Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие положения по информационно-образовательной среде 8
1.1 Обзор публикаций по теме диссертации 8
1.2 Основные определения 22
1.3 Выводы .' 26
Глава 2. Инновационные технологии в образовании 27
2.1. Обзор образовательных систем 27
2.1.1. Воспроизводящее обучение 27
2.1.2. Развивающее обучение 29
2.2 Программированное обучение 44
2.2.1 Линейное программирование 45
2.2.2 Разветвленное программирование 48
2.2.3 Смешанное программирование 50
2.3. Методология, применяемая в модели информационно-образовательной среды 51
2.4. Выводы 54
Глава 3. Технологические свойства информационно-образовательной среды 55
3.1 Моделирование как метод исследования 55
3.2 Моделирование обучения 61
3.3. Модели информационных систем с точки зрения обратной реакции 64
3.4 Модель гипертекстового представления информации 65
3.5 Проблемы использования гипертекста в образовательных системах 69
3.6 Предлагаемые методы и технологии 71
3.7 Выводы 77
Глава 4. Проблемно-задачное моделирование в гуманитарных науках 79
4.1 Современные способы коммуникации : 79
4.2 Количество и способы использования мультимедиа-технологий 84
4.3 Формат использования компьютерных технологий 89
4.4 Содержательное наполнение ИОС 92
4.5 Опыт моделирования информационных сред 96
Проект IDEA 96
История России XX века. Мультимедийный курс 101
4.6 Описание разработанной ИОС 102
Глава 5. Реализация модели информационно-образовательной среды 106
5.1 Общая постановка задачи по реализации ИОС 106
5.2 Контекстная обработка информации 107
5.3 Структура базы данных 111
5.3.1 Информационный объект- сюжет 111
5.3.2 Информационный объект-модуль 113
5.3.3 Информационный объект - источник 113
5.3.4 Информационный объект - ключевое слово 114
5.3.5 Информационный объект - термин 115
5.3.6 Информационный объект-идея 115
5.3.7 Информационный объект-персоналии 116
5.3.8 Информационный объект - задача 116
5.3.9. Структурная схема базы данных ИОС 117
5.4 Работа в системе... 118
5.5 Смысловая когерентность среды 120
5.6 Методы повышения смысловой когерентности среды 126
5.7. Оценка эффективности разработанной модели ИОС 128
Заключение , , 135
Список литературы
- Основные определения
- Линейное программирование
- Модели информационных систем с точки зрения обратной реакции
- Количество и способы использования мультимедиа-технологий
Введение к работе
Опыт научных исследований последнего десятилетия доказывает: информационные технологии нельзя более рассматривать как нечто принадлежащее исключительно миру техники. Информационные технологии настолько глубоко проникли в научное сообщество, что вычленить их из общего культурологического контекста уже невозможно. Качественный скачок в информационной индустрии свидетельствует о необходимости анализа новейших технологий в общегуманитарном контексте. Можно отметить, что одной из основных задач гуманитарного знания является задача сохранения и приумножения культурного наследия, его передача из поколения в поколение. Эта задача современного образования [1]. Применение компьютерных технологий в образовательном процессе пока, к сожалению, недостаточно проработано на концептуальном уровне - в образовательный процесс внедряются единичные программные продукты или информационные системы, но общая теоретическая база, включающая методологию, анализ существующих систем, выявление особенностей информационно-образовательных систем пока только разрабатывается. Одним из направлений концептуального проектирования информационно-познавательных систем является предложенная работа.
Таким образом, существует необходимость разработки теоретических и практических моделей информационно-образовательной среды, в которой было бы возможно эффективно использовать возможности, предоставляемые новыми информационными технологиями. В работе особое внимание уделяется гипертекстовым информационным структурам: специфике их создания, развития и эксплуатации. Данное направление развития информационных систем видится наиболее перспективным. Все это и определяет актуальность настоящего исследования.
Целью данной работы является создание компьютерной модели информационно-познавательной среды* в частности, для гуманитарного образования.
Учитывая недостаточную степень разработанности рассматриваемой проблемы, достижение заявленной цели сопряжено с решением следующих основных задач:
выявить специфику информационных технологий на современном этапе с точки зрения возможности их использования в образовательном процессе
проанализировать существующие образовательные технологии, включая особенности применения компьютеров для решения образовательных задач
проанализировать существующие методы нелинейного представления информации (гипертекстовые структуры, экспертные системы и т.д.)
разработать модель информационно-познавательной системы, включая выработку форматов представления и инструментарий
Теоретическую базу работу составили труды отечественных и зарубежных ученых. Методологической основой исследования являются междисциплинарные работы в ряде областей педагогики, информатики и кибернетики.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Выявлен дисбаланс между современными методами передачи информации и потребностями системы современного высшего образования;
С учетом специфики моделирования компьютерных образовательных систем в гуманитарном образовании выработаны рекомендации к построению интерактивных компьютерных образовательных систем.
С учетом результатов теоретической разработки модели информационно-образовательной системы, включающей подготовку форматов представления информации, а также инструментария для работы с представленной информацией, разработаны форматы описания объектов исторической информационной среды и создана программная модель информационно-познавательной среды на материалах истории России в 1928-1934 гг.
Имеющиеся теоретические разработки в рассматриваемой области знаний дополнены анализом ряда новых и малоизученных проблем, а также новыми
результатами, что создает базу для решения теоретических и практических задач информатизации высшего образования.
Результаты работы могут быть использованы для внедрения в образовательный процесс. Кроме того, результаты работы представляют ценность с точки зрения принципов создания творческих коллективов для решения информационно-образовательных задач.
G учетом того, что внедрением информационных компьютерных технологий в сферу образования занимаются ведущие научно-исследовательские организации во всем мире, а также того, что в информационном обществе весьма важно единство форматов представления и обработки знаний, представляют особую теоретическую и практическую ценность полученные и систематизированные в диссертации результаты исследований как российских, так и зарубежных ученых. Это позволило выявить закономерности развития единого формата представления знаний и может быть использовано в дальнейших исследованиях по данной проблематике.
Разработанная информационно-образовательная модель внедрена на кафедре новейшей отечественной истории Историко-архивного института Российского государственного гуманитарного университета (ИЛИ РГГУ).
Результаты работы были доложены на семинарах Историко-архивного института РГГУ (рук. Зубкова Е.Ю.), на семинаре «Моделирование сложных систем и процессов» (рук. Строгалов А.С.) механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, на учебных семинарах УНЦ «Интеллектуальные системы и нечеткие технологии» (ФЦП «Интеграция»), докладывались на VII региональной научно-практической конференции «Гуманитарная наука в центральном регионе России: состояние, проблемы, перспективы развития» (23-25 мая 2005 г. Тула-Куликово поле), неоднократно на семинарах ректора РГГУ «Новые информационные технологии в образовании», на семинарах президента РГГУ «Новая образовательная среда», на международном научно-методическом семинаре «Гуманитарная природа образования. Единство двух образовательных моделей» (Голицыно, 22-25 января 2003 г.), на семинаре в общественном центре
им. А. Сахарова (2004 г.). Основные положения и выводы диссертации были использованы в сообщениях и докладах автора на научных конференциях и семинарах, а также опубликованы в статьях общим объемом 2,3 п.л. Материалы диссертации использовались при проведении семинаров со студентами-историками.
Основные определения
В данном разделе рассматриваются основные определения, используемые при последующем изложении материала. Обучение - целенаправленно организованный, планомерно и систематически осуществляемый процесс овладения знаниями, умениями и навыками под руководством опытных лиц - педагогов или мастеров. Результат усвоения систематизированных знаний, умений и навыков; необходимое условие подготовки человека к жизни и труду.
Дистанционное обучение - это такой процесс, при котором преподаватель и учащийся физически удалены друг от друга, а преподавание и обучение происходит с использованием либо одной, либо нескольких ИТ. Раньше это были печать, радио и телевидение. Появление новых ИТ приводит к изменениям в этих традиционных программах «открытого» или дистанционного обучения. [Всемирный доклад ЮНЕСКО о коммуникации и информации в 1999-2000 гг.]
Информация - (от лат. informatio - ознакомление, разъяснение, представление, понятие): 1) сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-либо, передаваемые людьми; 2) уменьшаемая, снимаемая неопределенность в результате получения сообщений; 3) сообщение, неразрывно связанное с управлением, сигналы в единстве синтаксической, семантической и прагматической характеристиками; 4) передача, отражение разнообразия в любых объектах и процессах (неживой и живой природы) [Философский энциклопедический словарь, с. 217].
Информатизация - организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов. [Федеральный закон РФ "Об информации, информатизации и защите информации". М.: 1995 г.]
Информатизация обучения. Под информатизацией обучения в современной дидактике чаще всего понимается использование вычислительной техники и связанных с ней информационных технологий в процессе обучения как средств управления познавательной деятельностью обучающихся и предоставления учителю и учащемуся необходимой текстовой и наглядной информации, дополняющей содержание образования.
Информатизация обучения предусматривает широкое использование компьютерных систем тестирования уровня подготовки и параметров психофизического развития. Это становится особенно актуально в связи с разработкой стандартов образования. Следует отметить, однако, что наметившаяся в последнее время тенденция перенесения зарубежных тестов в практику российского образования небезопасна, поскольку тесты создаются с учетом ментальности той системы образования, для которой они предназначены. Будучи применены в другой системе, они в лучшем случае, могут дать неверные результаты, а в худшем — нанести урон психическому состоянию учеников.
Образовательная технология - это система совместной деятельности учащихся и учителя по проектированию (планированию), организации, ориентированию и корректированию образовательного процесса с целью достижения конкретного результата при обеспечении комфортных условий участникам.
Любая образовательная технология включает в себя: целевую направленность; научные идеи, на которые опирается; системы действий учителя и ученика (в первую очередь в категориях управления); критерии оценки результата; результаты; ограничения в использовании.
Технология - это совокупность методов обработки, изменения состояния, свойства, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Задача технологии как науки - выявление: закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов [СЭС, с. 1341].
Линейное программирование
Теоретические основы современной версии линейного программирования разработал американский психолог Б. Ф. Скиннер. Во время конференции, посвященной анализу тенденций развития психологии, которая состоялась в марте 1954 г. в Питтсбурге, он сделал доклад на тему «Наука учения и искусство преподавания» (The Science of Learning and the Art of Teaching), представив в нем общий очерк своей концепции программированного обучения. Основными теоретическими принципами программированного обучения являются: а) принцип деления материала на небольшие, тесно связанные между собой части (порции, шаги); б) принцип активизации деятельности учащихся, изучающих про граммированный текст; в) принцип немедленной оценки каждого ответа учащегося; г) принцип индивидуализации темпа и содержания учения; д) принцип эмпирической верификации (проверки) программированных текстов.
При таком подходе, учение представляется как процесс выработки у учащегося новых способов поведения или модификации уже сложившихся. Вероятность того, что данный субъект овладеет каким-то новым, желательным, с точки зрения автора программы, способом поведения, новым действием или определенными знаниями, возрастает благодаря его многократному повторению. Однако это повторение не должно быть механическим; его результаты должны контролироваться самим обучающимся и включаться в более широкий контекст.
В случае обучения животных, активизирующим фактором оказывается создание ситуаций, требующих удовлетворения таких биологических потребностей, как, например, голод, жажда. Стремясь к их удовлетворению, животные выполняют различные действия. Когда экспериментатор заметит действие, желательное с точки зрения достижения поставленной им цели, он усиливает его попросту с помощью корма, придавая этому действию сравнительную устойчивость. Так Скиннер научил своих голубей реагировать на определенные раздражители: переступать с ноги на ногу, играть в настольный теннис, отличать круг от эллипса и т. п.
Вербальное обучение, характерное для людей, требует других активизирующих факторов. Стремление к удовлетворению потребностей может быть использовано как движущая сила и здесь, однако в этом случае на первый план выступают потребности не биологические, а познавательные, возникшие, например, вследствие помещения учащихся в проблемные ситуации. Особенно эффективным, по мнению Скиннера, с этой точки зрения является метод Сократа, так как он требует от ученика непрерывной активности, вынуждая его после каждого шага вперед снова давать ответ на очередной вопрос.
При этом ответы должны удовлетворять определенным требованиям: ответы должны быть самостоятельно сформулированы на основе внимательного изучения материала. ответы должны быть доступны внешней проверке, потому что только в этом случае ученику можно помочь в устранении возможных ошибок. степень трудности подготовки ответа должна возрастать в соответствии с принципом «от простого к сложному», однако эта трудность не должна переходить границы, определяемые принципом предупреждения ошибок. методы подтверждения (подкрепления) правильных ответов при обучении людей и животных должны быть различными, поскольку у людей вероятность случайного нахождения правильного ответа путем проб и ошибок значительно меньше, так как существует возможность разных реакций на идентичные раздражители. В этой ситуации, чтобы оградить ученика от поисков ответа на ощупь и от фантазирования, используемая в опытах с животными форма свободного поведения заменяется формой поведения контролированного, подсказывающего ему правильный ответ. По теории Скиннера, такое инструментальное (обусловленное) учение, существенно отличается от классической концепции условных рефлексов. Разница состоит в том, что в ходе классического условного рефлекса закрепляется прежде всего реактивное поведение, существенной чертой которого является непосредственная реакция на предваряющий ее раздражитель, в то время как инструментальное учение определяет оперативное поведение, соответствующее предвидимым следствиям. Этот вид поведения считается основным в данной теории и на его исследовании концентрируется основное внимание.
При линейном принципе программирования ученик, работая над учебным материалом, последовательно переходит от одного шага программы к следующему. При этом все ученики идут одним путем, прорабатывая все шаги программы подряд. Такой подход не позволяет проводить обучение с учетом личностных особенностей учащихся, их подготовки и мотивации. Это, естественно, вызвало волну критических комментариев по отношению метода линейного программированного обучения.
Модели информационных систем с точки зрения обратной реакции
Первая модель. Емкость с песком и стальной шарик. Если уронить шарик на поверхность песка, то он немного тонет в нем и остается точно там, куда упал. В данной модели песок несет на себе пассивную и точную запись того, что с ними произошло.
Вторая модель. Стальной шарик и неровная пластиковая поверхность. В данном случае шарик не остается там, где упал, а катится до тех пор, пока не достигает углубления. В этом случае поверхность вносит изменения во входящую информацию. В отличие от емкости с песком, пластиковая емкость не хранит точной записи о том, что с ней произошло. Входящая информация изменена или "искривлена". Эта модель представляет активную информационную систему.
Третья модель. Стальной шарик и емкость с тяжелой вязкой жидкостью. После падения на поверхность, шарик постепенно погружается в жидкость. Когда он останавливается, мембрана прогибается. Если уронить на поверхность еще один шарик, он покатится вниз по склону и остановится возле первого шарика. Как и емкость с пластиковой поверхностью, емкость с вязкой поверхностью является активной информационной системой. У пластиковой поверхности контуры были сформированы до прибытия первого шарика. В случае с вязкой поверхностью именно шарик самостоятельно формирует контуры. Вязкая поверхность - это среда, в которой входящая информация может сама организовываться в группы. При этом первая же входящая информация вызывает перемены на поверхности. Эта измененная поверхность затем меняет способ приема последующей информации, которая самоорганизуется некоторый шаблон. Очевидно, что информационные системы должны обладать всем комплексом обратных реакций:
с одной стороны, при занесении информации в среду, система должна фиксировать «место входа» информации - идентификация автора-создателя материала в среде, время занесения и т.д. Такое отношение к информации характерно для первой модели.
с другой стороны, определенному материалу среды должны быть присвоены определенные свойства, обозначаемые в среде - атрибуты. То есть размещение информации в месте, определяемом системой -отношение к информации, характерное для второй модели.
Возможность изменения списка свойств системы определяет третью модель информационных систем с точки зрения обратной реакции.
Важно, что компьютерная обучающая система должна отвечать третьей модели - без этого невозможно индивидуализировать систему и обеспечить ее гибкость. М. Маклюэн в 60-х годах двадцатого века отметил, что телевидение, как новый и активно развивающийся социальный феномен, "вобрало" в себя другие масс-медиа (радио, кино, прессу). Сейчас подобный процесс совершается уже на основе иной информационно-коммуникационной структуры. Тем самым обеспечивается бесконечное генерирование знаков и текстов, комбинирование различных материалом (визуальных, аудиальных, интерактивных), соединение различных точек аспектов бытия. Принципиальное отличие современных «гипермедиа» от обычных «масс-медиа» в том, что первые ориентированы на индивидуальное и избирательное использование информации, а вторые - на массовые информационные потоки. Многие черты электронного . общения свойственны традиционным СМИ, однако в последнем случае все феномены заданы зрителю или слушателю: сам он практически не участвует в конструировании новостей, теле- и радиообразов; они даны ему в эфире и единственное, что он может, - воспринимать или не воспринимать предъявляемую информацию.
Так как компьютерная среда в принципе бесконечна по своим параметрам и децентрализована (Интернет), любой ее участник своим включением в определенном смысле создает мир, глобальный и локальный одновременно. Текст становится открытым для всех, и учительство превращается в наставление по серфингу. Вследствие этого преобладающей формой общения становится диалог, а не монолог; вместо односторонне направленного информационного потока приходит коммуникационное взаимодействие посредством компьютера.
Работы по организации взаимодействия человека и компьютера велись со второй половины XX века. Начиная с середины 60-х годов, обсуждался вопрос о вступлении наиболее развитых стран в качественно иную стадию социального развития, охарактеризованную как постиндустриальное или информационное общество. Главным отличием такого общества является определяющая роль информационных технологий во всех сферах жизнедеятельности людей.
Основные задачи, которые ставили перед собой идеологи методов взаимодействия человека и компьютера состояли в том, чтобы машина выступала в качестве помощника, усиливала природный интеллект человека [37]. Тогда и была сформулирована модель гипертекста: система представляет собой совокупность объектов-узлов и их связей, а также интерфейс, обеспечивающий взаимодействие человека и компьютера, включающий в себя принципы навигации по гипертекстовой среде.
Количество и способы использования мультимедиа-технологий
Следующий вопрос, которого необходимо коснуться при концептуальной разработке информационно-образовательных продуктов, касается особенностей подачи сложно-структурированной информации. Исторически сложилось так, что компьютеры не являются «естественной средой» для работы специалистов-гуманитариев. Как добиться простой, естественной интеграции существующих материалов в информационную среду?
Первым этапом должно быть определено - а ЗАЧЕМ материалы преобразовывать и размещать в каком-либо электронном виде. То есть, КАКИЕ ЗАДАЧИ можно будет проще и быстрей решить, используя компьютерные технологии. А какие задачи, быть может, вообще невозможно решить, используя лишь «бумагу и перо».
В результате определения этих задач формируется предварительное задание, которое можно разбить на два направления: выработка формата для оптимальной работы и разработка необходимого инструментария. Различные авторские модули вполне органично могут объединяться при наличии общих подходов к формальной и контекстной обработке информации. Отталкиваясь от решения конкретной задачи, можно очертить круг смежных с ней проблем, проанализировать общие тенденции и разрабатывать систему с учетом ее потенциального развития.
Сотрудники Sun Microsystems провели исследование наиболее популярные стили письма, которое позволило определить оптимальные характеристики представления текстовой информации на экране:
1. Текст должен легко просматриваться. Структура экранного текста должна дать возможность пользователю быстро ознакомиться с его содержанием.
2. Текст должен быть коротким, по крайней мере, поделен на абзацы. Слишком длинные тексты заставляют пользователя читать только начало (на первом экране) и конец (на последнем экране) текста.
. 3. Графические элементы нравятся пользователям, только если они дополняют текст. Графика, которая ничего не добавляет к тексту, только отнимает у пользователя время.
4. Пользователям нравятся всевозмоэ/сные оглавления и анонсы. Если предлагать пользователю краткие анонсы с возможностью выхода в подробности и обсуждения, то ему сразу будет понятна тема материала.
5. Текст должен быть написан не в рекламном, а в информативном стиле, что также обеспечит и его лаконичность.
Результаты исследований, проводящихся уже более десяти лет, показывают, что человек считывает информацию с экрана иначе, чем с листа бумаги [41,42]. В силу специфика работы с электронной информацией, и связанных с этой спецификой психических нагрузок пользователя, особое значение приобретает качество интерфейса: графический дизайн и юзабилити. Юзабилити - комплекс свойств интерфейса, обеспечивающих комфортную работу пользователя с компьютерной системой.
Одна из задач кинематографии - задача передачи невербальной информации эмоций и ощущений, создание в воображении зрителя целостной картины, наличие которой в случае научных исследований означает понимание. В 1929 году Лев Кулешов опубликовал свою книгу «Искусство кино», которая вобрала в себя весь опыт работы его киношколы, описание проведенных экспериментов, объяснения отличий кино от театра, а также методы построения кадра. На страницах этой книги автор трактует кадр как знак, как «китайскую букву» - иероглиф. Еще в 1917 году он писал, что для того чтобы сделать картину, режиссер должен скомпоновать отдельно взятые куски в одно целое и сопоставить отдельные моменты в наиболее выгодной, цельной и ритмической последовательности, также как ребенок составляет из отдельных, разбросанных кубиков с буквами целое слово или фразу.
Из его публикаций следует, что во всех случаях получения информации из окружающей среды человек ищет связи между отдельными «кусками» информации. Только после того, как возникает понимание связи воспринятых событий, наступает некоторое облегчение, спад внутреннего напряжении. Это связано с инстинктом самосохранения - страх непонятного приводит к ощущению дискомфорта.
И при создании фильма, и при создании обучающей системы, разработчики имеют в наличии экран. Есть существенные отличия между экраном фильма и рабочим столом пользователя компьютера, но также есть сходства, и представляется интересным более продолжительный опыт кинематографии, теоретические и практические исследования в этой области.
Эксперименты Кулешова доказали, что в сознании человека существует жесткая модель пространственного представления, и что механизм мышления на осознанном уровне строится на том же методе, что и механизм, позволяющий ориентироваться в пространственной ситуации — методе сопоставления.
Для организации на экране проблемы или задачи, необходимо учитывать эти выводы и провоцировать пользователя сопоставлять. Для этого можно предложить следующие методы построения экрана: