Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ результатов исследований в области проектирования и эксплуатации обучающих систем.
1.1. Педагогические аспекты программированного обучения в контексте его исторического развития 18
1.2 Особенности применения ЭВМ в педагогической деятельности вузов на современном этапе развития технических средств обучения 39
1.3. Анализ новых информационных технологий в педагогике 58
ВЫВОДЫ 77
ГЛАВА 2. Педагогическая модель построения базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта
2.1. Системный подход к построению автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта 80
2. 2. Концептуальные структура и алгоритм построения базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта 101
2.3. Педагогическая модель и программная реализация базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта 121
ВЫВОДЫ 144
ГЛАВА 3. Экспериментальное обоснование внедрения базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта в учебный процесс вузов МВД России
3.1. Сравнительные показатели оценки эффективности проводимых занятий различными технологиями обучения . 148
3.2. Экспериментальная оценка эффективности базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта 166
Выводы 179
Заключение 181
Список использованной литературы 187
Приложение 198
- Педагогические аспекты программированного обучения в контексте его исторического развития
- Особенности применения ЭВМ в педагогической деятельности вузов на современном этапе развития технических средств обучения
- Системный подход к построению автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта
- Сравнительные показатели оценки эффективности проводимых занятий различными технологиями обучения
Введение к работе
В настоящее время во всех сферах образования ведется поиск путей повышения эффективности и качества обучения. Внедрение в учебный процесс технических средств и компьютеризация является характерными чертами современного высшего образования.
Противоречие между необходимостью увеличения в установленные сроки обучения совокупности знаний, навыков и умений и реальными возможностями существующих методов обучения, отмеченное еще в 1965 году П.Я.Гальпериным [23] остается актуальным до сих пор. Оно побуждает вузы России вести активный поиск наиболее эффективных способов обучения, применение которых в учебном процессе будет способствовать наиболее качественной подготовке специалистов.
Один из путей повышения эффективности обучения в вузах МВД России - внедрение в учебный процесс автоматизированных обучающих систем (АОС), создаваемых на базе современных персональных ЭВМ (ПЭВМ), определяющих одно из ведущих направлений развития новых информационных технологий в педагогике [99].
До последнего времени влияние наступления "информационного века" на изменение целей и обновление содержания высшего образования ощущается в вузах довольно слабо. Наша педагогическая общественность недостаточным образом осознает проблемы и опасности, которые несет широкое распространение информационных технологий, и с которыми придется столкнуться обучаемым.
Последние исследования в области компьютерной дидактики показали (В.И. Вохмянин [20], B.C. Зарубин [36], А.Б. Трофимов [105], А.В. Пономаренко [84]), что процесс подготовки обучаемых к работе с информацией в XXI веке будет существенно отличаться от нашего прошлого и даже настоящего и пока его концепция в явном виде не сформулирована.
Мы стоим на пороге нового общества, которое можно назвать информационным [114]. Информация становится товаром: ее производят, продают и покупают. Вычислительные машины, объединенные в национальные и транснациональные сети, распространяют информацию по всему миру. Такие сети постепенно делают ненужными огромные потоки бумаг и другой подобной продукции, которая заменяется электронной почтой и информацией, хранящейся в базах данных. Рождается новая информационная технология , в создании которой центральную роль играют не только результаты развития самой вычислительной техники и сетей связи, но и реализация в различного рода научных задачах элементов искусственного интеллекта. Без них затруднены формализация и систематизация знаний самой разнообразной природы, манипулирование этими знаниями и автоматизированный доступ к ним. Формализация же гуманитарных знаний для дальнейшего их использования в компьютерных системах обучения, немыслима без решения традиционных проблем, связанных с искусственным интеллектом: создания больших хранилищ знаний (так называемых баз знаний) и процедур работы с ними, моделирования схем рассуждения людей, планирование целесообразных действий и т.д. ЕЗЗ].
Современный уровень научно-технического прогресса связал все человеческие сообщества в тесный конгломерат. Все стали зависеть от всех, решения, принимаемые одними, тут же вызывают ответные решения у других. Наше общение друг с другом на уровне государств, межгосударственных объединений, континентов достигло высокого уровня активности. Общественные взаимоотношения и связи стали регуляторами развития человечества на Земле. Информационное общение приобретает значение "кровеносной системы" в "организме" жизнедеятельности человечества. Важнейшая задача образования в век информации - создание эффективных средств обучения. Образное представление информации становится сегодня главным
- б -
средством общения. Прежде всего это видно на примере телевидения, коммерческой рекламы и т.п. Предстоит учить тому, как правильно читать эту информацию, а также формировать у обучаемых умение использовать эти средства для самовыражения. Средства мультимедиа уже привлекли к себе пристальное внимание педагогов. Их освоение как инструмента формирования соответствующей информационной культуры - актуальнейшая задача.
Современная теория информации признает [28], что образованный субъект "информационного общества" сегодня должен иметь возможность:
доступа к базам данных и средствам информационного обслуживания;
понимать различные формы и способы представления данных в вербальной, графической и цифровой формах;
знать о существовании общедоступных источников информации и уметь ими пользоваться;
уметь оценивать и обрабатывать имеющиеся у него данные с различных точек зрения; >
уметь пользоваться техникой анализа статистической информации;
уметь использовать имеющиеся данные при решении поставленных задач.
Педагог в "информационном обществе" перестает выступать перед обучаемыми в качестве источника первичной информации. Он превращается в посредника, который облегчает ее получение. Вопрос о том, где взять необходимые сведения, заменяется вопросом о том, сколько данных и в каком виде в состоянии воспринять и усвоить обучаемые.
Общество постоянно накапливает все новые и новые знания. Но люди не научились, да и вряд ли когда научатся производить в добавок еще и время, необходимое, чтобы овладеть все увеличиваю-
щейся суммой знаний. Период обучения не может растягиваться на большую часть человеческой жизни. Выход из этого положения, по мнению ряда ученых-педагогов - Бабанского Ю.К., Белкина Е.Л., Беспалько В.П., Вохмянина В.И., Пономаренко А.В., Стрельникова П. М., Трофимова А.Б. и других, сводится к констатации того, что необходимо вносить изменения в педагогическую технологию овладе-вания новыми знаниями обучаемыми. Традиционные формы обучения, сложившиеся на протяжении столетий, необходимо дополнять иными, основанными на всем том новом, что накопило в этой области человечество. Не последней составляющей в этом новом видении проблемы современного обучения является возможность использования для обучения педагогических систем с элементами искусственного интеллекта [15,40.75].
Уже имеющиеся на рынке программных продуктов консультирующие экспертные системы (ЭС), как известный класс интеллектуальных систем, могут помочь в деле подготовки квалифицированных специалистов. Но возможны и специальные обучающие интеллектуальные системы, так называемые тьюторы ("обучатели", - при переводе с английского) [62]. Тьюторы, простроенные по прототипу классической экспертной системы, содержат все необходимые сведения, нужные для организации процесса обучения. Они работают с человеком в интерактивном режиме, используя ту обратную связь, которую от него получают. Богатая графика тьюторов делает возможным не только текстовое обучение, но и обучение с помощью зрительных образов, мультфильмов, динамической графики, в построении которой участвует не только тьютор, но и сам обучаемый. В отечественной педагогике разработка и использование в учебном процессе тьюторов до настоящего времени не находили широкого применения.
Одной из главных проблем , возникающих при создании таких систем, является представление знаний о предметной области [2, 12,21,24,31,75]. в нашем случае - это весь комплекс педагогичес-
ких знаний, необходимых для эффективного обучения заданному конкретному предмету. В общем виде предметная область включает в себя, с одной стороны, разработку мощных выразительных средств для описания различных объектов, понятий, ситуаций, их иерархии, связей между ними и т. д. С другой стороны, должны быть созданы пояснительные процедуры, обеспечивающие формулировку правил принятия решений в терминах построенных структур знаний. Другими словами, эта проблема связана с построением модели знаний о предметной области и механизме логического вывода, работающего с этой моделью для получения необходимых решений [43,58,69,86].
Сложность понятия "знание" заключена в множественности и многообразии его материального носителя. Исследователи проблем искусственного интеллекта вьщеляют пять основных форм знаний (Морозов В.П. и др., [69]), это :
знания в памяти человека;
знания, материализованные в книгах, монографиях, учебниках, статьях и т. д.;
интегрированные знания, извлеченные как из памяти человека так и из книг;
знания на языках представления знаний (формализация представления знаний);
компьютерные базы знаний.
Построение моделей знаний, размещаемых в базах знаний, тесно связано со специальными алгоритмическими языками представления знаний, такими как, например, язык ПРОЛОГ [16,121]. Эти языки по своим возможностям достаточно богаты, чтобы с необходимой полнотой и точностью описывать предметные области. Такое требование сближает языки представления знаний с естественным языком, однако в отличие от последнего у языков представления знаний средства выявления смысла текстов и сообщений зафиксированы в более формализованном виде. Расширение изобразительных возмож-
костей языков представления знаний с необходимостью приводит к тому, что процедуры, реализуемые в механизме вывода, носят логический, символьный характер [33,40,413. Тем самым экспертные интеллектуальные системы относятся к классу логико-лингвистических интеллектуальных систем [109]. В этих системах логические средства обработки используются для преобразования данных, представленных в лингвистической форме. Таким образом, определив язык представления знаний, как элемент построения интеллектуальной системы в общем виде, мы можем сказать, что данный инструментарий, позволит подойти к практической реализации базы знаний, являющейся "мозговым центром" автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта (АОСИ).
Необходимо отметить, что АОСИ по сравнению с просто A0C различны по использованию в их реализациях теоретических "подложках". "Простые" или "старые" A0C являются продуктами традиционного программирования, а АОСИ ("сложные" или "новые"), - нетрадиционного, с применением положений теории искусственного интеллекта, одного из быстроразвивающегося и имеющего массу практических приложений научного направления [4,15,24.40,41,47,59].
Историческая ретроспектива развития АОС от "простых" к "сложным" вытекает из того, что к началу 80-х годов назрел конфликт между производителями и пользователями педагогических программных продуктов [66].
Во-первых, конструирование и производство программной системы выполняет инженер-программист, а педагог находит разумное, дидактически обоснованное соответствие между логикой работы вычислительной машины и логикой преподавания.
Во-вторых, АОС является лишь одним из равноправных компонентов дидактической системы наряду с другими ее звеньями: целями, содержанием, формами, методами, деятельностью обучающего и деятельностью обучаемого. Все эти звенья взаимосвязаны, и изме-
нение в одном из них обусловливает изменения во всех других. Как новое содержание требует новых форм его организации, так и новое средство предполагает переориентацию всех других компонентов дидактической системы.
В виду того, что программная часть A0C - это компьютерная программа в обычном понимании, а современная теория информации отмечает сдерживание развития программных средств традиционной технологией решения задач на ЭВМ, то реализация современных A0C так же требует педагогического и технологического переосмысления. По мнению ряда исследователей проблем автоматизации обучения [1,19,36,43,493, указанная кризисная ситуация преодолевается посредством привлечения пользователей (в концепции АОС пользователи ЭВМ - это преподаватели и обучаемые) к процессам решения задач, сопровождения программной системы и , возможно, даже разработки прикладного программного обеспечения.
Прежде всего необходимо строить программные системы таким образом, чтобы радикально упростить процесс их эксплуатации и сопровождения. Основная идея нового подхода состоит в том, чтобы рассматривать систему понятий предметной области и соответствие между ней и системой понятий формальной модели как исходную информацию для решения прикладных задач [44,651. Для реализации базы знаний АОСИ это означает - добиться адаптации знаний к изменяющимся педагогическим факторам в процессе обучения, не выходя за рамки конкретного программного обеспечения самим преподавателем. Посредством базы знаний АОСИ педагог призван реализовать возможность формулирования своего видения предметной области, выделения в ней объектов и взаимосвязей, существенных для решения педагогической задачи.
Сегодня большинство экспертов согласны в том, что обращение педагогов к практическому использованию АОС способствует радикальным изменениям в вузе. Они служат основой для создания новых
учебных предметов. Вместе с тем их создание весьма трудоемкое дело, так как обычно связано с переработкой традиционной организации учебного процесса.
В отечественной педагогике выполнен большой массив исследований, посвященных совершенствованию форм и методов процесса обучения в высшей школе (Ахаян Т.К., Барабанщиков А.В., Высотина Л. А., Емельянов СМ., Дьяченко М.И., Кузьмина Н.В., Майоров В.В., Марищук В.Л., Олейников В.С., Семеник В.Г., Слепов В.Я., Феденко Н.Ф., Хальзов В.И., Шаранов Ю.А., Якунин В.А. и др.). Однако, в стороне от исследователей оказались возможности, которые предоставляют педагогам автоматизированные обучающие системы с элементами искусственного интеллекта. Одним из важнейших и центральных частей АОСИ является база знаний. В силу того, что создание законченной интеллектуальной педагогической системы под силу большому научному коллективу [62], автор ограничился в данном исследовании обоснованием общих педагогических подходов к построению базы знаний для АОСИ и программной реализацией базы знаний конкретного предмета "Информатика", выступающей в качестве одного из модулей целостной педагогической обучающей системы, требующей дальнейшей разработки.
Несомненная актуальность исследуемой проблемы и недостаточная ее научная разработка и обусловили выбор настоящей темы диссертации, цель, объект и предмет исследования.
Цель исследования состоит в обосновании педагогической модели и построении действующего алгоритма базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта, позволяющей максимально реализовать в учебном процессе потенциально высокие дидактические возможности современной вычислительной техники и программного обеспечения.
Объектом исследования выступает процесс обучения слушателей в вузах МВД России, в условиях практической реализации базы зна-
ний для автоматизированных обучающих систем.
Предмет исследования: обоснование дидактических возможностей базы знаний для автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта по повышению эффективности учебного процесса.
В качестве рабочей гипотезы автором были выдвинуты следующие предположения:
если технология использования действующих моделей программированного обучения вступает в противоречие с многообразием взаимообусловленных аспектов педагогической предметной области, то построение современных АОС нежелательно ограничивать традиционными методами программирования;
если в структуру традиционных АОС включить элементы искусственного интеллекта (база знаний и связанные с ней подсистемы) и строить ее по прототипу классической экспертной системы, то эффективность учебно-воспитательного процесса возрастет.
Исходя из выдвинутых гипотез были сформулированы следующие задачи исследования:
На основе системно-педагогического анализа состояния проблемы обучения слушателей определить роль и место автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вузов МВД-
Разработать и обосновать педагогическую модель и разработать на алгоритмическом языке высокого уровня действующий алгоритм базы знаний для автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта.
Экспериментально обосновать эффективность и дидактические возможности базы знаний для автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта в педагогической системе вузов МВД России.
В соответствии с поставленными задачами применялись следую-
шиє методы исследования: историко-педагогическии анализ научной литературы, изучение и обобщение педагогического опыта, анализ результатов педагогической деятельности, изучение учебно-методической документации вузов, педагогическое наблюдение, анкетирование, моделирование, педагогический эксперимент, математи-ко-статистические методы.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Педагогические подходы к построению баз знаний для авто
матизированных обучающих систем с элементами искусственного ин
теллекта:
построение АОСИ возможно проводить по прототипу классической экспертной системы с педагогической интерпретацией составляющих ее блоков;
интеллектуальный интерфейс АОСИ должен обеспечивать привлечение преподавателей и обучаемых к процессам решения задач, сопровождения базы знаний и адекватно отражать изменения предметной области знаний;
организация базы знаний для АОСИ производится на внешнем носителе ПЭВМ по редукционной схеме гипертекстовой структуры, используя возможности инструментальных программных систем управления реляционными базами данных;
для реализации работы алгоритма базы знаний для АОСИ применимы методы нетрадиционного программирования - программирование на алгоритмическом языке пятого поколения ПРОЛОГ для искусственного интеллекта.
Методика реализации действующего алгоритма базы знаний для автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта.
Экспериментальное обоснование дидактических возможностей базы знаний для автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта, повышающих эффективность обучения.
4. Теоретические выводы и практические рекомендации исследования.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что:
определены и теоретически обоснованы основные положения о путях построения АОСИ;
на основе концептуального алгоритма осуществлена программная реализация базы знаний для АОСИ;
выявлены, обобщены и систематизированы дидактические возможности базы знаний для АОСИ.
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
оно направлено на совершенствование учебного процесса в высших учебных заведениях МВД РФ и повышение его эффективности;
предложенная база знаний, как один из модулей АОСИ, используется в процессе изучения курсов "Информатика" Санкт-Петербургского института пожарной безопасности МВД РФ , курса "Общая физика" Санкт-Петербургского электротехнического университета (концептуальный алгоритм базы знаний);
использование базы знаний в учебном процессе позволяет преподавателю учитывать индивидуальные способности каждого обучаемого;
реализация алгоритма по неконфликтному заполнению базы знаний преподавателями различного уровня квалификации посредством интеллектуального интерфейса решает проблему приемственнос-ти педагогических знаний как элемента глобальной формализации знаний - основной задачи теории искусственного интеллекта.
Полученные в работе результаты направлены на реализацию актуальных задач подготовки высококвалифицированных профессиональных кадров в высшей школе для органов внутренних дел.
В процессе работы над диссертацией автор руководствовался
документами МВД России о высшей школе.
Положения диссертационного исследования нашли применение:
в преподавании курсов "Информатика" на "Физико-математической" кафедре Санкт-Петербургского института пожарной безопасности МВД РФ ("База знаний предмета "Информатика""), март - сентябрь 1992г.);
в создании по концептуальному алгоритму базы знаний по предмету "Физика" на кафедре "Физики" Санкт-Петербургского электротехнического университета;
на кафедре "Аварийно-спасательных работ" Санкт-Петербургского института пожарной безопасности МВД РФ ("Интегрированная система психофизиологического обследования абитуриентов", использующая концептуальный алгоритм базы знаний, октябрь 1992г. -февраль 1993г.)
в работе сотрудников учебного отдела и отделения технических средств обучения Санкт-Петербургского института пожарной безопасности МВД РФ в создании взаимодействующих с базой знаний подсистем: "Абитуриент", "Успеваемость", "Планирование", "Расписание занятий", "Выпускник", "Кадры" ноябрь 1991г. - ноябрь 1994г.
результаты исследования используются преподавателями Санкт-Петербургского института пожарной безопасности МВД РФ, Санкт-Петербургской академии МВД России, Санкт-Петербургского электротехнического университета для решения различных педагогических задач, о чем имеются положительные отзывы.
Полученные в работе результаты направлены на реализацию актуальных задач подготовки высококвалифицированных профессиональных кадров в высшей школе для органов внутренних дел.
Теоретическую базу работы составили исследования проведенные А.С.Батышевым, В.И.Вохмяниным, Ю.И.Жуковым, В.Е.Кадулиным, В.В.Карповым, В.Я.Кикотем, А.В.Пономоренко, Д.А.Поспеловым, И.А.
Скопылатовым, П.М.Стрельниковым, А.Б.Трофимовым, А.Н.Урюпиным, работы ряда ученых, специализирующихся в сфере профессиональной деятельности правоохранительных органов - В.В.Домбровского, А.Т.Иваницкого, А. Ф.Назаренко, В.П.Сальникова, А.В.Стремоухова и многих других.
Личный вклад автора состоит в:
обосновании необходимости создания автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта;
разработке действующей педагогической модели базы знаний предмета "Информатика", как части автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта;
в самостоятельном проведении теоретических и экспериментальных исследований , результаты которых отражены в соответствующих публикациях;
подтверждении теоретических выводов и практических рекеті мендаций по внедрению в учебный процесс базы знаний предмета "Информатика", как части автоматизированной обучающей системы с элементами искусственного интеллекта. '
Апробация исследования.Исследования проводились с 1993 по 1997 год на базе двух высших учебных заведений МВД России. Общий замысел и логика исследования определили следующие этапы работы:
первый этап (1993-1995 гг.) носил констатирующе-поисковый характер. На этом этапе была изучена основная философская, психолого-педагогическая, социологическая и техническая литература, проведены первичный сбор, обработка и осмысление информации, рассмотрена предметная область, проведен анализ существующих взглядов и выявлены недостаточно исследованные аспекты решения поставленной задачи;
второй этап (1995-1996 гг.) был посвящен подготовке и проведению педагогического эксперимента, который проводился на двух контрольных и одной экспериментальной группах с приблизительно
равным количеством обучаемых, одинаковыми диагностическими целями обучения, по одному и тому же предмету были охвачены педагогическим экспериментом два различных вуза МВД России: Санкт-Петербургская юридическая академия МВД России, кафедра "Информатики", предмет "Информатика" (контрольная группа 1), Санкт-Петербургский институт пожарной безопасности МВД России, "Физико-математическая" кафедра, предмет "Информатика" (контрольная группа 2 и экспериментальная группа). В контрольных группах занятия проводились традиционными методами, в экспериментальной - с применением базы знаний. Целью эксперимента являлось определить количественные характеристики эффективности дидактического процесса в трех группах и сравнить их;
третий этап (1996-1997 гг.) связан с обработкой, обобщением, систематизацией и апробацией полученных результатов, коррекцией и оптимизацией исходных данных с целью повышения точности и статистической значимости эксперимента, литературным оформлением диссертации.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения. Материал изложен на 186 страницах, содержит 8 таблиц, 14 рисунков и схем. Имеется 2 приложения. Указатель литературы включает 133 источника.
Педагогические аспекты программированного обучения в контексте его исторического развития
Компьютеризация процесса обучения в вузах России началась более, чем три десятилетия назад и имела несколько этапов в своем развитии.
Первым ее этапом можно считать применение вычислительной техники в учебном процессе в рамках программированного обучения в конце 50-х - начале 60-х годов. Возникшее на основе синтеза ряда идей психологии обучения и поведения, кибернетических положений об управлении и использовании новых возможностей ЭВМ, программированное обучение, основоположниками которого являются американские ученые Б.Скиннер и Н.Краузер, приобрело широкую популярность в учебных заведениях страны.
Развитие программированного обучения в эти годы осуществлялось на основе простейших обучающих устройств и программированных учебников, а также первых поколений ЭВМ.
Основными принципами программированного обучения являлись: детальный отбор учебного материала и его дозирование, осуществление обратной связи на всех этапах обучения, алгоритмизация действий обучаемых и педагога, индивидуализация обучения.
Реализация идей программированного обучения способствовала увеличению возможностей индивидуализации учебного процесса [94]. Реализация идей программированного обучения способствовала, увеличению возможностей индивидуализации учебного процесса, но была затруднена в силу несовершенства техники и недостаточной компьютерной грамотности основной массы преподавателей.
Второй этап развития автоматизированного обучения начался-в конце 60-х годов и продолжался до конца 70-х годов. В этот период реализуется идея адаптивных систем обучения. Важнейшим итогом этого этапа были первые попытки разработки в вузах, в том числе и в вузах МВД, учебно-методического обеспечения автоматизированных обучающих систем, обучающих программ и инструментария к ним. Однако без определенных исследований автоматизированного обучения невозможно было создание эффективных программ и методик.
Третий этап развития систем обучения на базе ЭВМ, начавшийся в конце 70-х - начале 80-х годов продолжается в настоящее время. Этап так называемого "компьютерного бума" характеризуется качественным скачком в совершенствовании вычислительной техники. Увеличение поставок персональных компьютеров в учебные заведения постепенно привело к тому, что они стали основными техническими средствами, на которых реализовывались идеи программированного обучения (большие (типа "ЕС") и средние (типа "СМ") ЭВМ утратили свою ведущую роль). Объединение локальных сетей ПЭВМ в компьютерные классы, возросшее на порядок быстродействие ПЭВМ и на несколько порядков емкости накопителей информации, широкие возможности средств мультимедиа, а также большой прогресс в развитии системного и общего программных обеспечений, все это явилось фундаментом для реализации качественно новых систем обучения, значительно расширило многообразие форм и методов учебного процесса, внесло определенные изменения в теоретические подходы к автоматизированному обучению. Дело в том, что жесткое управление познавательной деятельностью обучаемых в ходе программированного обучения перестало отвечать потребностям практики. На рубеже 90-х годов стало очевидным, что в ближайшем десятилетии наиболее оптимальной моделью учебного процесса будет модель, в которой традиционные формы обучения должны органически сочетаться с компьютерными [2,14].
По прогнозам специалистов, информатизация и компьютеризация образования открывает перед учебными заведениями новые возможности, которые позволят успешно решать такие проблемы, как активизация творческой познавательной деятельности и развитие стремления к совершенствованию; усиление междисциплинарных связей в обучении; динамичное обновление форм и методов учебного процесса; обеспечение постоянной адаптации учебных заведений к изменяющимся внешним условиям.
В перспективе наиболее вероятными тенденциями в компьютеризации обучения в вузах России могут быть: создание адаптивных и интерактивных систем автоматизированного обучения, внедрение элементов интеллектуальных педагогических систем и безбумажной информатики, создание экспертных систем и сетей коллективного пользования на основе учебных баз данных.
Анализ развития систем обучения на базе ЭВМ в вузах МВД России и прогнозируемые оценки дальнейшего их совершенствования на ближайшие годы позволил выделить основные направления деятельности вузов по информатизации процесса обучения. Важнейшими среди них могут стать [36]: - переход от дисциплинарной к системной модели содержания образования; - сокращение сроков обучения за счет использования современных методов интенсификации и повышения эффективности учебного процесса; - разработка и внедрение научно-методологического и учебно-методического обеспечения для обучения новым информационным технологиям; - разработка общей научно-методической и технологической базы для создания компьютерных курсов учебного назначения; - исследование психологических и психофизиологических особенностей обучаемых в познавательной и практической деятельности для выбора наиболее оптимальной модели обучения;
Особенности применения ЭВМ в педагогической деятельности вузов на современном этапе развития технических средств обучения
Интенсивный процесс компьютеризации различных сфер нашей жизни, в том числе и в системе обучения в вузах, ставит уже сегодня множество технических, социальных, психологических и педагогических проблем.
Подготовка специалистов для органов внутренних дел, имеющих навыки в области вычислительной техники и информатики - весьма важный элемент в системе профессионального образования сотрудников. Однако она не только не свободна от перечисленных выше недостатков и проблем, но и имеет свои специфические проблемы. Из всех областей научно-технического прогресса, диктующего необходимость постоянного обновления знаний, информатика и вычисли-, тельная техника, без сомнения, являются самыми динамичными. На протяжении жизни одного поколения людей уже сменилось четыре поколения средств вычислительной техники, зарождается пятое поколение, обладающее высокими интеллектуальными возможностями. По уровню развития вычислительной техники наша страна значительно отстает от промышленно развитых стран, однако и у нас темп прироста таков, что система образования и здесь явно отстает. Не случайно, по имеющимся оценкам, более половины рабочих мест в органах внутренних дел, где имеются технические средства, занято людьми недостаточно квалифицированными в области информационного обслуживания, и эта ситуация из года в год усугубляется (Трофимов А.Б., [105]).
Информатизация как одна из ведущих тенденций социально-экономического прогресса развитых стран ставит перед обществом дилемму: либо путем кардинальных мер преодолеть сложившееся в этой сфере отставание, либо попасть в изоляцию на многие годы в результате нового информационного барьера.
Не случайны в этой связи усилия, предпринимаемые руководством министерства по разработке концепции информатизации органов внутренних дел, призванной определить приоритеты и стратегию развития вычислительной техники, темпы информатизации, обеспечивающие достижение социальных целей развития. Не зависимо от исхода дебатов по столь важной проблеме уже сегодня ясно, что существующая система подготовки кадров в области информатики не удовлетворяет требованиям сегодняшнего дня, тем более, завтрашнего, как в количественном, так и в качественном отношении. Но именно в этой области, с одной стороны, очень остро ощущается потребность в создании новых более эффективных моделей образования, а, с другой стороны, имеются наиболее благоприятные предпосылки для их воплощения. Ведь не секрет, что средства вычислительной техники сами по себе являются весьма действенным инструментом познания, революционизирующим образовательный процесс на основе создания компьютерных технологий обучения. С их помощью становится возможным осуществить отход от традиционного репродуктивного обучения и переход к деятельному обучению, от обучения по принципу "один раз на всю жизнь" к обучению по принципу "научиться учиться всю жизнь".
Последнее положение ближе всего к идее непрерывного образования, которая, однако, не сводится только к этому. Идея непрерывного образования опирается также на педагогику сотрудничества и на интеграцию различных уровней образования с тем, чтобы решить следующую образовательную сверхзадачу - воспитать "марафонца" с запасом интеллектуальных сил и системой их непрерывного пополнения на дистанцию всей жизни.
В формуле "научить непрерывно учиться" необходимо опираться на понятия, трактуемые когнитивной психологией [48]: восприятие, внимание, память и мышление. Очевидно, что все эти понятия в компьютерном обучении присутствуют в виде возрастающих факторов эффективности, т.е., чем лучше организовано в АОС восприятие, активизировано внимание, акцентирована установка на запоминание и задействовано мышление, тем эффективнее работает АОС.
Когнитивистский подход к обучению с помощью ЭВМ предполагает активное участие обучаемых в учебном процессе, при котором они конструируют собственные мыслительные схемы, а не просто являются пассивными получателями информации [1].
Выдвинутый тезис Ж. Пиаже [130] о том, что истинным можно назвать лишь познание, основанное на самостоятельном открытии наводит на мысль, что адекватно структурированное обучение не только не ограничивает, но и расширяет свободу обучаемого, обеспечивая большую возможность достижения поставленной цели без помощи преподавателя [123,125]. Постепенно это положение эволюцио-низировалось в теорию "поуровнего обучения через открытие".
Ценность настоящей теории для компьютерного обучения очевидна. Другое дело, насколько удалось воплотить эту теорию в практику. Ответить на этот вопрос нелегко еще и потому, что исследования по различным аспектам обучения с помощью программ, воплощающих когнитивистский подход к обучению через "открытие1 еще только начались [97].
Наибольшими когнитивными возможностями для реализации в педагогической деятельности обладают дисплеино-вычислительные комплексы. Показательна здесь прежде всего наглядность, поскольку на экране дисплея можно воспроизвести смоделированный средствами вычислительной техники процесс, то есть построить его графическую модель.
Системный подход к построению автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта
Во все времена и у всех народов ценились хорошо подготовленные специалисты, мастера своего дела, да и умелое обучение мастерству ценилось не менее высоко. Вот почему в истории педагогической науки в явном виде прослеживается постоянный поиск все более совершенных методов и приемов преподавания и подготовки кадров. Преподавание - это такая же производственная деятельность, как и любая другая, хотя ее эффективность для прогресса общества не всегда просматривается непосредственно и сразу по окончании деятельности педагога.
Если рассматривать "педагогические эпохи" с точки зрения средств производственной деятельности людей, то их окажется в истории педагогики не больше чем в общественной истории в целом: I - эпоха педагогической деятельности индивидуального педагога, (работающего "вручную"); II - эпоха учебной книги; III - эпоха аудиовизуальных средств; IV - эпоха простых средств автоматизации управления обучением; V - эпоха адаптивных средств автоматизации управления обучением на базе современных ЭВМ.
Педагогическая наука отмечает различие педагогических эпох от общественно-исторических. В истории общества происходит смена эпох и каждая новая, более прогрессивная эпоха упраздняет экономические основы предшествующей. Педагогические же эпохи целиком не отмирают, а характерные для них педагогические технологии как бы соединяются с каждой последующей, обогащаясь, увеличивая свою мощь и приобретая в итоге новые качества и свойства. И процесс этот идет со все большим ускорением.
Работа учителя, вооруженного лишь собственными физическими силами, знаниями и мастерством продолжалась тысячи лет вплоть до XVII века, до "Великой дидактики" - первого научно-педагогического труда, обосновавшего необходимость учебника для самого учащегося (Я.Коменский). Эпоха "учебной книги" еще далеко не завершена, технология бумажных учебных книг еще совершенствуется, а ей, можно сказать на пятки наступают новые средства обучения, преобразующие ее в последующие эпохи.
Без восторга воспринимают иногда педагоги, воспитанные на технологии эпохи "учебной книги", все другие элементы последующих педагогических эпох, не спешат продвигаться к современному оснащению и построению учебно-воспитательного процесса. В то же время ограниченность средств осуществления процесса обучения в эпоху "учебной книги" и его необыкновенная трудоемкость для преподавателя столь же ограничивают и достижимое качество подготовки учащихся: только первоначальное знакомство с материалом, воспроизводимым и используемым лишь с помощью подсказки, намека или другой поддержки извне. Не случайно человечество тысячелетиями считало образование и роскошью , и чрезвычайно сложным трудом, чтобы педагог мог добиваться высоких результатов.
С каждой новой педагогической эпохой труд педагога становится благодаря совершенствованию педагогической технологии посильным для все более широкого круга, а его эффективность повышается.
В современных условиях, когда резко возрастают требования к профессиональному мастерству специалиста-педагога, когда важен возможно более высокий уровень развития его личностных качеств, нравственных и интеллектуальных, необходимо столь же ускоренно двигаться к овладению преподавателями технологией, характерных для педагогической эпохи "адаптивных средств на базе ЭВМ".
Системный подход к созданию педагогической концепции компьютеризации учебного процесса в вузах МВД России дает возможность рассматривать все его компоненты в комплексе, устанавливать связь между их свойствами, которые определяются особенностями, закономерностями и тенденциями развития высшей школы. Он позволяет положить в основу авторской концепции вполне определенные направления в компьюьтеризации учебного процесса в вузе [363. Основными из них являются:
- фундаментальность профессионального образования, из которой следует критерий соответствия целям;
- всеобщность, непрерывность информационного образования на всех ступенях высшей школы, учитывающие критерии актуализации знаний, преемственности и перспективности содержания, форм и методов обучения на каждой ступени;
- дифференциация и индивидуализация информационного образования, создание таких условий, при которых будет возможен свободный выбор уровня изучения курса на конечном этапе обучения на основе личных планов и способностей обучаемых и преподавателей;
- гуманизация информационного образования ( т.е. такое обучение, для которого главное - личность обучаемого, его духовный мир, интересы и способности; сущность гуманизации образования вообще и информационного в частности - в признании личности каждого человека как высшей социальной ценности общества);
- бинарность, выражающая объединение общенаучной и методической линий;
- интегративность в информационной подготовке обучаемых, ориентированная на концепцию "максимального движения вверх" для каждого обучаемого;
Сравнительные показатели оценки эффективности проводимых занятий различными технологиями обучения
В педагогике существует множество разносторонних определений эффективности учебного процесса и в любом из них просматривается функциональная зависимость ее от результативности совместных действий преподавателя и обучаемых в достижении поставленных целей обучения. Эта зависимость позволяет дать количественную характеристику эффективности, т.к. оценка параметров результативности обучения адекватна оценке параметров эффективности обучения.
Проводя тот или иной процесс обучения, преподаватель ориентируется на определенный результат: функциональный и психологический.
Психологический результат, напрямую зависящий от заданного педагогом и выбранного обучаемым способа учебно-познавательной деятельности, связан с новообразованиями в структуре знаний, умений, навыков обучаемых.
Функциональный результат зависит от мотивации обучаемого к учебной деятельности по предмету и управления учебно-педагогической деятельностью со стороны преподавателя (мотивационныи этап, этап управления дидактическим процессом) и включает создание способов педагогического воздействия на обучаемого (отбор содержания, средств, форм, методов педагогического воздействия).
Психологический результат предполагает перевод обучаемых из одного состояния в другое, которое характеризуется тем, что получено психологическое новообразование в его личности или деятельности. Функциональный результат связан с созданием инструментария педагогического воздействия, например, обычные (АОС) и интеллектуальные автоматизированные обучающие системы (АОСИ).
Таким образом, "выходы" при решении педагогической задачи могут быть различными. Поэтому при анализе завершенного отрезка педагогического процесса следует различать: функциональные продукты деятельности и психологические продукты деятельности.
К функциональным продуктам относятся: методы воздействия (словесные, наглядные, практические). В них всегда в той или иной мере воплощается замысел педагога, его поиск. Их назначение - управлять деятельностью обучаемых.
О вторых можно судить по системе знаний, умений, навыков, мотивов обучаемых.
Между ними существуют сложные взаимосвязи. Успех преподавателя зависит от умения педагога "включать" учащихся в различные виды деятельности и организовывать их так, чтобы получить желаемые результаты обучения.
Все вышесказанное о содержательной стороне учебно-воспитательного процесса относится и к автоматизированным обучающим системам, являющимися интегрированными педагогическими инстру-ментариями.
Высвобождение преподавателя от ряда рутинных операций ведет к усилению творческих компонент процесса обучения и переносит центр работы слушателей на самостоятельное индивидуализированное обучение под управлением педагога и обьективным-субъективным контролем со стороны ЭВМ и сокурсников, что существенно активизирует познавательную деятельность обучаемых.
С учетом основных положений дидактики и требований экономии времени на реализацию компьютерных обучающих курсов основным критерием дидактической эффективности методики автоматизированного обучения может быть принята эффективность использования времени обучаемых, преподавателей и персонала, то есть лиц, применяющих или обслуживающих АОСИ или другие средства автоматизации обучения.
Измерение и сравнение значений показателей дидактической эффективности различных методик обучения необходимо производить в условиях выполнения очевидного требования: контингент слушателей, обучаемых по различным методикам, должен быть одинаков по своим психическим, профессиональным и медико-биологическим характеристикам.
Группы слушателей, обучаемых по различным методикам, должны быть однородны по успешности обучения, о которой можно судить, например, по оценкам на предшествующих экзаменах.
Эффективность и качество АОСИ - это иерархическая совокупность свойств. При этом свойства каждого следующего уровня зависят от свойств более низких уровней. С понижением уровня повышается степень детализации свойств АОСИ [26].
