Система поддержки процесса формирования интеллектуальных умений в области прикладной информатики

С середины 70-х годов как в нашей стране, так и в других странах мира ведутся интенсивные работы по созданию и внедрению в учебный процесс в высших учебных заведениях автоматизированных систем обучения (АСО).

Системы обучения существуют в различных сферах коллективной человеческой деятельности (ВУЗ, школа, курсы по различным видам деятельности и т. д.) и охватывают разнообразные проблемные области. Целью функционирования систем обучения является достижения определенного уровня обученности студентов, определяемого такими качествами личности как знания, умения и навыки.

Современный этап педагогической практики характеризуется сменой дидактической парадигмы, переходом от информационно-объяснительной технологии обучения к деятельностно-развивающей. Важными становятся не только усвоенные общетеоретические знания, но и приобретенные умения как специфический вид знаний о процедуре выполнения задач изучаемой деятельности. Однако, несмотря на длительный период развития автоматизации профессионального обучения, такая важная задача обучения как формирование системы умений выполнения задач деятельности в области практической информатики, т. е. деятельности, осуществляемой с использованием современных информационных технологий, не нашла своего должного развития.

Следует отметить, что создание и использование автоматизированных средств, ориентированных на поддержку процесса формирований умений именно в этом виде профессиональной деятельности, является наиболее естественным с точки зрения соединения теории и практики обучения и наиболее востребованным при обучении инженеров-специалистов по специальности 22.02.00.

Среди множества проблем, возникающий при создании автоматизированной системы формирования умений, в данной работе рассматривается проблема взаимодействия студентов с автоматизированной системой обучения на основе ПЭВМ при выполнении задачи первоначального формирования умений и их коррекции в процессе учения. Суть этой проблемы в общем виде можно сформулировать следующим образом: каковы должны быть методы, модели и средства взаимодействия «студент — ПЭВМ», а также форма предоставления учебной информации, чтобы в результате использования системы поддержки процесса формирования умений (ПФУ) обеспечить наиболее эффективное выполнение обучения студентов с помощью предоставляемых системой поддержки ПФУ автоматизированных средств деятельности.

Специфика проблемы создания системы поддержки ПФУ заключается в том, что она не может быть ограничена только рамками технических дисциплин. В силу многоаспектности проблемы формирования умений для ее решения требуется исследование психологических и дидактических вопросов обучения как особого вида человеческой деятельности.

Современный психолого-дидактический подход к обучению умениям предполагает рассмотрение деятельности обучения как взаимодействия двух видов деятельности: деятельности преподавания и деятельности учения.

Традиционно автоматизация учебного процесса затрагивала лишь одну из составляющих деятельности обучения — деятельность преподавания на всех ее этапах (анализ, планирование, реализация, оценка, коррекция знаний) и для различных форм ее организации. Модели взаимодействия студента с АСО строились с позиций моделирования деятельности преподавателя при реализации объяснительно-иллюстративного или программированного метода обучения, и, следовательно, моделировалась активная роль преподавателя по отношению к обучаемому при жестко заданной схеме обучения. Подобные системные решения не учитывают психолого-дидактические принципы учения как активной деятельности обучаемого. Однако, реализация одного лишь принципа активности учения без учета научных концепций усвоения знаний не дает повышения эффективности обучения с использование современных информационных технологий. Так, большое количество электронных учебников, энциклопедий, систем помощи, поставляемых в комплекте с программными продуктами, предоставляют пользователю активную роль при взаимодействии. Но, по сути они являются информационно-справочными системами и не могут быть рекомендованы как учебные средства из-за их низкой психолого — дидактической проработанности, а также из-за несоответствия содержания обучения учебным планам высшей школы и задачному принципу.

В настоящее время накоплен богатый опыт эффективного использования деятельностной теории учения как психологической основы целого ряда дидактических технологий, ориентированных на развитие и использование различных компонент целостной структуры деятельности при усвоении знаний. Однако, их использование в качестве психолого-дидактического обеспечения разрабатываемых компьютерных систем обучения еще не нашло своего применения.

Из приведенных выше соображений можно сделать заключение о том, что в современной практике создания автоматизированных систем обучения весьма актуальна разработка системы поддержки процесса формирования умений. В основу такой системы должна быть положена модель учебных знаний, выполняющая одновременно две функции:

— замещение преподавателя как носителя знаний о логике выполнения системы задач изучаемой деятельности, а также процедур выполнения составляющих ее способов, приемов и отдельных действий;

— замещение преподавателя как носителя знаний о психолого-дидактических принципах и приемах деятельностной концепции усвоения знаний, определяющих целенаправленность и эффективность процесса формирования умений.

На основе адаптации к задачам компьютерного формирования умений необходимо реализовать в модели основные психолого-дидактический принципы усвоения умственных действий такие, как: постепенное увеличение сложности учебных задач, предназначенных для формирования уменийобеспечение необходимой степени вариативности решений учебных задачподдержка дедуктивных структур знаний типа «обобщенноеконкретное» для каждой учебной задачиобеспечение студенту способа доступа к учебной информации, удовлетворяющего ассоциативно-рефлекторной концепции усвоения. Иными словами, каждой учебной проблемной ситуации должны соответствовать знания о условиях ее разрешения.

Таким образом, основной проблемой при создании системы поддержки формирования умений является разработка формы предоставления учебных знаний, структуры и содержания модели учебных знаний, а также способа доступа к ней на основе задачной методологии и технологии.

Для разработки системы поддержки процесса формирования интеллектуальных умений необходимо решение следующих задач:

1. Анализ психологических основ дидактических технологий в общем и дидактических технологий активного обучения, в частности, используемых в высшей школе для формулирования системы дидактико-психологических принципов создания системы поддержки процесса формирования умений интеллектуальной деятельности в области практической информатики.

2. Разработка концептуальной модели учебной задачи типа «Образец», предназначенной для формирования интеллектуальных умений выполнения задач деятельности, с целью формализации формы представления учебной информации и разработки задачного метода преподавания.

3. Разработка формальных средств структурирования и представления знаний о предметной области изучения с целью реализации модели знаний, имитирующей метод преподавания.

4. Разработка методики практической реализации системы поддержки формирования умений для предлагаемой модели учебных знаний и метода взаимодействия «пользовательЭВМ», поддерживающего активную роль обучаемого.

Решение перечисленных задач составляет содержание данной диссертационной работы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулированы психолого-дидакитические принципы создания компьютерных систем поддержки формирования умений на основе метода активного обучения в контексте задачной деятельности.

2. Предложена концептуальная модель учебной задачи типа «образец», ориентированная на формирование умений выполнения задач изучаемой деятельности. Определены модели классов учебных задач и соответствующие им модели классов умений, а также разработан задачный метод преподавания.

3. Предложена модель процесса обучения умениям типа «учебная ситуация —> условия ее разрешения», отличающаяся сочетанием возможности реализации плана обучения в пространстве ситуаций и предоставлением учебной информации на основе модели решения учебной задачи.

4. Разработан формальный язык описания учебных ситуаций для иерархически структурированной объектной модели предметной области, являющийся средством подготовки содержания и структуры учебной информации.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты являются теоретической основой для создания методики и средств разработки системы поддержки формирования умений, обеспечивающей с одной стороны активную роль пользователя по отношению к компьютерной среде и целенаправленность взаимодействия, обеспеченного разработанной моделью учебных знаний, реализующей сформулированные выше психолого-дидактические концепции усвоения умственных действий.

Для ускорения процесса создания системы поддержки предлагается использовать готовые гипертекстовые оболочки.

В диссертации приведено описание реализации системы в среде процессора WinWord, используя программу RoboHelp. Однако, описанные технические решения применимы и для прямого программирования, и для использования широкого круга гипертекстовых систем, и для оболочек экспертных систем.

В данной работе на защиту выносятся:

1. Метод активного компьютерного обучения основанный на концептуальной модели учебной задачи типа «Образец» .

2. Формальная модель процесса обучения умениям.

3. Формальный язык описания учебных ситуаций для иерархически структурированной объектной модели предметной области.

4. Методика практической реализации системы поддержки формирования умений.

Результаты диссертации использованы при разработке системы поддержки процесса формирования умений и развития навыков программирования для языка Си в контексте деятельности структурного проектирования программных комплексов на кафедре «Интеллектуальные технологии и системы» МИРЭА. Программный комплекс зарегистрирован в Российском Фонде программных средств учебного назначения под номером 1797.

Результаты диссертационной работы докладывались на XLV научно-технической конференции (Москва, 1996), XLVI научно-технической конференции (Москва, 1997), на XLVII научно-технической конферен-ции (Москва, 1998), на XLVIII научно-технической конференции (Москва, 1999), международной конференции «Экология и образование» (Москва, 1997), международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Москва-Сочи, 1999).

По материалам диссертации опубликованы 6 печатных работ.

Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, а также доложены на научных конференциях.