ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ
Н. В. Тупик
e-mail:tupik_nv@mail.ru
Человеческое мышление чаще и быстрее работает с образами, чем с логической информацией. С помощью мысленных образов в голове человека формируется модель внешнего мира. С учетом этой модели и происходит трансформация знаний, поступающих к индивидууму при обучении. Процесс этот можно представить следующим образом: вначале новым знаниям подыскивается соответствующее место в модели мира, далее определяются (актуализируются) связи с существующими образами и понятиями. Актуализация связей проходит первоначально на качественном (грубом) уровне, далее √ на количественном (более тонком). Затем происходит конкретизация и уточнение места и связей новой информации с существующей моделью мира индивидуума. В процессе этих действий может потребоваться частичная переделка уже имеющейся модели мира, вызванная новыми знаниями, но непосредственно с новыми знаниями не связанная.
Модель мира у каждого человека формируется как результат его взаимодействия с внешней средой с учетом особенностей его психического типа. По этой причин, при одних и тех же источниках информации, модель мира каждого человека индивидуальна. Она не одинакова даже у близнецов, которые имеют один и тот же психический тип и воспитываются вместе. Процесс формирования модели мира можно представить следующим образом:
где М(t) √ внешний мир, доступный индивидууму в текущий момент времени t; Q(t+t,Y(t)) √ модель мира индивидуума на следующий момент времени; Y(t) √ психофизические особенностей индивидуума на текущий момент времени; F(t,M,Q) √ функционал, описывающий способ обработки индивидуумом информации о внешнем мире на текущий момент времени. Этот функционал зависит от текущего момента времени, внешнего мира и модели мира индивидуума и может быть представлен в виде автомата с памятью, состояние которого в следующий момент времени зависит от внешнего воздействия и внутреннего состояния в предыдущий момент времени. Одним из внутренних состояний модели мира может служить мотивация действий индивидуума, от которой зависит вид и параметры функционала F.
Как видно из приведенного выражения, процесс построение модели мира содержит обратные связи, которые могут быть положительными (высокая положительная мотивация), отрицательными (высокая отрицательная мотивация) и нейтральными (нулевая мотивация). Учитывая, что Q является сложной семантической сетью в которой могут одновременно присутствовать взаимно противоречивые тенденции и нечеткие отношения, обратные связи в различных частях модели мира могут быть разными, укладываясь в весь спектр от положительных до отрицательных. Одновременно может присутствовать весь спектр этих связей, но для различных частей модели мира. Новая информация единовременно затрагивает различные части модели мира с различными векторами мотивации. Функционал F завит от того, каков результирующий вектор затронутых частей.
Процесс построения модели мира можно представить как перестройку состава, структуры и качества связей существующей модели мира. Для такой перестройки необходима энергия, количество которой зависит от мотивации. Обучение представляет собой целенаправленную перестройку модели мира индивидуума. Если использовать строительную терминология, то новые знания √ это известный проект; процесс обучения √ это привязка известного проекта к неизвестной модели мира индивидуума, а результат обучения √ это то, что от проекта осталось в результате привязки.
Модель мира индивидуума неизвестна. О ней есть только более или менее правдоподобные предположения. Процесс обучения по единой программе нивелирует индивидуальные модели мира обучающихся, хотя и не делает их идентичными. Модель мира обучающегося стремиться стать уравновешенной сетью, в которой различные е╦ части (в том числе и противоречивые) находятся в динамическом равновесии. Попытка изменить это равновесие путем внесения новых знаний может вызвать (и вызывает) реакцию отторжения (нежелание усваивать информацию), т.к. е╦ усвоение требует перестройки модели мира с целью нахождения новой точки равновесия, на что требуются значительные энергетические затраты.
Новая информация легко усваивается, если для не╦ уже существует место в модели мира и требуется только заполнить это место конкретными количественными данными. В технике подобные структуры принято описывать фреймами. Фрейм √ это скелет события, знания и т.д., наполнением которого могут служить те или иные факты и события внешней среды. С точки зрения модели мира, фрейм √ это элемент сети с известными или устоявшимися связями. Добавление новой информации в фрейм не вызывает структурной перестройки, а ведет или не ведет к изменению лишь мощности существующих связей. Создание же самого фрейма является задачей более серьезной, и для е╦ решения необходима сильная мотивация, т.к. при этом приходится не только строить сам фрейм по новой информации, но и интегрировать его в существующую модель мира. При этом возможны конфликты связей в сети и конфликты с структурами других фреймов, что требует и их перестройки (а ведь они уже имеют достаточное заполнение фактическими данными и многократно отработаны, т.е. имеют большую мощность связи). Перестройка модели мира необходима для достижения положения равновесия, но уже на новом уровне.
С другой стороны новая информация ещ╦ недостаточно актуальна, значима и понятна для обучающегося, поэтому естественным желанием является е╦ отторжение или изолированное хранение, без интеграции в модель мира. Такое знание либо не усваивается совершенно, либо не может быть применено и при первой же возможности выбрасывается из модели мира.
Процесс освоения новой информации можно представить следующим образом. В первый момент новое знание представляется единым и неделимым (круглым). На него можно смотреть с любой стороны, оно будет одинаковым. Поэтому, относительно новых знаний всегда существует множество предположений, в том числе и противоречивых (на него можно смотреть с любой точки модели мира и везде оно будет одинаковым, в результате это знание бегает по модели мира и цепляется ко всем подряд, кроме явных антагонистов).
При более детальном ознакомлении с новой информацией в ней становится заметна структура, которую уже нельзя рассмотреть из произвольной точки. Поэтому количество предположений (точек зрения) резко сокращается (теперь новое знание может прицепиться только при наличии определенных структур в модели мира, иначе оно либо не может там удержаться, либо требует изменения структуры под себя. Что человеку в данном случае сделать легче, то он и делает на этом этапе: либо гоняет знание по всей модели мира,
пока оно не найдет себе пристанище; либо корректирует свою модель мира; либо отторгает новое знание). В конце концов находится одна или несколько близких друг к другу точек, из которых структура новой информации видится полностью (находится наиболее удобное место, где и новое знание размещается с минимальными искажениями своей структуры, и модель мира не надо сильно переделывать).
Иногда рассмотреть новую информацию в полном е╦ объеме возможно только с двух явно противоположных точек (модель мира становится неравновесной, т.к. в зависимости от того, в какую из противоположных частей модели поставить новое знание, в той части и надо производить доработки, а одновременные доработки в обеих частях модели мира приводят к е╦ разрушению. Рушится конечно не вся модель мира, а та е╦ часть, которая заведует заданной областью знаний). В результате попыток уравновесить явно противоположные тенденции обычно удается ⌠подняться■ над плоскостью рассмотрения новой информации, что приводит к обвальному пересмотру и другой информации, составляющей модель мира, и резкому расширению просматриваемого горизонта новой информации. В этом случае подвергаются пересмотру большинство ранее используемых фреймовых структур, при этом механизм их пересмотра однотипен и относительно прост иформален. Одновременно строятся новые, более емкие фреймовые структуры, которые позволят легко вместить появившуюся позже новую информацию (модель мира для этой части знаний перестраивается практически полностью, меняется состав, структура, направление, тип и мощность связей и т.д.).
К сожалению, механизм построения фрейма человеком, а тем более и модели мира, неизвестен. Относительно этого механизма существует множество альтернативных или взаимодополняющих предположений. Этими вопросами занимаются разработчики искусственного интеллекта, систем автоматического вывода и доказательства теорем, систем автоматического решения задач и автоматизации программирования (в части процедурной генерации программ по их целевому описанию) и др.
Возросший поток информации, в том числе и в процессе массового обучения, требует создания достаточно сильного информационного напряжения для того, чтобы человек осуществлял перестройку собственной модели мира. Добиться этого старыми методами (раздельное проведение лекций, практических и лабораторных занятий, объяснение на пальцах и с мелом в руках) удается относительно редко, как в силу низкой мотивации обучения, так и из-за необходимости массового его проведения.
Внедрение средств вычислительной техники позволяет частично решить эти вопросы как с точки зрения массовости, так и с точки зрения индивидуального подхода к каждому обучающемуся, и сопровождается изменением устоявшихся подходов к обучению. Такие возможности компьютеров, как легкость написания и корректировки написанного, возможность оперативной подготовки иллюстративного материала с высокими качественными характеристиками восприятия, автоматическое формирование графиков и возможность быстрого и разностороннего их представления, простые средства анимации (создания подвижных и квазиреальных изображений) резко повышают наглядность обучения, позволяют неоднократно повторять изложение новой информации с различными вариациями, сохранять и легко распространять материал, подстраивать его под индивидуальныеособенности обучающихся. Индивидуальный подход необходим, так как у каждого обучающегося имеется собственная модель мира и наибольший эффект в е╦ модернизации и расширении можно достигнуть только с использованием индивидуальных приемов работы.
Рассмотрим основные ступени усвоения новой информации:
Последовательность прохождения ступеней усвоения новой информации зависит от индивидуальных особенностей обучающегося, полноты и адекватности их картины мира, умения и желания (установки, мотивировки) работать по перестройке индивидуальной картины мира. Основным условием здесь должна быть непрерывность во времени прохождения этих ступеней. Лучшим вариантом будет одновременность представления всей этой информации обучающемуся с тем, чтобы он сам, в силу своих способностей, выбирал оптимальную для него стратегию (последовательность) усвоения.
Существует две ярко выраженные тенденции при освоении нового материала:
аксиоматическая, при которой отталкиваясь от существующей модели мира и е╦ постулатов процедурным образом выводится количественное описание новой информации, которое затем интегрируется в качественную картину. В этом случае на первом месте стоит формальное введение новой информации, а на втором? е╦ качественное осмысление и понимание (метод снизу вверх, или от частного к общему);
ассоциативная, при которой новая информация воспринимается как вещь в себе, совершенно изолированно от модели мира и никак моделью мира не контролируется на корректность и непротиворечивость. Постепенно кольцо изоляции снимается путем анализа новой информации и установления е╦ места и связейс существующей моделью мира. В этом случае интеграция информации в модель мира идет через е╦ качественное понимание (сверху вниз, или от общего к частному).
Все остальные способы и методы освоения новой информации можно отобразить в виде точек и областей на графике, ортогональными осями которого служат указанные выше тенденции.
При существующей постановке учебного процесса первые две ступени и частично третья ступень усвоения новой информации приходятся на лекционный материал; третья и четвертая ступени? на практические занятия; пятая ступень? на практические и лабораторные занятия. В силу особенностей учебного процесса (консерватизм, учебная загрузка, квалификация преподавателей, техническое оснащение и т.д.) все три типа занятий проводятся раздельно во времени, что не обеспечивает создания необходимого информационного напряжения для быстрого и качественного усвоения новой информации. Получается разрыв единства формальной, количественной и качественной стороны представления новой информации. Соединить эти стороны позволяет использование средств вычислительной техники. Основой таких средств являются учебные программы.
Спор о там, каким должен быть электронный учебник, начался с момента появления первых компьютеров. Кавалерийские попытки быстро перенести на машинные носители существующую учебную и методическую литературу потерпели провал. Использование систем гипертекста, когда текст из непрерывного линейного превращается в фрагментарный с системой навигации, глобального, контекстного и ассоциативного поиска и динамического связывания фрагментов, несколько исправили положение с электронными учебниками, но проблему не решили. Хорошей иллюстрацией гипертекстового подхода могут служить системы контекстной подсказки программ WORD и WINDOWS. Попытка использовать их для самостоятельного изучения этих программ обычно заканчивается неудачей. Поиск информации в гипертексте, как показали исследования, не ускоряет процесса обучения, т.к. отдельные фрагменты трудно согласовать между собой. Системы гипертекста более удобны для уточнения и расширения уже известной информации, оперативного получения справки и т.д., так как гипертекст напоминает собой листья дерева понятий (фрейма), где листьями служат фрагменты текста, а связями? ссылки на фрагменты.
Программное обеспечение пилотских школ не идет дальше красивых внешних картинок и довольно плоского содержания типа ⌠да√нет■. Приведенные выше программы удобно использовать для количественного накопления и закрепления известной информации, проведения экспресс опросов по пройденному материалу, использования в качестве справочных систем уточнения мелких деталей известной информации. Для изучения новой информации такое программное обеспечение себя не оправдало.
Наиболее эффективными оказались анимационные программы, где излагаемая информация иллюстрируется качественными и количественными зависимостями и изображениями как условными (траектории, блок схемы, диаграммы), так и в виде поверхностей, тел, образов (в том числе и развивающихся в динамике). Учебные программы, поставляемые зарубежными фирмами на оптических дисках с широким использованием средств анимации и мультимедиа, являются слишком иллюстративными и не содержат выводов по формальной структуре излагаемой информации. Удачным примеров анимационного обучающего программного обеспечения следует признать программу первого знакомства, встроенную в систему MATCAD. Система показывает последовательность действий обучающегося притиповых приемах работы с системой MATCAD. Недостатком этого программного обеспечения следует признать невозможность вмешательства в показываемый сценарий действий с целью его ускорения или замедления, для детализации показываемых действий или для ответов на вопросы, возникающие по ходу показа.
Отечественные разработки учебных программ гораздо глубже по содержанию, но имеют относительно плохой дизайн и интерфейс с пользователем, содержат слабую графику. Одним из первых примеров удачных учебных программ, соответствующих единству формального, иллюстративного и гибкого представления изучаемого материала, может служить учебный комплекс программ по механике разработки Академгородка г. Новосибирска.
В такого типа программах экран разбивается на несколько полей, в одном из которых показан внешний вид системы, в другом √ закон функционирования в формальном виде (например, дифференциальное уравнение с параметрами и значения параметров при изображенном в первом поле положении); в третьемполе показана траектория системы в пространстве координат; в четвертом √ параметрические характеристики. С помощью манипулятора мышь и клавиатуры в любом из полей можно проводить изменения. Любое изменение в одном поле вызывает соответствующие ему изменения в других полях. Например, для случая с колебательным движением массы, √ захват и отвод мышкой массы из положения равновесия в первом поле тут же вызовет изменение параметров во втором поле и положения объекта в третьем и четвертом полях. Если теперь отпустить клавишу мыши, начнется колебательный процесс, при этом изменения параметров процесса будет отображаться во втором поле, траектории в третьем, а положения массы на фазовой плоскости в четвертом. Процесс может быть остановлен в любой точке,
сдвинут во времени вперед или назад, замедлен, ускорен, изменены его параметры и так далее.
В такой системе к усвоению новой информации одновременно подключаются все каналы восприятия: формальный, качественный, количественный и такая система с точки зрения наглядности, скорости и глубины восприятия, гибкого и адаптивного уровня детализации качественных и количественных характеристик новой информации, плотности обучения и системной интеграции в индивидуальную модель мира намного превосходит применяемые методы обучения.
Для внедрения этих технологий необходима, с одной стороны, разработка специализированных программных сред, в которых преподаватель с наименьшими затратами может быстро подготовить необходимую информацию (которую уже без всяких оговорок можно будет назвать электронным учебником); с другой стороны - изменение подхода к организации учебного процесса, исключить его разбивку на лекции, практические и лабораторные занятия. В этом случае первая часть занятия посвящена объяснению материала с показом на большом аудиторном экране подготовленной на экране компьютера информации; следующая часть √ работа обучающихся с вновь освоенным материалом (попытка самостоятельно повторить действия преподавателя) и расширение и уточнение введенныхпонятий и закономерностей; третья часть √ решение индивидуальных для каждого обучающегося или групповых заданий с целью контроля степени усвоения информации и уточнения и конкретизации е╦ связей с моделью мира обучающегося.
Все три части учебного процесса как преподаватель, так и обучающиеся проводят непосредственно за компьютером. Контроль обучения можно вести путем компьютерной фиксации действий обучающихся в процессе занятия, давать экспресс-задания на пройденный материал и т.д.
Работа по подобной технологии проводилась при обучении специалистов различных организаций приемам работы в WINDOWS и WORD. Первые 20 √ 40 минут преподаватель с использование компьютера и средств вывода информации с экрана компьютера на большой аудиторный экран рассказывает и показывает новую информацию, акцентируя внимания на тех или иных особенностях этой информации. Далее в течении 20 √ 30 минут обучающиеся пытаются повторить действия преподавателя, меняя исходные данные, наблюдая за изменением параметров, подстраивая их под свои особенности (ассоциативное или формальное) восприятия, √ при этом преподаватель за своим дисплеем ведет групповой контроль действий обучающихся и индивидуально или групповым способом корректирует их неправильные действия. Далее выдаются индивидуальные или групповые задания на исследование сочетания тех или иных параметров новой информации (20 √ 40 минут), при этом задания даются дифференцированно как по сложности, так и по объему.
Полностью производится фиксация действий обучающихся с последующим анализом и корректировкой способа представления материала с целью устранения узких мест или расстановкой акцентов. Такая последовательность позволяет создать необходимое информационное напряжение для быстрого и качественного усвоения больших объемов новой информации.
Подобная технология показала свою эффективность и способствовала приобретению прочных практических навыков работы. Кроме того, она способствовала развитию навыков самостоятельного, более детального изучения возможностей текстового редактора WORD и программной оболочки WINDOWS.
Подготовленный и прошедший практическую апробацию материал анимационных электронных учебников может широко распространяться, не теряя при этом своих адаптивных свойств. Кроме того, материал анимационного учебника может быть использован для аудиторной и индивидуальной работы без непосредственного участия преподаватель. Информацию по возникшим в результате освоения новой информации вопросам обучающиеся могут получить от специалистов по каналам электронной почты, или путем оперативной замены или корректировки материалов электронных учебников.
Для внедрения подобной технологии обучения необходимо оснастить каждое рабочее место обучающегося, а преподавателя и тем более, компьютерами достаточной мощности. Кроме того, компьютер преподавателя должен быть в обязательном порядке оснащен проектором, обеспечивающим вывод информации из компьютера на большой экран без затемнения аудитории, и средствами одновременного контроля действий компьютеров обучающихся в многооконном режиме. Кроме того, крайне желательна фиксация действий обучающегося в процессе освоения новой информации, что не только обеспечивает текущий контроль степени е╦ освоения, но и обеспечит базу данных для корректировки электронных учебников и исследования интеллектуальной деятельности человека.