ошибки, а определению направления поиска пути ее преодоления.

Те же функции могут осуществлять проблемные задания. В ответ на действия ученика система может ставить перед ним задание, вспомогательное по отношению к основному (подпроблема). Роль этого задания заключается в активизации поиска и управлении им. Выполняя такое задание, ученик получает сведения, необходимые для выполнения основного. Таким образом, решение основной проблемы сводится к решению выделенных в ее составе подпроблем.

В большинстве обучающих программ с компьютерными моделями управление деятельностью ученика не осуществляет- вИЖИЖ ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ggggMM ся никак. Учащийся получает в свое распоряжение модель объекта изучения и инструкцию по выполнению задания, а подсказку по выполнению только по отдель ному запросу. В сочетании со стандартными способами построения ППС предложенный подход может обеспечить определенный прогресс в этой области.

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПО РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОМУ АНАЛИЗУ

В.М.Кяшкин, доцент кафедры твердого тела МГУ им. Н.П.Огарева,

Р.В.Карасев, аспирант кафедры физики твердого тела

МГУ им. Н.П.Огарева

В последние несколько лет, в связи с бурным развитием компьютерной техники и информационных технологий, наблюдался резкий количественный и качественный скачок в компьютеризации образовательного процесса. Появилось множество тестирующих, демонстрационных программ и программ-тренажеров. Последние имеют особенно большое значение в тех случаях, когда в лабораторном практикуме должно использоваться сложное и дорогостоящее оборудование, доступ к которому возможен только для достаточно подготовленных пользователей. В связи с этим мы попытались модифицировать некоторые лабораторные работы по рентгеноструктурному анализу таким образом, чтобы обеспечить, с одной стороны, быструю проверку результатов выполнения, а с другой - наглядность и очевидность для студента его ошибок в том случае, если они были допущены. В основу тренажера положен программный комплекс «Менеджер задач» (далее FraResearcher), разработанный в лаборатории, который позволяет управлять последовательностью выполнения программ-задач и проводить на экране сравнение результатов расчета с эталонными в графической и числовой формах.

На данном этапе работы мы попытались компьютеризировать проверку результатов выполнения лабораторных работ по рентгеноструктурному анализу, имеющих целью определение типа ячейки и ее параметров для поликристаллического материала.

Тренажер может работать в двух режимах:

• -    формирование заданий (осуществляется преподавателем или лаборантом);

• -    проверка правильности выполнения лабораторных работ (выполняется студентом как при участии преподавателя, так и без него).

Алгоритм проверки следующий: