Виртуальный конструктор

Введение

В настоящее время учебных виртуальных конструкторов (учебных сред) изобретено мало, хотя в условиях быстрой компьютеризации общества они приобретают все большую популярность. Их идея довольно проста. Можно дать ребенку возможность наблюдать за ходом физического эксперимента на экране компьютера, а можно позволить ему самому этот эксперимент ставить - расположить наклонные плоскости, гирьки, тележки, бильярдные шары, планеты Солнечной системы, электроны и пешеходов и посмотреть, что получиться. И не только посмотреть, но, если надо, получить все графики во всех осях координат и т. д. Сложна ли постановка виртуального эксперимента? Не сложнее, чем рассказ о ней и много проще, чем реальная постановка. Возможность постановки виртуального эксперимента, а, если нужно, и сотен и тысяч экспериментов, радикально меняет учебный процесс.

В школьных учебниках и пособиях понятия и явления объясняются довольно абстрактно, в них не хватает наглядности, что приводит к механическому зазубриванию материала. Виртуальный конструктор решает данную проблему.

Основная часть

1. Понятие «Виртуальный конструктор»

Виртуальный конструктор (учебная среда) - это образовательный электронный ресурс, позволяющий в рамках законов и правил, заданных предметной областью, строить модели и работать с ними в объектной технологии.

Глобальная педагогическая цель учебных сред - развитие творческих способностей обучаемого путем создания благоприятной среды, исследуя которую обучаемый приобретает нужные знания.

Обучение при использовании виртуальных конструкторов становится более интерактивным. Интерактивное обучение основано на прямом взаимодействии учащихся (обучаемых) с учебным окружением. Учебное окружение, или учебная среда, выступает как реальность, в которой участники находят для себя область осваиваемого опыта.

Если рассматривать интерактивное обучение глубже, то речь идет не просто о подключении эмпирических наблюдений, жизненных впечатлений учащихся в качестве вспомогательного материала, иллюстративного дополнения - опыт учащегося-участника служит центральным источником учебного познания.

2. Особенности учебных сред

Компьютерная информационная среда обучения содержит модели изучаемых знаний и является самостоятельным объектом обучения в варианте, возможном без участия учителя, реализуя парадигму: «ученик - учебная среда – технологии». Поскольку здесь информационные объекты не могут рассчитывать на их активизацию и воспроизведение учителем, то и требования к ним должны предъявляться другие, чем в системе «учитель - учебная среда – ученик»:

во-первых, они должны быть доступными учащимся и соответствовать их уровню знаний и мышления;
во-вторых, они должны быть воспроизводимыми и соответственно представлять все системные связи и отношения;
- в-третьих, они должны содержать максимально возможное количество средств самоактивизации.

В этом, очевидно, большое преимущество компьютерных средств обучения. Их средства управления и пользовательского интерфейса обязаны соответствовать уровню искусственного интеллекта, возлагая на себя часть функций учителя. Таким образом, печатные и компьютерные средства в системе обучения «ученик - учебная среда – технологии» должны соответствовать системному подходу. Такой тип обучения может быть применим в средней школе, во-первых, в дифференцированной форме, а во-вторых, только как надстройка над базовой системой с учетом специфики и профильной направленности обучения. Разумеется, любые печатные и компьютерные средства могут использоваться в полной системе обучения в качестве дополнительных учебных пособий (помимо основных учебников). В этом случае они выступают в качестве иллюстративных аудиовизуальных средств или сборников экспериментального материала, и поэтому к ним не предъявляются никакие требования, кроме требований качества и соответствия целям обучения.

Как дополнительные средства обучения компьютерные технологии имеют много преимуществ перед обычными средствами (учебниками): в полной мере реализуют деятельностный подход, обеспечивая оперативность исполнения любого запроса к системе и реализации обратной связи, а также не только выдачу в реальном режиме работы результатов (оценки) деятельности ученика, но и возможность мгновенного исправления допущенных ошибок в серии попыток. Это и позволяет учителю, освободившись тем самым от рутинных забот, сосредоточиться на базовых проблемах обучения и системного восприятия обучаемыми его содержания, реализуя технологии индивидуального подхода в обучении.

3. Основные виды виртуальных конструкторов

Логомиры.

Самой знаменитой учебной средой является Лого. В ЛогоМирах ребенок рисует фантастические пейзажи, сопровождает их письменными и устными текстами, населяет самыми разными персонажами, задавая для них математические законы поведения. Перволого - Лого для маленьких позволяет делать все это тем, кто еще не умеет читать и считать, но хочет научиться этому, а заодно многому другому. Используя прикладные программные средства общего назначения учитель (а тем паче, ученик) может создать собственную специальную образовательную среду для конкретного проекта. Например - нарисовать на экране визитную карточку, которую дети заполняют (с индивидуальной, посильной для них скоростью и грамотностью) придя в первый класс. Внутри компьютера все визитные карточки слетаются в одну общую записную книжку. Компьютер для каждого ученика печатает все листочки этой книжки. Ну, а разукрасить и вырезать сбоку страничку до нужной буквы и сшить в настоящую, не виртуальную, книжку - это дело самого ученика. Эта записная книжка становится для учащегося и его родителей не только полезным информационным продуктом, но и метафорой современной жизни в Сети (Интернете), где каждый рассказывает о себе и может узнать обо всех.

Элкон.

Элкон - графическая среда для моделирования объектов различных предметных областей. Создание композиций объектов (конструирование) осуществляется по принципу мозаики в процессе последовательного и целенаправленного применения к множеству используемых объектов соответствующих преобразований. В среде ЭЛКОН возможна реализация широкого спектра преобразований над множествами. Такие абстрактные понятия, как множество, функция, преобразование, операция и т.п., интерпретируются в системе на доступном для любого возраста уровне.

Система направлена на развитие конкретного и абстрактного мышления у детей, формирование творческих компонентов деятельности. Элкон может использоваться при изучении конструкторской деятельности, при изучении и исследовании множеств с различной структурной организацией, для формирования авторского мышления, эстетического воспитания и т.п.

Применение системы возможно практически в любых предметных областях, включая орнаментальное искусство, историю, географию, домоводство, дисциплины естественно-математического цикла. Система ориентирована на непрограммирующего пользователя. В среде Элкон могут работать дети, начиная с 5-6 лет.

Элкон - безъязыковая среда, поэтому особенно эффективна для работы с маленькими детьми, ещё достаточно хорошо не овладевшими речью. Принято считать, что в первую очередь математика и логика способствуют формированию абстрактного мышления. При этом нередко забывают, что таким средством выступает и язык.

Аскун.

Аскун - компьютерная учебная среда для изучения терминологии и моделирования задач на понятийном уровне. Словарный комплекс ориентирован на помощь учащимся в освоении основной терминологической лексики изучаемой предметной области, а также служит средством структурной организации понятий в виде тезауруса, выступая тем самым своеобразной моделью предметной области. Тезаурус содержит краткое определение каждого понятия и его связи с другими понятиями описываемой предметной области.

Разработка такого тезауруса является далеко не тривиальной задачей, а сам тезаурус представляет интеллектуальный продукт. Описание каждого термина в системе его связей становится отдельным исследованием, поскольку эта работа проводится на самом глубоком уровне изучения лингвистического объекта - как в парадигматике (в ряду аналогичных объектов), так и в энциклопедическом аспекте (в системе знаний).

В школьных учебниках и пособиях связи между понятиями одной дисциплины, как и междисциплинарные связи, не формулируются явно, что приводит к необходимости просто механически зазубривать учебный материал. Тем самым учащийся заучивает некоторую совокупность понятий часто без связи между ними, что не даёт целостного представления о предмете. Аналогично межпредметные и междисциплинарные связи остаются в тени. Происходит невосполнимое разрушение целого. В результате человек способен работать преимущественно на низких или средних уровнях принятия решений как в том, что касается его личной жизни, так и в профессиональной области.

При использовании АСКУН достигаются следующие цели:

изучение основной терминологической лексики предметной области и системы семантических связей между понятиями (тематическая и структурная ориентация);
формирование производных словарей (микротезаурусов) на базе основного тезауруса (функциональная ориентация);
ассоциативное усвоение элементов знаний изучаемой предметной области на основе многоаспектного использования словарной информации и графического изображения связей понятий (когнитивная ориентация).

Контур.

Контур - компьютерная учебная среда для решения задач на построение сечений выпуклого многогранника. Важно отметить, что решение задач в системе имеет в целом невычислительный характер. КОНТУР - это инструментальная среда, обеспечивающая активное изучение предметной области на базе тезауруса, моделирование проблемных ситуаций задачи на понятийном уровне, а также реализацию плана учащегося по построению сечения. Решение задачи в системе Контур осуществляется в режиме диалога с компьютером на естественном языке.

Система Контур позволяет решить любую задачу данного класса из школьного курса стереометрии, условие задачи формируется в режиме диалога. Одновременно создаются графические модели исходных объектов. При решении задачи учащийся работает с реальными объектами предметной области (точкой, прямой, отрезком, плоскостью, многоугольником, многогранником), использует набор графических операций, ему доступны различные виды вращения фигуры, работа в оконной среде.

Система Контур направляет деятельность учащегося на решение задачи и независимо от него генерирует правильный ответ. Никаких готовых решений в систему заранее не заложено. Контрольно-оценочный этап возлагается на преподавателя. Статистическую информацию о работе учащегося можно посмотреть в протоколе системы. Учитель получает информацию о том, сколько раз учащийся менял своё решение при описании объектов предметной области; сколько сделано попыток повторного решения задачи после сравнения собственного ответа с ответом компьютера; исследовалась ли задача на наличие других решений (если да, то сколько раз); какое время было затрачено на создание формальной модели условия задачи; каково общее количество задач, решённых учащимся за один сеанс работы с системой.

Основные достоинства разработки:

построение формальной модели условия задачи;
возможность исследования задачи на наличие других решений;
приближение объекта к реальному, за счёт учёта свойств элементов многогранника;
идея конструктора задач;
использование тезауруса для работы с понятиями, в результате чего предоставляется возможность ставить оригинальные задачи по изучению предметной области и их моделированию на понятийном уровне.

Заключение

Компьютерные учебные среды дают возможность учащемуся, решая, в том числе и стандартные, задачи, продемонстрировать нестандартность своего мышления. А сравнительный анализ полученных решений позволяет убедиться в многообразии существующих возможностей. В школе чаще всего, к сожалению, от ученика добиваются формального решения задачи. От него требуется с точностью до шага воспроизводить решение по шаблону.

Хотя опыт работы с виртуальными конструкторами пока не очень большой, но он показывает, что компьютерная поддержка творческой работы во всех направлениях востребована школой, и способна помочь как учителю, так и ученику.