Разработка электронного учебника по Информатике

Актуальность исследования: существуют множество электронных учебников, разработанных с целью обучения. Однако не все они составлены достаточно грамотно. В основе этих учебных пособий должна лежать четкая структура. Контент учебников, организованный средствами гипертекста, так же должен иметь структуру. Структура всего учебника и его контента зависит не только от содержания обучения, но и от формы обучения.

Создание и развитие информационного общества (ИО) предполагает широкое применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовании, что определяется рядом факторов [17, с. 5].

Во-первых, внедрение ИКТ в образование существенным образом ускоряет передачу знаний и накопленного технологического и социального опыта человечества не только от поколения к поколению, но и от одного человека другому.

Во-вторых, современные ИКТ, повышая качество обучения и образования, позволяют человеку успешнее и быстрее адаптироваться к окружающей среде и происходящим социальным изменениям. Это дает каждому человеку возможность получать необходимые знания как сегодня, так и в будущем постиндустриальном обществе.

В-третьих, активное и эффективное внедрение этих технологий в образование является важным фактором создания системы образования, отвечающей требованиям ИО и процессу реформирования традиционной системы образования в свете требований современного индустриального общества.

Глобальное внедрение компьютерных технологий во все сферы деятельности, формирование новых коммуникаций высокоавтоматизированной информационной среды стало не только началом преобразования традиционной системы образования, но и первым шагом к формированию информационного общества.

Применение компьютеров в образовании привело к появлению нового поколения информационных образовательных технологий, которые позволили повысить качество обучения, создать новые средства воспитательного воздействия, более эффективно взаимодействовать педагогам и обучаемым с вычислительной техникой. По мнению многих специалистов, новые информационные образовательные технологии на основе компьютерных средств позволяют повысить эффективность занятий на 20−30%. Внедрение компьютера в сферу образования стало началом революционного преобразования традиционных методов и технологий обучении всей отрасли образования. Важную роль на этом этапе играли коммуникационные технологии: телефонные средства связи, телевидение, космические коммуникации, которые в основном применялись при управлении процессом обучения и системах дополнительного обучения.

Новым этапом глобальной технологизации передовых стран стало появление современных телекоммуникационных сетей и их конвергенция с информационными технологиями, то есть появление ИКТ. Они стали основой для создания инфосферы, так как объединение компьютерных систем и глобальных телекоммуникационных сетей сделало возможным создание и развитие планетарной инфраструктуры, связывающей все человечество.

Примером успешной реализации ИКТ стало появление Internet — глобальной компьютерной сети с ее практически неограниченными возможностями сбора и хранения информации, передачи ее индивидуально каждому пользователю.

Internet быстро нашел применение в науке, образовании, связи, средствах массовой информации, включая телевидение, в рекламе, торговле, а также в других сферах деятельности человека. Первые шаги по внедрению Internet в систему образования показали его огромные возможности для ее развития. Вместе с тем, они же выявили трудности, которые требуется преодолеть для повсеместного применения Сети в образовательных учреждениях. Следует отметить, что современный этап применения Internet в образовании, особенно в России, является экспериментальным. Идет процесс накопления опыта, ищутся пути повышения качества обучения и новых форм использования ИКТ в различных образовательных процессах. Трудности освоения ИКТ в образовании возникают из-за отсутствия не только методической базы их использования в этой сфере, но и методологии разработки ИКТ для образования, что заставляет педагога на практике ориентироваться лишь на личный опыт и умение эмпирически искать пути эффективного применения информационных технологий. В современном образовании пока не развиты специализированные научно-исследовательские структуры, занимающиеся разработкой и внедрением применения IT в учебном процессе, они только начинают создаваться. По этой причине возникает «разрыв» между возможностями образовательных технологий и их реальным применением. Ситуация осложняется и тем, что информационные технологии быстро обновляются: появляются новые, более эффективные и сложные, основанные на искусственном интеллекте, виртуальной реальности, многоязычном интерфейсе, геоинформационных системах и т. п. Выходом из создавшегося противоречия может стать интеграция технологий, то есть такое их объединение, которое позволит преподавателю использовать на занятиях понятные ему сертифицированные и адаптированные к процессу обучения технические средства [40, с. 170].

Анализ работы разных авторов в этом направлении показывает, что программные продукты, удовлетворяющие таким требованиям, могут быть разработаны на основе гипертекстовых технологий. Гипертекстовые технологии широко используются для организации информации в сети Internet, в данном случае их разработка ведется на языке гипертекстовой разметки документов HTML. Однако операционная система Windows и программы-приложения пакета MS Office также имеют широкие возможности использования гипертекстовых технологий для создания интегрированных программных продуктов [19, с. 7].

Степень разработанности исследования: вопросы, связанные с созданием и использованием электронных учебников по информатике, освещались в трудах:

— М. Б. Львовского;

— Н. Г. Мосягиной;

— В. П. Демкина;

— Г. В. Можаевой.

Цель исследования: создать электронный учебник по информатике на основе гипертекстовой технологии и рассмотреть возможности его использования в учебном процессе.

Задачи исследования:

1) изучение литературы по использованию гипертекста при разработке учебных пособий;

2) изучение существующих программных средств (электронных пособий) и анализ их структуры;

3) изучение литературы по конкретным разделам дисциплины;

4) подбор наиболее информативных иллюстраций;

5) разработка электронного учебника «Информатика» для самостоятельной работы школьников.

Объект исследования: структура построения электронного учебного пособия и его контента.

Предмет исследования: возможность создания и использования электронного учебника «Информатика» на основе гипертекстовой технологии.

Теоретико-методологическая база исследования: базу теоретического исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых, методистов, учителей-предметников по созданию электронного учебника и его применения в образовании.

Эмпирические источники исследования: эмпирические результаты собственного исследования, проводившиеся во время педагогической практики на базе школы № 10 города Нижнекамска.

Апробация результатов исследования: результаты исследования освещались на межвузовской студенческой научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного российского общества и роль образования в их разрешении».

Научная и практическая ценность работы: заключается в создании электронного учебника «Информатика» на основе гипертекстовой технологии и возможностями использования его в учебном процессе школ.

Структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

1. Концептуальные основы разработки электронного учебника

1.1 Роль электронного учебника в учебном процессе

Информационные технологии (ИТ) в образовании играют все более существенное значение. Современный учебный процесс сложно представить без использования компьютерных учебников, задачников, тренажеров, лабораторных практикумов, справочников, энциклопедий, тестирующих и контролирующих систем и других компьютерных средств обучения (КСО). Последние составляют обширный класс средств, относящихся к образовательным ИТ. Далее в большинстве случаев, говоря об ИТ, мы будем иметь в виду КСО и электронные учебники (ЭУ) в частности. Среди перечисленных КСО электронный учебник представляет собой наиболее емкое средство обучения, т.к. включает в себя элементы всех остальных средств (тренажер, задачник, система контроля знаний и т. д.).

Роль ИТ в системе образования соотносится с тремя уровнями их применения (рисунок 1).

На первом ИТ выступают в качестве инструментария для решения отдельных педагогических задач в рамках традиционных форм образования и методов обучения. КСО на данном уровне обеспечивают поддержку учебного процесса в качестве учебно-методических средств. Место КСО и возлагаемые на них функции определяются сложившимися принципами организации обучения. Другими словами, КСО используются в пассивном качестве, т. е. не оказывают влияния на образовательную систему [32, с. 264].

Активная роль ИТ проявляется на втором и третьем уровнях. Она обусловлена тем, что по сравнению с традиционными учебно-методическими средствами КСО обеспечивают новые возможности, а многие существующие функции реализуются с более высоким качеством. Назовем основные преимущества КСО:

— создание условий для самостоятельной проработки учебного материала (самообразования), позволяющих обучаемому выбирать удобные для него место и время работы с КСО, а также темп учебного процесса;

— более глубокая индивидуализация обучения и обеспечение условий для его вариативности (например, адаптивные КСО, способные настраиваться на текущий уровень подготовки обучаемого и области его интересов);

— возможность работы с моделями изучаемых объектов и процессов (в том числе тех, с которыми сложно познакомиться на практике);

— возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

— возможность представления и мультимедийной форме уникальных информационных материалов (картин, рукописей, видеофрагментов, звукозаписей и др.);

— возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

— возможность автоматической генерации большого числа не повторяющихся заданий для контроля знаний и умений;

— возможности поиска информации в КСО и более удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск и др.);

— создание условий для эффективной реализации прогрессивных психолого-педагогических методик (игровые и состязательные формы обучения, экспериментирование, «погружение» в виртуальную реальность и др.).

Перечисленные достоинства характеризуют КСО в дидактическом и функциональном отношениях. К технологическим преимуществам КСО в целом и ЭУ в частности относятся:

— повышение оперативности разработки;

— более простое обновление и развитие;

— легкое тиражирование;

— более простое распространение (особенно при использовании Internet).

Как видно из рисунка 1, активная роль ИТ в образовании состоит в том, что они не только выполняют функции инструментария, используемого для решения определенных педагогических задач, но и стимулируют развитие дидактики и методики, способствуют созданию новых форм обучения и образования. Например, интенсивный рост дистанционного образования стал возможным в результате широкого распространение Internet-технологий. Развитие технологий мультимедиа, компьютерной графики и тренажерных систем, а также методов и алгоритмов компрессии цифровых данных дали толчок к созданию методики обучения путем «погружения» в виртуальную реальность, имитирующую среду профессиональной деятельности. Появление класса компьютерных сетевых тренажеров стимулировало развитие методики многоролевого тренажа в формах деловых игр и соревнований. Подобные примеры можно приводить и дальше [11, с. 35].

Использование электронного учебника в качестве КСО в учебном процессе способствует:

— росту качества обучения;

— снижению затрат на организацию и проведение учебных мероприятий;

— перераспределению нагрузки преподавателей с рутинной на творческую деятельность (решение научно-исследовательских и методических задач, создание учебно-методических пособий (в том числе ЭУ), подготовку нестандартных учебных заданий, индивидуальную работу с обучаемыми и др.);

— повышению оперативности обеспечения учебного процесса учебно-методическими средствами при изменении структуры и содержания обучения.

Из сказанного следует вывод о том, что в современной системе образования при возникновении потребности в определенных учебно-методических средствах при прочих равных условиях КСО будет отдаваться предпочтение перед традиционными средствами. Преимущество КСО нельзя понимать в том смысле, что КСО полностью вытеснят и заменят традиционные средства. Тем более неправильно считать, что КСО состоят из одних достоинств и не обладают недостатками. К отрицательным сторонам КСО и ЭУ в том числе относятся:

— необходимость иметь компьютер (в ряде случаев с выходом в Internet) и соответствующее программное обеспечение для работы с КСО;

— необходимость обладать навыками работы на компьютере;

— сложность восприятия больших объемов текстового материала с экрана дисплея;

— недостаточная интерактивность КСО (существенно большая по сравнению с книгой, но меньшая, чем при очном обучении);

— отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана.

Названные недостатки КСО носят объективный характер. К сожалению, часто к ним добавляются субъективные недостатки, вызванные неграмотным проектированием КСО и концептуальными недочетами, допущенными их создателями. В результате потенциальные пользователи, воодушевившись многочисленными авансами, выданными КСО, после ознакомления с их неудачными представителями испытывают разочарование и делают вывод о неэффективности и бесперспективности всего класса подобных средств [1, с. 197].

Разработчики КСО и преподаватели, применяющие их в своей практической деятельности, должны решать объективные и типовые субъективные недостатки КСО и стараться компенсировать их при создании и эксплуатации данных средств. Способы компенсации могут быть разными: техническими, организационными, методическими, дидактическими, функциональными. Например, сложность восприятия больших объемов текста с экрана устраняется при использовании компьютеров типа notebook с жидкокристаллическим дисплеем с диагональю не менее 15 дюймов. С таким компьютером можно работать как с обычной книгой, устроившись в кресле и положив его на колени. При отсутствии финансов на приобретение соответствующей вычислительной техники и нежелании ожидать кардинального снижения цен на нее данный недостаток компенсируется наличием представлении содержания КСО на бумажном носителе. Необходимость обладания навыками работы на компьютере полностью исключить нельзя. Влияние данного аспекта нивелирует максимально упрощенный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс (ПИ) КСО. Недостаточная интерактивность восполняется за счет организации регулярных консультаций в очной или дистанционной формах. Повышение интерактивности также обеспечивают реализация в КСО определенных дидактических приемов и использование интеллектуальных технологий моделирования знаний и деятельности. Отсутствие «надзирателя», контролирующего ход выполнения учебного плана, компенсирует промежуточный контроль знаний по каждому пройденному разделу, проводимый по жесткому графику. Преодолению этого же недостатка способствует применение игровых и состязательных методик, стимулирующих интерес обучаемого к предмету и повышающих его мотивацию к успешному приобретению соответствующих знаний и умений.

Приведенные соображения свидетельствуют о целесообразности использования КСО в комплексе с традиционными учебно-методическими средствами. Таким образом, ясно, что КСО не являются исключающей альтернативой некомпьютерных учебных пособий. Приоритет КСО следует понимать в том смысле, что по мере развития соответствующих технологий именно КСО будут составлять ядро учебно-методического обеспечения [5, с. 17].

Итак, потребность в КСО и ЭУ, в том числе велика. Рассмотрим, в какой мере ее удовлетворяет сегодняшнее состояние рынка программного продукта. На первый взгляд, дела обстоят хорошо: потребителю предлагается большое число самых разнообразных ЭУ. В западных странах разработка ЭУ выросли в отдельную отрасль ИТ. Подобная тенденция существует и в России. Однако при более внимательном рассмотрении ситуации оптимистичная ее оценка претерпевает серьезные изменения [8, с. 212].

Во-первых, распределение имеющихся на рынке ЭУ по предметным областям (ПО) весьма неоднородно. Интегральный рейтинг, учитывающий количество продуктов и их распространенность, выглядит так (в порядке убывания наиболее популярных классов):

— ЭУ для изучения естественных языков (русского и иностранных);

— ЭУ для изучения ИТ и программных продуктов общего назначения (операционных систем, текстовых и графических редакторов, сервисных средств и т. п.), а также языков программирования и инструментальных средств (компиляторов, сред разработки приложений, систем управления базами данных (СУБД), систем моделирования и др.);

— ЭУ по гуманитарным дисциплинам (истории, культурологии и т. д.), большая часть которых ориентирована на школьный уровень образования;

— ЭУ по естественнонаучным дисциплинам, ориентированные в основном на школьный уровень образования;

— ЭУ, предназначенные для использования в рамках среднего и высшего профессионального образования;

— ЭУ по инженерным и специальным техническим дисциплинам.

Во-вторых, большинство ЭУ в содержательном плане являются локальными, охватывающими отдельные темы, вопросы и типы задач. Комплексные ЭУ или интегрированные пакеты КСО, покрывающие материал учебного курса встречаются редко. Содержательная локальность снижает масштабность применения ЭУ. Сегодня им традиционно отводится роль вспомогательных учебно-методических средств, в лучшем случае используемых на некоторых лабораторных работах и практических занятиях. Подчеркнем, что говоря о низкой масштабности применения, мы имеем в виду не вообще компьютеры и ИТ, а специальные программные средства для решения педагогических задач, каковыми являются ЭУ.

В-третьих, количество не означает качество. Неудачных ЭУ, к сожалению, достаточно много. Например, встречаются обучающие системы, в которых для поиска нужной темы требуется длительное листание кадров, а также электронные учебники, представляющие собой последовательность графических образов, полученных сканированием страниц бумажного учебника. Дискредитирующими идею являются ЭУ, включающие такие контрольные задания и средства их выполнения и проверки, что прошедший контроль опытный преподаватель или специалист в данной ПО стабильно получает два балла, и эта оценка снабжается бестактным комментарием. Можно привести много примеров безграмотных системотехнических, дидактических и интерфейсных решений, реализованных в ЭУ.

Главная причина концептуальных ошибок, допускаемых при создании ЭУ, состоит в использовании их узкой интерпретации только как электронных аналогов соответствующих традиционных учебников. В ее основе лежит непонимание того, что ЭУ должны воплощать лучшие стороны традиционных средств и обязательно реализовывать новые качества. Последнее положение является базовым правилом концептуального проектирования ЭУ [3, с. 103].

Наконец, в-четвертых, важна не только текущая обеспеченность ЭУ, но и готовность их разработчиков оперативно реагировать на изменения образовательных потребностей, т. е. создавать и предоставлять на рынок качественные ЭУ. Подобная готовность требует наличия инвариантной к ПО и признанной большинством разработчиков методологии создания ЭУ. Одной из причин, сдерживающих ее развитие, является отмеченная выше недостаточная масштабность применения ЭУ в школьном образовании. Проблема состоит в том, что рынок ориентируется на конечных пользователей ЭУ — обучаемых, а решения о приобретении и применении ЭУ принимаются ими на основе рекомендаций преподавателей школ, которые могут быть даны только в случае глубокого интегрированного ЭУ в учебный процесс. Последнее требует от преподавателей не только понимания возможностей ЭУ и владения методикой их эксплуатации, но и определенной решимости в стремлении развивать и использовать новые педагогические методы и формы, в которых существенно большее внимание уделяется самостоятельной работе обучаемых на базе технологии КСО. Невыполнение данных условий приводит к тому, что наибольшее распространение получают КСО, предназначенные исключительно для самообразования и направленные на восполнение пробелов традиционного обучения (например, ЭУ для изучения иностранных языков). Может показаться, что вывод о значительной потребности в ЭУ был сделан поспешно, так как противоречит недостаточной масштабности применения в школах существующих ЭУ. В действительности это противоречие является мнимым, поскольку речи идет о разных уровнях использования ИТ в образовании (рисунок 1). Говоря о потребности в КСО и ЭУ в частности, мы имели в виду интегральную потенциальную потребность, относящуюся ко всем уровням. Недостаточная же масштабность характерна только для первого, пассивного уровня. На последующих уровнях КСО и ЭУ в том числе становятся неотъемлемым звеном образовательной системы.

Нетрудно заметить, что описанное выше положение дел представляет собой замкнутый круг. Проблема обеспеченности ЭУ обусловлена отсутствием отработанной методологии их создания, развитие методологии сдерживается невысокой масштабностью применения имеющихся ЭУ, а последний фактор вызван недостатком качественных КСО и инерцией существующей системы образования. Разрыв данной цепочки, на наш взгляд, невозможен без вовлечения преподавателей учебных заведений в разработку и активное использование ЭУ. Разумеется, из сказанного не следует, что 100% преподавателей должны освоить авторские инструментальные средства и влиться в ряды разработчиков ЭУ. Вовлеченность в первую очередь подразумевает знание базовых методологических вопросов создания и эксплуатации ЭУ, владение методикой организации учебного процесса на основе данной технологии, способность к выявлению потребностей в новых ЭУ, готовность к участию в разработке ЭУ в качестве автора и методиста. Принципиально более активная роль преподавателей обеспечит не только интенсификацию интеграции ЭУ в учебный процесс, но и будет содействовать существенному росту их качества за счет повышения уровня реализуемых в них дидактических решений [5, с. 3].

Рассмотрим общее понятие об электронном учебнике и его классификацию.

Среди множества определений ЭУ мы выделим два наиболее соответствующих современным ЭУ.

Первое определение [36, с. 19] носит емкий описательный характер и включает в себя основные черты ЭУ: под электронным учебником понимается совокупность текстовой, графической, цифровой, речевой, музыкальной, фото-, видеои другой информации, исполненной на любом электронном носителе — магнитном, оптическом, опубликованной в электронной компьютерной сети, а также печатная документация для пользователя.

Второе определение [5, с. 4] имеет технолого-педагогическую направленность: электронный учебник является программно-информационной системой, состоящей из программ для ЭВМ, реализующих сценарии учебной деятельности, и определенным образом подготовленных знаний (структурированной информации и системы упражнений для ее осмысления и закрепления). Данное определение мы возьмем за основу, и будем использовать далее в работе, т.к. оно включает в себя понятия напрямую связанные с разработкой ЭУ, его структуры и структуры контента с учетом особенностей учебного процесса.

ЭУ необходимо классифицировать по различным признакам, следовательно, единой классификации электронных учебников нет. Поэтому мы предлагаем ввести классификацию ЭУ по признакам:

1. По использованию в учебном процессе;

2. По виду технологии, на основе которых разработан учебник.

Классификация по использованию ЭУ в учебном процессе учитывает формы учебной деятельности учащихся:

— ЭУ для коллективной работы;

— ЭУ для индивидуальной работы;

— ЭУ для самостоятельной работы.

Второй признак классификации отражает технологии, которые лежат в основе учебника. Современные информационные технологии активно развиваются, находят применение в различных сферах деятельности человека, в том числе и в образовании. Следовательно, классификация по второму признаку будет меняться следом за развитием информационных технологий. На сегодняшний день по этому признаку можно выделить классы:

— ЭУ на основе средств программирования;

— ЭУ на основе гипертекстовой технологии — содержит учебный материал, структурированный для представления в виде гипертекста, систему навигации по учебнику;

— ЭУ на основе мультимедиа — соединяет в себе информацию разного рода: звук, видео, анимацию, текст и т. д.;

— ЭУ на основе комплексных технологий — сочетает в себе в различных пропорциях все вышеперечисленные технологии;

— ЭУ на основе интеллектуальных технологий (адаптивный электронный учебник) — позволяет не просто тренировать обучаемого и контролировать его знания, но и по результатам деятельности обучаемого может определить, какие знания недостаточны или ошибочны, и вернуть обучаемого на соответствующий раздел теории или практики, либо дать дополнительные разъяснения, т. е. она позволяет адаптировать процесс обучения под особенности каждого конкретного обучаемого, работающего с системой.

Электронный учебник является программно-информационной системой педагогического назначения и должен удовлетворять особенностям каждой формы учебной деятельности учащихся для широкого спектра практических задач, т. е. быть универсальным. Это достижимо путем использования различных технологий. Особенно эффективно использование различных технологий в сочетании с гипертекстом, т.к. гипертекст позволяет структурировать учебный материал и закладывать траекторию изучения материала [3, с. 104].

Исходя из предложенной классификации в данной работе мы рассматриваем электронный учебник на основе гипертекстовых технологий для самостоятельной работы учащихся.

1.2 Отличительные особенности электронного учебника, разработанного на основе гипертекстовых технологий

Наиболее прогрессивная методика представления учебного материала базируется на основе гипертекста и гипертекстовой системы на основе гипертекстовых технологий.

Учитывая возможности гипертекстовых технологий можно выделить особенности ЭУ.

1. Информация по выбранному предмету или курсу должна быть хорошо структурирована, и представлять собой законченные фрагменты курса с ограниченным числом новых понятий.

2. Структурным элементам учебного курса должны соответствовать ключевые темы с гипертекстом, иллюстрациями, аудио и видео комментариями.

Гипертекст (Hypertext) — понятие, описывающее тип интерактивной среды с возможностями выполнения переходов по ссылкам. Ссылки, внедренные в слова, фразы или рисунки, позволяют пользователю выбрать текст или рисунок и немедленно вывести связанные с ним сведения и материалы мультимедиа [22, с. 183].

Гипертекстовая система — представление информации в виде некоторого графа, в узлах которого содержатся текстовые элементы (предложения, абзацы, страницы или даже целые статьи, либо книги), а между узлами имеются связи, с помощью которых можно переходить от одного текстового элемента к другому [22, с. 192]. Важная характеристика гипертекстовой системы — это реализация навигации в среде гипертекста. В современных гипертекстовых системах для этих целей применяются специальные системы управления базами данных, элементами которых являются фрагменты гипертекста.

3. Технология гипертекста позволяет свободно соединять разнородную информацию, т. е. создавать гипермедийные фрагменты учебника. Таким образом, создаются ЭУ с высоким уровнем наглядности представления учебного материала.

Содержание учебного материала рекомендуется составлять в соответствии с требованиями психологов, разбивать на модули. Освоение конкретного материала должно быть ориентировано не более чем два часа контактного времени.

Графическое представление учебного материала позволяет передать необходимый объем информации при краткости его изложения, что способствует лучшему и быстрому усвоению материала, без дополнительных усилий. Поэтому архитектура электронного учебника должна включать графическое обеспечение [32, с. 112].

Эффективным является использование иллюстраций вместе с подсказками при рассмотрении сложных чертежей или фотографий. Весьма эффективна вставка видеосюжетов, демонстрирующих порядок создания программного кода и компиляцию программы. Достоинство видео клипов состоит еще в том, что они позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренном или замедленном темпе, а также использовать выборочную съемку.

Аудио комментарий обязателен для дополнительной сигнализации о результатах выполнения определенных действий («правильно», «неправильно»), особенно при работе с большим количеством контролирующих компонентов.

Основные требования, которые предъявляются при разработке электронных учебников — это использование мультимедийных средств, виртуальной реальности, трехмерного изображения, не для создания модных эффектов, а лишь в случае, когда это оправдано самим представленным материалом и помогает понять исследуемый объект.

4. Текстовая информация должна обеспечивать возможность распечатки необходимых фрагментов текста. Должна существовать возможность адаптации используемого шрифта к запросам пользователя.

Все тексты готовятся с использованием современных программных средств, с учетом особенностей оформления текста: выделение заголовков, подзаголовков, определений, ключевых слов, перечислений, кроме этого вставка графического материала, который может содержать рисунки, графики, поясняющие ссылки, а также в соответствии с принципами цветового визуального восприятия информации и наглядности подачи материала.

В соответствии с педагогическими стандартами цветовая палитра программы не должна содержать резких перепадов цветовой гаммы и цветов, которые способствуют быстрому утомлению глаз и не позволяют сосредоточиться на изучаемом материале [27, с. 97].

На сегодняшний день в качестве стандарта для разработки текстового материала рекомендуется применять пакет Microsoft Office, в частности входящие в него программы: Microsoft Word, Microsoft FrontPage.

5. Система, содержащая сложные модели должна содержать мгновенные подсказки, появляющиеся и исчезающие синхронно с движением курсора к отдельным элементам программы, кроме этого возможность увеличивать отдельные элементы иллюстраций и копирования. Эти элементы заложены в гипертекстовую технологию.

Эффективность учебно-воспитательного процесса зависит от множества факторов, одним из которых является подсказка, как способ активизации мыслительной деятельности учащихся.

Подсказкой называется любая коррекция действий обучаемого, как на этапе обучения, так и на этапе проверки полученных знаний. Любая современная компьютерная программа снабжена системой помощи, которая дает возможность работать с ней любому человеку немного знакомому с компьютером. Эта система помощи есть не что иное, как система подсказок, направляющих действия пользователя в случае возникновения затруднений [16, с. 132].

В компьютерных обучаемых программах можно выделить два вида контекстно-зависящей помощи:

— техническую помощь, дающую информацию о правилах работы с программой и её возможностях;

— предметную помощь, несущую информацию по изучаемой дисциплине.

Включение в компьютерную обучающую программу возможности подсказки, получение ее при возникновении у учащегося проблем с ответом на вопрос делает работу с компьютером похожей на занятие с репетитором. Вследствие того, что в компьютерные обучающие программы закладывается интеллектуальный потенциал их создателей, работа с ЭВМ в интерактивном режиме фактически делает доступным общение учащихся с лучшими преподавателями соответствующих дисциплин. В результате следует ожидать повышение качества знаний учащихся по предметам, при изучении которых будут использоваться такие обучающие программы.

В обучающих программах подсказка может проявляться в форме текста на экране дисплея, рисунков, схем, графиков, таблиц, мультипликации и видеофрагментов. Уникальную возможность комбинировать подсказки предоставляют современные гипертекстовые и мультимедийные технологии. Разработчики имеют возможность создавать комбинированную подсказку, она включает в себя использование текста, речи и графики. Комбинированная подсказка действует на несколько сигнальных систем, при этом может быть более эффективной. Следует учитывать возможность быстрого утомления обучаемого при частом их использовании.

В обучающей программе широко применяется так называемые ориентированные подсказки, которые сообщают обучаемому, где можно взять недостающие данные для решения той или иной задачи. Она напоминает о необходимости использовать различного рода справочники, таблицы, т. е. учит, работать с литературой [33, с. 91].

6. В электронных учебниках рекомендуется использовать многооконный интерфейс, когда в каждом окне будет представлена связная информация. Данный интерфейс может быть не востребован в гипертекстовом учебнике, т.к. связанная информация свободно доступна посредством гиперссылок при продуманной навигации учебника.

7. Текстовая часть строится на основе гиперссылок, позволяющих сократить время поиска необходимой информации, а также является мощным поисковым центром и индексом.

В учебниках для старших классов, обязательным элементом должна быть мощная поисковая система, позволяющая проводить поиск слов, как в заголовках, так и непосредственно в тесте. В этом случае хорошо иметь заранее созданный индекс или несколько различных индексов для всего издания. Ведение поиска должно сопровождаться ответствующими знаками, а найденные слова выделяться.

8. Весь курс должен содержать возможность копирования выбранной информации, а так же ее редактирование и распечатку на принтере.

При использовании электронных учебников целесообразно иметь «твердую» копию текстовых разделов, которые выбраны в этих пособиях для использования их учениками, т. е. распечатать с помощью принтера необходимый текст, а не читать его с экрана. Это связанно с тем, что при чтении книги мы воспринимаем текст в отраженном свете, а на экране монитора — в проходящем. От чтения с экрана монитора глаз устает значительно больше, а при использовании мониторов низкого качества ухудшается зрение. В ЭУ на основе гипертекста необходимо включить функцию «Вариант для печати», позволяющую вывести на печать текущий текст с ближайшими гиперссылками [50, с. 70].

9. Электронный учебник на основе гипертекста обладает принципиально новыми качествами по сравнению с традиционным учебником. Принципиальное отличие состоит в его нелинейной, разветвленной структуре и возможности педагога-разработчика заложить посредством навигации траекторию изучения материала.

1.3 Архитектура электронного учебника

Архитектурой программной системы называется спецификация ее сопряжения с пользователями и внутренних компонентов системы между собой. Архитектура отражает состав основных программных и информационных компонентов системы, а также их связи друг с другом, пользователями и внешними программными системами. Вычленение программных компонентов (модулей) производится по функциональному принципу. Информационные компоненты (массивы, блоки, файлы, фрагменты базы данных и т. д.) выделяются на основании их назначения, использования, форматов представления данных, способов доступа и других признаков [5, с. 216].

Схема обобщенной архитектуры электронных учебников (ЭУ) показана на рисунке 2. В конкретных реализациях некоторые ее составляющие могут отсутствовать. Обязательные компоненты, образующие «минимальную» конфигурацию ЭУ, помечены звездочками. В рассматриваемой схеме применены следующие вновь вводимые сокращения:

— МОРУМ — модуль обеспечения работы с учебным материалом;

— МПУМ — модуль поиска учебного материала;

— МОРУТЗ — модуль обеспечения работы с УТЗ;

— МГУТЗ — модуль генерации УТЗ;

— МУУП — модуль управления учебным процессом;

— МРИО — модуль регистрации и идентификации обучаемых;

— МПМОП — модуль представления моделей обучаемых и протоколов их работы;

— ИАП — интерфейс с АРМ преподавателя (инструктора);

— УТЗ — учебно-тренировочная задача;

— ПИ — пользовательский интерфейс;

— ОТеК — описание текущей конфигурации ЭУ.

Информационные компоненты ЭУ подразделяются на три класса:

информационные компоненты, входящие в ЭУ;

информационные компоненты для настройки ЭУ;

информационные компоненты, формируемые ЭУ и отражающие результаты работы обучаемых.

Информационные компоненты, входящие в ЭУ, в свою очередь, разбиваются на две группы. Первая включает компоненты, содержание которых ассоциируется с изучаемым предметом. К ней относятся различные составляющие учебного материала и множество учебно-тренировочных задач (УТЗ). Вторая группа объединяет компоненты, связанные в содержательном плане с ЭУ как с программным средством. На схеме архитектуры выделено два таких компонента: блок идентификации ЭУ и справка по работе с ЭУ.

Учебный материал и УТЗ могут включать ссылки на информационные и программные объекты. Структурные единицы учебного материала могут ссылаться на УТЗ и внешние КСО, УТЗ — на структурные единицы учебного материала, а также на внешние КСО или внешние программные модули (например, обеспечивающие моделирование изучаемых сущностей).

Структура учебного материала, а также система отношений между УТЗ будут рассмотрены далее.

Необходимо отметить, что понятие УТЗ здесь и далее употребляется в собирательном смысле в качестве общего наименования заданий для закрепления и контроля знаний. Эти задания могут иметь форму вопросов, задач, упражнений и др.

Отметим также двойственную интерпретацию понятия «содержание» в контексте ЭУ. С одной стороны, содержание ассоциируется с информацией предметного характера, представленной в КСО, т. е. непосредственно с учебным материалом и УТЗ. С другой стороны, содержание трактуется как оглавление, перечень структурных единиц учебного материала. Во избежание путаницы для обозначения второй интерпретации используем словосочетание «блок содержания» [5, с. 237].

В ЭУ и КОС реализуются четыре основных способа доступа к учебному материалу:

— через блок содержания, элементы которого ссылаются на соответствующие структурные единицы учебного материала, и средства навигации;

— через указатели (предметные, именные и др.), словарь (глоссарий), тезаурус и подобные компоненты, содержащие ссылки на структурные единицы учебного материала;

— с помощью средств поиска учебного материала (МПУМ);

— через определяемые пользователем закладки, ассоциируемые со структурными единицами учебного материала.

МПУМ обеспечивает либо полнотекстовый поиск, либо поиск по ключевым словам. Во втором случае подразумевается, что учебный материал проиндексирован.

Блок идентификации представляет собой аналог титульного листа книги и выступает в качестве своеобразного паспорта ЭУ. Он содержит название ЭУ, краткое описание его назначения и применения, сведения о разработчиках, распространителях, авторских правах и др.

Второй класс информационных компонентов ЭУ включает профили обучаемых, ОТеК и ЭИЗО.

Под профилем понимается описание параметров пользователя, влияющих на настройку системы. В профиле обычно хранятся: идентификационные данные обучаемого; сделанные им заметки и закладки; «история» работы обучаемого с системой (в общем случае — запись его действий: введенных команд, сформированных поисковых запросов, траектории навигации по учебному материалу и т. д.), описание настройки ПИ и др. ОТеК отражает текущую системную конфигурацию ЭУ, т. е. настройку программного средства на применение в конкретных программно-технических и организационных условиях. ОТеК, фиксирующее типовую конфигурацию, действующую по умолчанию, как правило, входит в дистрибутив ЭУ и устанавливается на компьютер программой его инсталляции. При использовании ЭУ в КК учебного заведения изменения в ОТеК вносятся системными администраторами. Различия между информационными компонентами для настройки КУ (КОС) иллюстрирует таблица.

Таблица. Различия между информационными компонентами для настройки КУ (КОС)

К третьему классу информационных компонентов относятся модели обучаемых и протоколы их работы с ЭУ.

В протоколах представляются данные, отражающие взаимодействие обучаемых с ЭУ и результаты выполнения ими контрольных мероприятий. Процесс работы с учебным материалом характеризуется временем, затраченным на изучение составляющих его разделов и тем, числом обращений к справочным базам (словарю, глоссарию и т. д.), количеством возвратов к пройденному материалу и др.

Модель обучаемого описывает текущее состояние его знаний по данному предмету и индивидуальные особенности, важные с точки зрения учебного процесса. По сравнению с протоколом она является более глубокой и семантически выразительной формой представления сведений о ходе и результатах работы обучаемого с ЭУ. Если в протоколе содержатся объективные данные, фиксируемые системой в процессе взаимодействия с пользователем, то в модели обучаемого отражаются результаты их обобщения и интерпретации, а также выводы, сформированные на их основе. Наличие модели обучаемого свойственно интеллектуальным КСО. В таких средствах она сопоставляется с целевой моделью представления ПО, между ними выявляются различия, исходя из которых определяется характер управления учебным процессом [28, с. 15].

Рассмотрим назначение программных компонентов архитектуры ЭУ.

Взаимодействие пользователя с учебным материалом осуществляется с помощью МОРУМ. Основные функции данного модуля:

— доступ к структурным единицам учебного материала через блок содержания, указатели, словарь (глоссарий), тезаурус;

— выбор текущего фрагмента учебного материала и передача его для представления (отображения) модулю ПИ;

— выполнение сценариев представления учебного материала (воспроизведение демонстраций, презентаций и т. п.);

— моделирование изучаемых объектов и процессов и обеспечение условий для взаимодействия пользователя с этими моделями;

— выполнение переходов к структурным единицам учебного материала в соответствии с командами пользователя, передаваемыми ПИ (навигация по учебному материалу);

— вызов МОРУТЗ для выполнения УТЗ, ссылки на которые содержатся в учебном материале;

— вызов на выполнение внешних КСО, ссылки, на которые содержатся в учебном материале;

— выполнение команд МУУП;

— фиксирование сведений о работе пользователя с учебным материалом, передача их МУУП и запись в протокол.

МОРУТЗ служит для поддержки выполнения УТЗ. В этом модуле реализованы следующие основные функции:

— предъявление пользователю УТЗ, выбранной из множества УТЗ или сформированной МГУТЗ;

— передача условий УТЗ для представления (отображения) модулю ПИ;

— моделирование объектов и процессов, рассматриваемых в УТЗ, и обеспечение условий для взаимодействия пользователя с этими моделями;

— обеспечение условий для поэтапного выполнения УТЗ пользователем, проверка и оценивание его действий;

— обеспечение условий для ввода результата (ответа) УТЗ, его проверка и оценивание;

— предоставление информационной помощи по запросам пользователя;

— демонстрирование эталонного выполнения УТЗ;

— вызов на выполнение внешних КСО (внешних программных модулей), ссылки на которые содержатся в УТЗ;

— вызов МОРУМ для работы с учебным материалом, на который ссылается УТЗ (по команде пользователя или автоматически при неверном выполнении УТЗ);

— выполнение команд МУУП;

— фиксирование сведений о ходе и результатах выполнения УТЗ, передача их МУУП и запись в протокол.

МГУТЗ предназначен для формирования (генерации) УТЗ по запросам МОРУТЗ. ЭУ и КОС, обладающие данной возможностью (т.е. содержащие МГУТЗ), называются генерирующими. В таких средствах множество УТЗ представляет собой описания шаблонов и моделей задач, служащих основой для генерации их условий.

Модуль настройки обеспечивает настройку ЭУ на конкретные условия применения, параметры пользователя и решаемые педагогические задачи. Он устанавливает системную конфигурацию ЭУ и параметры ПИ, а также загружает информацию из профиля обучаемого. ЭИЗО и сведения о предыдущих сеансах работы обучаемого с ЭУ, выбираемые из протоколов, используются для настройки учебного материала и УТЗ на текущий уровень его подготовленности и задачи, поставленные перед ним преподавателем. Данный модуль также позволяет устанавливать и удалять закладки, переходить по ним к структурным единицам учебного материала, сохранять в профиле обучаемого сделанные им настройки и установки [5, с. 314].

МУУП осуществляет управление прочими программными компонентами ЭУ в части обеспечения эффективной реализации определенной психолого-педагогической стратегии. Его основные функции:

— прием данных, фиксируемых МОРУМ и МОРУТЗ и отражающих ход и результаты работы обучаемого с учебным материалом и УТЗ;

— формирование и корректировка на основе этих данных модели обучаемого;

— оценивание уровня знаний обучаемого;

— выработка решений по корректировке хода учебного процесса и представления учебного материала и УТЗ, а также передача соответствующих команд МОРУМ, МОРУТЗ, МГУТЗ и модулю настройки;

— передача на АРМ преподавателя (через ИАП) информации о ходе и результатах работы обучаемого;

— обеспечение доступа преподавателя к модели обучаемого и протоколам его работы;

— выполнение команд преподавателя по управлению учебным процессом, поступающих через ИАП.

МРИО используется на этапе инициализации и настройки системы. Он предлагает обучаемому указать его идентификационные данные (фамилию и инициалы, номер учебной группы и т. п.). Введенная информация передается модулю настройки, который ищет соответствующие профиль, ЭИЗО и записи в протоколах. Если обучаемый работает с ЭУ в первый раз, то МРИО регистрирует его в протоколе, а модуль настройки создает новый профиль. Обучаемым, для которых не предусмотрены ЭИЗО, предлагается задание по умолчанию. Идентификационные данные и текущее задание обучаемого передаются МУУП.

МПМОП обеспечивает доступ обучаемого к протоколам его работы и модели, созданной МУУП. Модуль позволяет просматривать данные информационные компоненты и выводить их фрагменты на печать. В нем также могут быть реализованы функции анализа модели обучаемого и содержания протоколов, а также формирования методических рекомендаций по развитию знаний обучаемого и совершенствованию учебного процесса.

ИАП служит для сопряжения ЭУ с АРМ преподавателя в ЛВС. Это сопряжение позволяет контролировать работу обучаемого и управлять учебным процессом через МУУП, не привлекая его внимания, т. е. осуществлять скрытый контроль. Другая функция ИАП — обеспечение условий для явного взаимодействия (диалога) обучаемого с преподавателем. При использовании ЭУ в режиме ДО вне УЦ на ИАП может возлагаться задача отправки на сервер УЦ или сервер ДО учебного заведения протоколов работы обучаемого и приема скорректированных версий ЭИЗО.

Пользовательский интерфейс (ПИ) ЭУ включает две составляющие: информационную и программную. Информационная составляющая воплощается в информационных компонентах первого класса и выражается описаниями схем представления и оформления их содержания и схем диалога. Программная составляющая обеспечивает построение и функционирование ПИ в соответствии с данными описаниями. Модуль ПИ на схеме архитектуры ЭУ ассоциируется с программной составляющей и выполняет функции, традиционные для ПИ программных систем. Основные из этих функций:

— отображение на экране информации согласно описанным схемам ее представления и оформления;

— воспроизведение аудиои видеофрагментов, анимаций и интерактивных трехмерных представлений;

— обеспечение функционирования управляющих элементов ПИ;

— прием данных и команд, вводимых пользователем, их первичная обработка и передача другим программным компонентам ЭУ;

— реализация аудиои видеоэффектов.

Отметим три важные служебные функции ЭУ, не охватываемые программными компонентами, выделенными на схеме архитектуры:

— контроль целостности программного и информационного обеспечений ЭУ;

— защита от несанкционированного доступа к информационным компонентам второго и третьего классов;

— защита программного продукта от несанкционированного копирования.

Важной характеристикой ЭУ, относящейся к уровню архитектуры, является состав форм представления информации, используемых в информационных компонентах первого класса [19, с. 7]. Речь идет о таких формах, как:

— гипертекст;

— графика (матричная, векторная, функциональная, реалистичные фотоизображения) и гиперграфика;

— видеокомпоненты;

— анимации;

— интерактивные трехмерные представления;

— аудиокомпоненты.

Коротко остановимся на структуре учебного материала, т. е. системе отношений между его структурными единицами. Под структурной единицей понимается адресуемая часть учебного материала. Адресация позволяет ссылаться и переходить на данную структурную единицу из других единиц, блока содержания, указателей, словаря (глоссария), тезауруса и УТЗ.

На рисунке 3 структурные единицы представлены вершинами графа, отношения — ребрами и гиперребрами (овалами). Между вершинами существуют отношения трех типов. Основу структуры учебного материала составляют иерархические структурные отношения. Они обозначены жирными ребрами, направленными от подчиняющих к подчиненным вершинам. В соответствии с этими отношениями структурным единицам приписаны индексы, каждый из которых отражает путь к соответствующей вершине от корневой вершины.

Рис. 3. Структурные единицы учебного материала

Индексы используются для идентификации и адресации структурных единиц. Их компоненты ассоциируются с иерархическими уровнями учебного материала. Количество и наименования уровней в конкретных реализациях КУ (КОС) могут быть разными. На рисунке выделено пять уровней, считая корневую вершину. Последняя помечена символом «К» и представляет самую общую структурную единицу, соответствующую учебному материалу в целом. Ее уровень обычно не учитывается в индексах.