авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«АДЫГЕЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПЕДАГОГИКИ И ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ b.e. oеш*%"= ...»

-- [ Страница 3 ] --

Однако их возможности могут использоваться и в учебном процессе для анализа и организации учебного материала в виде баз данных, которые затем могут просматриваться и сортироваться для получения ответов на вопросы относительно содержания или идентификации взаимных связей. Такие базы данных являются инструментами познания.

Эффективным средством представления знаний может служить учебная база данных (УБД), ориентированная на некоторую предметную область.

УБД располагает возможностью формирования наборов данных (по определенным признакам);

обработки имеющихся наборов данных (осуществление поиска (выбор, сортировка), анализа и изменения информации по заданным признакам);

использования модуля сервисной технологии, позволяющего применение редактора образов, редактора текста, контроля решений, регламента работы.

Вышеперечисленные возможности УВД можно использовать в процессе самостоятельного усвоения учащимися новых для них понятий, для выработки умений по обработке учебной информации, для поиска необходимой информации.

ЛИТЕРАТУРА: 15, 30, 35, 59, 64, 65, 79, 81, 85, 114, 137, 140, 149, 202, 203, 206, 219.

Лекция 16.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ.

Система управления базами данных (СУБД) – это специальный комплекс языковых и программных средств, позволяющий создавать БД, обеспечивать удобный доступ к ней с целью просмотра и поиска. Обращаясь к СУБД, пользователь может получить нужную ему информацию в удобной для него форме, откорректировать хранящиеся данные в БД, ввести новую информацию. СУБД позволяет управлять несколькими большими БД.

Ввод данных, их обновление и поиск нужной информации – минимально необходимый набор функций любой СУБД. Развитые СУБД выполняют также множество дополнительных функций, например, проверяют состояние базы данных, выдают справочную информацию, разграничивают доступ.

Последнее особенно важно: благодаря разграничению доступа для каждого пользователя определяется круг информации, которую он может просматривать и корректировать. Доступ к информации осуществляется по паролю, установленному для каждого пользователя. Это исключает возможность пользователям банка мешать друг другу, гарантирует, что информация случайно или умышленно не будет испорчена.

Современные СУБД обеспечивают независимость прикладных программ, работающих с ними, от конкретной организации информации в БД. СУБД должны также обеспечивать возможность работы с БД в глобальных и локальных сетях. На основе СУБД создаются и функционируют информационные системы, предназначенные для хранения, поиска и выдачи информации по массовым запросам пользователей.

СУБД создает на экране компьютера определенную среду для работы пользователя (пользовательский интерфейс).

В работе с СУБД возможны следующие режимы: создание, редактирование, поиск, манипулирование. Под манипулированием понимаются действия с БД как с целым: просмотр, копирование ее файлов, например на бумажный носитель;

сортировка данных по заданному признаку и т.д.

Для работы в каждом режиме существует своя система команд СУБД.

Всякая работа пользователя с БД строится в форме алгоритма, составленного из этих команд. Такие алгоритмы могут выполняться в режиме прямого выполнения (отдается команда и сразу выполняется) и в режиме автоматического выполнения, т. е. в программном режиме.

Для работы с БД СУБД должна обеспечивать возможность внесения и чтения информации, работу с большим объемом данных, быстроту поиска, целостность данных (т. е. их непротиворечивость), защиту от разрушения, уничтожения (не только при случайных ошибках пользователя), от несанкционированного доступа, систему “дружественных” подсказок (в расчете на пользователя без специальной подготовки).

Систематизацию и поиск информации в БД СУБД осуществляет тремя основными способами.

В иерархической БД в качестве классификационной основы используются каталоги и рубрикаторы, т.е. информационно-поисковые языки иерархического типа.

В реляционной БД каждой единице информации присваиваются определенные атрибуты (автор, ключевые слова, регион, класс информации, дескриптор тезауруса и т.п.) и ее поиск производится по какому-либо из них или по любой их комбинации.

Статистические БД оперируют с числовой информацией, организованной с помощью двухмерной (реже – трехмерной) матрицы, так, что искомая информация находится в системе путем задания ее координат.

Статистические базы данных более известны под названием электронные таблицы.

В практике создания баз данных, содержащих тексто-графическую информацию, ее систематизация чаще всего осуществляется гибридно.

У СУБД большое будущее, ведь они реализуют одно из основных назначений компьютера, как инструмента для хранения и удобного быстрого доступа к необходимой человеку информации. Эти перспективы особенно широки в связи с распространением компьютерных телекоммуникаций.

Совокупность БД и программы СУБД образует информационно поисковую систему, называемую банком данных. Современные банки данных включают в свой состав вычислительную систему, одну или несколько баз данных (БД), систему управления базами данных (СУБД) и набор прикладных программ (ПП).

Прикладные программы (или приложения) в составе банков данных служат для обработки данных, вычислений и формирования выходных документов по заданной форме. Основными функциями банков данных являются:

– хранение данных и их защита;

– изменение (обновление, добавление и удаление) хранимых данных;

– поиск и отбор данных по запросам пользователей;

– обработка данных и вывод результатов.

В образовании банк педагогических данных создан В.И. Журавлевым.

Его имя связано с информатизацией педагогики, созданием и внедрением серии автономных банков педагогической информации в Москве, Воронеже, Томске, Минске, Алма-Ате, Краснодаре и др. В.И. Журавлев осуществил разработку “Банка передового педагогического опыта” (1990).

В настоящее время создание банков данных в образовании (Банк визуальной информации, Банк данных по дефектологии, Банк данных о техническом, программном и методическом обеспечении информатизации в образовании и др.) ведется во многих научно-исследовательских центрах России.

ЛИТЕРАТУРА: 30, 49, 79, 98, 114, 137, 162, 206, 219.

Лекция 17.

БАЗЫ ЗНАНИЙ Структурирование данных на основе модели предметной области с использованием прикладного программного обеспечения дает возможность перейти к следующему уровню – базе знаний. Информационный ресурс из совокупности данных преобразуется в результате развития в совокупность знаний. Таким образом, информационное обеспечение реализуется в виде банков данных и банков знаний, и в основе их построения лежат модели накопления данных и представления знаний.

База знаний (БЗ) – семантическая модель, предназначенная для представления в ЭВМ совокупности знаний, накопленных человеком в определенной предметной области. В информационных системах под знаниями понимают сложноорганизованные данные, содержащие одновременно как фактографическую (регистрацию некоторого факта), так и семантическую (смысловое содержание некоторого факта) информацию, которая может потребоваться пользователю. Это сложноорганизованные данные могут иметь в своем составе встроенные процедуры, которые представляют собой математические модели с автоматизированными процессами обработки накопленных знаний. В отличие от данных знания обладают следующими свойствами:

– внутренней интерпретируемостью – вместе с информацией в БЗ представлены информационные структуры, позволяющие не только хранить знания, но и использовать их;

– структурированностъю – выполняется декомпозиция сложных объектов на более простые и установление связей между ними;

– связанностью – отражаются закономерности относительно фактов, процессов, явлений и причинно-следственные отношения между ними;

– активностью – знания предполагают целенаправленное использование информации, способность управлять информационными процессами по решению определенных задач.

Чтобы пояснить это принципиальное свойство знаний, вспомним, что при обычной работе с компьютером данные всегда играют пассивную роль.

Данные – это то, с чем работает программа, реализуемая на компьютере:

программа вызывает нужные данные, преобразует их и вновь заносит в базу данных. Смена данных оставляет базу “равнодушной” к происшедшим изменениям.

В БЗ ситуация прямо противоположная. Изменения в хранимых в ней знаниях могут активизировать те или иные программы, связанные с этими знаниями. Точно так же действия человека целиком связаны с его знаниями, которые служат побудительным мотивом для совершения тех или иных действий или программ действий.

Знания, хранящиеся в БЗ, записываются в специальной формализованной форме. Здесь предусмотрены процедуры обобщения и корректировки хранимых знаний, а также процедуры, создающие новые знания на основании тех, которые уже там имеются. Кроме того здесь имеются:

редактор базы знаний (программа, предназначенная для ввода новых знаний), планировщик (программа планирования операций в системе обработки знаний), диалоговый интерфейс, т.е. структура БЗ намного сложнее БД.

В образовании возможности учебной базы знаний (УБЗ), ориентированной на некоторую предметную область, предполагают реализацию идей самообразования на основе выбора обучаемым приемлемого для него режима учебной деятельности.

В УБЗ предполагается наличие учебной базы данных для определенной предметной области, содержащей описание основных ее понятий, определений, стратегию и тактику решения задач, комплекс предлагаемых упражнений, примеров или задач определенной предметной области;

методики обучения, ориентированной на некоторую модель обучаемого, содержащей информацию об уровнях знаний обучаемого, как начальных, промежуточных, так и сформулированных в процессе обучения;

базы данных о возможных ошибках обучаемого, содержащей перечень возможных ошибок и путей их преодоления;

базе данных о процессе обучения, содержащую стратегические и тактические приемы, ответственные за результативность предлагаемой методики обучения.

При этом в УБЗ обеспечивается проверка правильности ответов обучаемых об объектах изучения, формирование (ори необходимости) правильных ответов, управление учебным процессом.

Программные продукты, реализующие базы знаний, относятся к классу гипермедиа (сверхсреда), поскольку они позволяют не только осуществлять свободный выбор пользователем логики ознакомления с информацией, но дают возможность сочетать тексто-графическую информацию со звуком, видео- и кинофрагментами, мультипликацией. Компьютерная техника, способная работать в таком режиме, объединяется интегральным термином мультимедиа (многовариантная среда).

Аппаратные средства мультимедиа, наряду с базами знаний позволили создать и использовать в учебном процессе компьютерные имитации, микромиры и на их базе дидактические и развивающие игры, вызывающие особый интерес у детей.

Банки знаний как новый тип человеко-машинных систем сулят широкие возможности для обучения, в том числе для дистанционного. Наиболее известна такая их разновидность, как экспертные системы, вычислительные эксперименты, системы автоматизированного проектирования (САПР).

Вычислительные сети для доступа знаний наиболее известны в среде учебных заведений – Relcom и Relarn с “выделенными” телефонными линиями.

ЛИТЕРАТУРА: 9, 31, 41, 64, 79, 137, 157, 183.

Лекция 18.

СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА.

Искусственный интеллект (ИИ) – научная дисциплина, возникшая в 50-х годах на стыке кибернетики, лингвистики, психологии и программирования.

С самого начал исследования в области ИИ пошли по двум направлениям.

Первое (бионическое) – попытка смоделировать с помощью искусственных систем психофизиологическую деятельность человеческого мозга с целью создания искусственного разума. В этой области достигнуты значительные успехи, связанные с моделированием на ЭВМ отдельных функций творческих процессов, созданы программы на уровне гроссмейстера, играющего в шахматы и шашки. Существуют программы, анализирующие творческую деятельность писателей, поэтов, композиторов, сочиняющие стихи и музыкальные пьесы, доказывающие теоремы, выполняющие перевод с одного языка на другие и др.

Второе (прагматическое) – создание программ, позволяющих с использованием ЭВМ воспроизводить не саму мыслительную деятельность, а являющиеся ее результатом процессы. Здесь имеются важные достижения, имеющие практическую ценность. Так, при создании интеллектуального интерфейса пользователя с ЭВМ используются средства для общения пользователя с ЭВМ на естественном языке, ввода с голоса, с печатного и рукописного текста, с фотографий, а также средства распознавания образов.

ЭВМ могут выдавать свои сообщения голосом, воспроизводить звучание различных музыкальных инструментов, создавать цветные картинки и мультфильмы, полиграфическую продукцию.

Разработка интеллектуальных программ существенно отличается от обычного программирования и ведется путем построения системы искусственного интеллекта. Система искусственного интеллекта (СИИ) – автоматическая или автоматизированная система, работа которой основана на использовании искусственного интеллекта, где база знаний является основной составной частью интеллектуальной системы.

Отличительным признаком СИИ является работа со знаниями. Если для обычных программ представление данных алгоритма определяется на уровне описания языки программирования, то для СИИ представление знаний выливается в проблему связанную со многими вопросами: что такое знания, какие знания хранить в системе в виде базы знаний (БЗ), в каком виде и сколько, как их использовать, пополнять и т.д.

Если обычная программа может быть представлена в парадигме:

Программа = Алгоритм + Данные, то для СИИ характерна другая парадигма:

СИИ = Знания + Стратегия обработки знаний.

Банки знаний, обусловленные СИИ, вбирают в себя не только знания, ориентированные на некоторую предметную область, но и алгоритм программирования этих знаний.

Основными компонентами СИИ являются: база знаний (“интеллектуальное ядро”), программа формирования логических выводов и интеллектуальный интерфейс.

В настоящее время исследования в области ИИ имеют следующую прикладную ориентацию:

– общение на естественном языке и моделирование диалога;

– экспертные системы (ЭС);

– автоматическое доказательство теорем;

– робототехника;

– интеллектуальные пакеты прикладных программ;

– распознавание образов;

– решение комбинаторных задач.

Большое практическое значение имеют успехи, достигнутые в области разработки экспертных систем. Такие системы просты и помогают пользователям в их повседневной работе. Во многих видах человеческой деятельности используемые знания не всегда могут быть четко формализованы и зафиксированы в учебниках, инструкциях и т. п.

Существуют профессиональные знания и умения, которыми владеют специалисты высокого уровня: врач, учитель, геолог, инженер, экономист, технолог и т. д. Овладеть ими можно, только используя накопленный другими богатый опыт. Повышение уровня профессиональных знаний и умений – огромная социальная задача. Эту задачу помогают решить эксперты и экспертные системы.

Интеллектуальные системы и технологии применяются и тиражируются в различных областях человеческой деятельности.

ЛИТЕРАТУРА: 59, 72, 79, 94, 137, 157, 211, 219.

Лекция 19.

ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ Экспертные системы (ЭС) – это инструменты на основе компьютера, которые используются в качестве интеллектуальных средств при принятии решений. ЭС были разработаны для того, чтобы помочь геологам решить, в каком месте бурить скважины во время разведки месторождений нефти, помочь пожарным решить, как гасить пожары различных типов, помочь специалистам, занимающимся продажей компьютеров, правильно сконфигурировать компьютерные системы, помочь предпринимателям выбрать нужное решение, обеспечивающее максимальные прибыли компании. Проблемы, решение которых включает в себя рекомендации, основанные на различных выводах, требуют использования ЭС.

ЭС явились результатом исследований в области искусственного интеллекта. ЭС является компьютерной программой, которая моделирует порядок действий, выполняемых человеком, являющимся экспертом в данной области, при решении проблем – это искусственное средство принятия решений. Например, когда мы консультируемся с экспертом (например, с врачом, адвокатом, учителем) относительно какой-нибудь проблемы, эксперт получает от нас текущую информацию по поводу нашего состояния, просматривает свою БЗ (память) для сопоставления элементов нашего текущего состояния с известными знаниями, обрабатывает информацию, принимает решение и предлагает свое решение проблемы.

Перед ЭС частным лицом (человеком неосведомленным) ставится проблема подобно тому, как ставится проблема перед человеком-экспертом. Система опрашивает частное лицо относительно текущего состояния проблемы, просматривает свою собственную БЗ для нахождения относящихся к делу фактов и правил, которые отражают знания эксперта и которые были накоплены ранее, обрабатывает информацию, приходит к решению и сообщает об этом решении пользователю.

Структура типовой экспертной системы включает в себя четыре основных блока: базу знаний, машину логического вывода, блок объяснений и интеллектуальный интерфейс с пользователем.

Блок базы знаний служит для размещения и хранения знаний, переданных системе экспертами.

Этот блок обычно включает в себя факты и правила, которые запрограммированы в системе разработчиком.

Машина логического вывода используется для моделирования рассуждений, обработки вопросов и подготовки ответов, что обеспечивает логику, или интеллект, в экспертной системе. Она отыскивает информацию из БЗ и данные, относящиеся к текущей проблеме, необходимые для принятия решений. Она ставит цель, а затем собирает информацию из БЗ для принятия решения. Когда БЗ не содержит достаточно информации, машина логических умозаключений просит пользователя предоставить ей недостающую информацию. Машина логических умозаключений продолжает отыскивать информацию во тех пор, пока она не будет способна получить решение, которое ЭС затем предоставляет пользователю.

Блок интеллектуального интерфейса служит для общения пользователей с системой на привычном для людей языке. В него могут входить средства визуализации, с помощью которых на экране монитора формируются необходимые образы (чертежи, рисунки и др.).

Общение с пользователем происходит в режиме “вопрос – ответ”, причем вопросы могут задать как пользователь, так и система. Специфическим для ЭС является наличие блока объяснений. При работе с системой у пользователя могут возникнуть сомнения в том, для чего ему задается тот или иной вопрос или как получено выданное ему решение. Ответы на сомнения и запросы ему выдаст блок объяснений.

После обращения к ЭС и ответов на задаваемые ею вопросы пользователю может быть сразу выдан результат в виде текста, числовых данных, графика или рисунка, но может быть вызвана исполняемая программа, которая выполнит заложенный в нее алгоритм и выдаст полученные результаты. При включении ЭС в систему автоматического управления данные для решения задачи управления она получает от датчиков, а выработанные рекомендации в виде команд управления передаются на исполнительные органы системы автоматического управления.

Все блоки ЭС объединяются в одном пакете прикладных программ для ЭВМ. Такие пакеты разрабатываются обычно на языках логического программирования и называются оболочками экспертных систем (или “пустые” экспертные системы). Оболочки представляют собой готовые экспертные системы без базы знаний. Затем эти оболочки заполняются знаниями, и после этого с ними работают пользователи.

При создании экспертных систем наиболее трудоемким этапом является заполнение БЗ сведениями, необходимыми для ее работы. Базы знаний систем имеющих практическое значение, могут включать по нескольку десятков тысяч правил. В создании таких БЗ экспертам оказывают помощь специалисты – инженеры по знаниям, т.е. специалисты по искусственному интеллекту, называемые когнитологами. Более простые ЭС учебного назначения, например ЭС классификационного типа по школьным предметам, могут состоять всего из нескольких правил и создаются студентами и учащимися без дополнительной помощи.

Использование экспертных систем в качестве инструментов познания.

ЭС используются главным образом в бизнесе в качестве советчиков, которые контролируют деловые процессы, или в качестве инструментов, которые используют профессионалы при принятии решений. Кроме этого, ЭС можно применять при управлении космическими кораблями и синтезе сложных органических молекул, при проектировании больших интегральных схем для вычислительной техники и управлении атомными станциями, в роботах, способных автономно совершать операции по достижению целей, поставленных человеком. В промышленности развитых стран широко используются гибкие автоматизированные производства, легко перестраиваемые на выпуск новой продукции. Появились заводы, выпускающие сложную продукцию, персонал которых благодаря применению в управлении СИИ состоит из единичных работников. Роботы новых поколений демонстрируют на выставках игру в футбол, исполнение песен и танцев, ведут диалог с человеком на естественном языке.

ЭС также широко используются в образовании. Большое количество исследований посвящено разработке экспертных систем-советчиков, помогающих учителям идентифицировать и классифицировать неспособных к обучению учеников. Экспертные системы-советчики были разработаны для прохождения новичками процесса обучения.

Экспертные системы также могут работать как инструменты познания.

Проведенные исследования за рубежом показали, что создание ЭС приводит к более глубокому пониманию предмета, так как эти системы обеспечивают интеллектуальную среду, которая:

– требует улучшения знаний, связанных с конкретной областью знаний, – помогает при решении проблем, – контролирует приобретение знаний.

При создании ЭС разработчик должен четко смоделировать знания эксперта. Это требует идентификации декларативных (факты и представления), структурных (знания относительно взаимных связей между понятиями в памяти) и процедурных знаний (как применять предыдущие).

Фактически, создание экспертных систем является одним из нескольких формализмов для описания процедурных знаний. Когда ученики определяют структуру области знаний, они вынуждены четко формулировать принципы принятия решения, это более глубокое понимание должно сделать последующие практические возможности более значимыми. Нельзя считать, что просто разработка ЭС обязательно приведет учеников к получению полных процедурных знаний в данной области. Представьте себе, например, ученический проект, в котором правильно устанавливаются правила, относящиеся к вождению самолета, однако, чтобы на самом деле приобрести навыки по управлению самолетом, необходима большая практика в реальных условиях.

Широкие, пока еще не реализованные, возможности и перспективы у экспертных обучающих программ (ЭОС) в России.

Являясь средством представления знаний, ЭОС организуют диалог между пользователем и системой, способной по его требованию объяснить ход рассуждений при решении той или иной учебной задачи в понятном обучаемому виде.

Формируются ЭОС как совокупность трех подсистем: обучающей (машина ввода + модуль извлечения знаний), объяснения (интерфейс) и накопления знаний (база знаний).

ЭОС располагает возможностью пояснения стратегий и тактики решения задач из изучаемой предметной области при диалоговой поддержке процесса решения;

контроля уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок обучаемого и оценкой достоверности контроля;

автоматизации процесса управления самой системой в целом.

Ориентируя обучаемого на самостоятельную работу, ЭОС инициируют процесс познавательной деятельности, повышают мотивацию обучения за счет вариативности самостоятельных работ и возможности самоконтроля.

ЭС стали использоваться как инструменты познания сравнительно недавно. Эксперименты показали, что анализ материала по изучаемому предмету, необходимый для создания экспертной системы, является настолько глубоким, что ученики получают лучшее представление о материале предмета вследствие того, что в процессе построения базиса правил ЭС они должны выполнять аналитическое обоснование, вырабатывать стратегии, такие, как, например, синтез, а также использовать метапознавательное обоснование. Кроме этого было выяснено, что задания по созданию небольших базисов правил являются очень полезными для решения педагогических проблем и структурирования знаний для учеников от шестого класса до взрослых. Изучение при этом становится более осмысленным, так как ученики оценивают не только сам процесс мышления, но также и результаты этого процесса, т. е. полученную базу знаний.

Создание базы данных требует от учеников умения отделять друг от друга факты, переменные и правила, относящиеся к связям между составляющими области знаний.

В начальном обучении ЭС могут быть использованы для получения новых знаний в качестве учебных пособий информационно-справочного типа, а также при решении учебных задач по классификации различных объектов (животных, растений и др.), для приобретения умений и навыков в создании автоматизированных систем управления.

khep`rp`: 41, 53, 59, 72, 79, 94, 101, 137, 146, 211, 217.

Лекция 20.

КОМПЬЮТЕРИЗОВАННЫЙ УЧЕБНИК.

Компьютеризация обучения и образовательного процесса, разработка и внедрение автоматизированных систем интенсивного обучения включает, в частности, создание компьютеризованных пособий и учебников (КПУ). Под КПУ понимают экспертную информационную систему – структурированную совокупность упорядоченных знаний и данных, обеспечивающую внедрение новой информационно-педагогической технологии решения дидактических задач обучения (самообучения).

Базовым элементом новой информационно-педагогической технологии является компьютеризированный учебник. Так как материал, излагаемый в КПУ, должен быть систематизированным изложением знаний для формирования умений и навыков из предметной области, то КПУ должен представлять собой экспертную информационную систему, базирующуюся на знаниях, которая, как известно, включает три основных компонента: базу данных и знаний (БДЗ), подсистему принятия решения, пользовательский интерфейс.

Под БДЗ понимают интегрированную информационно-программную систему. Подсистема принятия решений в ней предназначена для извлечения из БДЗ ответов на вопросы и получения решения задач, сформулированных в терминах БДЗ. Пользовательский интерфейс обеспечивает работу БДЗ и подсистемы принятия решения на языке, приближенном к профессиональному языку специалистов прикладной области, для которой создан КПУ.

Таким образом, КПУ следует представлять в виде экспертной информационной системы, базирующейся на знаниях, обеспечивающей использование знаний и техники рассуждений человека-эксперта в процессе обучения, реализуемого на основе новых информационных технологий при использовании компьютеров без посредничества профессиональных программистов в целях освоения знаний и развития умений в прикладной области.

Для повышения эффективности усвоения учебного материала в КПУ следует учитывать психофизиологические возможности человека пользователя по приему и переработке воспринимаемой информации, в частности характеристики зрительного анализатора человека, путем дифференцирования цветового фона для различных дидактических материалов (элементов) и увязки объема отображаемой “ дозы” информации с интенсивностью световой гаммы.

Назначение компьютеризированного учебника 1. Полное использование в учебном процессе технических возможностей современных средств электронно-вычислительной техники, таких, как:

– машинная имитация реальных сложных (многоразмерных) материальных объектов (систем;

физических, химических и других процессов) с образно-художественным представлением (визуализацией) на табло и экранах дисплеев анимационных (динамических) результатов имитационного моделирования и гипертекстов в реальном времени обучения;

– реализация игровых форм и методов обучения (деловых, исследовательских, проектных, имитационных, контрольно-тестирующих, коммерческих и других игр);

– управление процессом обучения в диалоговом человеко-машинном режиме и пр.

2. Автоматизация и интенсификация педагогического труда при:

– проектировании систем обучения;

– разработке учебных дисциплин;

– подготовке к занятиям и отборе учебного материала в соответствии с поставленной дидактической задачей обучения;

– формировании дидактических материалов (видеограмм, кадропланов, опорных конспектов, раздаточного материала и др.).

3. Обеспечение возможности самостоятельного тиражирования (полного и выборочного) и коллективного независимого совершенствования имеющейся авторской версии КПУ путем экспериментального (на ЭВМ) анализа и проверки на практике адекватности представленных соавторами КПУ аналитических и имитационных моделей, их доработки, создания (включения в КПУ) новых и их имитационного исследования.

4. Индивидуально-целевое (преподавателями, обучающимися, специалистами и др.) глубокое освоение современных средств автоматизации, вычислительной и оргтехники.

Общая характеристика компьютеризированного учебника Представим общую характеристику КПУ особенностями его содержания и формы (структуры).

Кратким содержанием КПУ является оглавление, составляющее “меню” ЭИСБЗ в виде структурного концептуального фрейма-прототипа.

Совокупность оглавления, основных понятий и описания внешних связей КПУ образуют его лист основного содержания (ЛОС), представляющий модель предметной области учебника. Совокупность основных понятий и связей между ними удобно представить в виде предметного тезауруса.

По способу представления материала в памяти компьютера КПУ отличается от традиционных – в память ЭВМ может быть заложен как полный текст учебника, так и только минимальное его описание – фрейм учебника, его опорный конспект, предназначенный для использования преподавателем или обучающимся. По способу использования КПУ кроме традиционного (книжного) выделяется алгоритмический способ, предлагающий использование сценария диалога “КПУ – пользователь”, построенного на основе пользовательского интерфейса. По способу совершенствования (развития) материала КПУ кроме традиционного авторского совершенствования, выделим пользовательское совершенствование, когда все предложения и замечания пользователей запоминаются компьютером для дальнейшего анализа автором учебника и включения в последующие версии с указанием соавторов. Такая возможность особенно ценна в отношении совершенствования алгоритмической части знаний (комплекса прикладных программ) КПУ.

В КПУ находят применение следующие НИТ:

– электронные таблицы;

– базы данных;

– информационная и телекоммуникационная сети;

– текстовые и графические редакторы;

– применение пакетов прикладных программ (ППП) по каждому предмету;

– структура аудио- и видео средств;

– структура и архитектура ПЭВМ;

– машинная графика;

– экспертные системы;

– технологии виртуальной реальности;

– телекоммуникационные технологии;

– технологии обработки изображений (распознавание образования), визуализированной информации;

– технологии распознавания речи;

– моделирование процессов, в том числе в реальном масштабе времени;

– моделирование ситуаций;

– сетевые технологии предоставления информационных услуг;

– программно-технические технологии информационной безопасности;

– технологии корректографии;

– технологии цифроаналогового преобразования и т.д.

Компьютеризированные учебники, создаваемые в настоящее время, имеют, как правило, фрагментарно-модульную структуру, определяемую пунктами главного меню соответствующего программного продукта, функциональные фрагменты компьютеризированного учебника (вступление, основная содержательная часть, структурированная в разделы, темы, параграфы, подпараграфы;

графическая часть – рисунки, диаграммы, таблицы, графики;

заключение;

литература;

задачи и практические примеры;

контрольные вопросы и тесты знаний;

“записная книжка” и др.) выполняются в виде конструктивно законченных программных модулей, имеющих относительно самостоятельное значение. Это дает возможность пользователю-программисту самостоятельно расширять функциональные возможности фрагментов компьютеризированного учебника согласно их целевому назначению. Так, модификации фрагмента компьютеризированного учебника для автоматизированного контроля знаний получили уже достаточно широкое применение и в высшей, и в средней школе.

Компьютеризованный учебник дает обучающему новые возможности по организации учебного процесса, а обучающимся – по развитию творческих способностей. Практический опыт применения КПУ по различным учебным дисциплинам показал множество преимуществ КПУ по сравнению с традиционными учебниками:

–обеспечение обратной связи “обучаемый – преподаватель” для постоянного творческого совершенствования КПУ;

– значительное сокращение времени на изучение учебных дисциплин;

– создание (за счет анимационных иллюстраций) иллюзии постоянного присутствия педагога рядом с обучаемым и “оживления” сухих страниц учебника-книги;

– создание приятного психологического настроя у обучающихся (в трудный момент “машина нам поможет”);

– обеспечение индивидуализации обучения за счет отбора каждым обучаемым учебного материала из КПУ и изменения последовательности его изучения с учетом своих психофизиологических особенностей, возможности неоднократного возврата к трудным вопросам и самоконтроля при выборе и решении задач различной степени трудности и др. Создание компьютеризированного учебника – учебника будущего – является одной из интереснейших и перспективных задач педагогики.

ЛИТЕРАТУРА: 39, 82, 122.

Лекция 21.

МУЛЬТИМЕДИА – ГИПЕРМЕДИА.

Под мультимедиа понимается совокупность программных и аппаратных средств, которые обеспечивают такое представление информации, при котором человек воспринимает ее сразу несколькими органами чувств параллельно, т. е. так, как это происходит в жизни, когда мы 91% информации получаем от совместной работы органов зрения и слуха, а не последовательно, как это делается в обычном ПК. И именно этот переход к параллельной передаче аудио- и визуальной информации на ПК в сочетании с использованием больших объемов информации и интерактивными возможностями работы с нею предопределил появление технологий мультимедиа.

Сам термин “мультимедиа” дословно означает много сред, а именно:

звуковую, видео, графическую, компьютерную. Мультимедиа – это объединение нескольких средств представления информации в одной настольной системе. Обычно под мультимедиа подразумевается объединение в компьютерной системе таких средств представления информации, как текст, звук, графика, мультипликация, видео, изображения и пространственное моделирование. Другие формы мультимедиа, такие, как представление информации в виде слайдов и магнитной записи, интерактивное видео и видеопродукция, используются уже достаточно давно.

Компьютер, обладающий подобными свойствами, называется мультимедиа-компьютером.

Непременным атрибутом мультимедиа-компьютера является звуковая плата, которая осуществляет преобразование звука. К звуковой плате подключаются акустический системы (колонки), наушники (вывод), а также микрофон (ввод). К звуковой плате могут подсоединяться проигрыватель или магнитофон, а также электромузыкальные инструменты.

Видеоплата осуществляет преобразование видеоинформации, к ней подсоединяются такие устройства, как видеокамера, видеомагнитофон и телевизор.

Аудио- и видеоинформация, преобразованная в компьютерную форму, требует для своего хранения очень много места. Поэтому программные продукты, обладающие свойствами мультимедиа (учебники, справочники, энциклопедии, развлекательные программы) содержатся, как правило, на лазерных компакт-дисках.

Устройствами ввода информации являются мышь, дигитайзер, сканер.

Программное обеспечение для компьютерной графики разнообразно: это графические программы и пакеты, анимационные (мультипликационные) программы (двухмерные и объемные).

К средствам мультимедиа еще относятся звуковые адаптеры (музыкальные синтезаторы, лазерные проигрыватели, видеобластеры, саундбластеры).

Первый опыт применения мультимедиа в образовании относится к году. На сегодняшний дань накоплен огромный опыт использования продукции мультимедиа в западной системе образования. Использование мультимедиа в образовании выявило главные преимущества этой системы, которые развиваются по мере совершенствования аппаратной и программной продукции.

Прежде всего, эти преимущества состоят в наличии точек разветвления в программе, что позволяет обучаемым регулировать процесс восприятия информации и либо вернуться назад для повторения материала, либо перейти к любой другой точке разветвления. Чем больше таких точек, тем выше интерактивность программы и ее гибкость в процессе обучения.

Интерактивность – это возможность активно вмешиваться в процесс обучения: задавать вопросы, осуществлять самоконтроль, получать более детальные пояснения по непонятным местам учебного материала.

Другим важнейшим преимуществом является аудиосопровождение (стерео- и квадро) учебной информации, резко повышающее эффективность восприятия комментариев к изучаемым объектам, которые параллельно демонстрируются на экране ПК. Еще более эффективным является сочетание аудиокомментариев с видеоинформацией или анимацией, так как появляется возможность постепенно, шаг за шагом разъяснять самые сложные процессы в развитии.

Важным достоинством является возможность практически на любом этапе работы с программой предоставить обучающемуся возможность осуществить выбор из нескольких альтернатив с последующей оценкой правильности каждого шага. Такой постоянный самоконтроль особенно важен в процессе самообразования.

Наконец, нельзя сбрасывать со счетов занимательность мультимедийного образования. Построение процесса обучения в виде развивающих интерактивных игр резко повышает внимание и интерес к учебному материалу. Значительно повышает качество восприятия информации музыкальное сопровождение учебного процесса. Благодаря всем этим преимуществам за рубежом формируется развитая сеть мультимедийного компьютерного образования, которая включает общее образование, систему повышения квалификации. При этом делается упор на индивидуализацию процесса обучения.

Мультимедиа часто организовано как гипермедиа (сверхсреда). Здесь необходимо различать следующие понятия. Гипертекст – это текст, содержащий в себе связи с другими системами, графической, видео- или звуковой информацией. Гипермедиа – это гипертекст с нетектстовыми компонентами (звук, видео). Гипермедиа состоит из узлов, которые являются основными единицами хранения информации и могут включать в себя страницы текста, графику, звуковую информацию, видеоклип или даже целый документ. При изучении базы данных гипермедиа пользователи могут осуществлять доступ к любому узлу в зависимости от своих потребностей.

Во многих системах гипермедиа узлы могут быть удалены или изменены самим пользователем. Пользователь может добавлять или изменять информацию в узле или создавать свои собственные узлы информации.

Таким образом, гипертекст может быть динамичной базой знаний, которая продолжает расти, представляя при этом новые и различные точки зрения.

Доступ к узлам осуществляется через связи, которые соединяют между собой узлы. Связи в системах гипермедиа обычно являются ассоциативными, т. е. они описывают связи между узлами, которые соединяют. Это означает, что, глядя на один узел, пользователь соединяется (обычно по “горячим клавишам” или “горячим точкам”) с другим узлом информации. Оказавшись в новом узле, пользователь может захотеть вернуться в узел, из которого он пришел, или переместиться в другой узел. Связи в гипермедиа перемещают пользователя через информационное пространство в выбранные им узлы, что позволяет пользователю осуществлять перемещения по базе данных.

Структура узлов и структура связей формируют сеть представлений в базе данных, связанную и взаимодействующую группу или систему представлений. Эти структуры могут быть очень богатыми.

Системы гипермедиа играют большую роль в высшем образовании. Они традиционно используются в качестве информационных систем.

Информация кодируется в базу знаний, которую используют ученики.

Гипермедиа используется более целенаправленно для создания конструктивистских обучающих сред, сфокусированных на аргументированном обучении и построении знаний). Рекомендуется использовать мультимедиа и гипермедиа в качестве инструментов создания знаний самими учениками. Вместо того, чтобы взаимодействовать с готовой системой гипермедиа, ученики используют простые системы организации гипермедиа/мультимедиа для создания баз данных, которые отражают их собственное мышление.

WWW (World Wide Web – всемирная паутина) представляет собой самое современное средство организации сетевых ресурсов. Она строится на основе гипертекстового представления информации. Конечной целью WWW является объединение всех ресурсов сети (файлов, текстов, баз данных, программ-серверов) в единый всемирный гипертекст.

Последний писк в мультимедийных разработках – интерфейсы искусственной (виртуальной) реальности, позволяющие достичь в моделирующих и обучающих программах предельной наглядности.

Мультимедийные средства обучения.

Мультимедийные обучающие системы включают компакт-диск, руководство пользователя и в ряде случаев книгу, на базе которой выполнена эта система. В настоящее время выпущено несколько обучающих систем с использованием видео и звуковых возможностей мультимедийных компьютеров по различным учебным дисциплинам. Общим для всех комплексов является наличие звукового сопровождения изучаемого материала и использование различных режимов обучения. Дадим краткий обзор мультимедийной программы.

Все программы имеют иерархическую структуру. Весь материал разбит на лекции (они же главы). Каждая лекция состоит из нескольких частей, причем таких частей может быть от одной до десяти. Каждая часть, в свою очередь, содержит один урок, с которым работает пользователь.

Продолжительность одного урока не превышает 12-15 минут, это время является оптимальным для освоения нового материала. Реальное время работы с одним уроком с учетом нескольких прослушиваний трудных мест, тестовым и контрольным режимами в среднем составляет от 30 минут до часа. При изучении материала все действия демонстрируются на экране и сопровождаются лектором, зачитывающим текст лекции. В программах реализовано несколько режимов обучения.

– Непрерывный – урок зачитывается большими фрагментами без перерыва и занимает примерно 15 минут. Имеется возможность остановки и возврата назад.

– Пошаговый – урок преподносится небольшими фрагментами.

Пользователь может продолжить занятие или вернуться к любому из предыдущих шагов, на некоторое количество частей или шагов. Излагается материал части, а затем обучаемый может вновь прослушать эту часть или перейти к следующей.

– Контрольный – обучение проводится в пошаговом режиме. После каждого шага обучаемому задается контрольный вопрос или предлагается произвести некоторую операцию. Если обучаемый сам не справился с заданием, то он может воспользоваться подсказкой.

– Тестовый – перед обучаемым ставятся задачи по теме пройденного занятия, и он должен выполнить все необходимые для этого действия. В этом режиме можно пользоваться подсказкой.

Программа имеет также следующие дополнительные возможности:

– Закладки – пользователь может вставлять закладки, к которым он может вернуться из любого занятия.

– Книга – пользователю доступен полный учебный материал по данному курсу, реализованный в виде гипертекста.

– Указатель – система быстрого поиска и навигации в терминологии позволяет учащемуся быстро найти любой интересующий его термин или посмотреть, как выполнить ту или иную операцию. Сделав выбор, учащийся перемещается в ту часть лекции, где рассказывается о данном разделе.

В мультимедийных классах изменилась и роль учителя. Он стал более эффективно использовать учебное время, отказавшись от утомительных повторов информации и сосредоточив свое внимание на индивидуальной помощи ученикам, обсуждении информации, развитии у слушателей исследовательского подхода.

В то же время следует отметить и определенные недостатки, которые проявились в системе мультимедийного образования. Дело в том, что большинство мультимедийных продуктов (за исключением, пожалуй, языковых курсов, детских развивающих игр и корпоративных программ для повышения квалификаций) были созданы специалистами информатики, а не образования. Поэтому методическое сопровождение этих программ часто оставляет желать лучшего, и без помощи хорошего преподавателя они остаются все же больше предметом пассивного обучения и справочными пособиями с прекрасными презентационными возможностями. Настоящий пик развития возможностей мультимедиа в сфере образования еще впереди.

За последнее время на рынке появилось много мультимедийных продуктов: электронные издания (книги, журналы, газеты), публикации и даже электронная энциклопедия. Так, основными инструментами работы с электронной энциклопедией являются: рубрикатор, гипертекст, полнотекстовая поисковая система и механизм переноса текстовой и иной информации в документы пользователя.

ЛИТЕРАТУРА: 59, 82, 110, 134, 150, 168, 184.

Лекция 22.

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ.

Виртуальная реальность – мнимый мир, создаваемый аудиовидеосистемой в воображении пользователя. Виртуальная реальность создается звуком и цветными изображениям, причем все они могут объемными. Для этого среди внешних (периферийных) устройств обязательно должны быть экраны и динамики. В отличие от действительной реальности, в которой живет пользователь, виртуальную реальность он создает и динамично изменяет сам. Для этого пользователь воздействует на входные устройства системы: клавиатуру, микрофон, сканер, электронное перо, электронную кисть, мышь. В специальных задачах для более глубокого восприятия виртуальной реальности используют специальные устройства (шлем, перчатку, костюм). Таким образом, виртуальная реальность – это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа-операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном “экранном мире”.

Технология неконтактного информационного взаимодействия, реализуемая системой “Виртуальная реальность”, позволяет компьютеру отобразить непосредственно в цифровой форме импульсы от “информационной перчатки” (“интерфейс-перчатка”) и “информационного костюма”. Рука пользователя, одетая в “информационную перчатку”, может быть спроецирована в виртуальной форме в трехмерной компьютерно генерированной среде. Манипулируя “информационной перчаткой”, пользователь может взаимодействовать с виртуальным миром, передвигая и управляя объектами, либо использовать набор жестов в качестве команд. При наличии “информационного костюма”, “информационной перчатки”, “информационных очков” со встроенными стереоскопическими экранами (очки-телемониторы) и наушников со стереозвуком (очки и наушники образуют так называемый “шлем”) пользователь может, образно выражаясь, “шагнуть” прямо в виртуальный мир.

Существуют фирмы, создающие для пользователей программное обеспечение с необходимыми им виртуальными реальностями. Продаются готовые прикладные программы, которые используются в образовании, науке. Уже в настоящее время возможности системы “ Виртуальная реальность” используются при тренаже спортсменов, профессиональной подготовке специалистов в области астронавтики, архитектуры, медицинской диагностики, организации развлечений и досуга, а также в областях, использующих научную визуализацию. Например, если возможности трехмерной компьютерной графики позволяют осуществлять прогноз результатов хирургической операции, представляя трехмерное изображение на экране компьютера, то использование системы “Виртуальная реальность” позволяет создать иллюзию реально проводимой хирургической операции.

Основные компоненты системы “Виртуальная реальность” Базовыми компонентами типичной системы “Виртуальная реальность” являются:

– перечни или списки с перечислением и описанием объектов, формирующих виртуальный мир, в субсистеме создания и управления объектами виртуального мира;

– субсистема, распознающая и оценивающая состояние объектов перечней и непрерывно создающая картину “местонахождения” пользователя относительно объектов виртуального мира;

– головной установочный дисплей (очки- телемониторы), в котором непрерывно представляются изменяющиеся картины “ событий” виртуального мира;

– устройство с ручным управлением, реализуемое в виде “информационной перчатки”, или “спейс-болл”, определяющее направление “перемещения” пользователя относительно объектов виртуального мира;


– устройство создания и передачи звука.

Контакт пользователя с системой “Виртуальная реальность” может осуществляться голосом или с помощью специального устройства – джойстринга, обеспечивающего эффект обратной силовой связи, а также с помощью очков- телемониторов.

Отдельно остановимся на последних устройствах, так как обеспечение связи посредством голоса ничего принципиально нового в себе не несет и используется сравнительно давно. Следует лишь отметить, что в системах “Виртуальная реальность” реакция на звуковой сигнал, полученный от пользователя, производится в соответствии с составленной программой.

Устройство ДЖОЙСТРИНГ создает эффект обратной силовой связи, ИНТЕРФЕЙС-ПЕРЧАТКА обеспечивает общение жестами, преобразуя каждое движение пальцев руки в электрические сигналы, воспринимаемые и расшифровываемые компьютером. Например, можно, манипулируя перед экраном пальцами в информационной перчатке, перемещать объекты на экране. Более того, можно “войти” в виртуальный мир экрана, отодвигая, перемещая, трогая предметы, отображенные на экране.

Так, например, можно ощутить сферичность шара, иллюзию хватания предмета, изображенного на экране. Эти эффекты достигаются следующим:

между слоями ткани интерфейс-перчатки проложены тонкие световодные нити, обвивающие каждый палец, проходящие вдоль кисти руки и подсоединенные к специальной плате, вмонтированной в перчатку в области запястья. С помощью специальных устройств происходит преобразование световых сигналов в электрические. Так, например, если согнуть палец, сгибается световод, энергия импульса изменяется, что немедленно улавливается фотоэлементом, который вырабатывает электрический сигнал, воспринимаемый компьютером.

Кроме того, в интерфейс-перчатку вмонтированы на уровне подушечек пальцев руки устройства тактильной обратной связи. В нужный момент, определяемый системой, эти устройства надавливают на кончики пальцев, создавая эффект касания предмета виртуального мира (например, поверхности шара, изображенного на экране). Иллюзию хватания предмета обеспечивает устройство, передающее усилия пользователя по “тросикам”, приводящим в движение сервомоторы. Компьютер в соответствии с программой производит управление сервомоторами, осуществляющими обратную силовую связь с пользователем. Производимые пользователем с помощью джойстринга манипуляции улавливаются компьютером, который считывает информацию и подает сигналы углового положения, генерируя обратную связь при помощи сервомоторов. Это позволяет, например, “ ощутить тяжесть” предмета, изображенного на экране – “взятого в руку”, или “натолкнуться” на препятствие, изображенное на экране. В интерфейс перчатку вмонтированы также датчики изгиба пальца, отведения пальца в сторону, абсолютного положения и ориентации. Они обеспечивают синхронность функционирования неконтактного взаимодействия руки пользователя с системой.

ОЧКИ-ТЕЛЕМОНИТОРЫ представляют собой пару очков, внутри которых находятся два минимизированных монитора, каждый строго напротив каждого глаза. Очки-телемониторы обеспечивают стереоскопическое видение экранного представления виртуального мира за счет того, что каждый глаз пользователя видит предмет на экране под разными углами. Современные системы “Виртуальная реальность” обычно обеспечивают создание различных картинок для каждого глаза с определенным смещением. При этом решается задача построения ранее описанной картинки дважды за короткое время с интервалом в несколько дюймов. Очки-телемониторы, снабженные специальными датчиками, информируют компьютер о поворотах головы человека, сидящего парад экраном, в результате чего пользователь имеет возможность “окинуть взглядом” всю стереоскопически представленную картинку виртуального мира.

Для более совершенного, многогранного и многофункционального неконтактного взаимодействия пользователя с виртуальным миром используется специальный ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОСТЮМ с датчиками, преобразующий любые движения тела пользователя в сигналы системы.

Следует добавить, что техническая реализация системы “Виртуальная реальность” имеет различные варианты.

Виды взаимодействия в системе “Виртуальная реальность” В настоящее время можно выделить три подхода к осуществлению информационного взаимодействия пользователя с объектами виртуального мира, создаваемого системой “Виртуальная реальность”. Первый подход реализует идею погружения в виртуальный мир. При этом, образно выражаясь, пользователь, облачившись в скафандр, снабжающий информацией, “входит” в дискретную цифровую Вселенную. Манипулируя информационной перчаткой, он непосредственно взаимодействует с компьютером, перемещая, трогая объекты виртуального мира, представленные на экране, “движется” или “летает” внутри него, естественно, с синхронным звуковым сопровождением. Второй подход – это оконное представление трехмерного пространства виртуального мира на экране компьютера. При этом в качестве средства управления используются устройства типа “спейс-болл”, или “летающая мышка”, обладающие значительной степенью свободы. Третий подход – это реализация взаимодействия с объектами виртуального мира “третьим лицом”, представленным движущимся изображением на экране компьютера и отождествляемым с пользователем. При этом действиями “третьего лица” управляет пользователь, находя свое собственное изображение на экране.

Все три вышеперечисленных подхода реализуют основную идею информационного взаимодействия, обеспечиваемого системой “Виртуальная реальность”. Эта идея заключается в обеспечении, во-первых, непосредственного участия пользователя в событиях, протекающих в виртуальном мире, но происходящих в реальном времени и, во-вторых, максимального отдаления интерфейсов между пользователем и компьютером.

Психолого-педагогические возможности Реализация вышеописанных возможностей позволяет создавать принципиально новый уровень информационно-предметной среды за счет “погружения” в трехмерную, стереоскопически представленную виртуальную реальность, обеспечивающую: моделирование ОЩУЩЕНИЙ непосредственного контакта пользователя с объектами виртуальной реальности (видеть, слышать, осязать рукой);

бесконтактное УПРАВЛЕНИЕ объектами или процессами виртуальной реальности;

ИМИТАЦИЮ РЕАЛЬНОСТИ – эффект непосредственного участия в процессах, происходящих на экране, влияния на их развитие и функционирование;

ИНТЕРАКТИВНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ с объектами или процессами, находящими свое отображение на экране, реализация которых в реальности невозможна.

Возможности системы “Виртуальная реальность” позволяют через реализацию и внедрение специальных методик встраивания технологий обучения в предметноориентированные учебные среды осуществлять ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ лонгирующего (т.е. длительного по времени) характера, которое:

– развивает наглядно-образное, наглядно-действенное, интуитивное, творческое, теоретическое мышление;

– формирует эстетические вкусы.

Использование системы “Виртуальная реальность” открывает новые методические возможности в процессе формирования:

– умений и навыков в сфере проектирования предметного мира;

– умений и навыков в области художественной деятельности;

– абстрактных образов и понятий при моделировании изучаемых объектов и явлений как окружающей действительности, так и тех, которые в реальности не воспроизводимы.

Реализация возможностей системы “Виртуальная реальность” ограничена лишь программными средствами, разработанными для функционирования “виртуальных миров”, а также возможностями технических устройств, реализующих эти среды.

Используя возможности системы “Виртуальная реальность”, можно визуализировать процесс трансформации стереоскопически представленных геометрических фигур;

обеспечивать визуализацию взаимодействия между стереоскопически представленными объектами, используя инструмент моделирования ситуаций;

обеспечивать информационный обмен, обратную связь между пользователем и объектами виртуального мира. Кроме того, можно обеспечить:

– создание объектов “виртуальной реальности” (экранное изображение стереоскопически представленных трехмерных геометрических фигур);

– оперирование ими;

– наблюдение различных форм стереоскопически представленного динамического изображения стереометрического объекта;

– построение стереоскопически представленных фигур;

– управление отображением на экране модели стереометрического объекта, ее преобразованиями.

СВОЙСТВА описываемой в качестве “виртуальной реальности” позволят обеспечить: динамическое представление на экране (перемещение, вращение) стереоскопически представленного изображения трехмерных геометрических фигур;

динамическую развертку и “свертывание” на экране стереоскопического изображения трехмерной фигуры;

“вхождение внутрь” стереоизображения фигуры с возможностью изучения и наблюдения с различного ракурса изображений ее элементов;

“вхождение внутрь” с возможностью изменения “внутреннего интерьера” изображения, “перемещения” в нем.

Возможности системы “Виртуальная реальность” обладают мощным стимулирующим ПЕДАГОГИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ лонгирующего характера, которое формирует “видение глубины изображения”, развивает склонность к анализу, синтезу, абстрагированию, обобщению;

инициирует развитие операционального, наглядно-образного, теоретического мышления обучаемого;

открывает новые методические возможности в процессе формулирования абстрактных образов и понятий.

ЛИТЕРАТУРА: 165, 177, 208.

Лекция 23.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИГРЫ План: 1. Общая характеристика компьютерных игр.

2. Обучающие компьютерные игры.

1. Общая характеристика компьютерных игр.

Компьютерная игра (КИ) – это программа, специально созданная для конкретной модели компьютера и представляющая пользователю (играющему) возможность активного участия в изменении игровых ситуаций, отображаемых на экране компьютера. Набор таких программ хранится на магнитных носителях – магнитных дисках или лентах.


В большинстве компьютерных игр пользователь анализирует игровую ситуацию на экране, принимает решение по воздействию на нее для достижения определенной цели и реализует это воздействие с помощью клавиатуры компьютера либо с помощью специальных устройств ввода – джойстика, мыши и др.

Электронными средствами КИ являются:

а) персональный компьютер (ПК);

б) телевизионная приставка, управляющая изображением на экране телевизора;

в) миниатюрная микропроцессорная игрушка с собственным экраном на жидких кристаллах.

Современные компьютеры в полной мере реализуют в КИ свои возможности – звук, видео, графика, анимация и т.д. Поэтому грамотно спроектированные компьютерные игры могут оказать неоценимую помощь в воспитании и развитии подрастающего поколения. Результатом правильного использования специально подобранных комплектов игр может стать прогресс в познании возможностей компьютера, приобретение навыков работы с его устройствами, овладение приемами и методами создания алгоритмов и программ.

КИ реального времени на ПК для одного играющего без применения специального оборудования (“мышек”, “джойстиков” и др.) можно рассматривать как определенную задачу – в ней имеются условия, цель и средства ее достижения. Решение задачи – процесс, управляемый играющим в реальном времени по определенным правилам. Течение процесса оценивается по установленному критерию.

В КИ выделяются три компонента:

а) игровая среда – совокупность объектов, связей в игре и правил их изменения;

б) взаимодействие с играющими – совокупность средств, предоставляемых играющему для изменения игровой среды (чаще всего это клавиатура ПК);

в) оценка игровой ситуации – соотношения и условия, которые определяют цель поведения играющего. Сюда включается система очков и штрафов за игровые действия, описание начальной и конечной ситуации.

Игровая программа чаще всего состоит из двух частей: первая реализует внутреннюю, логическую структуру КИ, т.е. отображает игру в системе машинных данных и алгоритмов, вторая – отображает процесс игры на терминале (эта часть связана с эстетическими аспектами, поэтому ей придается особое значение, ведь игра должна приносить играющему удовольствие). В КИ используется небольшое количество сюжетов, чаще всего это модификации обычных традиционных игр и жизненных ситуаций, но формы их реализации огромны.

Под воздействием КИ сформировалась новая отрасль – досуговая информатика. Она включает системный анализ структуры свободного времени людей, аппаратное обеспечение досуга, его программное и организационное обеспечение.

Классификация КИ 1. Аркадные игры (или динамические). Аркадная игра в своем чистом виде основана на быстроте реакции игрока, а также в умении обращаться с клавиатурой или джойстиком. Эта разновидность игр пользуется особой популярностью в телевизионных игровых приставках. Аркадных игр существует очень много;

для них имеются разработанные шаблонные темы и жанры (“стрелялки”, игры с единоборствами, аркадные гонки, “виртуальная реальность”).

2. Логические игры – это компьютерные версии классических настольных, интеллектуальных и карточных игр: шахматы, шашки, бридж, преферанс и др. Сюда относятся красиво оформленные сборники головоломок.

3. Ролевые игры связаны с перевоплощением (вживанием) в роль абстрактного персонажа (или сразу нескольких персонажей), живущих и действующих в вымышленном мире. Обычно целью ролевой игры является совершение подвигов и спасение целых миров. Система правил детально описывает все, что касается персонажа, а также всех повседневных и выдающихся событий, которые с ним происходят. Персонажи наделяются обширным набором численных характеристик, определяющих разнообразные аспекты его способностей (сила, ловкость, телосложение, интеллект, мудрость и т.д.). По мере того, как проходит его жизнь в вымышленном мире, характеристики постепенно улучшаются. Обычно миры ролевых игр возбуждают фантазию и служат способом бегства от скучного реального мира. Прекрасным примером становятся игры в мирах “фантазии”.

Еще одна цель игры – живое дружеское общение, перенесенное на иную основу.

Хотя фактически персонажи являются не более чем набором цифр показателей, для игрока это его второе “я” становится родным и близким.

Сухие цифры преображаются в существо из плоти и крови, а гибель персонажа вовлекает нормального игрока в многодневную меланхолию.

Все остальное, что есть в иллюзорном мире ролевых игр, подчиняется броскам кубиков и набору правил. Правила и кубики регулируют все, в том числе и силу и агрессивность встреченных в странствиях врагов – а их там немало! Как ни странно, в конечном счете ролевые игры не имеют какой-то великой конечной цели. Вернее, цель эта состоит в том, чтобы максимум людей приятно провели время и получили удовольствие от хитросплетений сюжета.

4. Имитаторы (или симуляторы) – класс игр, в которых игрок по возможности более реалистично управляет каким-либо аппаратом – самолетом, автомобилем, космическим истребителем, подводной лодкой или др. Во всех имитаторах игрок видит на экране то, что он бы видел из кабины управляемого им аппарата, а также необходимые приборы и датчики.

Существуют имитаторы, где приборы занимают аж несколько экранов и выводят такую массу информации, что переварить ее игрок бывает не в состоянии. Подавляющее большинство имитаторов воспроизводят боевые аппараты, т.к. ощущение опасности поднимает качество восприятия игры.

5. Управленческие игры. Предметом управления в подобных играх – сложная система, с большим количеством параметров и разнообразными способами оказания внешнего воздействия. Чем сложнее система, тем больше у нее потенциальных мест для отказа, тем больше усилий приходится затратить для налаживания бесперебойной работы. К тому же нередко управлять приходится в реальном времени, поэтому интуитивные, быстрые решения становятся особенно ценными.

Выбор моделируемой системы не ограничивается ничем, кроме фантазии создателей игры. Объектом игры может стать современный мегаполис или луна-парк, секретная служба контрразведки или колония на далекой планете.

Соответственно в играх бывает сделан акцент на политические или экономические решения, но вовсе не обязательно моделируемая система должна относиться к человеческому сообществу. Бывают и управленческие игры, где игроку приходится руководить развитием замкнутой биологической системы. Единственное обязательное требование – это, конечно, интерес и увлекательность происходящего, чтобы игроку не было скучно.

6. Стратегические игры – это игры, где необходимо руководить военными действиями на уровне командира любого ранга. Очень часто здесь стоит задача управления не только войсками, но и экономическими ресурсами, т.е. “тылом”.

Действие стратегической игры может происходить в мирах героической фантазии, где волшебные создания ведут бой с помощью магии и холодной стали. С другой стороны, во многих стратегических играх, наоборот, сражения имитируются с максимальным реализмом, вплоть до ссылок на конкретно существующие боевые единицы.

Интересно бывает перекроить ход истории по-своему в исторических играх этой категории. Часто в них предусматривается два режима: с реальной исторической обстановкой и вымышленной.

По способу управления войсками стратегические игры делятся на динамические (игры реального времени) и статические. В первой разновидности приходится отдавать приказы войскам так, чтобы поспеть за стремительно меняющейся исторической обстановкой, а вот во второй противник будет терпеливо ждать, пока вы отдадите все приказы своим войскам, а лишь потом начнется очередная фаза сражения.

7. Приключенческие игры – здесь имеется некоторая разновидность действий, порой совершенно неочевидных, которые приводят к развитию сюжета и в конечном счете позволяют успешно пройти игру. Отыскание этой последовательности действий и входит в обязанности игрока. Большей частью приходится руководствоваться методом проб и ошибок, редко когда можно до всего дойти на рациональном уровне. Современным приключенческим играм присущ графический интерфейс со значками пиктограммами, это является стандартом для их создания.

8. Спортивные игры – имитация спортивных игр и соревнований:

американский футбол, регби, бейсбол, хоккей, футбол. Очень часто встречается компьютерный гольф: закатывание шариков в лунки на фоне красивой природы.

9. Обучающие игры – поражают неожиданностью подхода к обучению чему-либо (как взрослых, так и детей) Есть программы, в легкой и ненавязчивой форме обучающие любым учебным дисциплинам. Чтобы вовлечь обучаемого в состояние спортивного азарта, используются самые разнообразные ухищрения.

2. Обучающие компьютерные игры.

КИ появились с первыми компьютерами. По мере совершенствования машин совершенствовались и игры. Приход компьютеров в школу позволил не только улучшить процесс обучения, но и сделать занятия более интересными. У всех детей отмечается яркое эмоционально отношение к компьютеру.

Важную роль в обучающих КИ выполняет игровая компонента – специально разработанный для данной игры программный модуль, позволяющий отобразить на экране компьютера динамичную игровую ситуацию. Цель игровой компоненты – внесение в процесс работы пользователя с компьютером элемента развлекательности. Кроме того, игровая компонента зачастую выполняет функцию отсчета времени, отведенного на решение предложенной задачи, включает в себя при необходимости элементы подсказки.

Компьютерные программы, как правило, строятся по принципу самоконтроля. Сам сюжет программы подсказывает детям, верный или неверный ход решения они приняли. В обучающих КИ особые, более опосредованные, более сложные правила. Они представлены в двух планах:

во внешнем плане (управление компьютером) и внутреннем (правила по содержанию игры).

Ознакомление детей с внешними правилами может быть выделено как особая задача. Для этого необходимо обучить детей не только пользоваться клавиатурой и “мышью”, но и с их помощью управлять программами (так, координатный манипулятор “мышь” требует от детей развитой координации “глаз-рука”).

Во внутреннем (содержательном) плане правила игр во много сходны с правилами традиционных игр, но имеют и принципиальные отличия. Во первых, многие компьютерные игры строятся по принципу постепенного усложнения игровой и дидактических задач, как бы держа ребенка в “зоне ближайшего развития”. Во-вторых, такая “этапность”, заложенная в программе, часто не позволяет перейти на следующий уровень, не выполнив задание предыдущего уровня. В одних играх можно с помощью выбора в “меню” произвольно выбирать уровень сложности задания. В других, так называемых адаптивных, играх программа сама подстраивается под ребенка и предлагает ему новые задания с учетом его прежних ответов: более сложные, если задания выполняются успешно, или более простые – в обратном случае. В-третьих, многие игры, в отличие от традиционных, содержат элементы случайности. В компьютерных программах этот технический прием широко применяется для придания игре важных психолого-педагогических свойств – новизны, неожиданности, чуда. Как бы невзначай могут возникать новые персонажи, новые ситуации, неожиданные явления и взаимосвязи. Случайно возникающими, динамично изменяющимися даже внутри одной игры могут быть и сами правила этой игры, чего не бывает в играх традиционных.

С точки зрения мотивации участия детей в игре обучающие КИ делятся на два широких класса. Первый – это игры, движущей силой которых является желание подражать некоторой жизненной ситуации, т.е. игры “подражательные”. Второй класс – это игры, стержнем которых является желание выиграть – игры “выигрышные”. Мотивация в “подражательных” и “выигрышных” играм может быть совершенно различной.

В “подражательных” играх – это осознанная или неосознанная подготовка себя к некоторой новой деятельности (деловые, ролевые игры).

Социальная значимость таких игр состоит в тренировке умственных или физических способностей человека, получении определенного навыка.

Инстинкт подражания и жажда тренажа – вот основные составляющие мотивации “подражательных” игр, причем в них обычно не бывает четкого окончания и они могут продолжаться сколько угодно долго. Игры такого типа можно также назвать “тренажерными”.

Основным отличием “выигрышных” игр от “подражательных” (“тренажерных”) является наличие явного окончания и возможности выигрыша. В этих играх эмоциональный момент, связанный с предвкушением и достижением победного окончания, очень важен.

В обучающей “выигрышной” игре можно выделить две цели: одна – обучающая, другая – достижение участником победного результата в игре.

Это раздвоение целей заключается в том, что ребенок, устремленный к ближайшей цели – выигрышу, старается делать удачные ходы, и таким образом как “побочный” результат достигается другая цель – обучение. В обучающей игре это означает: при получении “побочного” продукта – обучение состоялось.

Если же игра еще не исчерпана, интерес к ней, желание выиграть и побеждать впредь заставляет ребенка либо найти беспроигрышный алгоритм, либо стремиться к нему, в конечном счете это и является самим процессом обучения. Чем ближе цели выигрыша и цели обучения, тем более эффективна такая игра.

Классификация обучающих КИ Обучающие КИ специально создаются программистами-разработчиками в образовательных целях. Это и отдельные программы, и наборы программ в виде отдельных коллекций, подсистем, пакетов, серий (в зависимости от степени их “общности”). Образовательные компьютерные программы для дошкольников и младших школьников обладают огромным потенциалом для интеллектуального и эмоционально-личностного развития детей.

Как правило, все детские игровые компьютерные программы носят развивающий характер, так как в них использованы символическое представление информации и опосредованный характер управления. Вместе с тем в разнообразном ассортименте детских программ выделяются большие группы программ, которые группируются в следующие большие классы:

– развивающие игры;

– обучающие игры;

– игры-эксперименты;

– игры-забавы;

– компьютерные диагностические игры.

Рассмотрим подробнее, как характеризуются программы, относящиеся к каждому из этих классов.

Развивающие игры Это компьютерные программы т. н. “открытого” типа, предназначенные для формирования и развития у детей общих умственных способностей, эмоционального и нравственного развития, целеобразования, способности соотносить свои действия по управлению игрой с создающимися изображениями на экране. Они развивают фантазию, воображение. В них нет явно заданной цели – они являются инструментами для творчества, самовыражения ребенка.

К программам развивающего типа относятся:

– различного рода графические редакторы, в том числе “рисовалки”, “раскрашки”, конструкторы, которые предоставляют возможность свободного рисования на экране прямыми и кривыми линиями, контурными и сплошными геометрическими фигурами и пятнами, закрашивания замкнутых областей, стирания, а также коррекции рисунка;

– простые текстовые редакторы для ввода, редактирования, хранения и печатания текста;

– “конструкторы сред” с разнообразными функциональными возможностями свободного перемещения персонажей и других элементов на фоне декораций, в том числе те, которые служат основой создания “режиссерских” компьютерных игр;

– музыкальные редакторы для ввода, хранения и воспроизведения простых (чаще одноголосых) мелодий в нотной форме записи;

– “конструкторы сказок”, совмещающие возможности элементарных текстового и графического редакторов для формирования и воспроизведения иллюстрированных текстов древовидной или сетевой структуры. Такие игры предполагают множество педагогических методик их использования.

Обучающие игры К ним относятся игровые программы дидактического (“закрытого”) типа, в которых в игровой форме предлагается решить одну или несколько дидактических задач. В этот класс входят игры, связанные:

– с формированием у детей начальных математических представлений;

– с обучением азбуке, слого- и словообразованию, письму через чтение и чтению через письмо;

– с обучением родному и иностранным языкам;

– с формированием динамических представлений по ориентации на плоскости и в пространстве;

– с эстетическим, нравственным воспитанием;

– с экологическим воспитание;

– с основами систематизации и классификации, синтеза и анализа понятий.

Игры-эксперименты В играх такого типа цель или правила не заданы явно: они скрыты в сюжете или способе управления игрою. Поэтому ребенок, прежде чем добиться успеха в решении игровой задачи, должен путем поисковых действий прийти к осознанию цели и способа действия. Это и является ключом к достижению общего решения игровой задачи.

Игры-забавы В таких играх не содержатся в явном виде игровые задачи или задачи развития (это видно из названия группы). В них предоставляется возможность детям развлечься, осуществить поисковые действия и увидеть на экране результат в виде какого-либо “микромультика”. К этой группе, в частности, можно отнести популярную серию американских программ “Живые книжки”.

Компьютерные диагностические игры Первые из названных выше три типа игр следует считать диагностическими, поскольку опытный педагог и психолог могут многое сказать о ребенке на основании наблюдения за способом решения им компьютерных задач, его игровыми действиями.

Однако более строго компьютерными диагностическими методиками можно считать лишь реализованные в виде компьютерной программы валидозированные психодиагностические методики. При этом такая программа фиксирует заданные параметры, запоминает их в памяти компьютера, затем обрабатывает и результаты обработки сохраняет на диске.

В дальнейшем эти результаты, предназначенные для интерпретации психологом, могут быть выведены на экран дисплея или на печатающее устройство. Такая интерпретация может быть заранее запрограммирована и выведена автоматически компьютером. Результаты диагностики могут выводиться в виде рекомендаций для учителей школы и родителей.

К этому классу программ относятся также компьютерные методики экспресс-диагностики различных функциональных систем детского организма, позволяющие в считанные минуты выявлять патологию, отклонения от нормы.

Компьютерные диагностические программы могут использоваться в детском саду для выявления уровня общих умственных способностей детей;

творческих способностей детей;

оценки уровня развития психических и психофизиологических свойств личности (памяти, внимания, восприятия, умственной работоспособности, интеллекта, эмоционального состояния, нервно-психического статуса, параметров морфофункциональной системы (моторики, быстроты движения и т. д.);

определения уровня психофизиологической и социальной готовности к поступлению детей в школу (физического развития, заболеваемости, физической подготовленности, основных физиометрических параметров растущего организма, факторов риска);

экспресс-диагностики утомляемости ребенка в процессе компьютерных занятий;

ранней диагностики отклонения детей от нормального развития.

Уже сейчас создаются компьютерные программы и программно технические средства для коррекции, реабилитации, компенсации детей с отклонениями либо ограничениями умственного и физического развития, в том числе для слабовидящих и слабослышащих детей, детей с нарушениями развития речи (логопедические) и аутичных детей и т.д.

ЛИТЕРАТУРА: 8, 9, 36, 44, 45, 51, 58, 69, 70, 71, 87, 90, 106, 111, 120, 131, 141, 143, 160, 186, 198, 199, 207.

Лекция 24.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.