Эффективность применения электронного учебника

Области применения электронного учебника в учебном процессе

Электронный учебник при грамотном использовании может стать мощным инструментом в изучении большинства дисциплин, особенно связанных с информационными технологиями (ИТ). Первые электронные учебники появились еще на заре мультимедиа-технологии и получили распространение на компакт-дисках, но и сейчас редко удается встретить в учебном процессе использование таких дисков. Есть две основные причины этого явления:

• 1. Использование электронных учебников сопряжено с установкой дорогостоящего оборудования. Только в последнее время персональные компьютеры, пригодные для работы с мультимедиа-программами, стали относительно дешевы, но даже сейчас финансовое состояние многих образовательных учреждений не позволяет обеспечить ими учащихся в достаточном объеме.
• 1. В зависимости от вида изложения (лекция, семинар, тест, самостоятельная работа) сам ход занятия должен быть соответствующим образом адаптирован для достижения эффекта от использования учебника, а сам учебник должен поддерживать те режимы обучения, для которых его используют. Информация о предназначении электронного учебника для того или иного вида занятий должна быть указана в описании, а разработчики обязаны проработать предлагаемые режимы (интерфейс, озвучание, анимационные и видеофрагменты, гибкие настройки учебного курса и свойств программы).

Использование информационных технологий в обучении более эффективно, если работа идет в едином информационном пространстве, т. е. все доступные вычислительные ресурсы вуза объединены в сеть с регламентированным доступом к информации и оборудованию, на которой развернуты и функционируют сетевые программные средства автоматизации процессов (от электронной бухгалтерии до электронного каталога библиотеки) и учебных программных средств, интегрированы в единую информационную систему вуза. Примеры подобного использования ИТ существуют как в Казахстане, так и за рубежом, но если в Казахстане эти примеры единичны, то для западных вузов это — многолетняя традиция.

Единая информационная система вуза строится на базе интрасети и объединяет в единое информационное пространство все службы, таким образом, достигается не только автоматизация многих процессов, но и появляются новые возможности по мониторингу. Важную роль здесь могут играть электронные учебники.

Новые образовательные технологии используют компьютерные сети для доставки знаний потребителям, на смену персональным компьютерам приходят мобильные системы на базе карманных компьютеров (PDA). Электронное образование (e-learning) в понимании западных специалистов однозначно воспринимается как дистанционное. Мы рассмотрим применение в целях образования электронного учебника, базирующегося на внутривузов-ской сети. Ниже перечислены различные режимы работы электронного учебника как составной части единой информационной системы вуза.

1. ЛЕКЦИЯ Здесь электронное пособие призвано помочь лектору доходчиво и наглядно изложить материал в соответствии с его программой, которая должна обеспечить лектору поддержку как в проведении лекции, так и в ее подготовке. Помимо презентации в заготовке лекционного материала должны содержаться шаблоны для печати раздаточных материалов, которые бы могли быть использованы в чистом виде или с дополнениями преподавателя для раздачи студентам на лекции. Полезны следующие возможности:

• * Интерактивная презентация с возможностью перехода в любой фрагмент и возврата к кадру, из которого был произведен переход.
• * Просмотр анимационных и видеофрагментов, проигрывание звука в презентации. Раздельное управление фоновым и дикторским звучанием, возможность прерывания и запуска с любого логического фрагмента дикторской фонограммы. Увеличение графических изображений на весь экран и более с возможностью перемещения по экрану.
• * Возможность предварительного выбора лектором материала в соответствии с программой лекции (редактор сценариев). Инструментарий создания презентации с возможностью использования заготовок и внедрения дополнительного материала.
• * Отдельно можно рассматривать режим автоматического представления материала, где программа полностью заменяет лектора и учащийся может только приостановить изложение или повторить необходимый фрагмент (режим самостоятельного изучения материала).

Например, приведем такую схему. На лекциях преподаватель рассказывает ученикам основы курса, а ученики, имея выход в сеть, получают дополнительную информацию. Эта дополнительная информация может быть взята как из необъятных мировых ресурсов глобальной сети, так и из так называемого электронного учебника, который разработан специально для читаемого курса. Ученик может так же использовать средства электронной почты для связи с преподавателем.

2. СЕМИНАРЫ И ТЕКУЩЕЕ ТЕСТИРОВАНИЕ Многие возможности компьютерных технологий могут оказаться полезными при их приложении к семинарским занятиям. Персональная работа каждого учащегося может контролироваться программой, а статистическая информация — собираться у преподавателя. Следует учитывать, что электронные учебники являются только вспомогательным инструментом, они дополняют, а не заменяют преподавателя. Таким образом, преподаватель получает инструмент мониторинга успеваемости студента в реальном времени (возможен вывод на монитор изображения с выбранного рабочего места). Статистика выполнения заданий также может собираться на экране преподавателя, что позволит учитывать разницу в скорости выполнения заданий студентами. Появляется возможность отказа от действий, не связанных напрямую с процессом обучения (например, от переписывания задания с доски).

Электронный учебник должен содержать избыточное количество заданий, чтобы при необходимости преподаватель мог давать повторные задания по той же теме. Не исключено использование автоматической генерации заданий в тех случаях, где потребуется, например, лишь заменить числовые значения таким образом, чтобы получился «красивый» ответ.

В режиме решения задач важной проблемой является создание такого пользовательского интерфейса, который бы не требовал отдельного обучения его использованию, при этом давал бы возможность учащемуся сократить до минимума все несущественные действия.

Опишем ход семинара. Преподаватель излагает некоторый материал, используя презентацию, показываемую учащимся через проектор, делая дополнительные пояснения на доске. Студентам выдаются задания, которые они выполняют на своих рабочих местах. В данном случае недопустимо совместное использование компьютеров, идентификатором студента является его сетевое имя. Если рассматривать математические задачи, то электронный учебник должен располагать инструментами ввода математического текста (примерами достаточно удобного и простого в освоении графического ввода формул являются, например, MathCAD или редактор формул MS Word). Программа отслеживает ход решения задачи, по запросу пользователя строит графики и т. д. В программе должны быть заложены возможные пути решения поставленной задачи, включая неэффективные, чтобы она могла, получив ответ, подтвердить его правильность и предложить оптимизировать решение. В случае получения неверного ответа — проанализировать решение и сделать замечание, направляющее студента на верный путь решения. Часто бывает, что по невнимательности в формуле была допущена опечатка, исказившая ответ. В таком случае решение, в принципе верное, обычно засчитывается как ошибочное, но если компьютер сможет вычислить опечатку и отличить ее от ошибки в логике решения, то и оценивать это нужно по-разному. Возможно ввести многокритериальную оценку, складывающуюся в ходе семестра и к формальному сроку отчетности дающую экзаменатору живую картину различных параметров успеваемости студента, представленную в виде временных диаграмм или в ином удобном виде. Поскольку информация об успеваемости поступает в реальном времени, преподаватели или руководство кафедры, факультета могут своевременно принять меры и предотвратить появления недочетов в обучении.

При данном подходе исключается возможность списывания решений — за счет генерации схожих вариантов, возможно выдавать каждому студенту уникальную задачу, причем программа будет следить, чтобы задания имели решения.

Все данные, собранные статистическим модулем электронного учебника, должны сохраняться на сервере института. Они могут быть использованы и деканатом, и другими службами вуза, например, при составлении статистики по факультетам, группам, при сравнении уровня подготовки разных потоков. Возможна практика публикации рейтингов групп и отдельных студентов —такая подробная статистическая информация лучше отражает действительное состояние академических успехов студентов, чем традиционная пятибалльная (а в действительности — трех-, четырех балльная) система оценки на редких и не всегда объективных контрольных работах или экзаменах. Их использование в конкурсном отборе или в выборе кандидатов для материального поощрения более оправдано, нежели обращение к результатам экзаменационных сессий.

Использование компьютеров на семинарских занятиях позволяет существенно упростить проведение тестов, сбора и анализа информации об успеваемости студентов. Становится возможным проведение моментальных тестов, в которых повторяемость вариантов и неточность оценки минимальны. Также значимым может стать использование «разветвленной» системы оценок, в которой задачи, относящиеся к нескольким темам, оцениваются соответствующим количеством оценок, выставляемых в различные разделы. Таким образом, у преподавателя будет складываться целостная картина и об успеваемости учеников, и об усваеваемости материала.

Если при решении задач студенту понадобится обратиться к лекционному материалу, то он не должен искать во многочисленных меню ту лекцию, которая ему потребовалась; все переходы должны быть предусмотрены, в том числе и на логически связанные темы (то, что в справке к программам называется Related Topics). Если предполагается исключительно самостоятельная работа (без учебного материала), то у преподавателя должна быть предусмотрена возможность отключения доступа студентов к лекционным материалам. Поскольку речь идет о сетевой версии электронного учебника, это не представляет сложности.

3. ИТОГОВЫЕ ТЕСТЫ, ЭКЗАМЕНЫ Зачет по пройденному курсу может также проходить с использованием электронного учебника. Для его проведения используется тот же механизм, что и для текущих тестов. Разработчикам программного обеспечения следует уделить особое внимание защите системы учета и базы данных успеваемости учащихся от взлома.

Под тестом принято понимать разновидность вопросника с несколькими вариантами ответов на каждый вопрос (multiple choice question). У данной системы оценки знаний есть существенные недостатки с точки зрения выявления знаний учащегося, хотя она очень удобна для автоматизированной проверки и не требует написания сложных программ анализа ответов. Тем не менее, в процессе обучения важен не столько ответ, сколько логика решения задачи, а в ответе интересно не только число или выражение, а еще и объяснение этого ответа. Применение электронных учебников в роли ассистентов преподавателя при надлежащем подходе позволяет превратить групповое занятие отчасти в индивидуальное. Компьютер не только выполняет рутинные операции, но и позволяет проверить по шагам решение, тем более что часто в задачах бывает более одного варианта решения.

Компьютерный учебник может стать мощным инструментом повышения качества преподавания и обучения, но сперва следует досконально продумать каждый из его узлов — как систему тестирования, систему обработки, так и дизайн; все должно быть удобно и понятно.

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА С УЧЕБНИКОМ В большой степени возможности электронных учебников раскрываются при работе учащегося. Здесь могут оказаться востребованными все мультимедийные функции: анимация и видео, интерактивные компоненты, вовлекающие обучаемого в учебный процесс и не дающие ему отвлечься, дикторский голос и подобранное музыкальное сопровождение и все возможности компьютерной поисковой системы. Все, кто пользовался электронными словарями (например, ABBYY Lingvo) или энциклопедиями, смогли оценить их неоспоримые преимущества в поиске информации перед классическими бумажными изданиями.

5. РАБОТА СО ССЫЛКАМИ Даже самый полный учебник не в состоянии вместить в себя весь объем информации, которая может понадобиться учащемуся по данному предмету, всегда требуется дополнительная литература. С появлением Интернета и бурным развитием тематических сайтов и порталов различного назначения стало возможным найти практически любую информацию, подключившись к сети и сделав несколько запросов к поисковым машинам. Но и с подобной системой поиска информации возможны определенные сложности.

Для облегчения поиска информации существуют порталы — большие тематические сайты в Интернете, содержащие информацию по выбранной теме, ссылки на сайты по той же теме и поисковую систему с возможностью тематического поиска.

Электронный учебник физически традиционно представляет собой компакт-диск объемом 650 или 700 Мб. Это достаточно большой объем информации для текста (примерно 350 тысяч страниц), вполне достаточный, чтобы разместить там программу-оболочку, реализующую все описанные выше режимы, все мультимедиа и коммуникационные функции, но сколько бы информации не было бы записано на диск, она не будет исчерпывающей. В таком случае разработчикам в качестве поддержки диска было бы полезно создать тематический сайт со ссылками, пополняемыми и структурируемыми по мере поступления. В свою очередь, учебник может содержать ссылку на этот сайт.

6. В ПОМОЩЬ ПРЕПОДАВАТЕЛЮ В большой степени электронные учебники полезны и преподавателям. Помимо очевидных функций наглядной демонстрации, тестирования и учета, стоит уделить внимание подготовке преподавателя к лекции, причем как к презентационной части, так и к содержательной.

Говоря о применении электронных учебников, мы подразумеваем внедрение новой методики преподавания: преподаватель объясняет материал, а надиктует его для записи. Все, что студенту может понадобиться записать, есть в раздаточном материале, от восприятия лекции студент не отвлекается, лишь иногда делает пометки.

Подготовка раздаточного материала — дело трудоемкое, ведь по сути — это подготовка учебного пособия, и от того, насколько оно хорошо составлено, зависит, в частности, и качество усвоения материала. Очевидно, много времени преподавателю сэкономит наличие в комплекте с электронным учебником заготовок для раздаточного материала или брошюр по учебному курсу, в которые преподаватель мог бы внести необходимые изменения или на основе которых делать свои собственные.

Если говорить о качестве проведения лекций и роли электронных учебников в его повышении, то искомых результатов можно достигнуть, составив при разработке учебника раздаточный материал, готовый к печати и редактированию. Даже если в учебном заведении возникнут трудности с распечаткой, то учащиеся смогут сами распечатать необходимый материал.

Другой стороной подготовки лекции является подготовка презентации. Наличие в системе электронного учебника инструментов создания презентации по готовому шаблону и с возможностью выбора материала и ввода собственных текста и графики уменьшит время подготовки и повысит качество и наглядность преподавания материала на лекциях.

От разработчиков зависит судьба идеи: если создавать презентацию в рамках оболочки учебника окажется неудобно (например, сложнее, чем в MS PowerPoint), то идея останется невоплощенной. Если преподаватели и будут создавать презентации, то их качество (следовательно, качество преподавания) будет сильно зависеть от дизайнерских способностей и ресурсов времени преподавателей. Интерфейс пользователя и функциональные возможности должны быть четко проработаны.

7. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ГРУППОВЫЕ ЗАНЯТИЯ Неотъемлемой частью многих учебных курсов являются лабораторные работы. Рассмотрим несколько вопросов, связанных с проведением лабораторных работ в вузе с использованием персональных компьютеров.

1. При проведении классических лабораторных работ (например, по курсу общей информатики целью является наглядное представление теории на основе проведения опытов.

Различия проявляются при работе с материалом, которые студент может изучать без персональных компьютеров, например переустановка операционной системы персонального компьютера. При традиционном лабораторном подходе студент сам участвует в постановке опыта, результат получается легко зримый или осязаемый. Компьютер не сможет предоставить студенту возможность сделать опыты своими руками, их результаты будут представлены в виде анимации, видеоролика, таблицы или графика. В этом проявляются недостатки «компьютерных» занятий. Но если попытаться оценить, какие из лабораторных занятий при переходе на компьютерное обучение потеряют в наглядности, а какие, возможно, приобретут, то становится ясно, что наглядная и понятная программа часто заменяет дорогостоящее и громоздкое оборудование учебных программных лабораторий.

• 2. Для классических дисциплин (в которых лабораторные работы проводились и раньше, но без применения компьютеров):
  • * Студент получает наглядное описание опыта в едином стиле с лекцией и семинаром, персональный виртуальный «стенд», ему не приходится работать с ветхой и испорченной техникой (часто ресурс лабораторной аппаратуры в вузах выработан). Программно можно смоделировать достаточно сложные устройства и процессы. Программа, моделирующая работу сложных приборов, намного дешевле и нагляднее, поскольку анализирует и выдает собранную воедино необходимую информацию.
  • * Поскольку для проведения, например, лабораторных работ по информатике используется тот же класс, что и для семинаров по математическому анализу, то у каждого студента будет персональный виртуальный стенд и преподаватель сможет качественно оценивать успеваемость учащихся и в этом ему поможет сама программа-симулятор. Таким образом, у преподавателя высвобождается время на работу со студентами. Поскольку особых требований к аппаратуре компьютеров нет, они могут быть одинаковыми во всем вузе, главное, чтобы они были и отвечали требованиям по необходимой производительности.
  • * Институт получает некоторую унификацию учебного процесса, что позволяет отказаться от содержания лабораторной аппаратуры и, за счет освободившегося места, решить проблему нехватки учебных помещений. Поскольку все компьютерные классы для проведения лабораторных работ и семинаров могут быть одинаковыми, упрощается распределение аудиторий и, при правильном составлении расписания, не потребуется устанавливать много компьютерных классов. Унифицируется обслуживание техники — теперь всю технику может обслуживать один отдел.
• 3. Для дисциплин, ориентированных на информационные технологии, применение электронных симуляторов очевидно. Часто используются рабочие модели: так, на лабораторной работе по локальным сетям все опыты проводятся на локальной сети лаборатории. Данный процесс наиболее приближен к жизни, хотя наглядность иногда страдает. В тех же случаях, когда создать ситуацию, изучаемую в данной работе, невозможно, используются программы-симуляторы.
• 8. ПРОГРАММЫ-СИМУЛЯТОРЫ (ТРЕНАЖЕРЫ, ИМИТАТОРЫ)

На протяжении многих лет программы симуляторы используются для обучения специальностям, связанным с профессиональным риском или с большими затратами на тренировки с реальными инструментами. Практика таких тренировок показала, что, несмотря на высокую стоимость аппаратно-программных тренажеров, обучение с их применением обходится намного дешевле занятий на реальном оборудовании.

Принцип действия симулятора можно описать следующим образом: создается компьютерная модель, поведение которой максимально приближено к поведению имитируемого объекта. Учащийся дает команды и получает отклик системы, таким образом развивается учебная ситуация.

В последнее время с повсеместным распространением персональных компьютеров симуляторы стали применяться и в других областях, не связанных с использованием дорогостоящих машин или с созданием опасных для жизни ситуаций. Например, инженер-электронщик, проектирующий какое-либо устройство (скажем, усилитель), сэкономит много времени, если вместо ручного составления и расчета схемы, пробной сборки и отладки макета воспользуется компьютером. В программу можно заложить свойства элементной базы, требуемые характеристики конечного устройства и условия его работы; таким образом, машина не только поможет создать и оттрасировать схему, но и хорошо ее протестирует, предоставив готовые данные (графики АЧХ и ФЧХ, измерения в контрольных точках и т. д.). У подобного симулятора есть недостаток — отличия в свойствах модели и реального объекта. Поэтому реальный усилитель, собранной по этой схеме, вряд ли будет в точности соответствовать по своим характеристикам тому, что прогнозировал компьютер, однако большой объем работ конструкторам уже не придется выполнять.

Использование имитационного моделирования имеет большое значение в образовательном процессе. Здесь есть два важных аспекта:

• * С помощью симулятора можно воссоздать практически любую ситуацию, смоделировать практически любое устройство. Пользователь, работающий с этой программой, окажется в ситуации, близкой к реальной.
• * Использование симуляторов, базирующихся на персональных компьютерах, позволяет унифицировать учебный процесс. Если перевести все опыты на компьютер, то не потребуется содержание лаборатории — занятия можно будет проводить в любом классе, оборудованном компьютерами.

Для всех функций электронного учебника, связанных со взаимодействием по сети, есть одно важное требование, нуждающееся в предварительной договоренности, выраженной в едином стандарте на формат данных, используемый для передачи информации между рабочим местом учащегося и преподавателя и для обмена информацией об успеваемости и учебными материалами с электронной сетью учебного заведения. Отдельное внимание следует уделить возможности проведения удаленных занятий и экзаменов при использовании электронного учебника в системе дистанционного образования.

Возможности программы ограничиваются, как правило, фантазией разработчиков, а реализация фантазий ограничивается в основном финансированием и сроками исполнения проекта. Современные персональные компьютеры позволяют успешно выполнять практически все учебные задачи; проблемы внедрения информационных технологий связаны уже не с несовершенством техники, а с недостаточной проработкой учебного программного обеспечения. Требования к интерфейсу программ чрезвычайно высоки и продолжают расти, притом мотивация студентов к обучению относительно невысока. В этих условиях перед разработчиками стоит задача не только выполнить проект грамотно с научной точки зрения, но и сделать его красивым, привлекательным, а главное, нужным для студента. Чтобы обеспечить столь высокие требования, разработки концепции информационной системы вуза и электронных учебников в частности следует вести комплексно и целенаправленно. Неграмотное и непоследовательное внедрение информационных технологий может принести больше вреда, чем пользы и вызвать устойчивую отрицательную реакцию у потребителей технологии. Очевидно, что сразу создать, протестировать и внедрить столь сложную и дорогостоящую систему не представляется возможным даже при наличии достаточного финансирования, поэтому следует также проработать вопрос поэтапного внедрения новых технологий без ущерба для существующих.

С точки зрения повышения качества образования стоит отметить, что полноценное и повсеместное внедрение электронных учебников, выполняющих описанные функции в вузе, обеспечивает следующие положения:

• * Контроль за студентами упрощается и сама функция контроля переходит от преподавателя к программе, которая работает в соответствии со стратегией вуза, в нее заложенной, и лишена предвзятости в оценке.
• * Предотвращение «пробелов в образовании» обеспечивается на ранних стадиях его зарождения, благодаря постоянному и многокритериальному мониторингу успеваемости студентов.
• * Оценка успеваемости складывается на основе большого числа измерений, вероятность неверной оценки снижается.
• * Руководство и преподаватели получают статистику в реальном времени и ее накопление позволяет делать аргументированные выводы достоинствах и недостатках проводимых программ по повышению качества образования.