Перспективные направления разработки и использования средств новых информационных технологий в НОО в контексте реализации ФГОС

Перспективные направления разработки и использования средств новых информационных технологий в

НОО в контексте реализации ФГОС

Последние десятилетия интенсивного развития информатики как науки и как реального инструмента социального прогресса характеризуются созданием принципиально новых средств обработки информации, инициирующих формирование перспективных педагогических технологий, ориентированных на интеллектуальное совершенствование обучаемого. Перейдем к рассмотрению основных перспективных направлений использования средств новых информационных технологий в сфере образования.

Широкие возможности предоставляют частным методикам перспективы использования экспертных обучающих систем (ЭОС).

Идея разработки и применения ЭОС основывается на реализации возможностей экспертных систем - систем искусственного интеллекта, которые используют знания из достаточно узкой предметной области. Условно экспертные системы подразделяют на две группы: в первой используются рассуждения, основанные на вероятностных соображениях; во второй таковые рассуждения не используются. В соответствии с обучающими функциями, которые должны реализовывать ЭОС, целесообразно реализовать возможности второй группы экспертных систем, в которых рассуждения основываются на строгой логике. При этом ЭОС должна обеспечивать ответ на запрос обучаемого и решение из определенной предметной области. Являясь средством представления знаний, ЭОС организует диалог между пользователем и системой, способной по его требованию объяснить ход рассуждений при решении той или иной учебной задачи в виде, понятном обучаемому.

Формируется ЭОС как совокупность трех подсистем:

* подсистема общений (машина ввода + модуль извлечения знаний),

* подсистема объяснений (интерфейс),

* подсистема накопления знаний (база знаний). ЭОС располагает возможностью обеспечения:

* пояснения стратегии и тактики решения задач изучаемой предметной области при диалоговой поддержке процесса решения;

* контроля уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения и оценкой достоверности контроля;

* автоматизации процесса управления самой системой в целом.

Ориентируя обучаемого на самостоятельную работу, ЭОС инициирует развитие процессов познавательной деятельности, повышает мотивацию обучения за счет вариативности самостоятельной деятельности, возможности самоконтроля и самокоррекции.

Эффективным средством представления знаний может служить учебная база данных (УБД), ориентированная на некоторую предметную область.

Возможности УБД:

* формирование наборов данных (по определенным признакам), то есть возможность создания, сохранения и использования данных, информации, включая и фактографическую, выбранной по конъюнкции и (или) дизъюнкции признаков;

* обработка имеющихся наборов данных осуществление поиска (выбор, сортировка), анализа и модификации информации по заданным признакам;

* использование модуля сервисной технологии, позволяющего применение редактора образов и редактора текста, контроля результатов решений, регламента работы.

Исследуя возможности использования УБД в учебном процессе, необходимо отметить, что консервативные свойства УБД преобладают над динамическими. Это приводит к превалированию декларативного представления информации над процедурным (декларативным назовем представление информации, характеризуемое тем, что основная часть информации представляется в виде статической совокупности фактов, которыми можно манипулировать с помощью небольшого набора универсальных процедур).

Подытоживая вышеперечисленные возможности, использование УБД можно рекомендовать в процессе самостоятельной работы по обработке информации (например, в процессе поиска необходимой информации по определенным признакам, ее анализа, модификации информации при заполнении УБД новым содержанием).

Возможности учебной базы знаний (УБЗ), ориентированной на некоторую предметную область, предполагают реализацию идеи самообразования на основе выбора обучаемым приемлемого для него режима учебной деятельности.

В УБЗ предполагается наличие:

* учебной базы данных определенной предметной области, содержащей описание основных понятий предметной области, определений; стратегию и тактику решения задач; комплекс предлагаемых упражнений, примеров или задач данной предметной области;

* методики обучения, ориентированной на некоторую модель обучаемого, содержащей информацию об уровнях знаний обучаемого (как начальном, промежуточных, так и сформированного в процессе обучения); базу данных ошибок обучаемого, содержащую перечень возможных ошибок и информацию для их исправления; базу данных, содержащую перечень методических приемов и организационных форм обучения.

Вышеперечисленные возможности УБЗ позволяют организовать диалог, обеспечить получение ответа на запросы пользователя по извлечению соответствующей информации, имеющейся в базе данных.

Прогнозируя педагогическое воздействие обучающих систем, можно говорить о возможности выработки с их помощью умения самостоятельного переноса усвоенных знаний н новую ситуацию; видения новой функции известного объекта; видения структуры объекта и вариантов методов решения поставленной задачи.

Использование возможностей интеллектуальных обучающих систем (Intelligent Tutoring Systems), систем искусственного интеллекта в обучении (Artificial Intelligence and Education) позволяет реализовать вышеизложенное и вплотную подойти к решению проблемы моделирования процессов познавательной деятельности обучаемого. Как показывают отечественные и зарубежные исследования, в настоящее время разработка программных средств учебного назначения, реализующих возможности систем искусственного интеллекта, является одним из перспективных направлений использования СНИТ в образовательных целях. [36]

Вместе с тем, создавая обучающие системы (типа ЭОС, УВД, УБЗ), оказывающие определенное педагогическое воздействие, необходимо, во - первых, учитывать начальный уровень обучаемого и его мотивационную готовность к общению с системой; во - вторых, прогнозировать результаты педагогического воздействия, предусматривая, какие знания, умения, навыки должен или может приобрести обучаемый, какое развивающее воздействие на него окажет общение с системой и какова целесообразность этого воздействия; в - третьих, обеспечивать вариативность в подаче учебного материала (визуально - объяснительная, описательная, проблемная и т. д.); в - четвертых, обеспечивать деятельностный подход к обучению; в - пятых, предусматривать возможность поэтапного отслеживания продвижении обучаемого в учении.

Перспективным направлением использования средств новых информационных технологий в целях обучения является интеграция возможностей компьютера и различных средств передачи аудиовизуальной информации. Реализуется это в видеокомпьютерных системах (интерактивных видеосистемах).

Видеокомпьютерная система - это комплекс оборудования, позволяющий представлять пользователю различные виды воспринимаемой информации (текст, рисованная графика, видеофильм, движущиеся изображения, звук), обеспечивая ведение интерактивного диалога пользователя с системой.

Как правило, любая видеокомпьютерная система состоит из устройства управления системой; устройства ввода (вывода) и представления изображений; устройства представления графики и текста; устройства представления звука; средств воздействия пользователя на систему и взаимодействия с ней.

Видеокомпьютерная система обладает возможностью:

* использования библиотеки программ;

* обеспечения разнообразных путей доступа к библиотекам движущихся и неподвижных изображений со звуковым сопровождением;

* выбора из базы данных в любой последовательности аудиовизуальной информации;

* контаминации (смешение, перетасовка) информации, включающей текстовую, графическую, подвижные диаграммы, мультипликацию и видеоинформацию;

* "разделения" экрана ("оконное" представление на экране разнообразной по содержанию и по форме представления информации); например, в одном "окне" представляется видеосюжет, демонстрирующий реальный опыт; в другом "окне" -табличное представление значений физических величин, регистрируемых в процессе опыта,- в третьем "окне" график зависимости между физическими величинами, значения которых выводятся в таблице.

Многообразие форм учебной работы, осуществляемой с помощью видеокомпьютерных систем, позволяет пользоваться аудиовидеоинформацией по -разному:

* использовать представление комплексное информации;

* вычленять необходимую в данный момент времени аудиовизуальную информацию и пользоваться ею как энциклопедической;

* осуществлять "манипулирование" информацией (совмещение видеоинформации от различных источников; наложение информации с экрана компьютера на видеоинформацию, совмещение ее с текстовой, графической).

Реализация вышеперечисленных возможностей видеокомпьютерных систем позволяет достичь определенные педагогические цели. К ним относятся:

* анализ, изучение комплексно представленной информации;

* осуществление вариативного подхода к предъявлению учебного материала;

* повышение уровня эмоционального восприятия учебной информации;

* повышение уровня мотивации обучения за счет осуществления разнообразных видов самостоятельной работы;

* возможность выбора тематики, вызывающей наибольший интерес у обучаемого.

Мультимедиа (Multimedia).Технология Мультимедиа - это совокупность приемов, методов, способов продуцирования, обработки, хранения, передачи аудиовизуальной информации, основанных на использовании технологии компакт - диска CD-ROM (compact disc read only memory) - CD-audio, CD-video, CD + G, CD - information, CD - phono, CD -TV, LV (Laser Vision).

Мультимедиа - операционные среды, основанные на использовании технологии компакт - диска, позволяют интегрировать аудиовизуальную информацию, представленную в различной форме (видеофильм, текст, графика, анимация, слайды, музыка), используя при этом возможности интерактивного диалога.

Анализ различных пакетов программных средств, реализующих технологию Мультимедиа, а также мультимедиа - курсов, предназначенных для образовательных целей, позволил выделить возможности современных систем Мультимедиа.

Таким образом, возможности систем Мультимедиа позволяют интегрированно представлять на экране компьютера любую аудиовизуальную информацию, реализуя интерактивный диалог пользователя с системой. При этом система обеспечивает возможность выбора по результатам анализа действий пользователя нужную линию развития представляемого сюжета или ситуации. [26]

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что педагогические цели использования технологии Мультимедиа определяются возможностью реализации интенсивных форм и методов обучения, повышения мотивации обучения за счет применения современных средств обработки аудиовизуальной информации, повышения уровня эмоционального восприятия информации, формирования умений реализовывать разнообразные формы самостоятельной деятельности по обработке информации.

Виртуальная реальность (Virtual reality). Виртуальная реальность - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа - операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия и реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире".

Технология неконтактного информационного взаимодействия, реализуемая системой "Виртуальная реальность", позволяет компьютеру отобразить непосредственно в цифровой форме импульсы от "информационной перчатки" ("интерфейс - перчатка") и "информационного костюма". Рука пользователя, одетая в "информационную перчатку", может быть спроецирована в виртуальной форме в трехмерной компьютерно - генерированной среде. Манипулируя "информационной перчаткой", пользователь может взаимодействовать с виртуальным миром, передвигая объекты, управляя ими, может также использовать, набор жестов в качестве команд. При наличии "информационного костюма", "информационной перчатки" и "информационных очков" со встроенными стереоскопическими экранами (очки - телемониторы) пользователь может, образно выражаясь, "шагнуть" прямо в виртуальный мир.

Уже в настоящее время возможности системы "Виртуальная реальность" используются при тренаже спортсменов, в профессиональной подготовке будущих специалистов в области астронавтики, архитектуры, медицинской диагностики, в организации развлечений и досуга, а также в областях, использующих научную визуализацию. Например, если возможности трехмерной компьютерной графики позволяют осуществлять математический прогноз результатов операции на основании трехмерного изображения, представленного на экране компьютера, то использование системы "Виртуальная реальность" позволяет создать иллюзию реально проводимой хирургической операции. [35]

Контакт пользователя с системой "Виртуальная реальность может осуществляться голосом или с помощью специального устройства - джойстринга, обеспечивающего эффект обратной силовой связи, а также с помощью очков -телемониторов.

Отдельно остановимся на последних устройствах, так как обеспечение связи посредством голоса ничего принципиально нового в себе не несет и используется сравнительно давно. Следует лишь отметить, что в системе "Виртуальная реальность" реакция на звуковой сигнал, полученный от пользователя, производится в соответствии с составленной программой.

Устройство джойстринг создает эффект обратной силовой связи, "интерфейс-перчатка" обеспечивает общение жестами, преобразуя каждое движение пальцев руки в электрические сигналы, которые воспринимаются и расшифровываются с помощью компьютера. Например, манипулируя перед экраном пальцами в "информационной перчатке", можно перемещать объекты на экране. Более того, можно "войти" в виртуальный мир экрана, отодвигая, перемещая, трогая предметы, изображенные на экране. Так, например, можно ощутить сферичность шара, иллюзию хватания предмета, изображенного на экране. Эти эффекты достигаются следующим: между слоями ткани "интерфейс -перчатки" проложены тонкие световодные нити, обвивающие каждый палец, проходящие вдоль кисти руки и подсоединенные к специальной плате, вмонтированной в перчатку в области запястья. С помощью специальных устройств происходит преобразование световых сигналов в электрические. Так, например, если согнуть палец, сгибается световод, энергия импульса изменяется, что немедленно улавливается фотоэлементом, который вырабатывает электрический сигнал, воспринимаемый компьютером. Кроме того, в "интерфейс -перчатку" вмонтированы на уровне подушечек пальцев руки устройства тактильной (осязательной) обратной связи. В нужный момент, определяемый системой, эти устройства надавливают на кончики пальцев, создавая эффект касания предмета виртуального мира (например, поверхности шара, изображенного на экране). Иллюзию хватания предмета обеспечивает устройство, передающее усилия пользователя по "тросикам", приводящим в движение сервомоторы. Компьютер в соответствии с программой производит управление сервомоторами, посылающими обратную силовую связь пользователю. Производимые пользователем с помощью джойстринга манипуляции улавливаются компьютером, который считывает информацию и подает сигналы углового положения, генерируя обратную связь при помощи сервомоторов. Это позволяет, например, "ощутить тяжесть- предмета, изображенного на экране и взятого в руку, или "натолкнуться" на препятствие, изображенное на экране. В "интерфейс - перчатку" вмонтированы также датчики изгиба пальца, отведения пальца в сторону, абсолютного положения и ориентации. Они обеспечивают синхронность функционирования неконтактного взаимодействия руки пользователя с системой. [21]

Очки-телемониторы представляют собой пару очков, внутри которых находятся два минимизированных монитора, каждый строго напротив каждого глаза. Очки - телемониторы обеспечивают стереоскопическое видение экранного представления виртуального мира. Современная система "Виртуальная Реальность" обычно обеспечивает создание различных "картинок" для каждого глаза с определенным смещением. Очки - телемониторы, снабженные специальными датчиками, информируют компьютер о поворотах головы человека, находящегося перед экраном, в результате чего пользователь имеет возможность "окинуть взглядом" всю стереоскопически представленную "картинку" виртуального мира.

Для более совершенного, многогранного и многофункционального неконтактного взаимодействия пользователя с виртуальным миром используется специальный "информационный костюм".