Что такое АОС?
АОС – это совокупность связанных в единое целое технических, программно-алгоритмических лингвистических и информационно-методических средств, предназначенных для автоматизации обучающего диалога, поиска и обработки учебной информации.
Техническое обеспечение включает в себя, прежде всего базовую ЭВМ со средствами диалогового взаимодействия. В качестве средств диалогового взаимодействия выступают алфавитно-цифровые и графические дисплеи или телевизионные установки.
Имеющиеся в настоящее время АОС можно разделить на 3 группы:
— АОС, базирующиеся на персональных компьютерах;
— АОС, базирующиеся на мини-ЭВМ;
— АОС, базирующиеся на больших вычислительных машинах.
Системы, реализованные на больших вычислительных машинах, позволяют работать в многотерминальном режиме: одна машина способна обслужить дисплейные классы, содержащие 16, 32 и более рабочих мест. Большая внешняя память ЭВМ позволяет создавать и накапливать обширные базы знаний по различным предметным областям. А сочетание значительного быстродействия ЭВМ и больших размеров оперативной памяти позволяют использовать программы моделирования и проектирования в реальном масштабе времени. Однако эти машины очень дороги, занимают огромные помещения и что самое главное: неисправность, возникшая в одном из центральных устройств ЭВМ, влечет за собой выход из строя всех рабочих мест одновременно.
Особое значение сейчас приобретают АОС реализованные на персональных ЭВМ. Они портативны и довольно дешевы. Количество рабочих мест в учебных классах определяется количеством имеющихся ЭВМ. Каждый обучаемый становится монопольным пользователем машины, а потому сбои в работе одной ЭВМ отразятся на работе лишь одного обучаемого, а не всего класса в целом. Однако производительность таких машин ограничена. Если же персональные ЭВМ подсоединить к более мощным вычислительным машинам посредством сети ЭВМ, то возможности больших ЭВМ становятся достоянием каждого пользователя персонального компьютера.
Мини-ЭВМ не обладают уже той портативностью, что микрокомпьютеры, требуют специального помещения, что делает их эффективными только в многотерминальном режиме, а при этом, как правило, сказывается недостаток производительности.
В силу рассмотренных причин АОС реализуют на всех типах ЭВМ в зависимости от стоящих задач и имеющихся средств.
Программное обеспечение АОС – это совокупность программных средств, обучающий диалог.
Программное обеспечение АОС выступает по отношению к ОС как пакет прикладных программ. В составе программного обеспечения АОС выделяют системное программное обеспечение (СПО) и предметное обеспечение (АУК – автоматизированные учебные курсы). СПО реализует работу ЭВМ в реальном масштабе времени, автоматизирует трудоемкие процессы ввода и вывода информации через терминалы АОС, автоматизирует процесс проектирования диалоговых обучающих программ, предоставляет сервисные средства при реализации диалога.
АУК – это обучающая программа по конкретной дисциплине, которая вступает в непосредственный диалог с обучаемыми.
Лингвистическое обеспечение выражается совокупностью языковых средств, используемых в АОС. как правило, пользователями АОС являются обучаемые, авторы учебных курсов, системные программисты (диспетчеры), преподаватели и операторы. Каждая категория пользователей применяет свой язык.
Информационное обеспечение – совокупность сведений, необходимых для обеспечения процесса обучения. Основную часть информационного обеспечения составляет база знаний.
Методическое обеспечение – представляет собой совокупность документов, устанавливающих состав и правила функционирования отдельных АУК и АОС в целом.
Учебные занятия
На современном этапе развития АОС применяются в основном для формирования умения и навыков, т.е. преимущественно на занятиях практического характера, которые проводятся в форме семинаров или упражнений, лабораторных или самостоятельных работ.
АОС могут быть использованы при обучении практически любой учебной дисциплине, допускающей формализацию структуры курса. Они могут применяться в режиме обучения, информирования, контроля знаний, решения задач, контроля выполнения лабораторных работ, тренировки к др.
Развитие автоматизированного обучения неразрывно связано с традиционными методами и опытом применения ЭВМ в учебном процессе;
Некоторые формы применения ЭВМ стали частным случаем автоматизированного обучения, а само оно в свою очередь сочетается с такими направлениями применения ЭВМ в учебном процессе, как системы автоматизированного проектирования (САПР), системы автоматизации научных исследований (АСНИ).
Перспективными являются формы учебных занятий на базе АОС, связанные с деловыми играми и имитационным моделированием.
На различных этапах практических занятий функции АОС могут меняться: от информирующих переходить к контролирующим, от контролирующих — к тренажным, от тренажных вновь к контролирующим или информирующим и т.д.
В табл.2 приведена ориентировочная структура деятельности преподавателя и студентов при использовании АОС на различных этапах практических занятий или упражнений [4], а в табл.3 – на основных этапах лабораторных работ. [4].
Таблица 2
| Этапы практических занятий | Функции АОС | Работа студентов | Работа преподавателя |
| Подготовка к занятиям | Проверка знаний лекционного материала. Проверка знаний фактических данных: дат фактов, коэффициентов размерностей, систем единиц и т.п. Сбор и обработка статистических данных по контролю теоретических знаний | Работа в диалоговом режиме контроля знаний | Анализ данных контроля (индивидуального и по группе) |
| Проверка (Фронтальная) домашних заданий и ведение журнала результатов контроля | Ввод результатов домашних заданий (может производиться во внеурочное время) | Анализ данных по результатам домашних заданий (может быть отсрочен) | |
| Выдача информации студенту о степени его готовности к данному занятию | Корректировка деятельности в процессе занятий и в последующей самостоятельной работе с материалом | Учет степени подготовленности при выдаче дополнительной информации или индивидуальная работа со студентом | |
| Предъявление дополнительной теоретической информации необходимой для данных занятий | Изучение предъявляемой информации (студент сам должен управлять выводом на экран в приемлемом для него темпе) | Управление выводом информации на экран дисплея (возможен вывод данных в автоматическом режиме) | |
| Постановка целей занятия | Предъявление программы занятия и методических рекомендаций по его проведению (например” способ решения математической задачи) | Усвоение методических указаний | Управление выдачей информации |
| Текущая работа | Управление выдачей заданий (различных для каждого студента) | Получение и анализ данных | Контроль за ходом процесса с помощью экрана дисплея |
| Информационно-справочное обеспечение выполнения заданий | Составление и ввод заявок в систему на информационно-справочное обслуживание | Индивидуальные консультации | |
| Управление процессом выполнения заданий | Диалоговый режим в процессе работы | Визуальный контроль с экрана дисплея; Оказание индивидуальной помощи | |
| Контроль результатов и их статистическая обработка (с изготовлением протокола) | Ввод результатов работы в систему | Анализ статистических данных и протокола | |
| Обсуждение результатов | Выдача аналитических данных по результатам работы каждому студенту число выполненных заданий, количество допущенных ошибок, балльная оценка работы | Получение распечаток результатов | Анализ результатов, учет их при дальнейшей работе |
| Выдача домашних заданий и методических рекомендаций по их выполнению | Получение распечаток домашних заданий | Анализ результатов |
Таблица 3
| Этапы лабораторной работы | Режим работы АОС | Функции АОС | Работа студентов | Работа преподавателя |
| Подготовка к лабораторной работе | Методическое сопровождение | Генерирование индивидуальных заданий | Подготовка заданий для генерации | |
| Организация работ | Изготовление распечаток пособий для лабораторной работы | |||
| Обучение | Предъявление описания лабораторной работы и методических рекомендаций по выполнению лабораторной работы | Усвоение информации подбор справочных данных | ||
| Контроль готовности к работе | Контроль | Оценка степени подготовки к выполнению работы | Ответ на контрольные вопросы | Анализ контрольной ведомости |
| Элементы обучения | Помощь при подготовке (при необходимости) | Усвоение учебной информации | Анализ ведомости о допуске | |
| Допуск к работе (автоматизированный) | Информация о допуске | То же | ||
| Проведение лабораторной работы (научного эксперимента) | Моделирование | Обучение навыкам экспериментальной деятельности | Ввод данных | Контроль деятельности |
| Вычисление | Обучение применению вычислительных средств ЭВМ | Ввод данных, оценка результатов | ||
| Информационное обеспечение | Обслуживание эксперимента | Поиск данных в банке | ||
| Выдача результатов | Выдача данных моделирования (графиков, таблиц, распечаток) | Анализ результатов и оформление работы | Анализ деятельности обучаемого | |
| Обработка результатов (в случае без моделирования на ЭВМ) | Выдача данных | Ввод в ЭВМ результатов, оформление работы | Контроль за ходом работы | |
| Сбор статистики, прогнозирование | Обработка результатов | Анализ результатов работы (индивидуально) | Обобщение результатов ведения журнала | |
| Обсуждение результатов (заключительная часть) | Оценка результатов работы. | Выдача статистических данных и выработка рекомендаций | Получение рекомендаций | Анализ данных |
Большое значение могли бы иметь АОС при использовании их для самостоятельной работы студентов.
Поскольку АОС направлены на индивидуализацию обучения, то именно при самостоятельной работе обучаемый может полностью воспользоваться возможностями, предоставляемыми обучающими системами: работать в собственном темпе; столько времени, сколько необходимо для полного усвоения материала (не ограничиваясь сеткой часов учебных занятий); работать в те часы, которые удобны; изучать тот материал, который требует дополнительной проработки; получать любые справки, дающие ответ на те или иные вопросы и т.д. Но это было бы возможно, если бы терминалы, входящие в комплекс АОС, были бы размещены во всех кафедральных лабораториях, в библиотеках, в общежитиях, одним словом, в тех местах и в таком количестве, чтобы к ним был свободный доступ.
Кроме этого, все терминалы должны входить в сеть, содержащую ЭВМ достаточно большой мощности, которая поддерживала бы необходимую базу знаний по запросу любого терминала.
Для организации самостоятельных работ большое значение имеет также качество учебных программ, имеющихся в АОС: должны быть устранены все неоднозначности формулировок, должна быть обеспечена четкая помощь по ориентации в АОС и в автоматизированном учебном курсе, а также помощь при работе с клавиатурой дисплеев. Не последнее место в решении этого вопроса занимает и надежность вычислительной техники.
Поскольку на настоящем этапе развития вычислительной техники и программного обеспечения АОС эти требования в большинстве своем не удовлетворяются, то и самостоятельная работа студентов может проводиться в условиях больших ограничений и под внимательным контролем преподавателя.
В режиме автоматизированного обучения реализуются практически все существующие в традиционном учебном процессе виды самостоятельной работы студентов: самообучение, самоконтроль, повторение пройденного материала, подготовка к семинарским, практическим занятиям и лабораторным работам, проведение расчетов, выполнение курсовых и дипломных проектов, тренировка, математическое моделирование, проведение консультаций, справочно-информационное и библиографическое обслуживание.
Пользователи АОС
Пользователями АОС могут быть преподаватели, обучаемые, авторы автоматизированных учебных курсов, диспетчер и оператор
Обучаемые – это основные пользователи АОС, являющиеся одновременно объектами управления. Цель учащихся — приобретение знаний, умений и навыков, заложенных в учебные программы их авторами. Пользуясь предоставляемыми средствами автоматизации, обучаемые могут: вызывать необходимую информацию, тренироваться в решении задач, производить вычисления, моделировать исследуемые объекты, контролировать свои знания.
Авторы – учебных курсов (обучающих программ) — вторая по значимости категория пользователей, но не являющаяся обязательной категорией. При наличии некоторого банка учебных курсов удовлетворяющего требованиям, вполне допустим упрощенный вариант АОС, в котором автор как категория пользователей отсутствует. Цель автора — создание на специальном языке оригинальной обучающей системы на основе принципов обучения конкретной дисциплине и алгоритмической модели автоматизированного обучения.
Преподаватель – организует работу обучаемых с учебно-методическими средствами АОС, определяет цели и формы обучения. Цель преподавателя — глобальное управление процессом обучения на протяжении всей программы курса. Он руководит занятиями, вмешивается в работу системы, консультирует отдельных обучаемых и т.д.
Диспетчер – регистрирует пользователей АОС, ведет библиотеку курсов, банк данных и организует работу пользователей с имеющимися средствами.
Оператор – включает технические средства, запускает необходимые пакеты прикладных программ, отвечает на запросы управляющей программы и производит необходимые переключения средств при появлении сбоев и отказов аппаратуры.
Диалог с АОС
Было бы неплохо иметь возможность разговаривать с ЭВМ на естественном языке, чтобы обучаемый мог отвечать машине так же, как он отвечает преподавателю. Но в настоящее время создатели обучающих систем еще к этому не готовы. И причины не только в том, что отсутствуют терминалы для передачи человеческой речи в ЭВМ и что общение с ЭВМ на естественном языке с помощью клавиатуры отнимет у учащегося много времени.
Одна из наиболее важных причин заключается в сложности распознавания смысла ответа. Проблема распознавания смысла предложения окончательно не решена. Поэтому наибольшее распространение в обучающих системах находит универсальный и простой метод анализа по ключевым словам.
При использовании ключевых слов можно достичь достаточно хороших результатов. Но применять этот метод нужно осторожно, т.к. возможности распознавания смысла с его помощью ограничены,
Поскольку процедура анализа ответов на вопросы имеет некоторые ограничения, то при проектировании вопросов автор должен представлять, какие ответы могут быть проанализированы в конкретной АОС/
Как правило, в современных АОС реализуются вопросы с ответом:
1) выборочного типа,
2) выборочно-конструируемым,
3) свободно-конструируемым.
В этой главе будут приводиться примеры, в которых введены такие обозначения:
С: — вопрос, выдаваемый системой,
О: — предусмотренный правильный ответ обучаемого.
При выдаче ответа выборочного типа обучаемый выбирает из списка пронумерованных ответов, предъявляемых ему системой, номера тех ответов, которые, по его мнению, являются правильными.
Например:
С: В каком случае необходимо применить в счетчике схему ускорения переноса?
Наберите номер правильного ответа:
1. Если велико время переходного процесса в счетчике.
2. Если счетчик вычитающий.
3. Если счетчик двоичный.
О: 1
Выборочно-конструируемый ответ представляет собой ответ, сконструированный обучаемым из составленных автором частей ответа, предъявляемых обучаемому системой.
Например:
С: Дайте определение капиталистических издержек производства.
Для правильного ответа следует найти нужные части,
Дайте ответ в виде набора букв, записанных рядом или, если требуется, одной буквы.
В — затрат капиталиста на потребленный постоянный капитал,
Г — соединение средств производства и рабочей силы в процессе производства,
Д — часть стоимости товара,
3 — и примененный переменный капитал,
К — в виде
О: ДКВЗ
Возможность формирования ответа в свободно-конструируемой форме является важным качеством автоматизированных обучающих систем [13 3].
Основные методы автоматизированного обучения
От качества автоматизированных учебных курсов АУК во многом зависит эффективность всей АОС. АУК в зависимости от их назначения могут быть построены с помощью различных методов автоматизированного обучения.
Ряд авторов [9] приводят следующую классификационную схему методов, методик и форм автоматизированного обучения.
Классификационная схема методов, методик и форм автоматизированного обучения
| Методы обучения | |||||
| Методики | Формы АУК | Автоматизированное обучение | |||
| Программное | Имитационное | Проблемное | Эвристическое | ||
| Инструктаж | Инструкция | X | |||
| Тренировка | Упражнение | X | X | ||
| Модель объектная | X | X | X | ||
| Моделирование | Модель объектная | X | X | ||
| Игра | Модель игровая проблемно-ситуационная | X | X | ||
| Алгоритмизация | Задача логико-аналитическая | X | X | ||
| Программирование | Задача логико-вычислительная | X | X | ||
| Проектирование | Задача проектная | X | X | ||
| Консультация | Справка | X | X | X | X |
| Контроль | Тест | X | X | X | X |
Как видно из классификационной схемы, метод программированного обучения является лишь одним из методов автоматизированного обучения. Однако до настоящего времени автоматизированное обучение зачастую отождествляется с программированным обучением.
На начальной стадии развития работ по АОС различия между программированным и автоматизированным обучением совершенно не ощущались, хотя все сознавали, что дидактические и технологические возможности программированного обучения становятся с применением ЭВМ несравненно шире, чем при ориентации на книжные пособия или простые специализированные устройства. Поскольку методология программированного обучения была заложена еще в 40-х годах Скиннером и Краудером и постоянно совершенствовалась до наших дней, то естественно, что накопился более значительный теоретический багаж и практический опыт по ее применению по сравнению с другими методами автоматизированного обучения.
Рассмотрим более подробно каждый из этих методов.
