Интегрированная программная среда поддержки дистанционного обучения «МатЛог»

В данной статье представлен концептуальный подход к построению собственных программных систем обучения математике с поддержкой практической математической деятельности и использования их в качестве компонента системы дистанционного обучения; рассмотрены основные требования и архитектура таких программных систем, принципы и технологии реализации.

Ключевые слова: математическая логика, интегрированное программное среду, информационные технологии обучения, дистанционное обучение, программно-педагогические средства, методы обучения, компонент, практическая математическая деятельность.

Актуальность. Современный степень развития коммуникационных ресурсов открыл перед человечеством новые горизонты на поле образовательной деятельности, но одновременно поставил и новые задачи. Бурное развитие информационных технологий, медленное, но неуклонное превращение компьютера из предмета, доступного лишь узкому кругу избранных, в обыденную вещь, появление Интернета и др. - Все это коснулось и такой отрасли, как образование. В последние годы все мы стали свидетелями появления многих курсов дистанционного образования. Но, к сожалению, подавляющее большинство из них рассчитана на репродуктивное усвоение материала, и не имеет достаточной методической поддержки. Системы же с интерактивной работой в Интернете, когда ученик может свободно решать задачи, практически не встречаются. А такие системы имеют особое значение при изучении таких предметов, как математика, физика, химия и т.д. [14, с. 86]. Поэтому, актуальной является проблема создания технологий, их разработки для дистанционного обучения.

В [10] описано первую версию интегрированной программной среды для дистанционного обучения с поддержкой практической деятельности «МатЛог» (далее система «МатЛог»), предназначенного для поддержки процесса овладения учебным материалом по курсу "Математическая логика и теория алгоритмов" в педагогических вузах. В цитируемой работе рассмотрена структура системы «МатЛог», приведено описание функциональности ее компонентов. Организационные формы обучения математической логике с использованием системы «МатЛог» представлены в [12]. В [11, 13] были рассмотрены вопросы методики изучения некоторых основных тем раздела "Алгебра высказываний" с использованием системы «МатЛог» и представленные методические рекомендации к изучению методов работы с системой «МатЛог» для эффективного использования этой системы в учебном процессе.

Напомним, что интегрированное программное среду «МатЛог» поддерживает:

• Учебный процесс в классической лекционно-аудиторной системе обучения, предоставляя лектору и студентам соответствующие сервисы;

• Процесс самостоятельного изучения предмета, предоставляя студентам все нормативные и дидактические материалы, консультации преподавателя и возможность общения с другими студентами;

• Процесс дистанционного изучения дисциплины под руководством преподавателя (тьютора), предоставляя преподавателям и студентам стандартные сервисы систем дистанционного обучения;

• Процесс решения учебных задач в специальной среде решения задач с сохранением хода решения и проверкой хода решения преподавателем.

Концептуальную модель, которую автор выбрал для проектирования интегрированной программной среды для изучения основ математической логики и поддержки практических занятий по курсу уже широко используется при разработке программно-педагогических средств в научно-исследовательском институте информационных технологий Херсонского государственного университета. В основу исследования положен опыт, научные и технологические наработки, полученные в результате работы над такими педагогическими программными средами: программно-методические комплексы «Видеоинтерпретатор алгоритмов поиска и сортировки» [9], «Системы линейных уравнений» [8], «ТерМ 7 - 9 »[6], система дистанционного обучения линейной алгебры« Web-Almir »[3]. Общие проблемы, связанные с такими системами, изложенные в [4; 7-9]. Такую модель была положена и в основу реализации интегрированной программной среды для дистанционного обучения «МатЛог», что является предметом рассмотрения данной статьи.

Построение программной среды «МатЛог» осуществлялась на платформе системы дистанционного обучения «Web-Almir». В ее основе создана программную оболочку, которая имеет следующие особенности: легкая интеграция существующих модулей, легкая модернизация существующих модулей, возможность расширения системы за счет новых модулей, легкость администрирования. Гибкость системы позволяет встраивать другие курсы. Использование компонентного подхода и принципа открытой архитектуры при построении системы позволило абстрагироваться от конкретного предмета, сделав систему универсальной, что позволяет легко внедрять новые курсы. Технология разработана так, что меняя лишь содержание учебника, практикума, задачника, компоненты «Генератор задач», «Среда для решения" задач и «Тестирование», можно легко создавать новые курсы.

Сейчас разработка программно-педагогических средств (ППС) для обучения различных учебных предметов происходит довольно интенсивно. Широкое применение ППС обеспечивает повышение качества знаний студентов, учета их индивидуальных особенностей, способствует интенсификации обучения.

С одной стороны, ППС - это пакеты прикладных программ для использования в процессе обучения различным предметам. С другой стороны, - это дидактические средства, предназначенные для достижения целей обучения: формирование знаний, умений и навыков, контроля качества, их усвоения и т.п., т.е. все компоненты процесса обучения [14, с. 74].

В работе [7] отмечается, что программно-педагогические средства по характеру процесса взаимодействия системы и студента можно разделить на обучающие системы (НС) и педагогически ориентированные системы поддержки практической деятельности (ПОСП).

НС во взаимодействии со студентами играют активную роль. Они «ведут» процесс обучения, определяют последовательность тем для обучения и темп обучения, задавая контрольные вопросы и осуществляя тестирование.

ПОСП во взаимодействии со студентами пассивные. Их основная функция - выполнение операций в соответствии с командами студента. Диалог ведет человек. Такую же роль играют практически все информационные системы - от программ пакета MS Office в профессиональных информационных систем. Однако, профессиональные информационные системы не пригодны для решения основных задач поддержки процесса обучения.

Учебная практическая деятельность имеет определенную специфику. В частности, целью студента является построение хода решения математической задачи, а не только получение ответа. Преподаватель оценивает только это. Поэтому педагогически ориентированные математические системы должны поддерживать именно процесс решения математической задачи [7].

Известны педагогически ориентированные системы поддержки математической деятельности Gran [1], Динамическая геометрия (DG) [2], Системы линейных уравнений, Мир линейной алгебры (СЛА) [14], ТерМ, Web-Almir ориентированы на такой способ использования. Отметим, что учебные программы Gran, DG направлено на математические задачи, имеющие графическую интерпретацию, а Системы линейных уравнений, СЛА, Терм, Web-Almir на класс математических задач, в которых основными методами решения является алгебраические (символьные) преобразования.

Неоспоримыми достоинствами НС есть полнота, методическая совершенство и использование современных информационных технологий в представлении знаний. Еще одна особенность - это возможность их использования для самостоятельного овладения учебным материалом. Недаром обучающие системы составляют ядро систем дистанционного обучения. Технологии, используемые при построении обучающих систем, по сути являются универсальными. Поэтому обучающие системы, как правило, строят как заполнение универсальных оболочек.

Достоинства систем ПОСП заключаются в предоставлении студенту возможностей вести активную практическую деятельность, имеющая черты познавательной, исследовательской, использовать современные информационные технологии как инструмент творческого процесса познания. Заметим также, что неотъемлемой чертой системы поддержки практической деятельности является ее проблемная или предметная ориентация.

Авторами работы [7] определено, что компьютерная поддержка предметно-ориентированной практической деятельности заключается в предоставлении пользователю (студенту или преподавателю) набора средств и инструментов, автоматизирующих и проверяют процесс решения практической задачи. Такая система должна быть обеспечена полным комплектом методической поддержки. Для математики - это учебник, задачник, справочник формул, рабочая тетрадь студента, сборник контрольных работ и тестов, методические рекомендации преподавателю и т.д.

Основной целью разработки и внедрения в учебный процесс педагогических программных сред поддержки практической деятельности студентов является качественное повышение эффективности проведения занятий в лабораторно-практической части учебного курса, для самостоятельной работы исследовательского характера.

Прежде всего это касается тех учебных предметов, в изучении которых большую роль играют практические аспекты - циклы практических занятий и лабораторных работ, самостоятельная практическая работа. Формирование практических умений и навыков достигается именно здесь, и эта часть учебного плана во многих предметах (математика, физика, программирование, другие естественные и технические дисциплины) является центральной. Проблема адекватной компьютерной поддержки практических занятий менее разработана и представляется нам актуальной.

Архитектурно система «МатЛог» является программно-методическим комплексом (ПМК) или интегрированным программным средой (ИПС) учебного назначения, состоящая из нескольких независимых, но взаимодействующих программных модулей (компонентов). Этот программно-методическим комплекс обеспечивает эффективное ведение учебного процесса в целом, поддерживая взаимодействие преподавателя и студента.

Компонентный подход к реализации системы «МатЛог» опирается на представлении тех объектов, которые используются в традиционном (немашинному) варианте организации учебного процесса. Мы спецификувалы требования к этим объектам и спроектировали их в виде программных модулей (компонентов), взаимодействующих в процессе функционирования системы. Предметная ориентация была реализована в специальных модулях поддержки решения учебных задач. Итак, система «МатЛог» является специализированным средой поддержки учебного процесса.

Основными участниками предлагаемой модели учебной деятельности являются: автор дидактических материалов и методик; преподаватель-предметник; студент.

Практическая математическая деятельность направлена на решение математической задачи. Ход решения задачи является последовательностью шагов, на каждом из которых пользователь на основании свойств математического объекта определяет следующий шаг решения, и выполняет шаг решения - преобразование объекта.

Концепция поддержки деятельности студента сводится к реализации трех основных аспектов такой поддержки [14, c. 100]:

1) Механизм избежания ошибок, допущенных в преобразованиях, что приводит в лучшем случае к неправильного ответа. Это проявляется студентом или при сравнении с ответом, или при получении оценки за контрольную работу. С помощью программной системы проверяя правильность преобразований на каждом шагу решения, можно осуществлять предупреждения таких ошибок.

2) Автоматизация рутинных действий студента, связанных с вычислениями. Так, например, студенту алгоритм установления тождественной истинности формулы алгебры высказываний (определение ли формула тавтологией) хорошо знаком. Проблема возникает тогда, когда студент вынужден тратить учебное время на выполнение вычислений, направленных на поиск ответа.

3) Предоставление студенту удобной системы использования учебной, методической и справочной информаций. Разумеется, последнее не требует обоснования.

Преподаватель, используя систему «МатЛог», играет центральную роль в учебном процессе. Он осуществляет планирование учебной работы студентов, контролирует ее ход и оценивает работу студентов. Основной особенностью при этом является то, что использование системы «МатЛог» освобождает преподавателя от многих рутинных действий и предоставление его работе более творческого, направляющего характера.

Концепция поддержки деятельности преподавателя. Обеспечение эффективного ведения учебного процесса в целом на основе взаимодействия преподавателя и студента также предусматривает решение трех основных задач [14, c. 100]:

1) Проверка правильности хода решения задачи. Для преподавателя этот вид поддержки заключается в том, что с помощью системы проверяется правильность хода решения всей задачи, развязанной ранее студентом (режим самостоятельной работы.

2) Автоматизация тестирования знаний студентов, создает условия для осуществления проверки знаний основных математических правил и формул.

3) Предоставление преподавателю заранее спланированной соответствии с требованиями стандартов системы учебных материалов для проведения всего цикла занятий с возможностью его модификации.

Реализация систем дистанционного обучения с поддержкой практических занятий требует решения следующих задач [5]:

• Сделать анализ структуры и разработать методы проектирования и технологии реализации педагогических программных сред (ППС), которые распределены на 3-х уровнях: интернет-сервере разработчика ППС, рабочее место преподавателя и рабочем месте студента;

• Определить общие системные требования к ППС в целом и компонентов ППС, которые нужно реализовать на каждом из трех уровней системы, которые определяются как рабочем месте администратора, рабочем месте преподавателя и рабочее место студента.