Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования

Следует также отметить, что в настоящее время большинство ПС. предназначенных для изучения общеобразовательных предметов и вместе с тем ориентированных на осуществление контроля, тренировки или деятельности, связанной с формированием определенных умений, навыков, реализует идеи программированного обучения. В определенных условиях вкрапление таких ПС в систему традиционной методики обучения сопровождается некоторым педагогическим эффектом за счет экономии учебного времени, освобождения от рутинных операций вычислительного характера и числового анализа, возможности автоматизации процесса контроля результатов усвоения. Однако использование таких программ в учебном процессе как зарубежной, так и отечественной школы -- это уже пройденный этап, принесший педагогической практике не столько удовлетворение, сколько разочарование. С последним соображением вполне можно согласиться, так как педагогический эффект от автоматизации процесса контроля, экономии учебного времени вряд ли может быть поводом для использования такого мощного интеллектуального средства, как СНИТ (и компьютер, в частности).

Приведем описание некоторых наиболее типичных примеров ПС, предназначенных для автоматизации процессов контроля, генерирования заданий, тренировки при формировании определенных умений и навыков.

1.7.1 Пакет "Леся" (Луцкий пед. институт, г. Луцк, 1989 г.), разработанный для КУВТ "YAMAHA", обеспечивает контроль уровня знаний учащихся. Работая с пакетом, можно создавать наборы контрольных заданий и проводить оперативный контроль уровня знаний учащихся.

1.7.2 Пакет программных средств по русскому языку (Ярославский ГПИ, г. Ярославль, 1990 г.), разработанный для КУВТ "YAMAHA", предназначен для составления различного типа компьютерных дидактических материалов контролирующего характера по русскому языку, а также для самостоятельного выполнения практических упражнений по различным темам грамматики русского языка. Характерной особенностью этого пакета является возможность генерирования с его помощью дидактических материалов контролирующего назначения.

1.7.3 Программа "Русский язык. Правописание мягкого знака после шипящих" (НИИ СОиУК АПН СССР, г. Москва, 1990 г.), разработанная на "YAMAHA", предназначена для совершенствования определенных орфографических навыков при закреплении пройденного материала, а также проверки качества усвоенного. Средства программы позволяют получать информацию о сделанных учеником ошибках и организовать работу над ними, используя систему упражнений, представляемую программой.

1.7.4.Педагогическое программное средство "Правописание" (Государственный университет БССР, г. Минск, 1989 г.), разработанное для КУВТ "YAMAHA", предназначено для формирования орфографических умений и навыков при изучении русского языка учащимися 7-го класса на базе систематизированных обобщенных правил. Характерной особенностью этого пакета является обеспечение возможности самостоятельно классифицировать определенную учебную информацию.

1.7.5 ПМК для начальной школы по русскому языку "Буква потерялась", "СВАН" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, служит для изучения правописания русского языка. ПМК предоставляет возможность настраивать и использовать меню, а также сообщения программы па любом языке, разрабатывать задания, использовать материалы готовых уроков, обеспечивать тренировку при усвоении правил правописания. Система "СВАН" позволяет также реализовать подготовку и проведение диктантов. Вместе с тем надо отметить, что виды учебной деятельности, организуемые с помощью программ, входящих в ПМК, однотипны и однообразны, что, несомненно, снижает его педагогическую значимость.

1.7.6 Компьютерный практикум "Русский язык. Пунктуация и орфография" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный для IBM PC XT/AT и IBM PS/2, предназначен для изучения пунктуации и повторения орфографии русского языка в старших классах средней школы. Практикум состоит из упражнений, предлагающих набрать на клавиатуре небольшие тексты, содержащие сложные элементы. При ошибочном наборе программа предлагает учащемуся исправить ошибку или изучить соответствующее правило. Если это необходимо, учащийся может пользоваться подсказкой.

1.7.7.ПМК по английскому языку "Travelling" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, красочно, используя разнообразные средства наглядности, представляет на экране персонажи русских народных сказок и героев фантастических произведений. С помощью ПМК обучаемый может осваивать грамматический материал (времена групп Present, Past, Future) и закреплять лексический материал по теме "Travelling".

1.7.8 ПМК "Animals" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, предназначен для использования как в начальных классах школ с углубленным изучением английского языка, так и в общеобразовательной школе. ПМК включает ряд упражнений на закрепление лексики по теме "Animals" и грамматический материал. В упражнениях лексического раздела обучаемому предлагается ответить на вопросы по представленным картинкам, вставить пропущенные буквы в словах, составить слова, ввести с клавиатуры названия животных, красочно представленных на экране. Обучаемый может работать, свободно выбирая режим учебной деятельности: выполнить упражнения на клавиатурном тренажере; обратиться к решению ребуса, кроссворда.

1.8 Значительное место в практике использования ПС в целях обучения занимают программы компьютерного моделирования, обеспечивающие представление модели изучаемых объектов, процессов, явлений или какого-то опыта, лежащего в основе лабораторной работы (например, по физике или химии), имитируемой компьютерной программой.

Программы компьютерного моделирования (в подавляющем большинстве) обеспечивают изучение свойств модели, наглядное представление изучаемого материала с помощью модели, возможность выбора обучаемым ответа из предложенных. Чаще всего такие ПС, например, Пакет "Окно в физику" (МПГИ им. В.И. Ленина , г. Москва, 1990 г.) или ППП "Химия" (ВЦ СО АН СССР, г. Новосибирск, 1988 г.) демонстрируют в динамике изучаемый процесс (опыт, явление), представленный моделью, и обеспечивают контроль усвоенного, являясь в некотором роде программами-тренажерами или демонстрационными (демонстрационно-справочными) программами, предназначенными для наглядного представления учебного материала, визуализации закономерностей изучаемых явлений, процессов, взаимосвязей между объектами. Иногда в такие программы авторы вводят элементы программированного обучения. Гораздо реже в них реализована возможность организации с помощью сконструированной или заданной модели экспериментально-исследовательской деятельности.

При определенных условиях (Глава I, п. 2.4.6.) -- возможность создания ситуаций, представляющих определенный аспект реальности для изучения его основных структурных или функциональных характеристик; предоставление в распоряжение обучаемого основных элементов и типов функций для моделирования определенной реальности - такие ПС могут быть предназначены для создания модели объекта, явления, процесса или ситуации с целью их изучения, исследования. Приведем некоторые примеры.

1.8.1 Пакет "Окно в физику" (МПГИ им. В.И. Ленина, г. Москва, 1990 г.), разработанный для КУВТ "YAMAHA", предназначен для углубленного изучения физики в средних учебных заведениях. Особенностью пакета является наличие в нем трех различных типов программ компьютерного моделирования изучаемых объектов, процессов, явлений.

Первым типом являются демонстрационные программы, которые предназначены для иллюстрации моделей изучаемых объектов или процессов. В них отображаются характерные для моделируемого явления масштабы физических величин и основные соотношения между ними.

Вторым типом являются программы, позволяющие ученику проводить лабораторную работу, имитируемую компьютерной программой. При этом обучаемому предоставляется возможность работать с экспериментальной установкой, изображенной на экране, позволяющей моделировать тот или иной процесс или явление. Ученик может изменять параметры, устанавливая количественные соотношения между величинами, характеризующими изучаемый или исследуемый процесс (явление).

Третьим типом являются программы--тренажеры, позволяющие ученику численно моделировать изучаемый процесс. Введенный учеником ответ, представленный в численном виде, на предложенный ему вопрос является входным параметром для моделирования в программе определенного процесса и отображения на экране соответствующих зависимостей. При этом ученик может наглядно убедиться в том, соответствует или нет ход процесса с введенным им самим параметром тому, что требовалось в задании. Если введенный учеником ответ неверен, то программа позволяет его скорректировать, сопоставляя полученный и требуемый результаты.

В пакете имеется возможность генерирования текстов заданий и вопросов, предлагаемых программами. Это реализуется с использованием датчика случайных чисел. По окончании работы по программе пользователю предъявляется информация о количестве совершенных ошибок с комментариями о результатах работы ученика.

1.8.2 Ряд ПС, предназначенных для создания математических моделей на экране компьютера в виде иллюстраций геометрических фигур, графиков изучаемых функций, служит одновременно и для создания объекта изучения, выполняя иногда роль инструмента исследования.

К таким ПС можно также отнести программу "Демонстрация проведения сечений шара плоскостью" (НИИ СОиУК АПН СССР, г. Москва, 1990 г.), которая наглядно, в движении представляет на экране процесс проведения сечений шара плоскостью, моделируя объект изучения.

Другим примером может служить Пакет "Система иллюстративно-обучающих программ по стереометрии" (ЛГПИ им. А.И. Герцена, кафедра геометрии, г. Ленинград, 1989 г.). Работая с пакетом, можно воспроизводить на экране проекции многогранников и п-угольных призм, пирамид и антипризм с учетом видимости ребер. Обучаемый имеет возможность осуществлять построение моделей этих многогранников, а также их сечений заданной плоскостью. Система предоставляет наглядные средства в виде стереометрических объектов, служит развитию пространственного воображения, дает возможность преподавателю моделировать стереометрические объекты к различным задачам по определенной тематике. В методических материалах авторами представлено 5 типов примеров (задач) для их решения с помощью данного пакета.

1.8.3 ППС "Графика" (НИИ СиМО АПН СССР, г. Москва, 1987 г.) является системой программно-методических средств, обеспечивающих геометрическое представление функционального отношения. С его помощью создается возможность графической иллюстрации некоторых предложений с переменной. ППС позволяет производить исследование элементарных функций, графическое решение уравнений с одной переменной, неравенств с одной или двумя переменными, систем уравнений и неравенств с одной или двумя переменными. Работа с ППС основана на операциях, с помощью которых можно осуществить: ввод формулы аналитически заданной функции (в явном или неявном виде), график которой предполагается построить на экране; выбор промежутка оси абсцисс, на котором предполагается рассмотрение графика заданной функции; построение графика функции с возможностью ее исследования. Являясь в некотором роде инструментом исследования функциональных отношений, ППС "Графика" демонстрирует модель той или иной функциональной зависимости, позволяя обучаемому приобретать определенный опыт перед самостоятельным исследованием функции и построением ее графика.

С определенными оговорками ППС "Графика" можно отнести к предметно--ориентированной программной среде, так как с его помощью можно организовать учебную деятельность с созданными моделями, отображающими закономерности некоторой предметной области.

1.8.4 STRATUM COMPUTER (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.) -- инструментальное программное средство, разработанное на IBM PS/2, предназначено для моделирования элементов и сложных систем, конструкций, процессов, изучаемых в различных предметных областях (физика, химия, математика, биология, география, экономика, электроника и др.). С помощью этого инструментального средства можно без специальных знаний языков программирования создавать модели на основе простейших функциональных элементов.

1.8.5 Учебная модель "Аральское море" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанная на IBM PS/2, представляет собой учебную имитационную модель Аральского моря. ПС ориентировано на использование при изучении физической географии Средней Азии, а также раздела курса информатики "Элементы компьютерного моделирования", так как позволяет смоделировать и определить зависимость объема воды и площади Арала от "прихода" и "расхода" водного баланса. Программа обеспечивает вывод на экран очертаний береговой линии Арала, соответствующих различным уровням воды.

1.8.6 ПМК "Динамика вод Мирового океана" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, предназначен для использования в процессе преподавания курса "География материков и океанов". ПМК можно применять и для изучения закономерностей распределения поверхностных течений, зависимости динамики поверхностных вод Мирового океана от циркуляции атмосферных потоков. Программы ПМК позволяют моделировать ситуацию исследования, используя элементы игры, а также контролировать знание учебного материала. Учебная игра "Полный вперед", входящая в состав ПМК, снабжена раздаточным материалом для учеников (бланк маршрутной карты, бортовой журнал). Имеется также методическое пособие для учителя, которое описывает возможные варианты применения ПМК.

1.9 Особой интерес представляют предметно-ориентированные программные среды развивающего и обучающего назначения, в которых специальным образом организуется деятельность обучаемых, результатом которой является не столько формирование знаний, умений, навыков, сколько развитие и формирование определенного вида мышления, умений и навыков осуществления экспериментально - исследовательской деятельности, информационной культуры.

1.9.1 К ним можно отнести Обучающую программно--методическую систему "Многогранники" (НИИ ШОТСО АПН СССР, г. Москва, 1990 г.), разработанную для КУВТ "YAMAHA" [29], [30]. Система включает пакет программных средств учебного назначения и инструктивно-методические материалы. В пакет входит пять программных блоков, каждый из которых представляет собой программное средство определенного типа: Учебно-демонстрационное программное средство "Многогранники"; Обучающая программная система "Сечение- призмы плоскостью", Обучающая программа "Сечение многогранников"; Информационно--поисковая система "Многогранники": Инструментальное программное средство "Многогранники"; Инструментальный пакет "Библиотека графических подпрограмм для языка MSX--C" с демонстрационным примером. Программные средства системы, объединенные в пакет, рассылаются по сети КУВТ "YAMAHA". Языки реализации программных средств: ассемблер, Турбо-Паскаль, Бейсик, Си. В комплект-поставку входят также методические рекомендации по использованию системы. Кроме того, все программные средства системы снабжены инструкциями пользователя, в которых описаны все возможные режимы работы с каждым конкретным программным средством.

Программные средства системы обеспечивают: динамическое представление плоских изображений стереометрических объектов, выбор режима работы с плоскими изображениями стереометрических объектов, обратную связь, осуществление поиска необходимой учебной информации, контроль уровня знаний.

Преобладающей формой обучения на уроках с использованием Обучающей программно--методической системы "Многогранники" является индивидуальная работа с варьируемой степенью самостоятельности. Это обеспечивается программными средствами, которые предоставляют возможность каждому ученику пройти через все этапы формирования графических образов многогранников в процессе работы со стереометрическим материалом. Как известно, одной из основных задач при изучении стереометрии является развитие (формирование) "пространственного видения" стереометрического объекта, представленного двухмерным изображением. Кроме того, специфика изучения любого стереометрического объекта состоит в том, что для его выделения из множества объектов (например, многогранников) обязателен анализ пространственной формы геометрических объектов. Поэтому для осуществления поиска признаков изучаемого объекта необходимо развитие образного восприятия. В качестве средства, позволяющего организовать познавательную деятельность для формирования "пространственного видения" стереометрического объекта, предлагается Учебно-демонстрационное программное средство "Многогранники". С его помощью возможен анализ формы подвижных и неподвижных двухмерных изображений стереометрических объектов, то есть динамического стереометрического чертежа, и сравнение взаимного расположения его элементов (граней, ребер), позволяющее выделить отличительные свойства каждого типа многогранника.

Идея создания этого программного средства основывается на утверждении исследователей С. Musatti (1924 г.), G. Johansson (1953 г.), 1. Metzler 1761, др.. что некоторые виды движения во фронтальной плоскости могут порождать восприятие глубины (так называемый "стереометрический феномен"), то есть формируют "пространственное видение" ("стереометрическое видение") трехмерного объекта по его двухмерному изображению.

Развитием вышеупомянутых идей явилась реализация (в Учебно-демонстрационном программном средстве "Многогранники") вращения на экране компьютера двухмерного стереометрического чертежа многогранника (пять видов) со штриховыми (невидимыми) линиями. Учебно-демонстрационное программное средство "Многогранники" может быть также использовано для исследования формы граней многогранника по динамически представленному стереометрическому чертежу, который демонстрирует в динамике плоские изображения трехмерных геометрических фигур с сохранением в процессе вращения штриховых линий. При этом внимание учеников можно акцентировать на правилах построения двухмерного чертежа трехмерной фигуры (проведение штриховых линий, искажение изображений плоских граней). Кроме того, с его помощью можно наблюдать динамическое изображение пространственной фигуры с сечением, визуализировать процесс трансформации чертежа, продемонстрировать результат сечения многогранника плоскостью. Это позволяет на основе визуально воспринимаемых с экрана компьютера вращающихся плоских изображений пространственных фигур формировать новое для обучаемого понятие многогранника того или иного типа. В этом случае формирование нового понятия основывается на чувственно--конкретном восприятии и умении абстрагироваться.

Для дальнейшего расширения понятия (например, для призмы, изучения различных видов призм и их классификации) предлагается заменить, обычно используемую демонстрацию пространственных моделей на работу с Информационно--поисковой системой "Многогранники". Это подводит обучаемого к классификации понятий на основе выделения существенных признаков многогранника, обеспечивая при этом индивидуальный темп работы обучаемого. При этом работу можно организовать таким образом: обучаемому предлагается классифицировать призмы, определив существенные признаки фигур каждой из выделенных групп. Для выполнения этого задания обучаемый выводит необходимое изображение многогранника на экран и анализирует форму поверхности граней изучаемой фигуры, ее развертку, взаимное расположение элементов многогранника. Проводимый обучаемым анализ, вычленение существенных признаков того или иного вида (или подвида) многогранников служит основанием для формирования понятия (например, прямой, наклонной, правильной призмы). Анализ воспринимаемых изображений позволяет учащемуся классифицировать, например, призмы по числу сторон многоугольника в основании, расположению бокового ребра по отношению к плоскости основания, виду многоугольника в основании. В процессе такой учебной деятельности приобретаются ориентиры, позволяющие учащимся выделить многогранники из множества других геометрических тел. Используя соответствующие кадры Информационно--поисковой системы "Многогранники", можно также осуществлять поиск учебной информации, вводить новые понятия, в частности понятие выпуклого (вогнутого) многогранника, определять элементы многогранника (грань, ребро, вершина), анализировать их расположение в пространстве и по отношению друг к другу.

Используя два вышеописанных программных блока системы, учащимся можно представить различные варианты многогранников и других геометрических тел и предложить им обобщить сведения о многогранниках на конкретных заданиях.

Формирование понятия (например, призмы) на этом этапе, естественно, не завершается. Процесс формирования понятия продолжается при усвоении различных стереометрических умений, таких, как восприятие изображенного на плоскости взаимного расположения прямых и плоскостей адекватно реальному, построение призмы и плоских сечений в ней, вычисление площади поверхности призмы и пр.

К числу серьезных затруднений при восприятии плоской проекции трехмерных объектов можно отнести восстановление взаимного расположения в пространстве изображенных на плоскости прямых. Наиболее типичными затруднениями, которые возникают в данном случае, являются ошибочное построение на изображении точки пересечения скрещивающихся прямых и утверждение о параллельности прямых, которые в пространстве не лежат в одной плоскости. Для того чтобы обучаемые могли свободно ориентироваться в описанных геометрических ситуациях, они должны овладеть алгоритмом распознавания взаимного . расположения прямых в пространстве, представленных на стереометрическом чертеже. Так как чаще всего описываемые умения необходимы в работе с изображениями многогранников, то анализируемые прямые целесообразно расположить на стереометрическом чертеже многогранника. Для того чтобы восприятие изображения самой фигуры не создавало побочных трудностей, целесообразно использовать простые геометрические тела, такие, как, например, куб, тетраэдр, четырехугольная призма. Вначале обучаемых следует подвести к распознаванию ситуаций, в которых заданные прямые принадлежат плоскости одной грани многогранника, находятся в плоскостях параллельных граней, принадлежат плоскостям непараллельных граней, не лежат в плоскостях граней многогранника. После установления отличительных признаков каждого из случаев расположения прямых можно, используя специальную серию заданий, включающих различные по содержанию и сложности варианты для каждой описанной геометрической ситуации, подвести обучаемых к составлению алгоритмического предписания воссоздания реального расположения прямых ч пространстве. Затем можно организовать деятельность, приводящую к свертыванию алгоритмического предписания, и уже после этого переходить к формированию умений нахождения линии пересечения секущей плоскости и плоскости грани многогранника.

Вышеописанное можно реализовать с помощью Обучающей программной системы "Построение проекций". Основной вид деятельности при работе с ней -- решение задач на построение. Программная система обеспечивает возможность: построения в левой части рабочего поля экрана точки, прямой, штриховой линии, прямой, параллельной другой прямой, выбранной пользователем, прямой, перпендикулярной другой прямой; уничтожения прямой; вывода условия задания, его отмены; ввода ответа. Для реализации вышеперечисленных возможностей в левой части рабочего поля экрана обучаемому предоставляется чертеж, с которым он может работать, то есть выполнять задание на построение, отмечая точку, проводя прямую, штриховую линию, уничтожая прямую, и т. д.

Последовательность предъявляемых программой заданий соответствует логике формирования итогового умения, которое, согласно методическому подходу авторов, слагается из цепочки определенных стереометрических умений. К ним относятся умения определять проекцию точки на плоскость грани многогранника (точка принадлежит ребру или находится внутри грани); находить проекцию прямой на плоскость грани многогранника (прямая принадлежит плоскости грани или находится вне граней); отыскивать точку пересечения прямой и плоскости; строить прямую пересечения двух плоскостей.

Методический подход авторов программной системы основан на следующем: сложное стереометрическое умение, которое должно быть сформировано у ученика, целесообразно разбить на восемь отдельных умений. В результате работы с программной системой ученик овладевает всеми умениями. Программа построена таким образом, что если ученик решит какую-то задачу, случайно угадав ответ, не овладев необходимым умением, то в дальнейшем программа, анализируя его ошибки, может выявить это и вернуть ученика к начальному этапу. Сведения о решенных задачах хранятся таким образом, что уже решенные учеником задания (всего 21 задание на восемь типов задач) больше ему не предлагаются. Каждое последующее из указанных умений включает предыдущее, поэтому учащемуся приходится пройти все этапы формирования итогового умения. Для овладения каждым из выделенных умений учащийся выполняет определенное количество задач. При верном построении осуществляется переход к решению задач на формирование более сложного умения. Например, при правильном определении проекции точки, принадлежащей ребру многогранника, ученику предлагается задача на построение проекции точки, находящейся внутри грани.

В процессе разработки описываемой Обучающей программной системы "Построение проекций" авторами был проведен анализ типичных ошибок при решении той или иной задачи данного класса и выявлены возможные причины их возникновения. Основываясь на этом, авторы программной системы предусмотрели различные варианты реакции на действия пользователя: в зависимости от совершенного ошибочного действия программная система, оперативно анализируя деятельность обучаемого, предлагает ему либо выполнить задание, позволяющее сконцентрировать внимание на определенном умении и овладеть им, либо изучить алгоритмическое предписание построения, либо ознакомиться с теоретическим материалом (при внутреннем учете это считается ошибкой). В этом случае ученику дается задание по той же теме (не усвоенной). В каждом случае предусмотрен возврат к решаемому типу задач. Кроме того, имеется возможность сохранять и анализировать нетипичные ошибки учащихся и соответственно этому видоизменять предлагаемые задания.

В любой момент работы ученика учитель имеет возможность установить с помощью специальной индикации (в виде диаграммных столбиков, расположенных в нижней части экрана), какое умение сформировано и на каком этапе формирования итогового умения находится обучаемый. Накопление информации об усвоенных умениях при решении задач на построение происходит по принципу "усвоено" или "не усвоено", что соответствует правильному построению на экране или неправильному. Кроме того, в любой момент учитель может вывести 8 индикаторов усвоенных умений. На них белым цветом показаны 2 градации усвоения. Каждое решение задачи оценивается заново, исходя из набора оценок по 1--8 умениям, и ученику выдается новое задание с учетом его продвижения в учебе.

Благодаря тому что в начале работы с программной системой каждый ученик вводит свой код, при повторной работе он начинает обучение не с начала, а с учетом того, что он сделал в прошлый раз (при условии работы с диском). Если ученик допускает ошибку, не предусмотренную программной системой при заполнении банка данных системы, то она "запоминает" не только совершенную ошибку, но и этапы ее возникновения. Таким образом учителю предоставляется возможность в любое время проанализировать наиболее часто совершаемые учеником ошибки.

Программная система позволяет прервать работу в любой момент. После прерывания работы можно продолжить работу, учитывая тот факт, что весь ход решения выполненных задач "запоминается" и хранится в той последовательности, в которой ученик проводил построение. Это позволяет учителю проследить весь путь неправильно решенных задач и сделать соответствующие выводы.

Помимо вышеописанных программных блоков, предназначенных непосредственно для обучаемого, система содержит Инструментальное программное средство "Многогранники", позволяющее создавать любое плоское (двухмерное) * изображение стереометрического объекта с последующим включением его в Учебно-демонстрационное программное средство "Многогранники". Учитель может с помощью этого инструментального программного средства подготовить для нужд урока любые стереометрические чертежи многогранников и представить их на экране в виде вращающихся плоских изображений. Для создания описаний различных стереометрических фигур в инструментальном программном средстве разработан язык, имеющий свой синтаксис и 4 оператора, которые могут вводиться как в русском, так и в латинском написании. Так, для одной фигуры может быть описано до 32 вершин и 50 ребер (включая линии сечения).

Подытоживая вышеописанное, а также опираясь на результаты экспериментальной апробации Обучающей программно--методической системы "Многогранника" в процессе преподавания курса стереометрии [29], отметим следующее:

использование системы расширяет методические возможности в процессе формирования стереометрических понятий, умений осуществлять построения на стереометрическом чертеже; предоставляет учащимся инструмент для исследовательской деятельности с плоскими изображениями стереометрических объектов,

динамическое представление (вращение) на экране стереометрического чертежа развивает пространственное видение трехмерного объекта по его двухмерному изображению; формирует умения анализировать двухмерное изображение пространственной фигуры,

возможность осуществления информационного поиска, обучение владению алгоритмом построения сечения формирует основные стереометрические понятия, умения строить сечения в многогранниках;

обеспечение интерактивного диалога, вариативность предлагаемых заданий позволяют учитывать индивидуальные особенности обучаемого, профессиональный уровень обучающего.

1.9.2 Пакет программных средств "Исследование функций" (НИИ СО и УК АПН СССР, г. Москва, 1990 г.), разработанный для КУВТ "YAMAHA", предназначен для обучения исследованию элементарных функций па основе осуществления учебной деятельности по алгоритмическим предписаниям, предоставляемым программой (в [25], с. 68).

Основная задача разработки пакета состояла и создании предметно-ориентированной программной среды, функционирование которой основано на реализации идей теории алгоритмизации обучения [18]. Эта теория предполагает разработку и использование алгоритмических предписаний, которые однозначно детерминируют действия обучаемого и обладают рядом существенных черт, присущих математическим алгоритмам. Отличаются они от последних том, что предполагают оперирование не только со знаковыми объектами, но и с содержанием, характеризующим эти объекты. Являясь общим методом решения задач определенного класса, алгоритмические предписания сводят действия ученика к элементарным, уже известным ему действиям, предоставляя развернутую картину всевозможных путей решения задач данного класса. С точки зрения цели, которую можно достичь при помощи алгоритмических предписаний, они подразделяются на алгоритмы распознавания и алгоритмы преобразования. Алгоритмы распознавания состоят из распознавательных актов и служат для выбора пути решения с помощью логических условий (признаков, состояний объекта или ситуации). Алгоритмы преобразования при помощи операторов, представляющих собой элементарные акты по переработке информации, полученной при помощи логических условий, преобразовывают объект (ситуацию). Алгоритмические предписания можно оформлять по-разному: в словесном виде, в виде граф-схем, блок-схем или логических схем алгоритмов. Использование алгоритмических предписаний можно рекомендовать для обучения решению задач, требующих реализации логических операций по распознаванию (например, класса задач или очередной ситуации) и преобразованию. Решение этих задач связано с умением логически мыслить, осуществлять самостоятельный поиск пути или метода решения в каждом отдельном случае или на каждом этапе решения, а это, как известно, сопряжено с определенными трудностями, усугубленными тем фактом, что в учебниках и учебных пособиях, как правило, не излагаются вопросы поиска методов решения задач. Преодолеть вышеназванные затруднения можно, с одной стороны, используя возможности интерактивного диалога, обеспечиваемого ПС, с другой стороны, структурируя деятельность обучаемого алгоритмическими предписаниями.

В соответствии с вышеизложенными теоретическими подходами к организации учебной деятельности, направляемой алгоритмами распознавания и преобразования, была определена структура Пакета программных средств "Исследование функций". Опишем ее.

Все программные кадры подразделяются на информационные и диалоговые. Связи между кадрами не статические и определяются в зависимости от правильности полученных от пользователя ответов при выполнении действий по алгоритмическому предписанию, а также вызовами, задаваемыми пользователем. Начальный блок информации, с которым пользователю предлагается ознакомиться до начала проведения работы, состоит из четырех информационных кадров. Эти кадры последовательно вызывают друг друга и содержат информационные и технические сведения, знание которых поможет пользователю полноценно работать с программами пакета. Первый информационный кадр предоставляет сведения о разработчиках. Второй кадр информирует о возможностях пакета и необходимых знаниях, которыми должен обладать обучаемый для успешной работы с ним. Третий кадр содержит сведения, необходимые пользователю при работе с пакетом. Четвертый кадр представляет запись алгоритмического предписания, обеспечивающего решение задач на исследование функций.

Функции, предлагаемые пользователю для исследования, генерируются случайным образом. Они представляют собой линейные многочлены со степенями, упорядоченными по убыванию. Максимальная степень многочлена - пятая.

Пакет предоставляет возможность перехода к работе в режиме "калькулятор" (и обратно). Имеется также возможность демонстрации на экране графика исследуемой функции.

При завершении исследования функции по алгоритмическому предписанию управление передается информационному кадру номер 5. Этот кадр выводится на экран при завершении работы и дает возможность узнать общее число решенных пользователем примеров, а также количество ошибок, допущенных в процессе нахождения ответов на предложенные вопросы.

Вызов любого информационного кадра возможен из любого кадра, что дает возможность (в случае необходимости) воспользоваться нужной информацией. Однако переход к заключительному информационному кадру номер 5 не предусматривает возврата из него в основную программу, а ведет к завершению работы программного средства с предоставлением пользователю возможности распечатать всю накопленную о нем информацию. Выход из очередного информационного кадра осуществляется при нажатии любой клавиши на клавиатуре, исключая функциональные. Через 30 секунд происходит автоматический переход к новому кадру.

Помимо описанных выше информационных кадров имеются также диалоговые кадры, обеспечивающие функционирование предметно - ориентированной программной среды. Вход в диалоговый кадр номер 1 происходит из информационного кадра номер 4, которым завершается начальный блок ознакомительных сведений. Поле диалогового кадра номер 1 содержит следующую информацию: функцию, которая подлежит исследованию; вопрос, на который необходимо ответить пользователю в процессе исследования заданной функции (вопросы определяют алгоритм распознавания); строку, содержащую порядковый номер предлагаемого вопроса по исследуемой функции и знак "?", за которым находится курсор, приглашающий пользователя к вводу ответа, подсказку "нажмите возврат каретки".

Исследование функции проводится в три этапа. Каждый этап определяется выполнением конкретного задания в рамках алгоритмического предписания исследования функций. Первое задание предлагает пользователю найти область определения исследуемой функции, второе касается нахождения промежутков возрастания данной функции, а третье - промежутков се убывания. Заданиям в соответствии с порядком их предъявления пользователю присваиваются номера от единицы до трех. Номер задания указывается в строке, в которую пользователю предлагается ввести ответ на поставленный вопрос.

В зависимости от введенного пользователем ответа на предложенное программой задание реакция программы может проявляться несколькими способами, а именно такими, как:

переход к следующему вопросу по анализу заданной функции;

переход к исследованию следующей функции;

выдача информации, содержащей сведения по порядку ведения пользователем работы с программой;

выдача информации по допущенной пользователем ошибке;

выдача теоретических сведений для нахождения правильного ответа на поставленный вопрос;

выдача правильного ответа и процесса его получения по предлагаемому вопросу.

Выбор одного из возможных вариантов реакции программы осуществляется на основе анализа информации, получаемой от пользователя. В распоряжении пользователя находятся тридцать позиций для ввода возможного ответа, которые фиксируются программой. При этом алфавит разрешенных символов меняется в зависимости от задания. Как явные ошибки регистрируются не все ответы пользователя. В любом случае ввод неразрешенного символа рассматривается как ошибка. Однако эта ошибка не фиксируется в общем числе сделанных пользователем ошибок при выполнении данного типа задания, так как не является содержательной. При этом ответ будет выведен на печать при регистрации всех ответов. Если при выводе ответа не было сделано ошибок, связанных с использованием неразрешенных символов, то введенная информация принимается и анализируется программой. Если ответ правильный, то происходит автоматический переход в следующий диалоговый кадр. Если же введенный ответ оказался неправильным, то фиксируется ошибка и выдаются теоретические рекомендации для нахождения правильного ответа. После этого пользователь попадает в более жесткие рамки. Даже малейшая неточность, связанная, например, с использованием неразрешенного символа, вызовет фиксацию ошибки и появление на экране информации о процессе получения правильного ответа.

Следует добавить, что диалоговые кадры имеют более сложную систему самонастраивающихся связей по сравнению с информационными кадрами. Этим объясняется разнообразие возможных реакций программы на введенный пользователем ответ.

Для акцентирования внимания учащихся на определенных этапах работы с пакетом и выделения методически значимой информации авторами использована цветовая дифференциация информации. Так, все информационные кадры предоставляют пользователю необходимую информацию на голубом фоне экрана. Исключение составляет информационный кадр номер 3, цвет которого меняется в том случае, если пользователь допустил ошибку при ответе на предложенный ему вопрос. В процессе работы пользователя в рамках диалоговых кадров цвет экрана тоже может меняться. Если пользователь ошибок не допускает, то цвет экрана не меняется и остается голубым в течение всего времени работы с пакетом программных средств. Любой правильный ответ, представленный некорректно, программа пытается "узнать" и "преобразовать" в более "понятную для нее" форму записи. Если это удается, то фиксируется правильный ответ и происходит переход к новому диалоговому кадру. Если же "преобразовать" введенную информацию не удается или если пользователем допущена ошибка, то цвет экрана меняется на розовый (предупреждение о сделанной ошибке) и, в зависимости от действий пользователя, на экране появляется один из трех вариантов реакции программы:

диагностическое сообщение: "Вы допустили ошибку в форме записи ответа", если ответ некорректен;

символы, разрешенные для ввода в данном диалоговом кадре, если ошибка связана с использованием неразрешенного символа;

теоретические сведения для нахождения правильного ответа, если ход решения неверен.

В любом случае фиксируется ошибка в общем числе неправильных ответов на данный тип задания и пользователю предоставляется возможность ответить на поставленный вопрос второй раз. Если при второй попытке пользователем была допущена ошибка, то цвет экрана меняется на красный (констатация несостоятельности пользователя получить правильный ответ) и, в зависимости от действий пользователя, выдается на экран один из трех вариантов реакции программы:

логические предпосылки, которые приводят к нахождению правильного ответа, и, кроме того, сам правильный ответ (в случае необходимости найти область определения исследуемой функции);

появление на экране информации о процессе нахождения производной исследуемой функции и разложения производной на сомножители вида (х-а), где х -- корень (в случае нахождения промежутков возрастания или убывания функции);

демонстрация на экране числовой оси, на которой отмечаются значения корней и заштрихованная область возрастания или убывания функции в зависимости от предложенного задания (в случае нахождения промежутков возрастания или убывания функции);

график исследуемой функции.

В процессе нахождения промежутков возрастания (убывания) функции для расчетов можно использовать встроенный в программу целочисленный калькулятор. Вход в режим "Калькулятор" возможен из любого диалогового кадра. Для этого в диалоговый кадр, из которого происходит обращение, встраивается "окно" для работы в режиме "Калькулятор". Этот режим реализует 5 арифметических действий над двумя операндами. Если случайно произошел ввод нежелательной цифры или знака "-", то в режиме прямого редактирования можно устранить ошибку. После выдачи результата арифметической операции или сообщения "ошибка" калькулятор переходит в режим ожидания следующей команды от пользователя: переход к выполнению следующего арифметического действия; выход из режима "Калькулятор" и возвращение в диалоговый кадр. "Встраивание" калькулятора в диалоговый кадр не изменяет последнего, что дает пользователю возможность наблюдать на экране исследуемую функцию, поставленный программой вопрос, а также ту часть ответа, которую он уже сформировал и при необходимости может скорректировать после выхода из режима "Калькулятор". После окончания работы с пакетом на экране появляется информационный кадр номер 5, который содержит информацию о качестве работы пользователя и количестве исследованных им функций.

В пакете программных средств предусмотрена также возможность регистрации итогов в виде распечатки результатов работы пользователя по всем исследованным функциям со всеми ответами на предложенные вопросы. По окончании распечатки программа завершает свою работу; при этом происходит уничтожение всей накопленной о пользователе информации и переход в прямой командный режим работы компьютера. Кроме того, программа предусматривает устранение ошибки как при работе с диском, так и при работе с принтером. В случае, если возникнет ошибка, не связанная ни с работой диска, ни с работой принтера, то есть вызванная внешними факторами, программа ставит пользователя в известность, так как уничтожается вся информация накопленная о пользователе в течение его деятельности Далее происходит автоматическая перезагрузке программного средства.

Резюмируя вышеизложенное, перечислим возможности Пакета программных средств "Исследование функций":

деятельность обучаемого, организованная в предметно-ориентированной программной среде, позволяет обеспечить, во-первых, вариативное взаимодействие пользователя с программой, инициируемое алгоритмическим предписанием и реализуемое интерактивным диалогом, во-вторых, вариативную реакцию программы но действия пользователя по результатам контроля и, в-третьих, осуществление необходимых вычислительных операций с помощью "встроенного" калькулятора;

использование алгоритмических предписаний в процессе работы с пакетом обучает оптимальному поиску стратегии решения учебных задач донного класса, развивая алгоритмический, логический стиль мышления;

применение вышеописанного пакета целесообразно при организации самостоятельной работы учащихся при изучении темы "Исследование функций" как на начальном этапе, так и при повторении, закреплении учебного материала.

Развитием вышеозначенных методических идей теории алгоритмизации обучения, реализованных в вышеописанном пакете, является версия пакета "Исследование функций" для IBM PC AT, IBM PS/2 (ИСО PAO, г. Москва, 1994 г.). В ней на более высоком уровне программной реализации представлены возможности построения графика функции в процессе ее исследования. Кроме того, в этой версии возможно исследование дробно-линейной, показательной, логарифмической функций по соответствующим алгоритмическим предписаниям.

1.9.3 Программно-методический комплекс ГРИФ (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, предназначен для изучения различных тем раздела "Функции" в средней школе. В ПМК ГРИФ входит: Программный комплекс GRIF, обеспечивающий построение графиков и возможность исследования элементарных функций; набор заданий и самостоятельных работ; методические материалы по применению системы ГРИФ. GRIF содержит также инструментарий для работы с графиками, с помощью которого возможно: изменение масштаба по любой оси; применение "лупы"; перемещение "окна" по координатной плоскости; "считывание" координат курсора; осуществление вывода на экран текстовой информации, графика функции, запись которой представлена в явном или неявном виде; представление на экране записи алгебраического выражения в приемлемой для учащихся форме. В процессе изучения курса "Алгебра и начала анализа" ПМК ГРИФ можно использовать в качестве демонстрационного средства, позволяющего обеспечить разнообразные виды самостоятельной учебной работы в процессе формирования основных понятий, связанных с изучением раздела "Функции".

ПМК ГРИФ по своей сути является исполнителем, работающим под управлением пользователя в режиме непосредственного исполнения команд. Его использование позволяет создавать модель, отображающую определенную закономерность некоторой предметной области, и организовывать исследовательскую деятельность, тренировку.

1.10 Проведенный анализ показал, что достаточно часто ПС различного типа используют для организации проведения лабораторных или практических работ. При этом авторы ПС используют вычислительные возможности компьютера, возможность моделирования изучаемого объекта, процесса или явления. Приведем некоторые примеры.

1.10.1 ПМК по химии ДИСФОР (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанный на IBM PS/2, содержит около пятисот задач различного уровня сложности. Работая с ПМК, ученики имеют возможность самостоятельно формировать задания и тренироваться в их решении. При этом ответами задач являются структурные формулы органических соединений.

1.10.2 Программа по физике "Тепловые явления" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработанная на IBM PS/2, рекомендуется к использованию в процессе организации и проведения зачета по теме "Тепловые явления". Она предназначена для проверки и оценки знаний по теоретическому материалу данной темы и умений решать качественные задачи. За двадцать минут учащийся должен набрать максимальное количество баллов, ответив на тринадцать вопросов (программа снабжена счетчиком времени).

1.10.3. Программа - лабораторная работа, которая называется "Расположение графика линейной функции" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработана на IBM PS/2. Она предназначена для организации исследовательской деятельности обучаемого при формировании им гипотезы о расположении графика линейной функции в зависимости от знаков коэффициентов "а" и "b" в записи функции (ах+b).

1.10.4 Программа - зачет, которая называется "Алгебраические выражения и их запись" (КУДИЦ, г. Москва, 1991 г.), разработана на IBM PS/2. Она позволяет генерировать (возможно для каждого ученика) набор из пяти заданий, каждое из которых имеет двенадцать вариантов одинакового уровня сложности. При проведении зачета можно оценивать результат выполнения каждого задания, выставлять оценку за все задания. Программа написана в среде Linkway, чем определяется ее качественное оформление.

1.10.5 Недостатком проанализированных ПС, предназначенных для организации и проведения лабораторных или практических работ, является то, что чаще всего авторы ограничиваются демонстрацией некоторого процесса, для функционирования которого пользователь должен вводить значения параметров. Педагогическая целесообразность использования ПС этого типа обычно обосновывается авторами необходимостью реализации вычислительных возможностей компьютера, возможностей интерактивного диалога и компьютерного моделирования.

Однако не всегда работа по программе сопровождается моделированием изучаемого явления, положенного в основу лабораторного эксперимента; иногда при демонстрации на экране опыта представляется лишь набор лабораторного оборудования, необходимого для осуществления практической работы.

Использование возможностей компьютерного моделирования (Глава I, п. 2.4.6.; Глава II, п, 1.8.), включение средств наглядности, разнообразных средств ведения диалога намного повысило бы эффективность использования ПС, предназначенных для организации и проведения лабораторных или практических работ, расширило бы сферу их применения за счет возможности осуществления с их помощью экспериментально-исследовательской деятельности.

1.11 Ввиду многообразия типов существующих в настоящее время инструментальных программных средств (Глава I, п. 2.3.3., п. 2.5.) при анализе мы останавливали внимание на тех, которые предназначены для разработки ППС, обеспечения сервиса пользователя, автоматизации процесса контроля, составления и генерирования заданий, управления учебным процессом.

Рассмотрим возможности наиболее значимых для педагогического использования инструментальных программных средств, созданных отечественными разработчиками в 1990--1993 гг.

1.11.1 Инструментальная система "Стратег" (ИПИ АН СССР, г. Москва, 1991 г.), разработанная на IBM PC XT/AT, IBM PS/2, предназначена для создания контролирующих и информационно-поисковых систем, используемых в процессе обучения. Система "Стратег" позволяет описывать и реализовывать достаточно сложные стратегии диалогового взаимодействия с пользователем, а также использовать созданные другими разработчиками программы (без графики). В системе "Стратег" для создания учебных программ или курсов используется редактор, позволяющий разместить информацию и нужных полях внутреннего формата системы. Для описания учебных курсов и их редактирования имеется специальный редактор курсов. Каждый учебный курс может включать в себя произвольное количество разделов, а каждый раздел может включать три вопроса различного уровня сложности и две подсказки к каждому вопросу. Для каждого раздела необходимо указать номер, название и уровень сложности, имена внешних файлов, а также подклассы раздела.