Построение управления процессом познания с использованием динамических модулей электронного учебника

Внедрение компьютерных и Интер-нет-технологий неизбежно приводит к тому, что организация управления системой обучения становится немыслимой без внедрения в учебный процесс новейших достижений информационных технологий. Новые образовательные стандарты специалистов направлены на увеличение самостоятельной работы по каждой учебной дисциплине, что вынуждает особенно внимательно относиться к образовательной деятельности, так как человечество вступило в принципиально новую фазу своего развития, когда неизменный период смены поколений (в пределах 25 лет) сравнялся с постоянно уменьшающимся периодом смены технологий [5].

Тенденции развития современного общества обусловливают возрастание роли системы образования как стратегического ресурса, способного осваивать наукоемкие технологии, внедрять инновации, влиять на повышение качества жизни и стабильность общества в целом, увеличивать конкурентоспособность российской экономики.

Присоединение России к Болонской конвенции также оказывает существенное влияние на процессы модернизации отечественного высшего образования. Современный вуз становится обучающейся организацией, для которой процессы создания, накопления, использования и распространения знаний становятся ключевыми. Развитая способность к реализации таких процессов позволяет организации находиться в постоянной готовности совершенствовать свою деятельность [7].

Усложнение организационной структуры вузов, многогранность протекающих в них процессов, возрастающие требования к подготовке специалистов ставят перед высшей школой новые задачи. Это, с одной стороны, — необходимость совершенствования содержания, форм и методов обучения, а с другой — рациональная организация и управление процессом получения знаний, который плохо поддается формализации, так как включает в себя много нечетких понятий. Усвоение любой информации, в том числе и учебной, зависит от ее восприятия. Так, исследования Н. В. Краснова показали, что человек запоминает 15 % информации, получаемой им в речевой форме, и 25 % — в зрительной. Если же оба эти способа передачи информации используются одновременно, он может воспринять до 65 % ее содержания [3, с. 16]. На процесс осмысленного запоминания также влияют такие факторы, как структура материала, периодическое повторение информации, которое происходит при выполнениии самостоятельной работы, на лабораторных и практических занятиях, а также при неоднократных ссылках преподавателя на знакомый материал [6].

Важную роль в запоминании играет умение преподавателя преподнести ин-

формацию и определить систему ассоциативных связей между понятиями, поскольку сразу после прослушивания материала начинается процесс забывания, который описывается уравнением

Ф (Х„ ^, t ) =A о ( 1 - e" t ^ё )e" t ^ё 2 , (1) где Х 1 и Х ₂ — параметры, зависящие от количества и качества ассоциативных связей; t — время забывания [2].

При t ^ ~ функция ф ( Х 1 , Х ₂ , t) ^ 0, что соответствует полному забыванию информации по истечении достаточно большого промежутка времени. Как видно из формулы (1), ассоциативным связям следует уделять особое внимание в процессе обучения.

Электронные учебники в значительной степени улучшают внедрение элементов ассоциативности, поскольку кроме наличия хорошего содержания обладают средствами контроля процесса обучения и уровня полученных знаний, а также средствами мультимедиа. Идея мультимедиа заключается в использовании различных способов подачи информации, включении в программное обеспечение видео- и звукового сопровождения текстов, высококачественной графики и анимации, что позволяет сделать программный продукт информационно насыщенным и удобным для восприятия, стать мощным дидактическим инструментом, благодаря своей способности одновременного воздействия на различные каналы восприятия информации. В связи с этим можно говорить о том, что электронный учебник становится средством управления познавательной деятельностью учащихся. С другой стороны, он дает возможность для обучаемого управлять процессом обучения (выбирать тему, работать в индивидуальном режиме в аудитории или дома).

Рассматривая ученика как объект управления с регулируемой переменной x , вектором состояния z и сигналом управления и, обозначим совокупность ряда неизвестных факторов, от которых зависит поведение ученика, через вектор 6 (неизвестные параметры объекта, неточно известные характеристики, неиз-меряемые внешние возмущения и т. д.).

Предположим, что задано множество Q₆ э 6, определяющее тип рассматриваемых объектов управления, а также задана цель управления, определяющая желаемый характер поведения ученика

H(x, t) <  А , (2) где H(x, t) — целевая функция; А > 0 — порог (допустимое значение целевой функции) [1].

В том случае, когда вектор 6 изначально неизвестен (т. е. когда характеристики объекта невозможно определить), для достижения сформулированной цели управления сначала необходимо изучить объект управления, чтобы определить неизвестный вектор 6, а затем, используя полученную информацию, найти алгоритм управления. Однако описанная стратегия требует дополнительного времени на изучение объекта, что приводит к задержке принятия решений, также характеристики ученика могут существенно меняться или их вообще невозможно измерить. Поэтому в случае поиска правил управления процессом получения знаний такой подход не представляется возможным.

Рассматривая один из вариантов целевой функции, представим ученика как систему, поведением которой мы хотим управлять с целью обучения решению задач. Степень обученности ученика может определяться по частоте совершения ошибочных действий. Когда он осуществляет процесс решения задачи методом проб и ошибок, степень обученности равна нулю.

В процессе обучения относительная частота правильно выполняемых действий возрастает, и соответственно доля неправильных действий уменьшается. В качестве целевой функции можно взять относительную частоту правильных действий, совершаемых учеником при решении задач, которая в процессе обучения должна возрастать от 0,5 до 1. Одним из вариантов на роль целевой функции может быть предложена величина

H(x, t) = - p log 2 p - ( 1 - p) log 2 ( 1 - p) , ⁽³⁾ где H ( x, t) — энтропия действий ученика; p — относительная частота правильных действий.

С учетом того, что ученик является неопределенным объектом, в динамическом модуле электронного учебника управляющее устройство на основании информации об обстановке, складывающейся в процессе обучения, формирует управляющие воздействия.

Процесс обучения подразумевает достижение двух целей: первая, локальная, цель состоит в том, чтобы ученик правильно решил очередную z-ю задачу; вторая, главная, цель, заключается в том, чтобы по окончании процесса обучения ученик мог выполнять задания со значением целевой функции H(x, t) мень ше некоторого порогового значения А (формула (1)).

Динамический модуль электронного учебника, управляющий процессом получения знаний учеником, состоит из управляемого объекта — ученика и управляющего устройства — компьютера. Управляющее устройство вырабатывает на основании некоторой информации x сигналы управления и, которые поступают в исполнительные органы, осуществляющие в соответствии с сигналами управления итерации управления модулем и изменяющие управляющие воздействия (рисунок) [4].

Модель динамического модуля

Использование динамических модулей в составе электронного учебника играет роль исполнительного органа, умножает педагогические возможности преподавателя, делает процесс обучения более наглядным, создает дополнительную мотивацию и позволяет не только формально передавать знания, но и осуществлять процесс перехода от явного использования декларативного знания к прямому применению знания процедурного.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Дьячук, П. П. Компьютерные системы управления процессом обучения ученика как неопределенного объекта / П. П. Дьячук // Пед. информатика. — 2006. — № 1. — С. 80—85.

• 2.    Зори, А. А. Элементы компьютеризации подготовки бакалавров по направлению «Электрон

  ные устройства и системы» согласно требованиям болонской конвенции / А. А. Зори, В. П. Тарасюк // Изв. Южн. федеральн. ун-та. Технические науки. — 2008. — Т. 88, № 11. — С. 132—137.

• 3.    Краснов, Н. В. Актуальные проблемы научной организации обучения / Н. В. Краснов // Вести. высш. шк. — 1977. — № 6. — С. 16—26.

• 4.    Крук, Б. И. Три аспекта создания электронных учебников / Б. И. Крук, О. Б. Журавлева, Е. Г. Соломина // Открытое и дистанционное образование. — 2004. — № 4. — С. 45—56.

• 5.    Титаев, А. Б. Обучение в ИРИЭТ как процесс управления / А. Б. Титаев // Вологдинские чтения. — 2006. — № 61. — С. 82—83.

• 6.    Харченко, Г. И. Использование современных мультимедийных технологий в процессе обучения / Г. И. Харченко, М. В. Гулакова // Вести. Ставропольского гос. ун-та. — 2009. — № 2. — С. 175—180.

• 7.    Шарабаева, Л. Ю. Моделирование и оптимизация образовательного процесса в вузе / Л. Ю. Шарабаева // Управленческое консультирование. Актуальные проблемы государственного и муниципального управления. — 2010. — № 3. — С. 169—179.

Поступила 12.10.11.