Виртуальная среда обучения: состав и функции

Актуальная проблема: позиция ПГТУ
Литература
1. Мухин О.И., Мыльников Л.А. Система диH
станционного образования «Виртуальная
школа» // Информатика и образование.
1999. № 4. С. 65–70.
2. Баяндин Д.В., Мухин О.И. Обеспечение
доступности и непрерывности образоваH
ния на основе перспективных компьютерH
ных технологий // Проблемы учебного
физического эксперимента: Сб. науч.
трудов. Вып.12. М.: ИздHво ИОСО РАО,
2001. С. 49–51.
113
3. Мухин О.И., Шевелев Н.А., Полякова О.А.
Интерактивный контент, современные
технологии и организация учебного проH
цесса в дистанционном образовании //
Сборник тезисов докладов III междунаH
родной конференции по вопросам приH
менения информационноHкоммуникациH
онных технологий в образовании. M.:
Moscow Education, 2009.
4. Мухин О.И., Мухин К.О., Полякова О.А.
Среда проектирования, технологии обучеH
ния и модели знаний // Открытое и дистанH
ционное образование. 2010. №1. С. 54–58.
KOSTYGOV A., MUKHIN O., POLYAKOVA O. INTERACTIVE SOFTWARE TOOL
KIT IN DISTANCE EDUCATION SYSTEM
The article presents the approaches to delivering educational content to distance education
students. It highlights the arguments for the organization of distance education by applying
virtual learning objects – interactive models of learning objects for academic subjects. The
organization of the quality monitoring system in distance education system by using interactive
models is considered.
Keywords: monitoring system, interactive models, computer based training, professional
profile.
Д.В. БАЯНДИН, доцент
Виртуальная среда
обучения: состав
и функции
Реализация принципов сознательности, активности и самостоятельности в уче
нии является одной из важнейших задач модернизации системы образования. Ее реше
нию способствует накопленный потенциал современных информационнокоммуни
кационных технологий, в первую очередь – технологий математического и компью
терного моделирования. В статье обсуждается структура виртуальной среды обу
чения и функции входящих в ее состав виртуальных учебных объектов. Примеры при
водятся для предметной области «физика».
Ключевые слова: информационнообразовательная среда, виртуальная среда обу
чения, математическое и компьютерное моделирование, интерактивность.
Уже достаточно продолжительное вреH
мя в российской системе образования декH
ларируется идея о необходимости переноH
са центра тяжести учения на самостоятельH
ную работу школьников и студентов, на
развитие механизмов их самообразования
и формирование новой информационной
культуры. Достижимость перечисленных
задач возрастает с введением нового поH
коления государственных образовательH
ных стандартов (ФГОС ВПО). На практиH
ке же их решению препятствует традиция
обучения на основе прямой передачи знаH
ний педагогом и дефицит необходимых
ресурсов и условий, в том числе отсутствие
современной среды поддержки самостояH
тельной учебной работы. Одновременно
сказывается неготовность выпускников
учебных заведений применять полученные
знания.
Для решения обозначенных проблем
требуется серьезная модернизация инфорH
114
Высшее образование в России • № 7, 2011
мационноHобразовательной среды, одно из
перспективных направлений в этом плане
– развитие виртуальной среды обучения,
содержащей интерактивные учебные
объекты. Постепенно складывается пониH
мание того, что эффективная полнофункH
циональная среда обучения должна осноH
вываться на технологиях математического
и компьютерного моделирования. Однако
вопросы оптимизации структуры такой
среды, уточнения свойств и функций ее
элементов, их внутренней организации треH
буют разработки.
Информатизация образовательного проH
цесса на определенном этапе приводит к поH
явлению нового феномена – виртуальной
среды обучения как совокупности технолоH
гий, учебноHинформационных ресурсов и
структур данных, образующих функциоH
нально полную систему, призванную обесH
печивать все возможные формы деятельноH
сти пользователя (педагога и учащегося) в
процессе учения. Эта среда является носиH
телем метатехнологии и организационных
форм образовательного процесса.
Виртуальная среда обучения имеет
сложную структуру. Она содержит:
z
средства, ориентированные на обуH
чение и его обслуживание (средства подH
готовки и предъявления информации;
средства обработки и передачи информаH
ции внутри среды обучения; средства взаH
имодействия пользователей внутри среды
друг с другом и с внешним миром – электH
ронная почта, удаленный сетевой доступ,
периферийные устройства, реальные приH
боры и оборудование; системы, обеспечиH
вающие связность среды обучения, единH
ство «правил игры» в ней (эту роль могут
выполнять htmlHпродукты, образовательH
ные платформы, оболочки дистанционноH
го обучения и др.);
z
различные электронные средства
образовательного назначения (ЭСОН) с
их предметным наполнением и системой
обеспечения учебноHинформационного взаH
имодействия с пользователем, включая регH
ламент предъявления и потребления учебH
ной информации, организацию обратной
связи, управление процессом обучения;
z
педагогические инструментальные
средства, которые могут выполнять различH
ные функции (среды разработки ЭСОН;
средства обеспечения функционирования
ЭСОН; инструмента настройки ЭСОН на
уровень пользователя);
z
решатели задач, формулируемых в
ЭСОН;
z
базы данных, в том числе отражаюH
щие результаты обучения;
z
ссылки на внешние библиотеки (книH
ги, программы), информационные сайты;
z
систематизированные файлы
пользователей (материалы преподавателя
и учащегося, продуцируемые при подготовH
ке к обучению и по ходу его).
Виртуальная среда обучения может
функционировать как на одном компьютеH
ре, так и в локальной сети образовательного
учреждения или даже в глобальной сети. В
среде работают конечные пользователи, пеH
дагоги и учащиеся (хотя координирует проH
цесс обучения и обслуживает его администH
ратор, который на нынешней стадии развиH
тия программных средств должен обладать
знаниями и навыками профессионального
программиста). Среда обучения может быть
ориентирована на отдельную учебную дисH
циплину, а может включать в себя широкий
их спектр. Пользователи группируются
внутри среды «по интересам»: по изучаемым
дисциплинам, возрасту или стадии обучеH
ния, «прикрепленности» к тому или иному
преподавателю, а также по формам возможH
ной совместной деятельности (проектная
деятельность, деловые игры). Такая группа
может быть названа виртуальным классом,
но ее состав по сравнению с традиционным
классом более подвижен.
Проектирование виртуальной учебной
среды должно проводиться на основе обобH
щенной дидактической модели учебного
процесса, охватывающей все фазы обучеH
ния: предъявляющую иллюстративноH
Актуальная проблема: позиция ПГТУ
демонстрационную, лабораторноHисследоH
вательскую, тренажерную, контролируюH
щую. Наилучшим представляется тот вариH
ант организации среды обучения, когда ее
технологической основой служит инструH
ментальная система визуального проектиH
рования и математического моделирования
[1]. Она позволяет реализовать все необH
ходимые функции среды и все возможные
типы виртуальных учебных объектов. В
этом случае в рамках среды обучения преH
подаватель имеет доступ к инструментам,
обеспечивающим возможности развития
информационного наполнения среды и
организационноHметодических форм рабоH
ты с ней учащихся. В идеале он может реH
дактировать не только методические текH
сты (материалы преподавателя), но и элеH
менты среды вплоть до модели обучения.
Учащийся имеет доступ к инструментам,
обеспечивающим выполнение учебных заH
даний и создание собственных файлов (отH
четы, рефераты и другие материалы).
Важнейшим элементом виртуальной
среды обучения являются электронные
средства образовательного назначения
(ЭСОН), необходимые для осуществления
собственно процесса предметного обучения
в соответствии с локальными (в смысле вреH
мени и персоналий) задачами. ЭСОН опреH
деляют как «программное средство, в коH
тором отражается некоторая предметная
область, в той или иной мере реализуется
технология ее изучения, обеспечиваются
условия для осуществления различных виH
дов учебной деятельности» [2, с. 65]. ОтH
дельные программноHпедагогические средH
ства, как правило, не обеспечивают единых
стандартов и преемственности процесса
обучения на различных его этапах; эти
функции призвана выполнять виртуальная
среда обучения. Естественной надстройкой
над виртуальной средой обучения являетH
ся система мониторинга и управления.
Рассмотрим структуру полнофункцио
нального ЭСОН – программного средства,
обеспечивающего поддержку широкого
115
спектра форм организации учебных заняH
тий и видов учебной деятельности, и состав
его виртуальных учебных объектов. Такое
программное средство включает структуH
рированный контент по конкретной дисципH
лине (группе дисциплин) и технологии взаH
имодействия пользователя с соответствуH
ющими видами информации. В идеале это
не только информационная технология, но
и «выращенная» на ее почве педагогичесH
кая технология.
В состав программноHпедагогических
средств ЭСОН входят виртуальные учебH
ные объекты, представляющие собой его
содержательное наполнение, и объекты,
позволяющие организовать работу пользоH
вателя. Выделим следующие компоненты
полнофункционального ЭСОН:
z
предметноHинформационный, предH
ставленный описательноHиллюстративной и
интерактивной моделирующей частями и
предназначенный для описания реального
мира в рамках изучаемой предметной обH
ласти с помощью аппарата учебной дисципH
лины;
z
предметноHпроцедурный, ориентиH
рованный на усвоение и закрепление знаH
ний, выработку умений и навыков, оценку
качества этих процессов на основе интеракH
тивных задач, тренажеров и тестов;
z
методический;
z
навигационный (навигаторы, спраH
вочники, поисковые системы, структурноH
логические модели дисциплины, отражаюH
щие взаимосвязи ее понятий и законов).
116
Высшее образование в России • № 7, 2011
Функционирование большей части комH
понентов ЭСОН обеспечивается педагогиH
ческими средствами. Каждому компоненту
среды соответствуют свои формы органиH
зации учебного материала, а им, в свою очеH
редь, – различные виды виртуальных учебH
ных объектов.
С позиций использования ЭСОН как
средства усиления деятельностного компоH
нента процесса учения и его индивидуалиH
зации основным типом учебного объекта
являются интерактивные задачи и интер
активные тренажеры, назначение котоH
рых – формирование знаний, умений, наH
выков и компетенций. Компьютерная сисH
тема на этапе тренажа регламентирует неH
обходимые шаги, позволяет последоваH
тельно рассмотреть ключевые ситуации,
проходя их с постепенным повышением
сложности заданий, оценивает правильH
ность действий в измененных и нестандартH
ных ситуациях, обеспечивает при необхоH
димости возможность возврата к типовым
ситуациям, реализуя цикличность процесH
са учения, осуществляет детальный контH
роль, проводит статистическую обработку
результатов и отслеживает динамику разH
вития учащихся.
ТренажерноHконтролирующую часть в
учебной среде предваряет иллюстративно
демонстрационный ряд (видео, анимация,
интерактивные модели, а также максимальH
но структурированный и лаконичный стаH
тический ряд, например, в виде опорного
конспекта). Интерактивный визуальный ряд
не только обеспечивает новое качество наH
глядности, но и позволяет контролировать
уровень уяснения, осмысления и усвоения
предъявляемых материалов, адекватность
этих процессов. Для этого изложение теоH
рии должно быть насыщено несложными,
но контекстно привязанными заданиями,
требующими активного восприятия, аналиH
за и обобщения учебной информации. ОшибH
ки в ответах являются поводом к повторноH
му прохождению материала, его дополниH
тельному осмыслению.
Интерактивные модели локальноHисH
следовательского характера (модельные
лабораторные стенды) и модельные конст
рукторы не просто продолжают иллюстH
ративноHдемонстрационный ряд, но споH
собствуют развитию мышления, самостоH
ятельности, навыков исследования, формиH
рованию модельного знания. При работе с
моделями (в качестве дополнения к лабоH
раторному практикуму) учащиеся осущеH
ствляют в режиме диалога такие формы
деятельности, как наблюдение, сопоставH
ление, обобщение, выбор, анализ резульH
татов, поиск условий для реализации поH
ставленной задачи, конструирование ситуH
аций и систем. Это особенно важно для саH
мостоятельных, инициативных учащихся,
которым работа с тренажерами представH
ляется рутинной, но полезной. В то же вреH
мя для слабых, неподготовленных учащихH
ся работа с моделями обычно малопонятна
и сложна, поэтому при проведении модельH
ного практикума необходимы значительные
усилия педагога по организации эффективH
ной работы учащихся, желательно в аудиH
торном варианте.
Таким образом, функции виртуальной
среды обучения тесно связаны с функцияH
ми входящих в ее состав виртуальных учебH
ных объектов, прежде всего, наиболее
сложных – интерактивных моделей и поH
строенных на их основе интерактивных заH
дач и тренажеров.
Интерактивным компьютерным модеH
лям учебного назначения, как и моделям
научноHисследовательским, присущи опреH
деленные гносеологические функции:
„
аппроксимационная – описание дейH
ствительности с некоторым огрублением,
упрощением и последующим итерационным
ростом адекватности модельного описания
явления, дополняемым элементами его
объяснения);
„
заместительноэвристическая –
выполнение роли одной из ступеней в проH
цессе познания);
„
экстраполяционнопрогностичес
Актуальная проблема: позиция ПГТУ
кая – перенос свойств модели на изучаеH
мый объект, построение и проверка теории,
постановка подтверждающего эксперименH
та (формулировка условий его осуществH
ления) и объяснение явления (установлеH
ние причинных и закономерных связей,
раскрытие их сущности);
„
трансляционная – перенос инфорH
мации с изученной сферы на неизученную,
имеющую существенные черты сходства с
первой;
„
иллюстративная – демонстрация
явления с целью установления связи межH
ду чувственным и логическим, конкретным
и абстрактным.
Гносеологическими функциями опредеH
ляются дидактические и методологические
функции учебных интерактивных моделей.
Например, в работе [3] дидактические
функции моделей связываются с возможH
ностями их использования как средства наH
глядности при предъявлении знания, как
средства отработки познавательных умений
и формирования навыков и как средства конH
троля уровня сформированности знаний и
умений учащихся. Основная методологичесH
кая функция моделей – формирование опыH
та учебного исследования, в ходе которого
происходит получение субъективно нового
знания, а модельный эксперимент выступаH
ет в качестве метода познания.
Для реализации технологизированной
системы обучения, способной обеспечить
относительно автономную работу учащихH
ся, экспертные системы заданий, репетиH
торов, тренажеров должны фиксировать
информацию об успешности выполнения
заданий. Эта информация будет обработаH
на интеллектуальным ядром обучающей
среды – глобальной экспертной системой
[1], которая должна содержать:
z
систему ведения с обучаемым диалоH
га, в ходе которого строится модель его
знаний по данной дисциплине;
z
базовую, достаточно универсальную
модель (алгоритм) обучения;
z
автоматизированную систему навиH
117
гации, обеспечивающую генерацию – на
основе полученной модели знаний и базоH
вой модели обучения – индивидуализироH
ванной образовательной траектории.
Желательно также, чтобы глобальная
экспертная система имела развитый интерH
фейс, предпочтительно самоценный, то
есть информативный и облеченный в наH
глядную графическую форму. Весьма удобH
ным представляется его совмещение с инH
терфейсом системы навигации.
Таким образом, глобальная экспертная
система должна:
а) по ответам учащегося (правильным и
неправильным) определять, какие знания,
умения и навыки не сформированы в должH
ной мере, то есть уметь измерять знания и
строить модель знаний учащегося;
б) при необходимости кратко, но корH
ректно и наглядно объяснять материал;
в) быть способной направленно задавать
новый вопрос, генерировать очередное заH
дание, то есть направлять работу учащегоH
ся в среде.
При наличии такой системы возможно
создание дополнительной мотивации обуH
чения – игровой (повторить, догнать, преH
одолеть помехи), проблемной или иного
рода. Появляется возможность индивидуH
ализированно и автоматически определять
целесообразный объем занятий учащихся:
каждый должен усвоить основной материH
ал ценой, соответствующей его способносH
тям и исходному уровню подготовки. При
этом если в процессе учения обеспечен неH
прерывный рост уровня сложности (то есть
сложность нарастает последовательно и
постепенно), то даже относительно больH
шой объем работы воспринимается учаH
щимся легче и усваивается быстрее и наH
дежнее, чем при выполнении немногих разH
розненных заданий, содержание которых
не складывается в “мозгу” обучаемого в
систему. Все это помогает формированию
некоторой – в идеале оптимальной для данH
ного учащегося – индивидуальной траекH
тории обучения в компьютерной среде.
118
Высшее образование в России
В целом глобальная экспертная система реH
шает задачу управления обучением со стоH
роны компьютерной среды. Результаты раH
боты экспертной системы и содержание
файлов журналов работы пользователя
являются исходными данными для систем
мониторинга.
В порядке реализации изложенных
выше положений (подробнее см. [4]) в рамH
ках инновационной образовательной проH
граммы ПГТУ разработаны и внедрены в
учебный процесс три компьютерных компH
лекса: интерактивных лекционных демонH
страций по физике, модельных лабораторH
ных работ и интерактивных тренажеров
для формирования навыков решения фиH
зических задач, – которые служат основой
вузовской виртуальной среды обучения
физике.
•
№ 7, 2011
Литература
1. Мухин О.И., Мухин К.О., Полякова О.А.
Среда проектирования, технологии обуH
чения и модели знаний // Открытое и диH
станционное образование. 2010. № 1.
С. 54–58.
2. Роберт И.В. Толкование слов и словосочеH
таний понятийного аппарата информатиH
зации образования // Информатика и
образование. 2004. № 5. С. 22–29; № 6.
С. 63–69.
3. Оспенникова Е.В. Использование инфорH
мационноHкоммуникационных технолоH
гий в преподавании физики. М.: БИНОМ,
2010. 655 с.
4. Баяндин Д.В. Моделирующие системы как
средство развития информационноHобраH
зовательной среды (на примере предметH
ной области «физика»). Пермь: ИздHво
Пермского гос. тех. унHта, 2007. 330 с.
BAYANDIN D. THE VIRTUAL TUTORING ENVIRONMENT: CONTENTS
AND FUNCTIONS
The realization of the principles of consciousness, activity and independence in learning is
one of the most important problems of modernizing of the education system. The solution of
this problem is promoted by an accumulated potential of modern informationHcommunication
technologies, first of all – technologies of mathematical modelling and computer simulation.
In the article the structure of a virtual environment of educational purpose and the functions
of virtual educational objects which form it are discussed. The examples are given for the
knowledge domain «physics».
Keywords: communication and education environment, virtual tutoring software,
mathematical and computer modelling (simulation), interactive training.