Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные направления эргономических исследований в области информационных образовательных технологий 14
1.1. Роль информатизации образования в развитии общества 14
1.2. Влияние информационных и коммуникационных технологий на развитие личности 19
1.3. Психологические аспекты организации интерактивного учебного диалога 30
1.4. Эргономические аспекты взаимодействия человека и компьютера 39
Глава 2. Эргономический подход к проектированию компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам 52
2.1. Роль и место компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам в арсенале электронных средств обучения 52
2.2. Формирование технического мышления - задача компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам 58
2.3. Виды информации, используемые в компьютерных обучающих программах по общетехническим дисциплинам 69
2.4. Принципы пространственной организации учебной информации в компьютерных обучающих программах по общетехническим дисциплинам 83
2.5. Принципы организации траектории обзора учебной информации в компьютерных обучающих программах по общетехническим дисциплинам 106
Глава 3. Комплексная экспериментальная оценка эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам 130
3.1. Разработка методики комплексной экспериментальной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам 130
3.2. Оценка индивидуальных особенностей студентов 138
3.3. Оценка эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам 145
3.4. Оценка функционального состояния студентов при работе с компьютерными обучающими программами по общетехническим дисциплинам 152
Заключение 170
Список литературы 176
Приложения
- Роль информатизации образования в развитии общества
- Влияние информационных и коммуникационных технологий на развитие личности
- Роль и место компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам в арсенале электронных средств обучения
- Разработка методики комплексной экспериментальной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам
Введение к работе
Актуальность исследования. В последние годы предметом эргономических исследований становится деятельность человека, опосредованная взаимодействием с компьютером в различных сферах, в том числе в области образования. Наблюдаемая тенденция связана с тем, что в начале третьего тысячелетия образование рассматривается как один из ведущих факторов развития российского общества, о чем свидетельствует ряд важных правительственных документов (Программа социально-экономического развития РФ на среднесрочную перспективу (2003-2005 гг.), Закон РФ «Об образовании», Федеральный закон «О высшем и послевузовском профессиональном образовании», Национальная доктрина образования в РФ до 2005 г. и Федеральная программа развития образования на 2000-2005 гг. и др.).
Происходит реформа образования, направленная на повышение его эффективности. При этом в условиях бурного развития научно-технического прогресса особенно велика потребность в квалифицированных инженерах, в подготовке которых общетехнические дисциплины занимают важное место. В современных условиях динамично развивающейся экономики и техники от человека требуется постоянное повышение профессионального мастерства. Модернизация образования предполагает переход от единого и централизованного обучения к многообразному, распределенному, практически обусловленному, непрерывному саморазвитию специалистов, предполагающему использование дистанционных форм обучения и индивидуальный подход в его процессе. Новые информационные технологии открывают огромные возможности для реализации этих аспектов реформирования образования. Данная работа лежит в русле эргономики, связанной с образовательным процессом, и имеет эргодизайнерскую направленность.
Создаваемые сегодня обучающие программы ориентированы преимущественно на гипертекст и полиэкранный режим диалога, что обеспечивает быстрый поиск различных фрагментов информации. Для общетехнических дисциплин (ОТД), система понятий которых отличается высоким уровнем иерархичности и высокой степенью логической
взаимосвязанности компонентов, характеризующихся абстрактностью учебного материала, наиболее важно доступное изложение учебной информации, поэтому для обучающих программ по ОТД целесообразнее использовать моноэкранный режим диалога. В связи с этим требуются качественные эргономические решения способов представления учебной информации, тщательное планирование пространственного расположения, траектории ее обзора на экране предлагаемой обучающей программы.
Вместе с тем наблюдается низкий уровень эргономического
проектирования обучающих программ по общетехническим дисциплинам. В
большинстве случаев обучающие программы разрабатываются
преподавателями-предметниками либо совместно с программистами, либо
самостоятельно с использованием специальных сред проектирования, то есть
без участия психологов, эргономистов, дизайнеров. Компьютерные
обучающие программы (КОП) должны создаваться с учетом ряда
дидактических, методических и психологических требований.
Преподаватели технических дисциплин - это в основном выпускники
технического вуза, инженеры, но не педагоги. Реализация методических и
дидактических требований у опытного преподавателя-предметника вызывает
меньше трудностей, чем реализация психологических требований. В большинстве
случаев разработчики (преподаватели и программисты) не обладают
необходимыми психологическими знаниями об особенностях протекания
познавательных процессов (восприятия, мышления, запоминания и др.) и
эргономическими знаниями (о динамике работоспособности и т.п.).
Непосредственное обращение разработчиков обучающих программ по ОТД к
работам в этих областях знаний весьма затруднительно. На данный момент
эргономическое проектирование компьютерных обучающих программ
осуществляется преимущественно на уровне интуитивных представлений об оптимальных формах предъявления учебной информации (В.Н. Андреев, И.Е. Вострокнутов, Л.Х. Зайнутдинова).
Актуальность исследования определяется также тем, что пользователями КОП по общетехническим дисциплинам являются студенты младших курсов.
Чаще всего это молодые люди в возрасте от 17 до 20 лет. Физиологическое состояние человека на данном жизненном этапе еще недостаточно устойчиво, формирование организма еще не завершено. При этом темп студенческой жизни достаточно высок, учебная нагрузка весьма велика. В связи с этим особенно важен высокий уровень эргономических показателей КОП. Необходимо создавать такие обучающие программы, которые вызывают минимальное психическое и зрительное утомление, работа с которыми сопровождается состоянием функционального комфорта (ФК), положительным отношением к учебной деятельности, что должно, в конечном итоге, способствовать интеллектуальному развитию студента.
Таким образом, проблема исследования отражает несоответствие объективных потребностей образовательного процесса технического вуза в использовании компьютерных обучающих программ, обладающих достаточно совершенными дидактическими свойствами и высокими эргономическими показателями, и существующего невысокого уровня эргономического проектирования КОП по общетехническим дисциплинам. Обучающие программы должны обеспечивать эффективное восприятие учебной информации, сопровождающееся формированием оптимального функционального состояния -функционального комфорта. На практике же эргономическое проектирование КОП сводится, в основном, к выбору типа меню, размера шрифтов, размера и количества окон и не учитывает необходимость визуализации в доступной форме сложного абстрактного учебного материала ОТД.
Объект исследования. Процесс обучения общетехническим дисциплинам в техническом вузе с использованием компьютерных обучающих программ.
Предмет исследования. Теоретические основы и прикладные аспекты эргономического проектирования компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам.
Цель исследования. Разработка принципов эргономического проектирования компьютерных обучающих программ, обеспечивающих
эффективное восприятие и усвоение учебного материала общетехнических дисциплин, соответствующих психофизиологическим возможностям учащихся и способствующих формированию у них оптимального функционального состояния - функционального комфорта.
Гипотеза исследования. Если пространственную организацию и траекторию обзора учебной информации на экране компьютерной обучающей программы по общетехническим дисциплинам осуществлять в соответствии с принципом визуального равновесия, развитым для случая интерактивного учебного диалога, то будут обеспечены условия для эффективного восприятия учебного материала и формирования состояния функционального комфорта.
Для достижения цели и проверки гипотезы решались следующие задачи исследования:
Проведение теоретического сравнительного анализа основных направлений эргономических исследований в области информационных образовательных технологий.
Изучение особенностей преподавания общетехнических дисциплин: определение их роли и места в системе высшего образования; выявление видов информации, используемых в компьютерных обучающих программах по ОТД, рассмотрение особенностей технического мышления учащихся.
Разработка эргономических принципов организации учебной информации в компьютерных обучающих программах по ОТД.
Проведение экспериментальной сравнительной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам, используемых в учебном процессе.
Методологической основой исследования явились работы в области эргономики и инженерной психологии, посвященные общим закономерностям переработки информации при работе с ЭВМ (В.П. Зинченко, Б.Ф. Ломов, В.М. Мунипов, Г.М. Зараковский, И.Е. Вострокнутов и др.), а также принципам
эргономического проектирования деятельности, основанного на концепции функционального комфорта (Л.Д. Чайнова). Наряду с этим использовались различные данные из области общей и педагогической психологии: об особенностях протекания умственной деятельности (С.Л. Рубинштейн), формирования умственных действий и понятий (П.Я. Гальперин), о возможностях воздействия информационных технологий на развитие личности (Б.Ф. Ломов, O.K. Тихомиров и др.), об особенностях формирования технического и творческого мышления (Т.В. Кудрявцев, И.П. Калошина), о специфике восприятия технической информации (А.В. Антонов). Анализировался феномен визуального равновесия композиции из области психологии художественного восприятия (Р. Арнхейм) для оценки возможности его использования при проектировании визуального поля на экране компьютера. Привлекались сведения из области теории и практики информатизации образования о возможностях и принципах организации обучения, опосредованного компьютером (Е.И. Машбиц, И.В. Роберт), специфике преподавания общетехнических дисциплин с использованием информационных технологий (Л.Х. Зайнутдинова).
Методы исследования
Методы теоретического уровня. Теоретический сравнительный и системный анализ отечественной и зарубежной литературы по проблематике исследования из области инженерной психологии, эргономики, общей психологии, психологии художественного восприятия, педагогики.
Методы эмпирического уровня: 1. Анкетирование (анкета оценки эргономических показателей КОП и анкета, разработанная автором на основе теста дифференцированной самооценки САН), тестирование (дифференциально-диагностический опросник А. Климова, тест возрастающей трудности (методика Равена), теппинг-тест, опросник Я. Стреляу, тесты на определение объема кратковременной зрительной памяти и объема распределения и переключения внимания), физиологические методы оценки функционального состояния (определение частоты сердечных сокращений, измерение артериального давления).
2. При обработке, анализе и обобщении материалов исследования применялись методы статистической обработки информации. Были использованы программа Microsoft Excel 2000, интегрированный статистический пакет Statistica 5.5.
Теоретическая значимость исследования:
Предложен новый подход в развитии принципа визуального равновесия, известного в психологии художественного восприятия, для случая интерактивного учебного диалога на экране компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам.
Разработаны теоретические основы эргономического проектирования компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам.
Новизна исследования заключается в следующем:
Представлена модель структурного плана экрана монитора с выделением зон, вызывающих повышенное внимание наблюдателя (зоны эффективного восприятия), на основе которой осуществлено развитие принципа визуального равновесия для случая интерактивного учебного диалога в компьютерной обучающей программе по общетехническим дисциплинам.
Предложены принципы пространственной организации учебного материала на экране компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам, регламентирующие размещение идеографической и текстовой информации.
Предложены принципы организации траектории обзора учебного материала в компьютерных обучающих программах по общетехническим дисциплинам, определяющие последовательность обращения пользователя к фрагментам информации различного вида.
Разработана методика комплексной экспериментальной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам, включающая в себя оценку индивидуальных особенностей учащихся и эргономических показателей обучающих программ, а также оценку функционального состояния студентов при работе с этими программами.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования
В соответствии с предложенными теоретическими основами эргономического проектирования компьютерных обучающих программ по ОТД разработаны методические указания для преподавателей и программистов по пространственному размещению и цветовому оформлению учебного материала на экране компьютера, по организации траектории его обзора.
Предложена методика комплексной экспериментальной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по ОТД, которая может быть применена для определения качества обучающих программ по различным учебным дисциплинам.
Материалы исследования используются при чтении лекций на факультете повышения педагогического мастерства и при дипломном проектировании по специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (АСОИУ).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. При проектировании компьютерных обучающих программ по ОТД:
целесообразно преимущественное использование идеографического и текстового видов информации. Ведущая роль при этом должна принадлежать идеографической информации (схемы, графики, диаграммы, формулы), текстовая информация должна быть предельно лаконичной.
размещение учебного материала следует осуществлять на основе предложенной модели структурного плана экрана монитора в зонах эффективного восприятия: центральной, центральной горизонтальной, центральной вертикальной, зоне восходящей диагонали, зоне нисходящей диагонали.
2. При проектировании компьютерных обучающих программ по обще
техническим дисциплинам необходимо придерживаться следующих принципов
пространственной организации учебной информации на экране монитора:
идеографическую информацию целесообразно размещать по
нисходящей диагонали - из левого верхнего угла в правый нижний. При этом
идеографическую информацию, отражающую статику изучаемого технического
объекта (либо информацию меньшего уровня абстракции), необходимо
располагать в левом верхнем углу, а идеографическую информацию, отражающую динамику изучаемого технического объекта (либо информацию более высокого уровня абстракции), - в правом нижнем углу;
текстовую информацию целесообразно размещать по восходящей диагонали - из нижнего левого угла в верхний правый. При этом текстовую информацию, связанную с практическими действиями, следует располагать в левом нижнем углу, а текстовую информацию, отражающую исходные данные технического объекта, - в правом верхнем углу;
информацию, отражающую сообщения обратной связи, целесообразно располагать в центральной зоне экрана.
3. При проектировании компьютерных обучающих программ по
общетехническим дисциплинам необходимо придерживаться следующих
принципов организации траектории обзора учебной информации в условиях
интерактивного учебного диалога:
управление траекторией обзора следует осуществлять путем выдачи сообщений обратной связи и использования специфических возможностей компьютера (цвет, звук, изменение яркости, размера, положения и др.);
следует обеспечить возможность естественного перемещения взора учащегося между различными видами информации (идеографической и текстовой; идеографической, отражающей статику, и идеографической, отражающей динамику изучаемого технического объекта; идеографической, отражающей учебный материал низкой степени абстракции, и идеографической, отражающей учебный материал более высокой степени абстракции; текстовой, отражающей исходные данные, и текстовой, связанной с практическими действиями).
4. Экспериментальная оценка эргономических показателей
компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам
должна включать в себя:
оценку индивидуальных особенностей учащихся (профессиональные склонности, степень развития логичности мышления, свойства нервной системы: уравновешенность, подвижность, сила);
оценку эргономических показателей обучающих программ (пространственное расположение учебной информации, удобство считывания информации: используемый шрифт, цветовая гамма, предъявление информации в динамическом виде, степень ясности (понятности) последовательности действий при работе с программой) на основе анкет, разработанных автором.
оценку функционального состояния (ФС) студентов при работе с данными программами с использованием физиологических методов (измерение артериального давления и частоты сердечных сокращений), психометрических методик (изменение объема кратковременной зрительной памяти и объема распределения и переключения внимания) и субъективных методик (с применением анкеты, разработанной автором на основе теста дифференцированной самооценки САН).
Апробация результатов исследования проходила на заседаниях
кафедры информационных технологий и коммуникаций, кафедры
автоматизированных систем обработки информации и управления, кафедры
электротехники Астраханского государственного технического университета
(АГТУ); на научно-практических конференциях профессорско-
преподавательского состава АГТУ в 1998-2003 гг.; на Международном форуме
по проблемам науки, техники и образования (Москва, 1998); на 1-й
Всероссийской конференции «Психология и эргономика: единство теории и
практики» (Тверь, 1999); на III Всероссийской научно-практической
конференции «Качество жизни и российское предпринимательство»
(Москва, 2001). А также на международных конференциях: «Региональная
информатика» (Санкт-Петербург, 1998); «Новые информационные технологии в
преподавании электротехнических дисциплин» (Астрахань, 1998, 2000, 2003);
«Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и
бизнесе» (Москва, 2000); «Инновационные процессы в высшей школе»
(Краснодар, 2001); «Инновационные технологии обучения в высшей
профессиональной школе» (Москва, 2001); «Влияние образовательных
технологий на развитие регионов» (Астрахань, 2003); "Knowledge-Dialogue-Solution " (Варна, Болгария, 2003).
Роль информатизации образования в развитии общества
Человечество вступает в новый период своего развития - период построения информационного общества. Имеются прогнозы, что в XXI веке компьютеры настолько глубоко проникнут в повседневную жизнь, что люди не будут замечать их присутствие. Появился даже термин Ubiquitous computing вездесущие вычислительные системы, включающие в себя огромное количество миниатюрных, но мощных вычислительных устройств, повсюду окружающих человека (прикрепленных к документам, встроенных в мебель и т. п.) [190], [17, с. 43]. Высказывается мысль о формировании на основе информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) новой инфраструктуры планеты - инфосферы [84, с. 10].
Пока еще нет единого определения сущности информационного общества. К. Марков под информационным обществом понимает такую стадию развития общества, при которой для существования отдельных человеческих индивидов или социальных групп решающее значение имеют информация и информационные виды деятельности. То есть в информационном обществе информационные интересы преобладают над всеми остальными, информационное обслуживание занимает доминирующее положение [102].
По мнению Е.Н. Пасхина, информатизация общества представляет собой интеллектуально-гуманистическую перестройку всей жизнедеятельности человека и общества на основе все более полного использования информации как ресурса развития человека с помощью средств информатики, новых информационных технологий с целью создания информационного общества и дальнейшего развития ноосферы. При этом информатизация образования должна оказать существенное влияние на формирование личности, повышение информационной культуры людей и их интеллектуального потенциала, раскрытие информационной картины мира [114].
Видный специалист в области информатизации образования И.В. Роберт в работе [130, с. 7] указывает: «Информационное общество - это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующими видами деятельности в сфере общественного производства являются сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена». Информатизация образования как одно из приоритетных направлений процесса информатизации общества в целом представляет собой процесс интеллектуализации деятельности обучающего и обучаемого. Она развивается на основе реализации возможностей средств ИКТ, поддерживает интеграционные тенденции . процесса познания закономерностей предметных областей и окружающей среды (социальной, экологической, информационной и др.), сочетая их с преимуществами индивидуализации и дифференциации обучения, обеспечивая тем самым синергизм педагогического воздействия. На основе применения ИКТ разрабатываются новые методы и формы обучения.
Разработки обучающих систем должны учитывать особенности новой стадии развития общества. Существенное значение в этом случае имеет современное состояние образования, так как именно на его основе готовятся кадры, которые должны функционировать в обучающих структурах информационного общества в будущем.
Современный человек живет в условиях насыщенной информационной среды и задача системы образования - научить жить в ее потоке, создать предпосылки и условия для непрерывного самообразования. Сегодня социально защищен, уверен в своем положении тот человек, который широко образован и может гибко перестроить свою деятельность в связи со сменой технологии или требованиями рынка. Таким образом, система образования рассматривается как главный рычаг перехода общества на путь устойчивого развития. Именно система образования способна во многом решить проблему всеобщей интеллектуализации общества, реализации опережающего и непрерывного образования.
Эволюция обучающих, структур при переходе от индустриальной к информационной организации общества, неизбежно ведет к переходу от единого и централизованного обучения к многообразному, распределенному, практически обусловленному, непрерывному саморазвитию специалистов. Непрерывное дистанционное обучение, компьютерная поддержка процессов усвоения новых знании и умений, независимо от уровня, на котором проводится обучение или самообучение, становятся неотъемлемой характеристикой развития в информационном обществе. Необходимость перехода к новой модели образования обсуждается специалистами во многих странах: Болгарии [102], Японии [186], США [184]. Как отмечает Д. Сенгстек в статье [137], институты, в которых нельзя обучаться заочно, в ближайшие несколько лет безнадежно отстанут от жизни. Идея дистанционного образования не нова, но она приобретает новое звучание в свете развития технологий мультимедиа и передачи данных. Дистанционное обучение реализуется сегодня в различных формах. Например, в Нью-Йоркском университете при помощи среды Lotus Notes разработана система виртуального колледжа. Студенты и преподаватели используют ее для доступа к мультимедиа-курсам и обмена заданиями и сообщениями по телефонным линиям. В Высшей технической школе г. Констанц (Германия) разрабатывается проект комплексной виртуальной лаборатории, позволяющей проводить лабораторные опыты на реальном оборудовании через Интернет. Это дает возможность использования дорогостоящих экспериментальных установок для широкого круга студентов [139, 156].
Влияние информационных и коммуникационных технологий на развитие личности
Уже на первых этапах развития вычислительной техники проблема взаимодействия человека и компьютера стала предметом исследования ряда наук о человеке: общей психологии, инженерной психологии, эргономики, психологии труда и др.
Появление в начале 90-х гг. в «Психологическом журнале» рубрики «Взаимодействие человека с компьютером» является одним из показателей резко возросшего интереса к исследованиям в этой области.
В работе [112, с. 36] отмечается, что внедрение информационных технологий в различные области общественной жизни влияет на духовную, когнитивную, эмоциональную, коммутативную и деятельностную сферы жизнедеятельности человека.
Благотворное влияние информационных технологий на раскрытие индивидуатьных возможностей человека, на их развитие и реализацию на благо обществу и себе убедительно показывает И.В. Роберт [130]. Она отмечает синергизм педагогического воздействия информационных технологий.
В.М. Мунипов указывает, что компьютер - мощное средство, расширяющее возможности человеческого интеллекта. Влияние компьютеризации на деятельность человека не является предопределенным. Форма влияния зависит от способа, каким система разработана и реализована [109, с. 25].
В работе [78] также затрагиваются некоторые аспекты влияния компьютеризации и информатизации на личность. Отмечается, что компьютеры берут на себя многие функции, бывшие ранее прерогативой естественного интеллекта, создают возможность решения задач, недоступных ранее. При этом затрагиваются основные компоненты любой человеческой деятельности: цель, средства, результаты. В.П. Зинченко и Е.Б. Моргунов, отмечают, что меняется также предметное содержание деятельности. Человек работает с различными формами знакового, символического, идеального отображения предметного мира. Однако, хотя нельзя отрицать положительные эффекты компьютеризации общества, нет оснований и для преувеличения возможностей компьютера. Изменения, вносимые ИКТ во все сферы жизнедеятельности, и в первую очередь интеллектуальную, не всегда революционны [78. с. 31-35]. По мнению Б.Ф. Ломова, использование компьютеров существенным образом меняет структуру мыслительных процессов. Появляется возможность формирования умения «видеть» вопрос, проверки выдвигаемых гипотез, мысленного экспериментирования в ходе решения той или иной задачи. Значит происходит отработка всех стадий процесса мышления, его основных операций и переходов от одних форм к другим, реализуются более высокие формы мыслительной деятельности. Таким образом, применение ЭВМ, если оно опирается на знание психологических законов, способствует психическому совершенствованию человека, открывает огромные возможности для создания средств умственного развития человека, его способностей, реализуемых в процессах ощущения и восприятия, памяти, воображения и мышления, более широко - интеллекта, в котором интегрируются все когнитивные процессы.
Компьютеры могут быть полезны для развития не только когнитивной функции психики, но и регулятивной, и коммуникативной. Человек, пользуясь компьютером, получает возможность оценки точности антиципации еще до начала деятельности, проигрывая всю систему основных действий в сжатый интервал времени. Иными словами, компьютеризация может содействовать развитию у человека приемов и способов так называемой операциональной логики - логики организации деятельности.
В практике обучения исследуются различные пути овладения умственным действием: через предметно-практическое действие, речь, наблюдение, действие с информационной моделью. Ни один из этих путей не может претендовать на универсальность, каждый имеет плюсы и минусы, эффективен в определенной области. В реальном процессе обучения все эти пути взаимосвязаны, благодаря чему система умственных действий, которыми овладевает индивид, непрестанно обогащается. Их соотношения на разных этапах умственного развития складываются по-разному. Компьютеризация открывает широкие возможности для овладения умственным действием на основе использования информационных моделей [98, с. 153].
Б.Ф. Ломов отмечает, что программы, предназначенные для обучения и умственного развития человека, должны основываться на законах психологии и принципах педагогики. В отечественной педагогике и психологии принято считать, что формирование знаний, умений, навыков осуществляется в процессе активной деятельности учащегося. Использование компьютера может повысить или понизить активность ученика. Необходима дальнейшая разработка теории учебной деятельности для поиска эффективных путей использования достижений научно-технического прогресса в образовании [98. с. 155].
С именем Б. Шнейдермана [170, с. 68; 189] связано развитие психологии программирования. Психология программирования - наука о действиях человека, работающего с вычислительными и информационными системами [172, с. 274]. Предметом ее являются всевозможные способы использования человеком ЭВМ. При этом основной упор делается на разработку программного обслуживания и проектирование интерфейса. Специалисты психологии программирования сосредоточивают свое внимание на таких аспектах, как легкость использования, простота обучения, увеличение надежности, сокращение частоты ошибок, повышение удовлетворенности трудом. В то же время они учитывают производительность ЭВМ, объем памяти и другие аппаратурные ограничения. Целью исследований в психологии программирования является облегчение использования ЭВМ человеком. Эта цель может быть достигнута только при понимании возможностей восприятия человека, его способности перерабатывать информацию и принимать решения, при знании стилей мышления и особенностей личности.
В отечественной психологической науке появилось новое направление -психология компьютеризации, изучающее порождение, функционирование и структуру психического отражения реальности в процессе деятельности индивидов и групп, связанной с созданием и использованием компьютеров, включая их программное обеспечение [172, с. 273]. Основная прикладная задача психологии компьютеризации - разработка психологических основ создания эффективных компьютеризированных систем. В основу данного направления психологии легла выдвинутая O.K. Тихомировым концепция преобразования мыслительной деятельности человека через компьютер и другие средства информационных технологий [149, 150].
Роль и место компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам в арсенале электронных средств обучения
Высокое качество и конкурентоспособность российского высшего образования признаны на мировом уровне. Такое положение обусловлено широким диапазоном изучаемых дисциплин и фундаментальностью подготовки специалистов [145].
В технических вузах изучается большой спектр дисциплин. Это в первую очередь базовые предметы, пришедшие из школьной программы: математика, физика, химия, биология и др. Это и дисциплины гуманитарного направления. Значительный объем изучаемых предметов составляют общетехнические дисциплины. Они являются важным блоком в инженерном образовании. Изучение целого ряда специальных технических дисциплин, преподаваемых на выпускающих кафедрах, завершает подготовку специалистов в техническом вузе. Выделены следующие виды дисциплин: гуманитарные; науки о Земле, природе и человеке (как живом организме); физико-математические; общетехнические; специальные технические.
Рассмотрим особенности компьютерных обучающих программ для каждого вида дисциплин. В техническом вузе преподаются различные гуманитарные дисциплины: философия, история, психология, социология, культурология и др. Как отмечается в работе [10, с. 4], в гуманитарных дисциплинах господствующая и наиболее адекватно фиксирующая их содержание форма информации - текст. Особенностью гуманитарных дисциплин является то, что опорной базой для их изучения служит личный опыт обучаемого, - каждый человек в повседневной жизни соприкасается с проблемами, рассматриваемыми при их изучении. Это в определенной степени способствует доступности обучения этим дисциплинам. При разработке КОП в области гуманитарных дисциплин наиболее перспективно создание информационно-поисковых справочных программных систем, способных обеспечить хранение колоссальных объемов учебной информации и возможность легкого доступа к любому её фрагменту с учетом многозначных, многоаспектных связей между этими фрагментами.
К блоку наук о Земле, природе и человеке (как живом организме) относятся география, биология, геодезия, экология и т. п. Предметом их изучения являются реальные объекты природы, представляющие собой целостные системы, реально существующие в обособленном виде. Опорной базой для изучения этих наук служит практическое знакомство каждого с изучаемыми реальными объектами, возможность непосредственного чувственного восприятия этих объектов, высокая степень их наглядности. При использовании информационных технологий в области наук о Земле, природе и человеке (как живом организме) в первую очередь требуется создание банков визуальной учебно-научной информации, обеспечивающих систематизацию больших объемов фактического материала. При этом наибольший педагогический эффект будет достигнут, если эта визуализация будет не только воссоздавать строение тех или иных изучаемых объектов, но и отображать динамику их развития.
Предмет изучения курса физики составляют, в первую очередь, отдельные физические явления и характеризующие их законы, например явление и закон электромагнитной индукции. Предметом изучения в математике служат арифметические и алгебраические выражения, алгебраические и дифференциальные уравнения, дифференцирование и интегрирование функций и т. д. Опорой, исходной базой при изучении физико-математических дисциплин является определенный уровень теоретического мышления учащихся. Отличительной особенностью физико-математических наук является то, что они имеют своим предметом некоторые стороны действительности, реально не существующие в обособленном виде.
Внедрение информационных технологий в область физико-математических дисциплин должно строиться с учетом наивысшего уровня абстрактности учебного материала, существованием психолого-познавательных барьеров при обучении этим дисциплинам, обусловленных наличием обыденного и научного сознаний, и связанной с этим повышенной сложностью усвоения учебного материала. Весьма перспективно для этих дисциплин использование средств, обеспечивающих повышение наглядности обучения, например всевозможных моделирующих программ с визуализацией результатов исследований и в частности средств когнитивной компьютерной графики, обеспечивающих визуализацию абстрактных математических зависимостей [25, 76, 77].
К специальным техническим дисциплинам относятся такие дисциплины, как, например: электрические машины и аппараты, элементы автоматики, системы автоматического управления и регулирования, энергетические системы и так далее. Предметом этих дисциплин являются теория, проектирование, конструирование, технология изготовления и практика эксплуатации реальных технических устройств и систем. Исходной базой, опорой для их изучения являются теоретические знания, полученные из физико-математических и общетехнических дисциплин, а также практический опыт работы с реальными техническими устройствами и системами. Сложность обучения обусловлена огромной номенклатурой реальных технических систем и устройств. В этих условиях в первую очередь необходимо обеспечить понимание сущности происходящих процессов на базе изученных ранее теоретических основ. И лишь тогда станет возможным усвоение основ проектирования, производства и эксплуатации целых классов многообразных реальных технических устройств и систем. В настоящее время при внедрении информационных технологий в учебный процесс специальных технических дисциплин следует акцентировать внимание на создании обобщенных информационных моделей целых классов технических объектов (тогда то или иное реальное техническое устройство будет восприниматься как частная реализация). В связи с большой стоимостью, а иногда даже и с уникальностью лабораторного оборудования, необходимого для обеспечения в должном объеме практических знаний, умений и навыков, т. е. опыта эксплуатации изучаемых технических объектов и систем, целесообразно использование компьютерных тренажеров и моделирующих программ, в том числе и виртуальных моделей. В связи с широким распространением Интернета можно дистанционно проводить лабораторные опыты на реальном оборудовании. Это дает возможность использования дорогостоящих экспериментальных установок для широкого круга студентов. Подобный проект комплексной виртуальной лаборатории разрабатывается в Высшей технической школе города Констанц (Германия) [139, 156]. В Тамбовском государственном техническом университете внедрен проект теплофизической лаборатории [2]. И безусловно, должно продолжать развиваться такое направление, как создание систем автоматизированного проектирования (САПР).
Разработка методики комплексной экспериментальной оценки эргономических показателей компьютерных обучающих программ по общетехническим дисциплинам
Компьютерная обучающая программа, являясь элементом системы «человек-машина» (СЧМ), характеризуется системотехническими свойствами, обусловливающими приспособление СЧМ к выполнению назначенных ей функций (эффективность, надежность, стоимость и др.) и эргономическими свойствами, которые определяются биомеханическими, физиологическими и психологическими возможностями деятельности человека. Исследование системотехнических свойств осуществляется преимущественно в области технических и экономических наук. Предметом данного исследования являются эргономические свойства КОП.
В работе [69, с. 27] отмечается, что эргономические свойства могут быть интегральными, комплексными, групповыми и единичными. Степень выраженности эргономических свойств отражается в эргономических показателях. Используются два вида количественной оценки эргономических показателей: абсолютный (целесообразен для оценки эргономических свойств низших или единичных уровней) и относительный (целесообразен для оценки интегральных и комплексных эргономических свойств).
Попытки сформулировать эргономические требования к средствам ИКТ и оценить уровень их реализации предприняты в ряде работ.
В исследовании А. Бондаровской выдвигаются требования к пространственному проектированию дисплейных форматов, логически-смысловой организации и цветовому кодированию информации на экране, к видам диалога, организации контроля ошибок и языкам взаимодействия пользователя в рамках компьютерных обучающих программ для общеобразовательной школы [21, с. 69].
И.В. Роберт рассматривает [130, с. 35-41] экспертно-аналитический подход к оценке психолого-педагогического и программно-технического качества, целесообразности использования в учебном процессе программных средств образовательного назначения для средних школ. Оценка качества программы производится экспертами путем заполнения оценочного листа.
Исследование Е.Б. Моргунова посвящено учету человеческого фактора в компьютерных системах, обеспечивающих доступ пользователя к большим массивам информации (гипертекстовые программы, базы данных). Для оценки качества пользовательского интерфейса этих систем он предлагает использовать эргономическую контрольную карту, заполняемую разработчиками программного обеспечения [107, с. 261].
В.П. Кляуззе рассматривает требования к эргономическому обеспечению Жеб-дизайна [85]. В.П.Зинченко и Г Л Узилевский приводят требования к созданию пользовательского интерфейса с эргосемиотических позиций, в соответствии с которыми пользовательский интерфейс должен учитывать опыт, потребности, возможности пользователя, задачи, стоящие перед ним [81].
В работе Ю.М. Горвица и Л.Д. Чайновой описываются требования к программным и техническим средствам компьютерных игровых комплексов для дошкольников [43].
И.Е. Вострокнутов наиболее полно сформулировал требования к основным эргономическим характеристикам программных средств учебного назначения: временным режимам работы, общей визуальной среде на экране монитора, пространственному и цветовому оформлению учебной информации, организации диалога, предъявлению звуковой информации [33]. Но эти требования носят общий характер, они не учитывают специфику преподавания отдельных дисциплин с использованием КОП.
Таким образом, в рассмотренных известных работах в основном описываются требования к интерфейсу программных средств общеобразовательного назначения, а оценка эргономических показателей носит односторонний характер, т. к. базируется только на мнении экспертов.
Проблема оценки эргономических свойств различных КОП, решение которой имеет большое значение для сертификации подобных программ, определения пригодности и целесообразности их внедрения в учебный процесс, является весьма актуальной.
Методики, позволяющие осуществить комплексную экспериментальную оценку эргономических показателей КОП по общетехническим дисциплинам, на данный момент отсутствуют.
На наш взгляд, оценка эргономических показателей КОП будет более весомой, если она будет осуществляться на основе мнения пользователей-учащихся и учитывать функциональное состояние (ФС), возникающее у студентов в процессе работы с обучающей программой.
В эргономике исследуются различные виды ФС: утомление, монотония, стресс, тревожность, напряженность, функциональный комфорт и функциональный дискомфорт.
Утомление - естественная реакция организма человека, связанная с нарастанием напряжения, прежде всего вследствие продолжительности выполняемой работы. Выделяют психическое утомление, которое сопровождается сдвигами в восприятии, памяти, внимании и мышлении, и физическое .(характеризуется изменениями в сенсомоторной сфере и сопутствующими им субъективными ощущениями) [174, с. 59].
Эмоциональный стресс - целостная характеристика психической деятельности и поведения субъекта за определенный период времени, показывающая разрушение психических процессов, определяемое внезапным появлением чрезвычайно значимых стимулов и отсутствием способов разрешения возникшей ситуации.
Монотония - целостная характеристика психической деятельности и поведения субъекта за определенный период времени, показывающая дисгармонию психических процессов, определяемую низкой ценностью содержания и характера работы и недооценкой смысла и важности усилий субъекта. Характеризуется снижением общего уровня активации, потерей сознательного контроля за исполнением действий, ухудшением внимания и кратковременного запоминания.
