Принцип независимости может оказаться подходящим критерием для классификации, отвечающей педагогическим соображениям. Независимость в этом смысле предполагает способность учащихся/пользователей принимать участие в определении целей и содержания своей деятельности, влиять на процесс обучения/работы и управлять применяемыми средствами (т. е. оборудованием и программами). Упрощенная классификация программ может быть составлена по восходящей: от тех, которые структурируют работу и учение, до тех, которые позволяют делать это самим учащимся.
- Управляющие программы, выполняющие некоторые традиционные функции учителя, в частности управления классом. Они содержат команды, не только касающиеся работы на компьютере, но и, например, дающие учащимся указание покинуть рабочее место, с тем чтобы что-то проверить, получить дополнительные данные, обсудить ход работы с соучениками и т. д.
- Обучающие программы, направляющие обучение исходя из имеющихся у учащегося знаний и его индивидуальных предпочтений; как правило, они предполагают усвоение новой информации.
- Диагностические/тестовые программы, предназначенные для диагностирования, оценивания или проверки знаний, способностей и умений.
- Тренировочные программы, рассчитанные на повторение или закрепление пройденного и не содержащие нового учебного материала.
- Базы данных по различным отраслям знаний, из которых хранимая в них информация может быть запрошена.
- Измеряющие и контролирующие программы для датчиков, позволяющие получать и записывать информацию и управлять действиями роботов.
- Имитационные программы, представляющие тот или иной аспект реальности с помощью ограниченного числа параметров для изучения его основных структурных или функциональных характеристик.
- Моделирующие программы свободной композиции, предоставляющие в распоряжение обучаемого основные элементы и типы функций для моделирования определенной реальности.
- Программы типа «микромир», похожие на имитационно-моделирующие, однако не отображающие реальность; в идеале — это воображаемая учебная среда, создаваемая при участии учителя.
- Инструментальные программные средства, обеспечивающие выполнениеконкретных операций, например обработку текста, составление таблиц, редактирование графической информации.
- Языки программирования: системы кодирования, позволяющие управлять компьютером.
Это описание не следует рассматривать, как перечень четко классифицированных типов программ, но оно дает возможность правильнее определить дидактическую функцию программы при планировании комплексного и продолжительного обучения.
Смешанная типология.
Наиболее полное представление о возможностях средств, программно обеспечивающих урок, дает классификация школьных ППС с точки зрения их методической неисправности. Обсуждаемая здесь классификация расширяется, и уточняет предыдущие попытки систематизации учебных пакетов. Схема данной классификации представлена в приложении.
Структуры верхнего уровня составляют управляющие, предметные, инструментальные и объектные пакеты.
Управляющие пакеты решают задачи управления и организации урока. Дидактика средней школы определяет некоторую общую схему организации урока, единую для всех предметов. Такая схема может быть структурирована программными средствами. Программы, реализующие последовательность выводов запланированных на уроке пакетов, образуют структурирующие пакеты. Возможность выделить структурирующие пакеты в самостоятельную группу обеспечивается тем, что соответствие между элементами структурирующего пакета и содержанием конкретного урока, для которого учитель, комплектует набор планируемых пакетов, устанавливается с помощью специальных программ-формирователей — в ходе диалога пользователя-учителя с формирующим пакетом. Наконец, после урока (или при организации кабинета в виде локальной сети) учителю предстоит собрать информацию о ходе урока, успехах и неудачах учеников. Сбор, структурирование и форматирование итогов урока выполняют протоколирующие пакеты.
Информация, собранная протоколирующими пакетами и соответствующим образом структурированная, чаще всего непосредственно используется учителем, проводившим компьютеризированный урок. Однако такую информацию можно использовать и в различных статистических задачах. Статистическая учебная информация позволяет формировать научно обоснованные суждения о степени усвоения материала отдельными учащимися, группами, учащимися всего класса.
Выполняемая по алгоритмам-заданиям, разработанным специалистами по педагогической психологии, статистическая обработка учебной информации, которая собрана персональными машинами школьного кабинета информатики во время урока, дает возможность квалифицированно диагностировать учебный процесс, вырабатывать сообщения учителю, классному руководителю и родителям с дополнительными рекомендациями, касающимися разных аспектов учебной деятельности школьников, а также физического и психологическою их состояния. В такого рода программах заинтересованы психологи, исследующие школьный учебный процесс. Программные средства них, вообще говоря, мяло связанных с содержанием конкретных уроков преобразовании информации представляют собой статистические пакеты.
В том случае, когда школьный кабинет информатики представляет собой локальную сеть ПЭВМ, а не автономный набор машин, среди управляющих пакетов существенную роль начинают играть сетевые пакеты — распределители (организующие информационные потоки от учительской машины к ученическим) и интеграторы (собирающие информацию с ученических машин в учительскую).
В группе инструментальных пакетов функциональная связь программных средств с содержанием школьного предмета выражена чаще всего неясно: основные целевые характеристики этих пакетов определены используемыми программными инструментами.
Редактирующие (текстовые) пакеты собираются из программ текстовой информации и создают комфортные условия для ученика и учителя при работе с текстами. Такие пакеты незаменимы в диктантах, они весьма удобны в изложениях и оказываются полезными в сочинениях. Программы редактирующих пакетов обеспечивают вставку символов, слов, строк, их исключения, замены, всевозможные способы выделения фрагмента текстов (разрядка назначение шрифтов, цветовое оформление) и т.д. Удобства работы с текстом на экране ПЭВМ, эстетичность восприятия, возможность бесследной корректировки ошибок, обнаруженных во время написания текста, раскрепощает ученика и значительно повышают производительность его работы над текстами, идет ли речь о рутинных видах работы (как диктанты или о творческой деятельности (сочинения). Среди предметных областей редактирующих пакетов превалирующими являются, конечно, родной язык и литература, однако столь же активно они могут использоваться при изучении иностранных языков, математики и др.
Во многих прикладных задачах важна роль программных средств форматирования таблиц и обработка хранимых в них величин. Инструментом, обеспечивающим удобные возможности работы с таблицами, в том числе и не размещаемыми на экране дисплея, служат пакеты, называемые, электронными таблицами.
Один из важнейших педагогических инструментов, используемых в кабинете информатики — машинная графика некоторая совокупность рисующих и управляющих рисованием стандартных процедур формирует систему (пакет), составляющую обязательную компоненту типового программного обеспечения. Вместе с тем, используя графические примитивы учебно-производственного языка, разработчик прикладных программных средств может создавать, собственные графические пакеты, специализированные в соответствии с выделенной задачей. Предметная область графических пактов практически неограниченна.
Широко применимы в практике прикладного учебного программирования музыкальные пакеты. Их возможности базируются на использовании воспроизводящих звук стандартных программ с параметрами, соответствующими частоте и длительности звука. Тем самым в школьной ПЭВМ оказываются воспроизводимыми звучания нот и различные музыкальные пакеты предлагают различные возможности кодирования и представления звуковой информации.
Музыкальные пакеты обогащают методику проведения уроков сольфеджио в музыкальной школе или уроков пения в общеобразовательной школе. Наряду с этим очевидным самостоятельным применением музыкальных пакетов подобные средства используются как звуковой орнамент самых разнообразных учебно-ориентированных ППП. Так, поощряя ученика, отлично выполнившего задание, пакет может воспроизвести оптимистическую мелодию, а отмечая его неудачу, — сурово, мрачно звучащую музыку.
Значительным разнообразием отличается весьма широкая группа предметных пакетов. Их принципиальная характеристика — учет особенностей того или иного школьного предмета (чаще всего конкретной темы в предмете).
Важную группу предметных пакетов образуют генерирующие пакеты, которые существенно расширяют арсенал задач и упражнений, используемых в различных формах школьного учебного процесса — контрольных, классных, самостоятельных работах, в текущих классных упражнениях.
Генераторы задач позволяют по введенному учителем заданию, в котором наряду с количеством может быть задан уровень сложности упражнении, выдать тексты составленных машиной задач с ответами, решениями, комментариями (если это понадобится пользователю). Генераторы проектируются над узкой предметной областью, и это сужение позволяет проектировщику обеспечить диалог пользователя с машиной на естественном языке или языке тематики генератора.
Иной подход к построению генераторов задач основывается на разделении обязанностей между пользователем-педагогом и машиной при составлении задании на генерацию задач. Учитель передает машине в качестве задания описание шаблона задачи, в котором машине остается только вставить случайные (с определенными ограничениями) числовые или текстовые константы. По существу ЭВМ создает варианты предложенного ей образа задачи, поэтому такой класс вариаторов задач называют вариаторами. Входной язык такого пакета сложнее, чем обычного генератора задач (хотя он, безусловно, проще любого из языков программирования). Следовательно, работа с вариатором требует от учителя-предметника владения определенными навыками составления заданий для вариаторов. Зато область применения вариаторов расширяется практически неограниченно. С помощью вариаторов создаются и применяются в школьном учебном процессе задачи по математике (арифметике, алгебре, геометрии), задачи по химии, по различным разделам физики, упражнения о грамматике родного и иностранного языков.
Дидактическую нагрузку эффективного иллюстрирования урока несут демонстрационные пакеты. Создаваемые этими пакетами изображения (как правило, динамические) или сообщения на экранах ученических машин сопровождают рассказ учителя.
Работая с демонстрационным пакетом, учащийся может, не вмешиваясь в ход работы пакета, наблюдать на экране информацию, предъявляемую ему таким пакетом. В этом случае говорят о пассивныхилизакрытых пакетах. В других ситуациях учащемуся может быть предложено общение с демонстрационным пакетом — ввод некоторых параметров, перемещение изображения и т.д. Такие демонстрационные пакеты называются активными или открытыми.
Примеры демонстрационных пакетов отличаются большим разнообразием. Один из них — используемый в вузовском курсе математики пакет программ, изображающих поведение решении дифференциальных уравнений в окрестностях особых точек. Интересный школьный демонстрационный пакет рассказывает о планетах Солнечной системы, показывая на экране их движения. В урок математики в 5 классе по теме Пропорции включены пакеты, демонстрирующие движение двух автомобилей с равными скоростями за разное время, работу двух станков с одинаковыми производительностями и выпускающие разное количество предметов одной цены. Сопровождаемые красочно оформленными комментариями, эти живые рисунки приводят школьника к основному понятию урока — пропорции. В числе сюжетов демонстрационных пакетов — прорастание семян (биология), функционирование человеческого сердца (анатомия), круговорот воды в природе (природоведение) и т.п. Эффективна демонстрация простых чисел, позволяющих на числовой оси, изображаемой в виде развертывающейся спирали.
Значительно более активно работает школьник с пакетами, принадлежащими к самой широкой группе — группе функциональных пакетов.
Контролирующие и обучающие пакеты составляют самый широкий н представительный класс учебно-ориентированных ППП. Это определяется, прежде всего, тем, что они воспроизводят на ЭВМ наиболее типовые, наиболее часто реализуемые в практике сегодняшней школы формы учебной деятельности.
Контролирующий пакет формулирует ученику задание по фиксированной теме, состоящее в какой-то фразе, заданной с некоторой ошибкой либо в установке пропущенного символа или слова, либо в ответе на сформулированный вопрос. Получив ответ на задание, программа оценивает этот ответ и отмечает успех ученика в случае правильного ответа. При ошибке программа просит повторить ответ. Повторная ошибка считается грубой, и после второй ошибки программа выдает на экран правильный ответ на поставленное задание. В отдельных случаях, осваиваемых методистами, которые составляют тех. задание на проектирование пакета, выдача правильного ответа может быть сделана после установленного числа ошибочных попыток.
Практика использования обучающих и контролирующих пакетов подсказала еще одну фору обратной связи: пакет не реагирует на ошибки ученика, сделанные на уроке, но, разумеется, фиксирует каждое введенное сообщение (в том числе ошибочное) в памяти машины. По окончании урока все сведения об ошибках учащихся поступают на учительский экран и могут быть выведены на печатающее устройство, такая схема реализации работы с пакетом позволяет сохранить высокий темп урока, невзирая на различия в быстроте реакции учеников
Пакет может завершить работу как после фиксированного числа заданий, так и по желанию ученика (или указанию учителя). В состав пакета могут входить формирующие программы, которые позволяют учителю составлять пакеты заданий по своему усмотрению. Если такие программы не используются, то учитель работает с некоторым стандартным (предусмотренным разработчиком пакета) набором заданий. Пакеты этого класса имеют единую структуру независимо от конкретного наполнения заданиями того или иного предмета. При этом охватывают практически все основные школьные предметы. Алгоритмы контролирующих пакетов наиболее близки к существующим методикам решения упражнений, задач, проведение опроса в ходе урока. По существу эти пакеты моделируют многие из существующих методик. Это обстоятельство позволяет контролирующим пакетом наиболее легко преодолевать психологический барьер между программным обеспечением школьных ПЭВМ и большинством современных методистов и педагогов. Если к этому добавить минимальную (относительно других классов пакетов) трудоемкость, максимальную ширину применении в учебной практике, возможность автономного использования н вместе с тем несложного подключения к другим типам пакетов и АОС, возможность реализации на достаточно ограниченных ресурсах программного обеспечения и относительную простоту стандартизации, то нетрудно сделать вывод о том, что контролирующие и обучающие пакеты подлежат включению в фонд первоочередных учебных ППП.
Еще один пример этого класса пакетов — работа с географической картой страны на экране. Курсор (или некоторый символ, например вопросительный знак) занимает поочередно (случайно) позиции крупных городов страны, а ученику следует назвать (путем набора на клавиатуре) город. Точно так же пакет помогает обсудить названия рек, расставить на карте основные местоположения важнейших полезных ископаемых и т.п.
Одна из ролей, в которой выступает персональная ЭВМ на уроке, состоит в обработке некоторых доводимых до автоматизма навыков. С этой ролью ПЭВМ справляется благодаря выделяемым в отдельный класс пакетом-тренажером. Тренажер-арифмометр позволяет закрепить у младшего школьника понимание приоритета операции в арифметических выражениях. При изучении правил уличного движения полезен тренажер дорожные знаки. Младшим школьникам, отрабатывающим навыки письма, интересно работать с пакетом-тренажером, который вырисовывает на экране письменную букву в соответствии с нажатой на клавиатуре печатной буквой.
Интересный класс предметных функциональных пакетов составляют моделирующие программы, позволяющие воспроизвести средствами вычислительной техники ход того или иного физического, химического, биологического, технического эксперимента. Таким является, например, моделирующий пакет по школьному курсу химии. Он моделирует ход и результаты реакций записанных в обычной химической символике. Работа с таким пакетом организована по следующей схеме. Машина уведомляет учащегося, что она выбрала некоторое вещество, просит ученика определить задуманное вещество. С этой целью школьнику предоставляется некоторый набор веществ (в виде выведенных на экран химических формул и описаний состояния веществ). Введя с клавиатуры формулу одного из веществ предложенного набора, ученик наблюдает на экране результат реакции выбранного им вещества с тем, которое задумала машина. По результатам этой реакции (или в общем случае нескольких реакций-испытаний) школьник может определить искомое вещество. Строки формул на экране сопровождаются цветными изображениями и звуком, где это оказывается методически полезным. Аналогичные пакеты могут быть созданы и для ядерных реакций, синтеза органических соединений биохимических процессов, электро- и радиосхем, механических аэро-, гидро- и астродинамических процессов и т.д. Создание таких пакетов позволит многократно усилить лабораторное базу каждого учебного предмета и в то же время приучить школьников к формам использования вычислительной техники, характерным для соответствующей научной дисциплины. Наличие достаточного числа моделирующих пакетов позволит, в конечном счете, реализовать принцип машины-лаборатории, который был сформулирован У. Аттелем в книге Кибернетика и проблемы обучения.
Близка к моделирующим пакетам еще одна категория функциональных пактов — машинные реализации имитационных игр, которые могут использоваться во всех школьных дисциплинах, изучающих сложные динамические (эволюционные или революционные) процессы в природе и обществе. Такие игры создаются или могут быть созданы для уроков истории, биологии, географии (физической или экономической), астрономии. В имитационной игре, проводимой на уроке с помощью ЭВМ, ученик может воспроизвести историко-политическую, геологическую и тому подобную ситуацию, глубже и прочнее усвоить причинно-следственные связи между эволюционными явлениями и процессами. В имитационный (игровой) пакет входит не только машинная реализация игры, но и программное обеспечение анализа ее результатов. Характерный пример — экономическая игра Робинзон, описанная в книге А.А. Бовина, В.Ф. Комарова, Т.Я. Сереженко Программно-целевой подход и деловые игры, в которой сидящий у экрана машины игрок, разумно планируя такие операции, как добывание пищи различными способами (сбор фруктов, охота), пошив и ремонт одежды и строительство корабля, а также учитывая случайные различные погодные условия, должен не только выжить, но и в кратчайший срок уплыть с острова на построенном корабле.
Максимальное количество новых дидактических возможностей открывает операционные пакеты, которые концентрируют инструментальные средства какого-либо предмета или темы. К этому классу относятся пакеты, выполняющие аналитические вычисления, доказательства теорем, преобразование векторов в физике и математике. Операционные пакеты создают новую операционную обстановку урока. Таков, например, пакет, реализующий геометрические построения с помощью циркуля и линейки соответствующих процедур пакета. Точки, появляющиеся в результате пересечения, возникающих на экране прямолинейных отрезков и дуг окружностей, получают имена в виде очередных букв латинского алфавита. В такой бескоординатной геометрии ученик может именовать объекты рисунка привычными для урока математики символами: отрезок АВ, угол DOF и т.д., с воспроизводимою машиной чертежа ученик может взять (запросить) любые интересующие его величины — измерить с высокой точностью углы и тины отрезков, спросить о параллельности или перпендикулярности линий, о равенстве или подобии треугольников. Такой пакет снабжает школьную геометрию удобной и высокоточной измерительной техникой. Методист и учитель могут использовать это обстоятельство для того, чтобы помочь учащимся формулировать необходимые гипотезы на основе эмпирических фактов, извлекаемых с экрана. Так, запросив у пакета величины нескольких вписанных в окружность углов, опирающихся на одну и ту же дугу окружности. н обнаружив их равенство, ученик естественно н самостоятельно со (дает гипотез} о равенстве вписанных углов, опирающихся на равные дуги, и легко воспринимает последующее доказательство соответствующей теоремы.
Программный аппарат баз данных — средство реализации информационных пакетов. Они нужны на уроках истории, географии, родного и иностранного языка, когда поиск в словаре, в хронологической таблице и географическом справочнике является рутинной работой, которая подлежит автоматизации.
