Введення
В даний час навчальних віртуальних конструкторів (навчальних середовищ) винайдено мало, хоча в умовах швидкої комп'ютеризації суспільства вони набувають все більшої популярності. Їх ідея досить проста. Можна дати дитині можливість спостерігати за ходом фізичного експерименту на екрані комп'ютера, а можна дозволити йому самому цей експеримент ставити - розташувати похилі площини, гирі, візки, більярдні кулі, планети Сонячної системи, електрони і пішоходів і подивитися, що вийде. І не тільки подивитися, але, якщо треба, отримати всі графіки у всіх осях координат і т. д. Складна постановка віртуального експерименту? Не складніше, ніж розповідь про неї і багато простіше, ніж реальна постановка. Можливість постановки віртуального експерименту, а, якщо потрібно, і сотень і тисяч експериментів, радикально змінює навчальний процес.
У шкільних підручниках і посібниках поняття і явища пояснюються досить абстрактно, в них не вистачає наочності, що призводить до механічного зазубрюванню матеріалу. Віртуальний конструктор вирішує дану проблему.
Основна частина
1. Поняття «Віртуальний конструктор»
Віртуальний конструктор (навчальне середовище) - це освітній електронний ресурс, що дозволяє в рамках законів і правил, заданих предметною областю, будувати моделі і працювати з ними в об'єктній технології.
Глобальна педагогічна мета навчальних середовищ - розвиток творчих здібностей учня шляхом створення сприятливого середовища, досліджуючи яку учень здобуває потрібні знання.
Навчання при використанні віртуальних конструкторів стає більш інтерактивним. Інтерактивне навчання засноване на пряму взаємодію учнів (учнів) з навчальним оточенням. Навчальний оточення, або навчальне середовище, виступає як реальність, в якій учасники знаходять для себе область освоюваного досвіду.
Якщо розглядати інтерактивне навчання глибше, то мова йде не просто про підключення емпіричних спостережень, життєвих вражень учнів в якості допоміжного матеріалу, ілюстративного доповнення - досвід учня-учасника служить центральним джерелом навчального пізнання.
2. Особливості навчальних середовищ
Комп'ютерна інформаційне середовище навчання містить моделі досліджуваних знань і є самостійним об'єктом навчання у варіанті, можливе без участі вчителя, реалізуючи парадигму: «учень - навчальне середовище - технології». Оскільки тут інформаційні об'єкти не можуть розраховувати на їх активізацію та відтворення вчителем, то і вимоги до них повинні пред'являтися інші, ніж у системі «вчитель - навчальне середовище - учень»:
· По-перше, вони повинні бути доступними учням і відповідати їх рівню знань і мислення;
· По-друге, вони повинні бути відтворюваними і відповідно подавати всі системні зв'язки і відносини;
· - По-третє, вони повинні містити максимально можливу кількість коштів самоактівізаціі.
У цьому, очевидно, велика перевага комп'ютерних засобів навчання. Їх кошти управління і користувальницького інтерфейсу зобов'язані відповідати рівню штучного інтелекту, покладаючи на себе частину функцій вчителя. Таким чином, друковані та комп'ютерні засоби в системі навчання «учень - навчальне середовище - технології» повинні відповідати системному підходу. Такий тип навчання може бути застосовний в середній школі, по-перше, в диференційованій формі, а по-друге, тільки як надбудова над базовою системою з урахуванням специфіки та профільної спрямованості навчання. Зрозуміло, будь-які друковані та комп'ютерні засоби можуть використовуватися повною системі навчання в якості додаткових навчальних посібників (крім основних підручників). У цьому випадку вони виступають в якості ілюстративних аудіовізуальних засобів чи збірників експериментального матеріалу, і тому до них не пред'являються ніякі вимоги, крім вимог якості та відповідності цілям навчання.
Як додаткові засоби навчання комп'ютерні технології мають багато переваг перед звичайними засобами (підручниками): повною мірою реалізують діяльнісний підхід, забезпечуючи оперативність виконання будь-якого запиту до системи і реалізації зворотного зв'язку, а також не тільки видачу в реальному режимі роботи результатів (оцінки) діяльності учня , але і можливість миттєвого виправлення допущених помилок в серії спроб. Це й дозволяє вчителю, звільнившись тим самим від рутинних турбот, зосередитися на базових проблеми навчання і системного сприйняття учнями його змісту, реалізуючи технології індивідуального підходу в навчанні.
3. Основні види віртуальних конструкторів
ЛогоМирах.
Найвідомішою навчальної середовищем є логотип. У ЛогоМирах дитина малює фантастичні пейзажі, супроводжує їх письмовими та усними текстами, населяє самими різними персонажами, задаючи для них математичні закони поведінки. ПервоЛого - Лого для маленьких дозволяє робити все це тим, хто ще не вміє читати і рахувати, але хоче навчитися цьому, а заодно багато чому іншому. Використовуючи прикладні програмні засоби загального призначення вчитель (а тим паче, учень) може створити власну спеціальну освітню середовище для конкретного проекту. Наприклад - намалювати на екрані візитну картку, яку діти заповнюють (з індивідуальною, посильною для них швидкістю і письменністю) прийшовши в перший клас. Всередині комп'ютера всі візитні картки злітаються в одну загальну записну книжку. Комп'ютер для кожного учня друкує всі листочки цієї книжки. Ну, а прикрасити і вирізати збоку сторінку до потрібної букви і зшити на справжню, не віртуальну, книжку - це справа самого учня. Ця записна книжка стає для учня і його батьків не тільки корисним інформаційним продуктом, але і метафорою сучасного життя в Мережі (Інтернеті), де кожен розповідає про себе і може дізнатися про всіх.
Елкон.
Елкон - графічна середовище для моделювання об'єктів різних предметних областей. Створення композицій об'єктів (конструювання) здійснюється за принципом мозаїки в процесі послідовного і цілеспрямованого застосування до безлічі використовуваних об'єктів відповідних перетворень. У середовищі ЕЛКОН можлива реалізація широкого спектру перетворень над множинами. Такі абстрактні поняття, як безліч, функція, перетворення, операція і т.п., інтерпретуються в системі на доступному для будь-якого віку рівні.
Система спрямована на розвиток конкретного і абстрактного мислення у дітей, формування творчих компонентів діяльності. Елкон може використовуватися при вивченні конструкторської діяльності, при вивченні та дослідженні множин з різною структурною організацією, для формування авторського мислення, естетичного виховання тощо
Застосування системи можливе практично в будь-яких предметних областях, включаючи орнаментальне мистецтво, історію, географію, домоведення, дисципліни природничо-математичного циклу. Система орієнтована на непрограммірующего користувача. У середовищі Елкон можуть працювати діти, починаючи з 5-6 років.
Елкон - без'язиковая середовище, тому особливо ефективна для роботи з маленькими дітьми, ще досить добре не оволоділи мовою. Прийнято вважати, що в першу чергу математика і логіка сприяють формуванню абстрактного мислення. При цьому нерідко забувають, що таким засобом виступає і мову.
Аскун.
Аскун - комп'ютерна навчальне середовище для вивчення термінології та моделювання задач на понятійному рівні. Словниковий комплекс орієнтований на допомогу учням в освоєнні основний термінологічної лексики досліджуваної предметної області, а також служить засобом структурної організації понять у вигляді тезауруса, виступаючи тим самим своєрідною моделлю предметної області. Тезаурус містить коротке визначення кожного поняття і його зв'язки з іншими поняттями описуваної предметної області.
Розробка такого тезауруса є далеко не тривіальним завданням, а сам тезаурус представляє інтелектуальний продукт. Опис кожного терміна в системі його зв'язків стає окремим дослідженням, оскільки ця робота проводиться на найглибшому рівні вивчення лінгвістичного об'єкта - як у парадигматике (у ряді аналогічних об'єктів), так і в енциклопедичному аспекті (у системі знань).
У шкільних підручниках і посібниках зв'язку між поняттями однієї дисципліни, як і міждисциплінарні зв'язки, не формулюються явно, що призводить до необхідності просто механічно зазубрювати навчальний матеріал. Тим самим учень заучує деяку сукупність понять часто без зв'язку між ними, що не дає цілісного уявлення про предмет. Аналогічно міжпредметні та міждисциплінарні зв `язку залишаються в тіні. Відбувається непоправною руйнування цілого. У результаті людина здатна працювати переважно на низьких або середніх рівнях прийняття рішень як в тому, що стосується його особистого життя, так і в професійній області.
При використанні АСКУН досягаються наступні цілі:
- Вивчення основної термінологічної лексики предметної області та системи семантичних зв'язків між поняттями (тематична і структурна орієнтація);
- Формування похідних словників (мікротезаурусов) на базі основного тезауруса (функціональна орієнтація);
- Асоціативне засвоєння елементів знань досліджуваної предметної області на основі багатоаспектного використання словникової інформації та графічного зображення зв'язків понять (когнітивна орієнтація).
Контур.
Контур - комп'ютерна навчальне середовище для розв'язання задач на побудову перерізів опуклого многогранника. Важливо відзначити, що вирішення завдань в системі має в цілому необчислювальних характер. КОНТУР - це інструментальне середовище, що забезпечує активне вивчення предметної області на базі тезауруса, моделювання проблемних ситуацій завдання на понятійному рівні, а також реалізацію плану учня з побудови перерізу. Рішення завдання в системі Контур здійснюється в режимі діалогу з комп'ютером на природній мові.
Система Контур дозволяє вирішити будь-яке завдання даного класу зі шкільного курсу стереометрії, умову задачі формується в режимі діалогу. Одночасно створюються графічні моделі вихідних об'єктів. При вирішенні завдання учень працює з реальними об'єктами предметної області (точкою, прямий, відрізком, площиною, багатокутником, багатогранником), використовує набір графічних операцій, йому доступні різні види обертання фігури, робота у віконній середовищі.
Система Контур спрямовує діяльність учня на рішення задачі і незалежно від нього генерує правильну відповідь. Ніяких готових рішень в систему заздалегідь не закладено. Контрольно-оцінний етап покладається на викладача. Статистичну інформацію про роботу учня можна подивитися в протоколі системи. Вчитель отримує інформацію про те, скільки разів учень змінював своє рішення при описі об'єктів предметної області; скільки зроблено спроб повторного виконання завдання після порівняння власної відповіді з відповіддю комп'ютера; досліджувалася чи завдання на наявність інших рішень (якщо так, то скільки разів); який час було витрачено на створення формальної моделі умови задачі; яке загальне кількість завдань, вирішених учням за один сеанс роботи із системою.
Основні переваги розробки:
- Побудова формальної моделі умови задачі;
- Можливість дослідження задачі на наявність інших рішень;
- Наближення об'єкта до реального, за рахунок врахування властивостей елементів багатогранника;
- Ідея конструктора завдань;
- Використання тезауруса для роботи з поняттями, в результаті чого надається можливість ставити оригінальні завдання з вивчення предметної області та їх моделювання на понятійному рівні.
Висновок
Комп'ютерні навчальні середовища дають можливість учневі, вирішуючи, в тому числі і стандартні, завдання, продемонструвати нестандартність свого мислення. А порівняльний аналіз отриманих рішень дозволяє переконатися в різноманітті існуючих можливостей. У школі найчастіше, на жаль, від учня домагаються формального рішення задачі. Від нього вимагається з точністю до кроку відтворювати рішення за шаблоном.
Хоча досвід роботи з віртуальними конструкторами поки не дуже великий, але він показує, що комп'ютерна підтримка творчої роботи у всіх напрямках затребувана школою, і здатна допомогти як вчителю, так і учня.
В даний час навчальних віртуальних конструкторів (навчальних середовищ) винайдено мало, хоча в умовах швидкої комп'ютеризації суспільства вони набувають все більшої популярності. Їх ідея досить проста. Можна дати дитині можливість спостерігати за ходом фізичного експерименту на екрані комп'ютера, а можна дозволити йому самому цей експеримент ставити - розташувати похилі площини, гирі, візки, більярдні кулі, планети Сонячної системи, електрони і пішоходів і подивитися, що вийде. І не тільки подивитися, але, якщо треба, отримати всі графіки у всіх осях координат і т. д. Складна постановка віртуального експерименту? Не складніше, ніж розповідь про неї і багато простіше, ніж реальна постановка. Можливість постановки віртуального експерименту, а, якщо потрібно, і сотень і тисяч експериментів, радикально змінює навчальний процес.
У шкільних підручниках і посібниках поняття і явища пояснюються досить абстрактно, в них не вистачає наочності, що призводить до механічного зазубрюванню матеріалу. Віртуальний конструктор вирішує дану проблему.
Основна частина
1. Поняття «Віртуальний конструктор»
Віртуальний конструктор (навчальне середовище) - це освітній електронний ресурс, що дозволяє в рамках законів і правил, заданих предметною областю, будувати моделі і працювати з ними в об'єктній технології.
Глобальна педагогічна мета навчальних середовищ - розвиток творчих здібностей учня шляхом створення сприятливого середовища, досліджуючи яку учень здобуває потрібні знання.
Навчання при використанні віртуальних конструкторів стає більш інтерактивним. Інтерактивне навчання засноване на пряму взаємодію учнів (учнів) з навчальним оточенням. Навчальний оточення, або навчальне середовище, виступає як реальність, в якій учасники знаходять для себе область освоюваного досвіду.
Якщо розглядати інтерактивне навчання глибше, то мова йде не просто про підключення емпіричних спостережень, життєвих вражень учнів в якості допоміжного матеріалу, ілюстративного доповнення - досвід учня-учасника служить центральним джерелом навчального пізнання.
2. Особливості навчальних середовищ
Комп'ютерна інформаційне середовище навчання містить моделі досліджуваних знань і є самостійним об'єктом навчання у варіанті, можливе без участі вчителя, реалізуючи парадигму: «учень - навчальне середовище - технології». Оскільки тут інформаційні об'єкти не можуть розраховувати на їх активізацію та відтворення вчителем, то і вимоги до них повинні пред'являтися інші, ніж у системі «вчитель - навчальне середовище - учень»:
· По-перше, вони повинні бути доступними учням і відповідати їх рівню знань і мислення;
· По-друге, вони повинні бути відтворюваними і відповідно подавати всі системні зв'язки і відносини;
· - По-третє, вони повинні містити максимально можливу кількість коштів самоактівізаціі.
У цьому, очевидно, велика перевага комп'ютерних засобів навчання. Їх кошти управління і користувальницького інтерфейсу зобов'язані відповідати рівню штучного інтелекту, покладаючи на себе частину функцій вчителя. Таким чином, друковані та комп'ютерні засоби в системі навчання «учень - навчальне середовище - технології» повинні відповідати системному підходу. Такий тип навчання може бути застосовний в середній школі, по-перше, в диференційованій формі, а по-друге, тільки як надбудова над базовою системою з урахуванням специфіки та профільної спрямованості навчання. Зрозуміло, будь-які друковані та комп'ютерні засоби можуть використовуватися повною системі навчання в якості додаткових навчальних посібників (крім основних підручників). У цьому випадку вони виступають в якості ілюстративних аудіовізуальних засобів чи збірників експериментального матеріалу, і тому до них не пред'являються ніякі вимоги, крім вимог якості та відповідності цілям навчання.
Як додаткові засоби навчання комп'ютерні технології мають багато переваг перед звичайними засобами (підручниками): повною мірою реалізують діяльнісний підхід, забезпечуючи оперативність виконання будь-якого запиту до системи і реалізації зворотного зв'язку, а також не тільки видачу в реальному режимі роботи результатів (оцінки) діяльності учня , але і можливість миттєвого виправлення допущених помилок в серії спроб. Це й дозволяє вчителю, звільнившись тим самим від рутинних турбот, зосередитися на базових проблеми навчання і системного сприйняття учнями його змісту, реалізуючи технології індивідуального підходу в навчанні.
3. Основні види віртуальних конструкторів
ЛогоМирах.
Найвідомішою навчальної середовищем є логотип. У ЛогоМирах дитина малює фантастичні пейзажі, супроводжує їх письмовими та усними текстами, населяє самими різними персонажами, задаючи для них математичні закони поведінки. ПервоЛого - Лого для маленьких дозволяє робити все це тим, хто ще не вміє читати і рахувати, але хоче навчитися цьому, а заодно багато чому іншому. Використовуючи прикладні програмні засоби загального призначення вчитель (а тим паче, учень) може створити власну спеціальну освітню середовище для конкретного проекту. Наприклад - намалювати на екрані візитну картку, яку діти заповнюють (з індивідуальною, посильною для них швидкістю і письменністю) прийшовши в перший клас. Всередині комп'ютера всі візитні картки злітаються в одну загальну записну книжку. Комп'ютер для кожного учня друкує всі листочки цієї книжки. Ну, а прикрасити і вирізати збоку сторінку до потрібної букви і зшити на справжню, не віртуальну, книжку - це справа самого учня. Ця записна книжка стає для учня і його батьків не тільки корисним інформаційним продуктом, але і метафорою сучасного життя в Мережі (Інтернеті), де кожен розповідає про себе і може дізнатися про всіх.
Елкон.
Елкон - графічна середовище для моделювання об'єктів різних предметних областей. Створення композицій об'єктів (конструювання) здійснюється за принципом мозаїки в процесі послідовного і цілеспрямованого застосування до безлічі використовуваних об'єктів відповідних перетворень. У середовищі ЕЛКОН можлива реалізація широкого спектру перетворень над множинами. Такі абстрактні поняття, як безліч, функція, перетворення, операція і т.п., інтерпретуються в системі на доступному для будь-якого віку рівні.
Система спрямована на розвиток конкретного і абстрактного мислення у дітей, формування творчих компонентів діяльності. Елкон може використовуватися при вивченні конструкторської діяльності, при вивченні та дослідженні множин з різною структурною організацією, для формування авторського мислення, естетичного виховання тощо
Застосування системи можливе практично в будь-яких предметних областях, включаючи орнаментальне мистецтво, історію, географію, домоведення, дисципліни природничо-математичного циклу. Система орієнтована на непрограммірующего користувача. У середовищі Елкон можуть працювати діти, починаючи з 5-6 років.
Елкон - без'язиковая середовище, тому особливо ефективна для роботи з маленькими дітьми, ще досить добре не оволоділи мовою. Прийнято вважати, що в першу чергу математика і логіка сприяють формуванню абстрактного мислення. При цьому нерідко забувають, що таким засобом виступає і мову.
Аскун.
Аскун - комп'ютерна навчальне середовище для вивчення термінології та моделювання задач на понятійному рівні. Словниковий комплекс орієнтований на допомогу учням в освоєнні основний термінологічної лексики досліджуваної предметної області, а також служить засобом структурної організації понять у вигляді тезауруса, виступаючи тим самим своєрідною моделлю предметної області. Тезаурус містить коротке визначення кожного поняття і його зв'язки з іншими поняттями описуваної предметної області.
Розробка такого тезауруса є далеко не тривіальним завданням, а сам тезаурус представляє інтелектуальний продукт. Опис кожного терміна в системі його зв'язків стає окремим дослідженням, оскільки ця робота проводиться на найглибшому рівні вивчення лінгвістичного об'єкта - як у парадигматике (у ряді аналогічних об'єктів), так і в енциклопедичному аспекті (у системі знань).
У шкільних підручниках і посібниках зв'язку між поняттями однієї дисципліни, як і міждисциплінарні зв'язки, не формулюються явно, що призводить до необхідності просто механічно зазубрювати навчальний матеріал. Тим самим учень заучує деяку сукупність понять часто без зв'язку між ними, що не дає цілісного уявлення про предмет. Аналогічно міжпредметні та міждисциплінарні зв `язку залишаються в тіні. Відбувається непоправною руйнування цілого. У результаті людина здатна працювати переважно на низьких або середніх рівнях прийняття рішень як в тому, що стосується його особистого життя, так і в професійній області.
При використанні АСКУН досягаються наступні цілі:
- Вивчення основної термінологічної лексики предметної області та системи семантичних зв'язків між поняттями (тематична і структурна орієнтація);
- Формування похідних словників (мікротезаурусов) на базі основного тезауруса (функціональна орієнтація);
- Асоціативне засвоєння елементів знань досліджуваної предметної області на основі багатоаспектного використання словникової інформації та графічного зображення зв'язків понять (когнітивна орієнтація).
Контур.
Контур - комп'ютерна навчальне середовище для розв'язання задач на побудову перерізів опуклого многогранника. Важливо відзначити, що вирішення завдань в системі має в цілому необчислювальних характер. КОНТУР - це інструментальне середовище, що забезпечує активне вивчення предметної області на базі тезауруса, моделювання проблемних ситуацій завдання на понятійному рівні, а також реалізацію плану учня з побудови перерізу. Рішення завдання в системі Контур здійснюється в режимі діалогу з комп'ютером на природній мові.
Система Контур дозволяє вирішити будь-яке завдання даного класу зі шкільного курсу стереометрії, умову задачі формується в режимі діалогу. Одночасно створюються графічні моделі вихідних об'єктів. При вирішенні завдання учень працює з реальними об'єктами предметної області (точкою, прямий, відрізком, площиною, багатокутником, багатогранником), використовує набір графічних операцій, йому доступні різні види обертання фігури, робота у віконній середовищі.
Система Контур спрямовує діяльність учня на рішення задачі і незалежно від нього генерує правильну відповідь. Ніяких готових рішень в систему заздалегідь не закладено. Контрольно-оцінний етап покладається на викладача. Статистичну інформацію про роботу учня можна подивитися в протоколі системи. Вчитель отримує інформацію про те, скільки разів учень змінював своє рішення при описі об'єктів предметної області; скільки зроблено спроб повторного виконання завдання після порівняння власної відповіді з відповіддю комп'ютера; досліджувалася чи завдання на наявність інших рішень (якщо так, то скільки разів); який час було витрачено на створення формальної моделі умови задачі; яке загальне кількість завдань, вирішених учням за один сеанс роботи із системою.
Основні переваги розробки:
- Побудова формальної моделі умови задачі;
- Можливість дослідження задачі на наявність інших рішень;
- Наближення об'єкта до реального, за рахунок врахування властивостей елементів багатогранника;
- Ідея конструктора завдань;
- Використання тезауруса для роботи з поняттями, в результаті чого надається можливість ставити оригінальні завдання з вивчення предметної області та їх моделювання на понятійному рівні.
Висновок
Комп'ютерні навчальні середовища дають можливість учневі, вирішуючи, в тому числі і стандартні, завдання, продемонструвати нестандартність свого мислення. А порівняльний аналіз отриманих рішень дозволяє переконатися в різноманітті існуючих можливостей. У школі найчастіше, на жаль, від учня домагаються формального рішення задачі. Від нього вимагається з точністю до кроку відтворювати рішення за шаблоном.
Хоча досвід роботи з віртуальними конструкторами поки не дуже великий, але він показує, що комп'ютерна підтримка творчої роботи у всіх напрямках затребувана школою, і здатна допомогти як вчителю, так і учня.