Использование информационных и телекоммуникационных технологий в качестве средств обучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Влияние информатизации образования на развитие средств обучения

1.1 Информатизация образования как веление времени

1.2 Развитие средств обучения в условиях информатизации

1.3 Обзор аппаратных средств информационных и телекоммуникационных технологий, используемых в качестве средств обучения

Глава 2. Применение информационных и телекоммуникационных технологий в качестве средств обучения (на примере МАОУ ВПО "Нефтеюганский муниципальный институт)

2.1 Применение информационных и телекоммуникационных технологий обучения

2.2 Применение мультимедиа в учебном процессе

2.3 Анализ практики применения информационных и телекоммуникационных технологий обучения

Заключение

Библиография

обучение мультимедиа информационный телекоммуникационный

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Конец XX и начало XXI в. войдут в историю как время перехода человечества от индустриального общества к постиндустриальному. За последние сто лет многие общественные структуры претерпели значительные изменения, в том числе и образование. Происходящий сейчас процесс информатизации общества влечет за собой и информатизацию образования. Основополагающим элементом учебного заведения должна стать информационно-технологическая среда с развивающейся архитектурой учебно-познавательного пространства. Основной упор при этом должен делаться на создание технически оснащенной и включающей в себя большое количество информации обучающей среды, обладающей гибкой и легко адаптируемой организационной структурой, оптимальной в плане эффективного использования учебного пространства и времени, а также на разработку образовательной программы, учитывающей вопрос взаимодействия учащихся и преподавателей на основе информационных и телекоммуникационных технологий.

Неразработанность рассматриваемой проблемы определяет актуаль-ность дипломной работы.

Целью исследования является теоретическое обоснование использования информационных и телекоммуникационных технологий в качестве средств обучения.

Для решения вышеуказанной проблемы были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть влияние информатизации образования на развитие средств обучения;

2. Выполнить обзор основных технических средств, используемых в учебном процессе;

2. Выявить значимость использования средств информационных и телекоммуникационных технологий в обучении.

Объектом исследования является обучение учащихся при помощи информационных и телекоммуникационных технологий.

Предмет исследования - оборудование специализированных аудиторий на основе информационных и телекоммуникационных технологий.

Структурными элементами дипломной работы являются оглавление, введение, 2 главы, заключение, список литературы, приложение.

Глава 1. Влияние информатизации образования на развитие средств обучения

1.1 Информатизация образования как веление времени к содержанию

В настоящем постиндустриальном обществе роль информационных технологий чрезвычайно важна, они занимают сегодня центральное место в процессе интеллектуализации общества, развития его системы образования и культуры. Их широкое использование в самых различных сферах деятельности человека диктует целесообразность наискорейшего ознакомления с ними, начиная с ранних этапов обучения и познания.

Система образования и наука являются одним из объектов процесса информатизации общества. Информатизация образования в силу специфики самого процесса передачи знания требует тщательной отработки используемых технологий информатизации и возможности их широкого тиражирования. Кроме того, стремление активно применять современные информационные технологии в сфере образования должно быть направлено на повышение уровня и качества подготовки специалистов. "Отработка" применяемых в сфере образования информационных технологий ставит своей целью реализацию следующих задач:

- поддержку и развитие системности мышления обучаемого;

- поддержку всех видов познавательной деятельности человека в приобретении знаний, развитии и закреплении навыков и умений;

- реализацию принципа индивидуализации учебного процесса при сохранении его целостности.

Все достижения в области применения информационных технологий в сфере образования, создание сетей телекоммуникаций и поддержка информационных потоков в них, создание и сопровождение банков данных и баз знаний, экспертных систем и других видов информационных технологий служат одной цели - разработке методологической основы применения информационных технологий в процессе образования и обучения. По существу в настоящее время общество стоит перед задачей - научиться правильно, оптимально и безвредно применять информационные и телекоммуникационные технологии во всей системе образования в целом.

Для понимания роли информационных технологий в образовании необходимо разобраться с сутью этого понятия.

Говоря об информационной технологии, в одних случаях подразумевают определенное научное направление, в других же -- конкретный способ работы с информацией: это и совокупность знаний о способах и средствах работы с информационными ресурсами, и способ и средства сбора, обработки и передачи информации для получения новых сведений об изучаемом объекте.

В каком-то смысле все педагогические технологии (понимаемые как способы) являются информационными, так как учебно-воспитательный процесс всегда сопровождается обменом информацией между педагогом и обучаемым. Но в современном понимании информационная технология обучения (ИТО) -- это педагогическая технология, использующая специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеосредства, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией.

Таким образом, ИТО следует понимать как приложение информационных технологий для создания новых возможностей передачи знаний (деятельности педагога), восприятия знаний (деятельности обучаемого), оценки качества обучения и, безусловно, всестороннего развития личности обучаемого в ходе учебно-воспитательного процесса. А главная цель информатизации образования состоит "в подготовке обучаемых к полноценному и эффективному участию в бытовой, общественной и профессиональной областях жизнедеятельности в условиях информационного общества".

Информатизация образования породила множество новых терминов и понятий, одним из которых является понятие компьютерной технологии обучения. Компьютерная технология обучения (КТО) представляет собой технологию обучения, основанную на принципах информатики и реализуемую с помощью компьютеров. Главной отличительной особенностью КТО от традиционной является применение компьютера в качестве нового и динамично развивающегося средства обучения, применение которого кардинально меняет систему форм и методов преподавания.

Специалисты в области образования развитых стран на сегодняшний день не могут однозначно ответить на вопрос как новые технологии эффективно использовать в образовании и обучении и оценить последствия применения компьютера и информационных технологий в сфере образования. И это несмотря на то, что в их системе образования компьютеры используются гораздо дольше и более эффективно, чем у нас.

Специалисты всего мира пока единодушно констатируют только одно - применение компьютера в этой сфере человеческой деятельности породило больше проблем, нежели решило. Здесь речь идет о процессе, связанным с применением информационных технологий в обучении как таковом, а не об организации и сопровождении учебного процесса. Основные проблемы, возникающие при этом такие:

- как переработать учебный курс для его компьютеризации;

- как построить учебный процесс с применением компьютера;

- какую долю учебного материала и в каком виде представить и реализовать с использованием компьютера;

- как и какими средствами осуществлять контроль знаний, оценивать уровень закрепления навыков и умений;

- какие информационные технологии применять для реализации поставленных педагогических и дидактических задач.

Для переложения курса на компьютерную технологию обучения преподаватель, ставящий курс, должен иметь представление не только о предметной области, но также быть хорошим методистом, иметь навыки систематизации знаний, быть хорошо информированным о возможностях информационных технологий, а также знать какими средствами компьютерной поддержки достигается тот или иной дидактический прием. Кроме этого, он должен быть информирован о тех технических средствах и программном обеспечении, которые будут ему доступны как при создании прикладного программного обеспечения, так и при сопровождении учебного процесса.

Компьютер как средство обучения может использоваться только при наличии соответствующего программного обеспечения. Применение информационных технологий в образовании и обучении, в конечном счете, заключается в разработке и использовании программного обеспечения учебного назначения. Особенность этого вида программного продукта состоит в том, что он должен аккумулировать в себе, наряду с компьютерной программой как таковой, дидактический и методический опыт преподавателя-предметника, актуальность и правильность информационного наполнения по определенной учебной дисциплине, а также удовлетворять требованиям образовательного стандарта и реализовывать, в то же время, возможность его применения как для самостоятельной работы обучаемого, так и в учебном процессе.

В системе образования создается огромное количество программного обеспечения для поддержки учебного процесса. Это могут быть базы данных, традиционные информационно-справочные системы, хранилища (депозитарии) информации любого вида (включая графику и видео), компьютерные обучающие программы, а также программы, позволяющие осуществлять администрирование учебного процесса.

Современный этап применения компьютерной технологии обучения в учебном процессе заключается в использовании компьютера как средства обучения не эпизодически, а систематически с первого до последнего занятия при любом виде обучения. Основная проблема при этом заключается в методике компьютеризации курса, который предстоит освоить обучаемому. Возможна либо полная перестройка и ориентация на создание новых компьютеризованных курсов, либо реализация методики с частичной компьютерной поддержкой курса. Другими словами, речь идет о форме компьютерной поддержки процесса обучения. В настоящее время практика использования компьютерных технологий в образовании обнаруживает две тенденции:

- применение промышленных универсальных компьютерных программ, предназначенных для решения широкого круга практических и научных задач из различных предметных областей и адаптированных к учебным дисциплинам;

- применение обучающих программ, специально разработанных для целей обучения и реализующих соответствующие методики, заложенные в них разработчиками. На сегодняшний день существует широкий спектр программ от простейших, контролирующих до сложных мультимедийных продуктов.

Создание приложений учебного назначения в соответствии с современными требованиями даже с помощью инструментальных систем отдельными преподавателями и малыми творческими коллективами не дает желаемых результатов, т. к. создание качественного продукта требует участия специалистов различных отраслей информационных технологий. Поэтому для их производства необходимо организовывать стабильные технологические цепочки (издательские лаборатории).

Конечно же, основой для реализации такого программного обеспечения служит подготовленный преподавателем сценарий компьютерной поддержки курса, обеспечивающий информационную, дидактическую и методическую составляющую курса.

При достаточной квалификации в области новых информационных технологий, умении работать на компьютере с прикладными системами и при наличии исходного варианта обучающей программы, а также подготовленных специалистами библиотек типовых графических фрагментов для обеспечения общего направления дизайна и библиотек фрагментов учебного материала, модификация конкретной обучающей программы (при сохранении высокого качества исходного продукта) станет под силу отдельным преподавателям и малым творческим коллективам. Цель модификации - создание компьютеризированных курсов для обеспечения их персонификации и настройки на каждого обучаемого.

С появлением возможности общения образовательных учреждений через телекоммуникационные сети в системе образования создаются и функционируют серверы, преподносимые их создателями как серверы учебного назначения. Телекоммуникационные сети позволяют реализовать не только дистанционные технологии обучения, но и дистанционное образование для любых социальных групп.

Создание приложений учебного и образовательного назначения очень трудоемкий процесс, а установление их в сетях влечет дополнительные проблемы, связанные с условиями их распространения. В настоящее время формируются основы методик разработки, распространения и пользования такими приложениями. Однако это лишь небольшая часть от множества других проблем, сопутствующих разработке и распространению образовательных приложений.

Если говорить о состоянии дел с применением информационных технологий в образовании нашей страны, то, необходимо вспомнить, что начало этому процессу было положено в 1985 году введением в учебный план средней школы нового предмета "Основы информатики и вычислительной техники". На начальном этапе требовалось разрешение проблемы обеспечения взаимодействия учащихся с ЭВМ. Эта проблема, вытекая из общей задачи компьютеризации образования, имела более широкое значение, чем обеспечение преподавания нового учебного курса, так как предусматривала в конечном итоге также и интересы преподавания всех школьных дисциплин, постановки всего школьного дела.

Следует напомнить, что при сохранении основного требования - обеспечения взаимодействия учащихся с компьютерами и необходимыми информационными банками данных - на начальном этапе компьютеризации школы рассматривалось несколько возможных путей решения этой организационно-технической задачи. Один из них оснащение школ терминалами, подключенными к вычислительным центрам коллективного пользования (ВЦКП) и, далее, к единой государственной сети вычислительных центров (ГСВЦ). Этот подход рассматривался как наиболее перспективный, хотя и отдаленный по времени практической реализации. По этой причине исходили из того, что пока ВЦКП и терминальные сети будут развиваться, необходимо использовать и другие возможные пути. В частности, рассматривался вариант, при котором потребности одной школы (или группы школ) могут быть вполне обеспечены с помощью одной мини-ЭВМ, обслуживающей группу терминальных устройств, расположенных в одной школе или нескольких соседних школах. ЭВМ в этом случае должна была иметь развитую систему разделения времени, позволяющую обеспечить одновременную работу большого числа пользователей.

Другим способом технического решения этой же задачи было оборудование в школах кабинетов, оснащенных комплексами учебной вычислительной техники (КУВТ) на базе персональных ЭВМ, включенных в глобальные сети. Первые методические рекомендации по перечням технических средств, учебно-наглядных пособий и мебели для кабинетов вычислительной техники появились практически одновременно с введением предмета информатики в школу. В последующие годы появился целый ряд нормативно-методических актов, регламентирующих вопросы оборудования КВТ в школе и других учебных заведениях, а также условия их безопасного и эффективного использования. Согласно первому официально утвержденному Положению о КВТ которое и сегодня в организующей части сохраняет свое значение, кабинет вычислительной техники - это учебно-воспитательное подразделение средней школы, оснащенное комплексом учебной вычислительной техники (КУВТ), учебно-наглядными пособиями, учебным оборудованием, мебелью, оргтехникой и приспособлениями для проведения теоретических и практических, классных, внеклассных и факультативных занятий по курсу информатики. КВТ предназначен также для использования в преподавании различных учебных предметов, трудового обучения, в организации общественно полезного и производи тельного труда учащихся, для эффективного управления учебно-воспитательным процессом. КВТ может использоваться также и для организации компьютерных клубов учащихся, других форм внеклассной работы в школе. КВТ должен быть выполнен как психологически, гигиенически и эргономически комфортная среда, организованная так, чтобы в максимальной степени содействовать успешному преподаванию, умственному развитию и воспитанию учащихся, приобретению ими прочных знаний, умений и навыков по информатике и основам наук при полном обеспечении требований к охране здоровья и безопасности труда учителя и учащихся.

Со временем функциональное назначение средств вычислительной техники и программного обеспечения (ПО) в сфере образования (в том числе и в школе) начинает рассматриваться в более широком диапазоне применения:

* как средство обучения при изучении общеобразовательных и специальных предметов и при профессиональной подготовке;

* для формирования у учащихся основ информационной культуры, выработки умений и навыков практической работы на ЭВМ и с современными прикладными программами;

* для обеспечения функционирования информационных сетей (как локальных, так и распределенных) и телекоммуникации;

* для автоматизации делопроизводства и ведения документации внутри учебных заведений и в системе управления образованием;

* для организации и проведения учебно-исследовательских работ на основе информационных и коммуникационных технологий и мультимедиа-средств;

* для обеспечения автоматизации процессов контроля, коррекции результатов учебной деятельности, тестирования и психодиагностики;

* для автоматизации процессов обработки результатов учебного эксперимента, управления учебным, демонстрационным оборудованием;

* для разработки педагогического программного обеспечения и обеспечения связанных с этим научно-исследовательских работ.

В систему средств обучения наряду с учебниками, учебными и методическими материалами и программным обеспечением для компьютеров входят и сами компьютеры, образующие единую комплексную среду, которая и позволяет учителю достигать поставленных целей обучения. Рассмотрим, например, перечень основных компонентов системы средств обучения:

* программно-методическое обеспечение курса, включающее как программные средства для поддержки преподавания, так и инструментальные программные средства (ИПС), обеспечивающие преподавателю возможность управления учебным процессом, автоматизацию контроля учебной деятельности, разработки программных средств (или их фрагментов) учебного назначения для конкретных педагогических целей;

* объектно-ориентированные программные системы, обеспечивающие формирование культуры учебной деятельности, в основе которых лежит определенная модель объектного мира пользователя (например, текстовый редактор, база данных, электронные таблицы, различные графические системы);

* учебное, демонстрационное оборудование, сопрягаемое с компьютером (имеются в виду средства обучения, функционирующие на базе информационных технологий, компенсирующие или амортизирующие отсутствие предметной среды и обеспечивающие предметность деятельности, ее практическую направленность);

* средства телекоммуникаций, обеспечивающие доступность ин формации для обучаемых, вовлеченность их в учебное взаимодействие, богатое интеллектуальными возможностями и разнообразием видов использование ресурсов Всемирной информационной сети.

Таким образом, в нашей стране, несмотря на экономические трудности и отсутствие должного финансирования, в системе образования идет активное освоение информационных технологий и не менее активные попытки применить их в учебном и образовательном процессах. Тормозом здесь является отсутствие системного подхода к решению всего комплекса проблем, указанных выше.

На наш взгляд, трудности могут быть преодолены путем обеспечения приоритетности разработки стратегии и идеологии применения информационных технологий в образовании.

1.2 Развитие средств обучения в условиях информатизации к содержанию

Характерной особенностью системы образования является то, что она выступает, с одной стороны, в качестве потребителя, пользователя, а с другой -- создателя информационных технологий, которые впоследствии используются в самых различных сферах. Это, по сути дела, обеспечивает практическую реализацию концепции перехода от информатизации образования к информатизации общества. Но при этом не стоит преувеличивать возможности компьютеров, поскольку передача информации -- это не передача знаний, культуры, и поэтому информационные технологии предоставляют педагогам очень эффективные, но вспомогательные средства. Говоря другими словами по сути информационные и коммуникационные технологии обучения (ИКТО) выступают в качестве средств обучения, при этом они должны быть разумно сочетаемы с другими средствами обучения.

Для соответствующих ИКТО в зарубежной практике принята следующая система терминологии:

Компьютерное программированное обучение -- это технология, обеспечивающая реализацию механизма программированного обучения с помощью соответствующих компьютерных программ.

Изучение с помощью компьютера предполагает самостоятельную работу обучаемого по изучению нового материала с помощью различных средств, в том числе и компьютера. Характер учебной деятельности здесь не регламентируется, изучение может осуществляться и при поддержке наборов инструкций, что и составляет суть метода программированного обучения, лежащего в основе технологии CAI.

Изучение на базе компьютера отличает от предыдущей технологии то, что если там возможно использование самых разнообразных технологических средств (в том числе и традиционных -- учебников, аудио- и видеозаписей и т.п.), то здесь предполагается использование преимущественно программных средств, обеспечивающих эффективную самостоятельную работу обучаемых.

Обучение на базе компьютера подразумевает всевозможные формы передачи знаний обучаемому (с участием педагога и без) и, по существу, пересекается с вышеназванными.

Оценивание с помощью компьютера может представлять собой и самостоятельную технологию обучения, однако на практике оно входит составным элементом в другие, поскольку к технологиям передачи знаний в качестве обязательного предъявляется и требование о наличии у них специальной системы оценки качества усвоения знаний. Такая система не может быть независимой от содержания изучаемой дисциплины и методов, использующихся педагогом в традиционном обучении или реализованных в обучающей программе.

Компьютерные коммуникации, обеспечивая и процесс передачи знаний, и обратную связь, очевидно, являются неотъемлемой составляющей всех вышеперечисленных технологий, когда речь идет об использовании локальных, региональных и других компьютерных сетей. Компьютерные коммуникации определяют возможности информационной образовательной среды отдельного учебного заведения, города, региона, страны. Поскольку реализация любой ИКТО происходит именно в рамках информационной образовательной среды, то и средства, обеспечивающие аппаратную и программную поддержку этой образовательной технологии, не должны ограничиваться только лишь отдельным компьютером с установленной на нем программой. Фактически все обстоит наоборот: программные средства ИКТО и сами образовательные технологии встраиваются в качестве подсистемы в информационную образовательную среду -- распределенную информационную образовательную систему.

Не отрицая важности классификации ИКТО, заметим, что для их эффективного применения педагогу в первую очередь необходимо ориентироваться в соответствующем программном обеспечении.

Программное обеспечение, использующееся в ИТО, можно разбить на несколько категорий:

* обучающие, контролирующие и тренировочные системы,

* системы для поиска информации,

* моделирующие программы,

* микромиры,

* инструментальные средства познавательного характера,

* инструментальные средства универсального характера,

* инструментальные средства для обеспечения коммуникаций.

Основное требование, которое должно соблюдаться у программных средств, ориентированных на применение в образовательном процессе, -- это легкость и естественность, с которыми обучаемый может взаимодействовать с учебными материалами.

Контролирующие системы. Применение информационных технологий для оценивания качества обучения дает целый ряд преимуществ перед проведением обычного контроля. Прежде всего, это возможность организации централизованного контроля, обеспечивающего охват всего контингента обучаемых. Далее, компьютеризация позволяет сделать контроль более объективным, не зависящим от субъективности преподавателя. В настоящее время в практике автоматизированного тестирования применяются контролирующие системы, состоящие из подсистем следующего назначения:

* создание тестов (формирование банка вопросов и заданий, стратегий ведения опроса и оценивания);

* проведение тестирования (предъявление вопросов, обработка ответов);

* мониторинг качества знаний обучаемых на протяжении всего времени изучения темы или учебной дисциплины на основе протоколирования хода и итогов тестирования в динамически обновляемой базе данных.

В качестве примера на рис. 1 представлена функциональная схема контролирующей системы.



С подсистемой создания тестов работает непосредственно или педагог, или оператор, который вводит информацию, предоставленную педагогом. Во избежание возможных ошибок, с целью упрощения подготовки материалов в таких подсистемах обычно используются шаблонные формы -- для внесения текста вопроса или задания, вариантов ответа, правильного ответа и т.д. В итоге данная подсистема формирует базу данных, служащую основой для проведения тестирования. Обучаемому, работающему с подсистемой проведения тестирования, может быть предложен индивидуально подобранный набор вопросов и алгоритм их предъявления. По результатам тестирования с помощью подсистемы мониторинга формируется база данных, обеспечивающая необходимой информацией педагога, обучаемых и администрацию учебного заведения.

Обучающие и тренировочные системы. Создание собственно учебных компьютерных средств шло на основе идеи программированного обучения. И в настоящее время во многих учебных заведениях разрабатываются и используются автоматизированные обучающие системы (АОС) по различным учебным дисциплинам. АОС включает в себя комплекс учебно-методических материалов (демонстрационные, теоретические, практические, контролирующие) и компьютерные программы, которые управляют процессом обучения. Разработка специализированных программ обычно предполагает решение вполне определенных задач компьютеризации учебного процесса. Так, АОС используются для изучения новых для обучаемого концепций и процессов. Материал предлагается в структурированном виде и обычно включает демонстрации, вопросы для оценки степени понимания, обеспечивающие обратную связь. Современные АОС позволяют корректировать процесс обучения, адаптируясь к действиям обучаемого.

АОС обычно базируется на инструментальной среде -- комплексе компьютерных программ, предоставляющих пользователям, не владеющим языками программирования, следующие возможности работы с системой:

* педагог вводит разностороннюю информацию (теоретический и демонстрационный материал, практические задания, вопросы для тестового контроля) в базу данных и формирует сценарии для проведения занятия;

* ученик в соответствии со сценарием (выбранным им самим или предложенным педагогом) работает с учебно-методическими материалами программы;

* автоматизированный контроль усвоения знаний обеспечивает необходимую обратную связь, позволяя выбирать самому ученику (по результатам самоконтроля) или назначать автоматически последовательность и темп освоения учебного материала;

* работа ученика протоколируется, информация (итоги тестирования, изученные темы) заносится в базу данных;

* педагогу и ученику предоставляется информация о результатах работы отдельных обучаемых или определенных групп, в том числе и в динамике.

Возможности высших учебных заведений обычно позволяют им вести проектирование таких инструментальных сред, ориентированных на создание АОС. В сети Internet в настоящее время представлены различные авторские разработки этого плана. Прекрасной иллюстрацией служит обучающий комплекс, включающий учебники физики для VII, VIII и XIX классов, сборники вопросов и задач, тесты, описания лабораторных работ, подготовленный под руководством И.В.Кривченко коллективом учителей физики г. Курска.

Возросшая производительность персональных компьютеров сделала возможным достаточно широкое применение технологий мультимедиа, систем виртуальной реальности.

Мультимедиа программы -- это наукоемкий и весьма дорогостоящий продукт, так как для его разработки необходимо соединить усилия не только специалистов в предметной области, педагогов, психологов и программистов, но и художников, звукооператоров, сценаристов, монтажеров и других профессионалов. Изобразительный ряд, включая образное мышление, помогает обучаемому целостно воспринимать предлагаемый материал. Появляется возможность совмещать теоретический и демонстрационный материалы.

Системы для поиска информации. Системы для поиска информации, или информационно-поисковые системы, давно используются в самых различных сферах деятельности. Но для образования это еще довольно новый вид программного обеспечения. В то же время современные требования к информационной компетентности предполагают высокий уровень знаний в области поиска, структурирования и хранения информации. Преподаватели могут использовать сами, а также предложить обучаемым различные информационно-поисковые системы: справочные правовые системы ("Гарант", "Кодекс", "Консультант Плюс"), электронные каталоги библиотек, поисковые системы в Internet, информационно-поисковые системы центров научно-технической информации и т.п. Наконец, электронные словари и энциклопедии, гипертекстовые и гипермедиа системы также представляют собой системы для поиска информации, одновременно выполняя функции АОС.

Моделирующие программы. Одной из важнейших и распространенных причин использования моделирующих программ в обучении является потребность моделирования или визуализации каких-либо динамических процессов, которые затруднительно или просто невозможно воспроизвести в учебной лаборатории или классе. Такие программы, позволяющие моделировать эксперименты, используются для активизации поисковой деятельности обучаемых и в качестве самостоятельных программных средств, и в составе обучающих систем.

Компьютерное моделирование может основываться на математической модели, лабораторном эксперименте, анимации, в которых представлена работа некоторого предприятия, протекание того или иного процесса и т.д. В моделирующих программах возможно широкое использование интерактивной графики (т.е. поддерживающей режим диалога), дающей обучаемому возможность не только наблюдать особенности изучаемого процесса, но и исследовать эффекты влияния меняющихся параметров на получаемые результаты, "поворачивая" с помощью мышки рукоятки приборов, "смешивая" растворы и т. д. Моделирующие программы могут быть и автономными, но чаще они входят в качестве подсистем в АОС..

Отдельного обсуждения заслуживает вопрос о способах визуального представления информации, или визуализации в моделирующих программах.

Современные моделирующие программы, основанные на технологии мультимедиа, должны предоставлять обучаемым эффективную образовательную среду, в которой можно выбрать, руководствуясь своим предпочтением образной или вербальной информации, соответственно, визуализированное или текстовое представление. Например, во многих электронных учебниках обучаемому предлагаются и видеофрагменты, иллюстрирующие те или иные процессы, и традиционное изложение в виде текста со статичными рисунками и схемами. Такая визуализация (в том числе и динамических процессов) может достигаться посредством использования технологии мультимедиа.

Микромиры. Микромиры -- это особые узкоспециализированные программы, позволяющие создать на компьютере специальную среду, предназначенную для исследования некоторой проблемы. По сути, это развитие подходов компьютерного моделирования.

Надо заметить, что на принципах микромиров основываются некоторые игровые программы познавательного характера, в которых играющий погружается в специальную среду, моделирующую жизнь города, племени или даже цивилизации, управлять которыми можно в рамках некоторых предопределенных законов и правил. Это нисколько не противоречит самой концепции микромира, ее можно использовать практически для любой предметной области -- от геометрии до приемов жонглирования.

Инструментальные программные средства познавательного характера. Для развития познавательных, или когнитивных, качеств личности обучаемым должны предлагаться разнообразные задания эвристического характера, в которых требуется решить реальную проблему, изучить взаимосвязи и закономерности тех или иных явлений, найти принципы построения различных структур и т.д. И здесь на помощь могут прийти инструментальные программные средства познавательного характера, которые основываются на принципе конструктора, позволяющего создавать обучаемым их собственное понимание новых концепций, в рамках которых предоставляется возможность построить схему решения определенной проблемы, часто визуализированную. В ходе этой работы обучаемый демонстрирует понимание новых знаний и возможности ранее полученных знаний. Подобные средства относят к категории интеллектуальных обучающих систем (ИОС), создание которых становится реальным благодаря интенсивному росту возможностей персональных компьютеров.

Проектирование ИОС базируется на работах в области искусственного интеллекта, в частности, теории экспертных систем -- сложных программных комплексов, манипулирующих специальными, экспертными знаниями в узких предметных областях. Как и человек-эксперт, эти системы решают задачи, используя логику и эмпирические правила, умеют пополнять свои знания. В итоге, соединяя мощные компьютеры с богатством человеческого опыта, экспертные системы повышают ценность экспертных знаний, делая их широко применяемыми. Например, И. П. Подласый приводит пример педагогической экспертной системы "Оранта", предназначенной для моделирования и количественной оценки результатов воспитательного взаимодействия классного руководителя с учащимися. Система, ориентированная на учителей и студентов педагогических учебных заведений, позволяет по заложенным в ней параметрам определить тип педагога и тип класса (используется около 100 характеристик), а также предсказать, каковы могут быть результаты воспитательного процесса при определенном сочетании этих типов.

Характерным примером ИОС являются системы символьной математики (Mathlab, Maple, Mathematica и др.), помогающие выполнять различные символьные преобразования, встречающиеся в математических задачах, и доступные не только студентам, инженерам, ученым, но и учащимся старших классов. Эти системы показывают то, как надо выполнять исследование функций, дифференцирование, вычисление интегралов и специальных функций и т.д. Возможность прослеживания всех этапов решения, развитая графика делают такие программные средства весьма эффективными для организации самостоятельной работы обучаемых, проведения практических занятий, подготовки демонстрационных материалов к урокам и лекциям. К категории ИОС можно также отнести и некоторые программные разработки, предназначенные непосредственно для общеобразовательных учебных заведений, например электронный учебник математики Л. Я. Боревского. В нем при решении задач обучаемый выбирает для себя максимально возможную оценку. Этот выбор и определяет то, каким образом экспертная система будет вести к решению задачи, в процессе которого требуется отвечать на задаваемые вопросы (выбирать вариант ответа или вводить формулу). Все промежуточные преобразования выполняются системой и вместе с пояснениями автоматически выводятся на экран, давая возможность видеть в подробностях весь ход решения задачи.

Инструментальные средства универсального характера. Одной из важнейших задач образования является развитие креативных, или творческих, качеств личности. Чаще педагог может предложить обучаемым универсальные программные продукты (например, изучаемые в школе и вузе графические и текстовые редакторы, электронные таблицы и т.п.), не относящиеся к разряду специальных, предназначенных для педагогических целей. Однако возможности этих программных средств таковы, что при умелом подборе заданий, создании на занятиях атмосферы творчества использование этих программ помогает развивать у обучаемых воображение, фантазию, интуицию, инициативность, т.е. те личностные качества, которые и относят к разряду творческих. Их целенаправленное использование позволяет расширить возможности образовательной среды и вывести на новый уровень продуктивную поисково-исследовательскую и творческую деятельность обучаемых.

Так, текстовые редакторы стимулируют работу по выполнению различных письменных заданий: сочинений, эссе, рефератов и др. Они облегчают как их первоначальное оформление, так и последующие изменения и дополнения. Работа с такой программой, с одной стороны, прививает обучаемым чисто технические навыки электронного набора и оформления текста. С другой -- это мощный инструмент, мотивирующий обучаемых к совершенствованию первоначальных результатов. Если же работа выполняется на компьютере, включенном в сеть, то появляется также возможность совместной работы обучаемых и педагога -- внесение последним своих замечаний непосредственно в текст по ходу его создания. Современный текстовый редактор, хотя и называется "текстовым", позволяет использовать в документах различные графические изображения, подготовленные самим обучаемым или педагогом с помощью сканера или специальных программ, взятые из графических библиотек, распространяемых на компакт-дисках или в сети Internet. Это просто цветные или черно-белые иллюстрации, карты, схемы, графики, диаграммы, математические или химические формулы. Электронная форма представления материалов позволяет организовать коллективную работу группы над общим проектом с расчетом на продолжительное время: летопись учебного заведения, периодическая электронная газета или журнал. Очень полезно также сформировать своеобразный электронный банк творческих работ, который может использоваться как педагогом для анализа и обобщения результатов обучения, так и обучаемыми, например для выполнения сквозных, преемственных исследований.

Использование графических редакторов выводит на качественно новый, профессиональный уровень оформления творческих работ, способствует возможности самовыражения обучаемых и, соответственно, их положительной мотивации к выполнению самой работы и использованию компьютера. Программы для создания компьютерных презентаций играют аналогичную роль для устного представления результатов работы. Кроме того, они очень эффективны для наглядных иллюстраций (графических, текстовых, видео, аудио) при чтении лекций, проведении семинаров, уроков, конференций. С помощью графических редакторов, позволяющих создавать анимации, обучаемые могут самостоятельно проектировать компьютерные модели, иллюстрирующие различные процессы и явления. Такая работа не только дает дополнительный демонстрационный материал педагогу, но и полезна для самих обучаемых, поскольку кроме владения компьютерной программой требует глубокого понимания сути изображаемого. Однако не это является главным достоинством данных программных средств.

Работа обучаемого в графическом редакторе выявляет уровень развития образного мышления и помогает его совершенствованию. Графические редакторы позволяют ему легко строить сложные геометрические объекты, изучать их преобразования (растяжение, сжатие, сдвиг, поворот, отображение), строить произвольные проекции. Все это способствует развитию у обучаемых пространственного воображения. Универсальность современных графических редакторов делает их вполне уместными для компьютерного проектирования в декоративно-прикладном искусстве, в тех его направлениях, где требуется построение точных эскизов будущих изделий.

Таким образом ИКТО, выступая в роли средств обучения, значительно изменили не только роль средств обучения в целом, но и заметно меняют сам учебный процесс, а так же роль учащегося и преподавателя в нём.

1.3 Обзор аппаратных средств информационных и телекоммуникационных технологий, используемых в качестве средств обучения

Аппаратные средства информационных и телекоммуникационных технологий, используемые в качестве средств обучения, наиболее полно рассматриваются в рамках технических средств обучения (ТСО). При этом говорится, что компьютер является универсальным средством ТСО [Коджаспирова, стр], а следовательно комплекс аппаратных средств информационных и телекоммуникационных технологий позволяет реализовать максимальное количество педагогических задач.

Ведущую роль в применении компьютерной техники в качестве средства обучения играют устройства вывода информации. Устройства вывода преобразуют машинное представление информации в форму, понимаемую человеком. К основным устройствам вывода персонального компьютера относятся мониторы, принтеры, плоттеры, а также устройства вывода звуковой информации [20,c. 2].

Монитор, или видеотерминал, предназначен для отображения символьной и графической информации. До недавнего времени большинство мониторов было реализовано на базе электронно-лучевых трубок. Компактные размеры мониторов на основе жидкокристаллических панелей, которые представляют собой плоские экраны, а также отсутствие вредных излучений, влияющих на здоровье, делают данный вид монитора все более популярным. Основными характеристиками мониторов являются: разрешающая способность экрана, расстояние между точками на экране, величина диагонали экрана.

Любое изображение на экране представляется набором точек, которые называются пикселями (от английского словосочетания Picture's Element - элемент картинки). Число точек по горизонтали и вертикали экрана определяет разрешающую способность монитора. Стандартный режим работы современного монитора поддерживает разрешение 800 х 600,1024 х 768 точек. Чем выше разрешающая способность монитора, тем качественнее изображение. В текстовом режиме на экран выводятся только известные компьютеру символы, в графическом режиме - любое изображение, состоящее из точек.

Мониторы бывают черно - белые (монохромные) и цветные. Расстояние между точками на экране, или величина шага, определяет четкость изображения на мониторе. Величина шага колеблется от 0,22 до 0,43 мм. Чем меньше эта величина, тем качественнее изображение.

Величина диагонали экрана измеряется в дюймах и колеблется в диапазоне от 9" до 41". Выбор размера экрана монитора зависит от сферы использования персонального компьютера. Для учебных задач наиболее популярными являются 14 - и 15 - дюймовые мониторы. Работа со специализированными графическими пакетами требует использования мониторов большей диагонали, например 17 - дюймовых. Для эффективной работы с системами автоматизированного проектирования, где одновременно отображается большое количество графической информации, используются 21 - дюймовые мониторы.

Принтеры предназначены для вывода данных на бумагу. Они преобразуют машинное представление информации в символы, буквы, знаки. Функциональные возможности современных принтеров позволяют печатать на бумаге рисунки и графики, а также могут распечатывать информацию и на специальной пленке, например для создания слайдов.

По способу получения изображения на бумаге, способу нанесения красящего материала (тонера) принтеры бывают: матричные, струйные, лазерные, светодиодные, термические, литерные.

Матричные принтеры относятся к ударным печатающим устройствам, так как изображение формируется с помощью иголок, ударяющих по бумаге через красящую ленту. Наибольшее распространение они имели в 80 - х и в начале 90 - х годов. В настоящее время они сильно потеснены струйными и лазерными.

Струйные принтеры относятся к безударным устройствам, так как головка печатающего устройства не касается бумаги. Для получения изображения используют чернила, поэтому головка принтера представляет собой чернильницу, в которой из дырочек - сопел выбрасываются тонкие струи чернил. Мельчайшие капельки, достигнув бумаги, наносят требуемое изображение. Струйные принтеры дают изображение, по качеству близкое к типографскому, что определяет широкую сферу их использования для создания различных документов. Струйные принтеры работают тихо. Скорость и стоимость печати струйных принтеров выше, чем у матричных. Струйные принтеры наиболее востребованы при решении педагогических задач, поскольку свободно реализуют цветную печать.

Лазерные принтеры для формирования изображения используют лазерный луч. С помощью систем линз тонкий луч лазера формирует скрытое электронное изображение на светочувствительном барабане. К заряженным участкам электронного изображения притягиваются частички порошка -красителя (тонера), который затем переносится на бумагу.

Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, высокую скорость печати. Эти свойства лазерного принтера определяют его использование в качестве сетевого принтера, обеспечивающего режимы коллективного доступа.

Светодиодные принтеры выполнены на основе светодиодной технологии (LED). В отличие от лазерного принтера, в нем отсутствует сложная и дорогостоящая оптико-механическая часть. Вместо нее применена линейка светодиодов. Такая конструкция повышает надежность, простоту обслуживания, экономичность и снижает стоимость. Выпускает такие принтеры фирма OKI.

Принцип работы литерных принтеров схож с принципом работы печатающей машинки: смоченные краской молоточки (литеры) бьют по бумаге. Литерные принтеры весьма просты и надежны, но могут печатать только цифры и некоторые специальные символы. Использование подобных принтеров ограниченно, а в системе образования не востребовано.

Работа термопринтеров основана на использовании специальной термочувствительной бумаги, которая протягивается через гребенку полупроводниковых нагревательных элементов, быстро нагревающихся или остывающих и оставляющих в нужных местах отметки - от нагревания термобумага темнеет. Из таких отметин и складывается изображение. У термопринтеров много достоинств, основной недостаток - необходимость специальной термобумаги.

Плоттеры, или графопостроители, предназначены для вывода графической информации, создания схем, архитектурных чертежей, художественной и иллюстративной графики, карт, объемных изображений. Плоттеры используются для производства высококачественной цветной документации и являются незаменимыми для художников, дизайнеров, оформителей, инженеров, проектировщикков. В образовательном учреждении они могут использоваться для подготовки любого наглядного материала как для учебных целей, так и для внеклассной работы.

Максимальная длина печатаемого материала ограничена, как правило, длиной рулона бумаги. Изображение на бумаге получается с помощью печатающей головки. Точка за точкой наносится изображение на бумагу (кальку, пленку), отсюда и название графопостроителя - плоттер (to plot - "вычерчивать чертеж").

Для вывода звуковых сигналов используются звуковые колонки.

Для обеспечения обработки звуковой информации современный компьютер оснащается звуковой картой (soundblaster). Звуковая карта устанавливается в свободный слот расширения и обеспечивает подключение к компьютеру микрофона, наушников или звуковых колонок, различное аудио оборудование: магнитофоны, усилители, музыкальные синтезаторы, а также имеет игровой порт для подключения джойстика. Возможности звуковой карты обеспечивают ввод, обработку и вывод звуковой информации, синтез стереозвучания, широкого набора музыкальных инструментов, что может быть широко использовано в учебном процессе по любым дисциплинам, особенно при изучении языков.

Часто проведение лекций и конференций не требует демонстрации видеоизображения. Когда преподавателю нужно донести до обучаемых только основные идеи своего выступления или обозначить какие-либо соотношения, проще это сделать с помощью наглядных графиков, диаграмм и буквенно-числовых выражений. В таких случаях удобно использовать графопроектор (оверхед-проектор) - прибор, предназначенный для создания увеличенного изображения с любых прозрачных объектов. В качестве такого объекта может служить специальная прозрачная пленка, изображение на которую можно нанести как простым фломастером, так и с помощью лазерного или струйного принтеров или копировального аппарата.

Документ-камеры являются очень гибким инструментом, позволяющим делать то, что не может никакое другое презентационное оборудование. Документ-камеры объединяют в себе возможности оверхед-проектора, видеокамеры, сканера, микроскопа, компьютера. Объектив на шейке и плоская поверхность просмотра придают им внешнее сходство с оверхед-проекторами. Но вместо системы зеркал и просветного столика в документ-камерах используются видеокамеры высокой четкости. Получаемые изображения двух- и трехмерных объектов могут быть поданы непосредственно на экран компьютера и телевизора, или отображены с помощью проектора.

Одно из самых важных направлений использования документ-камер - образование. Ведь очень часто возникает необходимость демонстрировать перед большой аудиторией разнообразные мелкие объекты, химические, биологические эксперименты и проч. Документ-камеры работают и с PowerPoint, преподаватели могут включать в свои лекции презентационные материалы, созданные ими ранее. Кроме того, поскольку отображение идет в режиме прямой передачи, камеры хорошо подходят для видеоконференций и программ удаленного обучения. Документ - камера, благодаря ее гибкости, может быть легко приспособлена практически к любому типу презентаций.

Наиболее востребованными средствами отображения информации в учебных заведениях являются средства мультимедиа. Мультимедиа - это совокупность устройств, предназначенных для эффективного совместного использования на компьютере динамической графики и звука. К числу основных средств мультимедиа, которые позволяют создать обязательную минимальную конфигурацию, относятся звуковая плата, плата захвата видеоизображения (оверлейная плата), видеоакселератор, предназначенный для демонстрации видеоклипов и дисковод CD/DVD.

При всём разнообразии периферийного оборудования для мультимедиа в образовании лидирующие позиции занимают мультимедиа проекторы. "Мультимедиа проектор" - так стали называть видеопроектор (традиционное название проектора для демонстрации видеосигнала) после того, как практически все модели проекторов стали оснащаться набором входов не только для видеомагнитофона или DVD-проигрывателя, но и компьютера. Технологии, на основе которых реализованы мультимедиа проекторы, изложены в Приложении 1.