«Контрольный листок»: образование, культура, общество - Организация дистанционного обучения, основанная на обобщённой модели учебного процесса

Уровень развития общества в целом можно охарактеризовать уровнем применяемых технологий в промышленных и гуманитарных областях, сбалансированностью этих технологий. Дистанционное образование представляет собой новую технологию организации образования и распространения знаний в обществе. К настоящему времени сложился ряд факторов, которые создают объективные предпосылки для развития новых образовательных технологий, среди них: накопленный потенциал технологий machine-learning, существование единого телекоммуникационного пространства, создание усилиями библиотек и культурных центров глобальных информационных ресурсов, быстрая обновляемость и конъюнктура специальностей на рынке труда, демократизация и глобализация процессов в обществе. Дистанционное образование не отвергает достижений традиционного обучения, а является лишь новой формой и применяется лишь там и тогда, когда это целесообразно с точки зрения объективных условий жизни.

К настоящему времени термин «дистанционное обучение» относится к различным сторонам и технологиям процесса обучения, протекающего в телекоммуникационном пространстве. Попытаемся описать дистанционное обучение целостно, с единой точки зрения - освоение знаний. ДО, как комплексная технология обучения, отличается от использования локальных компьютерных обучающих систем, тем что она базируется на едином когнитивном подходе к описанию моделей теоретических знаний для различных предметов, включенных в программу обучения, и единой модели функционирования корпоративной сети обучения.

1.1 Дистанционное обучение и сетевые технологии. Сетевые технологии дают возможность рассматривать образовательный процесс на разных уровнях сетевого пространства (от локальной сети до Internet) как интегрированный организационно-технологический процесс. Каждое образовательное учреждение реализует ДО в рамках собственной корпоративной сети (INTRANET). Автоматизация организации образовательного процесса в целом в этом случае направлена на улучшение пропускной способности сети, уменьшение времени реакции системы, расширение мультимидиальных возможностей, доступных для каждого участника процесса (ученики, учителя, администраторы) при ограничении на стоимость предоставляемых услуг. Возможность управлять перечисленными техническими параметрами сетевой среды дает возможность создавать комфортные условия обучения, однако механизмы представления и освоения знаний в данном случае не рассматриваются.

1.2 Дистанционное обучение и мультимедиа-технологии. Сочетание сетевых и мультимедиа-технологии позволяют создавать виртуальную среду обучения, обеспечивающую максимальный эффект присутствия и непосредственного контакта участников учебного процесса как на уровне исполнения разного рода мануальных операций, так и на уровне обмена информацией, совместного принятия решений в реальном масштабе времени. Научная и практическая ценность этих направлений очевидна. Кроме того, мультимедиа-технологии дают возможность активизировать одновременно различные виды памяти обучаемого, а обучаемый, в свою очередь, может выбрать предпочтительный для себя способ образного представления изучаемого материала. Однако, хотелось бы отметить, что и в этом случае существует проблема, какой объем знаний и в каком виде необходимо предоставить обучаемому, чтобы процесс освоения знаний оказался контролируемым и эффективным.

1.3 Дистанционное обучение и INTERNET. INTERNET является не только пространством, где протекает процесс дистанционного обучения, но и средой обитания, так как здесь осуществляется общение с людьми, реализуются жизненно необходимые функции: банковские операции, покупка-продажа товара, культурные акции и т.д. На серверах WWW накоплены и продолжают накапливаться огромные информационные ресурсы по различным областям теоретических и практических знаний. Однако, информацию, размещаемую на серверах WWW, нельзя считать гарантированным источником достоверных знаний, так как отсутствуют стандарты на создание таких информационных ресурсов. Проблема оценки качества информационных ресурсов с точки зрения целостности знаний и их достоверности по-прежнему остаются неавтоматизированной интеллектуальной операцией. INTERNET- это такая объективная реальность, которая, так же, как и природная среда обитания человека, является обязательным объектом изучения и источником новых знаний.

1.4 Дистанционное обучение и современные библиотечные технологии. Среди информационных ресурсов INTERNET особое место занимают авторизованные библиотечные каталоги, которые создаются профессионалами-библиографами на основе единого стандарта описания литературных источников (MARC). Предметные указатели, составляемые и поддерживаемые в библиотеках в рамках предметных каталогов, должны быть сопряжены с основополагающими понятиями различных областей знаний и составлять единую открытую модель описания знаний. Вообще, библиографическая информация в виде тематических каталогов, вынесенная в глобальные информационные ресурсы, имеет огромное значение для организации эффективного ДО. Специализации и курсы, включаемые в учебные программы, должны базироваться на соответствующих унифицированных моделях описания знаний, корреспондирующих с семантической структурой глобальных ресурсов библиотечной информации. Это позволит своевременно обновлять учебные программы в соответствии с новыми научными достижениями, зафиксированными в литературных источниках. Особенно это важно для непрерывной профессиональной подготовки и переподготовки кадров. Нужно отметить, что режим дистанционного обучения является наиболее выгодным способом переподготовки кадров, об этом свидетельствует опыт многих фирм.

1.5 Дистанционное обучение и экспертные системы. Опыт создания и использования экспертных систем предоставляет большой научный и практический потенциал в области автоматизации процессов накопления и использования знаний. Знания экспертных систем являются закрытыми системами, так как исходные и продуцируемые знания в них составляют одно счетное множество фактов, над которыми заранее определены формальные операции. На основе этих знаний экспертные системы обеспечивают эффективное разрешение конкретных проблем в четко ограниченных предметных областях. Используемые в экспертных системах механизмы логического вывода и объяснения результатов дают возможность освоить конкретную цепочку рассуждений, справедливую для строго ограниченного набора фактов. Безусловно многократное обращение к экспертной системе расширяет предметные знания и навыки пользователя, необходимые для успешного анализа типичных ситуаций. В большинстве случаев экспертные системы реализуют так называемое индуктивное обучение. Общенаучные теоретические знания, составляющие большую часть школьного и университетского образования и сосредоточенные, как правило, в учебниках, монографиях, научных статьях и методических разработках, не поддаются непосредственно переносу их в среду экспертных систем, так как представляют собой открытую систему знаний. Это объясняется тем, что развитие, а тем более становление новой конкретной теории, ее аксиоматики, определения содержания и структуры новых понятий - процесс непрерывный. Понятия, являющиеся выводимыми и имеющие сложную структуру в одной теории, могут играть роль основополагающих в другой теории. Техногенная среда обитания и повышение уровня вероятности столкновения человека с новыми, чрезвычайными явлениями требует сочетания индуктивного и дедуктивного способов обучения анализу ситуаций. При этом очевидно, что по некоторым областям знаний на определенном этапе их освоения могут быть весьма полезны экспертные системы, а для моделирования новых, чрезвычайных явлений могут быть использованы сценарные модели в сочетании с мультимедиальными технологиями.

1.6 Дистанционное обучение и CASE- технологии. При разработке программы обучения необходимо определить предметную область или группу областей (ПО), необходимый объем и глубину знаний, которые зависят от целей обучения и степени подготовленности контингента обучаемых. Каждая программа обучения должна отражать концептуальную модель знаний предметной области в той степени, которая соответствует целем обучения конкретного контингента, другими словами, на базе универсальной предметной области (УМЗ) необходимо создавать различные ее подмножества, обладающие определенными свойствами (КМЗ). Современные CASE- технологии позволяют в значительной степени формализовать и автоматизировать процесс создания прототипов учебных программ, соответствующих выделенным подмножествам (КМЗ). Такая автоматизация крайне необходима, так как расширение пространства INTERNET, возникновение новых рабочих специальностей на новых территориях и в новых сферах деятельности, необходимость непрерывного профессионального обучение вызывает развитие рынка услуг ДО, и как следствие- разработки большого числа новых учебных программ. Как и всякая другая модель, КМЗ позволяет оценить правильность принимаемых решений, не прибегая к широкомасштабным натурным экспериментам. Кроме того, именно такой подход позволил бы превратить глобальные информационные ресурсы в платформу для создания глобальной информационной системы, в которой объектом управления являются метазнания.

Программы обучения, разрабатываемые образовательными учреждениями, имеют определенное соотношение между объем теоретических и практических знаний. На основе описанных технологий можно создать обучательную среду с ориентацией на различные виды и цели обучения: на отработку операциональных навыков или/и навыков принятия решений в различных ситуациях, на изучения иностранных языков, на создание программ развивающих зрительную, мнемоническую, слуховую память и т.п. Однако, гораздо сложнее создать обучающую среду, ориентированную на обучение постановке проблем, формулированию новых (в отличии от экспертных систем) непродуцируемых, парадоксальных знаний, оперированию знаниями на неформальном уровне. Так как ДО во всех отношениях претендует на соизмеримые с ТО показатели эффективности, то естественно возникает вопрос, каким образом в услових ДО можно гарантировать развитие понятийного мышления, являющегося основой теоретических знаний. Разрешение этой проблемы связано с определением такого способа формального представления концептуальных знаний, который бы обеспечил объективность знаний и возместил бы отсутствие учителя в момент осознания учеником новых понятий и гарантировал бы научение использованию этих понятий на уровне логических операций обобщения, агрегации, интерпретации и др.

Будем считать, что объем знаний, соответствующий выбранной программе обучения, содержится в комплексе дидактических материалов, предоставляемых непосредственно ученику на мониторе индивидуального сетевого компьютера. Ставится вопрос, каким требованиям должны отвечать содержательное наполнение дидактических материалов и организация процесса обучения, чтобы, в условиях отсутствия непосредственного контакта с учителем в момент освоения этих материалов, эффективность процесса усвоения знаний (скорость понимания и закрепления знаний, глубина знаний) оказалась всяко не ниже, чем при традиционном обучения, в том числе и с использованием компьютерных технологий. Так как способ организации и использования дидактических материалов в процессе обучения существенно зависит от телекоммуникационной среды и уровня используемых компьютерных технологий, то очевидно, что необходимо разработать обобщенную модель обучения в условиях ДО, включающую разнородные параметры этого процесса (от пропускной способности сети до количества новых понятий закрепленных в памяти обучаемого).

В качестве аппарата формализации для построения этих моделей использован аппарат СМО с соответствующими критериями эффективности. При любой организации обучения конечной целью является освоение знаний. Эффективность процесса освоения знаний в традиционной среде обучения рассматривается в контексте проблем психологических и педагогических, при этом параметры организации процесса обучения считаются заданными и настроенными на среднестатистические показатели (количество одновременно обучаемых учеников, регламент обучения, и т.п.). Как уже отмечалось ДО является не только «суммой технологий», а является новой средой обучения, поэтому возникает проблема, исследовать при каких условиях эффективность обучения в традиционной и новой средах обучения будут сравнимы. Для этого предпринимается попытка объединить модель функционирования ДО с моделью, описывающей содержание и способ обучения (знаниевая модель). Содержанием знаниевой модели является множество понятий изучаемого предмета, для элементов которого (одного или группы) заданы ассоциативный ряд образов, аналогии, сценарии взаимодействия. Алгоритмы вывода описывают логический порядок следования понятий, функциональные связи между ними и с понятиями из других предметных областей, индуктивный или дедуктивный способ рассуждения при выводе новых понятий на основе уже освоенных. Эти два компонента: содержание и алгоритмы вывода, составляют суть знаниевой модели обучения. В традиционной среде обучения построение алгоритмов вывода, сориентированных на цель обучения и контингент обучаемых, являлось прерогативой учителя и отражало его профессиональное мастерство. Традиционная организация обучения предполагает непосредственное взаимодействие трех компонент: учитель, ученики и дидактический материал, который опирается не только на учебники, но и на любые материалы (монографии, статьи. фильмы и т.д.), используемые для конкретных целей обучения. Дидактический материал (ДМ) - это информация из предметной области, структурированная и представленная в соответствии со знаниевой моделью обучения. По отдаленной аналогии с экспертными системами, ДМ являются статической базой знаний, представленных на естественном языке, методика соответствует механизму вывода. Алгоритм вывода в значительной степени зависит от выбранной структуры изложения материала, но формально эта зависимость не представлена, а значит- известна только учителю. Результатом работы алгоритма вывода являются извлеченные из статической базы знания и закрепленные в памяти ученика.

При традиционной организации обучения, продолжая аналогию с экспертными системами, можно сказать, что учитель выполняет роль постоянно инициируемого, многократно исполняемого авторского алгоритма вывода. Возникает вопрос, в какой степени можно формализовать процесс создания учителем алгоритма вывода, который является формальным выражением его авторской методики преподавания. Этот алгоритм составляет ядро знаниевой модели, поэтому при переходе от ТО к ДО прежде всего необходимо сосредоточится на выяснении общей схемы разработки авторских алгоритмов вывода знаний и по возможности ее формализовать. Именно такой подход позволит объединить достижения традиционного образования с многообразием высокоразвитых компьютерных технологий, доступных в ДО.

Как уже отмечалось, знаниевая модель обучения не рассматривает протекание процесса обучения во времени и пространстве. Цель создания такой модели состоит в том, чтобы отразить содержательное наполнение работ, выполняемых учителем в процессе подготовки и использования методик обучения, что, в свою очередь, даст возможность сделать соответствующие схемы и алгоритмы, отчуждаемыми и доступными для последующего использования их в условиях отсутствия учителя. Объединив знаниевую модель обучения с соответствующими дидактическим материалом, можно говорить о том, что в принципе становится возможным качественное усвоение знаний учениками в отсутствии учителя, так как знаниевая модель становится носителем его профессионального мастерства последнего. В дальнейшем пакет, объединяющий программу обучения, дидактические материалы, схематическое представление знаниевой модели и тезаурус будем называть courseware.

Обоснование принципиальной возможности создания обобщенной схемы построения знаниевой модели обучения состоит в следующем. Во-первых, существуют способы представления предметных знаний, независимые от индивидуальных особенностей восприятия знаний различными людьми, в этом смысле можно говорить о возможности создания объективных моделей знаний (структурные модели данных, продукционные правила, семантические сети, логика предикатов и т.п.). Во-вторых, в каждой модели знаний можно выделить подмножество, соответствующее конкретной цели и предмету обучения. В-третьих, для каждого подмножества модели знаний можно определить аксиоматику и теоремы вывода, тем самым описать подмножество как целостную систему знаний.

Все компоненты, включенные в МОП, призваны описывать знания, так чтобы возможно было проводить их количественную оценку. В качестве способа представления знаний для КМЗ предлагается использовать иерархию основных понятий и семантические сети. Объем знаний, степень их детализации здесь должны соответствовать цели обучения и уровню исходной подготовки ученика к самостоятельному восприятию новых знаний из этой модели. Это значит, что в качестве составляющей компоненты в МОП должна быть включена модель оценки уровня исходных знаний ученика (ЗУ). Главная цель этой модели определить не столько объем знаний, сколько их системность, это значит, что иерархия понятий, которыми владеет ученик должна быть целостной. В целостной иерархии понятий каждое понятие связано с другими с помощью заранее определенных логических операций. Степень системности знаний ученика оценивается как отношение количества понятий, для которых ученик сумеет выполнить операции агрегации и обобщения, к общему числу понятий, включенных в тезаурус. Глубина знаний оценивается как умение интерпретировать понятия в зависимости от окружающего контекста. База контекстов является частью ЗУ. Модель оценки уровня мотивации ученика (МУ) содержит набор продукционных правил, объединяющих две группы фактов. С одной стороны, это объективные показатели такие как: исходный уровень знаний ученика, полученный на основании модели ЗУ; соответствующая этому уровню знаний позиция ученика на рынке труда и грантов (возможности получения стипендий на дальнейшее образование); средняя оценка материальных и временных затрат на достижения следующей позиции на шкале «рынок». С другой стороны, это результат самоопределения учеником аналогичных значений по тем же показателям. Уровень мотивации рассчитывается как разница между количеством пунктов соответствующих позиции, определенном на основе описанных продукционных правил, и количеством пунктов при самоопределении позиции учеником. Все три модели определяют требования к содержанию и уровню представления дидактических материалов.

В основу формального представления знаниевой модели, (или можно сказать методики) предлагается положить иерархию понятий (ИП) соответствующую тематике изучаемого материала. Основные требования, предъявляемые к ИП следующие. Все понятия, относящиеся к одному тематическому разделу должны быть связаны между собой. Понятие вышестоящего уровня может быть создано из некоторого множества понятий нижестоящего уровня посредством операции агрегации либо обобщения. Корневая вершина совпадает с названием изучаемой темы, на втором уровне иерархии должны быть представлены понятия, которые образуют собой агрегацию основных понятий, раскрывающих содержание темы в терминах изучаемой предметной области. Все последующие уровни иерархии детализируют понятия второго уровня так глубоко, как этого требует цель обучения. Таким образом, с каждым понятием второго уровня будет связано поддерево, которое может иметь общие вершины с другими поддеревьями, поэтому, начиная с третьего уровня, понятия могут иметь сетевые отношения с другими понятиями. Такая графическая схема представления взаимосвязи понятий, отнесенная к конкретной теме изучения, вполне формально и наглядно отражает методический подход учителя к предмету изучения. Обязательным требованием к составу понятий, включенных в ИП, является включение понятий из исходной модели знаний ученика(ЗУ). Выполнение этого требования обеспечит преемственность «от старого-к-новому», что способствует закреплению знаний в долговременной памяти.

Каждая учебная программа предполагает структурирование учебного материала (исходной информации) в виде последовательности тем, под тем, отдельных лекций, занятий, уроков и т.п. Для каждого из этих структурных элементов определяются цель, основные понятия и способ контроля знаний. Основное требование, предъявляемое к дидактическим материалам дистанционного обучения (ДЦО), заключаются в том, что каждому такому структурному элементу должна быть предпослана ИП. Вершины ИП должны иметь следующие виды ссылок: к поддереву, детализирующему понятие; к соответствующему мультимедиальному фрагменту из ассоциативного ряда; к общему тезаурусу и к соответствующему разделу лекционного материала. В (4) структура и содержание ссылок рассмотрено подробнее. ИП, описывающая структуру знаний на уровне темы, может быть дополнена несколькими ИП, детализирующими структуру знаний на уровне под тем и т.д. Количество понятий, включаемых в одну ИП, должно учитывать ограничения эффективной визуализации, а именно, все связи между вершинами должны умещаться в одном поле зрения и быть достаточно наглядными и читабельными. Таким образом, ДДО представляют собой гипермедиальную базу, в которой навигация осуществляется в соответствии со структурой ИП. Взаимосвязь и вложенность ИП отражают идею объектного подхода к проектированию. Роль объекта играют темы, поддтемы учебной программы, а роль методов выполняют связи между вершинами ИП и их ссылки. ДДО, в целом, в этом случае будут представлять информационную систему знаний. Предлагаемая схема разработки ДДО безусловно может усложнить работу учителя, однако эти затраты могут оказаться оправданными за счет следующих преимуществ. Во-первых, правильно построенная иерархия может быть прочитана сверху-вниз и снизу—вверх одновременно, не нарушая логики взаимосвязи понятий, тем самым имеет место объединение индуктивного и дедуктивного представления знаний. Во-вторых, сочетание мильтимедиальных фрагментов с соответствующими понятиями, позволяет подключить к восприятию логики понятий и их взаимосвязей различные виды памяти, что, в принципе, инспирирует ученика к созданию собственных ассоциативных связей и мнемонических правил запоминания. В-третьих, ИП, располагаемая в начале изучаемой темы, анонсирует предстоящее новое видении связей между старыми и новыми знаниями, и как следствие, снижает барьер восприятия нового. В-четвертых, ИП может сыграть роль когнитивной схемы, которая может быть развита и дополнена на любом последующем этане обучения.

Дистанционное образование является новой формой обучения, учитывающей глобальные изменения процессов в обществе. Эта новая форма обучения приводит к необходимости появления новой специальности в системе образования- эксперт знаний, предметом труда которого является анализ, формирование и обработка глобальных информационных ресурсов, а результатом его труда- универсальная концептуальная модель знаний предметной области. Наиболее близко к этой проблеме подошли специалисты библиотек и информационных центров, поэтому их знания и опыт обязательно должен быть использован в разработке методов построения учебных программ и соответствующих методических материалов для дистанционного обучения.