Современные информационные технологии в образовании

создание моделей, адекватно отражающих изучаемые объекты, явления- или процессы и представляющих определенный аспект реальности для изучения его основных структурных или функциональных характеристик с помощью некоторого ограниченного числа параметров;

управление созданными моделями;

обработку получаемой информации о наблюдаемых или изучаемых объектах, явлениях, процессах или их моделях для формулирования гипотезы о выявленной закономерности с последующим прогнозированием результатов эксперимента; самостоятельное "открытие" изучаемой или исследуемой закономерности для последующего формулирования выводов и обобщений.

Для формирования у обучаемых умений и навыков осуществления учебной экспериментально - исследовательской деятельности оборудование лаборатории НИТ должно:

обеспечивать возможность регистрации, накопления и обработки природной информации, получаемой непосредственно самим учеником, для последующего формулирования им выводов и обобщений;

предоставлять обучаемому инструмент измерения, исследования, позволяющий самостоятельно изучать объекты, взаимоотношения между ними, явления, процессы и их модели, как реальные, так и "виртуальные".

Реализация вышеописанного определяется наличием лаборатории НИТ: устройств и средств периферийного оборудования ПЭВМ и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ, на каждом рабочем месте ученика;

программных средств и систем, обеспечивающих возможность моделирования изучаемых объектов, процессов и выполнение исследовательской деятельности с моделями;

предметно-ориентированных программных сред, обеспечивающих осуществление экспериментально - исследовательской деятельности;

электронных конструкторов, моделей устройств, учебных роботов, имитирующих реальные механизмы или устройства.

Остановимся на более подробном описании назначения оборудования лаборатории НИТ.

4. 2. 1. Устройства и средства периферийного оборудования ПЭВМ и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ [33], должны обеспечивать: компьютерную визуализацию (Глава I, п. 2. 2. 3. ) изучаемых объектов, процессов, явлений;

автоматизацию процессов обработки результатов учебного лабораторного или демонстрационного эксперимента;

управление объектами реальной действительности с помощью ЭВМ (например, учебными роботами).

4. 2. 2. Электронные конструкторы должны обеспечивать возможность: создания моделей, конструктивные особенности которых отвечают заданным педагогико - эргономическим требованиям;

управления с помощью ПЭВМ моделями, сконструированными пользователем. 4. 2. 3. Программные системы и средства учебного назначения, реализующие возможности современных ПЭВМ, должны:

выполнять функции инструментария, позволяющего организовывать познавательную, исследовательскую деятельность обучаемых;

являться средством поддержки процесса преподавания учебного предмета (курса); служить средством формирования культуры учебной деятельности; обеспечивать автоматизацию процесса контроля результатов учебной деятельности. 4 3. Информационно - методические центры.

4. 3. 1. Тактика внедрения СНИТ в учебно - воспитательный процесс учебных заведений среднего уровня образования на базе вышеописанного состава УМБ предполагает организациюинформационно - методических центров, которые должны служить "опорными точками" информатизации образования в каждом регионе или районе. Целесообразно их объединение в единую (региональную, глобальную) информационную сеть, имеющую выход на банк данных центральной ЭВМ, для того, чтобы они стали центрами внедрения прогрессивных педагогических технологий, основанных на использовании СНИТ. Последнее становится возможным при условии объединения информационно - методических центров в единую сеть с периферийными школами, профессионально - техническими училищами, средними специальными учебными заведениями, имеющими в ограниченном количестве электронно - вычислительную технику или вообще не имеющими ее. В случае, если учебное заведение не имеет вычислительной техники, учащимся необходимо создать условия для эпизодического посещения информационно - методического центра с целью ознакомления с возможностями современных ЭВМ, для приобретения минимальных умений и навыков работы с современной электронно - вычислительной техникой. При этом необходимо функционирование организационных связей между информационно - методическими центрами, которые являются центрами внедрения СНИТ, региональными центрами, имеющими банк данных центральной ЭВМ и выход на телекоммуникационную сеть глобального масштаба, и периферийными учебными заведениями, оснащенными электронно - вычислительной техникой, в том числе и в ограниченных количествах.

4. 3. 2. Информационно - методические центрыимеет смысл организовывать на базе общеобразовательной школы или любого другого учебного заведения среднего уровня образования. Ихцелесообразно обеспечить УМБ, которая предполагает наличие блока помещений (кабинет информатики и вычислительной техники, лаборатория НИТ, лаборантская), информационной сети учебного назначения, а также телекоммуникационной сети для связи, как минимум с региональным центром.

4. 4. Учебно - методический комплекс для изучения информатики: 4. 4. 1. Реализация возможностей современных ПЭВМ в области управления различными устройствами и механизмами создает предпосылки для разработки качественно новых средств обучения, объединяющих программные средства с техническими устройствами, имитирующими разнообразные промышленные механизмы и приспособления, управляемые ЭВМ. Примером может служить использованиеучебных роботов, управляемых ЭВМ: робот - манипулятор, робот - подъемник, имитирующие промышленные механизмы, управляемые ЭВМ и осуществляющие погрузочно - разгрузочные работы, или робот тележка, имитирующий управление с помощью компьютера движущимися объектами. Цель использования учебных роботов:

демонстрация возможностей современных ПЭВМ в сфере управления объектами реальной действительности;

обучение практике составления программ для управления объектами реальной действительности;

профориентация обучаемых.

4. 4. 2. Новым компонентом учебной деятельности становится работа со средствами пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией. Использование этих средств позволяет управлять перемещением экранного курсора, что придает работе за экраном манипуляционный характер. К этим средствам относятся, например, устройство "мышь", "джойстик", "световое перо", "графический планшет". Например, устройство "мышь"может использоваться для работы над учебными текстами, выполняемой средствами экранного редактирования. Диджитайзеры, оптические считыватели, системы речевого ввода данныхмогут использоваться при изучении машинной и инженерной графики, графических методов моделирования. Графопостроитель координатный самописец, управляемый ЭВМ, - обеспечивает ввод (вывод) в ЭВМ графической информации с последующим выводом результата в форме графического документа; он может использоваться в делопроизводстве, при изучении проекционного черчения, стереометрии. Световое перо - штифт, имеющий светочувствительный пункт, сопряженный с терминалом, - может использоваться при модификации информации на экране.

Цель использования средств пространственного ввода и манипулирования текстовой и графической информацией:

демонстрация возможностей аппаратных и программных средств по обеспечению комфортности работы пользователя в области передачи и обработки информации; изучение сущности процессов передачи и обработки информации в ЭВМ; использование разнообразных средств ввода (вывода) информации в ЭВМ при изучении учебных предметов, в частности художественно - графического цикла. 4. 4. 3. Новое направление использования компьютера в учебном процессе открывает интеграция возможностей сенсорики (техники конструирования и использования датчиков физических параметров) и учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ. Датчики физических параметров - это устройства для получения информации о регулируемом физическом параметре или некотором процессе [2], [51]. С помощью датчика можно преобразовать неэлектрическую величину в адекватный ей электрический сигнал. Для того чтобы сигнал датчика (чаще всего аналоговый) можно было обработать на ЭВМ (или микропроцессоре), его представляют в цифровом виде с помощью интерфейсного устройства, которое включает в себя аналого цифровой преобразователь (АЦП). Использование датчиков и устройств для регистрации и измерения некоторых физических величин (например, величины светового потока, температуры, влажности) и устройств, обеспечивающих ввод и вывод аналоговых и дискретных сигналов, для связи с комплектом оборудования, сопрягаемого к ЭВМ, или оборудования на их базе позволяет визуализировать на экране ЭВМ различные физические закономерности в виде графиков, динамически изменяющихся в зависимости от изменения входных параметров [71], [73], [74], [81]. Реализуется это в виде аппаратно - программных комплектов или комплексов.

Цель использования комплекта датчиков и устройств, обеспечивающих получение информации о регулируемом физическом параметре или процессе, состоит в следующем:

изучение возможностей современных информационных технологий и области обработки информации о реально протекающих процессах;

овладение разнообразными методами обработки информации о реально протекающем процессе в реальном времени;

осуществление автоматизации процессов обработки информации, в том числе и результатов учебного эксперимента - как лабораторного, так и демонстрационного; предоставление учащимся возможности регистрации, сбора и накопления информации о некотором природном процессе, протекающем в реальном времени, и ее обработки для формулирования выводов и обобщений. 4. 4. 4. Реализация вышеизложенного предоставляет обучаемому инструмент исследования окружающей действительности, с помощью которого можно изучать развитие процессов, протекающих в реальной жизни; создавать модели изучаемых реальных процессов; исследовать их при изменяющихся внешних условиях; прогнозировать результаты развития изучаемых процессов и осуществлять с помощью компьютера проверку достоверности прогноза. Это переводит процесс обучения с уровня "сообщение суммы знаний - усвоение суммы знаний" на уровень "исследовательский подход и прогнозирование результатов экспериментально - исследовательской деятельности (Глава III, п. 4. 2. ), позволяет обучать учащихся самостоятельному "открытию" изучаемой закономерности, вырабатывать обобщенное представление об окружающем реальном мире.

4. 4. 5. Таким образом, реализация возможностей СНИТ обусловливает введение в процесс обучения принципиально нового (по педагогическим возможностям) учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ (см. : Структура Учебно - методического комплекса на базе СНИТ), которое обеспечивает: управление с помощью компьютера объектами реальной действительности(например, управление учебными роботами, имитирующими технические устройства и механизмы);

сбор, обработку и передачу информации о реально протекающем процессе; визуализацию в виде графиков, диаграмм (динамических, статических) изучаемых закономерностей; автоматизацию процессов обработки результатов учебного эксперимента; графические построения(например, конструирование разнообразных графических форм с помощью графического планшета).

4. 5. Вышеизложенное позволяет предложить систему средств обучения на базе НИТ нового поколения для поддержки процесса преподавания курса информатики.

Остановимся на перечислении особенностей использования системы средств обучения нового поколения, предназначенной для поддержки процесса преподавания курса информатики.

4. 5. 1. Использование системы средств обучения нового поколения позволяет организовать проведение следующих видовучебной деятельности со СНИТ, инвариантной относительно содержания учебных предметов:

деятельность по овладению пользовательскими навыками при работе с ЭВМ (загрузка ПС; владение клавиатурой и другими периферийными средствами для ввода (вывода) информации; владение языками программирования);

деятельность по использованию баз данных, баз знаний, экспертных систем, электронных таблиц, информационно - поисковых систем;

деятельность со средствами и устройствами периферийного оборудования современных ПЭВМ;

деятельность со средствами и устройствами учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с ЭВМ.

4. 5. 2. Поддержка процесса преподавания осуществляется с использованием не только ПМО, широкого набора средств обучения, функционирующих на базе НИТ. 4. 5. 3. Приобретение более глубоких знаний по информатике обеспечивает изучение возможностей современных информационных технологий и их использование в учебной работе.

4. 5. 4. Формирование общей культуры учебной деятельности, информационной культуры обучаемого и обучающего осуществляется на уроках информатики. 4 5. 5. Учитывая особенности использования системы средств обучения нового поколения и возможности учебного, демонстрационного оборудования, функционирующего на базе СНИТ, можно предложитьучебно - методический комплекс на базе СНИТ (Глава III. п. 2. 2. ) для изучения курса информатики.

При этом использование программного обеспечения курса информатики должно быть ориентировано на: поддержку процесса изучения курса информатики (изучение теоретических вопросов, выработка умений и навыков общения с ЭВМ); формирование специфических умений и навыков общения со СНИТ, развивающих культуру учебной деятельности и способствующих общему развитию учащихся;

обеспечение автоматизации процессов обработки информации и управления обучением, а также контроля и оценки результатов обучения. В свою очередь использование учебного, демонстрационного оборудования, которое функционирует на базе СИИТ, в процессе изучения курса информатики должно быть ориентировано на осуществление информационно - учебной (Глава I, п. 1. 2. ) и экспериментально - исследовательской (Глава III, п. 4. 2. ) деятельности, а также разнообразных видов самостоятельной работы по обработке информации, в том числе о реально протекающих процессах.

5. Перспективные направления разработки и использования средств новых информационных технологий в образовании

Последние десятилетия интенсивного развития информатики как науки и как реального инструмента социального прогресса характеризуются созданием принципиально новых средств обработки информации, инициирующих формирование перспективных педагогических технологий, ориентированных на интеллектуальное совершенствование обучаемого. Перейдем к рассмотрению основных перспективных направлений использования средств новых информационных технологий в сфере образования.

5. 1. Широкие возможности предоставляют частным методикам перспективы использования экспертных обучающих систем (ЭОС).

Идея разработки и применения ЭОС основывается на реализации возможностей экспертных систем - систем искусственного интеллекта, которые используют знания из достаточно узкой предметной области [28], [40], [58], [60], [63]. Условно экспертные системы подразделяют на две группы: в первой используются рассуждения, основанные на вероятностных соображениях; во второй таковые рассуждения не используются. В соответствии с обучающими функциями, которые должны реализовывать ЭОС, целесообразно реализовать возможности второй группы экспертных систем, в которых рассуждения основываются на строгой логике. При этом ЭОС должна обеспечивать ответ на запрос обучаемого и решение из определенной предметной области. Являясь средством представления знаний, ЭОС организует диалог между пользователем и системой, способной по его требованию объяснить ход рассуждений при решении той или иной учебной задачи в виде, понятном обучаемому.

Формируется ЭОС как совокупность трех подсистем:

подсистема общений (машина ввода + модуль извлечения знаний), подсистема объяснений (интерфейс),

подсистема накопления знаний (база знаний).
ЭОС располагает возможностью обеспечения:

пояснения стратегии и тактики решения задач изучаемой предметной области при диалоговой поддержке процесса решения;

контроля уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения (Глава I, п. 2. 2. 3. ) и оценкой достоверности контроля; автоматизации процесса управления самой системой в целом.

Ориентируя обучаемого на самостоятельную работу, ЭОС инициирует развитие процессов познавательной деятельности, повышает мотивацию обучения за счет вариативности самостоятельной деятельности, возможности самоконтроля и самокоррекции.

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

формирование наборов данных (по определенным признакам), то есть возможность создания, сохранения и использования данных, информации, включая и фактографическую, выбранной по конъюнкции и (или) дизъюнкции признаков;

обработка имеющихся наборов данных осуществление поиска (выбор, сортировка), анализа и модификации информации по заданным признакам; использование модуля сервисной технологии, позволяющего применение редактора образов и редактора текста, контроля результатов решений, регламента работы.

Исследуя ВОЗМОЖНОСТИ использования УБД в учебном процессе, необходимо отметить, что консервативные свойства УБД преобладают над динамическими. Это приводит к превалированиюдекларативного представления информациинад процедурным (декларативным назовем представление информации, характеризуемое тем, что основная часть информации представляется в виде статической совокупности фактов, которыми можно манипулировать с помощью небольшого набора универсальных процедур).

Подытоживая вышеперечисленные возможности, использование УБД можно рекомендовать в процессе самостоятельной работы по обработке информации(например, в процессе поиска необходимой информации по определенным признакам, ее анализа, модификации информации при заполнении УБД новым содержанием). 5. 3. Возможности учебной базы знаний (УБЗ), ориентированной на некоторую предметную область, предполагают реализацию идеи самообразования на основе выбора обучаемым приемлемого для него режима учебной деятельности.

В УБЗ предполагается наличие:

учебной базы данных определенной предметной области, содержащей описание основных понятий предметной области, определений; стратегию и тактику решения задач; комплекс предлагаемых упражнений, примеров или задач данной предметной области;

методики обучения, ориентированной на некоторую модель обучаемого, содержащей информацию об уровнях знаний обучаемого (как начальном, промежуточных, так и сформированного в процессе обучения); базу данных ошибок обучаемого, содержащую перечень возможных ошибок и информацию для их исправления; базу данных, содержащую перечень методических приемов и организационных форм обучения.

Вышеперечисленные возможности УБЗ позволяют организовать диалог, обеспечить получение ответа на запросы пользователя по извлечению соответствующей информации, имеющейся в базе данных. При этом обеспечиваются:

    проверка правильности ответов обучаемого;
    формирование (при необходимости) правильных ответов;
    управление процессом обучения.

Для реализации вышеназванного необходимо наличие в УБЗ, как минимум, одного языка запросов для доступа пользователя к базе данных. Реализация сценария обучения обычно производится специальной управляющей программой.

По своим дидактическим возможностям обучающие программные системы (типа ЭОС, УБД, УБЗ) наиболее близко подходят к естественному обучению "учитель - ученик". Их использование обеспечивает организацию процесса самообучения в рамках методической системы, "заложенной" в той или иной обучающей системе. Прогнозируя педагогическое воздействие обучающих систем, можно говорить о возможности выработки с их помощью умения самостоятельного переноса усвоенных знаний н новую ситуацию; видения новой функции известного объекта; видения структуры объекта и вариантов методов решения поставленной задачи. Использование возможностей интеллектуальных обучающих систем (Intelligent Tutoring Systems), систем искусственного интеллекта в обучении (Artificial Intelligence and Education) позволяет реализовать вышеизложенное и вплотную подойти к решению проблемы моделирования процессов познавательной деятельности обучаемого. Как показывают отечественные и зарубежные исследования, в настоящее времяразработка программных средств учебного назначения, реализующих возможности систем искусственного интеллекта, является одним из перспективных направлений использования СНИТ в образовательных целях.

Вместе с тем, создавая обучающие системы (типа ЭОС, УБД, УБЗ), оказывающие определенное педагогическое воздействие, необходимо, во - первых, учитывать начальный уровень обучаемого и его мотивационную готовность к общению с системой; во вторых, прогнозировать результаты педагогического воздействия, предусматривая, какие знания, умения, навыки должен или может приобрести обучаемый, какое развивающее воздействие на него окажет общение с системой и какова целесообразность этого воздействия; в - третьих, обеспечивать вариативность в подаче учебного материала (визуально - объяснительная, описательная, проблемная и т. д. ); в - четвертых, обеспечивать деятельностный подход к обучению; в пятых, предусматривать возможность поэтапного отслеживания продвижении обучаемого в учении.

5. 4. Перспективным направлением использования средств новых информационных технологий в целях обучения является интеграция возможностей компьютера и различных средств передачи аудиовизуальной информации. Реализуется это в видеокомпьютерных системах (интерактивных видеосистемах).

Видеокомпьютерная система- это комплекс оборудования, позволяющий представлять пользователю различные виды воспринимаемой информации (текст, рисованная графика, видеофильм, движущиеся изображения, звук), обеспечивая ведение интерактивного диалога (Глава I, п. 1. 2. , и. 2. 6. 1. ) пользователя с системой.

Как правило, любая видеокомпьютерная система состоит из устройства управления системой; устройства ввода (вывода) и представления изображений; устройства представления графики и текста; устройства представления звука; средств воздействия пользователя на систему и взаимодействия с ней. Видеокомпьютерная система обладает возможностью:

использования библиотеки программ;

обеспечения разнообразных путей доступа к библиотекам движущихся и неподвижных изображений со звуковым сопровождением;

выбора из базы данных в любой последовательности аудиовизуальной информации; контаминации(смешение, перетасовка) информации, включающей текстовую, графическую, подвижные диаграммы, мультипликацию и видеоинформацию;

"разделения" экрана("оконное" представление на экране разнообразной по содержанию и по форме представления информации); например, в одном "окне" представляется видеосюжет, демонстрирующий реальный опыт; в другом "окне" - табличное представление значений физических величин, регистрируемых в процессе опыта, - в третьем "окне" график зависимости между физическими величинами, значения которых выводятся в таблице.

Многообразие форм учебной работы, осуществляемой с помощью видеокомпьютерных систем, позволяет пользоваться аудиовидеоинформацией по - разному: использовать представление комплексное информации;

вычленять необходимую в данный момент времени аудиовизуальную информацию и пользоваться ею как энциклопедической;

осуществлять "манипулирование" информацией (совмещение видеоинформации от различных источников; наложение информации с экрана компьютера на видеоинформацию, совмещение ее с текстовой, графической).

Реализация вышеперечисленных возможностей видеокомпьютерных систем позволяет достичь определенные педагогические цели. К ним относятся: анализ, изучение комплексно представленной информации;

осуществление вариативного подхода к предъявлению учебного материала; повышение уровня эмоционального восприятия учебной информации; повышение уровня мотивации обучения за счет осуществления разнообразных видов самостоятельной работы;

возможность выбора тематики, вызывающей наибольший интерес у обучаемого.

5. 5. Мультимедиа (Multimedia).

Технология Мультимедиа - это совокупность приемов, методов, способов продуцирования, обработки, хранения, передачи аудиовизуальной информации, основанных на использовании технологии компакт - диска CD-ROM(compact disc read only memory) - CD-audio, CD-video, CD + G, CD - information, CD - phono, CD - TV, LV (Laser Vision).

Мультимедиа - операционные среды, основанные на использовании технологии компакт - диска, позволяют интегрировать аудиовизуальную информацию, представленную в различной форме (видеофильм, текст, графика, анимация, слайды, музыка), используя при этом возможности интерактивного диалога [68], [69], [77], [78], [85], [86], [87], [107].

Анализ различных пакетов программных средств, реализующих технологию Мультимедиа, а также мультимедиа - курсов, предназначенных для образовательных целей, позволил выделить возможности современных систем Мультимедиа: функционирование базы данных аудиовизуальной информации с возможностью выбора кадра из библиотеки аудиовизуальных программ и "продвижения в глубь" выбранного кадра;

выбор необходимой пользователю линии развития рассматриваемого сюжета; "манипулирование" (наложение, перемещение) аудиовизуальной информацией, представленной в различной форме, как в пределах поля данного экрана, так и в пределах поля предыдущего (следующего) экрана;

контаминация аудиовизуальной информации, представленной в различной форме; реализация анимационных эффектов;

деформирование визуальной информации, представленной в различной форме, по различным параметрам(например, увеличение или уменьшение определенного линейного параметра, растягивание или сжатие изображения);

дискретная подача аудиовизуальной информации: с разрывами, пробелами, возможностью исключения (дополнения) части информации и представления аудиоинформации по восходящему (нисходящему) звуковому тону; тонирование изображения- закраска определенным цветом или цветовым тоном большей или меньшей яркости или насыщенности определенного контура на изображении фигуры; тенирование изображения(наложение тени) закраска определенным цветом светлого тона той части изображения фигуры, на которую попадает свет от предполагаемого источника; фиксирование выбранной части визуальной информации для ее последующего перемещения или рассмотрения "под лупой";

многооконное представление аудиовизуальной информации на одном экране с возможностью сделать активной любую часть экрана (например, в одном "окне" - видеофильм, в другом - текст); демонстрация "изнанки" визуальной информации;

демонстрация реально протекающих событий в реальном времени (в виде видеофильма).

Таким образом, возможности систем Мультимедиа позволяют интегрированно представлять на экране компьютера любую аудиовизуальную информацию, реализуя интерактивный диалог (Глава I, п. 1. 2. , п. 2. 6. 1) пользователя с системой. При этом система обеспечивает возможность выбора по результатам анализа действий пользователя нужную линию развития представляемого сюжета или ситуации.

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что педагогические цели использования технологии Мультимедиа определяются возможностью реализации интенсивных форм и методов обучения, повышения мотивации обучения за счет применения современных средств обработки аудиовизуальной информации, повышения уровня эмоционального восприятия информации, формирования умений реализовывать разнообразные формы самостоятельной деятельности по обработке информации.

5. 6. Виртуальная реальность (Virtual reality).

Виртуальная реальность - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа - операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия и реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире" [65], [72], [75], [79], [80], [82], [83], [84]. 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 объекты, управляя ими, может также использовать, набор жестов в качестве команд. При наличии "информационного костюма", "информационной перчатки" и "информационных очков" со встроенными стереоскопическими экранами (очки - телемониторы) пользователь может, образно выражаясь, "шагнуть" прямо в виртуальный мир. Уже в настоящее время возможности системы "Виртуальная реальность" используются при тренаже спортсменов, в профессиональной подготовке будущих специалистов в области астронавтики, архитектуры, медицинской диагностики, в организации развлечений и досуга, а также в областях, использующих научную визуализацию. Например, если возможности трехмерной компьютерной графики позволяют осуществлять математический прогноз результатов операции на основании трехмерного изображения, представленного на экране компьютера, то использование системы "Виртуальная реальность" позволяет создать иллюзию реально проводимой хирургической операции.

5. 6. 1. Состав системы "Виртуальная реальность".

Базовыми компонентами типичной системы "Виртуальная реальность" [72], [79], [80] 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, реализованное 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 системе "Виртуальная реальность" реакция на звуковой сигнал, полученный от пользователя, производится в соответствии с составленной программой.

Устройство джойстрингсоздает эффект обратной силовой связи, "интерфейс-перчатка" обеспечивает общение жестами, преобразуя каждое движение пальцев руки в электрические сигналы, которые воспринимаются и расшифровываются с помощью компьютера. Например, манипулируя перед экраном пальцами в "информационной перчатке", можно перемещать объекты на экране. Более того, можно "войти" в виртуальный мир экрана, отодвигая, перемещая, трогая предметы, изображенные 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 (осязательной) 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, посылающими обратную силовую связь пользователю. 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 и 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. Современная система "Виртуальная Реальность" обычно обеспечивает создание различных "картинок" для каждого глаза с определенным смещением. Очки - телемониторы, снабженные специальными датчиками, информируют компьютер о поворотах головы человека, находящегося перед 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". Следует добавить, что программно - техническая реализация системы "Виртуальная реальность" имеет различные варианты. Схематически представленное выше описание является одним из возможных.

5. 6. 2. 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" [72], [79], [80]. 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 обеспечивает 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 реализует взаимодействие с объектами виртуального мира "третьим лицом", представленным движущимся изображением на экране (например, курсор в виде определенного рисунка) и отождествляемым с самим пользователем. При этом действиями "третьего лица" управляет пользователь, находя как бы свое собственное изображение на экране.

Все эти подходы реализуют основную идеюинформационного взаимодействия, обеспечиваемого системой "Виртуальная реальность". Эта идея заключается в обеспечении, во - первых, непосредственного участия пользователя в событиях, происходящих в виртуальном мире, но протекающих в реальном времени, и, во - вторых, максимального отдаления интерфейса между пользователем и компьютером.

5. 6. 3. Психолого-педагогические возможности системы "Виртуальнаа реальность". Реализация вышеописанных возможностей позволяет создаватьпринципиально 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);

неконтактное управление пользователем объектами или процессами виртуальной реальности;

имитацию реальности - эффект непосредственного участия в процессах, происходящих на экране, и влияния на их развитие и функционирование; 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 предметно ориентированные учебные среды осуществлять педагогическое воздействие лонгирующего характера, обеспечивающее:

развитие наглядно - образного, наглядно - действенного, интуитивного, творческого, теоретического мышления;

формирование эстетических вкусов, оценок (в [35], c. 172), что способствует эстетическому воспитанию (в [59], с. 570).

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

умений и навыков осуществления деятельности по проектированию предметного мира (в [59], с. 570); умений и навыков осуществления художественной деятельности- "деятельность, в процессе которой создается и воспринимается произведение искусства" (в [59], с. 530);

абстрактных образов и понятий, предоставляя обучаемому инструмент моделирования изучаемых объектов, явлений как окружающей действительности, так и тех, которые в реальности невоспроизводимы.

Реализация возможностей системы "Виртуальная реальность" ограничена уровнем разработки программных средств, созданных для функционирования "виртуальных миров", а также возможностями аппаратных устройств, реализующих эти среды. 5. 6. 4. Приведем пример реализациивышеописанных возможностей системы "Виртуальная реальность" при формировании у обучаемых "пространственного видения" трехмерных объектов по их двухмерному представлению в виде стереометрического чертежа или фотографического изображения (в [75], с 117).

В рассматриваемом примере, используя возможности системы "Виртуальная реальность", можно визуализировать процесс трансформации стереоскопически представленных геометрических фигур; обеспечивать визуализацию взаимодействия между стереоскопически представленными объектами виртуального мира; использовать инструмент моделирования ситуаций взаимодействия между ними; обеспечивать информационный обмен, обратную связь между пользователем и стереоскопически представленными объектами виртуальной реальности. Кроме того, можно организовать в информационно - предметной среде со встроенными элементами технологии обучения (Глава III, п. 3. ) определенную учебную деятельность со стереоскопически представленным изображением геометрической фигуры, а именно: создание объектов виртуальной реальности (экранное стереоскопическое изображение трехмерных геометрических фигур), оперирование ими с сохранением иллюзии непосредственного участия в процессах, происходящих на экране; изучение различных форм стереоскопически представленного динамического изображения стереометрического объекта с возможностью иллюзорного "вхождения внутрь" него; осуществление построений на стереоскопически представленном стереометрическом чертеже; управление отображением на экране модели стереометрического объекта, ее преобразованиями.

Описываемая информационно - предметная среда, реализованная на базе возможностей системы "Виртуальная реальность", позволяет обеспечить: динамическое представление на экране (перемещение, вращение) стереоскопического изображения трехмерных геометрических фигур; динамическую развертку и "свертывание" на экране стереоскопически представленного фотографического изображения трехмерной фигуры; отделение плоского элемента изображения трехмерной фигуры (грань, сечение) и рассмотрение его в различных плоскостях-, "вхождение внутрь" стереоскопически представленного изображения фигуры с возможностью наблюдения и изучения изображений ее элементов; "вхождение внутрь" стереоскопически представленного изображения фигуры с возможностью изменения "внутреннего интерьера" изображения, "перемещения" в нем.

Подытоживая изложенное, отметим, что в приведенном примере использование системы "Виртуальная реальность" обеспечивает педагогическое воздействие лонгирующего характера, формирующее "пространственное видение" (видение глубины изображения); развивает склонность к эстетическому восприятию изображения, развивает фантазию; формирует умения осуществлять анализ, синтез, абстрагирование, обобщение; инициирует развитие операционального, наглядно - образного, теоретического мышления. 5. 6. 5. Говоря о перспективах использования системы "Виртуальная реальность", можно прогнозировать ее применение в образовании - при изучении стереометрии, черчения; при решении конструктивно - графических, художественных и других задач, для решения которых необходимо развитие умения создавать мысленную пространственную конструкцию некоторого объекта по его графическому представлению; в процессе профессиональной подготовки специалистов - при изучении графических методов моделирования в курсах инженерной графики, компьютерной графикй при организации тренировки специалистов в условиях, максимально приближенных реальной действительности; при организации досуга и развивающих игр.

5. 7. Процесс внедрения СНИТ в обучение неразрывно связан с использованием средствтелекоммуникаций на уровне синтеза компьютерных сетей и средств телефонной, телевизионной, спутниковой связи.

Комплексы, использующие вышеназванные средства, могут объединяться в системы передачи - приема для информационного обеспечения целых регионов страны. При этом общение через компьютерные сети (локальные или глобальные) позволяет производить обмен текстовой, графической информацией в виде запросов пользователя и получения им ответов из центрального информационного банка данных.

Телекоммуникационные связи могут осуществляться в реальном времени. Это так называемаясинхронная телекоммуникационная связь. С ее помощью можно организовывать одновременное обучение (при необходимости и одним преподавателем) нескольких групп обучаемых в нескольких школах региона или района.

Телекоммуникационная связь может осуществляться и с задержкой по времени (электронная почта) - это так называемаяасннхронная телекоммуникационная связь. Электронная почта может использовать локальные сети ЭВМ и телефонную сеть общего пользования. С ее помощью целесообразно создавать "распределенные" по интересам ученические коллективы, участники которых, находясь в разных точках страны (стран), могут проводить совместные работы учебного, поискового или исследовательского характера. Как показывает опыт применения асинхронной телекоммуникационной связи в учебных целях, преобладающей организационной формой работы обучаемых являетсяметод проектов[57], [70]. Этот метод зарекомендовал себя с положительной стороны разнообразием видов учебной деятельности, внедрением в учебный процесс исследовательского метода обучения, возможностью установления интеллектуальных контактов между партнерами по проекту.

Оба варианта общения с помощью телекоммуникационных сетей способствуют развитию у обучаемых умений в сжатой форме представлять передаваемую информацию; составлять краткие, информационноемкие сообщения, выражающие сущность передаваемой информации; отсортировывать по определенным признакам необходимую информацию.

Вышеизложенное вырабатывает коммуникативные способности(в [35], с. 56), играющие немаловажную роль в развитии личностных качеств индивида.

Реализуемая с помощью телекоммуникационных связей (синхронных или асинхронных) непрерывность общения пользователя с центральным информационным банком данных или с партнерами по информационному обмену способствует оптимальному использованию информации, в том числе и учебной, которая по желанию разработчиков может быть представлена в виде обучающих систем и передана на большие расстояния.

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что использование телекоммуникационных сетей позволяет в кратчайшие сроки тиражировать передовые педагогические технологии, реализовывать идеи "дистантного обучения"(иногда его называют и "дистанционным обучением"), способствует общему развитию обучаемого. 5. 8. Выводы.

Описание перспектив использования СНИТ в образовании, в частности экспертных обучающих систем, учебных баз данных, баз знаний, видеокомпьютерных систем, аппаратно - программных комплексов (например, комплект датчиков, сопрягаемый с ЭВМ), программно - аппаратных комплексов, функционирующих на базе технологии Мультимедиа или систем "Виртуальная реальность", выявление их дидактических возможностей, а также исследование педагогической целесообразности их применения Позволяют утверждать необходимость и приоритетность их разработки на современном этапе информатизации образования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борк A "История" новых технологий в образовании: [Пер. с англ. ] / Рос. открытый ун - т. - М. , 1990.

2. Виглеб Г. Датчики. - М. : Мир, 1989.

3. Выявление экспертных знаний / О. И. Ларичев, А. И. Мечитов, Е. М. Мошкович, Е. М. Фуремс; Отв. ред. : С. В. Емельянов. - М. : Наука, 1989.

4. Давыдов В. В. Проблемы развивающего обучения: Опыт теорет. и эксперим. исслед. - М. : Педагогика, 1986.

5. Дидактика средней школы: Некоторые пробл. соврем. дидактики / Под ред. М. А. Данилова, М. Н. Скаткина. М. : Просвещение, 1975.

6. Зинченко В. П. Эргономика и информатика // Вопр. философии. - 1986. - № 7. 7. Инструментальные средства для конструирования программных средств учебного назначения: (Обзор) / Ин - т пробл. информатики АН CCCP; [Отв. ред. : Г. Л. Кулешова]. - М. , 1990.

8. Интеллектуализация ЭВМ / [E. C. Кузин, А. И. Ройтман, И. Б. Фоминых, Г. К. Хахалин). - М. : Высш. шк. , 1989.

9. Информатика в понятиях и терминах: Кн. для учащихся ст. классов сред. шк. / Г. А. Бордовский, В. А. Извозчиков, Ю. В. Исаев, В. В. Морозов. - М. : Просвещение, 1991.

10. Информационная технология: Вопр. развития и применения. - Киев. : Наук. думка, 1988.

11. Компьютеры и познание: Очерки по когитологии: Сб. науч. тр. / [Ред. сост. : Б. М. Величковский, А. И. Зеличенко]. - М. : Наука, 1990. 12. Концепция информатизации образования // Информатика и образование. - 1990. - № 1.

13. Концепция информатизации образования: (Использ. средств вычисл. техники в сфере образования) / Гос. ком. по нар. образованию; Разраб. : РГ межвед. комис. под пред. А. П. Ершова. - М. , 1989.

14. Концепция использования новых информационных технологий в организационно-методическом обеспечении учебного заведения / Рос. Центр информатизации образования; [Науч. руководитель: Я. А. Ваграменко, отв. исполн. :И. В. Роберт]. - М. , 1992.

15. Краткий психологический словарь / Под общ. ред. А. В. Петровского, М. Г. Ярошевского. - М. : Политиздат, 1985.

16. Кузнецов А. А. Сергеева Т. А. Компьютерная программа и дидактика // Информатика и образование. - 1986. - N 2.

17, Куприенко В. Д. , Мещерин И. В. Педагогические программные средства: Метод. рекомендации для разработчиков ППС. Ч. II. / Омский гос. пед. ин - т им. А. М. Горького. - Омск, 1991.

18. Ланда Л. Н. Алгоритмизация в обучении / [Под общ, ред. Б. В. Гнеденко и Б. В. Бирюкова]. - М. : Просвещение, 1966.

19. Леднев В. С. Структура педагогической науки // Пед. технология. Вып. 1. М. , 1991.

20. Материалы IV Всесоюзного семинара "Разработка и применение программных средств ПЭВМ в учебном процессе" / Ин - т пробл. информатики АН СССР. - М. , 1988.

21. Материалы к концепции общего среднего образования: Информ. технологии обучения и перспективы информатизации шк. образования / НИИ содерж. и методов обучения АПН СССР; Сост. : О. И. Бахтина, А. А. Кузнецов. - М. , 1989. 22. Материалы IV Международной конференции "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 24 - 26 июня 1993 г. ) / Троиц. ин - т инновац. и термоядер. исслед. - Троицк, 1993.

23. Менегетти A. Психология жизни: 10 лекций по онтопсихологии / Сост. : Е. В. Романова, Т. И. Сытько. СПб. , 1992.

24. Методические рекомендации по проектированию обучающих программ / Ин - т психологии М - ва просвещения УССР; [Разраб. : Е. И. Машбиц}. - Киев, 1986. 25. Методические рекомендации по созданию и использованию педагогических программных средств: (Сб. ст. ) / НИИ средств обучения и учеб. кн. АПН CCCP; [Отв. ред. : И. В. Роберт). - М. , 1991.

26. Мирская А, Сергеева Т. Обучающие программы оценивает практика // Информатика и образование. 1987. - 6.

27. Назарова Т. С. Проект кабинетной системы экспериментального комплекса // Сов. педагогика - 1977. - 7.

28. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта: Пер. с англ. - М. : Радио и связь, 1985.

29. Обучающая программно - методическая система "Многогранники": Метод. рекомендации для учителя / [Казан. произв. комб. прогр. средств; И. В. Роберт, Л. Л. Якобсон]. - М. , 1990.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7