Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ ситуации в области электронных образовательных продуктов 8
1.1. Введение 8
1.2. Общие сведения об электронных образовательных продуктах 8
1.2.1 Компьютерные обучающие программы как механизм управления качеством образования 8
1.2.2 Технологии создания обучающих программ 13
1.2.3 Классификация обучающих программ и других программных средств учебного назначения 17
1.2.4. Интерфейс компьютерных обучающих программ 24
1.2.5. Критерии качества обучающих программ 26
1.3. Обзор ситуации с компьютерными программами учебного назначения 34
1.4. Перспективы развития электронного образования... 41
1.5. Постановка задачи диссертации 45
1.6. Выводы по главе 1 48
Глава 2. Механизм генерации электронных практических пособий 50
2.1. Введение 50
2.2. Механизм генерации электронных практических пособий для обучения решению сложных задач 50
2.3 Применение механизма генерации электронных практических пособий для разработки задачника по криптографии 60
2.4 Описание задачника по простейшим шифрам, созданного на основе разработанного механизм генерации электронных практических пособий 64
2.5 Описание инструментов задачника по простейшим шифр AM 76
2.5.1 Описание инструмента для раскрытия шифра простой замены 76
2.5.2 Описание генератора ключей для шифра простой замены 78
2.5.3 Описание генератора заданий для шифра простой замены 79
2.5.4 Описание интерактивного пакета для анализа простейших шифров "Инструмент криптоаналитика" 80
2.6 Выводы по главе 2 87
ГЛАВА 3. Методические аспекты разработки электронных практических пособий, в которых имеются сложные задачи (на примере задачника по простейшим шифрам) 89
3.1 Введение 89
3.2 Общеобразовательные аспекты предлагаемого пособия. способы активизации познавательной деятельности ученика 90
3.3 Возможность реализации в задачнике методов проблемного обучения 93
3.4 Математические модели шифров ...95
3.5 Проблема создания фонда заданий 99
3.6 Методы управления сложностью заданий 107
3.7 Математическая модель управления сложностью заданий 110
3.8 Примеры решения криптографических задач в режиме диалога с компьютером 121
3.9 Оценка качества задачника с точки зрения его методических возможностей 132
3.10 Выводы по главе 3 135
Заключение 136
Литература 138
Приложение 1 154
- Компьютерные обучающие программы как механизм управления качеством образования
- Обзор ситуации с компьютерными программами учебного назначения
- Применение механизма генерации электронных практических пособий для разработки задачника по криптографии
- Общеобразовательные аспекты предлагаемого пособия. способы активизации познавательной деятельности ученика
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время повышение качества подготовки специалистов является весьма актуальной проблемой развития высшей школы. Большое значение для ее решения имеет выбор или разработка рациональной системы управления качеством подготовки обучаемого.
Существенным фактором при разработке таких систем является развитие информационных технологий обучения, ставших реальностью с появлением персональных компьютеров. Эти технологии активно используются в реальном учебном процессе всех форм и видов образования.
В последние годы в различных учебных заведениях России, а также других стран мира используются методы дистанционного образования. Эти методы позволяют с помощью различных программно-аппаратных средств и технологий связи производить заочное обучение студентов.
При использовании информационных технологий в образовании возникает необходимость разработки целого спектра средств обучения, позволяющих применять компьютеры в учебном процессе как составной части систем для управления качеством подготовки обучаемого. Одним из наиболее важных классов этих средств являются компьютерные образовательные программы (КОП).
Необходимость применения компьютеров в учебном процессе обусловлена тем, что резко возрос объем знаний, которые необходимо получить обучаемому при освоении той или иной дисциплины. С помощью традиционных способов и методик преподавания иногда невозможно предоставить знания обучаемому за выделенное на это время. Также следует отметить, что в условиях рыночных отношений применение КОП и систем дистанционного образования экономически целесообразно, так как позволяет в некоторых случаях сократить количество задействованных в учебном процессе преподавателей.
При создании КОП необходимо определить состав пособия, разработать принципы его структурной организации, решить вопросы взаимодействия между составными частями продукта, построить модель КОП. Результатом решения данных проблем является разработка механизма генерации КОП. Также при создании КОП необходимо решить проблему методического обеспечения, разрабатываемого продукта. Решение данных проблем требует системного подхода. Управление качеством разработки КОП является важной составной частью системы управления качеством обучения в целом. Также при создании КОП важно учитывать отсутствие непосредственного контакта «преподаватель - ученик», необходимо компенсировать этот недостаток, чтобы не снизить качество обучения, а в перспективе повысить его.
Целью исследования является разработка механизма генерации КОП и сопряженного с ним методического обеспечения как составной части системы управления качеством образования.
Основными задачами диссертационной работы являются:
1. Обобщение существующего опыта создания компьютерных образовательных программ с целью разработки механизма генерации КОП и сопряженного с ним методического обеспечения.
2. Разработка механизма генерации КОП и сопряженного с ним методического обеспечения как составной части системы управления качеством образования.
3. Формулировка принципов структурной организации компьютерных практических пособий для решения комбинаторных задач.
4. Создание базового варианта задачника по криптографии (анализ простейших шифров).
Объект исследования - применение современных информационных технологий в образовании.
Предмет исследования - сущностные закономерные процессы формирования компьютерных образовательных программ для обучения решению сложных комбинаторных задач.
Методы исследования. В теоретических исследованиях и практических разработках использовались методы теории вероятности криптографического анализа, объектно-ориентированного и процедурного программирования.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Механизм генерации КОП и сопряженное с ним методическое обеспечение. 2. Методы управления сложностью задач в КОП.
3. Задачник по криптографии (анализ простейших шифров).
Научная новизна. В диссертации сформулированы принципы структурной организации компьютерных образовательных программ. На основе данных принципов разработан механизм генерации КОП и сопряженное с ним методическое обеспечение, позволяющие, в отличии от известных подходов, создавать гибкие, максимально открытые продукты. Применение подобных КОП в учебном процессе способствует повышению качества обучения за счет обеспечения вариативности и адаптируемости к индивидуальным способностям и уровню знаний обучаемых, возможности создать для обучаемого индивидуальную траекторию обучения.
Также в диссертации предложены новые методы управления сложностью и обеспечения решаемости криптографических задач по анализу простейших шифров.
Достоверность и обоснованность научных исследований подтверждается теоретической системной аргументацией и практической реализацией научных положений работы.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный механизм генерации КОП и сопряженное с ним методическое обеспечение позволяет формировать электронные практические пособия (задачники) для решения сложных задач.
В результате анализа и исследований разработанный механизм генерации КОП и сопряженное с ним методическое обеспечение были использованы для создания электронного задачника по простейшим шифрам, который применяется в учебном процессе по специальностям 220600,220700 и 201800.
Реализация и апробация работы.
Практическая ценность работы подтверждается использованием результатов, полученных в диссертационной работе, в учебном процессе и методических разработках на факультете защиты информации Российского государственного гуманитарного университета (РГТУ), в Межотраслевом специальном учебном центре, на кафедре технологии электронного обмена данньми Московского технологического университета связи и информатики, а также в ЗАО «РНТ».
Основные положения диссертации и результаты докладывались на третьей межведомственной конференции «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб», Москва, Академия ФСБ РФ, 1-3 февраля 2000 г. и Всероссийской школе-семинаре «Информационные технологии в управлении качеством образования и развитии образовательного пространства», Москва, МИСиС, 5-7 апреля 2000 г.
Также работа обсуждалась, а задачник демонстрировался на семинарах кафедры математической и программной защиты информации факультета защиты информации РГГУ и лаборатории по математическим проблемам криптографии Московского государственного университета.
Публикации. Основные материалы диссертации были опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 3 глав с выводами к ним, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 153 стр., 6 таблиц, 19 иллюстраций и 5 приложений (87 стр.). Список литературы включает 197 наименований.
Компьютерные обучающие программы как механизм управления качеством образования
Разработка систем управления качеством образования возможна на различных иерархических уровнях высшего и послевузовского образования: от базового уровня -управления качеством подготовки студента, получающего образование по определенной специальности в вузе, до структур государственного управления.
На базовом уровне управления можно выделить два класса объектов. Первый из них - класс обучаемых и выпускников как носителей высшего универсального образования. Второй класс объектов - это составляющие системы высшего образования по отдельной специальности или отдельному направлению профессиональной подготовки специалистов. При этом первый класс объектов является главным условием функционирования второго класса объектов. Таким образом качество подготовки обучаемого является основным критерием эффективности действия системы управления образованием в целом [128].
Структура качества высшего образования человека, получающего это образование по определенной специальности, является иерархическим множеством объектов управления. Базовым объектом управления в этом множестве является процесс получения обучаемым знаний, умений и навыков по данной дисциплине (специальности). Вопросы управления качеством образования рассматриваются в работах [103, 112, 118, 128, 136, 149, 150]. При оценке качества обучения целесообразно использовать квалиметрические процедуры. Роль квалиметрии как звена оценки результатов управления весьма высока. Квалиметрия - одна из важнейших областей человеческого знания - наука о качестве. Более подробную информацию о роли квалиметрии в управлении качеством образования и оценки качества средств обучения можно найти в работах [74-78,140-145].
Формализованная обобщенная модель базового объекта управления предложена в работе [128]. В упрощенном виде эта модель может быть представлена следующим образом. Структура качества высшего образования Y представляется как совокупность целей обучения (Ц) и средств достижения этих целей (X): Исследование тенденций развития и прогнозирование новых целей обучения является необходимым при повышении эффективности систем управления качеством образования. Однако весьма важным и перспективным направлением повышения эффективности систем управления качеством образования выступает также разработка и реализация комплекса средств достижения целей обучения. Совокупность средств, необходимых для достижения студентом целей обучения, будем рассматривать в следующем составе (см. работу [128]): где: С - содержание образовательных дисциплин, представленное в учебном плане, учебных программах и учебной литературе; D - совокупность средств оценки достижения целей обучения; Т- применяемые технологии обучения; О - средства обучения; S - условия (качество среды) обучения; Р - преподавательский состав, обеспечивающий обучение. Не вызывает сомнений важность каждой из этих компонент, но особое внимание следует уделить бурно развивающимуся в настоящее время направлению - внедрению информационных технологий в сфере образования. Информационные (компьютерные) технологии обучения, ставшие реальностью с появлением персональных компьютеров, активно используются в реальном учебном процессе всех форм и видов образования. Различные аспекты информатизации образования рассматриваются в работах [1, 4, 5, 7, 18, 28, 64-69, 81, 82, 120, 123, 138, 139,144,145,157,176,181],. Одним из наиболее важных средств обучения, позволяющих применять компьютеры в учебном процессе, являются компьютерные образовательные программы. Компьютерная образовательная программа - это любое программное средство, специально разработанное или адаптированное для применения в обучении. Использование КОП возможно как в качестве элементов систем дистанционного образования, так и в рамках обычного учебного процесса. Применение КОП может иметь место во время аудиторных занятий и при самостоятельной подготовке обучаемого. Компьютерные образовательные программы являются одной из форм реализации механизма управления качеством подготовки обучаемого. Управление образовательными системами следует рассматривать как процесс планирования, организации, мотивации и контроля, необходимый для достижения целей обучения. КОП выступают с системой функций управления S: кординация учебного процесса; F - формирование структуры знаний у обучаемого; К - контроль знаний. КОП по сравнению с традиционными средствами обучения аналогичного назначения имеет следующие достоинства: 1. Позволяет повысить эффективность учебного процесса. Реализация средства обучения в электронной форме позволяет решать задачи, решение которых вручную невозможно или неэффективно. Такая реализация также позволяет избавить обучаемого от рутинных операций и сосредоточить его внимание непосредственно на достижении целей обучения. 2. Позволяет использовать данный продукт в системах дистанционного образования. 3. Позволяет обучаемому освоить компьютер и, возможно, пакеты прикладных программ, которые в будущем станут основными инструментами профессиональной деятельности выпускника. 4. Позволяет с минимальными затратами модернизировать продукт. 5. При наличии системы контроля знаний позволяет очень эффективно использовать данный продукт для самостоятельной подготовки. Цель разработки и использования КОП - сформировать у обучаемого структуру знаний, умений и навыков, которые заложены в Государственные стандарты, программы, учебные планы и т. д. по данной дисциплине. Исходя из того, что КОП рассматриваются как механизм управления качеством подготовки обучаемого, полагаем, что базовым объектом управления является студент как основной пользователь данного продукта. Однако следует отметить, что при некоторых реализациях КОП в качестве объекта управления выступает также преподаватель (например, если КОП включает в себя систему контроля знаний). Компьютерные технологии получили весьма широкое распространение в области образования. Это обусловлено рядом причин, наиболее существенны из них следующие. Во-первых, резко возрос объем знаний, которые необходимо получить при изучении той или иной дисциплины. С помощью традиционных способов и методик их невозможно освоить за ограниченный отрезок времени.
Обзор ситуации с компьютерными программами учебного назначения
В данном параграфе будет рассмотрена ситуация с разработкой и распространением КОП в России и за рубежом. Для составления обзора были использованы несколько каталогов, в которых приведена информация по КОП, публикации периодической печати и информация, полученная из сети Интернет [129, 184-186].
Российские продукты предлагаются Российским НИИ информационных систем (РосНИИ ИС), российским фондом компьютерных учебных программ (РОСФОКОМП), а также коммерческими фирмами. Зарубежные продукты рассматривались по каталогу [175]. Общие сведения о количестве продуктов различных производителей по основным дисциплинам можно получить из таблицы 1.3.
РосНИИ ИС является одной из ведущих организаций нашей страны, занимающейся вопросами разработки и использования КОП. Фонд РосНИИ ИС включает свыше 230 КОП различного назначения, разработанных специалистами ведущих вузов России. Программы предназначены для использования на ПЭВМ типа IBM PC в операционных системах MS DOS и MS Windows. Число вузовских программ свыше 140, школьных - около 90. С каталогом программ представленных в фонде РосНИИ ИС можно ознакомиться по адресу [129].
Вузовские программы предназначены для поддержки различных форм аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы студентов. Имеются КОП по естественным наукам и математике, а также по гуманитарным, экономическим и техническим наукам.
Школьный раздел фонда включает обучающие программы по физике, математике, русскому и иностранным языкам, биологии, ботанике, химии, информатике, истории культуры России и др. Некоторые программы данного раздела могут использоваться абитуриентами при подготовке к поступлению в вузы.
В фонде РосНИИ ИС в наибольшей мере представлены КОП по химии и математическим дисциплинам.
С продуктами учебного назначения, зарегистрированными в российском фонде компьютерных учебных программ (РОСФОКОМП) института информатизации образования (ИНИНФО) Министерства образования Российской Федерации можно познакомиться при помощи каталога [72]. В каталоге приводится около 100 программных продуктов учебного назначения, которые могут быть использованы в средних, средних специальных и высших учебных заведениях.
В РОСФОКОМП имеется значительное количество КОП различного назначения, охватывающих широкий спектр учебных дисциплин, также имеются инструментальные средства, которые могут быть полезными для разработки КОП, и программные продукты, предназначенные для использования при управлении учебным процессом. В наибольшей мере представлены КОП по информатике и языкам программирования. Большая часть (примерно две трети) представленных продуктов предназначена для использования на IBM-совместимых компьютерах. Однако в связи с тем, что в некоторых учебных заведениях (в основном школах) эксплуатируются компьютеры других типов, например, Ямаха, Корвет и т. д. в каталоге представлены продукты, предназначенные для использования на таких компьютерах.
С электронными образовательными продуктами предлагаемыми российскими коммерческими фирмами можно познакомиться в ряде публикаций журнала "Компьютер Пресс" [29, 63, 124, 147, 152-155, 160, 167]. Автором было рассмотрено около 150 программных продуктов как образовательных (примерно 100), так и продуктов, не являющихся чисто образовательными, но которые можно использовать в учебном процессе по различным дисциплинам. Такие продукты можно назвать продуктами для расширения общего кругозора. Почти все представленные продукты распространяются на компактдисках (CD) или в виде комплектов CD.
Большинство рассмотренных продуктов принадлежит к российским разработкам, однако имеются программные продукты, или созданные за рубежом, но распространяемые в России отечественными фирмами, или российскими филиалами зарубежных компаний. Эти программные продукты можно сгруппировать в 4 раздела: 1. Обучение языкам, словари и переводчики; 2. Обучение по другим направлениям; 3. Музыкальные обучающие программы; 4. Продукты для расширения общего кругозора. Рассмотрим подробнее содержание каждого раздела. В наибольшем количестве имеются КОП для изучения языков, их почти столько же, сколько всех остальных образовательных продуктов. Среди продуктов языкового направления - более половины продукты для изучения английского языка. Также в значительном количестве представлены программные продукты для расширения общего кругозора. Это объясняется тем, что представленные продукты охватывают широкий спектр различных областей науки и культуры. Следует также отметить, что как правило такие продукты рассчитаны на широкий круг пользователей. Среди КОП неязыкового направления лидируют продукты для обучения работе в Internet и программы, обучающие пользоваться Windows, Word, Excel и т.п. Продукты по общеобразовательным дисциплинам, таким, как математика, физика, химия и биология представлены примерно в равных количествах. Большинство из этих продуктов адресовано школьникам, а точнее абитуриентам, готовящемся к поступлению в высшие учебные заведения.
Для примера того, какая ситуация с КОП сложилась за рубежом, воспользуемся каталогом [175], содержащим наименования программных продуктов, которые распространяются на территориях Германии, Австрии и Швейцарии. Программные продукты, представленные в каталоге, распространяются на двух видах носителей CD (комплектах CD) и дискетах.
Данный каталог содержит специализированный раздел "Образовательные программы" (Lernsoftware), в котором собраны КОП. Этот раздел содержит 145 CD и 59 комплектов дискет с КОП.
В данном разделе представлены в основном КОП, предназначенные для школьников. Вместе с этим в специальных разделах имеются продукты, которые могут быть использованы для более глубокого изучения некоторых областей человеческого знания. В таких разделах помимо КОП, используемых для изучения соответствующей науки в целом, представлены продукты по довольно узким разделам этой области знаний (Например, в разделе "Химия" предлагается компьютерное учебное пособие по токсикологии). Также здесь можно найти продукты, хотя и не являющиеся чисто образовательными, но весьма полезные в учебном процессе, такие, как энциклопедии, справочники по различным наукам т. п.
Применение механизма генерации электронных практических пособий для разработки задачника по криптографии
В настоящее время компьютерные средства обучения широко используются в вузах, школах и других учебных заведениях, а также для самостоятельной подготовки студентов и школьников. Из предыдущих параграфов можно сделать вывод, что на данный момент имеется широкий спектр КОП различного назначения, охватывающих множество областей человеческого знания. В связи с бурным развитием информационных технологий, сферу компьютерного образования ожидает большое будущее. В данном параграфе коротко будут изложены и проанализированы основные направления развития компьютерного образования.
Одним из направлений развития компьютерного образования станет создание продуктов учебного назначения, покрывающих весь спектр дисциплин, преподающихся в вузах, школах и других учебных заведениях. Исходя из того, что КОП активно используются в учебном процессе, целесообразно предположить появление в ближайшем будущим стандартов Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации на различные виды КОП по широкому спектру дисциплин. В этих стандартах должны содержаться как требования по информационному содержанию (такие же, какие выдвигаются к типографским учебникам), так и специфические требования к КОП как к программным продуктам. О критериях оценки качества КОП уже было сказано выше. Так как потребности в КОП различных учебных заведениях становятся все выше и выше, следует ожидать широкого развития производства КОП и массового появления новых продуктов.
Весьма необходимым представляется использование КОП в системах дистанционного образования. С развитием глобальных компьютерных сетей дистанционное образование получило новый мощный толчок к дальнейшему развитию. Состояние и перспективы развития дистанционного образования в России и за рубежем, а также вопросы применения КОП в системах дистанционного образования рассматриваются в работах [26, 35, 47-50, 56, 59, 61, 84, 99, 101, 116, 137, 170]. Методика оценки экономической эффективности дистанционного обучения с помощью компьютерных сетей приводится в статье [9]. Основой для реализации этой формы обучения стал сервис, предоставляемый пользователям глобальной сети Internet: электронная почта, удаленный терминальный доступ к серверам, удаленное копирование файлов и доступ к ресурсам сети посредством системы World-Wide Web. Вопросы использования сети Internet в образовании рассматриваются в работах [25, 55, 80]. Весьма перспективным представляется использование в системах дистанционного образования современных средств телекоммуникаций, позволяющих проводить дистанционное обучение в реальном масштабе времени, организовывать видеоконференции и т. д. Эти проблемы обсуждаются в работах [10,49,148,182,190]. Использование КОП в дистанционном обучении вызывает потребность создания продуктов, предназначенных для использования их в сети Internet. Область применения Internet-учебников велика: обычное и дистанционное обучение, самостоятельная работа. Но наибольшие перспективы сулит объединение учебников с программами, контролирующими знания ученика, дополненное общением между преподавателем и учащимися в реальном масштабе времени. Снабженный единым интерфейсом, такой Internet-учебник может стать не просто пособием на один семестр, но постоянно развивающейся обучающей и справочной средой. Internet-учебник обладает теми же качествами, что и компьютерный учебник, но есть возможность тиражирования практически без носителя, поскольку существует одна версия учебного материала в сети Internet, и ученик-пользователь получает к ней доступ. Этим можно решить сразу несколько проблем: - сокращается путь от автора учебника к ученику; - допускается возможность оперативно обновлять учебник; - сокращаются расходы на изготовление учебника; - решается проблема совместимости (т. е. на всех аппаратных платформах ваш материал будет выглядеть практически одинаково); - имеется возможность "включения" в учебник любого дополнительного материала, уже имеющегося в Internet. Следует отметить, что доступ к Internet-учебнику возможен с любой машины, подключенной к сети Internet, что позволяет при наличии интереса со стороны пользователей попробовать освоить и дистанционное обучение. Обилие средств разработки и конвертации в стандарты документов, принятых в World Wide Web, позволяет преподавателю достаточно легко готовить учебные материалы, не изучая дополнительно сложных языков программирования и не прибегая к помощи сторонних разработчиков. Важным направлением развития КОП является создание интеллектуальных обучающих систем. Системы искусственного интеллекта начали применяться в компьютерном образовании с начала 70-х годов, дав начало целому классу компьютерных программ учебного назначения, получивших название интеллектуальных обучающих систем. Основы теории интеллектуальных обучающих систем были изложены в работе [194]. В настоящее время эта теория продолжает интенсивно развиваться. Интеллектуальными обучающими системами называются автоматизированные обучающие системы, реализующие процесс обучения на основе методов искусственного интеллекта. Цель разработки интеллектуальных обучающих систем -создание систем, способных в той или иной степени смоделировать поведение преподавателя в процессе диалога с учеником таким образом, чтобы активизировать познавательную деятельность обучаемого.
Для поддержания эффективного диалога с учеником система, как и преподаватель, должна обладать и уметь манипулировать определенными знаниями, или, как еще говорят, моделями знаний (ибо хранимые в системе знания, как показывает практика, далеко не всегда адекватны реальности). Прежде всего это относится к знаниям системы о предметной области (и о модели предметной области), об ученике (модели обучаемого), об организации процесса обучения (модели обучения) и об основах взаимодействия с учеником (модели человеко-машинного взаимодействия). В интеллектуальных обучающих системах эти знания представлены в форме, свойственной системам искусственного интеллекта. Как правило, для этого используются экспертные системы различных типов, а управление знаниями возлагается на соответствующие модули: модуль-эксперт предметной области, модуль, управляющий знаниями об ученике, модуль-педагог и интерфейсный модуль.
Существующий опыт создания и использования интеллектуальных обучающих систем демонстрирует возможность и эффективность применения методов искусственного интеллекта как в автоматизированных обучающих системах, так и в компьютерных системах учебного назначения, сочетающих различные подходы в развитии знаний и навыков обучаемых.
По мере роста массовости и популярности глобальных компьютерных сетей огромному числу обучаемых становятся доступными электронные учебные курсы, разработанные для использования в режиме дистанционного обучения. Среди таких программ могут и должны быть интеллектуальные обучающие системы, на практике доказавшие свою полезность. Проведенный анализ показывает, что нет никаких концептуальных препятствий для создания интеллектуальных обучающих систем, работающих в режиме дистанционного обучения в глобальных компьютерных сетях. Более подробную информацию об ИОС можно получить в статье [23], а также в ряде работ [8, 31-34, 39, 52, 54, 83, 113, 119, 121, 172, 173, 174, 195, 196]. Об автоматизированных оценочных системах можно получить информацию в работе [100].
Также следует отметить, что хорошие перспективы имеет создание мультимедийных КОП и использование в качестве носителей информации DVD-rom, это дает возможность хранения на одном носителе весьма значительного количества информации (в настоящее время многие КОП предлагаются в виде комплекта CD, использование DVD-rom дает возможность размещать такие продукты на одном диске).
При проектировании КОП, разработке методик их создания и использования в учебном процессе необходимо учитывать вышеизложенные тенденции, такой подход является условием эффективного использования информационных технологий в образовании.
Общеобразовательные аспекты предлагаемого пособия. способы активизации познавательной деятельности ученика
Существуют задачи из различных областей знаний, требующие для своего эффективного решения наличия весьма сложного инструментария. В принципе некоторые простейшие инструменты используются во многих задачниках по различным дисциплинам, самый простой пример - использование калькулятора для решения задач по математике и физике.
Однако следует отметить принципиально важный момент: в приведенном выше случае наличие инструмента (калькулятора) не является необходимым, инструмент лишь несколько сокращает временные затраты. При отсутствии инструментария для сложных задач решение их является весьма затруднительным, а иногда просто невозможным.
Еще одним существенным отличием подобных продуктов является то, что необходимый инструментарий бывает уникальным и разрабатывается в процессе создания пособий, а также может сочетаться со стандартными пакетами прикладных программ из различных областей знаний.
Все инструменты, используемые для решения сложных задач, условно можно разделить на четыре типа. 1. Инструменты для автоматизации выполнения "рутинных" операций. Выполнение этих операций без использования инструментария (например, вручную) возможно, но занимает неприемлемое время (например, с точки зрения учебного плана). 2. Инструменты для выполнения таких операций, произвести которые без инструментария невозможно, например: - операции с очень большим количеством вычислений; - моделирование процессов и ситуаций, понимание сути которых необходимо для решения задачи. 3. Инструменты для выполнения иллюстраций к заданию, когда решение задачи без этих иллюстраций невозможно. Необходимость в таких иллюстрациях может возникнуть при обучении музыке (для решения задачи необходимо прослушать некоторое музыкальное произведение), а также таких дисциплин, как история искусства, история кино и других (необходима работа с видеоинформацией). 4. Инструменты, предназначенные для выполнения некоторых действий, необходимых для решения задачи. Например, при изучении иностранных языков может возникнуть необходимость произнесения учеником различных фраз и ввода их в компьютер для анализа обучающей программой. Следует отметить, что под инструментом в большинстве случаев следует понимать некий программный продукт, хотя иногда инструменты могут быть реализованы аппаратно (это относится в первую очередь к инструментам последних двух групп). Необходимо заметить, что инструменты могут быть специально разработаны (большинство инструментов первой и второй группы) или представлять собой стандартную программу или устройство (значительное количество инструментов третьей и четвертой групп). Еще стоит обратить внимание на то, что в зависимости от дисциплины, по которой создается задачник, возможно использование в нем как инструментов отдельных групп, так и комбинаций инструментов различных типов. Важным достоинством инструментальной программы является возможность ее работы в интерактивном режиме. Интерактивные КОП с методической точки зрения обладают рядом достоинств. Во-первых, при решении сложных комбинаторных задач с различными путями дальнейших действий, среди которых могут быть и ложные, интерактивный режим позволяет работать с промежуточными результатами, что дает возможность исправлять ошибки, выдвигать различные гипотезы и проверять их по ходу работы. Таким образом, интерактивный продукт является гибкой оценочной системой. Во-вторых, интерактивный режим является характерным для значительного количества современных программных продуктов, таких, как системы автоматизированного проектирования, различные бухгалтерские программы и т. д. Применение интерактивных КОП позволяет обучаемому освоить работу с продуктами, работающими в режиме диалога. В-третьих, использование интерактивного режима привлекает внимание обучаемого. Работа с подобными продуктами схожа с компьютерной игрой и гораздо менее утомительна. Описание пакета инструментов, позволяющих решать криптографические задачи (анализ простейших шифров) в интерактивном режиме, приведено в параграфе 2.5, а в главе 3 приводятся примеры работы этого пакета. Проблемы использования интерактивных продуктов в образовании рассматриваются в работах [110,135]. Подводя итог сказанному, можно сделать вывод, что необходимость разработки и выбора некоторого набора из числа стандартных программ инструментов для решения задач является основным способом избавления от ручного труда и обеспечению альтернативности вариантов поиска решения. Еще одной важной особенностью сложных задач является сложность создания самих вариантов задач. Из этого вытекает необходимость разработки набора инструментов для генерации заданий. Эти инструменты являются уникальными для каждого пособия. Необходимо также отметить принципиально важный момент: наличие инструментов для генерации заданий предполагает, что пользователем данного пособия будет не только ученик (как это характерно для большинства КОП), но и преподаватель.
При создании практических пособий следует также обратить внимания на методические проблемы. Основной из этих проблем является необходимость создания задач, которые ученик, имеющий соответствующую подготовку, способен решить за выделенное время. Таким образом, предлагаемые для решения задачи должны быть адаптированы в зависимости от подготовки учеников. Адаптация может осуществляться различными методами: путем сознательного внесения упрощений при постановке задачи, использования задач, решаемых по некоторым стандартным алгоритмам, введения различных подсказок и т. д.
Адаптация может осуществляться как предварительно (разрабатывается отдельная программа), так и в ходе работы программы-генератора заданий. Методические проблемы, возникающие в процессе разработки практических пособий по криптографии (в том числе и варианты адаптации исходных текстов), а также пути решения некоторых из них будут описаны в главе 3. Весьма важным моментом для успешного решения сложных задач является наличие вспомогательных материалов. Эти материалы подразделяются на две группы: теоретические сведения и справочные материалы.
Наличие теоретических сведений в задачнике крайне желательно, так как обращение к теории может потребоваться обучаемому при решении сложных задач и удобнее для него, если имеется возможность получить эти сведения непосредственно из задачника, не прибегая к обращению к другим источникам. При этом следует особо отметить, что теоретический раздел задачника ни в коем случае не заменяет собой учебник. Этот раздел содержит лишь минимум теории, необходимой для решения задач (то есть служит своеобразной «шпаргалкой» для обучаемого).
Задачник должен быть снабжен всей справочной информацией, которая может понадобиться ученику в ходе решения задач (это могут быть графики, таблицы, гистограммы и т. п.). Следует отметить, что некоторая часть справочной информации (или даже весь ее объем) может выдаваться ученику в ходе его работы с инструментарием для решения задач.
Наличие вспомогательных материалов и обеспечение доступа к ним обучаемого позволяет при решении задачи не прибегать к дополнительным источникам и не отвлекать внимание ученика от решения задачи.
