Компьютерные обучающие системы

2.1. Обучающие программы

Программы наставнического  типа являются прямыми наследниками средств программированного обучения 60-х годов в том смысле, что  основным теоретическим источником современного компьютерного или  автоматизированного обучения следует считать программированное обучение. В публикациях зарубежных специалистов и сегодня под термином “программированное обучение” понимают современные компьютерные технологии. Одним из основоположников концепции программированного обучения является американский психолог Б.Ф.Скиннер.

Главным элементом  программированного обучения является программа, понимаемая как упорядоченная  последовательность рекомендаций (задач), которые передаются с помощью  дидактической машины или программированного учебника и выполняются обучаемыми. Существует несколько известных разновидностей программированного обучения.

1.Линейное  программированное  обучение. Основатель - Б.Ф.Скиннер, профессор психологии Гарвардского университета, США. Впервые выступил со своей концепцией в 1954 г. При ее создании Скиннер опирался на бихевиористскую психологию, в соответствии с которой обучение основано на принципе S - R, т.е. на появлении некоторых факторов (S - stimulus) и реакции на них (R - reaction). По этой концепции для любой реакции, соответственно усиленной, характерна склонность к повторению и закреплению. Поощрением для обучаемого является подтверждение программой каждого удачного шага, причем, учитывая простоту реакции, возможность совершения ошибки сводится к минимуму.

Линейная программа в понимании Скиннера характеризуется следующими особенностями:

• дидактический  материал делится на незначительные дозы, называемые шагами, которые обучаемые  преодолевают относительно легко, шаг  за шагом;

• вопросы, содержащиеся в отдельных рамках программы, не должны быть очень трудными, чтобы обучаемые не потеряли интереса к работе;

• обучаемые  сами дают ответы на вопросы, привлекая  для этого необходимую информацию;

• в ходе обучения учащихся сразу же информируют о  том, правильны или ошибочны их ответы;

• все обучаемые  проходят по очереди все рамки  программы, но каждый делает это в  удобном ему темпе;

• во избежание  механического запоминания информации одна и та же мысль повторяется в различных вариантах и нескольких рамках программы.

2. Разветвленная программа. Автор концепции разветвленного программирования - Норман А.Кроудер. Разветвленная программа основана на выборе одного правильного ответа из нескольких данных, она ориентирует на текст многократного выбора. По мнению автора, выбор правильных ответов требует от обучаемых больших умственных способностей, нежели припоминание какой-то информации. Непосредственное подтверждение правильности ответа он считает своеобразным типом обратной связи.

Вопросы, в понимании  Кроудера, имеют целью

• проверить, знает ли ученик материал;

• в случае отрицательного ответа отсылать обучаемого к координирующим и соответственно обосновывающим ответ  порциям информации;

• возможность  закрепления основной информации с  помощью рациональных упражнений;

• увеличение усилий обучаемого и одновременную ликвидацию механического обучения через многократное повторение информации;

• формирование требуемой мотивации обучаемого.

Если основой  линейной программы является стремление избежать ошибок, то разветвленная  программа не направлена на ликвидацию ошибок в процессе обучения; ошибки Кроудер трактует как возможность обнаружить недостатки в знаниях обучаемых, а также выяснить, какие проблемы обучаемые уяснили недостаточно; благодаря этому о его программе можно было бы сказать, что она сводится к “управлению процессом мышления”, в то время как линейная программа основана на “управлении ответами”.

Постепенно оба  классических типа - линейное и разветвленное  программированное обучение - уступили место смешанным формам.

По своей методической структуре педагогическое программное средство (ППС), реализующие программированный подход, характеризуются наличием следующих блоков:

• блока ориентировочной  основы действий (ООД), содержащего  текстово-графическое изложение  теоретических основ некоторого раздела автоматизированного курса;

• контрольно-диагностического блока, контролирующего усвоение ООД  и управляющего обучением;

• блока автоматизированного  контроля знаний, формирующего итоговую оценку знаний учащегося.

Известно несколько  видов организации программ наставнического типа, называемых также алгоритмами программированного обучения.

1. Последовательно-подготовительный алгоритм. Начальный элемент задания относительно прост, он подготавливает выполнение второго, более сложного, а тот, в свою очередь, третьего и т.д. Заключительные элементы имеют достаточно высокий уровень сложности.

2. Параллельно-подготовительный алгоритм. Начальные элементы заданий независимо один от другого подготавливают выполнение следующего за ним комплексного элемента высокого уровня.

3. Последовательно-корректирующий алгоритм. Начальные элементы задания имеют высокий уровень сложности, а каждый последующий элемент корректирует выполнение предыдущего, указывая, например, на противоречия, к которым приводят неправильные ответы.

4. Параллельно-корректирующий алгоритм. Обучаемому предлагается комплексный элемент высокого уровня, последующие элементы играют роль наводящих (подсказывающих), причем с разных позиций, независимо один от другого.

5. Алгоритм переноса. Приводятся два массива элементов A(N) и B(N). Ими могут быть понятия, отношения, действия, характеристики и т.д. Требуется установить логическое соответствие между ними.

6. Аналитический алгоритм. Предлагаются элементы A(N). Необходимо установить принадлежность каждого из них к одному из классов В(К).

7. Синтезирующий алгоритм. Элементы массива A(N) уже разбиты на подгруппы. Задача обучаемого - установить критерий, по которому осуществлялась классификация.

8. Алгоритм упорядочения. Элементы массива A(N) необходимо упорядочить по некоторому указанному критерию В(К). Этот алгоритм требует для своего выполнения комплексной умственной деятельности.

Большинство инструментальных систем предоставляют преподавателю  возможность составлять обучающие  и контролирующие задания с различными типами ответов

1. С выборочным ответом. Обучаемому предлагается задание (вопрос) и набор (меню) готовых ответов, из которых он может сделать выбор правильного, по его мнению, ответа (утверждения).

Такой вариант  задания наиболее удобен для машинной реализации, так как ЭВМ анализирует лишь номер, по которому легко определяет правильность ответа. На первый взгляд задания с выборочным ответом имеют ряд недостатков, а именно: обязательное предъявление верного ответа, возможность его угадывания, а значит, ограничение мыслительной деятельности обучаемого. Эти недостатки существенно снижаются путем правильного, творческого и остроумного применения различных принципов составления таких заданий.

Вероятность угадывания правильного ответа сводится к минимуму следующими простыми приемами:

• повторением  аналогичного по смыслу вопроса в  нескольких различных формах;

• увеличением  числа элементов для выбора (при  выборе из пяти ответов вероятность  угадывания равна 0,2):

• увеличение числа  верных ответов до двух или до нескольких пар. Подбирать ответы в заданиях необходимо таким образом, чтобы они были правдоподобными и равнопривлекательными.

2. С частично-конструируемьш ответом. Задания этого типа являются промежуточным и связующим звеном между заданиями с выборочным ответом и свободно-конструируемым. Частично-конструируемый ответ составляется из частей, предложенных преподавателем.

Эта форма используется для заданий по составлению определений  законов, теорем, стандартных формулировок и т.д. В верный ответ входят, как  правило, не все элементы задания, и порядок их выбора не является жестким.

3. Со свободно-конструируемым ответом. Задания такого типа являются наиболее предпочтительными для автоматизированного обучения и контроля. Они позволяют слушателю общаться с компьютером на естественном языке, имитируя диалог обучаемого и преподавателя. Задания со свободно-конструируемым ответом наиболее сложны для обучаемого, так как полностью исключают возможность угадывания и требуют значительной умственной работы перед вводом в компьютер ответа, набираемого на клавиатуре в свободной форме. В то же время резко возрастает сложность деятельности преподавателя - автора курса по формированию автономных ответов для анализатора инструментальной системы.

Эталон может  содержать, как правило, не более 80 символов, включая пробелы. Ответ обучаемого на заданный вопрос сравнивается с текстом эталона и вырабатывается соответствующий признак ответа: “верный”, “неверный”, “предполагаемый” и т.д. Далее программа переходит к тому кадру сценария, который соответствует полученному признаку.

Таким образом, автор курса формирует кадры, предъявляемые обучаемому в зависимости  от признака ответа, что создает  иллюзию “понимания” системой смысла введенной фразы, так как при  разных ответах на один и тот же вопрос обучаемый получает и различную реакцию компьютера.

В современных  инструментальных системах реализованы  следующие методы сравнения эталонного ответа с ответом обучаемого.

1. Анализ по ключевым словам. Этот метод анализа достаточно прост и универсален. Эталонный ответ, заранее введенный преподавателем, используется в качестве ключа, который сравнивается с ответом обучаемого на протяжении всей строки. Ключом может быть один символ, слово или группа слов.

При использовании  ключевых слов можно достичь достаточно хороших результатов. Но применять метод надо достаточно осторожно, так как возможности распознавания смысла с его помощью ограничены. Недостаток ключевого поиска выражается в том, что ответ не распознается при перестановках внутри ключа.

2. Синтаксический анализ с использованием символов частичной обработки ответа обучаемого. Этот метод анализа целесообразно использовать в том случае, когда требуется выполнить сравнение не по ключу, а по жесткому эталону. Лишний символ должен считаться ошибкой, пробелы не игнорируются. Выполняется как бы прямое (посимвольное) сравнение посимвольного ответа с эталоном. При совпадении всех символов ответа с символами эталона вырабатывается признак “верно”.

Однако при  работе обучаемых с курсом могут  возникнуть ситуации, когда необходимо, с целью более корректного толкования смысла ответа, сделать некоторые отступления от правил прямого сравнения. В подобных ситуациях метод синтаксического анализа предусматривает средства частичной обработки ответов обучаемого.

Символы частичной обработки ответа (спецсимволы), включенные в эталон ответа, позволяют исключить, игнорировать в ответе обучаемого один или несколько символов (слов) при сравнении с эталоном. Все остальные символы, отличные от символов частичной обработки, в тексте обучаемого должны следовать в том же порядке, что и в эталоне ответа.

3. Логический анализ. Логический метод анализа дает возможность формирования ответа в свободно-конструируемой форме. В данном случае ответ может представлять собой фразу или предложение, в котором порядок слов строго не определен. В словах могут игнорироваться окончание или другие части.

Основным отличием данного метода анализа от анализа  по ключевым словам является то, что  исключается необходимость перечисления всех возможных последовательностей ключевых слов при рассмотрении многословных ответов, так как логический метод позволяет с помощью одного эталона проанализировать насколько вариантов ответов. Цель этой деятельности - преодоление чрезмерной заданностн ответов обучаемого, что является общим недостатком многих ППС.

Недостатками  такого рода программ являются

• снижение мотивации  в ходе работы с программой;

• возникновение  “провалов” (пробелов) в знаниях, связанных  с непроизвольным рассеянием внимания в процессе работы с программой, а также ослаблением системного связывания знаний при отсутствии их интонационного выделения;

• сложность  и высокая трудоемкость организации  учебного диалога, а также диагностирующей  и управляющей обучением части  программы.

Ввиду чрезвычайно  высокой трудоемкости написания программ такого рода на языках программирования и высоких требований к программистской квалификации разработчиков, они часто разрабатываются с использованием программных оболочек автоматизированных учебных курсов, имеющих свой язык программирования, интерфейс, рассчитанный на разработчика-непрограммиста.

Существует и  продолжает разрабатываться большое  количество инструментальных программ такого вида. Общим их недостатком  является высокая трудоемкость разработки, затруднения организационного и  методического характера при использовании в реальном учебном процессе школы. Организационные трудности связаны с тем, что такие программы невозможно использовать в структуре урока из-за больших различий в темпе обучения разных учащихся. Методические трудности проявляются в том, что многие педагоги нередко склонны не соглашаться с методическими решениями и ходами при изложении теоретического материала, предложенными разработчиками инструментальной программы. В работе хорошего учителя много творческих, авторских моментов, в важности которых часто не отдают себе отчета создатели программ.