Кроль В.М. Психология и педагогика

Результаты показали, что в разных задачах правильно выбранный способ представления, соответствующий характерному для данной учебной задачи разбиению на классы, уменьшает время классифика­ ции в 1,5—2,0 раза, резко снижает время тренировок, снимает напря­ женность учащегося в случаях работы в режиме дефицита времени.

Результаты показывают, что полярные (круговые) диаграммы предпочтительны в случаях, когда разбиение на классы, диктуемое за­ дачей, основано на сравнении параметров, обладающих центральной или радиальной симметрией, либо когда образ класса выявляется при замыкании концов диаграммы и не зависит от ее поворота в поле зре­ ния. Кроме того, при использовании круговых диаграмм существенно повышается точность сравнения значений параметров, расположен­ ных, во-первых, в симметричных секторах и, во-вторых, в секторах, близких к началу или концу. Последнее объясняется сближением этих секторов в пространстве круговых диаграмм.

Дополнительной особенностью полярных диаграмм является то, что они, как показывают эксперименты, благодаря своей пространст­ венной компактности, часто позволяют одновременно увидеть в 3-4 раза больше информации, чем линейные.

В свою очередь, линейные гистограммы более предпочтительны при необходимости выделения особых точек набора данных, связан­ ных, например, с началом, серединой либо концом массива. Линейные гистограммы более предпочтительны также и в общем случае, когда в процессе классификации оператор опирается на незамкнутый, линей­ ный образ ситуации.

Приведем еще один пример по сравнению затрат времени на клас­ сификацию человеком одного и того же набора данных, представлен­ ных либо в виде числовых таблиц, либо в виде образных матриц. В экс­ периментах по сравнению использовались таблицы и матрицы разме­ ром 15x15 ячеек, разбитые на 5 классов. Каждый набор данных (пред­ ставитель класса) предъявлялся: а) в виде числовой матрицы (табли­ цы); б) в виде яркостной матрицы, в которой число, содержащееся в каждой ячейке числовой матрицы, кодировалось яркостью; в) в виде цветовой матрицы, где кодировка осуществлялась цветом. Результаты показали предпочтение цветояркостных матриц, данные которых орга­ низованы так, что создают некоторую четко узнаваемую человеком пространственную конфигурацию. При этом различие по времени правильной классификации ситуаций достигает 10—15 раз. Испытуе­ мые объясняют причины такого различия наличием целостного восп­ риятия цветояркостных матриц, проходящего без покомпонентного анализа отдельных параметров, что характерно для восприятия тради­ ционных цифровых таблиц (рис 82, д).

283

Таким образом, приведенные экспериментальные данные свиде­ тельствуют, что зрительный пользовательский интерфейс нового по­ коления должен предоставлять учащемуся и педагогу возможность выбора способов предоставления информации. Причем эти способы должны содержать различные образные представления, так как такие варианты, во-первых, дают возможность включать в работу человече­ ские способности по интегральной, целостной оценке многопарамет­ рической ситуации и, во-вторых, дают возможность подбора пользова­ телем адекватных решаемой задаче способов представления данных.

Г л а в а 4

Проблемы обучения в гипертекстовой среде

Какими же видятся сегодня общие подходы к решению фундамен­ тальных задач обучения, связанных с необходимостью индивидуаль­ ного диалогового общения преподавателя и учащегося, учета индиви­ дуальных ошибок и трудностей учащегося, его уровня знаний, пред­ почтительных способов восприятия и мышления? По-видимому, наря­ ду с решением проблем «сенсорного» интерфейса, которые анализи­ ровались в предыдущем разделе, основополагающее значение имеют и проблемы «интеллектуального» интерфейса. Иначе говоря, намного более сложные проблемы, связанные с сопряжением специфики орга­ низации мыслительных процессов у человека и возможностей струк­ тур логического вывода, заложенных в компьютер.

Одним из наиболее перспективных подходов к решению этих про­ блем является использование гипертекстовых технологий и сред. Тер­ мин «гипертекст» (HyperText) ввел в 1963 г. Т. Нельсон для обозначения комбинации текста на естественном языке и возможности компьютера осуществлять переход к различным кускам (порциям) информации. Од­ нако сама идеология гипертекстовой среды, по-видимому, была впервые предложена в работе В. Буша, который в 1945 г. в статье «Как мы, возмож­ но, думаем» (49), анализируя работу человеческого мозга и процессов мышления, предложил при хранении информации в вычислительной ма­ шине использовать ассоциативные связи между отдельными документа­ ми и их фрагментами. В этой же работе он рассмотрел возможности кол­ лективной работы людей над одним и тем же документом и предложил способ «закладок», т. е. способ сохранения цепей ассоциативных ссылок

исоответствующих замечаний отдельных исследователей. Сегодняшняя гипертекстовая система реализует способ хранения

иманипулирования информацией, при котором эта информация хра­ нится в виде сети, связанных между собой узлов. В самом простом ва-

284

рианте узел определяется как некоторое окошко вокруг ключевого слова. Размер окошка может регулироваться, например, путем опреде­ ления количества строк относительно ключевого слова. При этом, в принципе, каждый пользователь может организовывать свою собст­ венную сеть, основанную на его ассоциациях и интересах.

Сама технология установления связей, как правило, закладывается разработчиком, но указание на то, от какого узла к какому следует пе­ рейти, делает сам пользователь. В стандартном режиме допускается прямое, непосредственное указание имени узла, например, путем ис­ пользования ключевых (ссылочных) слов, заранее выбранных автором исходного гипертекста. В качестве ссылочных элементов могут ис­ пользоваться не только ключевые слова, но и любые фрагменты текста или графики, такие, как часть рисунка, пиктограмма. Эти элементы выделяются цветом, шрифтом или любым другим способом. Выбор пользователем такого элемента вызывает на экран содержимое связан­ ного с ним блока информации (рис. 83).

В результате пользователь по мере изучения предмета или доку­ мента устанавливает те связи, которые соответствуют его ассоциаци­ ям, способу мышления, интересам и уровню знаний, и изучает доку­ мент в интересующем его порядке. Хорошим примером использова­ ния гипертекстовой идеологии является работа человека с энциклопе­ дическим словарем, когда он по ссылкам одной статьи может перехо­ дить к другим. Однако такая свобода имеет и отрицательные стороны, связанные с опасностью потери ориентировки в материале изучения. Дело в том, что гипертекстовый документ можно рассматривать как перестраиваемую пользователем сетевую базу данных, т. е. базу дан­ ных, не имеющую стандартной структуры. Поэтому при работе с ги-

Р и с . 83. Фрагмент гипертекстового документа. В рамках приведено содержание от­ дельных кусков текста, ссылочные элементы (иногда называемые кнопками) выделены курсивом. Переходы по ссылкам условно показаны дугами

285

пертекстовыми обучающими системами, как правило, возникает сложная проблема навигации. Для решения этой проблемы использу­ ют различные средства.

Общая идея многих из этих средств заключается в применении опосредованного управления, при котором каждому узлу (блоку ин­ формации) приписывается список атрибутов (характеристик) (рис. 84). Специальная программа сопоставляет эти атрибуты с обращением пользователя, в котором он может так или иначе определять цели своей работы на языке атрибутов. Например, пользователь может определять фильтрацию материала, т. е. накладывать ограничения на связи узлов и делать доступными только некоторые из типов связей.

Остальные связи делаются «невидимыми» в данном сеансе рабо­ ты. Такая фильтрация полезна, если связи разного типа ориентирова­ ны на выполнение разных задач. Если в списке атрибутов присутству­ ют ключевые слова, то они могут обозначать тип связи между узлами. Примерами связей разных типов могут служить ключи: «содержит», «есть то же самое», «аналогично», «пример», «используется для», «имеет части», «относится к группе» и т. д. Другой тип фильтрации мо­ жет регулировать уровень глубины просмотра проблемы, в качестве примеров можно привести указания: «просматривать только заголов­ ки тем», «только выводы», «только иллюстрации» и т.д.

Для улучшения навигации также используют средства, помогаю­ щие ориентироваться во взаимосвязях уже осмотренных узлов. К та­ ким средствам относятся: список узлов, которые посетил пользова­ тель, и узлов, связанных с ними; дерево (фаф) узлов, которые посетил пользователь, и путь пользователя по этому дереву.

В результате исследования навигационных маршрутов учащихся, проявляемых ими при обучении в гипертекстовой среде, были выявле­ ны два основных типа стратегий поиска информации. Во-первых, це­ ленаправленный поиск, когда учащийся точно знает цель поиска и ма­ ло отвлекается на изучение побочной информации. Во-вторых, скани­ рование, когда учащийся просматривает большое количество инфор­ мации, проводя широкое и часто бесцельное ознакомление с содержа­ нием узлов. Последний случай показывает актуальность помощи уча­ щимся в постановке цели, коррекции путей освоения учебного мате­ риала, ориентировании в гипертексте.

Рис. 84. Потенциальные (тонкие линии) и активные (толстые линии) связи некото­ рого узла информации. Активные связи соответствуют определенному типу атри­ бутов (например, ключевых слов) данного

узла

286

Для решения этих вопросов используются методы предоставления учащимся и преподавателям возможности иерархической организа­ ции учебного материала путем использования метода перехода по ссылкам на важные, с точки зрения преподавателя, места и понятия. При этом в активных гипертекстовых средах преподаватель может конструировать по своему усмотрению такие операции, как раздача текстовых и графических материалов, контроль работы, опрос, полу­ чение подсказки и пр.

Особое значение имеет использование для этих целей методов ис­ кусственного интеллекта и, в частности, элементов экспертных сис­ тем, которые могут осуществлять функции консультанта при выборе пути навигации. При просмотре учащимся некоторого узла эксперт­ ные системы могут помочь в определении дальнейшего пути, подска­ зать наиболее подходящие узлы для дальнейшей навигации. Наиболее очевидным для этого является использование материалов программи­ рованного обучения, так как при разработках подобных курсов препо­ даватель целенаправленно и в полной мере решает вопросы рекомен­ даций последовательности изучения отдельных тем в той или иной предметной области. Основная логика программированного обучения в этом смысле близка логике экспертных систем и может быть выраже­ на формулой «при достижении результатов обучения А, В, С по теме N рекомендуем перейти к изучению области G».

Другим разработанным способом помощи учащемуся в навигационном поиске является использование нескольких ключевых слов, объединенных с помощью логических связок «И», «ИЛИ», «НЕ». Например, находясь в узле, описывающем свойства треугольника, вообще говоря, разумно искать даль­ нейший путь с помощью объединения ключевых слов в фразу типа: «подо­ бие» ИЛИ («равенство углов» И «пропорциональность сторон»).

Важным методом снижения отрицательного влияния излишней свободы выбора пути в гипертекстовых системах является подсказка типа: «имеет место отклонение от изучаемой темы». Такой тип под­ сказки система осуществляет автоматически, как только пользователь переходит в неподходящий узел. Принцип механизма подсказки за­ ключается в сравнении близости изучаемой и новой темы. Критерии близости тем могут быть разными. Степень близости тем может быть заранее заложена автором. Близость может определяться числом уз­ лов, расположенных между двумя сравниваемыми темами, на некото­ ром уровне подробности изложения, например, на уровне оглавления или на уровне подзаголовков.

Еще одним важным навигационным средством помощи учащему­ ся является метод маршрутов. Маршруты представляют собой на­ правленные путешествия по учебному материалу. Учащийся, естест-

287

венно, может сойти с маршрута в любой его точке и перейти к само­ стоятельному плаванию. Таким образом, процесс обучения представ­ ляется в виде метафоры путешествия, в процессе которого учащийся вызывает пиктограмму «экипаж» с указанием маршрута и пользуется этим экипажем по мере надобности, имея право сойти с него, побро­ дить самостоятельно и вернуться к месту стоянки.

Наряду с маршрутами типичными навигационными средствами помощи являются «карта» и «индекс». Карта представляет собой ка­ кой-либо вариант описания пути навигации с указанием текущего мес­ тоположения учащегося. В самом простом случае это перечень узлов, ранее посещавшихся учащимся, в более сложных — это дерево (граф) изученных пользователем узлов с соответствующими аннотациями и указанием типов связей, по которым были совершены переходы. В не­ которых системах поддерживается механизм запоминания путей поль­ зователя под определенными именами, что дает возможность вернуть­ ся к ним при необходимости. Для аналогичных целей используются также системы закладок, оставляемых в некоторых просмотренных узлах. Под индексом обычно подразумевают некоторый алфавитный указатель, который предназначен для совместного использования с картой и маршрутами.

Многочисленные педагогические и психологические исследова­ ния показали, что гипертекстовые средства являются очень удобной средой для организации учебного материала в соответствии с требова­ ниями теории обучения. Действительно, гипертекстовые средства, во-первых, поддерживают различные и многообразные формы пред­ ставления учебного материала, предоставляя при этом возможность выбора наиболее адекватных форм для решения конкретных задач. Во-вторых, гипертекстовая среда за счет многочисленных связей меж­ ду узлами способна поддерживать развитую структуру учебного мате­ риала, имеющую разные связи между отдельными темами, параграфа­ ми и блоками информации.

Все эти возможности обеспечивают использование в учебном про­ цессе педагогических и психологических закономерностей, в соответ­ ствии с которыми усвоение учебного материала тем легче и точнее, чем больше число его связей с другими частями изучаемого предмета. Усвоение отдельных фактов и теорий тем прочнее, чем больше уча­ щийся самостоятельно исследует взаимосвязи этих элементов и ис­ пользует их при решении различных задач. Таким образом, гипертек­ стовая среда, с одной стороны, представляется оптимальной для реа­ лизации курсов управляемого преподавателем программированного обучения, с другой стороны, она позволяет удобно реализовать идео­ логию самостоятельной работы учащихся по построению собствен­ ных маршрутов изучения предметной области.

288

Г л а в а 5

Концепция развития системы педагогического и психологического обеспечения автоматизированных обучающих систем

Дальнейшее развитие автоматизированных обучающих систем мо­ жет представлять собой определенный шаг в разработке инструментов индивидуально ориентированной компьютерной педагогики. Каковы же основные концептуальные положения, цели и требования к педаго­ гическому, психологическому и эргономическому обеспечению этого инструмента?

1. Одним из первых является требование сближения процедур обу­ чения с мотивационными потребностями и склонностями учащегося. Это означает, что современная продвинутая система автоматизирован­ ного обучения должна еще при своей разработке строиться как мотивационно обоснованная структура. Такие мотивации человека, как по­ требность в самовыражении, потребность в уважении к себе, являются не менее значимыми для человека, чем потребность в получении зна­ ний. Более того, эти потребности неразрывно связаны друг с другом и требуют своего комплексного удовлетворения в нормальном процессе обучения.

Ситуация еще более усложняется, если принимать во внимание та­ кие базисные потребности человека, как потребность успеха, власти и причастности. Учет сложных взаимоотношений между всеми типами вторичных, высших потребностей может существенно облегчить про­ цесс обучения. Действительно, использование расширенной мотивационной базы человеческой личности за счет активного, заранее про­ думанного включения в эту базу таких «осей», как удовлетворение по­ требности в социальном успехе и положении в обществе наряду с та­ кими традиционными осями, как тяга к знанию и самовыражению, де­ лает процесс обучения более устойчивым, обоснованным, повышает заинтересованность учащегося в получении образовательного потен­ циала.

2. Наряду с. учетом мотиваций и склонностей учащихся автомати­ зированные образовательные системы должны обеспечивать активное использование сведений об уровне знаний, типах способностей уча­ щегося к восприятию информации, типах мыслительных способно­ стей и установившихся на момент обучения склонностей и предпочте­ ний учащегося (именно на момент обучения, так как склонности и предпочтения, к счастью, могут в существенной степени формиро­ ваться при правильном способе построения обучения). Наукоемкие

289

технологии образования и, в частности, автоматизированные системы индивидуального компьютерного обучения в полной мере подошли к необходимости использования этой информации непосредственно в процессе обучения. Таким образом, изменение «маршрута» объясне­ ния материала должно напрямую определяться результатами психо­ логического тестирования.

Для достижения этого необходимы комплексные разработки, включающие в себя как вопросы органического внедрения психологи­ ческих тестов в соответствующие места процесса обучения, так и воп­ росы разработки подходящих для этих целей программных оболочек. В качестве примера можно указать, что одной из проблем на этом пути, по-видимому, является сложность разработки достаточно универсаль­ ных программных оболочек, пригодных для использования в разных предметных областях. Причины этих трудностей не совсем понятны и не совсем тривиальны, возможно они связаны с принципиальным раз­ личием содержательной структуры знаний не только в таких разных областях, как, например, алгебра и молекулярная биология, но и в та­ ких относительно близких предметах, как, например, астрономия и тригонометрия.

Очевидным условием разработки программных оболочек являет­ ся, по-видимому, наличие гипертекстовой технологии, что дает прин­ ципиальную возможность формировать разные маршруты навигации по сети между узлами знаний, а также формировать уровни сложности и способы изложения материала по одной и той же теме в зависимости от типов способностей, склонностей и уровня знаний человека.

С позиций психологического обеспечения важно отметить тот факт, что гипертекстовая технология дает возможность формирова­ ния индивидуальных графов обучения. Такие графы могут создавать­ ся как в результате деятельности преподавателя, так и в результате процессов самообучения учащегося, например, когда он сам форми­ рует последовательность ссылок при прочтении некоторого обучаю­ щего материала.

3. Формирование индивидуальных графов обучения в рамках од­ ного куска материала обучения представляет собой принципиальную особенность психологического обеспечения наукоемких технологий обучения. Дело в том, что, анализируя маршрут обучения, который мо­ жет иметь вид последовательности ссылок, используемых учащимся для выяснения содержания одного определенного понятия, преподава­ тель получает фактический материал, свидетельствующий о так назы­ ваемых трудных темах и трудных местах обучения.

Выявление трудностей становится возможным и при анализе ин­ дивидуальных графов решения задач. Преподаватель при правильно

290

построенной системе регистрации хода решения получает возмож­ ность выявления не только пробелов в декларативных знаниях, т. е. в знаниях, касающихся формулировок основных понятий, положений или теорем, но и пробелов, касающихся процессуальных знаний, т. е. знаний о том, как решать задачи, каким путем выводить одни положе­ ния из других. Именно эти вопросы являются часто трудно преодоли­ мыми даже при условии, что учащийся в принципе знает и исходные, и промежуточные факты и формулы.

Пусть, например, дана задача: «Доказать, что в параллелограмме диагонали, пересекаясь, делятся пополам». В ее решении есть два принципиальных шага: а) надо усмотреть, что отрезки диагоналей вместе со сторонами параллелограмма образуют треугольники, и б) надо усмотреть, что противоположные стороны параллелограмма вме­ сте с диагоналями образуют фигуры, называемые «пара параллельных прямых, пересеченных третьей прямой». Важность этих шагов опре­ деляется тем, что они как бы открывают процедуре доказательства до­ ступ в новые участки знаний, участки со своими специфическими по­ нятиями, неприменимыми вне их рамок. Так, первый шаг открывает доступ в мир треугольников с его понятиями «сторона», «вершина», «равенство сторон» и т.д. Второй шаг позволяет воспользоваться спе­ цифическим понятием «внутренние накрест лежащие углы».

4. Необходимым элемент i психологического обеспечения дол­ жен стать также процесс «типизации» трудностей обучения и их кор­ реляции с типом мышления и восприятия учащегося. В качестве воз­ можного примера приведем гипотезу о корреляции принципиально разных трудностей обучения с такими характеристиками, как преиму­ щественно образная или логическая память, преимущественно дедук­ тивный или основанный на запоминании фактов тип мышления.

Упоминавшийся выше процесс психологического тестирования должен сыграть свою роль и в ходе процедур выявления трудных мест, типичных для людей с разными способностями и разным уров­ нем знаний.

5. Все выше приведенные положения говорят о необходимости предоставления учащемуся возможности задавать вопросы, возника­ ющие у него по ходу процесса обучения. Такая необходимость следует, в первую очередь, из мотивационных характеристик человеческой личности. Очень часто человек по разным причинам не хочет идти вслед за логикой преподавателя, и это не является блажью или при­ хотью учащегося. Тезис о несовпадении внутренних миров личностей и тем более тезис о различии знаний, склонностей и способностей лю­ дей с неизбежностью свидетельствует, что, если мы хотим поддерживать высокий уровень положительных мотиваций, мы должны в полном объеме

291