Интеллектуал… с «мышкой». Компьютер не только хранит информацию, но и выдает готовые решения

Конференции «Информационные технологии в образовании» дают возможность как пользователям, так и разработчикам программного обеспечения «сверить часы», сравнить свою позицию с другими. Мы участвуем в ИТО уже давно, но в первый раз рискнули выйти с докладом в 2003 году, и достаточно удачно – получили диплом. Тогда был показан наш специфический подход к разработке электронных учебников.

Как мы знаем из опыта внедрения компьютеров в других областях человеческой деятельности, решающее значение для высокой эффективности систем подобного рода имеет то обстоятельство, что они опираются на автоматизированные информационные базы. Это означает, что в памяти компьютера постоянно сохраняется информация, необходимая для решения тех задач, на которые рассчитана система. То есть по запросу пользователя компьютер должен сам, без вмешательства человека, сообщить готовое решение поставленной задачи.

Наш подход к представлению содержания образования в компьютере как раз и заключался в создании подобной информационной базы. Теперь компьютер сам, без вмешательства человека, мог проанализировать это содержание, выделить в нем главное, существенное; построить методические цепочки по изложению материала на уроке; указать, что необходимо повторить и т.д.

Созданная база дала возможность построить полный внутришкольный педагогический мониторинг. Причем компьютер не просто сообщал о том, прошел ученик тестирование или нет, а четко указывал, какие структурные элементы параграфа он усвоил, а какие нет. Таким образом, появилась активная обратная связь. Более того, перед учителем появлялась полная картина движения класса и параллели по изучаемому материалу с выделением «тяжелых» и «легких» тем.

В то же самое время мы увидели и ограниченность предложенного подхода – нет полной картины того, как меняется ученик в процессе обучения (одной педагогической составляющей, согласитесь, явно недостаточно), совершенно не представлен в компьютере учитель. Обсуждение доклада и многочисленные кулуарные встречи позволили нам усовершенствовать материал.

И вот ИТО-2005. Тема доклада «Информатизация общего среднего образования». Наша книга с таким названием вышла в конце 2004 года в Педагогическом обществе России и была хорошо встречена читателями.

Мы построили три взаимосвязанные информационные модели: чему учить (содержание образования), кого учить (ученик) и кто учит (учитель). Рассмотрим их последовательно.

Содержание образования. Рассмотрим электронную модель учебника.

Наш подход связан с ведущей ролью структурной идеи в когнитивной теории личности. Структурное представление содержания учебника в компьютере – первый шаг на пути его превращения в интеллектуальный самоучитель.

Кроме того, электронная модель учебника должна:

содержать все основные положения учебника;

служить основанием для автоматического расчета основных параметров учебника;

быть организована таким образом, чтобы можно было достаточно технологично построить полную и валидную систему контроля по каждой единице процесса обучения и содержания образования и учебнику в целом.

В соответствии с этими требованиями учебник представлен в компьютере в виде структурных формул.

В тексте учебника выделяются структурные единицы, например, понятия, задачи, вопросы, гипотезы, теоремы (набор зависит от предмета). Каждая структурная единица обозначается геометрической фигурой, внутри указывается ее название. Затем устанавливаются связи между структурными единицами. Если связь в пределах одного параграфа, то она обозначается линией, состоящей из горизонтальных и вертикальных отрезков от ранее введенной структурной единицы к более поздней. При просмотре структурной единицы на экране появляется полная структурная информация о ней: содержание, доказательство, рисунок.

Таким образом, электронная модель учебника является обучающей системой, полностью эквивалентной самому учебнику. На базе этой модели компьютер рассчитывает основные характеристики учебника. Модель также служит основанием для создания тестовой системы контроля по каждому параграфу.

Таким образом, можно говорить о создании в школе информационной модели содержания образования.

Ученик. Информация об ученике состоит из трех частей: психологического, педагогического мониторингов, а также мониторинга здоровья. Психологический мониторинг в школе мы рассматриваем как систему информационного сопровождения учебного процесса. Это информация об особенностях психической организации ученика, которые влияют на успешность освоения содержания образования:

а) особенности когнитивной сферы (как ребенок получает, хранит, использует информацию),

б) факторы личностного характера, которые могут помогать или мешать процессу обучения (особенности мотивации, межличностных отношений, самооценки и т.д.).

Первая группа параметров, которую необходимо включить в мониторинг образовательного процесса, – параметры интеллекта. Вторая – параметры личности. Отметим, что по обеим группам параметров четко просматривается динамика с 5-го по 11-й класс включительно.

Педагогический мониторинг показывает достижения ученика по каждому предмету и опирается на систему контроля. В ходе обучения текущая оценка играет роль обратной связи и подчинена достижению цели – эталона (или ее составных частей). Если цель не достигнута, то результаты текущего контроля рассматриваются лишь как указание на необходимость внести коррективы в процесс обучения. Поэтому текущая оценка является лишь формирующей и, как правило, не сопровождается отметками. Текущие оценочные суждения должны помочь ученику скорректировать свою работу. Итоговая оценка выражается в баллах.

Мониторинг физического развития и состояния здоровья школьников в условиях их учебной деятельности в совокупности с педагогическим и психологическим мониторингами позволяет достаточно адекватно представить информационную модель ученика в компьютере.

Учитель. Совокупность календарных поурочных планов и планов проведения уроков создает информационную модель учителя. В эту модель входят также данные обратной связи – учитель глазами учеников.

Для построения оптимального процесса обучения создана программная среда, которая в режиме диалога с учителем, опираясь на технологию искусственного интеллекта и описанные выше информационные модели, решает следующие важнейшие педагогические задачи:

1) педагогическое прогнозирование;

2) оптимальное распределение учебного времени;

3) дифференцированный подход к учащимся;

4) оптимальный выбор методов обучения;

5) построение системы уроков и урока.

Процесс решения каждой задачи построен в виде деловой игры учителя с компьютером. Оценить их эффективность можно одним из трех способов.

Во-первых, существует возможность проводить управляемые эксперименты с педагогической системой (классом, школой). Однако каждая неудача педагогического эксперимента стоит обществу и отдельной личности слишком дорого – нередко за нее приходится расплачиваться всю жизнь.

Во-вторых, если есть данные о развитии конкретной системы за некоторый период времени в прошлом, можно попытаться провести эксперимент на этих данных. Часто таких данных нет. Но даже когда их достаточно, слишком доверять оценкам педагогических решений, полученных таким образом, нельзя. Велика роль случайных обстоятельств.

В-третьих, можно построить модель рассматриваемой системы и оценить ее выходные параметры, то есть заняться имитационным моделированием. Это позволяет тратить ресурсы компьютера на более тщательное воспроизведение исследуемого процесса, делать более адекватными модели, которые берутся за основу при выработке рекомендаций относительно рационального управления процессом. Результаты имитационного моделирования гораздо легче объяснить лицам, принимающим решения.

Запоминая результаты предыдущих имитаций, компьютер сообщает их учителю. Это позволяет использовать уже имеющийся опыт и не повторять чужих ошибок.

Наша система, реализованная в виде серии деловых игр учителя с компьютером, отличается от прототипа (процесса обучения) по трем параметрам:

1) реальные ученики заменяются компьютерной программой, в которую заложена имитационная модель процесса обучения (игровой аспект);

2) реальная информация о процессе обучения заменяется псевдореальной информацией, полученной с помощью имитации этого процесса (имитационный аспект);

3) сжимается масштаб времени (экспериментальный характер).

Имитационные игры обладают мощью трех методов – теоретического, экспертного и экспериментального. Теоретические методы использовались при построении игры. Привлекая учителей в качестве игроков, удается получить концентрированные суждения экспертов. Сжатый масштаб времени позволяет широко экспериментировать с процессом обучения.

Игра протекает следующим образом. Проведя анализ класса и содержания образования, компьютер предлагает учителю набор возможных решений с прогнозом результата. Учитель может выбрать одно из них, провести компиляцию или предложить свой вариант. Компьютер сообщает прогноз по любому предложению учителя, запоминая эти варианты.

Имитационная игра проводится до тех пор, пока результат не устроит учителя или игрок не получит сообщение о том, что выработанный вариант – оптимальный.

Таким образом, информатизация процесса обучения позволяет совершенно по-новому подойти к решению важнейших педагогических задач и превращает компьютер в интеллектуального помощника учителя.

Этот наш доклад был также удостоен диплома. С нетерпением ждем новой встречи на ИТО-2006.

Дмитрий МАТРОС, декан факультета информатики Челябинского государственного педагогического университета, доктор педагогических наук, профессор