Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССЕ ОБРАЗОВАНИЯ 14
1.1. Краткий обзор внедрения компьютерных технологий обучения. 14
1.2. Экспертные системы: их фундаментальные свойства и применение. 29
1.3.Применение экспертных систем в процессе обучения. Экспертно-обучающие системы. 39
1.4. Проведение и анализ основных результатов констатирующего эксперимента. 54
1.5. Перспективы использования экспертных систем в учебном процессе. 63
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 69
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНО-ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ 70
2.1. Архитектура ЭОС. 70
2.2. Представление знаний в ЭОС. 75
2.3. Модель обучаемого. 84
2.4. Классификация ЭОС. 89
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 93
ГЛАВА 3. ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА, ПОСТРОЕННАЯ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ ЭКСПЕРТНО-ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ, ОРИЕНТИРОВАННАЯ НА РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ О ДВИЖЕНИИ ТЕЛА ПО НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ 94
3.1.- Программные средства, обучающие решению физических задач . 94
3.2. Построение и работа обучающей системы построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, ориентированной на решение задач о движении тела по наклонной плоскости. 104
3.3. Задачи, решаемые с помощью разработанной экспертно-обучающей системы. 126
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 135
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ УЧАЩИХСЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
4.1.. Проведение и анализ основных результатов поискового эксперимента. 136
4.2. Проведение и анализ основных результатов обучающего и контрольного педагогического эксперимента. 148
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ 165
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 166
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 181
- Краткий обзор внедрения компьютерных технологий обучения.
- Архитектура ЭОС.
- Программные средства, обучающие решению физических задач
Введение к работе
Традиционно процесс обучения вообще и процесс обучения физике, в частности, рассматривается как двусторонний, включающий в себя деятельность преподавателя и учащихся. Активное использование ЭВМ в учебном процессе делает ее полноправным третьим партнером процесса обучения- Компьютеры предоставляют практически неограниченные возможности для развития самостоятельного творческого мышления учащихся, их интеллекта, а также самостоятельной творческой деятельности учащихся и преподавателей.
Активная работа по поиску новых форм и методов обучения началась в 60-е годы. Под руководством академика АЛ Берга были организованы и проведены работы, посвященные проблемам программированного обучения, внедрению технических средств обучения и обучающих машин. Программированное обучение явилось первым шагом к активизации учебной деятельности- Глубокие исследования по вопросам теории и практики программированного обучения провели В.П. Беспалько, Г.А. Бордовский, Б-С. Гершунский, В.А. Извозчиков, Е.И. Машбиц, Д.И. Пеннер, А.И. Раев, В.Г. Разумовский, Н.Ф. Талызина и другие.
Вопросы эффективного использования ЭВМ в учебном процессе и исследования по разработке эффективных методов и средств компьютерного обучения остаются актуальными и в настоящее время. В нашей стране и за рубежом ведутся соответствующие работы в данной области. Однако до сих пор еще не сформировалось единого взгляда по вопросам применения средств вычислительной техники в сфере образования.
Начальный период использование ЭВМ в процессе обучения характеризуется как период интенсивного развития идей программированного обучения и разработки автоматизированных обучающих систем. Разработчики автоматизированных обучающих систем исходили из предположения, что процесс обучения может быть осуществлен путем хорошо организованной последовательности кадров обучающей и контролирующей информации. Первые эксперименты по использованию ЭВМ в учебном процессе нашли свое воплощение в виде программ учебного назначения с детерминированным сценарием обучения. Данному классу программ учебного назначения присущи следующие недостатки: низкий уровень адаптации к индивидуальным особенностям учащегося; сведение задачи диагностики знаний учащегося к задаче определения принадлежности его ответов к одному из классов эталонных ответов; большие трудозатраты на подготовку учебного материала.
Альтернативным подходом к процессу компьютеризации обучения является создание так называемых учебных сред, В учебной среде реализуется концепция обучения через открытие. Принципиальное отличие данного подхода от рассмотренного выше заключается в том, что в данном случае к учащемуся относятся как к некоторой автономной системе, способной иметь свои цели. Для данного класса программ учебного назначения характерны следующие особенности: учебная среда предоставляет учащемуся учебные материалы и другие ресурсы, необходимые для достижения учебной цели, поставленной ему преподавателем либо им самим; отсутствие контроля действий учащегося со стороны системы. Основное назначение учебной среды - создание благоприятной, "дружественной" среды или "мира", "путешествуя" по которой, учащийся приобретает знания.
Исследования в области психологии мышления, достижения в области искусственного интеллекта и технологий программирования расширили область применения компьютера в учебном процессе, позволили проверить на практике новые концепции интеллектуализации компьютерного обучения.
Резкое увеличение объема информации в учебном процессе предъявляет новые требования к кибернетическому подходу в обучении, а, следовательно, и к педагогическим программным средствам. Они должны помочь эффективно решать основную задачу - управление процессом обучения с использованием обратной связи на основе детальной диагностики знаний учащихся, выявлении причин возникновения у них ошибок с одновременным объяснением предлагаемого компьютером варианта решения учебной задачи. Отмеченные особенности наиболее эффективно реализуются, прежде всего, обучающими системами, построенными по принципу действия экспертно-обучающих систем, что и определяет актуальность теоретико-практического исследования данной проблемы-
Внедрение экспертных систем в учебный процесс является естественным логическим продолжением компьютеризации образования, его качественно новым этапом, закладывающим основы информатизации образования- Этот процесс стал возможен благодаря глубоким исследованиям, проведенным по вопросам компьютеризации образования учеными и педагогами. Учитывая, что применение экспертных систем для решения проблем по физике дали положительные результаты, исследования по разработке и применению экспертных систем являются актуальными не только в научной, но и в педагогической деятельности, включая и обучение физике.
Использование обучающих программ, построенных по принципу действия экспертно-обучающих систем» в процессе обучения даст новых качественный скачок в образовании. Их внедрение в практику обучения позволит: изменить стиль обучения, превратив его из информационно-объяснительного в познавательный, учебно-исследовательский; сократить сроки овладения необходимыми знаниями.
Объектом исследования является процесс обучения физике.
Предметом исследования является процесс обучения решению задач по физике с использованием обучающей системы, построенной по принщіпу действия экспертно-обучающих систем, и формирование у учащихся общего способа решения задач.
Цель работы состояла в разработке и создании обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, ориентированной на решение физических задач определенного класса, и исследовании возможности формирования у учащихся общего способа решения при обучении решению задач по физике с использованием данных специально разработанных педагогических программных средств.
Гипотеза исследования заключается в следующем: внедрение в процесс обучения обучающих систем, построенных по принципу действия экспертно-обучающих систем, приведет к более эффективному усвоению учащимися общего способа решения задач по физике, что позволит повысить их успеваемость, углубить их знания по физике и будет способствовать повышению качества знаний по изучаемому предмету.
Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:
анализ современных методов и средств разработки программ учебного назначения. Акцентирование внимания на те из них, которые соответствуют целям работы;
исследование возможностей использования компьютера для реализации формирования у учащихся общего способа решения задач;
разработка структуры и принципов построения обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, ориентированной на решение физических задач определенного класса;
разработка методических рекомендаций по использованию в процессе обучения разработанных педагогических программных средств;
проверка выдвинутой гипотезы исследования, оценка эффективности разработанной методики, разработанных педагогических программных средств в ходе педагогического эксперимента.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
- теоретический анализ проблемы на основе изучения педагогиче
ской, методической и психологической литературы;
анкетирование и опрос учащихся, студентов, преподавателей школ и вузов;
изучение процесса обучения решению задач и разработанной методики в ходе посещения и проведения занятий по физике, наблюдений за учащимися, бесед с преподавателями, проведения и анализа контрольных работ, тестирования учащихся;
планирование, подготовка, проведение педагогического эксперимента и анализ его результатов.
Научная новизна исследования состоит в:
разработке обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, ориентированной на решение определенного класса задач по физике;
теоретическом и практическом обосновании возможности формирования у учащихся общего способа решения задач при использовании в процессе обучения разработанных педагогических программных средств (обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем);
разработке основ методики использования обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, при обучении решению физических задач.
Теоретическая значимость исследования состоит в разработке подхода к обучению решению задач по физике, заключающегося в реализации управления деятельностью учащихся при решении задач посредством специально разработанных педагогических программных средств (обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем).
Практическая значимость исследования заключается в создании программно-методического обеспечения занятий по физике (обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем), определении его роли и места в учебном процессе и разработке основ методики использования данных педагогических программных средств при проведении занятий по решению физических задач с использованием ЭВМ.
На защиту выносится:
- обоснование возможности применения разработанной обучаю
щей системы, построенной по принципу действия экспертно-
обучающих систем, в процессе обучения решению задач по физике;
разработка подхода к управлению деятельностью учащихся посредством специально разработанных педагогических программных средств (обучающей системы, построенной по принципу действия экс-пертно-обучающих систем) при обучении решению задач по физике;
основы методики использования обучающей системы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем, при проведении занятий по решению задач в процессе обучения физике.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях кафедры методики преподавания физики МПГУ (1994-1997 гг.), на конференции молодых ученых (Мордовский госуниверситет, 1996-1997 п\), на конференциях МПГУ (апрель, 1996 г.).
Основные^положения диссертации отражены в следующих публикациях:
Грызлов СВ. Экспертно-обучающие системы (обзор литературы)//Преподавание физики в высшей школе. М., 1996. №4. -С 3-12-
Грызлов СВ. Применение экспертно-обучающих систем в процессе преподавания физики // Преподавание физики в высшей школе, М„ 1996- №5.-С 21-23-
Грызлов СВ., Королев АЛ., Соловьев Д.Ю. Экспертно-обучающая система, ориентированная на решение комплекса задач о движении тела по наклонной плоскости // Совершенствование учебного процесса на основе новых информационных технологий. Саранск: Мордовский гос. пед- ин-т, 1996. - С- 45-47,
Грызлов СВ., Каменецкий СЕ. Перспективные направлення использования компьютерной техники в учебном процессе вуза и школы//Наука и школа. 1997, №2.-С 35-36.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем 192 страницы машинописного текста, включая 25 рисунков, 8 таблиц. Список литературы включает 125 наименований,
В первой главе диссертации "Компьютерные обучающие системы в процессе образования" проведен краткий обзор внедрения компьютерных технологий в процесс образования, определены перспективы использования вычислительной техники в учебном процессе. На основе анализа литературных данных показано, что применение ЭВМ в учебном процессе может существенно повысить эффективность обучения. Выявлены недостатки традиционных автоматизированных систем обучения. Показано, что управление деятельностью учащегося в процессе обучения способна осуществить диалоговая обучающая программа, причем наиболее эффективным режимом диалога является режим интерактивного диалога. Программы учебного назначения, построенные по принципу действия экспертных систем и в основе работы которых положен режим интерактивного диалога, являются наиболее э6й>ектив-ным средством обучения. Определены задачи, области применения экспертных систем, представлена их классификация. Показаны преимущества применения экспертно-обучающих систем (ЭОС) перед традиционными автоматизированными системами обучения.
Рассмотрены возможности использования компьютера в процессе формирования у учащихся общего способа решения задач. Экспертно-обучающие системы, ориентированные на формирование у учащихся общего способа решения, являются наиболее эффективным средством обучения решению задач.
На основе анализа литературных данных и результатов констатирующего эксперимента определены перспективы использования экс-пертно-обучающих систем в учебном процессе, предложены направления использования экспертных систем в процессе обучения.
Во второй главе 'Теоретические вопросы построения экспертно-обучающих систем" описывается архитектура ЭОС, процесс взаимодействия экспертно-обучающей системы с учащимся в ходе его работы с системой, методы представления знаний в базах знаний ЭОС. Показано, что экспертно-обучающие системы, ориентированные на формирование у учащихся общего способа решения, оказывают существенное влияние при обучении решению задач и являются наиболее эффективными. Представлены требования к знаниям, заложенным в базу знаний экс-пертно-обучающей системы, технология их обработки, формы представления знаний. Предложен один из способов представления знаний в базе знаний экспертно-обучающей системы с помощью правил продукций. Описана классификация моделей обучаемого, используемых в экспертно-обучающей системе. Приведена классификация экспертно-обучающих систем, определен состав и назначение каждого типа ЭОС.
В третьей главе "Обучающая система, построенная по принципу действия экспертно-обучающих систем, ориентированная на решение задач о движении тела по наклонной плоскости" определены требования к педагогическим программным средствам с учетом их направленности на формирование у учащихся общего способа решения физических задач, представлена архитектура разработанных педагогических программных средств для обучения учащихся решению задач по физике, описана работа созданной обучающей системы и основы методики ее использования на занятиях по физике. Предложен подход в обучении решению физических задач, в основе которого лежит предоставление
учащимся относительной самостоятельности обучения, заключающееся в выборе самим учащимся задач для усвоения общего способа решения, формулировании алгоритма решения задач определенного класса на основе уже решенных задач.
В четвертой главе "Экспериментальная проверка методики обучения учащихся ,с использованием разработанных программных средств" описываются проведение и основные результаты поискового и обучающего экспериментов.
В ходе поискового эксперимента на основании проведенного анализа возможных направлений использования компьютера в обучении выявлены недостатки существующих программно-педагогических средств и обоснована необходимость создания и применения в учебном процессе программных средств обучения, построенных по принципу действия экспертно-обучающих систем, определено содержание и скорректирована структура разработанных педагогических программных средств. Проведение поискового эксперимента позволило выработать окончательный вариант методики проведения занятий с применением разработанной обучающей системы, направленной на формирование у учащихся общего способа решения задач. Проведенный сравнительный анализ результатов контрольного педагогического эксперимента свидетельствует о значительном влиянии предлагаемой нами методики проведения занятий по решению физических задач с использованием разработанных педагогических программных средств на формирование у учащихся общего способа решения задач. Доказана справедливость выдвинутой гипотезы о большей эффективности предлагаемой нами методики проведения занятий по решению физических задач.
Краткий обзор внедрения компьютерных технологий обучения
В работах отечественных педагогов и дидактиков [6,31,42,71] обучение рассматривается как целенаправленный процесс взаимодействия учителя и учащегося, в ходе которого происходит усвоение знаний, умений и навыков; осуществляется воспитание и развитие учащегося. Из представленного определения следует, что обучение - это управляемый процесс, который представляет собой систему целенаправленных воздействий на учащегося для совершенствования его учебной деятельности. Обучение носит двусторонний характер, т.е. оно складывается из деятельности учащегося и педагога: деятельность учащегося - это познавательный процесс; деятельность педагога - это система последовательных операций по формированию, слежению, контролю и коррекции деятельности учащихся. Как отмечает ВІІ, Беспалько [101, с позиции управления деятельность учащегося может быть описана в виде алгоритма функционирования, а деятельность педагога - в виде алгоритма управления.
Двойственный характер обучения определяет необходимость управления познавательной деятельностью учащегося. Это обеспечивает эффективное усвоение учащимися знаний, выработку умений и навыков, а также формирование у них способностей. Система действий преподавателя, направленная на активизацию процесса обучения, создает стимул, побуждающий учащихся активно и целенаправленно включаться в работу по овладению учебным материалом, мобилизует их интеллектуальные силы. Своевременное и целенаправленное воздействие преподавателя на алгоритм функционирования учащегося позволяет оптимизировать процесс приобретения знаний. Таким образом, успешная деятельность обучающейся системы (в нашем случае - студента или ученика) зависит как от заданного ей алгоритма функционирования, так и от принятого алгоритма управления. По мнению известных педагогов и методистов ЛЛ. Аристовой, И.Я. Ланияой, Г.И. Щукиной [5,51,101] повышение эффективности процесса обучения возможно лишь на основе активизации познавательной деятельности учащихся, развитая у них самостоятельного, творческого мышления.
Активная работа по поиску новых форм и методов обучения началась в 60-е годы. Этот период характеризуется активной электронизацией и автоматизацией сферы образования. Под руководством академика А,И. Берга были организованы и проведены работы, посвященные проблемам программированного обучения, техническим средствам обучения (ТСО) и обучающим машинам. Программированное обучение явилось первым шагом к активизации учебной деятельности. Глубокие исследования по вопросам теории и практики программированного обучения провели Д.И, Пеннер [47], А.И. Раев [84], Н.Ф. Талызина [92] и другие. Вопросы дидактических основ программированного обучения изложены в работе В.П. Беспалько [11]# В результате исследования этих и других ученых были сформулированы принципы программированного обучения, которые можно представить следующим образом:
1) для реализации программированного обучения необходимо создать определенную иерархию управляющих устройств;
2) необходима цикличная организация системы управления по каждой операции учебной деятельности;
3) при программированном обучении необходимо осуществление шаговой учебной процедуры при раскрытии и передаче учебного материала в процессе обучения;
Д) необходимо следовать принципу индивидуального темпа и управления в обучении;
5) следует использовать специальные технические средства для подачи программированных учебных материалов при изучении дисциплин.
Указанные принципы программированного обучения подтверждают, что данный метод реализует идею управления учебным процессом и способствует самостоятельности учебных действий каждого обучаемого.
Накопленный опыт программированного обучения в системе высшего и среднего образования [4,11,30,84] показал, что оно позволяет упорядочить и организовать планомерное усвоение учащимися нового материала. Это дает возможность преподавателю и учащемуся проследить за процессом овладения знаниями, а, следовательно, и по мере необходимости вносить коррективы в учебный процесс- Отмеченные достоинства программированного обучения обусловили широкое использование этого метода при обучении физике. В частности, В.А. Извозчи-ковым, Ф.М. Михайловым [60], Ф.Я- Байковым [7] были разработаны и внедрены в практику приемы организации учебного процесса по физике с использованием проблемно-программированного обучения.
Архитектура ЭОС
В настояшее время создание экспертно-обучающих систем носит исследовательский характер, поэтому методологические и технологические аспекты конструирования экспертно-обучающих систем еще слабо проработаны. Сложность архитектуры экспертно-обучающей системы предполагает участие в ее создании специалистов различного профиля, поэтому развитая методология должна включать методики и рекомендации для каждого специалиста и устанавливать способы взаимодействия между ними. Технология должна снабжать их специализированными инструментальными средствами.
Из представленных к настоящему времени моделей архитектуры ЭОС наиболее полной, на наш взгляд, является модель, предложенная Ибрагимовым О-В- и Петрушиным В А. [38,741. В основе данной архитектуры ЭОС лежит следующая модель процесса обучения. Имеется цель обучения, выраженная в терминах текущих характеристик обучаемого. Пока цель не достигнута, действия повторяются в следующей последовательности ;
- на основании текущего состояния обучаемого и методики обучения генерируется очередная задача (здесь под задачей понимается любая информация, требующая ответных действий обучаемого);
- ответ обучаемого сравнивается с эталонным решением и на основании различий производится диагаостика ошибок обучаемого;
- по результатам диагностики корректируются текущие характеристики обучаемого.
В соответствии с данной моделью процесса обучения ЭОС можно рассматривать как совокупность трех взаимодействующих экспертных систем (рис. 2.1.1) [38]:
- ЭС по решению задач в изучаемой предметной области;
- ЭС по диагностике ошибок обучаемого;
- ЭС по планированию процесса управления обучением. Экспертная система по решению задач (ЭС РЗ) предназначена для
выработки эталонного решения задачи.
Экспертная система по диагностике ошибок обучаемого (ЭС ДО) предназначена для выявления неправильных представлений обучаемого об изучаемой предметной области на основе сравнения его ответа с эталонным. Основное назначение ЭС ДО - диагностика: симптомы выводятся на основании различия в ответах обучаемого и ЭС РЗ, а результатами являются изменение текущих характеристик обучаемого (модели обучаемого). ЭС ДО формализует знания эксперта-психолога.
Экспертная система по управлению процессом учения (ЭС УУ) представляет собой ЭС по планированию в ограничениях, накладываемых имеющимся учебным материалом- ЭС УУ формализует знания эксперта-методиста о методиках обучения.
Взаимодействие ЭОС с обучаемым происходит следующим образом. ЭС УУ формирует в соответствии с текущей целью очередное задание для обучаемого, которое передается одновременно и ЭС РЗ, Далее ЭС ДО сравнивает решение обучаемого с решением, полученным ЭС РЗ, и на основании различий пытается установить, какие неправильные представления обучаемого о предметной области (ПО) могли привести к расхождениям, В результате диагностики меняется представление ЭОС об обучаемом, отраженное в модели обучаемого, и управление снова получает ЭС УУ, которая уточняет текущую цель и формирует новое задание. Взаимодействие с обучаемым происходит через интерфейс, который может содержать средства текстового, графического или речевого ввода-вывода, лингвистический процессор и т.п. (Средства взаимодействия учащегося с системой, включая средства визуализации изучаемых объектов и процессов, принято объединять под названием интерфейса).
Отличительной особенностью ЭС от традиционных систем обработки информации является использование нового вида информации -знаний. Под знаниями понимают любую информацию (в том числе и факты), которая хранится в системе вне зависимости от того, решает система задачу или нет [78],
В структуре ЭОС можно выделить следующие базы знаний (БЗ): учебная БЗ доя данной ПО; модель обучаемого; БЗ о возможных ошибках обучаемого; БЗ о процессе обучения.
Учебная база знаний (УБЗ) описывает не только основные понятия и методы решения задач в ПО, но и содержит определения понятий, описания методов, примеры, упражнения и задачи, В отличие от БЗ ЭС по решению задач УБЗ должна явно отражать структуру ПО и стратегические знания о методах решения задач. С другой стороны, УБЗ можно рассматривать как представление ограничений, в рамках которых ЭС УУ планирует обучение.
Модель обучаемого содержит информацию о состоянии знаний обучаемого: как общие, интегрированные характеристики, так и те, которые отражают усвоение им текущего учебного материала. Первоначально модель обучаемого формируется во время предварительного тестирования обучаемого, В терминах модели обучаемого выражается цель обучения.
Программные средства, обучающие решению физических задач
Главным компонентом, определяющим применение ЭВМ в процессе обучения решению задач по физике, является используемое для этих целей программное обеспечение. При разработке и отборе педагогических программных средств предпочтение отдавалось тем программам, с помощью которых можно реализовать различные методические подходы к обучению учащихся решению задач по физике. Основной критерий такого отбора педагогических программных средств - их направленность на формирование у учащихся такого важного методического приема как общий способ решения физических задач.
На основе рассмотренных ранее возможностей использования компьютера в процессе обучения вообще и обучения решению задач, в частности, было выявлено, что наиболее удачным является использование в учебном процессе педагогических программных средств, построенных по принципу действия экспертно-обучающих систем. Кроме того, с целью повышения эффективности самостоятельной подготовки учащихся предполагается использование в учебном процессе таких обучающих систем, которые наряду с решением задач строят стратегии обучения учащихся решению задач определенного класса.
Для разработки таких педагогических программных средств и методики их применения в учебном процессе нам представлялось необходимым решить следующие задачи:
- выявить требования к педагогическим программным средствам с учетом их направленности на формирование у учащихся общего способа решения физических задач;
- определить архитектуру педагогических программных средств для обучения учащихся решению задач по физике;
- разработать педагогические программные средства и методику их использования на занятиях по физике.
На решение этих задач была направлена вторая часть нашего исследования. При проектировании педагогических программных средств мы опирались на теоретические положения формирования у учащихся общего способа решения задач.
Как указывалось выше, в настоящее время не существует четко сформулированного подхода к созданию и использованию ЭОС в процессе обучения, В тоже время большое число исследователей отмечает преимущества ЭОС по сравнению с традиционными автоматизированными системами обучения. Это связано, по-видимому, с тем, что, хотя данная проблема достаточно глубоко исследована теоретически, практическое применение ЭОС затруднено из-за сравнительно небольшого числа существующих систем, ориентированных на процесс обучения вообще, и физики, в частности.
Основные задачи, которые должны решаться обучающими системами - это задачи по определению смысла обучающих воздействий, их реализации и оценке, В связи с этим, для того, чтобы имелись основания называть систему обучающей, она должна быть непосредственно направлена на учебные цели, т.е. это должно быть ее основной, прямой, а не вспомогательной функцией. Следовательно, обучающая экспертная система должна обеспечивать не только и не столько решение конкретных задач, сколько овладение знаниями, умениями, навыками, соответствующими способами действий. Именно обучение, выбор и генерация обучающих воздействий, основанные на определенных представлениях об обучении и сведениях об обучаемых, должны быть в центре внимания при проектировании и разработке ЭОС.
Кроме того, создание экспертно-обучающей системы - это сложная задача, которая не может быть в полной мере решена одним исследователем.
Исходя из вышесказанного, мы остановились на создании обучающей программы, построенной по принципу действия экспертно-обучающих систем. Это не ЭОС в "чистом" виде, так как она не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к ЭОС (см. первую главу). Но в то же время при-проектировке и построении разрабатываемой нами обучающей системы нам представлялось необходимым учесть особенности и преимущества экспертно-обучающих систем перед традиционными системами обучения. При этом мы, прежде всего, исходили из того, что обучающая система должна быть ориентированной на процесс обучения и обеспечивать не только и не столько решение конкретных задач, сколько овладение знаниями, умениями, навыками, соответствующими способами действий при обучении решению определенного класса задач.
