Авторская система TeachLabCourseMaster
А.А. Пугачев, кафедра математики и информатики
Улан-Удэнский филиал Восточно-Сибирского института МВД России,
Улан-Удэ, Россия
Введение
Анализ опыта внедрения в школах, вузах и различных предприятиях, компьютерных программ учебного назначения показывает, что важным фактором, препятствующим их широкому применению, является неполное соответствие предлагаемого материала идеям и методам преподавания той или иной дисциплины. Многие педагоги проявляют значительную осторожность в использовании обучающих программ и педагогических программных средств. Идеальным решением этой проблемы является полный учет требований пользователя (преподавателя), что практически недостижимо. В настоящее время в сфере разработки обучающих и других учебных программ доминируют интересы и предпочтения производителя, то есть программистов-разработчиков компьютерных программ. В печати и на конференциях различного уровня не раз высказывалось мнение, что современному педагогу, скорее нужен не диск с полным мультимедийным курсом по предмету, а некоторые элементарные кирпичики, которые он мог бы использовать в качестве красочных иллюстраций своих идей и методов и которые более органично вписались бы в традицию использования наглядных пособий, подбираемых педагогом для своего занятия.
В связи с этим представляется целесообразным создание не законченной обучающей продукции, а своеобразных электронных конструкторов - инструментальных программных средств (авторских систем) для создания педагогом собственных ЭУК. В настоящее время существует довольно много таких систем, как коммерческих, так и исследовательского уровня, различающихся простотой освоения, предоставляемыми возможностями, стоимостью и т.д. В рамках данной статьи рассмотрена авторская система TeachLab CourseMaster ( http://teachlab.km.ru). Система TeachLab CourseMaster предназначена, в первую очередь, для создания адаптивных электронных учебных курсов.
Основные возможности системы, приведены ниже:
Представление в ЭУК предметных, педагогических и диагностических знаний.
Формирование и поддержка Модели обучаемого.
Адаптация к предметной области.
Адаптация к уровню знаний и умений разработчика электронных курсов
Использование коммуникационного посредника (Ассистента), позволяющего переключить обучаемого из коммуникации "человек-человек" в коммуникацию "человек-компьютер".
Визуальная среда проектирования страниц курса.
Наличие объектно-ориентированного языка программирования (Object Pascal, Visual Basic, JavaScript).
Простые механизмы подключения дополнительных библиотек обучающих компонент и элементов управления ActiveX.
Представление знаний в системе
Система обеспечивает представление в электронном учебном курсе предметных, педагогических и диагностических знаний [Норенков Ю. И., 1993].
К предметным знаниям отнесены: учебный материал, знания, способствующие поиску требуемой информации, и знания о структуре предметной области.
В системе CourseMaster учебный материал представлен в виде страниц учебного курса, которые обладают следующими свойствами:
каждая страница курса имеет атрибуты, назначаемые автором и классифицирующие учебный материал по различным критериям (уровень представления учебного материала, уровень усвоения учебного материала, уровень осознанности [Беспалько В. П., 1977]);
страница курса содержит специальные данные, облегчающие поиск содержащейся в ней информации (метаданные);
страница учебного курса может содержать гиперссылки на другие страницы курса и диагностические знания;
информация на страницах курса может быть представлена в различных формах (текст, графические образы, диаграммы, видео, аудио и т.д.). Конкретное множество допустимых видов информации задается реализацией, т.е. зависит от множества используемых обучающих компонент;
каждый из информационных элементов, составляющих страницу курса, обладает определенными свойствами, которые могут изменяться в ходе процесса обучения.
Множество страниц учебного курса, организованных определенным образом, образуют структуру предметной области HS. Для каждого элемента t HS могут быть определены:
страница учебного курса;
множество диагностических учебных воздействий (пре- и пост-тестирование);
множество педагогических знаний, осуществляющих управление процессом обучения и модификацию модели обучаемого.
Представление педагогических знаний
Для реализации процесса адаптивного обучения необходимо планирование учебных воздействий и корректировка получаемых планов в зависимости от успешности усвоения материала. Оглавление учебного курса (структура предметной области) содержит ссылки на предметные знания и задает отношения между темами учебного материала. Его создание осуществляется разработчиком курса и оно остается неизменным в процессе обучения. Между тем, необходимость индивидуализированного подхода к обучению требует планирования учебных воздействий, как на основании структуры предметных знаний, так и на основании модели конкретного обучаемого.
Управляющий модуль системы целесообразно рассматривать как конечный автомат, который в любой момент времени находится в некотором состоянии. Состояние автомата однозначно определяется значениями его внутренних переменных. Изменение состояния происходит после поступления внешнего воздействия, в данном случае - действия обучаемого. Новое состояние определяется на основании поступившего внешнего воздействия и предыдущего состояния и выбирается в соответствии с функцией перехода, которая задается при помощи продукционных правил.
Таким образом, для представления педагогических знаний в системе реализованы следующие компоненты:
внутренняя память, в которой хранятся значения переменных, и
множества правил-продукций, анализирующих и изменяющих состояние данных переменных.
Для хранения значения внутренних переменных используется Реестр системы - динамическая база данных для хранения неоднородной информации, индивидуальной для каждого обучаемого.
В Реестре выделены следующие подструктуры:
модель обучаемого: уровень знаний, предпочтения и т.д.;
заметки обучаемого;
протокол работы обучаемого с системой, в котором сохраняются сведения о пройденном учебном материале;
информация о состоянии некоторых концептов предметной области и т.д.
Для хранения практически всей указанной информации используются элементы (разбитые на категории, секции) следующего вида:
Атрибут = Значение
где Атрибут - символьный идентификатор элемента Реестра: Значение - значение данного элемента Реестра, принадлежащее к одному из следующих типов: логический (Boolean), целый (Integer), вещественный (Float), строковый (String), поток (Stream), компонент (Component).
Для анализа и модификации содержимого Реестра используются продукционные правила, генерируемые автоматически при проектировании курса или разрабатываемые автором курса.
Каждое продукционное правило имеет следующий формат:
Список условий > Список действий
Список условий правил составляется из операторов используемого языка программирования, в частности, операторов, анализирующих состояние Реестра.
Список действий также составляют операторы текущего языка программирования, в частности, операторы, производящие модификацию Реестра.
Диагностические знания
Диагностические знания содержат сведения о способах и методах контроля знаний, умений и навыков обучаемого (вопросы и упражнения).
В рассматриваемой системе, по способу получения ответа, выделены следующие типы (варианты) контрольных вопросов (упражнений):
упражнения с заданным множеством ответов:
одиночный выбор;
множественный выбор;
ввод с клавиатуры;
область на рисунке;
соответствие;
иерархия;
упражнения с присоединенной процедурой вывода и анализа ответов (свободно-конструируемые вопросы).
Поддержка вопросов с заданным множеством ответов - обязательное условие для любой авторской системы современного уровня. Однако более полно контролировать процессы усвоения знаний, формирования умений и навыков позволяют вопросы с присоединенной процедурой вывода и анализа ответов (свободно конструируемые вопросы).
В чем суть вопросов этого типа? Практика показывает, что гораздо эффективнее, при проверке знаний и умений, вместо вопроса, например, "Как создать новую папку на Рабочем столе Windows?", потребовать - "Используя контекстное меню, создайте папку на Рабочем столе Windows". В этом случае, тестируемый, не выбирает правильный ответ из предложенных вариантов, а выполняет набор действий, который приводит к желаемому результату. Именно такое тестирование и позволяют реализовать свободно конструируемые вопросы.
Вопросы этого типа - наиболее эффективный способ проверки знаний и умений, но платой за эффективность является довольно высокая сложность разработки данных вопросов, связанная с необходимостью знания основ программирования. Однако в будущем, благодаря разработки специализированных компонент (в рамках данного проекта - обучающих компонент), сложность проектирования данных вопросов значительно снизится.
Для вопросов любого типа в системе CourseMaster могут быть определены метаданные, наличие которых позволяет генерировать тесты, индивидуализированные и соответствующие параметрам запроса автора курса или системы, т.е. авторы могут точно определить различные параметры опроса обучаемых, необходимые в некоторой точке учебного курса: общее количество вопросов, пропорцию вопросов специфического вида или специфичных тем, трудность, важность и т.д. В частности, использование метаданных позволило реализовать такую функцию система как "Работа над ошибками".
По способу активации множество диагностических знаний разделено на следующие подмножества: