Методология машинных методов обучения

Компьютеризация учебного процесса.

Каймин В.А., Электронный Университет WDU, Москва

Нечаева О.В., Мясоутова З.Р. – Федеральная служба при президенте, Москва

Савушкин В.В. – Современный гуманитарный институт, Москва

1 Проблемы машинных методов обучения

Компьютеризация всех видов человеческой деятельности выступает как:

· САПР – в конструкторском бюро – Computer Aided Design.

· производственный процесс на промышленных предприятиях под управлением компьютера – в промышленности – Computer Aided Manufacturing.

· Машинные методы обучения – в высших учебных заведениях – Computer Aided Instruction.

Активизация занятий и интенсификация развития умений и навыков владения выбранной специальности достигается за счет системной вариантности форм, методов и приемов обучения. Совершенствование системы обучения приводится с помощью машинных методов обучения с опорой на вычислительную технику, т.е. компьютер.

Машинные методы обучения с опорой на вычислительную технику, т.е. компьютер выступают в качестве помощника обучающему т.е. преподавателю, как instructor – обучающему преподавателю или reader –т.е. лектору.

Использование вычислительной техники заставило разделить деятельность преподавателя на две части:

1-ая часть – творческая, по созданию программного обеспечения.

2-ая часть – тиражирование творческих разработок, этим занимается компьютер

Машинные методы обучения – это новая форма организации образования, основанная на использовании персональных компьютеров, электронных учебников и средств телекоммуникаций, представляющих качественно новую технологию обучения. Особый интерес к дистанционному обучению возник в 90-х годах XX века в связи с широчайшим распространением глобальной международной компьютерной сети Интернет.

В историческом плане можно говорить о трех технологиях обучения – безбумажной, бумажной и компьютерной. Исторически первая – безбумажная технология связана с передачей информации в устной и зрительной форме и ее элементы можно найти в первобытном обществе.

Бумажная технология обучения связана с появлением письменности и в ее основе лежат и лежали умения читать, писать, рисовать и выражать свои мысли в письменной форме.

Качественно новая картина появляется после изобретения персональных компьютеров и в начале их массового производства и использования в образовании. Первым шагом было включение компьютеров в массовую среднюю школу как объектов изучения, а следующим шагом - использование их как средств автоматизированного и дистанционного обучения.

Другой подход к учебному процессу осуществляется после появления и начала производства персональных компьютеров, а затем и сетей ЭВМ как средств накопления, передачи и автоматизированного обучения.

Точкой отсчета в возникновении новых технологий и форм обучения является середина 80-х годов, когда в развитых технических странах персональные компьютеры были введены в систему массового образования для изучения компьютерной грамотности в средние школы и для отработки новых технологий дистанционного обучения в технических университетах. Информационной базой для изучения новых информационных технологий стали электронные книги.

В настоящее время в большинстве учебных заведений имеются компьютерные классы с объединением компьютеров в локальные вычислительные сети. Эффективность использования средств, вложенных в их создание определяется прежде всего количеством и качеством проводимых в них занятиях. По многим гуманитарным дисциплинам такие занятия не проводятся из-за отсутствия соответствующего программного обеспечения.

Разработка узконаправленных компьютерных программ под каждую дисциплину нецелесообразно по причинам значительных затрат на такие разработки и наличия общих принципов создания тестов и обучающих программ для различных дисциплин. Кроме того обучение требует эффективных приемов контроля знаний слушателей.

Эти проблемы в значительной степени будут упрощены при использовании в учебном процессе универсальных контролирующих и обучающих программ-оболочек.

Следующей является проблема обработки результатов работы учащихся. Решение этой проблемы в компьютерных системах обучения в значительной степени может быть автоматизировано, что может существенно сократить рутинную работу учителей и преподавателей по проверке и контролю работ учащихся.

Так же проблематично создание электронных книг и учебников по различным дисциплинам и предметам, отвечающих технологии дистанционного обучения и отражающих современное состояние науки, культуры, техники и технологии. При этом новые электронные учебники должны дополнять, а не отрицать традиционные бумажные учебники и учебные пособия.

2. Совершенствование системы контроля и оценки знаний

при машинном обучении.

Объективный и систематический контроль знаний слушателей является важнейшим средством управления учебно-воспитательным процессом, содействуя повышению уровня преподавания, улучшению организации учебных занятий слушателей и усилению их ответственности за качество своего учебного труда.

Результаты контроля учебной работы слушателей используются для внесения корректив в содержание и организацию процесса обучения, а так же для поощрения успешно занимающихся, развития их творческих способностей, самостоятельности и инициативы в овладении знаниями, умениями и навыками.

В отечественной системе образования контроль знаний, как правило, проводится в устной форме. В вузах это делается во время зачетов и экзаменов, а в школах во время опроса учеников. В развитых странах для контроля знаний широко используются тесты и развиты различные методы тестирования знаний. В ряде учебных заведений тесты используются не только для итогового, но и для текущего контроля, что позволяет преподавателям реализовывать индивидуальный подход к учащимся. Поэтому целесообразно в учебном процессе и в зависимости от преследуемых целей проводить следующие виды контроля учебной работы слушателей:

1. Входной - организуется перед началом занятий (в учебных заведениях повышения квалификации и после вузовского образования).

2. Текущий – проводится в ходе учебного процесса.

3. Рубежный – проводится в периоде обучения по завершении предмета или дисциплины.

4. Итоговый – по завершению учебной программы.

Одним из способов проведения контроля является формализованный, проводимый с помощью технических средств и не предполагающий обязательного общения преподавателя с обучаемым. Для этого разрабатываются специальные тесты.

Три формы тестов:

1. С выборочными ответами.

2. С конструированными ответами.

3. С эталонными ответами.

4. Информационно-логическая модель обучения

Использование персональных компьютеров для организации обучения и в особенности для дистанионного обучения требует проведения соответствующего информационно-логического анализа. Прежде всего необходимо подвергнуть анализу источники информации, которые вовлекаются в эти процессы обучения.

Источниками информации для различных форм обучения являются – внешняя среда, учителя, книги и компьютеры.

Для традиционных форм обучения в современных школах и вузах характерна схема информационных потоков:

Учитель ученик книги.

В рамках дистанционного обучения с применением персональных ЭВМ учащиеся имеют дело в основном с книгами и компьютерами как основными источниками информации:

Компьютер ученик книги.

При компьютерных формах обучения роль ученика во многом сводится к перепроверке на практике сведений, получаемых от книг, справочников и учителей.

При таком подходе деятельность учеников, связанная с работой и экспериментами на ЭВМ, развивается в виде цепочек по следующей схеме, выражающая потоки информации:

Cреда действия наблюдения суждения рассуждения

В рамках компьютерной технологии обучения роль учителей и преподавателей состоит не только в передаче сведений, выражающих основу изучаемых знаний, но и в направлении деятельности учащихся и в передаче оценочной и ориентировочной информации.

В более сложных случаях при обучении сложным видам интеллектуальной деятельности роль учителя состоит в подсказке обобщений и идей, помогающих обучаемым провести необходимые рассуждения найти решение поставленных задач.

5. Организация автоматизированного рабочего места

Обучение производится по трем программам:

I. Программа – оболочка, т.е. лектор, с использованием электронной классной доски.

II Программа – экзаменатор с распечаткой и матрикуляцией обучения.

III Программа – консультант с большим объемом памяти.

Автоматизированное рабочее место состоит из системного блока двух мониторов – М1 и М2, и клавиатуры с двойным управлением, которая применима и к одному и к другому монитору:

М1 – host computer (север)

М2 – slave computer (рабочая станция).

Таким образом электронная классная доска, выполняющая команды host computer. М1 – является источником информации, должен иметь два CD ROMа - и винчестер в 100 – 120 Гб.

Необходимое условие для чтения:

1. Звуковая карта и динамики.

2. Монитор.

3. Нost computer – работает в кино режиме – motion-picture experts group (MPEG driver) этот режим необходим для того, чтобы видеть лектора и его движения, и карта – frame-grabber – дающая возможность останавливать и записывать картинку, в необходимый момент.

4. Нost computer – должен иметь достаточно высокую тактовую частоту (200-300 Мг).

Такого рода комбинации могут быть использованы для ознакомления обучаемых с самыми сложными разработками в современной математике.

Автоматизированное рабочее место работает в трех режимах:

I-вый режим – Лектор, находящийся под управлением пользователя – студента.

Например:

1. Студент перед прослушиванием лекции может задать темп чтения лекции /5 сек., 15 сек., 30 или даже 1 мин. В зависимости от приемлемой ему скорости /.

2. Обучаемый может задавать компьютеру вопросы или просить повторить, или даже проиллюстрировать наиболее трудные места конкретными примерами.

При чтении лекции студент – слышит не только голос лектора, но и видит его. Параллельно демонстрируется текст и обучаемый не делает ошибки в правописании. Качество, дикция и понятность – большей частью не реализуется живыми лекторами на 100 %.

Программа «лектор» используется с программой «Black- board», для этого два диска или 2CD ставятся рядом –Side by side, обычно левый дисплей, сам лектор и текст, правый дисплей электронная доска – математические выкладки, картинки, т.о. исполнение текста, звука, разговора – очень удобно для обучения.

II-ой режим – Экзаменатор – программа обеспечивает достаточно объективное выявление знаний студента.

В этом режиме происходит предоставление заданий с последующим приемом ответов, что значительно повышает качество образовательного процесса и индивидуальность подхода при обучении.

Компьютер в этом режиме использует наказание за игру с машиной.

В чем заключается – «жесткость наказания за игру с компьютером». Обучаемому предлагается выбрать ответ «Не знаю» в тех случаях когда есть сомнение в своих знаниях; если он начинает играть с его счета могут быть сброшены баллы.

При компьютерном оценивании знаний экзамен всегда совмещается с обучением, т.к. компьютер после распечатки оценочной ведомости дает анализ, как ответить правильно и почему.

III-ий режим – Режим «Консультант»

В этом режиме студент получает разъяснение по любому непонятному разделу курса и может законспектировать эти разъяснения.

В режиме «Консультант» студент может просмотреть графические зависимости, функциональные зависимости, трехмерные изображения любых математических функциях, которые его интересуют. Эта программа называется «Z-plotter». Единственное требование это правильный синтаксис формулы.

В режиме консультант АРМ – станция при наличии модема может выходить на все доступные базы данных, включая «Интернат». К компьютеру, который работает в таком режиме предъявляются специфические требования:

1. Высокая степень надежности «monkey-proof» - это уровень надежности игровых автоматов.

2. Обучаемый не имеет доступ к задней стенке компьютера и периферийному оборудованию, которые защищены триплексом.

Этот уровень надежности по американской терминологии называется «Student-proof».

Подобная «work-station» должна быть вставлена в коридоре и обучаемый может иметь доступ удобное ему время.

6.Организация учебного процесса или читаемого курса

– computer-aided tutorial process.

Учебный процесс рассчитан на использовании нескольких рабочих мест, причем в классе устанавливается локальная сеть, которая состоит:

1. Из одного автоматизированного места преподавателя.

2. Из автономных рабочих мест студентов (slave work station»)

3. Из сервера (host work station).

Что может делать host work station?

1. На все 15 рабочих мест она может загрузить одну и туже обучаемую программу.

2. Контролировать состояние или уровень выполнения программы на каждом рабочем месте и если необходимо заблаговременно сообщать о допущенных ошибках и необходимых исправлениях.

3. Компьютерную матрикуляцию – ведение классного журнала и выставление оценок с фиксацией и анализом ошибок допущенных каждым студентом на своём рабочем месте.

4. Выводить на студенческие рабочие места сведения предусмотренные полной программой читаемого курса, с контрольными заданиями.

5. На каждое рабочее место в многозадачном режиме (Multitasking) станция может выводить несколько заданий для обучения, а также производить контроль за выполнением их с помощью кривых обучаемости – наиболее объективного метода исследования эффективности данного учебного процесса (рис. 1).

I – ая кривая соответствует лицам с высоким уровнем интеллекта

II – ая кривая соответствует лицам со средним уровнем интеллекта

III- ая кривая соответствует лицам с низким уровнем интеллекта (сomplete idiot’s)

Необходимым условием является освоение преподавателями технологии работы в сети Интернет и использования новейших технологий обучения, а также психолого-педагогических вопросов использованием тестов и электронных учебников в учебном процессе в своих учреждениях. Т.е. электронный учебник может использоваться:

- как тренажер для самостоятельных знаний на ЭВМ;

- для проверки знаний на текущих занятиях с ЭВМ;

- как экзаменатор на выпускных и вступительных экзаменах.

Работа с электронным учебником происходит в диалоге с ЭВМ в трех основных режимах:

1) чтение учебных материалов;

2) обучение элементам языка;

3) контроль и оценка знаний.

Приведём пример учебных материалов электронного учебника по английскому языку:

Информация Регистрация Работа Темы Протокол Выход

1.1 Моя профессия

I am a manager. Я менеджер.

I am an employee. Я служащий.

I am a student. Я студент.

I am a designer. Я дизайнер.

I am a lawyer. Я юрист.

I am a programmer. Я программист.

Отличием электронного учебника от бумажного является то, что в электронном учебнике материалы построены по принципу «билистинга» - двойного списка. В левом списке приведены фразы на английском языке, а в правом – эквивалентные фразы на русском языке.

Контрольные вопросы в электронном учебнике английского языка могут требовать ответов как на русском, так и на английском языке. Таким образом электронный учебник может использовать не только для обучения английскому языку русскоязычных, но и обучения русскому языку англоязычных.

Пример контрольного вопроса:

Информация Регистрация Работа Темы Протокол Выход

1.1. Моя профессия.

Контрольный вопрос

I’m a student

Я [ ].

Рассмотренная в данной статье организация учебного процесса ориентирована на развитие творческого индивидуального мышления у обучаемого, что возможно в ходе интерактивного общения обучаемого с компьютером.

В результате внедрения машинных методов обучения выявляется тенденция направленного на пересмотр самого предмета учебного процесса и методик изучения предметов, поскольку обучаемый ориентируется на работу над развитием собственного инженерного мышления.

Список литературы.

Каймин В.А., Евреинов Э.В. «Информатика и дистанционное обучение» М. «Научная книга», 1998.
Нечаева О.В. «использование компьютерных технологий в процессе обучения учащихся старших классов средних школ» М. Тезисы докладов Всероссийской научно-теоретической конференции «Преподавание иностранных языков в комплексах «школа-вуз» в современных условиях», МГАТУ им. К.Э. Циолковского.
Каймин В.А., Нечаева О.В. «English для менеджеров». Электронная библиотека WDU.

http://wdu.da.ru